一种超声波除藻设备的制作方法

本实用新型涉及一种超声波除藻设备。

背景技术：

在现阶段，治理藻类水华的方法一般分为三种：物理法、化学法和生物法。物理方法花费大量人力物力，治标不治本。化学方法容易造成二次污染，直接威胁鱼类和浮游动物的生存，而且使用量大，大水面施工有一定难度，难以达到标本兼治的目的。生物方法虽然效果很好而且也最持久，但见效较慢，而且使用不当有可能引起湖泊生态系统的变化。超声波除藻技术作为一种环境友好技术，具有操作和控制容易，便于自动化操作，在处理中不引入其他化学物质，反应条件温和，反应速度快等优点。目前国内外超声波除藻设备多采用单频超声波探头，作用于部分藻类，因此除藻效果有限。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是克服现有技术的不足，提供一种超声波除藻设备，能同时发射多种频率的超声波，作用的藻类全面，除藻效果显著。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种超声波除藻设备，包括主控器和分别与主控器连接的温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器和多组超声波发射装置，所述多组超声波发射装置，其中每一组超声波发射装置包含依次串联的电子开关、超声波驱动器和超声波发射器，所述每一组超声波发射装置的电子开关和主控器连接，所述多组超声波发射装置的超声波发射器，其发射频率各异；

所述主控器实时采集温度传感器、PH值传感器和溶解氧传感器感应的数据，并根据实时采集的数据，输出多路控制信号分别控制多组超声波发射装置的超声波发射器发射或停止。

为了监测附近是否出现鱼类，还可包括与主控器连接的红外感应模块。

在一种实施方式中，所述电子开关采用继电器。所述主控器采用NI myRIO。

所述多组超声波发射装置的超声波发射器，其频率范围可为20kHZ-80kHZ。在一种优选实施方式中，所述多组超声波发射装置设为三组，第一组超声波发射装置的超声波发射器采用40kHZ的超声波发射器，第二组超声波发射装置的超声波发射器采用60kHZ的超声波发射器，第三组超声波发射装置的超声波发射器采用80kHZ的超声波发射器。

本实用新型的温度传感器采集水温，PH传感器采集水PH值，溶解氧传感器采集水中的溶解氧浓度，该温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器将实时采集的数据传送给主控器，该主控器根据这些数据自动选择最佳的的超声波模式，模式包括发射不同频率的超声波以及除藻时间。当溶解氧数值过低的时候主控器打开电子开关，开启超声波发射，当溶解氧数值达到一定数值的时候主控器关闭电子开关，停止超声波发射；本实用新型安装了红外感应模块，当红外感应模块检测到本实用新型附近出现鱼类时，主控器关闭电子开关，停止超声波发射。

经过大量实验表明，发射超声波能使藻类细胞产生共振，声波持续发生震动使藻类细胞结构产生破损，先将其细胞壁破坏，超声波引起的冲击波、射流、辐射压可以挤压、击穿从而破坏气胞，在适当的震动频率下，气胞成为空化泡而破裂，然后毁灭活性酶，使藻类细胞的内含物逐渐分解，最后使整个细胞死亡并沉淀在水底，经过一段时间的超声波处理后，水底的坏死细胞沉淀物会自动降解。

对于不同的藻类，处理藻类的最佳频段是不同的，这是由于各种藻类的耐受能力是不同的。藻类的耐受能力与藻类的细胞结构、细胞壁的成分有关，导致超声波发生共振的效果不同。实验数据表明，特定频率下，超声波发射器的功率越大，效果越明显；特定功率下，超声波发射出的频率不同，处理藻类的效果也不同。

本实用新型采用多组超声波发射装置，针对藻类的不同生长特性，在同一时段使用不同频率的超声波交互工作除藻，使得藻类中叶泡更易迅速被压缩、崩溃、泯灭，达到良好的除藻效果。多种频率的超声波同时发射，能使超声波的能量叠加，波峰与波谷的间距增大，使用多种频率的超声波同时除藻，治藻效果显著。

本实用新型能有效地去除蓝藻、绿藻，有效地抑制藻类生长。

附图说明

图1是实施例的电路方框示意图；

图2是实施例的使用状态示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3去掉浮标后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

如图1所示，实施例包括主控器，该主控器采用NI myRIO，还包括分别与NI myRIO连接的温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、红外感应模块和三组超声波发射装置，该三组超声波发射装置，其中第一组超声波发射装置包含依次串联的第一电子开关、第一超声波驱动器和40kHZ的超声波发射器，第二组超声波发射装置包含依次串联的第二电子开关、第二超声波驱动器和60kHZ的超声波发射器，第三组超声波发射装置包含依次串联的第三电子开关、第三超声波驱动器和80kHZ的超声波发射器，该第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关分别和NI myRIO连接，该第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均包含继电器，NI myRIO输出第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，共三路控制信号分别控制三组超声波发射装置的超声波发射器发射或停止。

温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器将实时数据传送给NI myRIO，该NI myRIO根据这些数据，自动选择最佳的的超声波模式，模式包括发射不同频率的超声波以及除藻时间。当溶解氧数值过低的时候，NI myRIO输出电平控制信号控制电子开关的继电器触点吸合，从而打开电子开关，开启超声波发射，当溶解氧数值达到一定数值的时候，NI myRIO输出电平控制信号控制电子开关的继电器触点释放，从而关闭电子开关，停止超声波发射；当红外感应模块检测到附近出现鱼类时，NI myRIO控制电子开关的继电器触点释放，从而关闭电子开关，停止超声波发射，避免伤害鱼类。

如图2、图3、图4所示，本实用新型实施例由浮标1搭载，浮标1的水上部分是防水箱2，防水箱2内装载NI myRIO主控器、继电器、超声波驱动器等各种硬件，浮标1的水下部分是支撑架3，支撑架3上装载温度传感器31、PH传感器32、溶解氧传感器33、红外感应模块34和40KHZ超声波发射器351、60kHZ超声波发射器352、80KHZ超声波发射器353，该水下的三个超声波发射器351、352、353，不仅能360°全方位无死角地发射三种频率的超声波，还可以很大程度地扩大超声波的覆盖区域，提高除藻速率，缩短除藻时间。

本实用新型清除藻类的实验过程：先把超声波发射器放入含有蓝藻和绿藻样本的水中，实验所选择的超声波功率为2W，而实际除藻中则为40W-80W，频率为20kHZ-80kHZ。蓝藻绿藻是单细胞生物，发射的超声波能使藻类细胞产生共振，声波持续发生震动使藻类细胞结构由外到内产生破裂，先将其细胞壁破坏，超声波引起的冲击波、射流、辐射压可以挤压、击穿从而破坏气胞，细胞膜随之破坏，在适当的震动频率下，气胞成为空化泡而破裂，释放出自由基，这就是“空化反应”，然后毁灭活性酶，使藻类细胞的内含物逐渐分解，最后导致整个细胞死亡，死亡的细胞残骸会沉在水底，过一段时间以后死亡的细胞会自动降解。本实用新型选择最常见最典型的蓝藻与绿藻细胞做实验，超声波对这两种藻类有明显的抑制作用，超声波在藻类的细胞壁与细胞膜之间来回震动，当达到一定程度时，细胞壁会自动破裂，细胞内的内含物如线粒体等对自动脱落，残骸会沉淀在水底，一或两天后会自动降解。根据实验数据，刚开始处理的时候，细胞的个数增多，但活性细胞的个数大幅度下降。不久之后藻类的治理细胞个数明显下降，再过六天后藻类几乎完全清除。本实用新型对比其他除藻方式，显得更有效率，再者不同频段的超声波，可以针对不同藻类进行。由于各种藻类的的耐受能力与藻类的细胞结构、细胞壁的结构成分各有千秋，导致不同频段的超声波对不同藻类发生共振的效果不同。多频率超生波可以同时对两种或多种藻类进行一次性清除，大大提高除藻的效率，同时相比其他除藻方式，大大节约除藻成本。

蓝藻水华频频暴发威胁着流域的饮用水安全和灌溉安全，本实用新型可以即时监测水中藻类种类、大小、分布等情况，制定出有效的超声波发射模式，从而实时控制藻类密度，清除过多藻类，防止蓝藻水华的爆发。

实验证明，本实用新型对鲢鱼、鳙鱼的日常生活没有影响；同时本实用新型的超声波发射器是采用水下向水面斜向上发射的结构，能较大程度减少干扰水生物。本实用新型可以通过巡航船拖动到指定的除藻区域，可以有效地减少超声波除藻设备的数量，从而节约处理成本。