CN111088783A - 文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，基于文丘里式水面漂浮垃圾收集器，该方法以稳定垃圾回收周期为目标，通过根据初始计算周期进行现场安装，并通过每次回收垃圾的情况进行反馈调整，从而得到最终的稳定回收周期，最终实现水面漂浮垃圾的可持续稳定回收。与现有技术相比，本发明通过在河流上合理分布一定数量的收集器，可以实现对水面垃圾的自动收集，提高水面垃圾收集效率，节省人力，物力及能源，降低了作业成本，并实现垃圾回收的周期化，可持续化，为水域垃圾的清洁工作提供了便利。

Description

文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法

技术领域

本发明涉及河流环境垃圾清洁设备领域，尤其是涉及一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法。

背景技术

随着城市化的进程逐渐加快，各种城市景观水域，小型人工湖等不断涌现，各城市人工景观水域和水生态修复建设工程也随之不断涌现。然而，我国城市河道特别是景观水体的部分区域主要污染物为漂浮垃圾，具有较高的生态危害性，且严重影响市貌。目前，河道等水域进行每日垃圾清理和定期组织打捞的工作成本花费成本高昂，收集方式较为单一，普遍采用的是较为原始的人工打捞的方法，即由工作人员手持网兜站在船上直接把水面漂浮物打捞上来。这种方式需要较多的劳动力，工作条件差，耗时较多，效率较低。因此，机械式、自动式水面垃圾收集器的研发势在必行。

目前存在的水面漂浮物收集装置，根据打捞方式的不同，水面垃圾打捞装置主要分为传送带式、铲斗式、回转式和抓斗式等类型。但是从收集到的各类船的船体参数来看，船只的型号较大，具有不小的地域限制，不适合小型流域的垃圾收集。(如“方通号”水上清扫船船长7.4m，海洋清扫号平底船长宽高分别为30m、10m、2.3m)故欲研发一种小型垃圾收集器，其可以脱离人力，自主进行垃圾收集，经过统一的二次回收处理，极大的节省了人力，降低成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法。配套设计的文丘里式水面漂浮垃圾收集器，实现水面漂浮垃圾的无动力自动收集以及可持续回收方案。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器包括：

垃圾收集存储装置，具有滤网、存储筒、挡板和垃圾收集槽，滤网连接于存储筒的后端并与存储筒相连通，垃圾收集槽连接于存储筒的前端下部并与存储筒相连通，垃圾收集槽的底部设有滤孔，挡板设置于存储筒的前端上部，

垃圾吸收动力发生装置，具有细径喉管以及分别设置于细径喉管前后两端的变径入水口和变径出水口，细径喉管通过竖向联通管与滤孔相连通，并位于垃圾吸收动力发生装置下方；

收集水面漂浮垃圾的方法，包括以下步骤：

(1)通过对需要清理河道的目标河段进行流速测定并进行统计，确定文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置，并对垃圾流量和收集器布置数量进行估算；

(2)将文丘里式水面漂浮垃圾收集器在步骤(1)确定的最佳布置位置进行布置并固定；

(3)根据步骤(1)中估算的垃圾流量和收集器分布数量计算得到垃圾回收周期，每次垃圾回收周期结束后一次性更换滤网，并评估收集器垃圾收集情况，根据滤网收垃圾集情况进行收集器位置及回收周期的调整；

(4)重复步骤(3)，直至调整得到稳定的垃圾回收周期，形成模式化的垃圾自动收集模式(进入可持续发展的回收模式阶段)。

作为本发明优选的技术方案，采用流速仪对目标河段流速测定，并在目标河段中均匀分布测速采样点，按照预设的水平和深度间进行隔布点测速，收集样本数据后绘制目标河段的三维流速分布云图，根据三维流速分布云图在文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度的同一水平面上选择若干流速最大处，作为文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置。

作为本发明优选的技术方案，预设的水平和深度间隔分别为1m水平间隔和1m深度间隔。

作为本发明优选的技术方案，文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度根据目标河段现场河流调研和ANSYS FLUENT流体模拟试验进行确定。

在确定动力发生装置所处的深度时，首先在河段现场测量宽度、深度、平均流速等信息，之后将测量得到的参数输入到ANSYS FLENT模型中。通过不断改变模型中垃圾吸收动力发生装置的深度并运行模型，可以得到不同深度下以河流表面负压区面积代表的垃圾收集率，从中选择垃圾收集率最大值对应的深度作为现场安装垃圾吸收动力装置使用的深度。

作为本发明优选的技术方案，根据已有的水文观测数据以及实地使用滤网拦截并分时段多次统计垃圾流量，取垃圾流量最大值作为目标河段的估算垃圾流量，依照该估算垃圾流量及选用的收集器的垃圾存储体积，进一步计算求出收集器的数量。

作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中，通过对垃圾收集较多的收集器选用较大垃圾存储体积的收集器或增加布置临近收集器，或/和，对垃圾收集较少的收集器选用较小垃圾存储体积的收集器，进行收集器位置及回收周期的调整。

作为本发明优选的技术方案，还包括将回收的垃圾进行分类处理。

作为本发明优选的技术方案，更换滤网的操作可由人工完成。通过取出文丘里式水面漂浮垃圾收集器的滤网，连同其中的垃圾一并取出，并且更换新的收集滤网，开始新的一轮垃圾收集过程。

作为本发明优选的技术方案，所述的存储筒的下部位于水中。

作为本发明优选的技术方案，所述的存储筒呈卧式圆筒状。

作为本发明优选的技术方案，所述的滤网呈半球壳形。

作为本发明优选的技术方案，所述的垃圾收集槽的顶部敞口。

作为本发明优选的技术方案，所述的垃圾收集槽呈1/4球壳形。

作为本发明优选的技术方案，所述的变径入水口和变径出水口均呈喇叭状。

作为本发明优选的技术方案，细径喉管水平布置，细径喉管的中部与竖向联通管连通。

本发明的工作原理是：使用时存储筒的下部位于水中，具有文丘里效应的垃圾吸收动力发生装置完全位于水面以下，依靠河流中央水面下水流流经文丘里效应变径管时产生局部负压，从而获得吸引垃圾进入垃圾收集槽的吸力，垃圾收集存储装置从垃圾收集槽上边缘处起，上半部分位于水面上空气中，下半部分置于水面以下，用于吸收和存储水面固体漂浮垃圾，竖向联通管用于连接垃圾吸收动力发生装置和垃圾收集存储装置，起到传递负压的作用，垃圾收集存储装置后方滤网均可以阻拦吸收进入存储筒的水面固体漂浮垃圾，而且滤网可以使水流畅通的流走。挡板可以防止吸收的垃圾漂浮出去。竖向联通管与收集槽接口处布置滤孔(带有滤网的孔)，防止水面固体漂浮垃圾阻塞，影响吸收效果。垃圾吸收动力发生装置变径入水口可以使水流流速增大，根据流体力学伯努利方程可知流速增大压强会变小，垃圾吸收动力发生装置变径出水口可以使水流流出时平缓扩散，流速平稳降低而静压恢复，几乎不产生漩涡，压损很小。

与现有技术相比，本发明使用文丘里效应作为水面漂浮垃圾的收集动力来源，并围绕使用基于该效应的收集器形成一套完整的水面漂浮垃圾收集与可持续回收方法，具有以下有益效果：

通过在河流上合理分布一定数量的文丘里式水面漂浮垃圾收集器，可以实现对水面垃圾的自动收集，提高水面垃圾收集效率，节省人力，物力及能源，降低了作业成本，并实现垃圾回收的周期化，可持续化，为水域垃圾的清洁工作提供了便利。

本发明的文丘里式水面漂浮垃圾收集器主要针对于水面漂浮垃圾收集，通过文丘里效应，使水面产生一定的压力差，竖向联通管内的负压会使水面漂浮垃圾被动吸入收集存储装置中，达到净化河流水面环境的效果。

附图说明

图1为本发明的文丘里式水面漂浮垃圾收集器的结构示意图；

图2为本发明的文丘里式水面漂浮垃圾收集的主视示意图；

图3为本发明的文丘里式水面漂浮垃圾收集的侧视示意图；

图4为本发明的文丘里式水面漂浮垃圾收集的俯视示意图；

图5为本发明收集水面漂浮垃圾的方法的实施流程示意图。

图中，1为滤网，2为存储筒，3为挡板，4为垃圾收集槽，5为滤孔，6为变径入水口，7为细径喉管，8为变径出水口，9为竖向联通管。

具体实施方式

一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其中，文丘里式水面漂浮垃圾收集器，如图1～图4所示，包括垃圾收集存储装置、垃圾吸收动力发生装置：垃圾收集存储装置具有滤网1、存储筒2、挡板3和垃圾收集槽4，滤网1连接于存储筒2的后端并与存储筒2相连通，垃圾收集槽4连接于存储筒2的前端下部并与存储筒2相连通，垃圾收集槽4的底部设有滤孔5，挡板3设置于存储筒2的前端上部；垃圾吸收动力发生装置具有细径喉管7以及分别设置于细径喉管7前后两端的变径入水口6和变径出水口8，细径喉管7通过竖向联通管9与滤孔5相连通，并位于垃圾吸收动力发生装置下方。

收集水面漂浮垃圾的方法，如图5所示，包括以下步骤：

(1)通过对需要清理河道的目标河段进行流速测定并进行统计，确定文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置，并对垃圾流量和收集器布置数量进行估算；

(2)将文丘里式水面漂浮垃圾收集器在步骤(1)确定的最佳布置位置进行布置并固定；

(3)根据步骤(1)中估算的垃圾流量和收集器分布数量计算得到垃圾回收周期，每次垃圾回收周期结束后一次性更换滤网，并评估收集器垃圾收集情况，根据滤网收垃圾集情况进行收集器位置及回收周期的调整；

(4)重复步骤(3)，直至调整得到稳定的垃圾回收周期，形成模式化的垃圾自动收集模式(进入可持续发展的回收模式阶段)。

优选地，还包括将回收的垃圾进行分类处理。

优选地，更换滤网的操作可由人工完成。通过取出文丘里式水面漂浮垃圾收集器的滤网，连同其中的垃圾一并取出，并且更换新的收集滤网，开始新的一轮垃圾收集过程。进一步地，可以在存储筒2的上部设置可打开的存储仓上盖，方便垃圾的取出。

优选地，采用流速仪对目标河段流速测定，并在目标河段中均匀分布测速采样点，按照预设的水平和深度间进行隔布点测速，收集样本数据后绘制目标河段的三维流速分布云图，根据三维流速分布云图在文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度的同一水平面上选择若干流速最大处，作为文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置。进一步优选预设的水平和深度间隔分别为1m水平间隔和1m深度间隔。

优选地，文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度根据目标河段现场河流调研和ANSYS FLUENT流体模拟试验进行确定。进一步优选在确定动力发生装置所处的深度时，首先在河段现场测量宽度、深度、平均流速等信息，之后将测量得到的参数输入到ANSYS FLENT模型中。通过不断改变模型中垃圾吸收动力发生装置的深度并运行模型，可以得到不同深度下以河流表面负压区面积代表的垃圾收集率，从中选择垃圾收集率最大值对应的深度作为现场安装垃圾吸收动力装置使用的深度。

优选地，根据已有的水文观测数据以及实地使用滤网拦截并分时段多次统计垃圾流量，取垃圾流量最大值作为目标河段的估算垃圾流量，依照该估算垃圾流量及选用的收集器的垃圾存储体积，进一步计算求出收集器的数量。

优选地，步骤(3)中，通过对垃圾收集较多的收集器选用较大垃圾存储体积的收集器或增加布置临近收集器，或/和，对垃圾收集较少的收集器选用较小垃圾存储体积的收集器，进行收集器位置及回收周期的调整。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

某市河流宽度为10m，平均流速1m/s，平均水深2m。

使用流速仪对河流间隔1m宽度，1m水深进行测速，利用采集的样本绘制三维流速分布云图。经过ANSYS FLUENT模拟试验，得到最佳的文丘里式水面漂浮垃圾收集器的动力发生装置的深度为0.6m。通过在流速分布云图上做0.6m处的剖面，在上面取极值点，进行标记。

在河上临时设置拦截网，间隔一小时统计垃圾拦截体积，并重复测试多日，得到垃圾流量分布表。取表中最大值作为垃圾流量标准值(估算垃圾流量)，依照垃圾流量标准值，并根据选用的收集器的垃圾存储体积(从预先设计好的不同规格的收集器中进行选型)，进一步地求出所需收集器的数量。

结合上述数据最终确定收集器的平面布置，并进行收集器的批量生产，由人工进行水下作业实施固定。

在收集器上安装收集滤网，并调整好朝向，开始运行。按照计算的周期间隔一段时间人工对各个收集器的滤网进行更换，同时观察收集器的收集情况。通过对垃圾收集较多的收集器选用较大垃圾存储体积的收集器或增加布置临近收集器，或/和，对垃圾收集较少的收集器选用较小垃圾存储体积的收集器，进行收集器位置及回收周期的调整。

重复上述更换滤网并调整的过程，直到各个收集器的周期趋于稳定，就形成了可持续发展的垃圾收集模式，保证了该河面的清洁和垃圾的长期稳定可持续回收。

本发明漂浮垃圾的方法，基于研发的无动力水面收集器，以稳定垃圾回收周期为目标，通过根据初始计算周期进行现场安装，并通过每次回收垃圾的情况进行反馈调整，从而得到最终的稳定回收周期，最终实现水面漂浮垃圾的可持续稳定回收。

对于本实施例中的文丘里式水面漂浮垃圾收集器而言，如图1～4所示：

优选地本实施例中，存储筒2呈卧式圆筒状。使用时，存储筒2的下部位于水中。滤网1便于河水的流通，同时也能阻挡存储垃圾，优选本实施例中滤网1呈半球壳形，滤网1的边缘与存储筒2的边缘紧密连接。优选挡板3呈半圆形，挡板3的边缘与存储筒的上部边缘紧密结合。优选本实施例中垃圾收集槽4的顶部敞口，进一步优选垃圾收集槽4呈1/4球壳形(半球壳形再一分为二得到的形状)，如图1和图2所示。优选变径入水口6和变径出水口8均呈喇叭状，细径喉管7与变径入水口6和变径出水口8紧密粘接。进一步优选细径喉管7水平布置，细径喉管7的中部与竖向联通管9连通。

使用时存储筒的下部位于水中，具有文丘里效应的垃圾吸收动力发生装置完全位于水面以下，依靠河流中央水面下水流流经文丘里效应变径管时产生局部负压，从而获得吸引垃圾进入垃圾收集槽的吸力，垃圾收集存储装置从垃圾收集槽上边缘处起，上半部分位于水面上空气中，下半部分置于水面以下，用于吸收和存储水面固体漂浮垃圾，竖向联通管用于连接垃圾吸收动力发生装置和垃圾收集存储装置，起到传递负压的作用，垃圾收集存储装置后方滤网均可以阻拦吸收进入存储筒的水面固体漂浮垃圾，而且滤网可以使水流畅通的流走。挡板可以防止吸收的垃圾漂浮出去。竖向联通管与收集槽接口处布置滤孔(带有滤网的孔)，防止水面固体漂浮垃圾阻塞，影响吸收效果。垃圾吸收动力发生装置变径入水口可以使水流流速增大，根据流体力学伯努利方程可知流速增大压强会变小，垃圾吸收动力发生装置变径出水口可以使水流流出时平缓扩散，流速平稳降低而静压恢复，几乎不产生漩涡，压损很小。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，

所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器包括：

垃圾收集存储装置，具有滤网(1)、存储筒(2)、挡板(3)和垃圾收集槽(4)，滤网(1)连接于存储筒(2)的后端并与存储筒(2)相连通，垃圾收集槽(4)连接于存储筒(2)的前端下部并与存储筒(2)相连通，垃圾收集槽(4)的底部设有滤孔(5)，挡板(3)设置于存储筒(2)的前端上部，

垃圾吸收动力发生装置，具有细径喉管(7)以及分别设置于细径喉管(7)前后两端的变径入水口(6)和变径出水口(8)，细径喉管(7)通过竖向联通管(9)与滤孔(5)相连通，并位于垃圾吸收动力发生装置下方；

收集水面漂浮垃圾的方法，包括以下步骤：

(1)通过对需要清理河道的目标河段进行流速测定并进行统计，确定文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置，并对垃圾流量和收集器布置数量进行估算；

(2)将文丘里式水面漂浮垃圾收集器在步骤(1)确定的最佳布置位置进行布置并固定；

(3)根据步骤(1)中估算的垃圾流量和收集器分布数量计算得到垃圾回收周期，每次垃圾回收周期结束后一次性更换滤网，并评估收集器垃圾收集情况，根据滤网收垃圾集情况进行收集器位置及回收周期的调整；

(4)重复步骤(3)，直至调整得到稳定的垃圾回收周期，形成模式化的垃圾自动收集模式。

2.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，采用流速仪对目标河段流速测定，并在目标河段中均匀分布测速采样点，按照预设的水平和深度间进行隔布点测速，收集样本数据后绘制目标河段的三维流速分布云图，根据三维流速分布云图在文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度的同一水平面上选择若干流速最大处，作为文丘里式水面漂浮垃圾收集器的最佳布置位置。

3.根据权利要求2所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，预设的水平和深度间隔分别为1m水平间隔和1m深度间隔。

4.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，文丘里式水面漂浮垃圾收集器的垃圾吸收动力发生装置所处深度根据目标河段现场河流调研和ANSYS FLUENT流体模拟试验进行确定。

5.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，根据已有的水文观测数据以及实地使用滤网拦截并分时段多次统计垃圾流量，取垃圾流量最大值作为目标河段的估算垃圾流量，依照该估算垃圾流量及选用的收集器的垃圾存储体积，进一步计算求出收集器的数量。

6.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，步骤(3)中，通过对垃圾收集较多的收集器选用较大垃圾存储体积的收集器或增加布置临近收集器，或/和，对垃圾收集较少的收集器选用较小垃圾存储体积的收集器，进行收集器位置及回收周期的调整。

7.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，还包括将回收的垃圾进行分类处理。

8.根据权利要求1所述的文丘里式水面漂浮垃圾收集器收集水面漂浮垃圾的方法，其特征在于，更换滤网的操作可由人工完成。

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