CN100402473C - 空间永久基地有机废物预处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空间永久基地有机废物发酵预处理的装置。该发酵装置主要由箱体、承料托盘、水槽、加热装置、温控仪、液位控制仪、补给水箱、通气孔以及门壁冷凝水回流装置组成。装置利用水槽水加热产生的热蒸汽将置于多孔承料托盘上的物料温度升温至60℃保持24h进行好氧发酵，之后温度降至45℃保持48h好氧发酵。该装置对空间永久基地生保系统中产生的少量有机废物发酵具有明显优势，通过多种好氧微生物的作用，发酵后的物料性质改善，为下一步蘑菇降解处理奠定基础。

Description

空间永久基地有机废物预处理装置

技术领域

本发明涉及一种有机物料预处理的发酵反应装置，主要应用于空间永久基地(如月球、火星基地)受控生态生命保障系统(CELSS)中植物不可食生物量(主要为稻秆、麦秸等)的预处理，尤其对于少量物料的发酵具有明显优势。

背景技术

CELSS已被各航天大国公认为建立空间永久基地的根本保障技术。CELSS中高等植物作为光合作用进行者可以进行水和大气的再生，起着不可替代的作用。而与此相关的作为固体废物的植物不可食量在系统内的处理便成了提高系统闭合性的主要问题之一。

对于CELSS中植物不可食量的处理，主要利用蘑菇生物处理的类土壤基质技术较其它的化学处理、焚烧处理和微生物处理，可以将不可食量循环回用为系统内的植物栽培基质循环利用，同时还可以为航天员增加一种食物-蘑菇。

有关蘑菇栽培料的生料预处理基本不进行物料的加工用于蘑菇栽培，虽然操作简单，但染杂菌率较高，生物转化效率也较低；熟料预处理经高压灭菌后虽然具有较好的灭菌效果，但物料并未发生有益蘑菇处理的性状改变，使蘑菇发菌相对较慢，处理周期较长；而发酵预处理在合适的温度下可以使有益微生物分解转化物料中的物质，生成最有利于蘑菇生长的“木素-蛋白质”类物质、聚糖类和维生素等物质，从而增加蘑菇培养料的有效成分，因而发菌较快，生物转化效率也较高。

在一般食用菌生产的发酵预处理中，大多将物料堆成大的料堆，利用物料中微生物的自身活动产生的热量使料温升高，达到发酵目的。然而由于建于空间的永久基地中空间有限，而且堆堆发酵条件较难控制，尤其是物料较少的情况下保温与透气的矛盾使得物料很难达到理想的发酵效果。

技术内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、处理效率高、易于控制、用于空间永久基地产生的少量废物预处理的好氧发酵装置。

为达到上述目的，采取的技术方案是：本发明装置由水槽4、加热装置5、液位控制仪9、温控仪6、承料托盘2、补给水箱10、通气孔12以及门壁冷凝水回流装置13组成。整个装置箱体1(包括门)内外均为不锈钢材料构成，中间为保温层。箱体1上部设有螺旋可调式通气孔12，箱体1中部设有可拆卸承料托盘2和气流流通通道11，另外门内壁下部设有冷凝水回流装置13，箱体1下部设有水槽4、温度探头3、温控仪6、加热装置5、液位控制仪9和浮渣挡板7，外部则连接有补给水箱10。

所述的箱体上部通气孔12为带有螺旋盖的开口可调式，其中间细孔可长期与外界连通，随螺旋盖的调节，四周缝隙的改变可调节通气量的大小。

所述的承料托盘2共十层，均匀布置于箱体1内部，可随需处理的物料量选择使用，托盘均为多孔，孔径大小既保证物料的承托又便于空气的交换。

所述的气流流通通道11由箱体1后部内壁设的两个突起构成三条通道，避免托板与箱壁紧密接触，利于空气的上下流通。

所述的门内壁冷凝水回流装置13，为装于门内壁下部的截面为三角形的条板，通过斜边将门内壁上的冷凝水引流回到加热水槽4。

所述的液位控制仪9通过浮球指示液位，当浮球低于设定液位时，浮球杆的角度变换打开开关，使水从补给水箱流入水槽；随液位上升，浮球杆角度变化又将进水缝隙关闭完成一次补水。通过液位控制仪和补给水箱可保证水槽4液位，防止水量过少及干烧。

所述的温度探头3置于水面以上，所测为箱体内气体环境温度，与温控仪6协同控制物料发酵的最佳温度。

所述的加热装置5为加热管，其工作通过温控仪6控制。

所述的浮渣挡板7设在液位控制仪9和加热装置5中间，下部开有连通孔使补给水区与加热水区连通。

所述的补给水箱10通过管道连于箱体后部的进水口，其高度高于水槽4内的正常液面。

本发明装置通过蒸汽加温可以将物料温度控制在最佳值，并能保证足量氧气的供给，对于解决少量物料的发酵问题具有明显优势。在60℃和45℃两类微生物的共同作用下，CELSS中植物不可食部分可达到最佳的预处理效果，有利于真菌蘑菇的进一步处理，可提高生物转化效率，缩短固体废物的循环周期。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的剖示图。

具体实施方式

本发明装置由箱体1、承料托盘2、水槽4、加热装置5、温控仪6、通气管8、液位控制仪9、补给水箱10和通气孔12等组成。箱体1的外壳和内壁之间有保温层，起保温作用。承料托板2为多孔形利于空气流动，共十层，可拆卸。水槽4中的水通过加热装置5加热产生蒸汽对物料发酵，温控仪6和温度探头3联合工作用来控制发酵温度。液位控制仪9用来控制水箱液位，及时通过补给水箱10补给水，包括浮球、连接杆和进口开关。浮渣挡板7由壁槽承托，下部开孔保证加热水和补给水的连通，上部阻挡进水浮渣。通气管8开有通气口，高于水槽液位。气流通道11由箱体后壁的两个突起隔成使托板与箱壁保持一定距离的三通道。通气孔12装于箱体顶部，中间有一细通气孔常开，四周为螺旋可调节式，可通过螺旋的调整改变通气量。门壁冷凝水回流装置13为三角形截面的条状，装于门壁底部。

使用本装置时，先向水槽4中加水，液位保持在补给水箱10中的水不再流入水槽4为止。将需要发酵的物料平铺于多孔承料托盘2，料不应压得过实，以便于气体的流通。后将托盘装入卡槽，关闭箱门。设定温控仪6的控温值和保持时间并开始工作，第一阶段为60℃保持24h，第二阶段为45℃保持48h。由于温度探头3的位置在水槽液位以上，它所指示的温度为箱体内空气的温度，也即直接控制物料的发酵温度。箱体上部的通气孔12可通过外部的螺旋盖调节大小，它与下部的通气管8和气流通道11共同保证为箱体内发酵物料提供充足的氧气，保证好氧发酵。随箱体内蒸汽的产生，水槽内液位逐渐下降，液位控制仪9的浮球位置随之下降，达到一定程度后，与浮球连接的连接杆产生角度变化将进口开关打开，补给水箱10的水便会流入以补给水槽水的损失。随补给水的流入，水槽4内液位上升带动浮球上升，达到一定高度便又将进口开关关闭。补给水箱10的连接和液位控制仪9保证了水箱内水的及时补给，可有效防止水量的过少和干烧。当两个流程全部完成，便可以打开箱门取出物料进行所需的进一步处理。本发明装置通过蒸汽加温将物料温度控制在最佳值，并能保证供给足量氧气，利于60℃和45℃两类微生物的作用，对CELSS中植物不可食部分的处理效果好，有利于真菌蘑菇的下一步处理，可提高生物转化效率，缩短固体废物的循环周期。

Claims (9)

1.一种用作空间永久基地有机废物发酵预处理的装置，包括：具备门的箱体，门内壁下部装有冷凝水回流装置，箱体底部为水槽4、加热装置5、液位控制仪9、浮渣挡板7，水槽上部为温控探头3，箱体顶部设有通气孔12，下部设有通气管8，箱体内装有承料托盘2，其特征在于：液位控制仪和加热装置联合作用下加热水槽中水，并通过温度探头3和温控仪6联合控制将置于箱体空气中的物料温度控制在60℃保持24h好氧发酵，后为45℃保持48h好氧发酵，氧气由通气管8和通气孔12提供。

2.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：发酵流程为物料60℃下保持24h进行好氧发酵，之后温度降至45℃保持48h好氧发酵。

3.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：承料托盘2为多孔状，其孔径既可承托物料，又方便空气的流通，可为微生物提供充足的氧气。

4.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：温度探头3装于水面以上，与温控仪6联合通过直接控制箱体内气体温度来控制物料的发酵温度。

5.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：底部水槽4设有液位控制仪9，保证损失水量的及时补给；运行过程中水槽内液位的下降可通过液位控制仪9浮球的降落来反映，同时通过机械力控制进水口的打开，水便从连接的补给水箱10流入水槽，随之浮球上升，达到一定液位后进水口关闭。

6.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：底部水槽4内部装有浮渣挡板7，将加热装置5和控制补给进水的液位控制仪9隔开，同时可阻挡浮渣进入加热区。

7.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：底部水槽4外部连接有补给水箱10，保证在运行过程中水槽水的及时补给，可有效防止水量的减少和干烧。

8.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：箱体底部和顶部均设有通气管8和通气孔12，下部通气管8在水槽内高出水面，另一端在箱体外与大气相通；上部通气孔12中间为透气孔，顶盖有螺纹可上下调节孔大小。

9.根据权利要求1所述的用作空间永久基地有机废物发酵预处理装置，其特征在于：门内壁设有冷凝水回流装置13，该装置附于门内壁下部，为截面为三角形的条状，冷凝水可沿斜面流回加热水槽4。

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