關于海上輪船石油泄漏處理機器人的使用前景

危展逸

摘要：前一段時間我們查閱資料了解到石油所含的苯和甲苯等有毒化合物進入了食物鏈，從低等的藻類、到高等哺乳動物，無一能幸免。成批海鳥被困在油污中，它們的羽毛，一旦沾上油污，就可能中毒或死亡。

關鍵詞：創新;發明;環境處理;機器人

中圖分類號：F416.4 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-9129（2017）16-0025-01

Abstract： some time ago we looked at the data that the toxic compounds of benzene and toluene contained in oil entered the food chain， from the lower algae to the higher mammals， no one was spared. Groups of seabirds are trapped in oil， and their feathers， once stained with oil， can be poisoned or killed.

Key words：innovation;Invention;Environmental treatment;robot

此外油污將沾粘在其毛皮上，使其無法承受本身的重量，因而溺斃。已被油污污染的海豹，一次又一次躍出水面，試圖把皮毛上的油污甩掉，但最后終于精疲力竭，掙扎著沉入海底。海象和鯨等大型海洋動物，也面臨同樣厄運。

所以我們決定設計一個能夠方便快速處理海上石油泄漏事故的機器人。

1 機器人的結構及剖面草圖

救援及環境處理機器人是由外部防水材料，太陽能電池板，泡沫塑料，一級分離倉，二級分離倉，導管，電極，水泵，活塞，電瓶，導線，排水管，控制系統，海水原電池等零部件構成。

A.外部防水層。防止機器人內進水影響正常工作。

B.泡沫塑料。為機器人提供浮力使機器人浮在海面上進行石油處理工作。

C.進水口。使被污染海水進入分離倉內進行初步處理。

D.導管。用于輸送石油及經過發電后產生的廢水。

E.一級分離倉（機器人內）。在此對被污染的石油進行初步處理，使海水和石油分離開。

F.二級分離倉（母船內）。對第一次分離的石油進行純度更高的分離。

G.電極。一正一負，海水導電，當海水未排凈時形成通路水泵啟動將海水排出，石油不導電，當海水排凈時形成斷路水泵關閉。

H.電瓶。用于儲存太陽能電池板上多余的電能和海水原電池所產生的電能

I.可旋轉擋板。在一級分離倉內用于控制兩口的開關，初步分離海水和石油;在二級分離倉內阻止石油流出。

J.水泵。將海水排出。

K.控制系統。方便人控制機器人運行。

L.太陽能板。收集太陽能并轉為電能，為電瓶提供能量。

M.海水原電池。利用分離后的海水進行發電，補充電能。

N.液位開關。液位開關位于機器人中的一級分離倉的進水口處，其主要功能是通過液位來控制線路的通斷，以此來達到油水混合物入口實現自動開、關的目的。從而使得一級分離倉內的油水混合物時刻處于安全液位以下，使其時刻保持漂浮狀態，防止機器人過載。

O.網狀油氣出口。油氣出口位于二級分離倉外部結構上，其功能是為了保證分離倉內外大氣壓的平衡，從而加快在一級分離倉內未分離徹底的混合液體進入二級分離倉內，以此來提高整體的工作效率。

P.過濾器：過濾器安裝在進水口出，防止無法分離的大顆粒或垃圾進入污水分離機器人中，造成機器人堵塞;在一級分離倉接母船出口管道處起過濾油的作用。

負極：4Al -12e-=4Al3+

正極：3O2 + 6H2O +12e- = 12OH-

總反應為：4Al +3O2 + 6H2O=4Al（OH）3

2 機器人的工作原理及步驟

首先，被污染海水通過進水口進入分離倉，進水口關閉，通過一定的程序使油水分離。

系統控制流程如下：

（1）當水達到注水器的安全水位時，經過A秒之后入口閥門自動關閉，等待B秒使油水分層。

（2）豎直可旋轉擋板逆時針旋轉90度，使水從右邊流出。等待C秒后轉回。

（3）水平旋轉擋板逆時針旋轉90度，使石油從下口留出。等待D秒后轉回。

分離出來的石油被虹吸至母船，為分離出來的石油確保無雜質，將再次進入一個分離裝置。因為石油的密度比水小，石油漂浮在水上面;分離倉底部存在電極，因為海水中存在大量的離子可以導電形成通路狀態，水泵啟動，可旋轉擋板被水沖開從而把水排出。而石油不導電，當水排凈時無法形成通路，自動斷開電源，可旋轉擋板關閉。石油回收完成。

機器人頂部的太陽能板將收集的太陽能轉化為電能用于機器人的正常工作，并將多余的電能儲存在電瓶中。電瓶則在陰雨天氣時提供電能。海水原電池利用分離的海水進行發電補充機器人工作時所需的電能。

3 機器人的優勢及對比

傳統的石油分離方法有化學方法和物理方法。

化學方法主要是分散劑法。分散劑是由表面活性劑、滲透劑、助溶劑、溶劑等組成的均勻透明液體，但是分散劑在使用過程中可能破壞生態環境。

物理方法主要是圍欄法，撇油器法，吸油材料法。但是這些方法處理石油的效果不好，處理效率低下且成本過高。

與以上方法相比，該機器人結構簡單，使用方便，體積小且與母船連為一體便于攜帶，機動能力強，節約能源綠色環保。一船可與多個機器人相連，同時工作提高處理效率。復雜的油水分離過程通過簡單的程序控制，即可獲得較為純凈的石油，且對分離后的海水進行二次利用，機器人對海水的充分利用體現了可持續發展的理念。海水原電池本身不含電解質溶液和正極活性物質，不放入海洋時，鋁極就不會在空氣中被氧化，可以長 期儲存。用時，把電池放入海水中，便可供電，其 能量比干電池高 20—50 倍。電池設計使用周期可長達一年以上，避免經常更換電池的麻煩.即使更換，也只是換一塊鋁板，鋁板的大小，可根據實際需要而定。利用太陽能板對機器人進行供電，將多余的電能儲存在電瓶中，以供在陰雨天氣及其他突發情況下使用，體現了機器人的實用性及使用前景，提高了機器人對不同天氣狀況的適應能力。另外整套系統零污染也符合未來機器人設計和使用的要求。

4 實驗

首先我們量取了300ml蒸餾水， 之后我們向蒸餾水中加入適量氯化鈉配成與海水濃度相同的溶液，并用玻璃棒攪拌加速溶解，然后向其中倒入適量食用油，模擬被石油污染的海水。之后把上述混合物倒入我們設計的裝置的簡易模型中，通過裝置進行分離，得到分離后油及溶液，驗證其油水分離效果。

5 亟待解決的問題

根據輔導老師建議，上述實驗由于實驗材料的差別并不能完全確定機器人控制系統的具體參數且泡沫塑料的填充量還應根據機器人的體積和質量進行進一步計算。此機器人仍處于理論階段缺少具體實驗對機器人性能進行驗證。具體的參數還應在實際實踐中不斷完善。