一種自動化機器人在城鎮污水廠出水口清理的應用

賈魯濤

摘要：城鎮污水處理廠的出水口采樣是污水出水達標排放的重要環節，水池的潔凈程度直接影響出水水質，也決定了是否達到排放標準。由于水質和水溫的原因，出水池經常會附著許多藻類和懸浮物，直接影響出水水質和美觀度。人工清理多手持傳統工具清理，效率低，費用高，安全隱患大，難把握清理的程度。根據污水廠實際運行情況設計一種自動化智能機器人替代人工清理工作。并以“濱州市北海新區起步區污水處理廠”為例，介紹了自動化清理機器人系統在污水處理廠出水池清理中的實際應用情況。

關鍵詞：污水處廠;水池;機器人;自動化;

1、城市污水廠出水口現狀分析

在城市污水廠出水口采樣實驗室分析中標明，出水達標與出水口池壁水藻及附著沉積物有關系，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律袁結果表明，隨著管道流速的增加，水流攜帶能力增強即沖刷強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]的研究認為排水系統中沉積污染物的再懸浮對徑流中SS和COD的貢獻均為60%。池壁水藻越多，沉積物越多，因水量波動引起排水系統中水藻和沉積物懸浮在水中，此時自動取樣設備在抽取水樣進行數據分析，會造成暫時性數據超標。

現有的處理方式多是巡檢人員進入水槽內人工清理，清理時多手持傳統工具清理，這種人工清理方式不僅效率低，費用高，難把握清理的程度，同時也帶來了清理過程中意外落水溺亡的安全隱患。李濱[3]智能機器人系統可以代替人工，實現全自動智能運行，有效降低勞動強度，提高巡檢和管理的自動化與智能化水平。根據污水廠運行的實際情況，可設計采用自動化智能機器人替代人工清理工作，以達到安全、節能的目的。

2、自動化智能機器人的設計思路

2.1自動化智能機器人的基本構造

機器人包括本體、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機器人本體

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

2.3控制單元

控制器具有自動和遠程控制兩種功能，可通過遙控器調節行進速度、方向和暫停，能控制實現自動啟停、遠程控制行進速度、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，采用光伏發電和接觸式充電相結合的方式，通過光伏發電提供能源供給，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的毛刷驅動單元。

2.6行走和定位單元

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

3自動化機器人工作過程

使用時，本實用新型整體放置在污水出水口上方，兩個行走單元通過四個驅動輪沿污水出水池上邊沿行走，兩個行走定位單元通過四個定位輪沿污水出水池側壁行走，毛刷隨兩個行走單元共同移動，能夠清理整個污水出水池底和壁，毛刷通過十字直線運動模組實現自動升降和左右移動功能，可清理出水池底面和側壁，工作時十字直線運動模組將毛刷伸入水池底部，帶動毛刷左右移動，停止時十字直線運動模組將毛刷升起，不影響水流流速，毛刷能夠隨毛刷驅動減速電機帶動轉動，清理比較徹底。

4、特點和結論

采用上述結構的機器人，能夠清理出水池每個面，以達到完全替代人工清理的方式，節省了人力，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動模組實現自動升降和左右移動功能，機器人啟動時可將毛刷部分伸入水池底部，停止工作時可將毛刷部分升起，不影響水流流速;毛刷有刷底面和側壁的刷體并且能夠轉動，清理徹底、干凈;通過太陽能板為其提供能源供給，倡導可持續發展理念和可再生能源發電技術;為能在無光照條件下運行，特采用光伏發電和接觸式充電相結合的方式。

在自動化技術日新月異發展的今天，自動化運行模式正在悄然進入污水廠的日常運行中，機器人雖然不能替代人類全部的工作，但是在危險、繁重的極端模式下的工作環境，勢必需要機器的替代。

參考文獻

[1]桑浪濤，石烜，張彤，付博文，金鵬康.城市污水管網中污染物沖刷與沉積規律[J].環境科學，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.智能巡檢機器人系統在地下式污水處理廠的運用[J].自動化應用，2020（04）：77-79+82.