CN1270084A - 在低温和常温下用微生物处理食品废物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在低温和常温下处理食品废物的方法的装置。活性好氧和兼氧细菌在载体上培养。将培养的细菌加进装有载体的装置,向装置中装入预定数量的食品废物。在25—35℃温度下以规则的时间间隔搅拌,食品废物通过载体中细菌分解。该装置包括:一容器,发酵罐,一个除臭部件。食品废物可以彻底地分解而只产生很少的难闻臭味。

Description

在低温和常温下用微生物处理 食品废物的方法和装置

本发明涉及到一种在低温和常温下用微生物处理食品废物的方法和装置。更详细地说，本发明涉及一种只产生少量难闻臭味的彻底干净地处理食品废物的方法。

食品废物是在合适的条件比如温度和氧气供应合适的条件下几乎能完全分解成渣滓的有机物质。例如，因为食品废物主要含有C、H、N和O，它给微生物提供营养，如果把有机废物放在一定装置或地方，其中在适当的环境中微生物种类丰富，废物就可最终转化成半成品或如CO₂、H₂O和NO₂等的最终产品。因此，尽管每天在一定地方或装置内抛弃一些食品废物，但废物并没在那里堆积太长时间。

当提供了合适的条件时，比如；温度、氧气、营养等因素，微生物群在一段时间内可平衡地增长两倍。经过指数增长阶段后，它们在细胞外分泌酶。胞外酶(外部酶)把大分子分解成适于微生物消化的小分子之后，胞外酶就失去了活性。由于酶对于微生物的生长和繁殖十分必要，在微生物生长期间它们不断产出。因此，微生物可容易处理食品废物而不产生污染。

根据酶的发酵模式，一般地有机物可好氧分解或厌氧分解。好氧发酵不产生难闻的臭味，但速度较慢。另一方面，厌氧发酵产生大量的气体，释放出难闻的臭味，但分解速度快。

上面讲述了背景技术，本发明的目的之一就是提供一种干净地处理食品废物的方法。

本发明的另一目的是提供一种连续干净地处理大量食品废物的装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种在低温和常温下处理食品废物的方法，它包括如下步骤：在消毒干燥的载体上培养活性好氧和兼氧的细菌；连续六个月每天向装有载体的装置中加入预定数量的食品废物；在25-35℃的温度下，按规则的时间间隔搅拌载体和装入的食品废物，由此，通过载体上细菌的发酵和/或氧化作用，食品废物被分解6个月。

根据本发明的另一方面，提供了一种在低温和常温下处理食品废物的装置，它包括：用绝热材料做成的容器；带有加料口和六角轴的发酵罐，加料盖通过弹性支架的协助打开关闭加料口，从而避免加料盖冲击发酵罐，六角轴穿过发酵罐延伸且具有六个搅拌叶片，每个搅拌叶片上装有2个具有Δ形横截面的辅助叶片，相邻的搅拌叶片成60°角，用于与辅助叶片一道搅拌食品废物；带有排出管的除臭部件，发酵罐和除臭部件安装在容器内，在这里，食品废物可以完全分解而几乎不产生难闻臭味。

参照附图，通过下面对实施例的描述，本发明上述以及其它目的和方面将会更清楚，其中；

图1是本发明的装置的部分剖开透视图；

图2是本发明的第一方面的装有加热线装置的后部透视图；

图3是本发明的第二个实施例的装有叶片加热器的装置的后部透视图。

图4是第一个实施例装置沿A-A′线的截面图；以及

图5是本发明的第二个实施例的发酵罐的部分放大透视图。

本发明涉及一种用微生物净化食品废物的方法。微生物是普遍存在于土壤、河流和溪流中腐生细菌。适用的微生物是那些可分解有机物的细菌，比如可分解碳水化合物、蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素等等的细菌，最好是好氧性的或兼氧的。

适用细菌在液体培养基中培养后，再注入载体中进行培养。锯末、谷糠、泥煤、木屑和多孔陶瓷球均可用做载体。在灌注之前，载体要进行消毒并干燥到含水份10％的程度。

载体放在温度25-35℃的地方，并按规则的时间间隔与食品废物搅拌一段时间。在这个过程中，食品废物通过在载体中培养的细菌的氧化和发酵作用下被分解。出于这个考虑，本发明提供一种装置，它包括有温控系统搅拌系统、供给空气系统和除臭系统。

经过下述例子的描述可以更好地理解本发明，但本发明不只限于所描述的内容。例1：微生物的选择

第一组(气杆菌属(Aerobacter)；肠杆菌属(Enterobacter)类)：对细菌进行选择，这些细菌在氧分子存在的情况下把主要含有C、H和O的食品废物氧化成碳氧化合物和水，用 表示，在氧分子缺乏的情况下还可以使食品废物发酵，用 表示。

第二组(芽孢杆菌属类)：属于本组的菌株在生长过程中分泌出胞外酶，它把细胞外的大分子分解成适于它们自己的细胞；运输或其它菌株运输的小分子。胞外酶的例子包括脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶，它们分别水解脂肪、蛋白质和淀粉。因此，从本组选出的菌株可把悬浮的固体，如脂肪、蛋白质和淀粉，转化成可溶解的悬浮固体，可溶解的悬浮固体可被微生物在细胞内消化。

第三组(假单胞菌属类)：类似第一组细菌，本组的细菌把主要含有C、H和O的食品废物氧化成碳氧化合物和水，用 表示；除此之外，该瞬间细菌能分解石化材料产生的废物，比如H₂S、硬洗涤剂(ABS)、软洗涤剂(LAS)、正己烷、苯酚、烃等等。

第四组(纤维单胞菌属类)：本类细菌通过把α-配糖键转化成更易于被细菌利用的β-配糖键来水解纤维素。

第五组(红假单胞菌属类)：在有氧的条件下，瞬间细菌的功能和假单胞细菌相似。另一方面，在缺氧分子的情况下，细菌进行发酵式生长。在发酵过程中，能量源(CH₂O)_x分两步分解： ； 。选择的细菌可抑制这两步发酵，而进行 反应。选择的菌株对于去除难闻的臭味、CH₄气体有着重要的作用。

第六组(亚硝酸菌属类)：蛋白质分解时，产生铵(NH₃-N)。这些硝化细菌把铵氧化成亚硝酸盐(NO₂-N)。这个氧化过程必须在有氧分子存在的情况下才能如下进行： 。

第七组(硝化菌属类)：这些硝化细菌把亚硝酸盐(NO₂-N)，一种稳定的复合物，进一步氧化成硝酸盐(NO₃-N)，这对于把食品废物转化成有用的肥料有着重要的作用。类似亚硝酸菌，这些细菌在低温和常温下在微弱的氧气条件下就可以活泼地进行 的反应。

例2：载体中微生物的培养

对载体，比如锯末、谷糠、泥煤、木屑和多孔陶瓷球，进行消毒干燥，以使它含有10％的水成份。属于例1的7组细菌在这些载体上进行培养。这些载体，以“Bio-Chip”的商标名出售，它们用于在装置中处理食品废物，这将在例3中描述。

例3：在低温和常温下处理食品废物的装置

本发明提供一种最佳的装置，在这种装置中可以使用Bio-Chip细菌载体，例1中的各种细菌就在这载体中培养。一般地，在厌氧条件下有机物比有氧条件下分解得更快。例如，有机物的有氧分解速度比厌氧分解速度高7倍。由于这个原因，本发明使用兼氧细菌。而且，由于厌氧发酵产生难闻的臭味气体，由此也使用好氧细菌。这些细菌与食品废物一道装在装置中的载体中培养。

本发明的装置将结合附图描述。

参看图1，本发明的第一个实施例的部分剖开透视图。如图1所示，该装置包括：绝热材料做成的容器25；发酵罐18，该发酵罐带有在弹性支架4的协助下由废物进料盖3打开关闭的废物加料口1；带有排出管6的除臭部件5，发酵罐18和除臭部件5安装在容器内。穿过发酵罐18的六角轴21借助轴承固定接头9固定在发酵罐上，它直接与转动齿轮10连接，转动齿轮被由传动链11从固定在马达14上的驱动齿轮13处传来的旋转力驱动。传动链的拉力由拉力辊12控制。

图2从后部透视角度说明该装置。如本图所示，发酵罐18在它的表面有多个加热线29，用来使发酵罐18维持在预定的温度，例如25-35℃。六个搅拌叶片，每个都有两个Δ形横截面的辅助叶片，搅拌叶片以60°角间隔从六角形横截面的轴21的周围伸出来，如图4所示。

本发明的第二个实施例如图3所示。在这个实施例中，提供了包括风扇加热器299和鼓风管300的供气系统，以代替图2中的加热线29。

参看图5，第二个实施例的发酵罐18的放大图，在这里，以规则间距设有几个与鼓风管300相连接的进气口301。

在发酵罐18的上部，设有排气过滤器2，排气管6从这里，经过除臭部件，到达容器后部的外表面。外排气体，比如CO₂，它是发酵罐18中的食品废物产生的，穿过外排气体过滤器2，经排气管6到达除味装置5，在这里，中和剂和活性碳层除掉难闻的臭味，并把外排气体从排气管6排出。在发酵罐18的另一上部，装有一个带风扇(未画出)的空气进气口8，它给发酵罐18中的微生物提供必要数量的空气。

或者，除味装置5也可以包括一个镀铂蜂窝器，它代替中和剂和活性碳层来去除食品废物产生的难闻臭味。

下面，详细描述装置的操作。为了使用本发明的Bio-Chip，需要有一个分解食品废物的装置，比如图1所示。发酵罐18内供有最少数量的氧气(空气)，以快速无臭地发酵食品废物。出于这个考虑，Bio-Chip和食品废物要搅拌尽可能短的时间，只用吸入的空气分解食品废物。例如，可以使用一个计时器或齿轮运行，以30分钟为一个周期连续重复，其中，Bio-Chip和食品废物搅拌5分钟，随后是25分钟的间歇。在间歇过程中，厌氧细菌快速地分解食品废物。如果分解过程只是在缺少氧气分子的情况下进行，就会严重地产生难闻臭味。因此，恰好在分解完全转换成无氧型之前，快速诱导出无氧发酵，然后，通过计时器或齿轮运行由搅拌食品废物产生5分钟的有氧发酵。

食品废物可含有多达80-85％的水分。水分在Bio-Chip的比如锯末、谷糠、泥煤、木屑和多孔陶瓷球或类似物的介质中被吸收而慢慢消耗。在本发明的装置中，发酵罐的温度维持在25-35℃之间，可能由发酵消耗水的过程中产生的热量升到40-45℃。在发酵过程中，发酵罐内部的温度升得很快，仅靠风扇来降到低温或常温(35℃或更低)降得很慢。

微生物分解有机材料的发酵过程，按照温度可分成三种类型：30℃或小于30℃的低温发酵；30-45℃的中温发酵；45-60℃的高温发酵。高温发酵需要一个收集水的装置，因为发酵过程很快。而且，高温发酵迫使有机材料快速分解成乙酸盐、CH₄、CO₂和/或H₂S，产生严重的臭味。因此，高温发酵需要一个特殊的除臭部件。相比较地，低温或中温发酵不产生乙酸盐，食品废物发酵产生的难闻臭味主要由乙酸盐产生。一些不可避免的臭味，完全被装置的除臭部件5去除。

已经提到过，本发明的处理装置限制乙酸盐产生过程、其随后的过程( )和H₂S产生过程。因此，由于具有无臭的优点，本发明的装置可以安装在居室或饭厅的里面或外面。

为了均匀将本发明的Bio-Chip与食品废物搅拌，搅拌叶片从六角形轴21的一侧延伸。因此，搅拌叶片与邻近的叶片形成60°角。搅拌叶片上装有△形横截面的辅助叶片20，以提高搅拌叶片的混合效果。在补充Bio-Chip时，辅助叶片也有助于拉出Bio-Chip。

至于弹性支架4，它用来缓冲加料盖3的重量，以吸收加料盖3对发酵罐的冲击。因此，支架4可以避免加料盖3猛击发酵罐时可能对装置造成的损害。

加料盖3开或关时，搅拌自动地相应停止或开始。出于这个考虑，在加料盖3和发酵罐18之间接触处设有弹簧锯齿型限制开关7，它与搅拌轴的电路连接。当加料盖打开向发酵罐添加食品废物时，如果搅拌持续进行，不仅场面不好看，而且放出难闻的臭味。因此，当加料盖打开时，搅拌操作最好停止。

为阻止发酵罐18内的温度下降，在发酵罐18后部装有加热线29或风扇片加热器299。例如，当发酵罐变冷时，比如在冬天天气里，自动启动加热线或风扇片加热器，以使发酵罐内部的温度维持在25℃或更高。另一方面，在高于35℃温度的情况下，只有风扇加热器299的风扇或除臭部件5中的除臭风扇(未画出)自动开启，以使发酵罐18的温度降到最佳的范围。

本发明的低温和常温发酵过程中，食品废物发酵产生的臭味限制在尽可能低的程度。然而，由于食品本身具有的臭味不可避免，因此设置了除臭部件5。发酵罐中的臭味气体进入外排气体过滤器2，经排气管6进入除臭部件5，在这里，臭味被中和剂和活性碳层去除，无臭气体经排气管6排出。或者，也可使用铂催化剂氧化系统来代替中和剂和活性碳层来去除臭味。

也可选择性地安装仪表盘来探测发酵罐18的温度和湿度、铂氧化催化剂系统的目标温度和湿度以及实际温度和湿度。

例4：用本装置处理食品废物

根据例3的描述制造包括700升发酵罐的处理装置。该装置包括细菌载体、Bio-Chip，该装置从1996年6月24日到1996年12月24日在一个300户的群众住宿区装了六个月。食品废物以每天100kg的装量装两或三次。在一个发酵周期中，搅拌食品废物进行5分钟，然后停顿25分钟，这个周期不断重复，同时发酵罐维持在25-35℃温度。

在发酵过程中保持清洁的状态，不产生H₂S、CH₄和乙酸盐等带来的难闻的臭味。

如前所述，用于处理食品废物的本装置在有氧分子、无氧分子存在的情况下都可在25-35℃温度范围内有效地发酵食品废物，因此食品废物可快速分解，而发酵过程中只产生很少的臭味。因此，本发明在环保工业中非常有用。

上面只是以直观的方式描述了本发明，但应该理解，所用的术语是用于描述本发明的实质，而不应限于所用的术语。由于上面的讲解，对本发明可以作很多的修正和变化。因此，应该理解，在所附的权利要求书的范围内，本发明不只限于一些特定的描述。

Claims (7)

1.一种用于在低温和常温下处理食品废物的方法，它包括以下步骤：

在消毒干燥的载体中培养活性好氧和兼氧的细菌；

连续六个月每天向装有载体的装置中加进预定数量的食品废物；

在25-35℃的温度下，按规则的时间间隔搅拌载体和装入的食品废物，由此，经过6个月时间，通过载体上细菌的发酵和/或氧化作用，分解食品废物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，好氧和兼氧细菌从气杆菌属、芽孢杆菌属类、假单胞菌属、纤维单胞菌属类、红假单胞菌属类、亚硝酸菌类、和硝化菌属类中选取。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，消毒干燥载体从包括锯末、谷糠、泥煤、木屑、多孔陶瓷球以及它们的组合的组中选取。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌步骤通过重复搅拌周期来进行，在一个周期中，食品废物和载体被搅拌5分钟，然后停顿25分钟。

5.一种在低温和常温下处理食品废物的装置，它包括：

一个由绝热材料做成的容器；

一个带有废物加料口和六角形轴的发酵罐，所述的废物加料口由加料盖在弹性支架的协助下来打开关闭，弹性支架避免了对所述发酵罐的冲击，所述六角形轴穿过上述发酵罐延伸并有六个搅拌叶片，每个搅拌叶片上安装有两个有Δ形横截面的辅助叶片，所述搅拌叶片与相邻叶片成60°角，它用来与所述辅助叶片一道搅拌食品废物；

一个带有排气管的除臭部件，所述发酵罐和所述除臭部件安装在上述容器内，因而所述食品废物能彻底分解而只产生很少量的难闻臭味。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述除臭部件包括一个包含中和剂和活性碳层的除臭系统；或者铂催化剂氧化系统，该系统的蜂窝容器镀有铂。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述发酵罐有一个安装有多个加热线的外表面，或者发酵罐外表面内设有多个空气入口，该入口与包含风扇加热器和鼓风管的空气供应系统相连接。

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