硅藻群落生物再生水玻璃旧砂机理研究

Sodium silicate sand is regarded as the most possible mould sand that can realize green casting, and a new biological reclamation adopting wet reclamation method for used sodium silicate sand by manual bloom of diatom community is proposed, and it can avoid the disadvantages of high energy consumption and secondary pollution in the wet and dry reclamation methods. This new method is performed by culturing diatom community composed of planktonic diatoms and benthic diatoms to outbreak manual algal bloom in the sun with proper living conditions of environment, nutrition, meteorology and hydrology, and the nutritional water is the mixture of used sodium silicate sands and diatoms medium.The bloom makes the residual sodium silicate on the surface of sand accelerating dissolution and de-skinning,so the used sand is separated from binder and in situ reclaimed.Meanwhile,the residual sodium silicate in the used sand is reclaimed to industrial raw materials by the resourceful disposal of bloom diatom and the waste water can be recycled.This study will investigate the diatom community biological and ecological characteristics in the mixture of used sand and water, mechanism of manual algal bloom and de-skinning model of biological reclamation. The implementation of this study will lay theoretical foundation for developing the universal biological reclamation method of sodium silicate used sand in all field environments with the advantages of high efficient, low cost and no secondary pollution.

水玻璃砂是最可能实现绿色铸造的型砂，本项目针对现有水玻璃旧砂湿法再生、干法再生等方法存在的高能耗、二次污染问题，融合湿法再生的优势，提出了基于硅藻群落人工水华的水玻璃旧砂生物再生新方法。采用硅藻培养基浸泡水玻璃旧砂获得营养水体，依靠太阳光能源，使由浮游硅藻与附着硅藻组成的硅藻群落在适宜的环境、营养和气象水文等条件下大量繁殖直至发生“人工水华”，硅藻水华及产生的表面活性物质能加速旧砂表面残留水玻璃的溶解、脱膜，实现了旧砂“生物促溶”原位再生；体内固定了大量水玻璃的硅藻能通过资源化处理而再生为工业原料，实现水玻璃和旧砂再生的“双回收”、 污水循环利用。本项目将系统研究硅藻群落在水玻璃旧砂水溶液中的生物学与生态学特性、人工水华机制、旧砂生物脱膜机理等问题，为高效、低成本、无二次污染、适用于各种野外环境的水玻璃旧砂生物再生新技术研发奠定理论基础。

本项目针对现有水玻璃旧砂湿法再生、干法再生等方法存在的高能耗、二次污染问题，融合湿法再生的原理，系统研究了基于硅藻群落人工水华的水玻璃旧砂生物再生新方法，深入探讨了影响水玻璃旧砂生物再生效率的环境因子和营养因子，开发了适用于野外再生的无人值守型水玻璃旧砂生物再生控制系统与水玻璃再生砂性能智能测定仪，建立了水玻璃旧砂生物再生动力学理论。研究结果表明：影响水玻璃旧砂硅藻群落生物再生效率主要是温度、光照等环境因子，太阳光是藻体浮力增大的主要因素，也是藻、砂、水三者分离的基本动力；通过无人值守型水玻璃旧砂生物再生控制系统可模拟出春夏之交或者秋冬之交的硅藻群落人工水华，加快生物再生效率；经过五次水华后，水玻璃旧砂的脱膜率可达90.12%，溶液的pH稳定在7.8左右，可直接排放或者用于再次生物再生旧砂；水玻璃再生砂性能智能测定仪采用了一键滴定的方式能在10分钟内完成旧砂残留氧化钠、残留硅酸钠、水玻璃模数等参数的测定，测量误差控制在2%以内。.水玻璃旧砂生物再生方法具有成本低廉、再生砂性能接近新砂、废水可回收等特点，在国内具有良好的推广应用前景，因此本项目取得成果不仅具有巨大的市场潜力，更急需进一步实现产业化。本项目另一特色在于开发的无人值守型水玻璃旧砂生物再生控制系统与水玻璃再生砂性能智能测定仪还可用于常规方法很难处理的水玻璃废水回收，类似的水玻璃专用设备国内外还未见报道。因此该项目的一系列研究成果与发明专利为我国抢占这一环保技术领域的制高点奠定了坚实的基础，使得我们在水玻璃旧砂、废液处理与效果评价的核心技术上拥有我国自主知识产权。课题组在完成项目期间申请了8项专利、发表了10篇学术论文、培养了研究生3名。. 综上所述，本项目的研究成果不仅具有很高的技术含量与巨大的经济效益，还具有较大的社会效益。