现如今,海洋污染是全球性环境问题之一, 海洋垃圾不仅对海洋生态系统的健康产生严重影响,还对人类的生存造成极大威胁。据资料显示,光是太平洋的海洋垃圾就达到了300多万平方公里,甚至超过了印度的国土面积。可见海洋垃圾的处理是一件多么重要的事情。垃圾的来源有很多很多,比如,工业废弃物、生活垃圾等等。这就促使我们去探索治理措施,于是我们团队萌生了设计一种海洋垃圾收集装置的想法。装置主体由泵体、收集桶、单向开口膜、“智能之眼”、推进器、太阳能板等构成。按照预先设定好的程序,依靠北斗卫星定位系统可以实现自主巡航收集等功能。并且在收集垃圾的同时,通过滤膜过滤吸附油污等有害物质,达到一定的净化海水的作用。另外,可以通过相应的传感器监测水质。并在设计时装置时融入四个创新点:
第一个是单向开口膜,即对垃圾的“束缚”,所谓“束缚”就是避免已收集的垃圾再次脱离收集器。依据心脏瓣膜的原理,与自行车气门芯原理相同。在收集器口放一个倒立的硬片薄膜, 在受到吸力后,薄膜受力向内打开,形成通道;在平常没有受力的情况下是聚拢在一块的,呈封闭状态,避免垃圾脱离。
第二个是智能蓄水仓,根据潜水艇上浮下沉的原理 :通过改变自身重量实现上浮下沉。潜艇有多个蓄水仓。当潜艇要下潜时向蓄水舱中注水,使潜艇重量增加超过它的排水量,潜艇就下潜;当潜艇要上浮时蓄水舱向外排水,使潜艇重量减小小于它的排水量,潜艇就上浮。所以给装置也加装多个蓄水仓,通过控制蓄水仓进出水量,进而控制装置的重量来控制装置整体的沉浮,达到更好的垃圾收集效果。
第三个是净水滤膜装置,在回收垃圾的同时也可对局部的水域进行净化。滤膜利用石墨烯包裹的聚苯硫醚纤维膜,具有优异的耐化学性和疏水性,可实现全天候高效油水分离和快速吸附原油。利用净水滤膜装置,加强了垃圾收集装置的可用性和多用性,在更好的利用装置空间的情况下更大程度的增加了垃圾收集装置的多功能性。
第四个是节能自供电装置,为了使装置有更长的续航时间,团队为垃圾收集器安装了节能自供电的装置,为了提高自供电的效率,我们选择了单晶硅太阳能板,利用光—电直接转换方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,从而提高垃圾收集装置的续航能力,进而收集更多、更远处的垃圾。
工作原理为:在我们日常生活中经常可以看到这样的现象:当水面出现漩涡时,周围的水或漂浮物就会涌向它。这一现象的原理是漩涡处水流速度加快,压强变小,而旋涡边缘水流速度较慢,压强较大,旋涡中心的压力远远小于旋涡边缘的压力,当物体接近旋涡时,在内外压强差的作用下就会被一股很大的力吸入水底。由此原理我们产生了利用旋涡吸力原理收集海洋垃圾的想法。在一个圆锥台样式的垃圾桶正下方开口并加一个离心泵,使其持续工作,在桶口处的水面便会产生漩涡,从而使周围的垃圾漂浮物流进桶内,再进行固液分离,垃圾漂浮物留在桶内,海水由离心泵再送回海洋中,往复循环,进而实现收集海洋垃圾的功能。