生物反应器系统技术方案

本发明专利技术是一种堆肥化生物反应器系统，其可以连续地接纳可生物降解的固体废物、废水和废气，其可以将这些可生物降解的废物自动降解成液体营养物和热能，并且将营养液体和热能自动供应到集成一体的水培系统或鱼菜共生系统。本发明专利技术连同集成一体的食品生长系统可以安装在诸如家庭阳台、家庭后院以及餐馆和食品工厂等场所，因此可以在废物回收再利用以及在废物源头生产在地消费的食品两方面，实现零里程的目标。它可以完全回收和再利用来自经处理的废物的所有营养物和热能。它还可以达到在所有过程中对环境几乎零污染的目标。为了更好的操作效率，专门为本发明专利技术生物反应器系统设计了斜锥搅拌装置、鱼犁搅拌装置和涡流花式涡轮。

Bioreactor system

The present invention relates to a composting bioreactor system, which can continuously take solid waste, biodegradable wastewater and waste gas, which can be biodegradable waste liquid into automatic degradation of nutrients and energy, and the nutrition liquid and heat supply to the automatic integrated hydroponic system or aquaponics system. The present invention together with integrated food growth system can be installed on the balcony, such as family backyard and restaurants and food factories and other places, so it can be in the waste recycling and waste source in production in the two aspects of food consumption, to achieve zero mileage target. It can completely recycle and reuse all nutrients and heat energy from treated waste. It can also achieve the goal of almost zero pollution to the environment in all processes. In order to improve the operation efficiency, an oblique cone mixing device, a fish plough agitating device and an eddy current fancy turbine are designed for the bioreactor system of the invention.

【技术实现步骤摘要】
生物反应器系统
本专利技术涉及通过需氧和厌氧分解处理可生物降解废物的系统。更具体地，本专利技术涉及堆肥化生物反应器系统，其可以连续地接纳可生物降解的固体废物、废水和废气，并且自动地将所接纳的废物降解成液体营养物和热能用于生长食品。
技术介绍
生物可降解废物可通过堆肥化(有氧分解和厌氧分解)降解为基础化合物(H2O、CO2、以及氮、磷、钾等化合物)、能量(热)和残余腐殖质。残余的腐殖质最终可以破碎成细颗粒并且可以通过水循环自动输送。可生物降解的废物在人类活动中大量产生。它们包括固体废物如厨房食物废物和后院植物废物以及包装废物(纸张，纸箱和木托盘等)、废水如来自厨房和厕所(水槽、淋浴、浴缸等)、和废气如来自灶炉排气口和取暖炉排气口。居家和农业、餐饮及食品生产等工业都是废物的生产者。从家庭和工业收集废物并将其运送到市政处理中心是一项沉重的劳动任务。废物的生产者也需要花费时间和劳动来将废物准备好以被收集。来自于废物及其处理后的回收物(如堆肥)的运输而产生的温室气体排放是导致气候变化的因素之一。建造和维护用于将废水运输到市政处理中心的城市污水管道系统，也要大量花费来自私人和公众的资金。来自于家庭和工业的未经处理而直接排放到大气中的废气增加了空气污染。通过堆肥、焚烧或填埋等方式在市政处理中心处理上述废物，可以从处理的废物中回收部分有益成分，但也造成了大气、土壤甚至地下水的污染。此外，在建设和维护这些处理设施方面，还需要耗费大量的土地和资金。在废物的源头处理可生物降解废物方面已经作出了许多努力。包括蚯蚓堆肥化设施等使用自然通风的堆肥化设施，因不是在密封容器中处理废物而导致热、气味和废气直接进入大气中。MichaelBryan-Brown的专利号为US5744351的专利，公开了一种用于在密封容器内对有机废物进行有氧堆肥化的生物反应器。它集成使用了搅拌装置和曝气系统，使堆肥化废物可以在密闭容器内保持良好曝气效果。然而，这种设计类型需要通过生物过滤器处理废气并且通过使用泵来管理浸出液。AiminLi等人的专利申请No.CN101823069，公开了具有通风和热组件的自动控制的堆肥机，以加速容器内的堆肥化过程。再次，它仍然需要组件来过滤废气和管理渗滤液。上述堆肥机都是为了将生物废物处理成堆肥而设计的。生物废物是按批次喂料到堆肥机中，在一定时间后完成的堆肥被排出和运输。在废气、浸出液和完成的堆肥的处置过程中都有可能造成对环境的污染。生物废物的营养物和来自废物发酵的热量没有被充分回收利用。当使用这些堆肥机时，容器内每批次喂料的生物废物经历堆肥化的各个阶段，因此每个阶段的某类别微生物数量在其阶段达到其最高点，然后由于条件的改变而在其他阶段减少或甚至消失。当该批喂料的废物完成堆肥化而排出时，堆肥机内的微生物也随之排出。每一批次喂料的废物都经历一种全新的随堆肥化过程而变化的微生物生长和变化过程。市场期望：(1)可生物降解的废物在其源头得到堆肥化处理；(2)完成堆肥化的回收物就地使用因而实现零里程的运输；(3)堆肥化过程对环境没有污染；(4)来自废物的所有营养物和热能充分回收和再利用；(5)可生物降解的废物经历每个堆肥化阶段时，微生物生长的条件保持不变。为应对市场对最小运输里程健康食品的需求增长的需要，水培(hydroponics)系统和鱼菜共生(aquaponics)系统已经实践了几十年。当这些做法发生在家庭后院或食品消费场所时，对于在同一地点生产和消费的食品，可以实现零食品里程。然而，常规水培(hydroponics)系统需要将人造营养物添加到循环水中以供给植物。在典型的鱼菜共生(aquaponics)系统中，鱼饲料来自外部供应，并且来自集成的水族鱼缸的废水没有足够的营养物来支持生长的食品植物，因此必须添加矿物质和其他营养物。此外，需要过滤器和生物反应器来分离和降解来自水族鱼缸废水中的固体废物。然而，可以使用例如堆肥茶(composttea)来提供营养物。通过将一袋堆肥放入容器内被充分曝气的水中一定时间，以允许微生物生长来生产堆肥茶。堆肥茶有很好的营养供植物生长，因此被添加到水培(hydroponics)系统和鱼菜共生(aquaponics)系统。市场上有多种酿造堆肥茶的设备可选，但这些设备一般都是独立操作。虽然水培(hydroponics)系统和鱼菜共生(aquaponics)系统可以在实现少量水分损失生产短距离里程食品方面是有价值的，但是它们的价值受到与所生产的食品量相比显得很高的启动成本的限制，因为它们只是被用来生长食品。该类系统不具有自动回收处理来自自身系统和其它来源的废物的功能。市场期望：一种可以集成到水培(hydroponics)系统和鱼菜共生(aquaponics)系统的生物反应器系统，其可以在现场自动地将可生物降解的废物回收处理生成营养液以供给生长的植物，并且还可以给水族养殖动物提供饲料。此外，市场也期望一种可以整合到食品生产系统中的生物反应器系统，其可以自动地回收处理所有可生物降解的废物，包括来自食品生产系统的和来自现场人类活动的固体废物、废水和废气，并且可以从处理的废物中回收全部营养物和热能来生长食品，从而实现对环境的零污染。NicholasHermes和JamesSawada的专利申请CA2759981A1公开了一种食品生产系统，其将生物废物堆肥化处理并且现场回收使用其中的热能和营养物来生长食品。在该系统中，生物废物以分批模式喂料到堆肥机中，然后物理转移到另一个无脊椎动物培养单元中，最后转移到食品植物培养单元中。该系统中热的回收，是通过使用热交换液体循环的复杂管道系统进行。在该设计中，生物废物不是在所有过程都保持在密封容器内，因而可以因废气排放而造成对环境的污染，而营养物和热量没有全部回收利用。现有的能在废物源现场使用的堆肥机，对可以喂料到堆肥机中的生物物质、或生物废物、或有机废物、或可生物降解废物的类型都有许多限制。木托盘、树干和大尺寸的树枝等废物通常是不能接受的。本专利技术提供了现场生物物质堆肥化降解和再利用，其克服了现有技术的这些不足。密封容器内堆肥化处理的重要步骤之一是混合或搅拌内容物，使得所有内容物都能得到充分曝气。通常采用使整个容器(或鼓)旋转的低速电动机，或驱动搅拌装置以引起整个内容物都移动的高速电动机。在专利US5744351中，采用垂直安装的可滑动组件，使得搅拌装置可达到几乎所有的内部容积；但该方法需要工人手动操作搅拌组件。在专利申请CN101823069中，混合搅拌模块水平安装，并且水平转动容器内部的整个容积。所有这些方法因需要很大的动力来实现简单曝气功能，所以效率不高。相对于所需的动力和实现的物质(土壤)被翻动的体积数量来说，传统的犁通常显得效率更高。在密封容器内，如果沿着底层的内容物的一部分被物理翻动，则可能导致整个内容物的某种形式的被翻动。这种翻动方式可以使整个内容物得到足够好的曝气，特别是当空气是来自内容物之下面的空间时。可以期待：通过在内容物的底层内以非常慢的速度旋转犁式搅拌装置，可以使整个内容物得到足够好的曝气。用于容器内液体搅拌的大多数现有技术的搅拌装置，也是被设计用于引起整个内容物移动的高速旋转运动。在非常慢的旋转时，由这些搅拌装置移动的内容物的体积数量和行程都非常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于回收可生物降解废物的生物反应器系统，包括：a.设有容积空间的生物反应器主体容器，所述容积空间被分隔成接收所述可生物降解废物的上室，接收在上室中产生的可生物降解废物的中室，和接收在中室产生的液体废物的下室；b.用于分隔所述上室和所述中室的多孔板式上分隔件，用于将所述中室与所述下室分隔的凹形或圆锥形的下分隔件；c.提供均匀混合的混合搅拌模块的安装在所述上室的鱼犁搅拌装置；d.提供均匀混合的所述混合搅拌模块的安装在所述中室的斜锥搅拌装置；e.安装在所述中室的曝气模块，所述曝气模块由固定在所述凹形或圆锥形下分隔件的上表面的多个穿孔管构成；f.安装在所述下室的加热模块，所述加热模块加热所述液体废物并杀死所述液体废物中的病原体微生物和杂草种子；g.设有上渠、中渠和下渠的延伸部，所述上渠设有接受来自所述下室的所述液体废物的输入口，所述中渠填充有生物过滤介质，所述下渠设有第二曝气模块；h.多个输入口和输出口；i.多个用于监测温度、湿度、氧气、氨、二氧化碳和空气压力的传感器，所述传感器安装在所述生物反应器主体容器内并连接到中央控制单元，所述传感器产生传感器数据；和j.所述中央控制单元，控制所述生物反应器系统中的所述加热模块、曝气模块和混合搅拌模块；由此所述生物反应器系统提供创造的条件以便以连续方式加速将所述可生物降解废物降解为有用的液体。...

【技术特征摘要】
2016.06.09 US 15/178,2611.一种用于回收可生物降解废物的生物反应器系统，包括：a.设有容积空间的生物反应器主体容器，所述容积空间被分隔成接收所述可生物降解废物的上室，接收在上室中产生的可生物降解废物的中室，和接收在中室产生的液体废物的下室；b.用于分隔所述上室和所述中室的多孔板式上分隔件，用于将所述中室与所述下室分隔的凹形或圆锥形的下分隔件；c.提供均匀混合的混合搅拌模块的安装在所述上室的鱼犁搅拌装置；d.提供均匀混合的所述混合搅拌模块的安装在所述中室的斜锥搅拌装置；e.安装在所述中室的曝气模块，所述曝气模块由固定在所述凹形或圆锥形下分隔件的上表面的多个穿孔管构成；f.安装在所述下室的加热模块，所述加热模块加热所述液体废物并杀死所述液体废物中的病原体微生物和杂草种子；g.设有上渠、中渠和下渠的延伸部，所述上渠设有接受来自所述下室的所述液体废物的输入口，所述中渠填充有生物过滤介质，所述下渠设有第二曝气模块；h.多个输入口和输出口；i.多个用于监测温度、湿度、氧气、氨、二氧化碳和空气压力的传感器，所述传感器安装在所述生物反应器主体容器内并连接到中央控制单元，所述传感器产生传感器数据；和j.所述中央控制单元，控制所述生物反应器系统中的所述加热模块、曝气模块和混合搅拌模块；由此所述生物反应器系统提供创造的条件以便以连续方式加速将所述可生物降解废物降解为有用的液体。2.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中所述生物反应器主体容器还设有顶盖和在所述顶盖上的喂料模块，所述喂料模块用于将所述可生物降解废物喂料到所述上室中。3.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中所述生物反应器系统还设有输入到所述上室的至少一个废水液体输入口。4.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中所述下室包括加热子室和收集室，所述加热子室设有加热模块来加热所述加热子室的内容物，以杀死流过所述加热子室的废水中的病原体微生物和杂草种子并产生加热的废水，所述收集室用于收集来自所述加热子室的加热的废水并调节加热的废水的温度。5.如权利要求1所述的生物反应器系统，其中所述中室内的斜锥搅拌装置通过在一个或多个圆形支架上安装多个斜锥体而制成，所述多个圆形支架一起构成多个水平层和/或多个垂直层，所述多个垂直层中的下层支架小于上层支架以适合所述下分隔件的凹形或圆锥形形状。6.如权利要求1所述的生物反应器系统，还设有炉灶单元，所述炉灶单元设有散热器；其中所述散热器位于所述生物反应器主体容器的底部下方且还用作所述主体容器的支撑基座，其中所述炉灶单元是木炉；所述木炉具有由粘土和耐火砖制成的散热器，并且所述散热器的侧壁具有隔热外层，以长时间保持高温来加热所述生物反应器主体容器。7.如权利要求1所述的生物反应器系统，还设有炉灶单元，通过燃烧过程给所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴象根，
申请(专利权)人：吴象根，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA