河道水草处理系统技术研究与应用

河道水草处理系统技术研究与应用

作者：李春宇

来源：《科学与财富》2016年第31期

摘 要：河道水草处理系统技术是通过PLC系统及传感器辅助系统，控制高效粉碎整形及压缩打包系统，对水草进行深化处理。实现河道水草脱水、固化、打包处理过程自动化、程序化，从而达到在水草收集处理过程中，降低水草重量，缩小水草体积中的目的。技改后扩大收草生产能力30%，大幅度提高了工作效率，节约劳动力，降低运力，大大的降低了生产成本。 关键词：PLC；水草处理系统；高效粉碎；压缩系统；绞龙系统；现状；技术改造 1 目的、意义和研究内容

承德市是一个山区城市，目前在市区武烈河上建设了12道橡胶坝工程，形成了12公里长，240万平方米的景观水面。近年来，受上游来水及城市生活污水、初期雨水直排对武烈河水质的影响，武烈河市区段河道水质变差，水草疯长，已经威胁到城市河流的水环境质量及沿河景观。据调查统计，在武烈河市区段16.4公里的河道内，在每年5月至10月份，日产水草量总量0.8万吨。

每年进入4月份天气变暖，水草在承德市橡胶坝库区水域长势较快，到5月份逐渐浮出水面，每天生长在10厘米以上。目前对库区水草的清除主要采取人工和机械割草的方式，效率低，费时费力，劳动强度大。

主要存在问题：一是机械割除水草时，机械割距短，不能彻底的破坏水草生长结构。二是打捞的大量水草体积大，含水量高，无法及时有效运出河道。造成滞留水草腐化变质，散发出难闻气味，严重威胁城市居民的生存环境和经济社会的可持续发展，极大地影响了世界历史旅游文化名城的形象。

为了解决武烈河市区段山区河道、橡胶坝库区水草在打捞过程中，存在机械割距短、水草体积大、含水量高、外运难的问题；进一步改善橡胶坝库区的生态环境，防止对下游滦河水质造成污染，提高居民生活质量，促进当地经济发展。开展水草处理技术研究工作非常必要。 河道水草处理系统技术是以原有的大型割草船动力及船体为基础。利用液压原理及PLC控制系统，对水草收割及深化处理的一项新技术。

主要工作原理是：依靠辅助传感器采集信号，收割阶段通过PLC系统分别控制高效粉碎、压缩系统对已收割水草进行破壁、脱水、固化处理，达到在水草收集处理过程中，降低水草重量，缩小水草体积的目的。该项目对城市河道水环境治理有典型示范作用。

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现行的割草船只具有割草、聚拢、打捞、滤水、输送、卸载功能，没有对所收割的水草进行深化处理，形成该设备收草效率高，运输能力低，滞留大量水草，影响整体工作效率。为改善这一状况，总结几年来的实践经验，设计了一套集粉碎压缩于一体的水草随船自动处理设备。

河道水草处理系统技术项目，应用PLC控制系统及传感器辅助系统，控制高效粉碎整形及压缩打包系统系统对水草进行深化处理。

该项目的成功实施，将大大降低橡胶坝工程的运行管理费用，改善水质，提高居民生活质量，确保橡胶坝工程效益的发挥，对橡胶坝新技术的推广和建设具有重要的现实意义和深远的指导意义。开展河道水草处理系统研究，处理水生杂草方法可行，产生的效益大，国内外发展前景广阔。

2 研究开发方案及技术路线

该技术以原有的割草船动力及船体为基础，采用高效粉碎、压缩系统对大型割草船进行了技改。依靠多种辅助传感器采集信号，通过PLC控制技术实现水草脱水、固化处理过程自动化程序化，达到在水草收集处理过程中，降低水草重量，缩小水草体积的目的。

采取了边试验、边总结、边改进的研究方法，对大型割草船技术进行研究。通过不同方案试验对比，推荐经济可行的优化方案，供实际工程采用。

形成了以水草整形、粉碎系统技术研究——水草压缩塑形系统研究 ——PLC控制技术在割草船系统应用研究为主体的研究路线。 3 主要技术指标 3.1 水草粉碎整形系统，

该系统主要通过割草船提供的液压动力，驱动液压马达带动绞龙旋转压缩破碎水草，达到破坏水草内部纤维的目的，为压缩整形水草做好前期准备工作。 该系统主要技术要点为以下几个方面： 1、绞龙布置方案与型号选择 （1）绞龙设计布置方案 绞龙设计整体分为两部分：

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（一）一级绞龙

为实施水草破壁而设计的一阶段结构。根据多次挤压比选实验确定一阶段蛟龙设计参数为：

1、绞仓选择

绞仓外径为315毫米圆柱形无缝钢管，壁厚为10毫米；一级绞仓长度设计为1100毫米。 2、叶片选择及布置

绞龙叶片选择为外径为300毫米，布置方式为60毫米等距布设。 3、主轴选择

主轴材质采用C45碳钢，直径为50毫米。 （二）二级绞龙

绞龙布置应依据压缩系统进料口，选择加装在进料口正上方位置，便于进料操作方便，整形容易。

3.2 水草压缩成形系统，

该系统由水草收集箱及液压压缩控制系统组成，对粉碎的水草通过压缩滤水的方式达到脱水固化的目的。 3.2.1 液压缸选择

液压缸依据多次比对试验最终选用5吨液压缸 3.2.2 液压箱选择

液压箱体根据割草船收草速度测算，设计压缩箱为0.6*0.6米正方形形状；该系统运行后根据多次比对实验，每100公斤水草经处理完后，重量降低至20公斤，体积由原来的0.8立方米，压缩为0.3立方米。大大的节省了运输空间及降低了运输重量，节约了运输成本。 3.4 PLC控制系统

PLC控制系统包括：PLC控制器及辅助传感器两部分组成。

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4 预期成果和考核目标 预期成果：

依靠PLC控制技术实现水草脱水、固化等流程，实现水草处理过程自动化、程序化，达到在水草收集处理过程中，降低水草重量，缩小水草体积的目的。该技术省时、省力，节省投资，运行管理成本低，具有很高的推广价值。

通过河道水草处理系统研究技术，可以大大改善库区水草处理能力，提高生产效率，增强河道现代化管理水平，改善周边环境，带动两岸经济发展。社会、生态、环境效益显著。该项目城市河道水草治理具有典型示范作用。 考核目标：

水草整形、粉碎系统水草压缩塑形系统能够实现水草固化处理，大大地提高了水草收集处理工作效率，为水草无害化处理打下了基础；PLC控制技术在割草船系统应用效果好操控能力强。

以武烈河第六道橡胶坝为例2个工作日改造前后水草运输及人工费用对比表如下： 备注：1、人工按每日150元计；2、车辆每次按500元计；3、吊车费用每车按300元计；4、垃圾处理费按每车50元计。 5 国内研究概况、水平及趋势：

目前国内对河道水草的清除主要采取人工和机械割草的方式，效率低，费时费力，劳动强度大。

普遍存在问题：

一、机械割除水草时，机械割距短，不能彻底的破坏水草生长结构；

二、打捞出的大量水草体积庞大，含水量高，处理困难，无法及时有效运出河道； 三、水草长时间滞留造成水草腐化变质，散发出难闻气味，严重威胁城市居民的生存环境和经济社会的可持续发展。

鉴于以上诸多情况急需进一步加深对水草处理技术研究，加快水草实时打捞、处理速度，满足收割水草做到及时处理，有效解决水草打捞处理难题。

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开展河道水草处理系统研究，处理水生杂草方法可行，产生的效益大，国内外发展前景广阔。该技术在我国河道运行管理中处于领先地位。 6 结语：

该技术对城市河道水环境治理有典型示范作用。开展河道水草处理系统研究，处理水生杂草方法可行，产生的效益大，国内外发展前景广阔。

项目的成功实施，将大大降低橡胶坝工程的运行管理费用，提高橡胶坝工程的运行管理水平，确保橡胶坝工程效益的发挥，该技术在我国河道运行管理中处于领先地位。 参考文献

[1] 薛祖德.液压传动图书馆目录[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，1995.5，79-80，94-95.

[2] 赵凤华.钢结构设计原理 北京：高等教育出版社，2005.5，199-210.

[3] 彭学锋 刘建斌 鲁举兴.自动控制原理实践教程 北京：中国水利水电出版社，2006.4，81-88.

作者简介：李春宇，男，满族，河北省承德市武烈河河道与橡胶坝管理处，高级工程师。