TWI793554B - 塔形連續自動化生物飼養器及其飼養槽體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種連續自動化生物飼養器及其飼養槽體裝置，主要分為四大部分，第一部分：塔形槽體，內有多層隔層，區隔不同生長天數的生物體。第二部分：生物饋送單元，利用文氏管接種至塔形飼養槽體最上層。第三部分：自動飼料饋送單元，減少投料人力。第四部分：通氣烘乾單元，促進飼養槽體內的空氣流動，將生物體產生的廢氣排除，並同時烘乾槽體內的生物材料和介質。本塔形連續自動化生物飼養器可用於飼養各種生物，如黑水虻、蠅蛆、麵包蟲等。也可作為分層式連續發酵槽，量產微生物，如真菌、細菌等。

Description

塔形連續自動化生物飼養器及其飼養槽體裝置

本發明涉及一種塔形連續自動化生物飼養器設備及其飼養槽體裝置(以下稱本發明)。適合微生物或高等多細胞生物的大量規模化連續飼養，例如微生物、昆蟲或蚯蚓等。針對生物的生活習性，設計塔形飼養槽，並搭配相關配套飼養技術，例如饋送、給料、通風、收穫後的處理等，使能連續且自動化的大量飼養，達到簡單化飼養設備、降低生產成本，人力成本及操作空間，並透過運用處理大量的有機廢棄物，如廚餘、禽畜糞便等，增進資源循環再利用。

發酵槽或生物反應器，雖能大量生產，但只限於培養單細胞生物，例如發酵槽用於釀酒或生物反應器用於細胞大量培養。本發明經改良後，可適於培養較高等多細胞生物如昆蟲、蚯蚓等，主要分為四大部分，組合整合作業，達到一貫化、連續化、自動化。

本公司於108年申請『一種連續自動化生物反應器』，並獲得發明專利，經過二年實際應用於飼養黑水虻，發現該生物反應器雖可以自動化生產，蟲體可因趨地性向下自主移動，但是排泄 物會累積在該飼養層，必須定期清理，且該飼養槽為圓筒式，中心不穩，容易受地震及颱風侵襲而傾倒、且需至高處進行生物體接種，實務上操作耗費人力。

Black Soldier Fly Biowaste Processing-A Step-by-Step Guide，是由瑞士發展與合作署(SDC)和瑞士聯邦經濟教育與研發部經濟事務秘書處(SECO)資助撰寫與出版，主要目的在利用黑水虻大量處理生物廢棄物如廚餘、食物殘渣等，其採用箱盒飼養方式，需要大量人力、場地及物力投入，方能飼養蟲體。

傳統飼養黑水虻時，會產生熱及大量糞便與廢氣，因此只能限於使用固定容器，採薄層化飼養，以利散熱及氣體交換。目前飼養黑水虻不管使用箱式、盒式、池式、漏斗式等方式，都需要極大空間來堆疊或放置飼養容器。

薄層飼養，由於無通氣設備，生物體生長排放的廢氣累積在飼養盒中，不但不利生物體發育，必須不斷翻攪飼養盒內飼養介質，耗費許多人力。

目前飼養都採用整批飼養，收穫後需要重新再設立新的飼養流程，但很多生物體在不同的發育階段，需求的空間與食物也有差異，幼期個體小，取食量少，如此，對於處理有機廢棄物而言，無法提供穩定的處理量，侷限了實際運用價值。

整批飼養，在初齡生物個體很小時，若仍然佔據相同飼養空間，造成空間浪費，並只能在一定期間收穫一次，無法每天持續穩定生長和供應，因此有礙作為飼料，每天餵食其他家禽、家 畜、或水產養殖之用。

此外，在處理廢棄物的利用時，一般廢棄物，如廚餘，每天都會產生，必須要有一套連續化的自動飼養系統，穩定的消耗廢棄物。

當前黑水虻飼養，大都無自動化差異性給料單元，未能小量多次給料，易造成飼料在飼養盒內發酵，使溫度增高，不利幼蟲生長。

本發明從發酵槽及生物反應器的概念出發，經由實際應用在黑水虻飼養後，發現有排泄物無法排出、飼養槽重心不穩、飼養初期接種費時、成品過於潮濕、篩選蟲與糞便困難等，從而發明並改良，一舉解決上述所有間題，建立塔形連續自動化飼養設備及其飼養作業管理系統。

本發明包含四大部分單元，整體運作即可以每天穩定的處理有機廢棄物，並能穩定、高效率的生產。

第一部分：一飼養槽體裝置，包括：塔形槽體，為增強生物反應器穩固，及飼養空間會因生物體長大及累積排泄物增多，需要較大飼養空間，因此採用塔形飼養槽體設計，其中最上層面積最小，接種剛孵化的生物體，最底層面積最大，供較大的生物體生長。

本發明塔形槽體中心處，有一根軸心貫穿各層，軸心與馬達相連，各層的推料板與刮平耙和塔形槽體中的中央軸心相連， 當軸心轉動時，也帶動推料板與刮平耙，從而將生物體與排泄物推往下一層，繼續飼養。

槽體內部以隔板分出不同飼養層板，提供生物體生長及飼養平台，並可以區隔不同生長天數的生物體。達到同一飼養槽內，混齡飼養不同生長期的生物體，達到連續自動化生產。

為使混齡飼養流暢，各層飼養層板的不同位置，設置開口槽孔，上下層交錯。並於開口前後，各設置推料板和刮平耙。當轉軸轉動時，上一層較幼齡的生物體及其排泄物，被推料板推落到下一層。飼養層板開口槽孔設計成相互交錯，上層飼養隔板推落的物體，會落在下層飼養隔板已經推空的位置。下一層的刮平耙，可以將掉落混合物推平。如此，各層飼養之生物體，依序往下一層掉落，可以連續不斷生長。

在一具體實施例中，下一層的槽孔較上一層的槽孔大。

在另一具體實施例中，槽孔之上下配置係錯開一預定角度，其為360°/n，其中n值可為複數層層板之層數。

依據不同生物的生長期長短，可設計不同數量的飼養層板。以黑水虻為例，塔形槽體內的飼養層板分為15層，每層10至20公分，剛孵化的5日齡幼蟲，體積小、取食量少，從最上面第一層開始飼養。每12至24小時，中心轉軸轉動一次，將其推落到下一層層板繼續飼養，如此蟲體在反應器內總共生長10~20天。可達到空間利用最佳化。

本發明可依照要處理的有機廢棄物量體或欲飼養的生物體 特性，可調整塔形飼養槽大小、高低、各層板數量與間距、轉軸轉動時間等。

另外，也可以參照飼養場所空間或環境需求，而量身訂做封閉式或開放式塔形飼養槽體，或作成並聯方式擺放。

最底層為飼養生物體長大待收獲，此層隔板設計成孔洞板，其下連接密閉式風壓箱，利用吹入的熱風，帶動氣體交換及乾燥底層飼養物，以便進行下一階段的篩選分離生物體與排泄物。

第二部分：生物體饋送單元。本單元主要利用文氏效應(Venturi effect)，將剛孵化的初齡生物體，送往頂層飼養層板，開始進行飼養。可減少接種生物體時，必須攀爬到高處飼養槽上方的工作，從而節省勞力並降低意外發生。

本發明在鼓風機的出風管前方收縮，使管徑變小，後方逐漸放寬，中間形成類似瓶頸的頸部。

在頸部上方，連結一個漏斗，便於導入要接種的生物體。

接種時，將生物體倒入漏斗，藉由文氏效應，漏斗內的接種生物體被吸入頸部，同時被產生的快速流動氣流吹出。

吹出的氣體，將接種生物體往上推舉，進入飼養槽頂層，完成接種。

接種時，鼓風機的風量及風速，依照接種生物體的比重及大小，利用電控單元，調整鼓風機變頻器的輸出功率。

第三部分：自動飼料饋送單元。本單元利用螺旋輸送機或氣 動隔膜幫浦投料，並依照投料特性如為固料或是液態的養料而有所區分，將飼料或待處理的廢棄物，如廚餘、動物糞便、豆渣、酒糟等，送入飼養槽內，待處理廢棄物經粉碎、調配後，在攪拌桶內充分攪拌均勻後，經由電控單元，送料到各飼養層。

本發明在各層送料管上，加裝調節閥，以調節各層飼料不同需求量。依照飼養槽體內不同生物體飼養日齡，投入不同量體飼料。

本發明可以達到每小時投料一次，避免飼養槽體內飼料發酵產生熱及有害氣體，如甲烷、氨氣等。

第四部分：通風乾燥單元，包含密閉式風壓箱、強力熱風機、洩壓閥、煙囪型出風口等組合而成。塔形飼養槽底層飼養板採用多孔洞板，下方連結密閉式風壓箱。新鮮熱空氣自下方吹氣，在風壓箱形成風壓，從底層飼養板上的孔洞往上吹出。藉由熱空氣上升原理，氣流隨各層板的開口逐漸上升，於槽體頂端設煙囪式出風口，讓氣體散出，從而排出有毒氣體及濕氣。

在冬天氣溫降低時，可調節熱風機溫度，使飼養槽溫度較高，加速生物體生長。反之，夏天需要散熱，則由鼓風機吹入冷空氣，以降低溫度。

本單元可連結廢氣處理設備，淨化氣體後排出，減少環境中臭味。

本單元除了達到通氣目的外，並可將底層所排出的生物體與 排泄物乾燥，有利進一步篩選分離。此外，調整熱風機的溫度與風量，可在飼養槽體內部形成濕氣梯度，使上層的濕度較高，有利於生物生長，下層濕度較低，有利於乾燥產出物，方便進行生物體與排泄物的分離。

排出的乾燥物再經由震盪篩選機，透過震盪篩選機上不同口徑之篩網，將生物體、排泄物、雜物分離。以黑水虻飼養為例，分離的黑水虻蟲體與蟲糞，蟲體送往滯留槽淨化，蟲糞可包裝後，做成有機肥料販售。

生物體與排泄物篩選分離後，可另接一滯留槽，在槽體內放置丙烯酸鹽類聚合樹脂或木屑等，將收穫的生物體導入滯留槽，讓生物體將腸道內未消化的廢棄物或糞便排空。其中丙烯酸鹽類聚合樹脂尚有除臭功能，減少生物體異味。

滯留天數依照不同生物體排空腸道糞便時間而定。滯留期滿後的生物體，可依照使用目的，做成鮮體販賣或送入蒸煮槽滅活及消毒。消毒後進行乾燥，並經過脫脂及粉碎，製成高蛋白成品，可長久保存，作為水產養殖或畜牧業飼料添加物，以取代價格高昂的魚粉。

以飼養黑水虻為例，在同一個飼養器內，每天接種初齡幼蟲，並同時於飼養槽底層收穫老熟幼蟲及糞便，可使飼養流程連續自動化運作，達到最佳化飼養，節省大量人力、能源與空間。

本發明所稱之飼養生物體，係包含但不限於各種昆蟲，如黑水虻、蠅蛆、麵包蟲、蟋蟀、斜紋夜蛾、家蠶、蟑螂、草蛉、 外米綴蛾、甲蟲、地鱉蟲等，另蚯蚓、微生物、水產養殖生物及其它飼料用或天敵生物亦可於本飼養槽生長。

本發明所用於飼養生物的材料，包括但不限於有機廢棄物，如廚餘、動物糞便、動物屍體、豆渣、茶渣、咖啡渣、落葉、麥渣、酒糟、沼泥、屠宰場廢棄物、食品工廠廢棄物、果菜市場廢棄物等。

本發明所用的連續自動化生物飼養器的管理系統，其包含五大部分單元：塔形槽體、生物體饋送單元、自動飼料饋送單元、通風乾燥單元和電控單元。

電控單元。本塔形連續自動化生物飼養槽透過程式化邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)，控制整個生物反應器各單元，達到整合運作。例如飼養槽軸心轉動時間、接種生物體時的文氏管鼓風機的變頻器、給料單元時間、通風乾燥單元風機運作時間、乾燥單元熱風時間等，並設有監控裝置，監測溫度、濕度及廢氣濃度。

1:塔形槽體

11:中央轉軸

12:飼養層板

121:槽孔

122:刮平耙

123:推料板

13:洩氣閥

2:生物體饋送單元

21:生物體放置槽

22:輸送管

221:文氏管

23:鼓風機

24:通氣管

3:自動飼料饋送單元

31:調節閥

32:送料管線

321:送料管

322:噴嘴

33:泵浦

34:儲料桶

4:通風乾燥單元

41:鼓風機

42:洞板

43:馬達

第1圖為本發明圓錐形飼養器之配置圖。

第2圖為本發明圓錐形飼養器飼養槽體內各層板及推料板與刮平耙圖。

第3圖為本發明生物體饋送單元圖。

第4圖為本發明自動飼料饋送單元圖。

第5圖為本發明通風乾燥單元圖。

以黑水虻飼養為例

圓錐形飼養槽體(1)設計為底層直徑4公尺，頂層直徑0.64公尺，飼養槽高度為4公尺。內部每隔20公分設計一層飼養隔板，共15層。

取50克卵孵化後第6天的蟲體。

接種生物饋送單元(2)上方的生物體放置槽(21)，並藉由文氏管(221)、輸送管(22)送至飼養槽體最上層。

將含水量約70%豆渣，導入儲料筒(34)，經由自動飼料饋送單元(3)送至各飼養層板(12)，依照蟲齡取食量大小，設定不同的豆渣供給量。

設定電控單元，每小時供料一次。

設定中央轉軸(11)每12小時轉動一圈，將上層混合體推往下一層。

啟動通風乾燥單元(4)，設定為每10分鐘運轉5分鐘。

飼養槽體(1)底層出口每12小時排出成品一次，以輸送帶送至震盪篩選機進行第一次篩選。

本系統每日可消耗700公斤豆渣，產出黑水虻鮮蟲約150公斤，蟲糞約300公斤，操作本系統約需1.5人力/天。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使 用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:塔形槽體

11:中央轉軸

12:飼養層板

13:洩氣閥

2:生物體饋送單元

21:生物體放置槽

22:輸送管

23:鼓風機

24:通氣管

3:自動飼料饋送單元

31:調節閥

32:送料管線

33:泵浦

34:儲料桶

4:通風乾燥單元

41:鼓風機

42:洞板

43:馬達

Claims (12)

1. 一種塔形連續自動化飼養器，其包含：一塔形槽體，內部設置上下相隔疊置之複數層飼養層板，其上層用以分別饋入待培養之生物體及飼料之混合體，該等複數層飼養層板由一中央轉軸共同驅動，各該複數層飼養層板設有：一槽孔，至少一刮平耙，用以將該混合體刮平，及至少一推料板，用以將該刮平之混合體，經由該槽孔推入一下層之飼養層板，其中該槽孔和該下層之槽孔係錯開配置在非同一垂直面，且各該層至少一刮平耙及各該層至少一推料板係由一馬達驅動；一生物體饋送單元，設於該塔形槽體之一側，包含一生物體放置槽，用以放入該生物體，及一輸送管，分別連接至該生物體放置槽及該塔形槽體上層，用以將該生物體饋送至該塔形槽體；一自動飼料饋送單元，架接至各該複數層飼養層板，用以將該飼料送入各該複數飼養層板上；以及一通風乾燥單元，設於該塔形槽體之底部，包含一熱風機、一風壓箱、和一具複數孔之洞板，該熱風機用以將新鮮空氣加熱後，吹至該風壓箱，藉由該風壓將該加熱空氣經由該洞板逐層往上吹送，其中，該等生物體自該上層飼養層板逐層進入其下層，直至最底層之飼養層板完成生長。
2. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，其中該塔形槽體為圓錐 形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，該生物體放置槽下方連接一文氏管，該文氏管連接該輸送管，該輸送管連接至該塔形槽體上層，用以將該生物體饋送至該塔形槽體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，進一步包含一電控單元，用以控制該中央轉軸驅動轉速，該自動飼料饋送單元投放飼料速度，及該通風乾燥單元風速。
5. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，其進一步包含一震動篩選機，用以將乾燥後的生物體和排泄物分離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，其中該自動飼料饋送單元係利用螺旋輸送機或氣動隔膜幫浦進行投料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，其中該飼養器所飼養之該生物體，係為黑水虻、蠅蛆、麵包蟲、蟋蟀、斜紋夜蛾、家蠶、蟑螂、土鱉蟲、草蛉、外米綴蛾、甲蟲、蚯蚓、微生物、水產養殖生物、及其它飼料用或天敵用之生物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之飼養器，其中該飼料，為豆渣、廚餘、果菜殘渣、酒糟、茶葉渣、咖啡渣、禽畜糞便、屠宰場廢棄物、動物屍體、食品工廠廢棄物、污泥、沼泥、或其他有機廢棄物。
9. 一種用於塔形連續自動化生物飼養器之飼養槽體裝置，用以飼養生物體，包含： 上下相隔疊置之複數層飼養層板，其上層用以分別饋入待培養之生物體及飼料之混合體，各該等複數層飼養層板設有：一中心圓柱軸心；一槽孔；至少一刮平耙，固接至該中心圓柱軸心，用以將該生物體刮平；至少一推料板，固接至該中心圓柱軸心，用以將該刮平之混合體，經由該槽孔推入下層之飼養層板，其中該槽孔和該下層之槽孔係錯開配置在非同一垂直面；以及一由馬達驅動之中央轉軸，貫穿設置於各該中心圓柱軸心內，以驅使各該複數層飼養層板之至少一刮平耙及至少一推料板之轉動，其中，該等生物體自該上層飼養層板逐層進入其下層，直至最底層之飼養層板完成生長。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用於塔形連續自動化生物飼養器之飼養槽體裝置，進而包含一電控單元，連接該馬達，用以控制該馬達轉動速度及轉動時間。
11. 如申請專利範圍第9項所述之用於塔形連續自動化生物飼養器之飼養槽體裝置，其中各該槽孔之上下配置係錯開一預定角度，其為360°/n，其中該n為該複數層層板之層數。
12. 如申請專利範圍第9項所述之用於塔形連續自動化生物飼養器之飼養槽體裝置，其中下一層之該槽孔較上一層之該槽孔大。

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