一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置

1.本发明属于水环境技术领域，具体涉及一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置。


背景技术：

2.水生态修复是当前水生态环境保护的热点问题，水环境质量的优劣与生态状况息息相关。目前对河流、湖库等水体健康评估后发现，诸多河流处于接近亚健康状态，生态状况已经受到威胁，生物多样性逐步减少。为保护水生态环境，恢复生态平衡，国内外已有多种形式的修复方法，如水环境修复机器人，水环境污染治理等。
3.中国发明专利201810807675.5公开了“一种基于生态修复用河道增氧机器人”，该河道增氧机器人能够高效率的生氧，同时能够根据水的深浅调节增氧深度，使用方便易行，极大提高了生态修复的效率；中国发明专利202010872099.x巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，结合曝气，汲取底泥进行生化反应沉淀，实现水体悬浮物及其所含氮磷等污染物的去除。中国发明专利202120154483.6公开了“一种水环境生态修复装置”，该装置通过隔板转叶对水环境进行置换，不存在类似化学修复的二次污染，大大提高了水生态环境的修复效率。
4.上述生态修复装置对于水生态环境修复均有着不同的适应性，能一定程度上满足水体曝气和净化要求，但较少考虑水体水生生物的恢复，且对曝气量的控制缺乏智能化，因此上述生态修复装置存在效果单一的缺陷，在修复水环境的同时缺乏对生物多样性的恢复。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，旨在解决现存水体净化方式单调、生态修复不够全面、缺乏对生物多样性恢复的问题，在实施水体生态修复的同时，实现水生生物生物量和生物多样性的提升。
6.为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
7.一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，包括能源动力单元、控制器，所述能源动力单元与控制器电连接,并用于对装置全体供电，其特征在于，还包括分别与控制器电连的展翼变体单元、检测和曝气单元、浮游生物孵化单元。
8.所述浮游生物孵化单元包括净化池、输液管、储液器、加热箔片；所述加热箔片固定于净化池内部,用于保持净化池内水体温度；储液器通过输液管连接净化池,用于储存通过输液管输入净化池的培养液和ph缓冲液。
9.所述检测和曝气单元包括曝气机构和水质监测探头；所述水质监测探头用于检测水环境质量，所述控制器根据水环境质量检测结果控制曝气机构的开启和关闭以及控制浮游生物孵化单元中培养液和ph缓冲液的输送。
10.所述展翼变体单元设置有红外感应器，用于感应装置周围物体；所述控制器根据
红外感应器传送的感应信号控制展翼变体单元的移动收缩动作。
11.所述曝气机构包括输气管、曝气盘、鼓风机；所述鼓风机通过输气管连接曝气盘,用于将鼓风机产生的气体通过输气管输送至曝气盘。
12.进一步的，所述曝气盘还设置有多个曝气孔，曝气孔外侧覆盖有防止曝气孔堵塞的橡胶膜片。
13.在一些实施例中，所述能源动力单元包括风力发电机、能量转换器、太阳能电池板、蓄电池；所述能量转换器用于转化并储存通过太阳能电池板与风力发电机产生的电能，并对蓄电池充电。
14.进一步的，所述净化池内包括吸附物和水生植物，用于培养在此水体环境下形成的净化水质的微生物优势群落。
15.在一些实施例中，所述吸附物包括纳米吸附材料、陶粒中的一种或两种混合。
16.进一步的，所述曝气机构还包括气盘刷，气盘刷一侧固定在曝气盘中心，用于清除曝气盘因长期浸水产生的干扰物。
17.进一步的，所述检测和曝气单元还包括过滤网，所述过滤网包裹水质监测探头，用于隔绝杂物。
18.在一些实施例中，所述水质监测探头至少包括叶绿素探头、溶解氧探头、温度探头、浊度探头，用于检测水环境状况。
19.进一步的，所述展翼变体单元还包括收缩臂、滚轴、转动机、套环、拓展平板一；所述收缩臂的一端通过滚轴连接拓展平板一，收缩臂的另一端与套环相接，并通过套环安装于支撑杆上；所述拓展平板一连接于支撑杆一侧；所述套环通过转动机的牵引上下移动，并拉动收缩臂带动拓展平板一左右移动。
20.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
21.本发明公开了一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，包括能源动力单元、控制器，还包括分别与控制器电连的展翼变体单元、检测和曝气单元、浮游生物孵化单元；检测和曝气单元包括曝气机构和水质监测探头，可以根据水质监测探头对所处水环境质量监测的结果，通过控制器计算设定适合的曝气速率和曝气量，控制曝气机构的开启和关闭。浮游生物孵化单元包括净化池、输液管、储液器、加热箔片等，可以对装置周围水体进行氮磷及有机污染物吸收和生物净化，并在净化水体的同时培育浮游生物，提升浮游生物的生物多样性和丰富度。展翼变体单元设置有用于检测装置周围是否有物体靠近的红外感应器，当遇见物体靠近时，展翼收拢，同时可根据不同水位调节高度，存在于不同深度的水体，以支持曝气装置进行多尺度曝气。
22.本发明集可变体增氧的曝气系统与生物净化于一体，曝气量根据水环境质量自动调节，智能化程度高，曝气不仅提高了水体溶解氧，还为浮游生物、水生植物生长提供了良好环境，在促进浮游生物、水生植物生长的同时，也提供了充足的微生物附着生存空间，有利于净化降解污染水体的有机污染物并吸收氮磷，同时提高物种丰富度和生物多样性，具有环境友好、节约能源、智能化程度高的特点，可以使水生态修复效益最大化。
附图说明
23.图1是本发明实施例的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置的正视
图；
24.图2是本发明实施例的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置的俯视图；
25.图3是本发明实施例的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置的浮游生物孵化单元结构示意图；
26.图中：1、展翼变体单元；2、能源动力单元；3、检测和曝气单元；4、浮游生物孵化单元；5、拓展平板一；6、收缩臂；7、套环；8、滚轴；9、转动机；10、红外感应器；11、风力发电机；12、太阳能电池板；13、能量转换器；14、蓄电池；15、控制器；16、输气管；17、曝气盘；18、气盘刷；19、过滤网；20、水质监测探头；21、鼓风机；22、培养材料；23、净化池；24、水生植物；25、输液管；26、旋转开关；27、储液器；28、加热箔片；29、顶部平台；30、支撑杆；31、拓展平板二。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.实施例一：
31.如图1-2所示，本发明公开了一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，包括能源动力单元2、控制器15，能源动力单元2与控制器电15连接,还包括分别与控制器15电连的展翼变体单元1、检测和曝气单元3、浮游生物孵化单元4；本发明还包括支撑杆30、拓展平板一5、拓展平板二31，拓展平板一5、拓展平板二31分别布置于支撑杆30两侧；拓展平板一5、拓展平板二31靠近支撑杆30一侧中心为凹槽形式，槽宽略大于支撑杆30宽度。
32.检测和曝气单元3包括曝气机构和水质监测探头20，控制器15分别与水质监测探头20和曝气机构电连接，用于根据水质监测探头20监测的结果控制曝气机构的开启和关闭；曝气机构包括输气管16、曝气盘17、鼓风机21；鼓风机21安装于支撑杆30上方的顶部平台29，鼓风机21通过输气管16连接曝气盘17,用于将鼓风机21产生的气体通过输气管16输送至曝气盘17，将空气压入曝气盘17进行曝气。输气管16串联平铺于拓展平板一5，曝气盘17安装于拓展平板一5底部四角位置，水质监测探头20安装于拓展平板一5底部中心，控制
器15存放于支撑杆30顶部平台29的箱内；曝气盘17设置有气盘刷18和多个曝气孔，曝气孔外侧覆盖有防止曝气孔堵塞的橡胶膜片，鼓风时，膜片鼓起，气孔张开，空气从气孔溢出，停止鼓风时，膜片覆盖住气孔，此种构造使得气孔不易堵塞，动力效率和氧利用率高；气盘刷18一侧固定在曝气盘17中心，可沿圆周旋转，可清除曝气盘17因长期浸水产生的干扰物。
33.水质监测探头20至少包括叶绿素探头、溶解氧探头、温度探头、浊度探头，用于检测所处水环境状况，可通过控制器15预先设定参数，当水质监测探头20观测到环境值达到设定值时，将检测数据上传至控制器15中，控制器15依据设定参数，可发送指令调节鼓风机21和曝气盘17，改变曝气速率，做出适应于当前环境的设定曝气的效果。水质监测探头20检测水体的水质指标，包括但不限于温度、ph、浊度、叶绿素等，水质监测探头20套装有圆孔过滤网19来过滤水中杂质，防止杂物堵塞，影响装置。
34.如图3所示是本发明实施例中的浮游生物孵化单元4的结构示意图，浮游生物孵化单元4包括净化池23、输液管25、储液器27、加热箔片28；净化池23用水泥活性炭复合材料浇筑，固定于拓展平板二31上方，可拆卸，浇筑时将加热箔片28固定于净化池23内部,用于保持净化池23内水体温度，营造浮游动植物和微生物的适宜附着环境和生存空间。
35.净化池23内填充有纳米吸附材料、陶粒混合组成的培养材料22，作为浮游生物的培养基础，也可对水中污染物进行吸附处理，具有吸附净化效果，可间隔时间对材料进行回收重新填充。培养材料22上方种植有沉水植物、挺水植物等水生植物24，选用植物为个体相对较小的种类，进行二次生物净化。利用填充物和水生植物24的混合环境，可培养出适合当前水环境的微生物和浮游动植物，再次对水环境中的有机污染物和氮磷营养物质进行净化和吸收，浮游生物孵化单元4与水质监测探头20电连接，通过水质监测探头20对水环境质量实时监测。
36.储液器27安装于顶部平台29，储液器27通过输液管25连接净化池23,储液器27用于存放各种培养所需养料，根据监测的结果，控制储液器27中储存的培养液和ph缓冲液通过输液管25输入净化池23，调节培养环境。输液管25的进口端安装有控制储液器27中液体输送的旋转开关26，旋转开关26也通过数据线与控制器15电连接。
37.水环境质量改变时，控制器15发送指令，打开旋转开关26，储液器27中的缓冲液通过输液管25注入水中对环境进行调节，调节培养环境，使其适合生物生长，培养在此水体环境下形成的净化水质的微生物优势群落，用于净化水质，同时增加区域物种多样性。营养物可自行根据需要，固定时间进行输入。在拓展平板二31变体过程中，可在局部水环境撒入培养微生物原液，促进微生物新陈代谢，在对局域水体净化的同时，改善生物多样性。
38.展翼变体单元1设置有红外感应器10，红外感应器10为旋转式，红外感应器10用于对一定范围内物体进行感应，感应范围可自行设定。红外感应器10与控制器15电连接，用于根据红外感应器10感应的结果控制展翼变体单元1的移动收缩动作。展翼变体单元1还包括收缩臂6、滚轴8、转动机9、套环7；拓展平板一5的端处通过滚轴8连接收缩臂6，收缩臂6的另一端与套环7相接，并通过套环7安装于支撑杆30；套环7镶嵌于支撑杆30，套环7通过转动机9的牵引上下移动，并拉动收缩臂6带动拓展平板一5左右移动完成合拢变体，拓展平板一5中间凹槽嵌于支撑杆30中间。拓展平板二31与拓展平板一5的连接结构相同，由此实现拓展平板一5与拓展平板二31的开与合，在不同水域展开工作。
39.拓展平板一5与拓展平板二31由硬质空心材料组成，用于为装置提供工作空间，收
缩臂6为轻质硬材管，由蓄电池14供能。支撑杆30为硬质抗剪材料。转动机9安装于顶部平台29，顶部平台29由坚硬轻质的平板构成。当发现有物体接近时，红外感应器10即发送指令至控制器15，控制器15继而发送指令实现拓展平板一5和拓展平板二31的收缩。
40.能源动力单元2包括风力发电机11、能量转换器13、太阳能电池板12、蓄电池14、控制器15；风力发电机11采用h型垂直轴风力发电机，属于小型风力发电机，叶片选用飞机翼形形状，在风轮旋转时不会因变形而改变发电效率。风轮由垂直于地面的3个h型叶片组成，由轮毂固定在垂直轴上，安全性好，并且启动风速低，能最大限度利用风力资源，发电量较其他类型的风力发电机高，运转后将转化的电能通过电线传输至能量分转器13。
41.太阳能电池板12覆盖在支撑杆30顶部平台29上表面，太阳能电池板12采用薄膜太阳能电池板，弱光效应较好，即便在阳光照射强度较小的情况下也可以持续发电，运转后同样将转化的电能通过电线传输至能量转换器13；能量转换器13与风力发电机11、太阳能电池板12相连，能量转换器13可同时接受风力发电机11和太阳能电池板12两者转化的电能，作为电能临时储存及调度的场所，可以根据蓄电池14的用电情况判断是否对蓄电池14充电；蓄电池14为所有的用电设备提供电能，同时会接受来自能量转换器13的充能。
42.控制器15为可编程调节控制器，可设定仪器检测背景值，当水质监测探头20监测的数据达到设定值的时候，说明水质变化，控制器15发送指令至曝气结构，开始进行曝气量和曝气速率调节。通过水质监测探头20发回的信息，控制器15还控制旋转开关26进行缓冲液的输送。控制器15还可以对红外感应器10、水质监测探头20传送的信息进行整合，以判断是否对转动机9、旋转开关26、加热箔片28供能。
43.以下结合图1、图2、图3，进一步说明本发明的具体步骤：
44.步骤一：支撑杆30的顶部平台29安装有能源动力单元2中的风力发电机11、太阳能电池板12和一个防护外罩，太阳能电池板12安装于防护外罩上方，便于接受阳光，风力发电机11安装于顶部平台29侧方，利于接受风袭，防护外罩内安装有能源转换器13、转动机9、蓄电池14、控制器15、鼓风机21。太阳能电池板12与风力发电机11通过导线与能源转换器13相连接，能源转换器13与蓄电池14电连接，蓄电池14电连接转动机9、鼓风机21和控制器15，并对其进行供能。控制器15控制能源对本装置所有耗能设施输送供给。控制器15通过数据线与套环7、水质监测探头20相连接，用于判断所需曝气量及曝气速率。
45.步骤二：检测和曝气单元3中曝气盘17安装于拓展平板一5底部四角位置，镶嵌于拓展平板一5上，输气管16从鼓风机21导出后沿着支撑杆30往下布设，在拓展平板一5处接入分叉头，分别连接四个曝气盘17。水质监测探头20安装于拓展平板一5下部中央位置，嵌入拓展平板5内部，通过导线与蓄电池14和控制器15相连接。套环7与收缩臂6之间相连，收缩臂6通过滚轴8与拓展平板一5相连。
46.步骤三：将红外感应器10安装于顶部平台29，用以感应周围物体，红外感应器10通过导线与控制器15相连接，套环7、收缩臂6、滚轴8、拓展平板一5连接好后，套环7安装于支撑杆30上方，并与控制器15电连，连接方式可以是导线，进一步可以是数据线。当感应到物体靠近时，红外感应器10发送指令给控制器15，控制器15接收指令并发送指令给展翼变体单元1，套环7运动带动装置的拓展平板一5和拓展平板二31收缩合拢，避免与物体碰撞。
47.步骤四：用水泥和活性炭粉末复合材料浇筑浮游生物孵化单元4中的净化池23，将加热箔片28固定于净化池23内，加热箔片28外接一根导线，导线连接控制器15，待其固定后
往里填充诸如纳米吸附材料、陶粒等可吸附物体作为培养材料22，在培养材料22上培养水生植物24。储液器27中的培养液和ph缓冲液通过输液管25直接通入净化池23内部。输液管25上有旋转开关26，旋转开关26与控制器15电连接，连接方式可以是导线，进一步可以是数据线。当水质监测探头20监测到水环境质量发生改变时，打开旋转开关26，储液器27中的缓冲液通过输液管25注入水中对环境进行调节，调节培养环境，使其适合生物生长。
48.本发明的具体实现过程为：工作人员对控制器15进行曝气量、曝气速率、环境值等参数设定后，将装置放入河流湖泊中，装置上安装的太阳能电池板12和风力发电机11在自然条件下为蓄电池14充电，蓄电池14为展翼变体单元1、检测和曝气单元3、浮游生物孵化单元4供能。当水质监测探头20监测到环境值达到设定值时，将监测数据上传至控制器15中，控制器15依据设定参数，发送指令调节鼓风机21和曝气盘17，改变曝气速率，适应于当前环境的设定曝气效果。当水质监测探头20监测到水环境质量改变时，控制器15发送指令打开旋转开关26，控制储液器27中储存的培养液和ph缓冲液通过输液管25输入净化池23，调节培养环境。当红外感应器10感应到物体靠近时，红外感应器10发送指令给控制器15，控制器15接收指令并发送指令给展翼变体单元1，套环7运动带动装置的拓展平板一5和拓展平板二31收缩合拢，避免与物体碰撞。
49.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，包括能源动力单元(2)、控制器(15)，所述能源动力单元(2)与控制器(15)电连接并用于对装置全体供电，其特征在于，还包括分别与控制器(15)电连的展翼变体单元(1)、检测和曝气单元(3)、浮游生物孵化单元(4)；所述浮游生物孵化单元(4)包括净化池(23)、输液管(25)、储液器(27)、加热箔片(28)；所述加热箔片(28)固定于净化池(23)内部,用于保持净化池(23)内水体温度；储液器(27)通过输液管(25)连接净化池(23),用于储存通过输液管(25)输入净化池(23)的培养液和ph缓冲液；所述检测和曝气单元(3)包括曝气机构和水质监测探头(20)；所述水质监测探头(20)用于检测水环境质量；所述控制器(15)根据水环境质量检测结果控制曝气机构的开启和关闭以及控制浮游生物孵化单元(4)中培养液和ph缓冲液的输送；所述展翼变体单元(1)设置有红外感应器(10)，用于感应装置周围物体；所述控制器(15)根据红外感应器(10)传送的感应信号控制展翼变体单元(1)的移动收缩动作。2.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述曝气机构包括输气管(16)、曝气盘(17)、鼓风机(21)；所述鼓风机(21)通过输气管(16)连接曝气盘(17),用于将鼓风机(21)产生的气体通过输气管(16)输送至曝气盘(17)。3.根据权利要求2所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述曝气盘(17)设置有多个曝气孔，曝气孔外侧覆盖有防止曝气孔堵塞的橡胶膜片。4.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述能源动力单元(2)还包括风力发电机(11)、能量转换器(13)、太阳能电池板(12)、蓄电池(14)；所述能量转换器(13)用于转化并储存通过太阳能电池板(12)与风力发电机(11)产生的电能，并对蓄电池(14)充电。5.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述净化池(23)内包括吸附物和水生植物(24)，用于培养在此水体环境下形成的净化水质的微生物优势群落。6.根据权利要求5所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述吸附物包括纳米吸附材料、陶粒中的一种或两种混合。7.根据权利要求2所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述曝气机构还包括气盘刷(18)，气盘刷(18)一侧固定在曝气盘(17)中心，用于清除曝气盘(17)上的干扰物。8.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述检测和曝气单元(3)还包括过滤网(19)，所述过滤网(19)包裹水质监测探头(20)，用于隔绝杂物。9.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述水质监测探头(20)至少包括叶绿素探头、溶解氧探头、温度探头、浊度探头。10.根据权利要求1所述的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，其特征在于，所述展翼变体单元(1)还包括收缩臂(6)、滚轴(8)、转动机(9)、套环(7)、拓展平板一(5)；所述收缩臂(6)的一端通过滚轴(8)连接拓展平板一(5)，收缩臂(6)的另一端与套环(7)相接，并通过套环(7)安装于支撑杆(30)上；所述拓展平板一(5)连接于支撑杆(30)一
侧；所述套环(7)通过转动机(9)的牵引上下移动，并拉动收缩臂(6)带动拓展平板一(5)左右移动。

技术总结
本发明公开了一种水生态修复技术领域的一种可变体增氧与浮游生物孵化的生态修复装置，旨在解决现有技术中水体净化方式单调、生态修复不够全面、缺乏对生物多样性恢复的问题。其包括展翼变体单元、能源动力单元、检测和曝气单元和浮游生物孵化单元。展翼变体单元控制装置根据不同水位调节高度；能源动力单元提供能源；检测和曝气单元根据水环境质量设定适合的曝气速率和曝气量；浮游生物孵化单元在净化水体的同时培育浮游生物。本发明适用于污染水体水生态修复，集智能曝气、生物净化、生物多样性恢复、多能源形式供能于一体，在改善水环境质量的同时，增加物种丰富度，具有环境友好、节约能源、智能化程度高的特点，促使水生态修复效益最大化。复效益最大化。复效益最大化。


技术研发人员：刘凌 何翔宇 燕文明 陈翔 贺怀杰 李琪 闫钰霖 姚琦 刘瑞艳 赵梓屹
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1