一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置及方法与流程

本发明涉及海底环境治理，具体涉及一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置及方法。

背景技术：

1、伴随陆地稀有金属资源的不足，海底矿产愈发为世界各国所重视。但深海多金属结核的开采中会破坏海底稀软土层和沉积物，深海采矿车行走及采矿过程中，对海水的扰动可使深海沉积物激起、传播，沉积物黏粒间的胶结作用破坏，形成羽状流。深海羽状流一旦形成扩散，由于其粒径较小，导致其极难沉降，蔓延范围可达几千公里，悬浮时长可持续数十年。羽状流水体浑浊，其携带的颗粒荷载会堵塞底栖生物呼吸道、进食道，致使其大面积死亡，对海底生态造成难以修复的损坏。深海多金属结核开采将扰动海底浅表层沉积物，使沉积物发生再悬浮，形成沉积物羽状流。沉积物羽状流的运移扩散会改变水体化学性质，影响海底生物的繁衍与生存，是深海多金属结核开采所带来的最直接的环境影响，当前欠缺有效的针对深海羽状流的防治技术。因此，现有技术亟待进一步改进和提升。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的在于提出一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，解决深海采矿车行走及采矿过程中激起大量羽状流、形成扩散，海洋生物造成大面积死亡，对海底生态的破坏难以修复。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，包括底吸絮凝箱、泵吸输移箱、螺旋底吸单元、絮凝初洒单元、絮凝再喷洒单元和控制系统，所述底吸絮凝箱为方形立体结构的箱体，能够安装于采矿车的车架顶部。

4、所述底吸絮凝箱的下部具有隔板，隔板将底吸絮凝箱的内部空腔分成位于上方的絮凝仓和位于下方的底吸仓，底吸絮凝箱的四个侧边均设有羽流抽吸口，各所述羽流抽吸口经过通道与底吸仓内部相通。

5、隔板上开设有导流孔，螺旋底吸单元设在底吸絮凝箱内，能够将底吸仓内的羽状流持续送入絮凝仓内，所述泵吸输移箱设在底吸絮凝箱的后上方，底部与絮凝仓相通，泵吸输移箱后侧上部设有抽吸泵。

6、絮凝初洒单元包括絮凝储存箱一和多组第一喷头，第一喷头设在絮凝仓的底部，与絮凝储存箱一管路相连。

7、絮凝再喷洒单元包括絮凝储存箱二和多个絮凝喷洒管，所有絮凝喷洒管间隔设置在泵吸输移箱的中部，且与絮凝储存箱二管路相连，絮凝喷洒管均设有两组第二喷头。

8、进一步地，底吸絮凝箱底部的前后两侧分别设有第一底吸管，底吸絮凝箱底部的左右两侧对称设有两组第二底吸管，每组第二底吸管均包括纵向间隔布置的至少两个第二底吸管。

9、第一、第二底吸管均为扁口状的管体，上端与底吸絮凝箱的底部固定相连成一体，其下端口为所述羽流抽吸口，且向外侧倾斜布置。

10、进一步地，所述底吸絮凝箱左右两侧的上部具有对称布置的两个所述羽流抽吸口，羽流抽吸口为长条状的扁口结构。

11、底吸絮凝箱左右两侧上部的两个羽流抽吸口，通过位于底吸絮凝箱左右侧板的弧形通道与底吸仓的内部相通，各所述羽流抽吸口的内侧均设有过滤网。

12、进一步地，导流孔为圆孔且设有至少两个，所有导流孔沿隔板的中轴线纵向间隔布置。

13、螺旋底吸单元包括与导流孔数量相等且位置一一对应的螺旋桨，每个螺旋桨均配置有一个伺服电机，所述螺旋桨的转轴竖向布置且位于对应的导流孔内，转轴侧壁与导流孔的内壁之间形成供羽状流通过的环形通道。

14、伺服电机设置在底吸絮凝箱的底板上，其输出轴与转轴的下端相连，螺旋桨的桨叶位于隔板的上方，固定安装在转轴上端。

15、进一步地，絮凝储存箱一和絮凝储存箱一并列布置在泵吸输移箱前侧，顶部分别设有连接水面母船的输入管，水面母船通过絮凝储存箱一顶部的输入管向其内部输送pac絮凝剂，同时，水面母船能够通过絮凝储存箱二顶部的输入管向其内部输送apam絮凝剂。

16、进一步地，各组第一喷头在隔板上横向依次间隔布置，每组第一喷头均包括纵向间隔排布的至少两个第一喷头。

17、所述絮凝储存箱一上设有电磁泵一，所述电磁泵一的信号端与控制系统通讯相连，所述电磁泵一的出口端连接有供液主管一，供液主管一通过安装在隔板的分流器一与各第一喷头相连相通。

18、进一步地，各所述絮凝喷洒管均纵向水平布置，与设置在泵吸输移箱前侧壁上的分流器二的出口端一一对应相连。

19、两组第二喷头对称设置在絮凝喷洒管的左右两侧，每组第二喷头均包括沿絮凝喷洒管轴向等间隔分布的多个第二喷头。

20、所述絮凝储存箱二上设有电磁泵二，所述电磁泵二的信号端与控制系统通讯相连，所述电磁泵二的出口端通过供液主管二与分流器二的入口端相连。

21、进一步地，抽吸泵至少有两个，横向依次间隔设置在泵吸输移箱的后侧，所述抽吸泵采用隔膜泵，其入口端通过变径管与泵吸输移箱的内部相连相通。

22、进一步地，泵吸输移箱的内侧上部设有与抽吸泵数量相等且位置一一对应的排泄槽，排泄槽为纵向水平布置的u形壳体，其前后两端分别泵吸输移箱的侧壁固定相连成一体，上端与泵吸输移箱的顶壁之间形成水流经过的通道。

23、泵吸输移箱与排泄槽底板上方相邻的位置开设有长条状的排水口，排泄槽内侧通过排水口与变径管相通。

24、本发明的另一个目的在于提出一种深海采矿羽状流治理方法。

25、一种深海采矿羽状流治理方法，采用上述的基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，包括如下步骤：

26、s1，深海采矿车行进前螺旋桨和抽吸泵均开始工作，将车体周边激起的羽状流经过羽流抽吸口连续吸入底吸仓的内部，螺旋桨的转动使底吸仓与絮凝仓之间形成压差，底吸仓内的羽状流经过导流孔连续进入絮凝仓内。

27、s2，絮凝储存箱一内的pac絮凝剂通过管路泵送至第一喷头，第一喷头向絮凝仓内喷洒pac絮凝剂，在螺旋桨的搅拌作用下，pac絮凝剂与絮凝仓内的羽状流充分混合形成絮团。

28、s3，在抽吸泵的作用下，絮团随着水流进入泵吸输移箱的下部，并由下往上运动。絮凝储存箱二的apam絮凝剂通过管路泵送至第二喷头，第二喷头向泵吸输移箱内喷洒apam絮凝剂，apam絮凝剂可加快絮团的沉降。

29、s4，apam絮凝剂使絮团随水流向上运动过程中，凝聚成大的絮凝物，经过抽吸泵排至泵吸输移箱的外部后，可快速沉降至海床表面。

30、通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明的底吸絮凝箱安装在深海采矿车的下部，通过周边的抽吸口将羽状流连续抽入底吸絮凝箱内部，在底吸絮凝箱内连续喷洒pac絮凝剂，羽状流形成絮团随水体进入泵吸输移箱，在泵吸输移箱内连续喷洒apam絮凝剂，加速沉降并排出，羽状流收集完全、充分，絮凝、沉降过程连续进行，混合充分均匀，沉降效率高，避免产生二次羽状流，实现较佳的沉降效果。

技术特征：

1.一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，包括底吸絮凝箱、泵吸输移箱、螺旋底吸单元、絮凝初洒单元、絮凝再喷洒单元和控制系统，所述底吸絮凝箱为方形立体结构的箱体，能够安装于采矿车的车架顶部；

2.根据权利要求1所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，底吸絮凝箱底部的前后两侧分别设有第一底吸管，底吸絮凝箱底部的左右两侧对称设有两组第二底吸管，每组第二底吸管均包括纵向间隔布置的至少两个第二底吸管；

3.根据权利要求2所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，所述底吸絮凝箱左右两侧的上部具有对称布置的两个所述羽流抽吸口，羽流抽吸口为长条状的扁口结构；

4.根据权利要求1所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，导流孔为圆孔且设有至少两个，所有导流孔沿隔板的中轴线纵向间隔布置；

5.根据权利要求4所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，絮凝储存箱一和絮凝储存箱一并列布置在泵吸输移箱前侧，顶部分别设有连接水面母船的输入管，水面母船通过絮凝储存箱一顶部的输入管向其内部输送pac絮凝剂，同时，水面母船能够通过絮凝储存箱二顶部的输入管向其内部输送apam絮凝剂。

6.根据权利要求5所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，各组第一喷头在隔板上横向依次间隔布置，每组第一喷头均包括纵向间隔排布的至少两个第一喷头；

7.根据权利要求5所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，各所述絮凝喷洒管均纵向水平布置，与设置在泵吸输移箱前侧壁上的分流器二的出口端一一对应相连；

8.根据权利要求1所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，抽吸泵至少有两个，横向依次间隔设置在泵吸输移箱的后侧，所述抽吸泵采用隔膜泵，其入口端通过变径管与泵吸输移箱的内部相连相通。

9.根据权利要求8所述的一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，其特征在于，泵吸输移箱的内侧上部设有与抽吸泵数量相等且位置一一对应的排泄槽，排泄槽为纵向水平布置的u形壳体，其前后两端分别泵吸输移箱的侧壁固定相连成一体，上端与泵吸输移箱的顶壁之间形成水流经过的通道；

10.一种深海采矿羽状流治理方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开一种基于底吸絮凝的深海采矿羽状流治理装置及方法，包括底吸絮凝箱、泵吸输移箱、螺旋底吸单元、絮凝初洒单元、絮凝再喷洒单元和控制系统，底吸絮凝箱内部由隔板分成絮凝仓和底吸仓，底吸絮凝箱外侧设有羽流抽吸口，羽流抽吸口与底吸仓内部相通。螺旋底吸单元设在底吸絮凝箱内，泵吸输移箱设在底吸絮凝箱的后上方，其后侧上部设有抽吸泵。絮凝初洒单元包括絮凝储存箱一和多组第一喷头，第一喷头设在絮凝仓的底部。絮凝再喷洒单元包括絮凝储存箱二和多个絮凝喷洒管，絮凝喷洒管均设有两组第二喷头。本发明羽状流收集完全、充分，絮凝、沉降过程连续进行，混合充分均匀，沉降效率高，避免产生二次羽状流，实现较佳的沉降效果。

技术研发人员：魏佳康,陈旭光,张修占,张凤鹏,李浩,张杨杨,袁振钦,戚宝运
受保护的技术使用者：招商局海洋装备研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15