CN114590899B - 活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法 - Google Patents

活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法属于活性藻资源化利用领域，包括控制系统、混合反应器、分别与混合反应器连通的藻液桶、CO2气源、营养供给箱、金属离子储备箱、PH调节箱。该系统包括PH自动调节模块、光强控制模块、O2/CO2自动送气模块、液位自动定量模块，各大模块根据实时监测数据自动与设定值进行比较，从而动态调整相关参数，从而可以实时进行活性藻与金属离子混合反应的实际量与设计量校正，模块之间协同配合、效应叠加，通过连锁操作、同步控制的方式实现对反应液PH、光照强度、O2/CO2含量、液位的原位调控，最终完成活性藻与金属离子在设定条件下的充分混合反应。

Description

活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法
技术领域
本发明属于活性藻资源化利用领域，具体为一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法。
背景技术
目前，在人们生产生活，尤其是社会工业化过程中，产生了许多含有各种金属离子的废水，严重影响周边环境以及人们的身体健康，而同时在另一方面，较多金属基催化剂/吸附剂制备过程中也对环境产生了一定的影响，并且成本较高，而活性藻包含的藻类众多且很多廉价易得，但其中较多藻类会对水体有危害，比如常见的水华现象。
随着国家对环境的重视，资源化利用活性藻应用于水中金属离子的去除或者通过与特定金属离子反应制备催化剂/吸附剂或者其它材料将成为一条有效途径，而涉及到的活性藻与金属离子充分混合反应的控制方法及其对应的装置将成为这一领域的研究重点，其中除可能需要保障活性藻的活性之外，还需对活性藻与金属离子的反应进行原位调控、动态调节，鉴于此，对于相应装置及控制方法的需求已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置和方法，以实现原位调控、动态调节活性藻与金属离子的反应。
为此，本发明提供一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，包括控制系统、混合反应器、分别与混合反应器连通的藻液桶、CO2气源、营养供给箱、金属离子储备箱、PH调节箱，所述CO2气源与混合反应器之间的管路上还设有空压机，所述混合反应器的顶部安装有搅拌电机，搅拌电机的输出端连接有搅拌杆，所述搅拌杆位于混合反应器内，搅拌杆的底部连接有搅拌桨，所述混合反应器的底部设有出口阀，所述混合反应器上还设有PH测定装置和温度显示表。
优选地，所述控制系统包括PH自动调节模块、液位自动定量模块。
优选地，所述搅拌杆中设有气体通道和液体通道，所述气体通道与CO2气源连通，所述液体通道分别与营养供给箱、金属离子储备箱、PH调节箱连通。
优选地，所述控制系统还包括光强控制模块，所述搅拌杆的外表面安装有可调光源和光强传感器，所述光强传感器与光强控制模块电连接。
优选地，所述控制系统还包括O2/CO2自动送气模块，所述搅拌杆中还安装有气体传感器，所述气体传感器与O2/CO2自动送气模块电连接。
优选地，所述搅拌桨上均匀开设有桨叶排出孔。
优选地，所述混合反应器的侧壁设有透视窗。
优选地，所述藻液桶与混合反应器之间的管路上设有自吸泵，所述营养供给箱、金属离子储备箱、PH调节箱与混合反应器之间的管路上共同设有一个计量泵，所述CO2气源与混合反应器之间的管路上还设有气体流量计。
优选地，所述混合反应器还安装有热电偶。
另外，本发明还提供一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制方法，利用上述活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置实现，该动态控制方法包括：
所述控制系统控制所述藻液桶为混合反应器输送活性藻并自动控制液位；
所述控制系统控制所述空压机和CO2气源分别为混合反应器中的活性藻提供空气和CO2并自动控制空气和CO2的浓度；
所述控制系统控制所述营养供给箱为混合反应器中的活性藻提供营养成分；
所述控制系统控制所述金属离子储备箱为混合反应器输送Mn、Ce、Co、Ni、Fe、Cu中的一种或多种的混合物；
所述控制系统控制PH调节箱自动调节混合反应器中的PH值；
所述控制系统控制可调光源自动调节光照强度。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：本发明通过合理设计混合反应器并搭配相关设备，形成系统性装置，并由控制系统整体控制，实现活性藻与金属离子充分混合反应。在本装置中，反应空间辅助以有效搅拌，同时利用反应器的透视窗实时观察反应状态，并跟踪反应温度、PH值、光照强度、O2/CO2浓度、液位不间断监测数据的变化情况，进行实时调控。并且部分参数在控制系统中进行模块化分组，分别包括PH自动调节模块、光强控制模块、O2/CO2自动送气模块、液位自动定量模块，各大模块根据实时监测数据自动与设定值进行比较，从而动态调整相关参数，实时进行活性藻与金属离子混合反应的实际量与设计量校正，模块之间协同配合、效应叠加，从而通过连锁操作、同步控制的方式实现对反应液PH、光照强度、O2/CO2含量、液位的原位调控，最终完成活性藻与金属离子在设定条件下的充分混合反应，为相关研究或者应用提供一定的借鉴或参考。
附图说明
图1为活性藻与金属离子充分混合反应装置的立体示意图；
图2为活性藻与金属离子充分混合反应装置的平面示意图；
图3为混合反应器中的搅拌装置的示意图；
附图标注：1-电缆线、2-控制系统、3- PH测定装置、4-混合反应器、5-透视窗、6-出口阀、7-搅拌电机、8-热电偶、9-温度显示表、11-自吸泵、12-气体流量计、13-空压机、14-计量泵、17- CO2气源、21-藻液桶、22-营养供给箱、23-金属离子储备箱、24- PH调节箱、25-气体通道、26-液体通道、27-搅拌杆、28-可调光源、29-光强传感器、30-搅拌桨、31-气体传感器、32-桨叶排出孔。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置包括控制系统2、混合反应器4、分别与混合反应器4连通的藻液桶21、CO2气源17、营养供给箱22、金属离子储备箱23和PH调节箱24。控制系统2通过电缆线1与所有用电设备电连接，每个用电设备或部件可以有独立的开关，也可以部分设备只由一个开关进行控制，每个用电设备或部件的功率是灵活变动的，可以根据实际需求情况而定。控制系统2包括PH自动调节模块、光强控制模块、O2/CO2自动送气模块和液位自动定量模块。各模块根据实时监测数据自动与设定值进行比较，从而动态调整相关参数，模块之间协同配合、效应叠加，最终通过连锁操作、同步控制的方式实现对反应液PH、光照强度、O2/CO2含量、液位的原位调控。
藻液桶21具有一定的容积，用于安放活性藻藻液，活性藻指的是包括小球藻、硅藻、卵囊藻等具有生命活动的藻或者可以通过一定的方式能够恢复生命活动的相关藻种、冻干粉以及藻粉等，其中生命活动指藻的正常生长、繁殖、代谢等，相关的藻液浓度可以根据需要而定。藻液桶21与混合反应器4之间的管路上设有自吸泵11。自吸泵11与控制系统2的液位自动定量模块连锁，根据发出的运行/停止信号，实现自动控制、定量输送，可快速实现反应器中藻液的注入，达到设定的液位。
混合反应器4的顶部安装有搅拌电机7，搅拌电机7的输出端连接有搅拌杆27，搅拌杆27位于混合反应器4内。搅拌杆27的底部连接有搅拌桨30。搅拌桨30上均匀开设有桨叶排出孔32，以使输送进来的物质短时间内就可在反应器内实现均匀分布，并且通过搅拌将实现对于易黏附或沉降的活性藻在反应液中分布均匀。搅拌杆27中设有气体通道25和液体通道26，气体通道25与CO2气源17连通，液体通道26分别与营养供给箱22、金属离子储备箱23、PH调节箱24连通。搅拌杆27的外表面安装有可调光源28和光强传感器29，光强传感器29与光强控制模块电连接。搅拌杆27中还安装有气体传感器31，气体传感器31与O2/CO2自动送气模块电连接。气体传感器31用于专门实时监测O2和CO2的浓度，光强传感器29用于专门实时监测光照强度，监测数据通过信号传输的方式传至控制系统。
混合反应器4的侧壁设有透视窗5。透视窗5为竖向设置并且通过透视窗5可以尽量完全看到整个混合反应器4内部的反应情况。混合反应器4的底部设有出口阀6，混合反应器4上还设有PH测定装置3和温度显示表9。混合反应器4还安装有热电偶8，以达到藻液与金属离子反应所需的温度。
活性藻如果需要进行光合作用或者利用活性藻与CO2气体进行反应，CO2气源17可以用来进行气体供应，气体浓度按实际需要而定。CO2气源17与混合反应器4之间的管路上还设有空压机13。空压机13可以带压输送空气，并顺利输送至混合反应器4内，以保障活性藻生命活动所需要的氧气等气体。空压机13的位置应接近于新鲜空气和CO2气源17，并具有实际需要的单位时间储气量和排气量。空压机13和CO2气源17将与控制系统中的O2/CO2自动送气模块连锁互动，根据气体传感器31实时监测反应液中的O2/CO2浓度所反馈的数据，自动与设定值进行比较，通过信号传输控制空压机13和气体流量计12的运行以及O2/CO2的准确输入量。
营养供给箱22、金属离子储备箱23、PH调节箱24与混合反应器4之间的管路上共同设有一个计量泵14。营养供给箱22、金属离子储备箱23、PH调节箱24呈并列关系，互不干扰，并分别与计量泵14相连接，三者可以位于混合反应器4的任何一侧。PH调节箱24则填装用于专门调节反应器内溶液PH值的弱酸性或弱碱性成分，对于金属离子储备箱、PH调节箱均需根据实际情况具有耐腐蚀性或者遮阳性。该计量泵14是具有一定量程和扬程的泵，可以对单位时间内液体的输送量进行准确的计量，在本装置中专门用于对所需要的营养成分、金属离子溶液、PH调节液传输到混合反应器4的搅拌杆27中的液体通道26中，该计量泵14可与控制系统2的PH自动调节模块连锁，根据发出的运行/停止信号，实现对PH调节成分的自动控制、定量输送，将PH调节成分顺利的输送到混合反应器4的搅拌杆27中的液体通道26中。CO2气源17与混合反应器4之间的管路上还设有气体流量计12。气体流量计12是用来对空气或者CO2气体单位时间的流量进行控制，准确匹配活性藻所需量。
一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制方法包括：
藻液桶21为混合反应器4输送活性藻，自吸泵11与控制系统2的液位自动定量模块连锁，根据发出的运行/停止信号，实现自动控制、定量输送，可快速实现反应器中藻液的注入，达到设定的液位。
空压机13和CO2气源17分别为混合反应器4中的活性藻提供空气和CO2。空压机13带压输送空气，并顺利输送至混合反应器4内，CO2气源17为混合反应器4中的活性藻提供CO2。营养供给箱22为混合反应器4中的活性藻提供营养成分。金属离子储备箱23储备Mn、Ce、Co、Ni、Fe、Cu中的一种或多种的混合物，用于与活性藻发生反应。
PH调节箱24用于调节混合反应器4中的PH值。计量泵14与控制系统2的PH自动调节模块连锁，根据发出的运行/停止信号，实现对PH调节成分的自动控制、定量输送，将PH调节成分顺利的输送到混合反应器4的搅拌杆27中的液体通道26中。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，其特征在于，包括控制系统（2）、混合反应器（4）、分别与混合反应器（4）连通的藻液桶（21）、CO2气源（17）、营养供给箱（22）、金属离子储备箱（23）、PH调节箱（24），所述CO2气源（17）与混合反应器（4）之间的管路上还设有空压机（13），所述混合反应器（4）的顶部安装有搅拌电机（7），搅拌电机（7）的输出端连接有搅拌杆（27），所述搅拌杆（27）位于混合反应器（4）内，搅拌杆（27）的底部连接有搅拌桨（30），所述混合反应器（4）的底部设有出口阀（6），所述混合反应器（4）上还设有PH测定装置（3）和温度显示表（9）；
所述控制系统（2）包括PH自动调节模块、液位自动定量模块；
所述控制系统（2）还包括光强控制模块，所述搅拌杆（27）的外表面安装有可调光源（28）和光强传感器（29），所述光强传感器（29）与光强控制模块电连接；
所述控制系统（2）还包括O2/CO2自动送气模块，所述搅拌杆（27）中还安装有气体传感器（31），所述气体传感器（31）与O2/CO2自动送气模块电连接；
所述搅拌杆（27）中设有气体通道（25）和液体通道（26），所述气体通道（25）与CO2气源（17）连通，所述液体通道（26）分别与营养供给箱（22）、金属离子储备箱（23）、PH调节箱（24）连通。
2.根据权利要求1所述的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，其特征在于：所述搅拌桨（30）上均匀开设有桨叶排出孔（32）。
3.根据权利要求1所述的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，其特征在于：所述混合反应器（4）的侧壁设有透视窗（5）。
4.根据权利要求1所述的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，其特征在于：所述藻液桶（21）与混合反应器（4）之间的管路上设有自吸泵（11），所述营养供给箱（22）、金属离子储备箱（23）、PH调节箱（24）与混合反应器（4）之间的管路上共同设有一个计量泵（14），所述CO2气源（17）与混合反应器（4）之间的管路上还设有气体流量计（12）。
5.根据权利要求1所述的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置，其特征在于：所述混合反应器（4）还安装有热电偶（8）。
6.一种活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任意一项所述的活性藻与金属离子充分混合反应的动态控制装置实现，该动态控制方法包括：
所述控制系统（2）控制所述藻液桶（21）为混合反应器（4）输送活性藻并自动控制液位；
所述控制系统（2）控制所述空压机（13）和CO2气源（17）分别为混合反应器（4）中的活性藻提供空气和CO2并自动控制空气和CO2的浓度；
所述控制系统（2）控制所述营养供给箱（22）为混合反应器（4）中的活性藻提供营养成分；
所述控制系统（2）控制所述金属离子储备箱（23）为混合反应器（4）输送Mn、Ce、Co、Ni、Fe、Cu中的一种或多种的混合物；
所述控制系统（2）控制PH调节箱（24）自动调节混合反应器（4）中的PH值；
所述控制系统（2）控制可调光源（28）自动调节光照强度。
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