[发明专利]生物反应器系统

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。

Michael Bryan-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。

Aimin Li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(compost tea)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。