一種自動化機(jī)器人在城鎮(zhèn)污水廠出水口清理的應(yīng)用

賈魯濤

摘要：城鎮(zhèn)污水處理廠的出水口采樣是污水出水達(dá)標(biāo)排放的重要環(huán)節(jié)，水池的潔凈程度直接影響出水水質(zhì)，也決定了是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于水質(zhì)和水溫的原因，出水池經(jīng)常會附著許多藻類和懸浮物，直接影響出水水質(zhì)和美觀度。人工清理多手持傳統(tǒng)工具清理，效率低，費(fèi)用高，安全隱患大，難把握清理的程度。根據(jù)污水廠實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)一種自動化智能機(jī)器人替代人工清理工作。并以“濱州市北海新區(qū)起步區(qū)污水處理廠”為例，介紹了自動化清理機(jī)器人系統(tǒng)在污水處理廠出水池清理中的實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：污水處廠;水池;機(jī)器人;自動化;

1、城市污水廠出水口現(xiàn)狀分析

在城市污水廠出水口采樣實(shí)驗(yàn)室分析中標(biāo)明，出水達(dá)標(biāo)與出水口池壁水藻及附著沉積物有關(guān)系，桑浪濤[1]通過管道模擬裝置研究了不同流速下污水中TCOD、TN、TP 及沉積物厚度的變化規(guī)律袁結(jié)果表明，隨著管道流速的增加，水流攜帶能力增強(qiáng)即沖刷強(qiáng)度增大袁污水中污染物的濃度升高，沉積物厚度減小。Bertrand-Krajewski[2]的研究認(rèn)為排水系統(tǒng)中沉積污染物的再懸浮對徑流中SS和COD的貢獻(xiàn)均為60%。池壁水藻越多，沉積物越多，因水量波動引起排水系統(tǒng)中水藻和沉積物懸浮在水中，此時(shí)自動取樣設(shè)備在抽取水樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，會造成暫時(shí)性數(shù)據(jù)超標(biāo)。

現(xiàn)有的處理方式多是巡檢人員進(jìn)入水槽內(nèi)人工清理，清理時(shí)多手持傳統(tǒng)工具清理，這種人工清理方式不僅效率低，費(fèi)用高，難把握清理的程度，同時(shí)也帶來了清理過程中意外落水溺亡的安全隱患。李濱[3]智能機(jī)器人系統(tǒng)可以代替人工，實(shí)現(xiàn)全自動智能運(yùn)行，有效降低勞動強(qiáng)度，提高巡檢和管理的自動化與智能化水平。根據(jù)污水廠運(yùn)行的實(shí)際情況，可設(shè)計(jì)采用自動化智能機(jī)器人替代人工清理工作，以達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

2、自動化智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路

2.1自動化智能機(jī)器人的基本構(gòu)造

機(jī)器人包括本體、控制單元、能源單元、清理單元、行走單元和行走定位單元。

2.2機(jī)器人本體

本體包括安裝板和防雨罩，防雨罩可開合設(shè)置在安裝板上方，安裝板加工有貫通的開口，控制單元包括控制器，控制器設(shè)置在安裝板上側(cè)，能源單元包括太陽能板和蓄電池，清理單元包括毛刷組件、毛刷隨動和驅(qū)動單元，兩個(gè)行走單元沿X軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，兩個(gè)行走定位單元沿X軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，行走單元包括兩個(gè)行走組件，兩個(gè)行走組件沿Y軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，行走組件包括驅(qū)動器、驅(qū)動輪和從動輪。

2.3控制單元

控制器具有自動和遠(yuǎn)程控制兩種功能，可通過遙控器調(diào)節(jié)行進(jìn)速度、方向和暫停，能控制實(shí)現(xiàn)自動啟停、遠(yuǎn)程控制行進(jìn)速度、方向、暫停功能。

2.4能源單元

能源單元包括太陽能板和可充電蓄電池，采用光伏發(fā)電和接觸式充電相結(jié)合的方式，通過光伏發(fā)電提供能源供給，如無光照則采用220V電源充電。

2.5清理單元

清理單元包括毛刷組件、帶動毛刷四向移動的毛刷隨動單元和帶動毛刷旋轉(zhuǎn)的毛刷驅(qū)動單元。

2.6行走和定位單元

兩個(gè)行走單元沿污水出水池上邊沿行走，兩個(gè)行走單元沿X軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，行走單元包括兩個(gè)行走組件，兩個(gè)行走組件沿Y軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，行走組件包括驅(qū)動器、驅(qū)動輪和從動輪，驅(qū)動器包括直流減速電機(jī)、皮帶輪和傳動帶，直流減速電機(jī)帶動皮帶輪通過傳動帶連接從動輪和驅(qū)動輪，直流減速電機(jī)和皮帶輪安裝在安裝板上側(cè)，傳動帶穿過開口連接從動輪，從動輪和驅(qū)動輪均安裝在安裝板下側(cè);兩個(gè)行走定位單元保證本實(shí)用新型沿污水出水池上邊沿行走時(shí)不發(fā)生路線偏移，在兩個(gè)行走定位單元沿X軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)，行走定位單元包括兩個(gè)行走定位組件，兩個(gè)行走定位組件沿Y軸對稱設(shè)置在清理單元兩側(cè)。

3自動化機(jī)器人工作過程

使用時(shí)，本實(shí)用新型整體放置在污水出水口上方，兩個(gè)行走單元通過四個(gè)驅(qū)動輪沿污水出水池上邊沿行走，兩個(gè)行走定位單元通過四個(gè)定位輪沿污水出水池側(cè)壁行走，毛刷隨兩個(gè)行走單元共同移動，能夠清理整個(gè)污水出水池底和壁，毛刷通過十字直線運(yùn)動模組實(shí)現(xiàn)自動升降和左右移動功能，可清理出水池底面和側(cè)壁，工作時(shí)十字直線運(yùn)動模組將毛刷伸入水池底部，帶動毛刷左右移動，停止時(shí)十字直線運(yùn)動模組將毛刷升起，不影響水流流速，毛刷能夠隨毛刷驅(qū)動減速電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動，清理比較徹底。

4、特點(diǎn)和結(jié)論

采用上述結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，能夠清理出水池每個(gè)面，以達(dá)到完全替代人工清理的方式，節(jié)省了人力，消除了人員清理水池溺水的安全隱患;毛刷部分通過十字直線運(yùn)動模組實(shí)現(xiàn)自動升降和左右移動功能，機(jī)器人啟動時(shí)可將毛刷部分伸入水池底部，停止工作時(shí)可將毛刷部分升起，不影響水流流速;毛刷有刷底面和側(cè)壁的刷體并且能夠轉(zhuǎn)動，清理徹底、干凈;通過太陽能板為其提供能源供給，倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展理念和可再生能源發(fā)電技術(shù);為能在無光照條件下運(yùn)行，特采用光伏發(fā)電和接觸式充電相結(jié)合的方式。

在自動化技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，自動化運(yùn)行模式正在悄然進(jìn)入污水廠的日常運(yùn)行中，機(jī)器人雖然不能替代人類全部的工作，但是在危險(xiǎn)、繁重的極端模式下的工作環(huán)境，勢必需要機(jī)器的替代。

參考文獻(xiàn)

[1]桑浪濤，石烜，張彤，付博文，金鵬康.城市污水管網(wǎng)中污染物沖刷與沉積規(guī)律[J].環(huán)境科學(xué)，2017，38（05）：1965-1971.

[2]Bertrand-Krajewski J L，Bardin J P，Gibello C.Long term monitoring of sewer sediment accumulation and flushing experiments in a man-entry sewer [J].Water Science & Technology，2006，54（6-7）：109-117

[3]李濱.智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在地下式污水處理廠的運(yùn)用[J].自動化應(yīng)用，2020（04）：77-79+82.