專(zhuān)利名稱(chēng)：空間永久基地有機(jī)廢物預(yù)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)物料預(yù)處理的發(fā)酵反應(yīng)裝置，主要應(yīng)用于空間永久基地(如月球、火星基地)受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(CELSS)中植物不可食生物量(主要為稻稈、麥秸等)的預(yù)處理，尤其對(duì)于少量物料的發(fā)酵具有明顯優(yōu)勢(shì)。
背景技術(shù)：
CELSS已被各航天大國(guó)公認(rèn)為建立空間永久基地的根本保障技術(shù)。CELSS中高等植物作為光合作用進(jìn)行者可以進(jìn)行水和大氣的再生，起著不可替代的作用。而與此相關(guān)的作為固體廢物的植物不可食量在系統(tǒng)內(nèi)的處理便成了提高系統(tǒng)閉合性的主要問(wèn)題之一。
對(duì)于CELSS中植物不可食量的處理，主要利用蘑菇生物處理的類(lèi)土壤基質(zhì)技術(shù)較其它的化學(xué)處理、焚燒處理和微生物處理，可以將不可食量循環(huán)回用為系統(tǒng)內(nèi)的植物栽培基質(zhì)循環(huán)利用，同時(shí)還可以為航天員增加一種食物—蘑菇。
有關(guān)蘑菇栽培料的生料預(yù)處理基本不進(jìn)行物料的加工用于蘑菇栽培，雖然操作簡(jiǎn)單，但染雜菌率較高，生物轉(zhuǎn)化效率也較低；熟料預(yù)處理經(jīng)高壓滅菌后雖然具有較好的滅菌效果，但物料并未發(fā)生有益蘑菇處理的性狀改變，使蘑菇發(fā)菌相對(duì)較慢，處理周期較長(zhǎng)；而發(fā)酵預(yù)處理在合適的溫度下可以使有益微生物分解轉(zhuǎn)化物料中的物質(zhì)，生成最有利于蘑菇生長(zhǎng)的“木素-蛋白質(zhì)”類(lèi)物質(zhì)、聚糖類(lèi)和維生素等物質(zhì)，從而增加蘑菇培養(yǎng)料的有效成分，因而發(fā)菌較快，生物轉(zhuǎn)化效率也較高。
在一般食用菌生產(chǎn)的發(fā)酵預(yù)處理中，大多將物料堆成大的料堆，利用物料中微生物的自身活動(dòng)產(chǎn)生的熱量使料溫升高，達(dá)到發(fā)酵目的。然而由于建于空間的永久基地中空間有限，而且堆堆發(fā)酵條件較難控制，尤其是物料較少的情況下保溫與透氣的矛盾使得物料很難達(dá)到理想的發(fā)酵效果。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理效率高、易于控制、用于空間永久基地產(chǎn)生的少量廢物預(yù)處理的好氧發(fā)酵裝置。
為達(dá)到上述目的，采取的技術(shù)方案是本發(fā)明裝置由水槽4、加熱裝置5、液位控制儀9、溫控儀6、承料托盤(pán)2、補(bǔ)給水箱10、通氣孔12以及門(mén)壁冷凝水回流裝置13組成。整個(gè)裝置箱體1(包括門(mén))內(nèi)外均為不銹鋼材料構(gòu)成，中間為保溫層。箱體1上部設(shè)有螺旋可調(diào)式通氣孔12，箱體1中部設(shè)有可拆卸承料托盤(pán)2和氣流流通通道11，另外門(mén)內(nèi)壁下部設(shè)有冷凝水回流裝置13，箱體1下部設(shè)有水槽4、溫度探頭3、溫控儀6、加熱裝置5、液位控制儀9和浮渣擋板7，外部則連接有補(bǔ)給水箱10。
所述的箱體上部通氣孔12為帶有螺旋蓋的開(kāi)口可調(diào)式，其中間細(xì)孔可長(zhǎng)期與外界連通，隨螺旋蓋的調(diào)節(jié)，四周縫隙的改變可調(diào)節(jié)通氣量的大小。
所述的承料托盤(pán)2共十層，均勻布置于箱體1內(nèi)部，可隨需處理的物料量選擇使用，托盤(pán)均為多孔，孔徑大小既保證物料的承托又便于空氣的交換。
所述的氣流流通通道11由箱體1后部?jī)?nèi)壁設(shè)的兩個(gè)突起構(gòu)成三條通道，避免托板與箱壁緊密接觸，利于空氣的上下流通。
所述的門(mén)內(nèi)壁冷凝水回流裝置13，為裝于門(mén)內(nèi)壁下部的截面為三角形的條板，通過(guò)斜邊將門(mén)內(nèi)壁上的冷凝水引流回到加熱水槽4。
所述的液位控制儀9通過(guò)浮球指示液位，當(dāng)浮球低于設(shè)定液位時(shí)，浮球桿的角度變換打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使水從補(bǔ)給水箱流入水槽；隨液位上升，浮球桿角度變化又將進(jìn)水縫隙關(guān)閉完成一次補(bǔ)水。通過(guò)液位控制儀和補(bǔ)給水箱可保證水槽4液位，防止水量過(guò)少及干燒。
所述的溫度探頭3置于水面以上，所測(cè)為箱體內(nèi)氣體環(huán)境溫度，與溫控儀6協(xié)同控制物料發(fā)酵的最佳溫度。
所述的加熱裝置5為加熱管，其工作通過(guò)溫控儀6控制。
所述的浮渣擋板7設(shè)在液位控制儀9和加熱裝置5中間，下部開(kāi)有連通孔使補(bǔ)給水區(qū)與加熱水區(qū)連通。
所述的補(bǔ)給水箱10通過(guò)管道連于箱體后部的進(jìn)水口，其高度高于水槽4內(nèi)的正常液面。
本發(fā)明裝置通過(guò)蒸汽加溫可以將物料溫度控制在最佳值，并能保證足量氧氣的供給，對(duì)于解決少量物料的發(fā)酵問(wèn)題具有明顯優(yōu)勢(shì)。在60℃和45℃兩類(lèi)微生物的共同作用下，CELSS中植物不可食部分可達(dá)到最佳的預(yù)處理效果，有利于真菌蘑菇的進(jìn)一步處理，可提高生物轉(zhuǎn)化效率，縮短固體廢物的循環(huán)周期。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明裝置的剖示圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明裝置由箱體1、承料托盤(pán)2、水槽4、加熱裝置5、溫控儀6、通氣管8、液位控制儀9、補(bǔ)給水箱10和通氣孔12等組成。箱體1的外殼和內(nèi)壁之間有保溫層，起保溫作用。承料托板2為多孔形利于空氣流動(dòng)，共十層，可拆卸。水槽4中的水通過(guò)加熱裝置5加熱產(chǎn)生蒸汽對(duì)物料發(fā)酵，溫控儀6和溫度探頭3聯(lián)合工作用來(lái)控制發(fā)酵溫度。液位控制儀9用來(lái)控制水箱液位，及時(shí)通過(guò)補(bǔ)給水箱10補(bǔ)給水，包括浮球、連接桿和進(jìn)口開(kāi)關(guān)。浮渣擋板7由壁槽承托，下部開(kāi)孔保證加熱水和補(bǔ)給水的連通，上部阻擋進(jìn)水浮渣。通氣管8開(kāi)有通氣口，高于水槽液位。氣流通道11由箱體后壁的兩個(gè)突起隔成使托板與箱壁保持一定距離的三通道。通氣孔12裝于箱體頂部，中間有一細(xì)通氣孔常開(kāi)，四周為螺旋可調(diào)節(jié)式，可通過(guò)螺旋的調(diào)整改變通氣量。門(mén)壁冷凝水回流裝置13為三角形截面的條狀，裝于門(mén)壁底部。
使用本裝置時(shí)，先向水槽4中加水，液位保持在補(bǔ)給水箱10中的水不再流入水槽4為止。將需要發(fā)酵的物料平鋪于多孔承料托盤(pán)2，料不應(yīng)壓得過(guò)實(shí)，以便于氣體的流通。后將托盤(pán)裝入卡槽，關(guān)閉箱門(mén)。設(shè)定溫控儀6的控溫值和保持時(shí)間并開(kāi)始工作，第一階段為60℃保持24h，第二階段為45℃保持48h。由于溫度探頭3的位置在水槽液位以上，它所指示的溫度為箱體內(nèi)空氣的溫度，也即直接控制物料的發(fā)酵溫度。箱體上部的通氣孔12可通過(guò)外部的螺旋蓋調(diào)節(jié)大小，它與下部的通氣管8和氣流通道11共同保證為箱體內(nèi)發(fā)酵物料提供充足的氧氣，保證好氧發(fā)酵。隨箱體內(nèi)蒸汽的產(chǎn)生，水槽內(nèi)液位逐漸下降，液位控制儀9的浮球位置隨之下降，達(dá)到一定程度后，與浮球連接的連接桿產(chǎn)生角度變化將進(jìn)口開(kāi)關(guān)打開(kāi)，補(bǔ)給水箱10的水便會(huì)流入以補(bǔ)給水槽水的損失。隨補(bǔ)給水的流入，水槽4內(nèi)液位上升帶動(dòng)浮球上升，達(dá)到一定高度便又將進(jìn)口開(kāi)關(guān)關(guān)閉。補(bǔ)給水箱10的連接和液位控制儀9保證了水箱內(nèi)水的及時(shí)補(bǔ)給，可有效防止水量的過(guò)少和干燒。當(dāng)兩個(gè)流程全部完成，便可以打開(kāi)箱門(mén)取出物料進(jìn)行所需的進(jìn)一步處理。本發(fā)明裝置通過(guò)蒸汽加溫將物料溫度控制在最佳值，并能保證供給足量氧氣，利于60℃和45℃兩類(lèi)微生物的作用，對(duì)CELSS中植物不可食部分的處理效果好，有利于真菌蘑菇的下一步處理，可提高生物轉(zhuǎn)化效率，縮短固體廢物的循環(huán)周期。
權(quán)利要求
1.一種用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理的裝置，包括底部水槽4，水槽4上部裝有溫控探頭3、液位控制儀9，底部裝有加熱裝置5，裝置頂部設(shè)有通氣孔12，其特征在于物料發(fā)酵進(jìn)行60℃保持24h好氧發(fā)酵，后為45℃保持48h好氧發(fā)酵，過(guò)程通過(guò)溫度探頭3和溫控儀6聯(lián)合控制；溫度探頭3裝在水面以上，控制整個(gè)箱體內(nèi)氣體的溫度，同時(shí)微生物活動(dòng)所需的氧氣通過(guò)下部通氣管8和頂部開(kāi)設(shè)的通氣孔12提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于發(fā)酵流程為物料60℃下保持24h進(jìn)行好氧發(fā)酵，之后溫度降至45℃保持48h好氧發(fā)酵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于承料托盤(pán)2為多孔狀，其孔徑既可承托物料，又方便空氣的流通，可為微生物提供充足的氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于溫度探頭3裝于水面以上，與溫控儀6聯(lián)合通過(guò)直接控制箱體內(nèi)氣體溫度來(lái)控制物料的發(fā)酵溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于底部水槽4設(shè)有液位控制儀9，保證損失水量的及時(shí)補(bǔ)給。運(yùn)行過(guò)程中水槽內(nèi)液位的下降可通過(guò)液位控制儀9浮球的降落來(lái)反映，同時(shí)通過(guò)機(jī)械力控制進(jìn)水口的打開(kāi)，水便從連接的補(bǔ)給水箱10流入水槽，隨之浮球上升，達(dá)到一定液位后進(jìn)水口關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于底部水槽4內(nèi)部裝有浮渣擋板7，將加熱裝置5和控制補(bǔ)給進(jìn)水的液位控制儀9隔開(kāi)，同時(shí)可阻擋浮渣進(jìn)入加熱區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于底部水槽4外部連接有補(bǔ)給水箱10，保證在運(yùn)行過(guò)程中水槽水的及時(shí)補(bǔ)給，可有效防止水量的減少和干燒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于下部和頂部均設(shè)有通氣管8和通氣孔12，下部通過(guò)管道高于水面后開(kāi)口與外界大氣連接；上部通氣孔12則為可調(diào)型，中間為小透氣孔，四周通過(guò)有螺紋的頂蓋調(diào)節(jié)縫隙的大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用作空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理裝置，其特征在于門(mén)內(nèi)壁設(shè)有冷凝水回流裝置13，該裝置附于門(mén)內(nèi)壁下部，為截面為三角形的條狀，冷凝水可沿斜面流回加熱水槽4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于空間永久基地有機(jī)廢物發(fā)酵預(yù)處理的裝置。該發(fā)酵裝置主要由箱體、承料托盤(pán)、水槽、加熱裝置、溫控儀、液位控制儀、補(bǔ)給水箱、通氣孔以及門(mén)壁冷凝水回流裝置組成。裝置利用水槽水加熱產(chǎn)生的熱蒸汽將置于多孔承料托盤(pán)上的物料溫度升溫至60℃保持24h進(jìn)行好氧發(fā)酵，之后溫度降至45℃保持48h好氧發(fā)酵。該裝置對(duì)空間永久基地生保系統(tǒng)中產(chǎn)生的少量有機(jī)廢物發(fā)酵具有明顯優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多種好氧微生物的作用，發(fā)酵后的物料性質(zhì)改善，為下一步蘑菇降解處理奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)A01G1/04GK1951876SQ20061014056
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者劉紅, 于承迎 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)