CN104874584A - 一种适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统和方法，该系统包括自动控制仪、主流水线及若干辅流水线，所述的主流水线包括初始原料收集池、第一流量计、第一物料输送机、第一有机废弃物分拣破碎机、原料调节池、第二流量计等设备，所述的辅流水线包括初始辅料收集池、第四流量计、第四物料输送机等设备，本发明可按照蠕虫喂料的要求，通过自动化控制系统，将多种有机废弃物进行大规模、标准化地快速预备处理，大幅提高蠕虫生物反应器喂料预备流水线的机械化、自动化水平，显著降低蠕虫生物反应器预备喂料环节人工需求；同时大幅改善蠕虫喂料的加工精度，确保蠕虫喂料养分、水分、粘度及透气度等各项指标保持在最佳水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种喂料预备系统及方法，尤其涉及一种适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统及方法，属于环境保护领域。
背景技术
随着城乡人民生活水平与生产能力的不断提高，有机废弃物产量不断增加并带来诸多环境问题，威胁着人类健康及生态环境质量。我国在经历了长达几十年的农林牧渔业快速发展后，各种农林牧渔业有机废弃物亦随之快速增多。据不完全估算，我国每年排放禽畜粪便约13亿t，折合干粪约4亿t；每年产生各类秸秆超过8亿t；每年产生林业加工废弃物合计超过1亿t；每年产生干菌糠在4000万t以上。其他各种残次果蔬、水产品加工废弃物、酿造过程中的废弃物等数量也相当惊人。此外，随着我国城镇化水平的进一步提高，每年产生的餐厨垃圾产量惊人。据报道，2013年中国城市餐厨垃圾产量已不低于6000万t。数量惊人的有机废弃物急需减量化、无害化、资源化。
利用大自然中已经存在的天然生物（如家蝇、黄粉虫、黑水牤、蚯蚓等）对有机废弃物进行生物转化，达到有机废弃物资源化、减量化、无害化已经被证明了是一条可行的途径。相关领域已引起科学家及相关企业的高度关注并进行了一系列研发，专利成果亦日渐丰富。如吴建伟等以家蝇幼虫为生物反应器处理秸秆及浓香型白酒丢糟（发明专利号：CN102805053A 、CN102807398A）；买银胖等以家蝇幼虫为生物反应器处理屠宰场污泥及动物粪便（CN103613259A）；徐晓燕等以黄粉虫为生物反应器转化处理废弃蔬菜（CN103918892A）；胡新军等利用黑水虻处理马粪（CN102329155A）。申请人于2013年获得了“一种适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器”（ZL201110444689.3）。目前所有这些蠕虫生物反应器在大规模应用过程中均存在一定技术不足，特别是机械化、自动化水平低下，喂料预处理标准化程度低等问题严重制约着蠕虫生物反应器的处理效率和经济效益。因此，发展适用于蠕虫生物反应器的高效、精确的喂料预备流水线系统显得尤其迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高度自动化、喂料标准化且清洁度高的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统和方法。
本发明的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，包括自动控制仪、一条主流水线及若干条辅流水线，所述的主流水线包括依次连接的初始原料收集池、第一流量计、第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机、依次连接的原料调节池、第二流量计、第二物料输送机和搅拌机以及依次连接的喂料贮存池、第三流量计、第三物料输送机和投喂布料机，原料调节池位于第一有机废弃物分拣破碎机的出料口下方，喂料贮存池位于搅拌机的出料口下方；所述的每条辅流水线包括依次连接的初始辅料收集池、第四流量计、第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机以及依次连接的辅料调节池、第五流量计和第五物料输送机，辅料调节池位于第二有机废弃物分拣破碎机的出料口下方；每条辅流水线中的第五物料输送机与主流水线中的搅拌机连接，自动控制仪分别与第一流量计、第一物料输送机、第一有机废弃物分拣破碎机、第二流量计、第二物料输送机、搅拌机、第三流量计、第三物料输送机、投喂布料机、第四流量计第四物料输送机、第二有机废弃物分拣破碎机、第五流量计和第五物料输送机连接。
上述技术方案中，所述的初始原料通常为禽畜粪便、餐厨垃圾、过期食品、经过灭菌处理后的病死禽畜尸体、水产加工废弃物和酒类生产过程中产生的发酵废弃物中的一种或几种的混合。
所述的初始辅料通常为稻草、秸秆、农产品加工废弃物、林业加工废弃物、残次果蔬和食用菌菌糠中的一种或几种的混合。
所述的第一有机废弃物分拣破碎机和第二有机废弃物分拣破碎机的破碎尺寸均为1-30mm。
所述的第一物料输送机可以为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第二物料输送机可以为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第三物料输送机可以为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第四物料输送机可以为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第五物料输送机可以为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机。
所述的搅拌机通常为自落式搅拌机或强制式搅拌机。
所述的投喂布料机可以为轨道式布料机、轮式布料机或物料传送带。
应用上述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统的方法，包括如下步骤:
1)系统初始化：①同时开启第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机，使得原料进入第一有机废弃物分拣破碎机经分拣破碎后落入原料调节池，当原料达原料调节池容积的1/2-3/4时，关闭第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机；同时开启每条辅流水线的第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机，使得辅料进入第二有机废弃物分拣破碎机经分拣破碎后落入辅料调节池，当辅料达到辅料调节池容积的1/2-3/4时，关闭第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机；
②同时开启第二物料输送机、第五物料输送机和搅拌机，使得原料及辅料按喂料配比搅拌后落入喂料贮存池中，当喂料达到喂料贮存池容积的1/2-3/4时，关闭第二物料输送机、第五物料输送机和搅拌机,在上述过程中第二流量计及辅流水线中的第五流量计将检测的流量信息实时反馈至自动控制仪,自动控制仪控制开启第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机以及每条辅流水线的第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机，分别对原料调节池中的原料及辅料调节池中的辅料进行补充，当第一流量计检测的流量与第二流量计检测的流量相等时，自动控制仪控制关闭第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机，当第四流量计检测的流量与第五流量计检测的流量相等时，自动控制仪控制关闭第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机；
2)自动投喂：①在自动控制仪上设定所需喂料体积L，开启第三物料输送机,喂料从喂料贮存池进入投喂布料机，第三流量计将检测的流量实时反馈至自动控制仪,自动控制仪控制第二物料输送机和辅流水线的第五物料输送机开启，使得原料及辅料按喂料配比搅拌后补充进喂料贮存池中，同时，第二流量计及第五流量计将检测的流量信息反馈至自动控制仪,自动控制仪控制开启第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机以及第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机，分别对原料调节池中的原料及辅料调节池中的辅料进行补充；
②当第三流量计检测的流量达到L时，自动控制仪控制关闭第三物料输送机，当第二流量计及第五流量计所检测的流量的总和与第三流量计检测的流量相等时，自动控制仪控制关闭第二物料输送机、第五物料输送机和搅拌机，当第一流量计检测的流量与第二流量计检测的流量相等时，自动控制仪控制关闭第一物料输送机和第一有机废弃物分拣破碎机，当第四流量计检测的流量与第五流量计检测的流量相等时，自动控制仪控制关闭第四物料输送机和第二有机废弃物分拣破碎机。
本发明的有益效果在于：
（1）机械化、自动化程度大幅提高，不仅显著提高喂料预备效率而且大幅降低工人劳动强度；人工成本显著下降，用工人数、用工强度大幅下降。
（2）喂料预备标准化程度显著提高。依靠流量计精确计量，蠕虫喂料预备得以实现类似“快餐式”的标准化生产；且本预备喂料系统中流水线可复制性好，所有设备均可标准化、大规模生产。所制备的蠕虫喂料品质优良，有利于进一步提高蠕虫反应器效能和经济效益。
（3）运用本发明的系统和方法可大幅提高蠕虫喂料预备过程中的清洁化程度。本喂料预备系统显著降低操作人员与有机废弃物直接接触的频率及强度，有利于大幅提高喂料预备过程中的清洁化程度。
附图说明
图1是本发明的喂料预备系统的结构示意图。
图中：1-初始原料收集池、2-第一物料输送机、3-第一有机废弃物分拣破碎机、4-原料调节池、5-第二流量计、6-第二物料输送机、7-搅拌机、8-喂料贮存池、9-第三流量计、10-第三物料输送机、11-投喂布料机、12-初始辅料收集池、13-第四物料输送机、14-第二有机废弃物分拣破碎机、15-辅料调节池、16-第五流量计、17-第五物料输送机、18-自动控制仪、19-第四流量计、20-第一流量计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1，本发明的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，包括自动控制仪18、一条主流水线及若干条辅流水线，所述的主流水线包括依次连接的初始原料收集池1、第一流量计20、第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3、依次连接的原料调节池4、第二流量计5、第二物料输送机6和搅拌机7以及依次连接的喂料贮存池8、第三流量计9、第三物料输送机10和投喂布料机11，原料调节池4位于第一有机废弃物分拣破碎机3的出料口下方，喂料贮存池8位于搅拌机7的出料口下方；所述的每条辅流水线包括依次连接的初始辅料收集池12、第四流量计19、第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14以及依次连接的辅料调节池15、第五流量计16和第五物料输送机17，辅料调节池15位于第二有机废弃物分拣破碎机14的出料口下方；每条辅流水线中的第五物料输送机17与主流水线中的搅拌机7连接，自动控制仪18分别与第一流量计20、第一物料输送机2、第一有机废弃物分拣破碎机3、第二流量计5、第二物料输送机6、搅拌机7、第三流量计9、第三物料输送机10、投喂布料机11以及每条辅流水线中的第四流量计19、第四物料输送机13、第二有机废弃物分拣破碎机14、第五流量计16和第五物料输送机17连接。
本发明中所述的自动控制仪18可以采用单片机或PLC。
所述的初始原料可以为禽畜粪便、餐厨垃圾、过期食品、经过灭菌处理后的病死禽畜尸体、水产加工废弃物和酒类生产过程中产生的发酵废弃物中的一种或几种的混合。
所述的初始辅料可以为稻草、秸秆、农产品加工废弃物、林业加工废弃物、残次果蔬和食用菌菌糠中的一种或几种的混合。
所述的第一有机废弃物分拣破碎机3和第二有机废弃物分拣破碎机14的破碎尺寸通常为1-30mm。
所述的第一物料输送机2为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第二物料输送机6为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第三物料输送机10为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第四物料输送机13为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第五物料输送机17为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机。
所述的搅拌机7通常为自落式搅拌机或强制式搅拌机。
所述的投喂布料机11可以为轨道式布料机、轮式布料机或物料传送带。
图1所示的实例中设置了一条辅流水线，以餐厨垃圾与稻草按体积比1:1混合制备蝇蛆喂料为例，本例中原料调节池4及辅料调节池15的容积均为1立方米，喂料贮存池8的容积为2立方米，本发明的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备方法，包括如下步骤：
1)系统初始化：①同时开启第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3，使得餐厨垃圾进入第一有机废弃物分拣破碎机3经分拣破碎后落入原料调节池4，当原料调节池4中餐厨垃圾达0.5立方米时，关闭第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3；同时开启第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14，使得稻草进入第二有机废弃物分拣破碎机14经分拣破碎后落入辅料调节池15，当辅料调节池15中稻草达0.5立方米时，关闭第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14；
②同时开启第二物料输送机6、第五物料输送机17和搅拌机7，使得餐厨垃圾及稻草按体积比1:1混合搅拌后落入喂料贮存池8中，当喂料贮存池8中喂料达1立方米时，关闭第二物料输送机6、第五物料输送机17和搅拌机7,在上述过程中第二流量计5及第五流量计16将检测的流量信息实时反馈至自动控制仪18,自动控制仪18控制开启第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3以及第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14，分别对原料调节池4中的餐厨垃圾及辅料调节池15中的稻草进行补充，当第一流量计20检测的餐厨垃圾体积为0.5立方米时，自动控制仪18控制关闭第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3，当第四流量计19检测的稻草体积为0.5立方米时，自动控制仪18控制关闭第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14；
2)自动投喂：①在自动控制仪18上设定所需喂料体积L设为1立方米，开启第三物料输送机10,喂料从喂料贮存池8进入投喂布料机11，第三流量计9将检测的流量实时反馈至自动控制仪18,自动控制仪18控制第二物料输送机6和辅流水线的第五物料输送机17开启，使得餐厨垃圾及稻草按体积比1:1混合搅拌后补充进喂料贮存池8中，同时，第二流量计5及第五流量计16将检测的流量信息反馈至自动控制仪18,自动控制仪18控制开启第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3以及第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14，分别对原料调节池4中的餐厨垃圾及辅料调节池15中的稻草进行补充；
②当第三流量计9检测的喂料体积达到1立方米时，自动控制仪18控制关闭第三物料输送机10，当第二流量计5及第五流量计16所检测的物料体积总和达到1立方米时，自动控制仪18控制关闭第二物料输送机6、第五物料输送机17和搅拌机7，当第一流量计20检测的餐厨垃圾体积达0.5立方米时，自动控制仪18控制关闭第一物料输送机2和第一有机废弃物分拣破碎机3，当第四流量计19检测的稻草体积达0.5立方米时，自动控制仪18控制关闭第四物料输送机13和第二有机废弃物分拣破碎机14。
本实例中配置人工1-2人，1-2小时即可完成10t餐厨垃圾混合2t稻草的喂料预备流程；而传统人工作业方式（不含餐厨垃圾破碎环节）在投入人工4-6人的情况下，需耗时2-3天。采用本发明的系统和方法可以使得蝇蛆喂料预备效率大幅提高。
将本实施样例中生产的蝇蛆喂料取样并检测，结果表明喂料各项指标均达到配方要求。
本发明的系统及方法可用于畜禽养殖场、餐厨垃圾处理场/中转站、市政污泥、以及废弃食品/粮食/蔬菜等废弃物的生物生态处理，为大规模蠕虫生物转化工程提供技术支撑，也适用于堆肥、生物基质、及生物质能源等处理工程的有机废弃物原料的快速预备处理，具有广阔应用前景。
Claims (8)
1.一种适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，包括自动控制仪（18）、一条主流水线及若干条辅流水线，所述的主流水线包括依次连接的初始原料收集池（1）、第一流量计（20）、第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3）、依次连接的原料调节池（4）、第二流量计（5）、第二物料输送机（6）和搅拌机（7）以及依次连接的喂料贮存池（8）、第三流量计（9）、第三物料输送机（10）和投喂布料机（11），原料调节池（4）位于第一有机废弃物分拣破碎机（3）的出料口下方，喂料贮存池（8）位于搅拌机（7）的出料口下方；所述的每条辅流水线包括依次连接的初始辅料收集池（12）、第四流量计（19）、第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14）以及依次连接的辅料调节池（15）、第五流量计（16）和第五物料输送机（17），辅料调节池（15）位于第二有机废弃物分拣破碎机（14）的出料口下方；每条辅流水线中的第五物料输送机（17）与主流水线中的搅拌机（7）连接，自动控制仪（18）分别与第一流量计（20）、第一物料输送机（2）、第一有机废弃物分拣破碎机（3）、第二流量计（5）、第二物料输送机（6）、搅拌机（7）、第三流量计（9）、第三物料输送机（10）、投喂布料机（11）、第四流量计（19）、第四物料输送机（13）、第二有机废弃物分拣破碎机（14）、第五流量计（16）和第五物料输送机（17）连接。
2.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的初始原料为禽畜粪便、餐厨垃圾、过期食品、经过灭菌处理后的病死禽畜尸体、水产加工废弃物和酒类生产过程中产生的发酵废弃物中的一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的初始辅料为稻草、秸秆、农产品加工废弃物、林业加工废弃物、残次果蔬和食用菌菌糠中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的第一有机废弃物分拣破碎机（3）和第二有机废弃物分拣破碎机（14）的破碎尺寸均为1-30mm。
5.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的第一物料输送机（2）为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第二物料输送机（6）为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第三物料输送机（10）为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第四物料输送机（13）为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机，第五物料输送机（17）为皮带式输送机、管式螺旋输送机或斗式提升机。
6.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的搅拌机（7）为自落式搅拌机或强制式搅拌机。
7.根据权利要求1所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统，其特征在于，所述的投喂布料机（11）为轨道式布料机、轮式布料机或物料传送带。
8.应用如权利要求1-7任一项所述的适用于蠕虫生物反应器的喂料预备系统的方法，其特征在于，包括如下步骤:
1)系统初始化：①同时开启第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3），使得原料进入第一有机废弃物分拣破碎机（3）经分拣破碎后落入原料调节池（4），当原料达原料调节池（4）容积的1/2-3/4时，关闭第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3）；同时开启每条辅流水线的第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14），使得辅料进入第二有机废弃物分拣破碎机（14）经分拣破碎后落入辅料调节池（15），当辅料达到辅料调节池（15）容积的1/2-3/4时，关闭第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14）；
②同时开启第二物料输送机（6）、第五物料输送机（17）和搅拌机（7），使得原料及辅料按喂料配比搅拌后落入喂料贮存池（8）中，当喂料达到喂料贮存池（8）容积的1/2-3/4时，关闭第二物料输送机（6）、第五物料输送机（17）和搅拌机（7）,在上述过程中第二流量计（5）及辅流水线中的第五流量计（16）将检测的流量信息实时反馈至自动控制仪（18）,自动控制仪（18）控制开启第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3）以及每条辅流水线的第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14），分别对原料调节池（4）中的原料及辅料调节池（15）中的辅料进行补充，当第一流量计（20）检测的流量与第二流量计（5）检测的流量相等时，自动控制仪（18）控制关闭第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3），当第四流量计（19）检测的流量与第五流量计（16）检测的流量相等时，自动控制仪（18）控制关闭第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14）；
2)自动投喂：①在自动控制仪（18）上设定所需喂料体积L，开启第三物料输送机（10）,喂料从喂料贮存池（8）进入投喂布料机（11），第三流量计（9）将检测的流量实时反馈至自动控制仪（18）,自动控制仪（18）控制第二物料输送机（6）和辅流水线的第五物料输送机（17）开启，使得原料及辅料按喂料配比搅拌后补充进喂料贮存池（8）中，同时，第二流量计（5）及第五流量计（16）将检测的流量信息反馈至自动控制仪（18）,自动控制仪（18）控制开启第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3）以及第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14），分别对原料调节池（4）中的原料及辅料调节池（15）中的辅料进行补充；
②当第三流量计（9）检测的流量达到L时，自动控制仪（18）控制关闭第三物料输送机（10）；当第二流量计（5）及第五流量计（16）所检测的流量的总和与第三流量计（9）检测的流量相等时，自动控制仪（18）控制关闭第二物料输送机（6）、第五物料输送机（17）和搅拌机（7）；当第一流量计（20）检测的流量与第二流量计（5）检测的流量相等时，自动控制仪（18）控制关闭第一物料输送机（2）和第一有机废弃物分拣破碎机（3）；当第四流量计（19）检测的流量与第五流量计（16）检测的流量相等时，自动控制仪（18）控制关闭第四物料输送机（13）和第二有机废弃物分拣破碎机（14）。
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- 2015-05-12 CN CN201510238693.2A patent/CN104874584B/zh not_active Expired - Fee Related
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