CN105127179A - 循环流式垃圾反应系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种循环流式垃圾反应系统及方法，属于垃圾处理控制领域。为了解决空间站中所产生的垃圾浪费太空资源问题，所述系统由氧气罐、废气罐、消泡剂储罐、酸储罐、碱储罐、生物膜、生物反应器、溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表和循环水泵构成。本发明利用微生物的降解技术将可降解的空间垃圾由大分子纤维素降解为寡糖，再分解成单糖，最后转化成生物乙醇等。该系统既可有效处理空间飞行中航天员的生活垃圾，又可以实现太空中资源的最大限度回收；既降低了目前在空间垃圾处理方面的高昂成本，又能够节约宝贵的太空空间。
Description
技术领域
本发明属于垃圾处理控制领域，涉及一种应用于空间站可降解垃圾处理系统中对可降解垃圾进行处理的系统及方法。
背景技术
我国计划于2020年左右建成空间站，作为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，空间站内部空间极为宝贵。但是在空间生活中又不免会产生许多垃圾，如包装纸和厨房垃圾等。这些垃圾如果得不到及时有效的处理，只能压缩打包带回地面，这样既占据了宝贵的太空空间，也会增加运输成本。
发明内容
为了解决空间站中所产生的垃圾浪费太空资源问题，本发明提供了一种循环流式垃圾反应系统及方法，利用微生物的降解技术将可降解的空间垃圾由大分子纤维素降解为寡糖，再分解成单糖，最后转化成生物乙醇等。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种循环流式垃圾反应系统，包括氧气罐、废气罐、消泡剂储罐、酸储罐、碱储罐、生物膜、生物反应器、溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表和循环水泵，其中：生物反应器上设置有溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器和压力表，生物膜设置在生物反应器的内部，氧气罐经第二电磁阀、第一除菌过滤器与生物反应器的进气口相连，生物反应器的出气口经第二除菌过滤器、第三电磁阀与废气罐相连，消泡剂储罐经第四电磁阀与生物反应器相连，酸储罐和碱储罐经第五电磁阀与生物反应器相连，生物反应器的出料口分别经第六电磁阀、循环水泵和第一电磁阀与生物反应器的进料口相连。
一种循环流式垃圾反应系统控制方法，步骤如下：
步骤一：将物料注入到生物反应器中；
步骤二：打开第二电磁阀，使氧气进入到生物反应器中；
步骤三：启动循环水泵和第一、六电磁阀使发酵液进行循环流动，2-4小时为1个循环；
步骤四：根据溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表参数指标，利用消泡剂和酸碱缓冲液对反应条件进行调节和控制；
步骤五：生物反应器中所产生的废气通过第三电磁阀排入到废气罐中；
步骤六：当发酵液中乙醇浓度达到上限，关闭第一电磁阀和循环水泵；开启循环水泵，将发酵液排出，然后关闭第六电磁阀。
本发明中，进入生物反应器中的物料为经过粉碎后的可降解垃圾，进入到下一渗透蒸发系统中的是含一定浓度乙醇的发酵液。
本发明中，生物反应器为卧式，其外形为方形或圆形。
本发明中，生物反应器采用两套溶氧检测器、温度计、pH计、乙醇检测器。
本发明中，生物反应器中采用固定化生物膜，生物膜采用多重生物膜组件，个数为3-10个，利用微生物将可降解垃圾分解和转化为生物乙醇。
本发明中，生物膜中采用的微生物为可产生能源的微生物，其能源为可挥发性能源。
本发明中，所选微生物为基因工程菌，能够同时分解纤维素和转化乙醇。
本发明中，生物反应器中的水可以反复循环，以最大限度利用宝贵的空间资源。
本发明具有如下优点：
1、可在空间站中作为处理可降解垃圾处理系统的主要组成部分，通过对空间中生活垃圾的分解和转化，将大分子纤维素分解为寡糖，再将其生物降解为单糖，最后可转化为可回收利用的生物乙醇等；
2、该循环系统的生物反应器内部预组装了3-10个生物膜组件，延长了底物与微生物的接触时间，又同步提高了纤维素分解和乙醇转化两个生物反应过程；
3、该系统可完全适应重力条件，循环过程中能够保证底物与微生物的充分接触；
4、选用了酵母基因工程菌，将纤维素的分解和乙醇的转化有机结合；
5、该系统既可有效处理空间飞行中航天员的生活垃圾，又可以实现太空中资源的最大限度回收；既降低了目前在空间垃圾处理方面的高昂成本，又能够节约宝贵的太空空间。
附图说明
图1为循环流式垃圾反应系统控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明所述的循环流式垃圾反应系统包括氧气罐1、废气罐2、消泡剂储罐3、酸储罐4、碱储罐5、生物膜6、生物反应器7、溶氧检测器8、泡沫检测器9、温度计10、pH计11、乙醇检测器12、压力表13和循环水泵14，每个设备之间根据过程控制由管道和控制阀连接，具体连接关系如下：
生物反应器7上设置有溶氧检测器8、泡沫检测器9、温度计10、pH计11、乙醇检测器12和压力表13，生物膜6设置在生物反应器7的内部，氧气罐1经第二电磁阀15、第一除菌过滤器16与生物反应器7的进气口相连，生物反应器7的出气口经第二除菌过滤器17、第三电磁阀18与废气罐2相连，消泡剂储罐3经第四电磁阀19与生物反应器7相连，酸储罐4和碱储罐5经第五电磁阀20与生物反应器7相连，生物反应器7的出料口分别经第六电磁阀21、循环水泵14和第一电磁阀22与生物反应器7的进料口相连。
生物反应器7的进料口与垃圾粉碎机出口相连，粉碎后的可降解垃圾可直接进入到生物反应器7中。
生物膜6安装于生物反应器7中，在该反应器中预装第一膜组件6-1、第二膜组件6-2、第三膜组件6-3三个生物膜组件，可以延长底物垃圾与微生物的接触时间，同时可以提高纤维素分解和乙醇转化这两个生物反应过程的效率。生物反应器7的进口经第一除菌过滤器16、第二电磁阀15与氧气罐1相连，氧气经第一除菌过滤器16除菌过滤后即可进入到生物反应器7中。
循环水泵14经过第六电磁阀21与生物反应器7相连，可以实现反应器中发酵液的多次利用；回流的水经过第一电磁阀22又回到生物反应器7中进行再次利用。
消泡剂储罐3经第四电磁阀19与生物反应器7相连；酸储罐4和碱储罐5经第五电磁阀20与生物反应器7相连，可用于调节生物反应的pH。生物反应器7中具体生物反应条件可通过与生物反应器7相连的溶氧检测器8、泡沫检测器9、温度计10、pH计11、乙醇检测器12进行检测以便于控制。
压力表13与生物反应器7相连，反应器内压力超过限定压力，即可通过排气孔放气以稳定系统压力；排出的气体经过第二除菌过滤器17除菌过滤后可进入与第三电磁阀18相连的废气罐2中。
本实施方式共有以下几个步骤：
步骤一：将物料注入到生物反应器7中；
步骤二：打开第二电磁阀，使氧气进入到生物反应器中；
步骤三：启动循环水泵和第一、六电磁阀使发酵液进行循环流动，2-4小时为1个循环；
步骤四：根据溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表参数指标，利用消泡剂和酸碱缓冲液对反应条件进行调节和控制；
步骤五：生物反应器中所产生的废气通过第三电磁阀排入到废气罐中；
步骤六：当发酵液中乙醇浓度达到上限，关闭第一电磁阀和循环水泵；开启循环水泵，将发酵液注入到下一渗透蒸发系统中，然后关闭第六电磁阀。
Claims (7)
1.一种循环流式垃圾反应系统，其特征在于所述系统由氧气罐、废气罐、消泡剂储罐、酸储罐、碱储罐、生物膜、生物反应器、溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表和循环水泵构成，其中：生物反应器上设置有溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器和压力表，生物膜设置在生物反应器的内部，氧气罐经第二电磁阀、第一除菌过滤器与生物反应器的进气口相连，生物反应器的出气口经第二除菌过滤器、第三电磁阀与废气罐相连，消泡剂储罐经第四电磁阀与生物反应器相连，酸储罐和碱储罐经第五电磁阀与生物反应器相连，生物反应器的出料口分别经第六电磁阀、循环水泵和第一电磁阀与生物反应器的进料口相连。
2.根据权利要求1所述的循环流式垃圾反应系统，其特征在于所述生物反应器为卧式，其外形为方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的循环流式垃圾反应系统，其特征在于所述生物反应器采用两套溶氧检测器、温度计、pH计、乙醇检测器。
4.根据权利要求1所述的循环流式垃圾反应系统，其特征在于所述生物反应器中采用固定化生物膜。
5.根据权利要求1所述的循环流式垃圾反应系统，其特征在于所述生物膜采用多重生物膜组件，个数为3-10个。
6.一种循环流式垃圾反应系统控制方法，其特征在于所述方法步骤如下：
步骤一：将物料注入到生物反应器中；
步骤二：打开第二电磁阀，使氧气进入到生物反应器中；
步骤三：启动循环水泵和第一、六电磁阀使发酵液进行循环流动，2-4小时为1个循环；
步骤四：根据溶氧检测器、泡沫检测器、温度计、pH计、乙醇检测器、压力表参数指标，利用消泡剂和酸碱缓冲液对反应条件进行调节和控制；
步骤五：生物反应器中所产生的废气通过第三电磁阀排入到废气罐中；
步骤六：当发酵液中乙醇浓度达到上限，关闭第一电磁阀和循环水泵；开启循环水泵，将发酵液排出，然后关闭第六电磁阀。
7.根据权利要求6所述的循环流式垃圾反应系统控制方法，其特征在于所述物料为经过粉碎后的可降解垃圾。
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