一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置及方法与流程

本发明涉及金属铸造材料回收再生领域，具体涉及一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置及方法。

背景技术：

水玻璃(硅酸钠)是目前最成功的无机化学粘结剂，长期使用对人体无害。用水玻璃砂造型，价格便宜、流动性好、硬化快，型(芯)的尺寸精度高，在混砂、造型、浇注和落砂过程中均无刺激性气味或有毒气体产生，也无黑色污染。水玻璃砂工艺自20世纪60年代经苏联传入我国后，得到了广泛的应用，目前中国约有70％的铸钢件采用了水玻璃砂铸造工艺。

然而，水玻璃在铸造方面的运用存在着以这重要缺陷：水玻璃旧砂再生回用率低。我国每年有上千万吨的水玻璃旧砂被废弃掉，铸造水玻璃废弃砂堆积如山。许多科技实力较差的工厂直接将废砂丢弃在河川、山谷和大海中，导致植被受到破坏，而且旧砂中的可溶性碱性水玻璃等物质会污染地表水和地下水，从而造成严重的环境污染，致使本来极具环保优势的水玻璃砂技术反倒成了污染环境的一个因素，因此水玻璃的使用成了环境保护的一把双刃剑。随着我国一系列矿山开采法律的完善以及对环境保护的要求，优质硅砂越来越成为稀缺资源。本发明就是针对那些废弃于山谷等地的水玻璃旧砂进行原地回收，既可以创造出优质硅砂资源，也可对水玻璃进行有效利用，并且解决了废弃旧砂对于环境的污染，工厂也可使用本方法回收水玻璃旧砂。水玻璃旧砂原位再生工艺的最大特点是利用硅藻来“生物促溶、降解”附着在旧砂上的可溶性水玻璃。与常规技术相比，无需耗能较大的擦洗等工艺即可获得高品位的再生硅砂。原位再生工艺的另一产物为体内富集了大量钠离子、硅酸离子的水华硅藻，开发基于水华硅藻的干料或者焚烧物的水玻璃制备工艺，也能开发水华硅藻制备白炭黑、名优水产品开口饵料、硅肥、硅藻泥等其他高附加值产品的新方法，最终目的是使旧砂中的残留粘结剂得到再生，实现水玻璃砂型铸造的可持续发展。重要的是，硅藻生长过程中能消耗二氧化碳，能在一定的程度上改善温室效应。纺织、印染等行业都需要使用水玻璃无机粘结剂，同样也可采用此方法回收富含水玻璃的废液。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置，包括培养箱，所述培养箱内放置有培养基，所述培养基用于进行微藻培养，还包括水玻璃旧砂，所述水玻璃旧砂设置在培养基内，所述培养箱内还设置有水位传感器和进出水装置，所述水位传感器和进出水装置均与控制器连接，所述水位传感器用于检测培养箱内培养基的水位高度，所述进出水装置向培养箱注水或抽水，所述控制器用于在培养箱内培养基的水位高度小于预设最低水位值时控制进出水装置向培养箱内注水，用于在培养箱内培养基的水位高度大于预设最高水位值时控制进出水装置对培养箱进行抽水。

进一步的，所述培养箱上还设置有补光装置和光照传感器，所述补光装置用于补充培养箱内的光照，所述光照传感器用于检测培养箱内的光照强度；

所述补光装置包括自然光补光装置和人造光装置，所述自然光补光装置包括太阳能自动追光装置和光分散装置，所述太阳能自动追光装置和光分散装置通过光纤相互连接，所述光分散装置设置在培养箱内，所述光分散装置用于使光线均匀分布在培养箱内，所述人造光装置的光源设置在培养箱内，所述自然光补光装置、人造光装置和光照传感器均与控制器连接，所述控制器用于用于在培养箱内的光照强度小于预设最低光照强度值时启动自然光补光装置和人造光装置，用于在培养箱内的光照强度处于预设最低光照强度值和预设最高光照强度值之间时启动自然光补光装置，用于在培养箱内的光照强度大于预设最高光照强度值时关闭自然光补光装置和人造光装置。

进一步的，所述培养箱内还设置有温度传感器、加热装置和制冷装置，所述温度传感器用于检测培养箱内培养基的温度，并将温度检测结果发送给控制器，所述控制器用于在温度检测结果小于预设温度下限时，控制加热装置启动，用于在温度检测结果大于预设温度上限时，控制制冷装置启动。

进一步的，所述培养箱内还设置有ph传感器，所述ph传感器用于检测培养箱内培养基的ph值，所述控制器从ph传感器处获取ph检测结果。

进一步的，所述培养箱上还设置有摄像头，所述摄像头用于拍摄微藻的生长状态，所述控制器从摄像头处获取图像数据。

进一步的，所述培养箱内还设置有微藻生长密度监测装置和抽藻装置，所述微藻生长密度监测装置用于检测培养箱内微藻的生长状态，并将微藻的生长状态检测结果发送给控制器，所述抽藻装置用于将培养箱内的微藻抽出；所述控制器用于在微藻的生长状态检测结果大于预设微藻的生长上限值时，控制抽藻装置开始抽藻，用于在微藻的生长状态检测结果小于预设微藻的生长下限值时，控制抽藻装置停止抽藻。

进一步的，所述培养箱内还设置有增氧装置。

进一步的，所述培养箱内设置有隔板，所述隔板将培养箱分成了多个隔区，微藻和水玻璃旧砂不在同一个隔区，且不同隔区之间的培养基相互连通。

一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制方法，利用微藻培养对水玻璃旧砂进行再生处理，并且对培养基的光照强度、温度、水位、ph值和微藻生长密度进行监测和控制。

进一步的，所述对培养基的光照强度、温度、水位、ph值和微藻生长密度进行控制的方法包括远程控制方法。

本发明的有益效果为：本发明利用易于水华的悬浮微藻藻种大量消耗水玻璃旧砂表面的残留粘结剂，通过生物促溶实现水玻璃的“降解”和“转移”，可实现水玻璃和旧砂的双回收，具有绿色环保、节约自然、处理成本低等多项优点，而且通过对培养基水位高度、温度、光照强度和微藻生长状态等环境条件进行监测和控制，可以使微藻群落处在一定的适宜的生长环境中，有利于微藻群落的生长与繁殖，从而提高了水玻璃的吸收速率，大大缩短水玻璃旧砂的处理时间。

附图说明

图1为本发明的装置实施例1结构示意图；

图2为本发明的装置实施例2结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、培养箱；2、水位传感器；3、进出水装置；4、太阳能自动追光装置；5、光分散装置；6、光照传感器；7、加热装置；8、ph传感器；9、进出水管道；10、抽藻装置；11、隔板；12、微藻存储箱；13、控制箱；14、微藻培养池；15、水玻璃旧砂池

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置，包括培养箱1，所述培养箱1内放置有培养基，所述培养基用于进行微藻培养，还包括水玻璃旧砂，本实施例中，所述水玻璃旧砂和微藻均放置在培养箱内，其中水玻璃旧砂在培养箱底部，微藻位于培养箱中上层，所述培养箱1内还设置有水位传感器2和进出水装置3，所述水位传感器2和进出水装置3均与控制器连接，所述水位传感器2用于检测培养箱1内培养基的水位高度，所述进出水装置3向培养箱1注水或抽水，本实施例中，预设最低水位值为20厘米，预设最低水位值为10厘米，所述控制器用于在培养箱1内培养基的水位高度小于10厘米时控制进出水装置3向培养箱1内注水，用于在培养箱1内培养基的水位高度大于20厘米时控制进出水装置3对培养箱1进行抽水。

所述培养基中的总氮量为0.2mg/l～50mg/l，总磷量为0.025mg/l～0.3mg/l，总钾量为0.038mg/l～0.45mg/l，总镁量为0-14mg/l，总钙量为0-7.2mg/l，总锰量为0-0.073mg/l。

通过调整适合微藻生长的营养物质的浓度，将促使微藻快速繁殖，可缩短培养时间，大大提高生物再生水玻璃旧砂的效率。

所述微藻群落中的藻类包括星杆藻、直链藻、舟形藻、针杆藻、小环藻、冠盘藻、曲壳藻、脆杆藻、圆筛藻和骨条藻中的一种或多种。通过培养多种微藻，可以促进微藻之间的竞争，加速优势藻种的生长；培养多种微藻可适应外界变化的环境，使培养基中始终存在一种或多种优势藻种。

所述培养箱1上还设置有补光装置和光照传感器6，所述补光装置用于提高培养箱1内的光照强度，所述光照传感器6用于检测培养箱1内的光照强度；

所述补光装置包括自然光补光装置和人造光装置，所述自然光补光装置包括太阳能自动追光装置4和光分散装置5，所述太阳能自动追光装置4和光分散装置5通过光纤相互连接，所述光分散装置5设置在培养箱1内，所述光分散装置用于使光线均匀分布在培养箱内，所述人造光装置的光源设置在培养箱1内，所述自然光补光装置、人造光装置和光照传感器6均与控制器连接，本实施例中，人造光装置为led灯，且设置在光分散装置5内，本实施例中，预设最低光照强度值为50lx，预设最高光照强度值为100lx，所述控制器用于用于在培养箱1内的光照强度小于50lx时启动自然光补光装置和人造光装置，用于在培养箱1内的光照强度处于50lx和100lx之间时启动自然光补光装置，用于在培养箱1内的光照强度大于100lx时关闭自然光补光装置和人造光装置。

所述培养箱1内还设置有温度传感器6、加热装置7和制冷装置，所述温度传感器6用于检测培养箱1内培养基的温度，并将温度检测结果发送给控制器，所述控制器用于在温度检测结果小于预设温度下限时，控制加热装置7启动，用于在温度检测结果大于预设温度上限时，控制制冷装置启动。

所述培养箱1内还设置有ph传感器8，所述ph传感器8用于检测培养箱1内培养基的ph值，所述控制器从ph传感器8处获取ph检测结果。

所述培养箱1上还设置有摄像头，所述摄像头用于拍摄微藻的生长状态，所述控制器从摄像头处获取图像数据。

所述培养箱1内还设置有微藻生长密度监测装置和抽藻装置10，所述微藻生长密度监测装置用于检测培养箱1内微藻的生长状态，并将微藻的生长状态检测结果发送给控制器，本实施例中，所述微藻生长密度监测装置为激光发射器和激光检测器，所述激光发射器分布在培养基上方，每一个激光发射器下方均设置有一个对应的激光检测器，激光检测器设置在微藻下方，激光检测器通过检测激光的强度可以判断激光被微藻遮挡的程度，进而可判断微藻的生长状态是否过盛。

所述抽藻装置10用于将培养箱1内的微藻抽出；所述控制器用于在微藻的生长状态检测结果大于预设微藻的生长上限值时，控制抽藻装置10开始抽藻，用于在微藻的生长状态检测结果小于预设微藻的生长下限值时，控制抽藻装置10停止抽藻，抽出的微藻进入微藻存储箱12中，可进行循环使用。

所述培养箱1内还设置有增氧装置，增氧装置可以增加培养基内的氧含量，促进微藻繁殖。

实施例2

如图2所示，一种水玻璃旧砂水华生物再生自动控制装置，包括培养箱1，所述培养箱1内放置有培养基，所述培养箱1内设置有隔板11，所述隔板11将培养箱1分成了多个隔区，其中有的隔区用于微藻培养，为微藻培养池，有的隔区用于放置水玻璃旧砂，为水玻璃旧砂池，所述培养箱微藻培养池和水玻璃旧砂池交错排布，隔板11下方和培养箱1之间有通道，不同隔区之间的培养基可以通过通道相互连通。

本实施例中，所述培养箱1的外壁为7厘米，培养箱内培养基的高度为5厘米，培养箱1的外壁很低，培养基很浅，因此培养基内的光照强度比较好，不需要设置补光装置，所述培养箱1内还设置有水位传感器2和进出水装置3，所述水位传感器2和进出水装置3均与控制器连接，所述进出水装置3的进出水管道9分别与不同的隔区连通，用于向微藻培养池和水玻璃旧砂池注水或抽水，本实施例中，预设最低水位值为3厘米，预设最低水位值为7厘米，所述控制器用于在培养箱1内培养基的水位高度小于3厘米时控制进出水装置3向培养箱内注水，用于在培养箱内培养基的水位高度大于7厘米时控制进出水装置3对培养箱1进行抽水。

所述培养基中的总氮量为0.2mg/l～50mg/l，总磷量为0.025mg/l～0.3mg/l，总钾量为0.038mg/l～0.45mg/l，总镁量为0-14mg/l，总钙量为0-7.2mg/l，总锰量为0-0.073mg/l。

通过调整适合微藻生长的营养物质的浓度，将促使微藻快速繁殖，可缩短培养时间，大大提高生物再生水玻璃旧砂的效率。

所述微藻群落中的藻类包括星杆藻、直链藻、舟形藻、针杆藻、小环藻、冠盘藻、曲壳藻、脆杆藻、圆筛藻和骨条藻中的一种或多种。通过培养多种微藻，可以促进微藻之间的竞争，加速优势藻种的生长；培养多种微藻可适应外界变化的环境，使培养基中始终存在一种或多种优势藻种。

所述培养箱1内还设置有温度传感器6、加热装置7和制冷装置，所述温度传感器6用于检测培养箱1内培养基的温度，并将温度检测结果发送给控制器，本实施例中，预设温度下限为20℃，预设温度上限为28℃，所述控制器用于在温度检测结果小于20℃时，控制加热装置7启动，用于在温度检测结果大于预设温度28℃时，控制制冷装置启动。

所述培养箱1内还设置有ph传感器8，所述ph传感器8用于检测培养箱1内培养基的ph值，所述控制器从ph传感器8处获取ph检测结果。

所述培养箱1上还设置有摄像头，所述摄像头用于拍摄微藻的生长状态，所述控制器从摄像头处获取图像数据。

所述培养箱1内还设置有微藻生长密度监测装置和抽藻装置10，所述微藻生长密度监测装置用于检测培养箱1内微藻的生长状态，并将微藻的生长状态检测结果发送给控制器，本实施例中，所述微藻生长密度监测装置为激光发射器和激光检测器，所述激光发射器分布在培养基上方，每一个激光发射器下方均设置有一个对应的激光检测器，激光检测器设置在微藻下方，激光检测器通过检测激光的强度可以判断激光被微藻遮挡的程度，进而可判断微藻的生长状态是否过盛。

所述抽藻装置10用于将培养箱1内的微藻抽出；所述控制器用于在微藻的生长状态检测结果大于预设微藻的生长上限值时，控制抽藻装置10开始抽藻，用于在微藻的生长状态检测结果小于预设微藻的生长下限值时，控制抽藻装置10停止抽藻，抽出的微藻进入微藻存储箱12中，可进行循环使用。

所述培养箱1内还设置有增氧装置，增氧装置可以增加培养基内的氧含量，促进微藻繁殖。

上述实施例1和实施例2中，培养池的四个侧面均透明，透光率好，控制器置于控制箱13中，控制器为树莓派，而且树莓派可以将各种传感器和摄像头的检测结果上传到云系统，用户可以通过登录云系统对生物反应器进行远程监测和控制，便于操作使用。

最后，可以通过定时对培养箱内的水玻璃旧砂脱模率进行取样检测，达到合格值时，说明水玻璃旧砂再生完成，可以将再生砂取出使用。

本发明利用易于水华的悬浮微藻藻种大量消耗水玻璃旧砂表面的残留粘结剂，通过生物促溶实现水玻璃的“降解”和“转移”，可实现水玻璃和旧砂的双回收，具有绿色环保、节约自然、处理成本低等多项优点，而且通过对培养基水位高度、温度、光照强度、藻类生长状态等环境条件进行监测和控制，可以使微藻群落处在一定的适宜的生长环境中，有利于微藻群落的生长与繁殖，从而提高了水玻璃的吸收速率，大大缩短水玻璃旧砂的处理时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。