一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置的制作方法

本发明涉及泥沙过滤领域，尤其涉及一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置。

技术背景

随着经济全球化及世界贸易的快速发展，为适应集装箱及油轮运输大型化发展的需求，各国大量兴建港口、拓宽并加深航道以增加航运能力，海洋基建工程得到迅速发展。而南海作为我国海洋强国战略的重要组成部分，其以疏浚工程为代表的基础建设正如火如荼的进行。

在南海疏浚工程中，由于挖泥船挖泥机具，如绞刀头及抓斗对水下泥土持续不断的搅动作用使底泥悬浮；同时，吹填工程泄水口溢流产生悬浮沙以及挖泥船疏浚土倾倒悬浮物扩散等，造成水体浑浊、水质大幅度下降；此外，由于大量含有重金属的污染物向海水中排放，短时间内造成海水中重金属含量急剧增长，其中一部分重金属随水体运动稀释，还有一部分会进入底泥之中。疏浚施工会将底泥掀起，使重金属随泥沙悬浮扩散，泥沙及重金属悬浮物最终沉积，覆盖在海底水生植物上，而海底水生植物如海草和海藻等通过叶片将重金属元素吸收，使其体内重金属剧增，严重危害其正常生长。作为近海水域初级生产力的重要提供者，海底水生植物不仅是海洋生物的重要栖息地和食物来源，还可以净化水质、固着底质、减缓波浪和潮水侵袭，是近海岸的天然屏障，在全球碳循环中也起着重要作用。故有必要采取有效措施防止疏浚工程产生的泥沙及重金属混合悬浮物扩散。

此外，由于南海处于印度洋、太平洋及亚欧大陆三大板块的聚合地带，使得南海海底的地质构造和地形起伏极其复杂，一般机械难以在海底保持持续稳定状态工作；且南海离陆地距离远，输电设施布置困难且成本高。这都是制约采取有效措施减少南海疏浚工程产生的泥沙及重金属混合悬浮物扩散的重要因素。

针对以上问题，考虑到南海丰富的风力资源，并结合利用电极吸附重金属离子的研究背景，提出一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置，该装置利用风能发电提供动力，利用滤沙网形成电容吸附重金属离子及过滤泥沙，可达到净化水体以及减少疏浚工程所产生的混合悬浮物对南海片区海洋生态系统的破坏的目的。

技术实现要素：

本发明提出了一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置，该装置由上部过滤空箱、下部集沙漏斗以及底部可伸缩支架组成。其特征在于：下部集沙漏斗与上部过滤空箱底部相接，上部过滤空箱将水流中的泥沙及重金属混合物过滤吸附，下部集沙漏斗则用于收集过滤下的泥沙，底部可伸缩支架安装在集沙漏斗顶部四角，使装置在不同地形条件下均能保持稳定。

过滤空箱沿来流方向依次布置圆形栅栏、进水口叶轮、滤沙网、出水口叶轮。其中圆形栅栏及进水口叶轮分别置于进水口圆管4的进口及管中；滤沙网置于过滤空箱内部，垂直于来流方向布置，且网径依次减小，其数量依实际水域需求来确定；出水口叶轮置于排水孔中；其中，进水口叶轮及出水口叶轮连接同一转轴，该转轴与涡轮机相连，涡轮机由风力发电驱动。其特征在于：风力发电结构提供电能驱使涡轮机转动，涡轮机带动转轴转动，两端叶轮随之转动，进水口叶轮高速旋转运动，水受到离心力作用被甩出叶轮，在叶轮中心形成负压，使得高含沙水流在压差作用下进入过滤空箱内，在通过若干层滤沙网过滤后，在另一端叶轮转动产生的力的作用下排出过滤空箱。

过滤空箱内的多层滤沙网交叉分别连接不同电极，相邻滤沙网两两形成电容，当水流通过滤沙网时，重金属离子会朝着电极性与自身电荷极性相反的滤沙网一侧移动，并吸附在滤沙网上。

下部集沙漏斗呈四棱台状，其底部阀门连接压力传感器。当下部集沙漏斗内泥沙沉积量达到一定重量时，压力感应器控制阀门打开，将沉积泥沙排出，当泥沙全部排出后，阀门再关闭。

底部可伸缩支架的每个支架由上、下半段支架主体及固定装置组成，通过调节上下半段支架主体重叠部分的长度来调节整个支架的长度，再由固定装置固定。从下部集沙漏斗中排出的泥沙将在装置下方堆积成沙丘，由于泥沙堆积存在休止角，即泥沙堆积体的高度与堆积面积呈正比关系，而休止角的大小则与当地泥沙的粒径级配、水体的粘滞性以及海洋潮汐作用相关；因此，应根据施工地段泥沙悬浮物浓度、当地泥沙的粒径级配、水体的粘滞性以及海洋潮汐作用等参数大小对应调节底部可伸缩支架的高度，其高度应使下部集沙漏斗的阀门的垂直高度大于泥沙堆积体。

附图说明

图一为本发明所述的一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置示意图。

图二为本发明所述的一种适用于南海疏浚工程的悬浮物净化装置底部支架示意图。

图中，本发明的各组成部分为：1、上部过滤空箱；2、下部集沙漏斗；3、底部可伸缩支架；4、进口管道；5、圆形栅栏；6、进水口叶轮；7、出水口叶轮；8、滤沙网；9、转轴；10、涡轮机；11、阀门；12、压力传感器；13、滑槽；14、固定装置；15、进水孔；16、出水孔；17、末层滤沙网；18、风力发电结构。

具体实施方式

如图一所示，该悬浮物过滤装置通过连接风力发电结构18来持续获取电能，底部可伸缩支架3可根据地形及需要，通过改变滑槽13及固定装置14的位置来调节其长度及角度，使装置稳定固定于海底；在过滤空箱1内设置若干层滤沙网8并将相邻滤沙网连接不同电极，使其两两形成电容，来实现对高含沙水流中泥沙和重金属悬浮物的过滤和净化。过滤下来的泥沙在下部集沙漏斗处沉积，集沙漏斗底部阀门11连接压力传感器12，使沉积泥沙二次扩散量减少并能及时排出。将涡轮机10直接放置于上部过滤空箱1顶部，涡轮机工作产生机械振动的同时，过滤空箱内滤沙网也会振动，这种振动使得滤沙网不易被泥沙颗粒堵塞。

第一步，风力发电结构24为涡轮机10的工作提供电能，涡轮机10与进、出水口叶轮6、7通过转轴9实现机械传动；同时，风力发电装置给过滤空箱1内滤沙网8供电，使滤沙网交叉带不同电性，相邻过滤网两两形成电容。

第二步，进水口叶轮6高速旋转运动，水体受到离心力作用被甩出叶轮，在叶轮中心形成负压，使得高含沙水流在压差的作用下进入过滤空箱内。水流首先经过管口圆形栅栏5，可将体积较大的物体拦截，避免损坏滤沙网；随后水流经过滤沙网逐级过滤泥沙，泥沙在下部集沙漏斗2内沉积；与此同时在滤沙网所形成的电容内，重金属离子会朝着电极性与自身电荷极性相反的滤沙网一侧移动，并吸附在滤沙网上，使水中重金属离子大大减少；最后，水流随出水口叶轮7转动从过滤空箱内排出；从而达到净化水体中泥沙及重金属混合悬浮物的目的。

第三步，当下部集沙漏斗内泥沙沉积量达到一定重量，影响到泥沙正常沉积时，压力传感器12控制阀门打开，将泥沙沉积物排出。将过滤下来的泥沙首先沉积于集沙漏斗内随后再集中排出的做法，一方面能保证装置整体的密封性，使内部水流必须经过滤沙网后才可排出，提高水体净化的质量和效率，另一方面，大大减少了泥沙沉积物与水体的接触面积、降低了泥沙二次扩散污染的可能；若过滤下来的泥沙量较少，下部集沙漏斗则不需要排沙，可完全避免泥沙二次污染。

在进水口处设置圆管的做法，一方面是为了防止体积较大的物体被卷入，损坏滤沙网，另一方面，由于进水口叶轮的高速旋转运动，水体受到离心力作用被甩出叶轮，此种情况下，水流会以一定速度向四周运动，对周围水体产生较大冲击，不利于下部集沙漏斗内沉积泥沙的稳定，而圆管的存在迫使被甩出的水流只能沿圆管出流，可达到消除此种不利影响的目的。

从下部集沙漏斗中排出的泥沙将在装置下方堆积成沙丘，由于泥沙堆积存在休止角，即泥沙堆积体的高度与堆积面积呈正比关系，而休止角的大小则与当地泥沙的粒径级配、水体的粘滞性以及海洋潮汐作用相关；因此，应根据施工地段泥沙悬浮物浓度、当地泥沙的粒径级配、水体的粘滞性以及海洋潮汐作用等参数大小对应调节底部可伸缩支架3的高度，其高度应使下部集沙漏斗的底板11的垂直高度大于泥沙堆积体，以免影响悬浮物净化装置的正常使用。