一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统
技术领域
本发明涉及生物环保工程的技术领域，特别涉及一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统。
背景技术
随着社会经济的发展，居民的生活水平也相应地提高，同时居民人均的食品消耗量也是不断增加。相应地，餐厨等有机废弃物已经成为居民生活垃圾的重要组成部分，与其他类型的垃圾相比，餐厨等有机废弃物具有含水量大、营养元素丰富和容易腐败等特点，若通过常规的处理手段对这些有机废弃物进行有效的处理，则对环境造成不良影响。现有针对餐厨等有机废弃物的处理方式大都是堆肥、焚烧或者填埋，但是上述的处理方式并不能实现对有机废弃物的快速和高效的处理。
为了实现对餐厨等有机废弃物的高效分解处理，现有技术已经存在通过黑水虻等昆虫对有机废弃物进行生物分解处理，该生物分解处理能够最大限度地将有机废弃物中的营养元素进行分解发酵，从而避免有机废弃物因自身腐败而污染环境，并且该生物分解处理还能够将有机废弃物转换成有机肥料，以实现有机废弃物的良性循环。但是，现有的采用黑水虻对有机废弃物进行生物分解处理的装置系统都只是出于粗放化的阶段，其并未有针对性地对该生物分解处理的每一个阶段过程进行准确和智能化的调整控制，这导致现有的生物分解处理并不能实现对有机废弃物的高效分解处理。可见，现有技术急需一种能够对有机废弃物进行集约化和立体化处理的系统。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统，该黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统通过黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端构建形成一个立体化的有机废弃物处理和黑水虻养殖系统，该系统能够在上述黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端中分别针对黑水虻的孵化、培育和筛选，黑水虻分解有机废弃物以及有机废弃物最终发酵产物的加工处理等不同方面进行精确和集约化的调整控制。该立体养殖系统不仅能够从黑水虻选育源头上保证所有黑水虻幼虫的健康活性，并且还能够在有机废弃物分解发酵的中间环节中实时获得该分解发酵过程的相关数据，并根据该相关数据实时对该分解发酵过程进行不同环境参数的调整，从而保证该黑水虻幼虫在该分解发酵过程中始终维持最大的生物活性和对该有机废弃物进行最高效率的分解发酵作用；还有，该立体养殖系统通过将黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端设置成相对独立的立体布设模式，其能够避免不同功能端相互影响，从而保证在其中一个功能端发生故障的情况下，其他功能端也能够维持正常工作状态，以实现该立体养殖系统的可持续性运作和保证对有机废弃物进行长时间的分解发酵处理。
本发明提供一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统，所述黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统包括黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端，其特征在于：
所述黑水虻育选端用于对黑水虻进行孵化和甄选处理，其包括黑水虻孵化模块和孵化环境调整模块；
所述有机废弃物处理端用于通过黑水虻对有机废气物进行分解发酵处理，其包括分解过程检测模块和分解环境调整模块；
所述终端产物筛选端用于对所述有机废弃物处理端进行所述分解发酵处理后得到的若干产物进行筛选处理，其包括产物分类模块和产物后加工模块；
进一步，所述黑水虻孵化模块包括黑水虻卵筛选子模块和孵化过程检测子模块；其中，
所述黑水虻卵筛选子模块包括卵完整性检测单元和卵分离单元；
所述卵完整性检测单元用于对关于黑水虻卵的若干不同图像进行像素分析处理，以确定黑水虻卵的完整性和可孵化性；
所述卵分离单元用于根据关于黑水虻卵的完整性和可孵化性的确定结果，分离得到具有可孵化性的黑水虻卵；
所述孵化过程检测子模块包括孵化过程图像采集单元、孵化过程热红外数据采集单元和孵化数据分析单元；其中，
所述孵化过程图像采集单元用于获取关于黑水虻卵在孵化过程的静态图像和/或动态图像；
所述孵化过程热红外数据采集单元用于获取关于黑水虻卵在孵化过程中的热红外变化数据；
所述孵化数据分析单元用于根据所述静态图像、所述动态图像和所述热红外变化数据，得到关于黑水虻卵当前的孵化过程表征数学模型；
进一步，所述孵化环境调整模块包括环境数据确定单元、温度调整单元、湿度调整单元、气体氛围调整单元和光照调整单元；其中，
所述环境数据确定单元用于根据所述孵化过程表征数学模型，获得关于黑水虻卵在不同孵化阶段对应的温度-孵化阶段变化曲线、湿度-孵化阶段变化曲线、气体氛围-孵化阶段变化曲线和光照-孵化阶段变化曲线；
所述温度调整单元、所述湿度调整单元、所述气体氛围调整单元和所述光照调整单元用于根据所述温度-孵化阶段变化曲线、所述湿度-孵化阶段变化曲线、所述气体氛围-孵化阶段变化曲线和所述光照-孵化阶段变化曲线分别调整所述黑水虻育选端中孵化环境对应的温度参数、湿度参数、气体氛围参数和光照参数；
进一步，所述黑水虻育选端还包括幼虫检测模块、幼虫筛选模型生成模块和幼虫分离模块；其中，
所述幼虫检测模块用于获取关于黑水虻幼虫的图像数据和/或光谱分析数据；
所述幼虫筛选模型生成模块用于根据所述图像数据和/或所述光谱分析数据，对应得到黑水虻幼虫的孵化发育状态和/或幼虫蛋白质含量状态，生成关于黑水虻幼虫的筛选模型；
所述幼虫分离模块用于根据所述关于黑水虻幼虫的筛选模型，分离得到符合预设生长条件的黑水虻幼虫；
进一步，所述分解过程检测模块包括有机废弃物分解检测子模块和幼虫发育检测子模块；其中，
所述有机废弃物分解检测子模块用于检测黑水虻幼虫在分解有机废弃物过程中，所述有机废弃物的分解发酵相关数据；
所述幼虫发育检测子模块用于检测所述黑水虻幼虫在分解所述有机废弃物过程中，所述黑水虻幼虫的生长状态和/或变态发育状态；
进一步，所述有机废气物分解检测子模块包括有机废弃物分解图像采集单元、发酵气体数据采集单元和光谱数据采集单元；其中，
所述有机废弃物分解图像采集单元用于获取所述黑水虻幼虫在分解所述有机废弃物过程中，关于所述有机废弃物的分解发酵变化图像；
所述发酵气体数据采集单元用于获取所述黑水虻幼虫在分解所述有机废弃物过程中，关于所述有机废弃物的分解发酵产生的气体类型和/或气体浓度；
所述光谱数据采集单元用于获取所述黑水虻幼虫在分解所述有机废弃物过程中，关于所述有机废弃物分解转换成有机肥料的蛋白质光谱数据；
进一步，所述幼虫发育检测子模块包括幼虫发育图像采集单元和幼虫发育光谱数据采集单元；其中，
所述幼虫发育图像采集单元用于获取所述黑水虻幼虫在分解所述有机废弃物过程中，其自身的发育和羽化变化图像；
所述幼虫发育光谱数据采集单元用于获取所述黑水虻幼虫在分解所述有机废气物过程中，其自身的细胞活性数据；
进一步，所述分解环境调整模块包括有机废弃物分解模型生成子模块、幼虫成长预测模型生成子模块、分解环境参数调整子模块和分解操作控制子模块；其中，
所述有机废弃物分解模型生成子模块用于根据所述分解发酵变化图像、所述分解发酵产生的气体类型和/或气体浓度以及所述有机肥料的蛋白质光谱数据中的至少一者，生成关于所述有机废弃物的分解发酵评价数学模型；
所述幼虫成长预测模型用于根据所述黑水虻幼虫的发育和羽化变化图像和/或所述黑水虻幼虫的细胞活性数据，生成关于所述黑水虻幼虫的成长预测数学模型；
所述分解环境参数调整子模块用于根据所述分解发酵评价数据模型，对所述有机废弃物当前的分解发酵环境进行关于温度、湿度、气压和光照中的至少一者的调整操作；
所述分解操作控制子模块用于根据所述黑水虻幼虫的成长预测数学模型，确定是否终止当前对所述有机废弃物的分解发酵处理；
进一步，所述产物分类模块包括产物类型/含量确定子模块、产物离心处理子模块和产物萃取处理子模块；其中，
所述产物类型/含量确定子模块用于根据关于所述若干产物的光谱检测数据，确定所述若干产物各自对应的类型和/或含量数据；
所述产物离心处理子模块用于对所述若干产物依次进行离心搅拌处理和静置沉淀处理；
所述产物萃取处理子模块用于对所述静置沉淀处理后的所述若干产物进行萃取处理，以得到相应的有机肥料预产物；
进一步，所述产物后加工模块包括脱油子模块、加热子模块和研磨子模块；其中，
所述脱油子模块用于去除所述有机肥料预产物中的残余油性物质；
所述加热子模块用于去除所述有机肥料预产物中的残余水分；
所述研磨子模块用于对所述有机肥料预产物进行研磨处理。
相比于现有技术，该黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统通过黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端构建形成一个立体化的有机废弃物处理和黑水虻养殖系统，该系统能够在上述黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端中分别针对黑水虻的孵化、培育和筛选，黑水虻分解有机废弃物以及有机废弃物最终发酵产物的加工处理等不同方面进行精确和集约化的调整控制。该立体养殖系统不仅能够从黑水虻选育源头上保证所有黑水虻幼虫的健康活性，并且还能够在有机废弃物分解发酵的中间环节中实时获得该分解发酵过程的相关数据，并根据该相关数据实时对该分解发酵过程进行不同环境参数的调整，从而保证该黑水虻幼虫在该分解发酵过程中始终维持最大的生物活性和对该有机废弃物进行最高效率的分解发酵作用；还有，该立体养殖系统通过将黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端设置成相对独立的立体布设模式，其能够避免不同功能端相互影响，从而保证在其中一个功能端发生故障的情况下，其他功能端也能够维持正常工作状态，以实现该立体养殖系统的可持续性运作和保证对有机废弃物进行长时间的分解发酵处理。
进一步，所述分解过程中，检测检测模块能根据检测得到的有机废弃物的情况自动确定分解过程的环境信息，并将所述环境信息传输至分解环境调整模块，所述分解环境调整模块根据所述环境信息自动调整环境情况；
首先，确定所述有机废弃物的动态浓度；
其中，c(t)为t时刻有机废弃物的浓度，Q为有机废弃物的瞬时排放量，s为有机废弃物的立体养殖系统的深度，t为动态时间，fx为有机废弃物向右方向的扩散系数，fy为有机废弃物向上方向的扩散系数，h为监测点距离立体养殖系统的左下角的横向距离，x为立体养殖系统的长度，vx为有机废弃物向右方向的流动速度，z为监测点距离立体养殖系统的左下角的纵向距离，y为立体养殖系统的宽度，vy为有机废弃物向上方向的流动速度，λ为预设有机废弃物的综合衰减系数；
其次，确定黑水虻分解有机废弃物的分解率；
其中，η为黑水虻分解有机废弃物的分解率，ΔG为单位面积黑水虻的增重，ΔGs为黑水虻的水分含有量，ΔGy为单位面积有机废弃物的减少量，ΔGys为有机废弃物的含水量；
然后，确定分解时所需通入空气含量；
其中，g(t)为t时刻时需给有机废弃物的立体养殖系统中所通入的空气的含量，Cb为预设标准的有机废弃物的浓度，T为当前温度，Pa为当前大气压强，Pb为标准大气压强，gb为预设的通入空气含量；
最后，将实时得到的通入空气含量作为分解过程的环境信息传输至分解环境调整模块，所述分解环境调整模块实时控制通入空气含量为g(t)。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中不同功能端的分布示意图。
图2为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中黑水虻育选端的结构示意图。
图3为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中有机废弃物处理端的结构示意图。
图4为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中终端产物筛选端的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统的结构示意图。该黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统包括黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端。其中，该该黑水虻育选端用于对黑水虻进行孵化和甄选处理；该有机废弃物处理端用于通过黑水虻对有机废气物进行分解发酵处理；该终端产物筛选端用于对该有机废弃物处理端进行该分解发酵处理后得到的若干产物进行筛选处理。
参阅图2，为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中黑水虻育选端的结构示意图。该黑水虻育选端可包括黑水虻孵化模块、孵化环境调整模块、幼虫检测模块、幼虫筛选模型生成模块和幼虫分离模块。
优选地，该黑水虻孵化模块包括黑水虻卵筛选子模块和孵化过程检测子模块；
优选地，该黑水虻卵筛选子模块包括卵完整性检测单元和卵分离单元；
优选地，该卵完整性检测单元用于对关于黑水虻卵的若干不同图像进行像素分析处理，以确定黑水虻卵的完整性和可孵化性；
优选地，该卵分离单元用于根据关于黑水虻卵的完整性和可孵化性的确定结果，分离得到具有可孵化性的黑水虻卵；
优选地，该孵化过程检测子模块包括孵化过程图像采集单元、孵化过程热红外数据采集单元和孵化数据分析单元；
优选地，该孵化过程图像采集单元用于获取关于黑水虻卵在孵化过程的静态图像和/或动态图像；
优选地，该孵化过程热红外数据采集单元用于获取关于黑水虻卵在孵化过程中的热红外变化数据；
优选地，该孵化数据分析单元用于根据该静态图像、该动态图像和该热红外变化数据，得到关于黑水虻卵当前的孵化过程表征数学模型；
优选地，该孵化环境调整模块包括环境数据确定单元、温度调整单元、湿度调整单元、气体氛围调整单元和光照调整单元；
优选地，该环境数据确定单元用于根据该孵化过程表征数学模型，获得关于黑水虻卵在不同孵化阶段对应的温度-孵化阶段变化曲线、湿度-孵化阶段变化曲线、气体氛围-孵化阶段变化曲线和光照-孵化阶段变化曲线；
优选地，该温度调整单元、该湿度调整单元、该气体氛围调整单元和该光照调整单元用于根据该温度-孵化阶段变化曲线、该湿度-孵化阶段变化曲线、该气体氛围-孵化阶段变化曲线和该光照-孵化阶段变化曲线分别调整该黑水虻育选端中孵化环境对应的温度参数、湿度参数、气体氛围参数和光照参数；
优选地，该幼虫检测模块用于获取关于黑水虻幼虫的图像数据和/或光谱分析数据；
优选地，该幼虫筛选模型生成模块用于根据该图像数据和/或该光谱分析数据，对应得到黑水虻幼虫的孵化发育状态和/或幼虫蛋白质含量状态，生成关于黑水虻幼虫的筛选模型；
优选地，该幼虫分离模块用于根据该关于黑水虻幼虫的筛选模型，分离得到符合预设生长条件的黑水虻幼虫。
参阅图3，为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中有机废弃物处理端的结构示意图。该有机废弃物处理端可包括分解过程检测模块和分解环境调整模块。
优选地，该分解过程检测模块包括有机废弃物分解检测子模块和幼虫发育检测子模块；
优选地，该有机废弃物分解检测子模块用于检测黑水虻幼虫在分解有机废弃物过程中，该有机废弃物的分解发酵相关数据；
优选地，该幼虫发育检测子模块用于检测该黑水虻幼虫在分解该有机废弃物过程中，该黑水虻幼虫的生长状态和/或变态发育状态；
优选地，该有机废气物分解检测子模块包括有机废弃物分解图像采集单元、发酵气体数据采集单元和光谱数据采集单元；
优选地，该有机废弃物分解图像采集单元用于获取该黑水虻幼虫在分解该有机废弃物过程中，关于该有机废弃物的分解发酵变化图像；
优选地，该发酵气体数据采集单元用于获取该黑水虻幼虫在分解该有机废弃物过程中，关于该有机废弃物的分解发酵产生的气体类型和/或气体浓度；
优选地，该光谱数据采集单元用于获取该黑水虻幼虫在分解该有机废弃物过程中，关于该有机废弃物分解转换成有机肥料的蛋白质光谱数据；
优选地，该幼虫发育检测子模块包括幼虫发育图像采集单元和幼虫发育光谱数据采集单元；
优选地，该幼虫发育图像采集单元用于获取该黑水虻幼虫在分解该有机废弃物过程中，其自身的发育和羽化变化图像；
优选地，该幼虫发育光谱数据采集单元用于获取该黑水虻幼虫在分解该有机废气物过程中，其自身的细胞活性数据；
优选地，该分解环境调整模块包括有机废弃物分解模型生成子模块、幼虫成长预测模型生成子模块、分解环境参数调整子模块和分解操作控制子模块；
优选地，该有机废弃物分解模型生成子模块用于根据该分解发酵变化图像、该分解发酵产生的气体类型和/或气体浓度以及该有机肥料的蛋白质光谱数据中的至少一者，生成关于该有机废弃物的分解发酵评价数学模型；
优选地，该幼虫成长预测模型用于根据该黑水虻幼虫的发育和羽化变化图像和/或该黑水虻幼虫的细胞活性数据，生成关于该黑水虻幼虫的成长预测数学模型；
优选地，该分解环境参数调整子模块用于根据该分解发酵评价数据模型，对该有机废弃物当前的分解发酵环境进行关于温度、湿度、气压和光照中的至少一者的调整操作；
优选地，该分解操作控制子模块用于根据该黑水虻幼虫的成长预测数学模型，确定是否终止当前对该有机废弃物的分解发酵处理。
参阅图4，为本发明提供的一种黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统中终端产物筛选端的结构示意图。该终端产物筛选端可包括产物分类模块和产物后加工模块。
优选地，该产物分类模块包括产物类型/含量确定子模块、产物离心处理子模块和产物萃取处理子模块；
优选地，该产物类型/含量确定子模块用于根据关于该若干产物的光谱检测数据，确定该若干产物各自对应的类型和/或含量数据；
优选地，该产物离心处理子模块用于对该若干产物依次进行离心搅拌处理和静置沉淀处理；
优选地，该产物萃取处理子模块用于对该静置沉淀处理后的该若干产物进行萃取处理，以得到相应的有机肥料预产物；
优选地，该产物后加工模块包括脱油子模块、加热子模块和研磨子模块；
优选地，该脱油子模块用于去除该有机肥料预产物中的残余油性物质；
优选地，该加热子模块用于去除该有机肥料预产物中的残余水分；
优选地，该研磨子模块用于对该有机肥料预产物进行研磨处理。
从上述实施例可以看出，该黑水虻处理有机废弃物的立体养殖系统通过黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端构建形成一个立体化的有机废弃物处理和黑水虻养殖系统，该系统能够在上述黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端中分别针对黑水虻的孵化、培育和筛选，黑水虻分解有机废弃物以及有机废弃物最终发酵产物的加工处理等不同方面进行精确和集约化的调整控制。该立体养殖系统不仅能够从黑水虻选育源头上保证所有黑水虻幼虫的健康活性，并且还能够在有机废弃物分解发酵的中间环节中实时获得该分解发酵过程的相关数据，并根据该相关数据实时对该分解发酵过程进行不同环境参数的调整，从而保证该黑水虻幼虫在该分解发酵过程中始终维持最大的生物活性和对该有机废弃物进行最高效率的分解发酵作用；还有，该立体养殖系统通过将黑水虻育选端、有机废弃物处理端和终端产物筛选端这三个不同的功能端设置成相对独立的立体布设模式，其能够避免不同功能端相互影响，从而保证在其中一个功能端发生故障的情况下，其他功能端也能够维持正常工作状态，以实现该立体养殖系统的可持续性运作和保证对有机废弃物进行长时间的分解发酵处理。
优选地，所述分解过程中，检测检测模块能根据检测得到的有机废弃物的情况自动确定分解过程的环境信息，并将所述环境信息传输至分解环境调整模块，所述分解环境调整模块根据所述环境信息自动调整环境情况；
首先，确定所述有机废弃物的动态浓度；
其中，c(t)为t时刻有机废弃物的浓度，Q为有机废弃物的瞬时排放量，s为有机废弃物的立体养殖系统的深度，t为动态时间，fx为有机废弃物向右方向的扩散系数，fy为有机废弃物向上方向的扩散系数，h为监测点距离立体养殖系统的左下角的横向距离，x为立体养殖系统的长度，vx为有机废弃物向右方向的流动速度，z为监测点距离立体养殖系统的左下角的纵向距离，y为立体养殖系统的宽度，vy为有机废弃物向上方向的流动速度，λ为预设有机废弃物的综合衰减系数；
其次，确定黑水虻分解有机废弃物的分解率；
其中，η为黑水虻分解有机废弃物的分解率，ΔG为单位面积黑水虻的增重，ΔGs为黑水虻的水分含有量，ΔGy为单位面积有机废弃物的减少量，ΔGys为有机废弃物的含水量；
然后，确定分解时所需通入空气含量；
其中，g(t)为t时刻时需给有机废弃物的立体养殖系统中所通入的空气的含量，Cb为预设标准的有机废弃物的浓度，T为当前温度，Pa为当前大气压强，Pb为标准大气压强，gb为预设的通入空气含量；
最后，将实时得到的通入空气含量作为分解过程的环境信息传输至分解环境调整模块，所述分解环境调整模块实时控制通入空气含量为g(t)。
有益效果：
利用上述技术，可以根据有机废弃物的浓度以及当前温度和大气压强等环境因素，确定黑水虻分解有机废弃物时所需通入的空气含量，所得所述分解过程能充分高效的分解，实现对有机废弃物的快速和高效的处理，并且所述过程中，不会过多的通入空气，而导致额外的损耗，节约了成本，同时在所述过程中，获取有机废弃物的浓度为通过实时监控基础数据，然后利用简单的计算得到，使得所述分解过程中，对通入的空气含量的调整能实时调整，从而对分解处理的过程进行准确和智能化的调整控制，使得生物分解处理能实现对有机废弃物的高效分解处理。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
