关于海上轮船石油泄漏处理机器人的使用前景

危展逸

摘要：前一段时间我们查阅资料了解到石油所含的苯和甲苯等有毒化合物进入了食物链，从低等的藻类、到高等哺乳动物，无一能幸免。成批海鸟被困在油污中，它们的羽毛，一旦沾上油污，就可能中毒或死亡。

关键词：创新;发明;环境处理;机器人

中图分类号：F416.4   文献标识码：A   文章编号：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

此外油污将沾粘在其毛皮上，使其无法承受本身的重量，因而溺毙。已被油污污染的海豹，一次又一次跃出水面，试图把皮毛上的油污甩掉，但最后终于精疲力竭，挣扎着沉入海底。海象和鲸等大型海洋动物，也面临同样厄运。

所以我们决定设计一个能够方便快速处理海上石油泄漏事故的机器人。

1 机器人的结构及剖面草图

救援及环境处理机器人是由外部防水材料，太阳能电池板，泡沫塑料，一级分离仓，二级分离仓，导管，电极，水泵，活塞，电瓶，导线，排水管，控制系统，海水原电池等零部件构成。

A.外部防水层。防止机器人内进水影响正常工作。

B.泡沫塑料。为机器人提供浮力使机器人浮在海面上进行石油处理工作。

C.进水口。使被污染海水进入分离仓内进行初步处理。

D.导管。用于输送石油及经过发电后产生的废水。

E.一级分离仓（机器人内）。在此对被污染的石油进行初步处理，使海水和石油分离开。

F.二级分离仓（母船内）。对第一次分离的石油进行纯度更高的分离。

G.电极。一正一负，海水导电，当海水未排净时形成通路水泵启动将海水排出，石油不导电，当海水排净时形成断路水泵关闭。

H.电瓶。用于储存太阳能电池板上多余的电能和海水原电池所产生的电能

I.可旋转挡板。在一级分离仓内用于控制两口的开关，初步分离海水和石油;在二级分离仓内阻止石油流出。

J.水泵。将海水排出。

K.控制系统。方便人控制机器人运行。

L.太阳能板。收集太阳能并转为电能，为电瓶提供能量。

M.海水原电池。利用分离后的海水进行发电，补充电能。

N.液位开关。液位开关位于机器人中的一级分离仓的进水口处，其主要功能是通過液位来控制线路的通断，以此来达到油水混合物入口实现自动开、关的目的。从而使得一级分离仓内的油水混合物时刻处于安全液位以下，使其时刻保持漂浮状态，防止机器人过载。

O.网状油气出口。油气出口位于二级分离仓外部结构上，其功能是为了保证分离仓内外大气压的平衡，从而加快在一级分离仓内未分离彻底的混合液体进入二级分离仓内，以此来提高整体的工作效率。

P.过滤器：过滤器安装在进水口出，防止无法分离的大颗粒或垃圾进入污水分离机器人中，造成机器人堵塞;在一级分离仓接母船出口管道处起过滤油的作用。

负极：4Al -12e-=4Al3+

正极：3O2 + 6H2O +12e- = 12OH-

总反应为：4Al +3O2 + 6H2O=4Al（OH）3

2 机器人的工作原理及步骤

首先，被污染海水通过进水口进入分离仓，进水口关闭，通过一定的程序使油水分离。

系统控制流程如下：

（1）当水达到注水器的安全水位时，经过A秒之后入口阀门自动关闭，等待B秒使油水分层。

（2）竖直可旋转挡板逆时针旋转90度，使水从右边流出。等待C秒后转回。

（3）水平旋转挡板逆时针旋转90度，使石油从下口留出。等待D秒后转回。

分离出来的石油被虹吸至母船，为分离出来的石油确保无杂质，将再次进入一个分离装置。因为石油的密度比水小，石油漂浮在水上面;分离仓底部存在电极，因为海水中存在大量的离子可以导电形成通路状态，水泵启动，可旋转挡板被水冲开从而把水排出。而石油不导电，当水排净时无法形成通路，自动断开电源，可旋转挡板关闭。石油回收完成。

机器人顶部的太阳能板将收集的太阳能转化为电能用于机器人的正常工作，并将多余的电能储存在电瓶中。电瓶则在阴雨天气时提供电能。海水原电池利用分离的海水进行发电补充机器人工作时所需的电能。

3 机器人的优势及对比

传统的石油分离方法有化学方法和物理方法。

化学方法主要是分散剂法。分散剂是由表面活性剂、渗透剂、助溶剂、溶剂等组成的均匀透明液体，但是分散剂在使用过程中可能破坏生态环境。

物理方法主要是围栏法，撇油器法，吸油材料法。但是这些方法处理石油的效果不好，处理效率低下且成本过高。

与以上方法相比，该机器人结构简单，使用方便，体积小且与母船连为一体便于携带，机动能力强，节约能源绿色环保。一船可与多个机器人相连，同时工作提高处理效率。复杂的油水分离过程通过简单的程序控制，即可获得较为纯净的石油，且对分离后的海水进行二次利用，机器人对海水的充分利用体现了可持续发展的理念。海水原电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长 期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，其 能量比干电池高 20—50 倍。电池设计使用周期可长达一年以上，避免经常更换电池的麻烦.即使更换，也只是换一块铝板，铝板的大小，可根据实际需要而定。利用太阳能板对机器人进行供电，将多余的电能储存在电瓶中，以供在阴雨天气及其他突发情况下使用，体现了机器人的实用性及使用前景，提高了机器人对不同天气状况的适应能力。另外整套系统零污染也符合未来机器人设计和使用的要求。

4 实验

首先我们量取了300ml蒸馏水， 之后我们向蒸馏水中加入适量氯化钠配成与海水浓度相同的溶液，并用玻璃棒搅拌加速溶解，然后向其中倒入适量食用油，模拟被石油污染的海水。之后把上述混合物倒入我们设计的装置的简易模型中，通过装置进行分离，得到分离后油及溶液，验证其油水分离效果。

5 亟待解决的问题

根据辅导老师建议，上述实验由于实验材料的差别并不能完全确定机器人控制系统的具体参数且泡沫塑料的填充量还应根据机器人的体积和质量进行进一步计算。此机器人仍处于理论阶段缺少具体实验对机器人性能进行验证。具体的参数还应在实际实践中不断完善。