本發(fā)明涉及通過需氧和厭氧分解處理可生物降解廢物的系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及堆肥化生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其可以連續(xù)地接納可生物降解的固體廢物、廢水和廢氣，并且自動(dòng)地將所接納的廢物降解成液體營養(yǎng)物和熱能用于生長食品。

背景技術(shù)：

生物可降解廢物可通過堆肥化(有氧分解和厭氧分解)降解為基礎(chǔ)化合物(h2o、co2、以及氮、磷、鉀等化合物)、能量(熱)和殘余腐殖質(zhì)。殘余的腐殖質(zhì)最終可以破碎成細(xì)顆粒并且可以通過水循環(huán)自動(dòng)輸送。

可生物降解的廢物在人類活動(dòng)中大量產(chǎn)生。它們包括固體廢物如廚房食物廢物和后院植物廢物以及包裝廢物(紙張，紙箱和木托盤等)、廢水如來自廚房和廁所(水槽、淋浴、浴缸等)、和廢氣如來自灶爐排氣口和取暖爐排氣口。居家和農(nóng)業(yè)、餐飲及食品生產(chǎn)等工業(yè)都是廢物的生產(chǎn)者。

從家庭和工業(yè)收集廢物并將其運(yùn)送到市政處理中心是一項(xiàng)沉重的勞動(dòng)任務(wù)。廢物的生產(chǎn)者也需要花費(fèi)時(shí)間和勞動(dòng)來將廢物準(zhǔn)備好以被收集。來自于廢物及其處理后的回收物(如堆肥)的運(yùn)輸而產(chǎn)生的溫室氣體排放是導(dǎo)致氣候變化的因素之一。建造和維護(hù)用于將廢水運(yùn)輸?shù)绞姓幚碇行牡某鞘形鬯艿老到y(tǒng)，也要大量花費(fèi)來自私人和公眾的資金。來自于家庭和工業(yè)的未經(jīng)處理而直接排放到大氣中的廢氣增加了空氣污染。

通過堆肥、焚燒或填埋等方式在市政處理中心處理上述廢物，可以從處理的廢物中回收部分有益成分，但也造成了大氣、土壤甚至地下水的污染。此外，在建設(shè)和維護(hù)這些處理設(shè)施方面，還需要耗費(fèi)大量的土地和資金。

在廢物的源頭處理可生物降解廢物方面已經(jīng)作出了許多努力。包括蚯蚓堆肥化設(shè)施等使用自然通風(fēng)的堆肥化設(shè)施，因不是在密封容器中處理廢物而導(dǎo)致熱、氣味和廢氣直接進(jìn)入大氣中。

michaelbryan-brown的專利號(hào)為us5744351的專利，公開了一種用于在密封容器內(nèi)對(duì)有機(jī)廢物進(jìn)行有氧堆肥化的生物反應(yīng)器。它集成使用了攪拌裝置和曝氣系統(tǒng)，使堆肥化廢物可以在密閉容器內(nèi)保持良好曝氣效果。然而，這種設(shè)計(jì)類型需要通過生物過濾器處理廢氣并且通過使用泵來管理浸出液。

aiminli等人的專利申請no.cn101823069，公開了具有通風(fēng)和熱組件的自動(dòng)控制的堆肥機(jī)，以加速容器內(nèi)的堆肥化過程。再次，它仍然需要組件來過濾廢氣和管理滲濾液。

上述堆肥機(jī)都是為了將生物廢物處理成堆肥而設(shè)計(jì)的。生物廢物是按批次喂料到堆肥機(jī)中，在一定時(shí)間后完成的堆肥被排出和運(yùn)輸。在廢氣、浸出液和完成的堆肥的處置過程中都有可能造成對(duì)環(huán)境的污染。生物廢物的營養(yǎng)物和來自廢物發(fā)酵的熱量沒有被充分回收利用。當(dāng)使用這些堆肥機(jī)時(shí)，容器內(nèi)每批次喂料的生物廢物經(jīng)歷堆肥化的各個(gè)階段，因此每個(gè)階段的某類別微生物數(shù)量在其階段達(dá)到其最高點(diǎn)，然后由于條件的改變而在其他階段減少或甚至消失。當(dāng)該批喂料的廢物完成堆肥化而排出時(shí)，堆肥機(jī)內(nèi)的微生物也隨之排出。每一批次喂料的廢物都經(jīng)歷一種全新的隨堆肥化過程而變化的微生物生長和變化過程。

市場期望：(1)可生物降解的廢物在其源頭得到堆肥化處理；(2)完成堆肥化的回收物就地使用因而實(shí)現(xiàn)零里程的運(yùn)輸；(3)堆肥化過程對(duì)環(huán)境沒有污染；(4)來自廢物的所有營養(yǎng)物和熱能充分回收和再利用；(5)可生物降解的廢物經(jīng)歷每個(gè)堆肥化階段時(shí)，微生物生長的條件保持不變。

為應(yīng)對(duì)市場對(duì)最小運(yùn)輸里程健康食品的需求增長的需要，水培(hydroponics)系統(tǒng)和魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)踐了幾十年。當(dāng)這些做法發(fā)生在家庭后院或食品消費(fèi)場所時(shí)，對(duì)于在同一地點(diǎn)生產(chǎn)和消費(fèi)的食品，可以實(shí)現(xiàn)零食品里程。

然而，常規(guī)水培(hydroponics)系統(tǒng)需要將人造營養(yǎng)物添加到循環(huán)水中以供給植物。在典型的魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)中，魚飼料來自外部供應(yīng)，并且來自集成的水族魚缸的廢水沒有足夠的營養(yǎng)物來支持生長的食品植物，因此必須添加礦物質(zhì)和其他營養(yǎng)物。此外，需要過濾器和生物反應(yīng)器來分離和降解來自水族魚缸廢水中的固體廢物。

然而，可以使用例如堆肥茶(composttea)來提供營養(yǎng)物。通過將一袋堆肥放入容器內(nèi)被充分曝氣的水中一定時(shí)間，以允許微生物生長來生產(chǎn)堆肥茶。堆肥茶有很好的營養(yǎng)供植物生長，因此被添加到水培(hydroponics)系統(tǒng)和魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)。市場上有多種釀造堆肥茶的設(shè)備可選，但這些設(shè)備一般都是獨(dú)立操作。

雖然水培(hydroponics)系統(tǒng)和魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)少量水分損失生產(chǎn)短距離里程食品方面是有價(jià)值的，但是它們的價(jià)值受到與所生產(chǎn)的食品量相比顯得很高的啟動(dòng)成本的限制，因?yàn)樗鼈冎皇潜挥脕砩L食品。該類系統(tǒng)不具有自動(dòng)回收處理來自自身系統(tǒng)和其它來源的廢物的功能。

市場期望：一種可以集成到水培(hydroponics)系統(tǒng)和魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其可以在現(xiàn)場自動(dòng)地將可生物降解的廢物回收處理生成營養(yǎng)液以供給生長的植物，并且還可以給水族養(yǎng)殖動(dòng)物提供飼料。此外，市場也期望一種可以整合到食品生產(chǎn)系統(tǒng)中的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其可以自動(dòng)地回收處理所有可生物降解的廢物，包括來自食品生產(chǎn)系統(tǒng)的和來自現(xiàn)場人類活動(dòng)的固體廢物、廢水和廢氣，并且可以從處理的廢物中回收全部營養(yǎng)物和熱能來生長食品，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的零污染。

nicholashermes和jamessawada的專利申請ca2759981a1公開了一種食品生產(chǎn)系統(tǒng)，其將生物廢物堆肥化處理并且現(xiàn)場回收使用其中的熱能和營養(yǎng)物來生長食品。在該系統(tǒng)中，生物廢物以分批模式喂料到堆肥機(jī)中，然后物理轉(zhuǎn)移到另一個(gè)無脊椎動(dòng)物培養(yǎng)單元中，最后轉(zhuǎn)移到食品植物培養(yǎng)單元中。該系統(tǒng)中熱的回收，是通過使用熱交換液體循環(huán)的復(fù)雜管道系統(tǒng)進(jìn)行。在該設(shè)計(jì)中，生物廢物不是在所有過程都保持在密封容器內(nèi)，因而可以因廢氣排放而造成對(duì)環(huán)境的污染，而營養(yǎng)物和熱量沒有全部回收利用。

現(xiàn)有的能在廢物源現(xiàn)場使用的堆肥機(jī)，對(duì)可以喂料到堆肥機(jī)中的生物物質(zhì)、或生物廢物、或有機(jī)廢物、或可生物降解廢物的類型都有許多限制。木托盤、樹干和大尺寸的樹枝等廢物通常是不能接受的。本發(fā)明提供了現(xiàn)場生物物質(zhì)堆肥化降解和再利用，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的這些不足。

密封容器內(nèi)堆肥化處理的重要步驟之一是混合或攪拌內(nèi)容物，使得所有內(nèi)容物都能得到充分曝氣。通常采用使整個(gè)容器(或鼓)旋轉(zhuǎn)的低速電動(dòng)機(jī)，或驅(qū)動(dòng)攪拌裝置以引起整個(gè)內(nèi)容物都移動(dòng)的高速電動(dòng)機(jī)。在專利us5744351中，采用垂直安裝的可滑動(dòng)組件，使得攪拌裝置可達(dá)到幾乎所有的內(nèi)部容積；但該方法需要工人手動(dòng)操作攪拌組件。在專利申請cn101823069中，混合攪拌模塊水平安裝，并且水平轉(zhuǎn)動(dòng)容器內(nèi)部的整個(gè)容積。所有這些方法因需要很大的動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)簡單曝氣功能，所以效率不高。

相對(duì)于所需的動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)(土壤)被翻動(dòng)的體積數(shù)量來說，傳統(tǒng)的犁通常顯得效率更高。在密封容器內(nèi)，如果沿著底層的內(nèi)容物的一部分被物理翻動(dòng)，則可能導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)容物的某種形式的被翻動(dòng)。這種翻動(dòng)方式可以使整個(gè)內(nèi)容物得到足夠好的曝氣，特別是當(dāng)空氣是來自內(nèi)容物之下面的空間時(shí)。可以期待：通過在內(nèi)容物的底層內(nèi)以非常慢的速度旋轉(zhuǎn)犁式攪拌裝置，可以使整個(gè)內(nèi)容物得到足夠好的曝氣。

用于容器內(nèi)液體攪拌的大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的攪拌裝置，也是被設(shè)計(jì)用于引起整個(gè)內(nèi)容物移動(dòng)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在非常慢的旋轉(zhuǎn)時(shí)，由這些攪拌裝置移動(dòng)的內(nèi)容物的體積數(shù)量和行程都非常有限，因此不能達(dá)到良好的攪拌效果。市場期望：有一種特別設(shè)計(jì)的液體攪拌裝置，特別適用于其中高度從中間點(diǎn)到側(cè)壁點(diǎn)逐漸減小的凹形或圓錐形容器，其能夠以慢速旋轉(zhuǎn)達(dá)到很好的攪拌效果。

火箭爐(rocketstove)是用于溫室(greenhouse)加熱的方法之一，通過將其排煙管道埋入地下以保持來自燃燒廢氣中的熱能。這樣通過燃燒的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)那些現(xiàn)場堆肥機(jī)常常不能接納的廢物(如大型樹枝和樹干等)的某種“降解”。但是這種方法導(dǎo)致廢氣排放，因?yàn)槿紵裏熿F直接進(jìn)入大氣。

已有很多研究涉及通過使用微生物燃料電池(mfc)技術(shù)來處理廢水。mfc技術(shù)是通過微生物消耗廢水中的有機(jī)物質(zhì)以產(chǎn)生電，因此加速廢水的降解過程。溫度是影響mfc技術(shù)產(chǎn)生電能的效率的因素之一。

在將生物可降解廢物回收處理成為用于生長植物用途方面，現(xiàn)有技術(shù)傾向于獨(dú)立處理的工藝，因此不能以高效率解決問題，甚至引起更多問題。設(shè)計(jì)用于處理固體廢物的設(shè)施，將滲濾液和廢氣作為必須特別管理的額外負(fù)荷。設(shè)計(jì)用于處理廢水的設(shè)施，將內(nèi)部的固體廢物作為必須特別管理的額外負(fù)荷。設(shè)計(jì)用于處理廢氣的設(shè)施，必須使用液體和固體過濾介質(zhì)。設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)堆肥茶的設(shè)施，必須創(chuàng)造條件從完成的堆肥生長微生物，此時(shí)其中大多數(shù)微生物不處于最佳的活性和數(shù)量狀態(tài)。設(shè)計(jì)用于蚯蚓堆肥的設(shè)施必須管理喂料的固體廢物的濕度，并且所喂料的廢物在成為蚯蚓的食物之前必須經(jīng)歷堆肥化的第一階段。在冬天，我們需要買木柴或燃?xì)鈦砑訜釡厥?，然而我們把大量的可以通過燃燒加熱的固體廢物丟到垃圾桶，并且需要很多后續(xù)工作將這些廢物運(yùn)輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方予以處理。

在專利申請us2007/0059819a1中，stephenstorch公開了一種用于釀造堆肥茶的設(shè)施，采用多個(gè)空氣提升泵(airliftpump)來實(shí)施攪拌和曝氣。這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致容器內(nèi)液體產(chǎn)生漩渦?，F(xiàn)在大多數(shù)用于釀造堆肥茶的設(shè)施已經(jīng)采用了這種技術(shù)，然而，在所有的設(shè)施中，僅以產(chǎn)生用于攪拌和曝氣的漩渦為目的，漩渦所具有的動(dòng)能沒得到利用。

市場期望：(1)一種集成系統(tǒng)，其具有所有上述現(xiàn)有技術(shù)設(shè)施的功能并且可以使每一種負(fù)擔(dān)都成為可利用的資源得到良好利用；(2)來自漩渦的動(dòng)能被攫取利用于諸如混合和攪拌固體廢物；(3)一種特別設(shè)計(jì)的渦輪裝置，能夠高效攫取利用來自漩渦的動(dòng)能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種堆肥化生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其可以連續(xù)地接納可生物降解的固體廢物、廢水和廢氣，并且可以自動(dòng)地將可生物降解的廢物處理成液體營養(yǎng)物和熱能回收利用。它自動(dòng)將營養(yǎng)液體和熱量供應(yīng)到集成一體的水培(hydroponics)系統(tǒng)或魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)中。本發(fā)明以及集成一體的食品生長系統(tǒng)可以安裝在諸如家庭陽臺(tái)、家庭后院、以及餐館和食品工廠等場所的現(xiàn)場。它可以在廢物回收再利用以及在廢物源頭生產(chǎn)在地消費(fèi)的食品兩方面，實(shí)現(xiàn)零里程的目標(biāo)。它可以完全回收再利用來自經(jīng)處理的廢物的所有營養(yǎng)物和熱能。它還可以達(dá)到在所有過程中對(duì)環(huán)境幾乎零污染的目標(biāo)。為了更好的操作效率，專門為本發(fā)明生物反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)了斜錐攪拌裝置、魚犁攪拌裝置和渦流花式渦輪。

本發(fā)明包括生物反應(yīng)器主體、延伸部、中央控制單元和爐灶單元。生物反應(yīng)器主體是絕熱且密封的容器，由兩個(gè)分隔件(多孔板式上分隔件和下分隔件)將內(nèi)部容積分隔成三個(gè)室(上室、中室和下室)。它設(shè)有混合攪拌模塊、曝氣模塊和加熱模塊。優(yōu)選地，曝氣模塊由多個(gè)空氣提升泵(airliftpump)組成，從而在中室中產(chǎn)生漩渦。生物反應(yīng)器主體設(shè)有多個(gè)輸入口和輸出口，包括廢水輸入口、廢氣輸入口以及液體輸出口、氣體輸出口。頂蓋上的喂料模塊橫截面是圓柱形或其他形狀。喂料模塊在每端都設(shè)有一個(gè)門，兩個(gè)門可以經(jīng)由頂端的紅外自動(dòng)感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)互鎖控制。用于監(jiān)測溫度、濕度、氧氣、氨、二氧化碳和空氣壓力的傳感器安裝在生物反應(yīng)器主體容器內(nèi)部并連接到中央控制單元?；旌蠑嚢枘K由安裝在生物反應(yīng)器主體頂蓋上的馬達(dá)、通過穿過頂蓋的軸承安裝的軸桿和在軸桿上固定的攪拌裝置組成，用于上室和中室內(nèi)容物的攪拌。

生物反應(yīng)器系統(tǒng)的延伸部位于芯吸床(wickingbed)內(nèi)部并且用作其儲(chǔ)水庫，它由上渠、中渠和下渠組成。當(dāng)使用爐灶單元時(shí)，其設(shè)有位于生物反應(yīng)器主體容器下方的散熱器，并且用作主體容器支撐基座。

從下面的描述中將容易地理解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。該描述參考的附圖是為了說明優(yōu)選實(shí)施例而提供的。然而，這樣的實(shí)施例不代表本發(fā)明的全部范圍。

附圖說明

在下文中將結(jié)合提供的附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖用于說明而不是限制權(quán)利要求的范圍，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件，并且其中：

圖1示出了配置由穿孔管構(gòu)成的曝氣模塊和電動(dòng)混合攪拌模塊的生物反應(yīng)器主體；

圖2示出了配置由空氣提升泵(airliftpump)構(gòu)成的曝氣模塊和由渦流花式渦輪驅(qū)動(dòng)的混合攪拌模塊的生物反應(yīng)器主體；

圖3示出了喂料模塊的透視圖和橫截面圖；

圖4示出了延伸部的縱截面剖視圖和橫截面剖視圖。

圖5a-c示出了用于制作斜錐攪拌裝置原型樣品的幾何圖形和方法；

圖5d-f示出了在圓形支架上安裝斜錐體制作斜錐攪拌裝置原型樣品的方法；

圖5g示出了一個(gè)斜錐攪拌裝置原型樣品的俯視圖和仰視圖，該樣品由安裝在2層共3個(gè)圓形支架上的20個(gè)斜錐體構(gòu)成；

圖6a示出了從基于圖7a的片材獲取4個(gè)魚犁葉片的幾何圖形；

圖6b-c示出了制作魚犁攪拌裝置原型樣品的方法；

圖6d示出了魚犁攪拌裝置兩個(gè)原型樣品的圖片；

圖7a示出了從片材獲取4個(gè)葉片以制作渦流花式渦輪原型樣品的幾何圖；

圖7b-d示出了制作由2個(gè)葉片制作渦流花式渦輪原型樣品的方法；

圖7e示出了由3個(gè)葉片制成的渦流花式渦輪原型樣品的俯視圖；

圖7f示出了由4個(gè)葉片制成的渦流花式渦輪原型樣品的俯視圖；

圖7g示出了從片材獲取2個(gè)葉片以制作渦流花式渦輪原型樣品的幾何圖；

圖7h示出了渦流花式渦輪4個(gè)原型樣品的俯視圖；

圖8示出了一個(gè)典型實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明堆肥化生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括生物反應(yīng)器主體10、延伸部100、中央控制單元20和爐灶單元30。生物反應(yīng)器主體10設(shè)有隔熱且密封的容器11，由兩個(gè)分隔件(多孔板式上分隔件12和下分隔件13)將內(nèi)部容積分成三個(gè)室(上室31、中室32和下室33)。生物反應(yīng)器主體10還設(shè)有混合攪拌模塊41，曝氣模塊42和加熱模塊43。生物反應(yīng)器主體10設(shè)有多個(gè)輸入口(包括廢水輸入口51和廢氣輸入口52)以及多個(gè)輸出口(包括液體輸出口71和氣體輸出口72)。

如圖1-3所示，生物反應(yīng)器主體10在主體容器11的頂蓋上設(shè)有喂料模塊44。喂料模塊44優(yōu)選為圓柱體，然而，其也可以是其它橫截面形狀(例如矩形或正方形)。喂料模塊44在其側(cè)壁411內(nèi)部設(shè)有控制電路410，在每一端設(shè)有機(jī)動(dòng)門420、421。門420和門421可由設(shè)在頂端440上的紅外自動(dòng)感應(yīng)器430進(jìn)行互鎖和控制。優(yōu)選地，至少底門421或兩個(gè)門420-421是滑動(dòng)門或管狀卷簾門，可以與其滑道邊緣密合，當(dāng)被來自主體容器11內(nèi)部的空氣壓力推壓時(shí)能保持良好的密封狀態(tài)。當(dāng)紅外自動(dòng)感應(yīng)器430檢測到熱體運(yùn)動(dòng)時(shí)，頂門自動(dòng)打開以允許喂料廢物；只要存在熱體運(yùn)動(dòng)，頂門420就保持打開狀態(tài)；一旦在一定時(shí)間(例如2秒)內(nèi)沒有檢測到熱體運(yùn)動(dòng)，頂門420自動(dòng)關(guān)閉；然后，底門421在特定時(shí)間(例如3秒)之后自動(dòng)打開，以允許投入模塊44內(nèi)部的廢物落入容器11的上室31中；此時(shí)，如果頂門420處于關(guān)閉狀態(tài)，則底門421在特定時(shí)間(例如3秒)之后自動(dòng)關(guān)閉。系統(tǒng)還可以被設(shè)置為：如果保持頂門420處于打開狀態(tài)一定時(shí)間(例如5秒)，則底門421自動(dòng)打開，這樣可以允許將包括廢水的廢物連續(xù)地喂料到上室31中；在這種情況下，在頂門420關(guān)閉后的某一時(shí)間(例如3秒)，底門421將自動(dòng)關(guān)閉；該功能還可以通過在喂料模塊44的側(cè)壁411和/或在中央控制單元20上特別設(shè)置的按鈕來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，控制電路410可以連接到中央控制單元20，以便可以從中央控制單元20控制和監(jiān)視每個(gè)門的打開和關(guān)閉。

用于監(jiān)測溫度81，濕度82，氧氣83，氨84，二氧化碳85和空氣壓力86的多個(gè)傳感器81-86安裝在生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)部并且連接到中央控制單元20。

混合攪拌模塊41設(shè)有安裝在生物反應(yīng)器主體容器11的頂蓋上的馬達(dá)60，以驅(qū)動(dòng)通過容器11頂蓋上的軸承而安裝的軸桿61。固定在軸桿61上的是上室31內(nèi)的攪拌裝置62和中室32內(nèi)的攪拌裝置200。

多孔板式上分隔件12是結(jié)實(shí)平坦的多孔板，以分離直徑大于某一尺寸(例如1/2-1/4英寸)的顆粒。因此，多孔板式上分隔件過濾較大的顆粒。

下分隔件13是凹盤形或圓錐形，在其中心(中間最低部分)設(shè)有排水口90。來自中室32的液體經(jīng)排水口90排入到位于下室33內(nèi)的加熱子室34中。在排水口90的頂部設(shè)有過濾網(wǎng)，以分離直徑大于一定尺寸的顆粒(例如1/4-1/8英寸)。顯然，該過濾網(wǎng)分離比多孔板式上分隔件12更小的顆粒。下分隔件13由導(dǎo)熱材料制成，使得中室32內(nèi)的液體與下室33中的液體交換熱量。

中室32設(shè)有曝氣模塊42，由以圓形方式固定定在下分隔件13上表面的一系列空氣管451-459構(gòu)成?？諝夤苁谴┛坠?，其引入空氣到中室32中的液體廢物，繼而從中室32進(jìn)到上室31對(duì)廢物進(jìn)行曝氣。

下室33收集的液體，從液體輸出口71排出容器11。由于排水口90在下分隔件13的中間最低部分，通過液體輸出口71能容易排出主體容器11內(nèi)的大部分液體。排空液體便于將容器11從一個(gè)位置移動(dòng)到新位置時(shí)的減重需要。

在下室33中設(shè)有加熱子室34，加熱子室34具有相對(duì)較小的尺寸(例如，小于6×6×12英寸)，使得其可以使用小型電加熱器保持高溫。加熱子室34優(yōu)選地安裝在容器11的底壁上，并且其頂壁和側(cè)壁設(shè)有隔熱層，以防止熱損失。通過排水口90離開中室32的液體通過入口管320進(jìn)入加熱子室34。加熱的液體從出口管330離開加熱子室34，進(jìn)入下室33的剩余容積。用于加熱子室34的入口管320和出口管330是小尺寸的管道(例如橫截面直徑小于3英寸)，并且具有至少為容器底部直徑的1/3的長度，以使其內(nèi)部容積與中室32和下室33的剩余容積相對(duì)分隔。加熱模塊43是穿過生物反應(yīng)器容器11的側(cè)壁而安裝到加熱子室34中。加熱子室內(nèi)的溫度可以達(dá)到70-100℃(在加熱模塊43的電加熱器表面溫度更高)，以殺死流過加熱子室34的液體流的病原體微生物和雜草種子等。下室33內(nèi)其余容積空間可調(diào)和來自加熱子室34的高溫液體的溫度，因此通過下室33的液體輸出口71引入延伸部100的液體的溫度范圍有利于在位于延伸部100上方的芯吸床(wickingbed)170中養(yǎng)殖植物和蚯蚓。

當(dāng)使用爐灶單元30時(shí)，其主要在環(huán)境溫度低時(shí)使用。下室33內(nèi)的所有容積由散熱器300加熱，因此加熱模塊43運(yùn)行較少。來自爐灶單元散熱器300的熱量可以到達(dá)整個(gè)主體容器11的所有內(nèi)容物，因此有助于保持堆肥化過程處于良好條件。來自爐灶單元散熱器300的熱量還通過水循環(huán)從主體容器11的下室33進(jìn)入延伸部100以及集成的食品生長系統(tǒng)。

混合攪拌模塊41，可以采用適合于本發(fā)明生物反應(yīng)器主體10的任何現(xiàn)有技術(shù)的馬達(dá)和攪拌裝置。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)60是低速電動(dòng)機(jī)(例如小于10rpm)，使得其消耗更少的電能、噪聲更小并且產(chǎn)生更大的扭矩以旋轉(zhuǎn)攪拌裝置62和200。

優(yōu)選地，設(shè)于中室32內(nèi)的攪拌裝置200由水平地安裝在平衡的圓形支架202上的多個(gè)錐體201構(gòu)成，使得其可以通過緩慢旋轉(zhuǎn)使更多容積量的液體移動(dòng)，并且由于錐體201的高度增加每次旋轉(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)的液體的行進(jìn)距離。進(jìn)一步優(yōu)選地，攪拌裝置200是由通過如圖5a-f所示的方法制成的多個(gè)斜錐體201構(gòu)成。通過該方法制作的斜錐體201，更易于安裝在水平支架表面。當(dāng)斜錐體201沿其最長ht線水平安裝時(shí)，斜錐體201的軸線與凹形或圓錐形下分隔件13的上表面相對(duì)地具有更接近于垂直的傾斜角，該角度有助于旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的液體產(chǎn)生更大的沖擊力，因此從每次旋轉(zhuǎn)能產(chǎn)生更多的繼發(fā)性液體流動(dòng)。

斜錐體201可以設(shè)置在不同的三維空間位置，以組成一個(gè)或多個(gè)安裝組合。如圖5d-f所示，通常它們串聯(lián)地安裝在圓形支架202上，其中從頂點(diǎn)t到最長傾斜高度點(diǎn)h間的直線水平地與圓形支架弧弦的下表面對(duì)齊，至少兩個(gè)點(diǎn)固定?；可献铋L的傾斜高度點(diǎn)h是最向前的點(diǎn)因此被稱為斜錐體201的頭點(diǎn)。斜錐體201的頂點(diǎn)t的部分可以與鄰近斜錐體的頭點(diǎn)h的部分重疊，因此使得更多的斜錐體201可以安裝在圓形支架202上。攪拌裝置可以設(shè)有水平布置或垂直布置的多個(gè)圓形支架202。當(dāng)圓形支架202垂直布置時(shí)，下層圓形支架202的直徑小于上層圓形支架202的直徑，使得攪拌裝置適合于凹形或圓錐形下分隔件13。當(dāng)設(shè)置多于一個(gè)的圓形支架202時(shí)，可以為每個(gè)圓形支架202特別地構(gòu)造斜錐體201的尺寸。安裝在攪拌裝置上的所有斜錐體201都沿相同的順時(shí)針或逆時(shí)針方向，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)60的旋轉(zhuǎn)方向相同。

用于制作斜錐體的細(xì)節(jié)在圖5a-b中示出:

(1)基于給定空間和點(diǎn)，在圓o內(nèi)繪制兩個(gè)相等的圓o和的一個(gè)菱形。

(2)線段hi有一部分位于內(nèi)圓o內(nèi)，找到線段hi和內(nèi)圓o的交點(diǎn)t。

(3)基于點(diǎn)t找到線段tc的長度，并基于tc的長度找到點(diǎn)a和點(diǎn)e，使得tc＝ab＝ef。

(4)點(diǎn)g是圓o上的點(diǎn)，其在點(diǎn)e處垂直于ef。

(5)通過切割較粗的線獲取4個(gè)葉片。

(6)通過在折轉(zhuǎn)點(diǎn)t處將葉片向相反方向折轉(zhuǎn)，以形成斜錐體形狀。

(7)調(diào)整斜錐體形狀，使點(diǎn)i與點(diǎn)a重合、點(diǎn)d與點(diǎn)g重合。

(8)點(diǎn)t被稱為頂點(diǎn)，點(diǎn)h被稱為具有斜錐體的最長傾斜高度的點(diǎn)。

(9)沿著線段ht的區(qū)域相對(duì)平坦，因此有利于與支架的平坦表面對(duì)準(zhǔn)。

當(dāng)斜錐體201安裝在圓形支架202上并且線段ht處于水平時(shí)，h是最前點(diǎn)，因此被稱為頭點(diǎn)，而t是最后點(diǎn)，因此被稱為尾點(diǎn)。斜錐體201在該位置的軸線，傾向接近垂直于下分隔件13對(duì)應(yīng)的凹面或圓錐形表面。

圓形支架202的尺寸取決于要安裝的斜錐體201的數(shù)量、以及每個(gè)斜錐體201在圓形支架上占據(jù)的弧弦的長度。由于已知角度的正切值可以從正切值表中找到，因此，基于給定的要安裝的斜錐體201的數(shù)量和給定的每個(gè)斜錐體201在圓形支架202上占據(jù)的弧弦的長度，可以根據(jù)勾股定理計(jì)算出所需圓形支架202的半徑值。

如圖5c所示：

如果：弧弦ab的長度為10cm并且要安裝12個(gè)斜錐體

則：ac＝10/2＝5cm

角度d＝1/2(360/12)＝15°

tand＝tan15°＝0.26795

因?yàn)椋簍and＝ac/h＝5/h

則：h(tand)＝5

因此：h＝5/(tand)＝5/0.26795＝18.66

因?yàn)椋篴c²+h²＝r²

則：r²＝ac²+h²＝5²+18.66²＝25+348.1956＝373.1956

因此：r＝373.1956的平方根＝19.31827cm。

圖5d-f示出了通過在圓形支架202上安裝斜錐體201來制作斜錐攪拌裝置原型樣品的方法。圖5g是設(shè)有20個(gè)斜錐體的斜錐攪拌裝置原型樣品的俯視圖和仰視圖，所述斜錐體安裝在垂直兩層的3個(gè)圓形支架上。上層在同一水平層中具有兩個(gè)圓形支架。在上外環(huán)支架安裝有11個(gè)斜錐體，其中前斜錐體的尾部t點(diǎn)部分與后斜錐體頭部h點(diǎn)附近的一部分重疊。在上內(nèi)環(huán)支架安裝有5個(gè)斜錐體，其中前斜錐體的尾部t點(diǎn)與后斜錐體的頭部h點(diǎn)相鄰。在下層圓形支架安裝有4個(gè)斜錐體，其中任意兩個(gè)相鄰斜錐體的ht線相互垂直。2個(gè)上層圓形支架上的所有16個(gè)斜錐體具有相同的尺寸。下層圓形支架上的4個(gè)斜錐體的尺寸大于上層的斜錐體的尺寸。

如圖6a-c所示，優(yōu)選地，上室31內(nèi)的攪拌裝置62由安裝在平衡支架上的多個(gè)特別設(shè)計(jì)的魚犁501構(gòu)成。它被稱為魚犁攪拌裝置，因?yàn)槠淙~片的平面形狀像魚，并且當(dāng)攪拌裝置在固體廢物內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，魚犁501的運(yùn)動(dòng)像在泥水中魚的游動(dòng)一樣，引發(fā)其周圍容積內(nèi)容物的某種移動(dòng)。三維的魚犁501可以設(shè)置在不同的三維空間位置，以組成一個(gè)或多個(gè)安裝組合。優(yōu)選地，攪拌裝置的大部分魚犁501位于容積的下層，因?yàn)槿莘e的下層廢物的移動(dòng)可以引起上層廢物的移動(dòng)。這些移動(dòng)，可以使上室31中的所有內(nèi)容物得到足夠好的曝氣。至少一對(duì)魚犁501位于靠近上室31的側(cè)壁的位置(例如，與軸桿之間的水平距離不小于室水平半徑的2/3的位置)，使得近側(cè)壁的內(nèi)容物也得到很好的攪拌。支架可以是直線形的或圓形的圓柱體或扁平金屬桿，使得其在固體廢物內(nèi)移動(dòng)時(shí)具有最小阻力。為便于安裝，可以為魚犁501鑄造安裝模子，使得其既有固定三維魚犁501某一部的界面，也有與支架的表面對(duì)準(zhǔn)的界面?？梢栽隰~犁攪拌裝置的支架上，安裝不同尺寸的魚犁501。

魚犁501是通過將魚形金屬葉片三維地彎曲成如圖6a-c所示的犁形而制成。

(1)基于圖7a用于獲取制作渦流花式渦輪的4個(gè)葉片的幾何圖，在給定空間處繪制4個(gè)相等的圓，并確保其經(jīng)過點(diǎn)a和點(diǎn)b的外邊緣。

(2)如圖6a所示，通過切割較粗的線獲取4個(gè)魚形葉片。

(3)點(diǎn)m是扁平魚形葉片的嘴點(diǎn)，并且是魚犁的尾點(diǎn)；而點(diǎn)t是扁平魚形葉片的尾點(diǎn)，并且是魚犁的尖點(diǎn)。

(4)如圖6b-d所示，將魚形葉片彎曲成三維犁形，并且比正常犁行稍多彎曲一些，使得其凹面成一種三維上的類“s”型。

(5)葉片可以沿其兩個(gè)表面的兩個(gè)方向中的任一方向彎曲，因此可制作用于順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的兩種魚犁。魚犁安裝于支架和攪拌軸桿，當(dāng)魚犁的凹面面對(duì)旋轉(zhuǎn)軸桿時(shí)，其遭遇的阻力較小于當(dāng)魚犁凹面面對(duì)生物反應(yīng)器主體容器11的側(cè)壁時(shí)。

(6)如圖6c-d所示，魚犁安裝在支架上時(shí)，其前端的尖點(diǎn)t所處的水平面遠(yuǎn)低于后端的尾點(diǎn)m所處的水平面。

(7)當(dāng)魚犁隨攪拌軸桿的旋轉(zhuǎn)而向前移動(dòng)時(shí)，如果魚犁的軸線處于垂直于在t點(diǎn)與攪拌軸桿之間的水平線，則它遭遇最小的阻力。

(8)魚犁越大，它遇到的阻力越大。魚犁501的尺寸取決于電機(jī)馬達(dá)60的功率和上室31的容積。優(yōu)選地，魚犁攪拌裝置選用小尺寸的魚犁(例如，扁平葉片上的線段mt的長度小于12英寸)。

圖2中示出的，是本發(fā)明的第二實(shí)施例。優(yōu)選地，曝氣模塊42設(shè)有多個(gè)空氣提升泵(airliftpump)600，使得在中室32中產(chǎn)生漩渦。并且，設(shè)有圖7a-h所示的特別設(shè)計(jì)的渦流花式渦輪700，用于攫取利用漩渦的動(dòng)能。在該構(gòu)造中，下分隔件13的中間最低區(qū)域的排水口90連接到空氣提升泵(airliftpump)600的水管601、602中。在主水管601靠近排水口90處設(shè)有輸出口91，從而通過入口管320將液體引入加熱子室34。此時(shí)，多孔板式上分隔件12處于較高的位置，使得中室32具有足夠的容積以保持用于產(chǎn)生漩渦所需的水量。設(shè)有多個(gè)空氣提升泵(airliftpump)600，從下分隔件13的下方并且穿過下分隔件13至其上方。下分隔件13上方的空氣提升泵(airliftpump)的排水管口以相同的順時(shí)針或逆時(shí)針角度布置，使得在中室32中產(chǎn)生漩渦渦流。由于中室32中的漩渦渦流本身非常好地?cái)噭?dòng)液體，因此混合攪拌模塊41在中室32內(nèi)的攪拌裝置200，不再設(shè)置。

安裝用于空氣提升泵(airliftpump)600的空氣管的位置選項(xiàng)之一，是固定在多孔板式上分隔件12的下表面，由圓形管和多個(gè)t型連接器組成。來自曝氣模塊42的壓縮空氣輸入管與圓形管連接，每個(gè)空氣提升泵(airliftpump)600的空氣管與圓形管上的t形連接器連接，并且通過空氣提升泵(airliftpump)600的頂部安裝到空氣提升泵(airliftpump)600中且達(dá)到一定深度。

中室32中的渦流花式渦輪700，連接到混合攪拌模塊41的軸桿61，軸桿61則通過安裝在多孔板式上分隔件12和/或容器11的頂蓋上的軸承承載。在這種情況下，由中室32內(nèi)的漩渦渦流驅(qū)動(dòng)引起渦流花式渦輪700旋轉(zhuǎn)，繼而驅(qū)動(dòng)引起魚犁攪拌裝置62在上室31中旋轉(zhuǎn)，因此省略了用于驅(qū)動(dòng)軸桿61的電機(jī)60?？梢栽黾育X輪箱80以降低轉(zhuǎn)速并增加扭矩，并將齒輪箱80安裝在容器11的頂蓋及其上方。齒輪箱80設(shè)有連接內(nèi)軸桿61的內(nèi)連接器和連接外軸桿63的外連接器。由中室32中渦流花式渦輪700的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)內(nèi)軸桿61，然后以減小的速度和增加的扭矩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)外軸桿63，繼而驅(qū)動(dòng)上室31中的魚犁攪拌裝置62轉(zhuǎn)動(dòng)。

渦流花式渦輪700被如此命名是因?yàn)樗雌饋硐窕ǎ⑶移浠ㄈ~片701自身和花葉片701之間的通道都是漩渦形狀特征。當(dāng)渦流花式渦輪700旋轉(zhuǎn)時(shí)，花葉片701之間的通道的旋轉(zhuǎn)幾乎與漩渦渦流的旋轉(zhuǎn)相同。當(dāng)渦流花式渦輪700與漩渦渦流耦合時(shí)，其每個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加速旋渦渦流，因此產(chǎn)生很小的反作用力和阻力。

如圖7b-f所示，渦流花式渦輪700包括軸桿61和圍繞軸桿61折轉(zhuǎn)成旋渦花形狀的多個(gè)特別幾何設(shè)計(jì)的花葉片701?；ㄈ~片701的窄端直接固定在軸桿61的下端，而寬端通過直徑和圓形支架702固定在軸桿61上。所有花葉片701都被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，使得它們處于繃緊狀態(tài)，并且花葉片701之間的通道沿著上端葉片邊緣的寬度比沿著下端葉片邊緣的寬度大得多。

圖7a所示，是從一塊板材獲取4個(gè)花葉片701的幾何圖。點(diǎn)a是半徑ob的黃金比例點(diǎn)。依據(jù)(ab-cd)/ab＝0.618的關(guān)系，確定點(diǎn)d。圓o1和圓o2通過點(diǎn)a和點(diǎn)d。線段ab上方和下方的4個(gè)小圓是相等的，并且精確地?cái)M合給定空間。它們用于使花葉片邊緣成弧形。切割圖7a中的較粗線以獲取四個(gè)花葉片701。

圖7b-d示出了通過使用2個(gè)花葉片701制作渦流花式渦輪700原型樣品的方法。圖7e-f示出了通過使用3個(gè)花葉片701或4個(gè)花葉片701制成的渦流花式渦輪700原型樣品。

參見圖7g，可選地，制作渦流花式渦輪花葉片的另一種方法是從一塊板材獲取2個(gè)花葉片。在圖7g中，點(diǎn)a是半徑oc的黃金比例點(diǎn)，點(diǎn)b是線段ac的黃金比例點(diǎn)，其中ab/ac＝oa/oc＝0.618，通過點(diǎn)a、點(diǎn)b和點(diǎn)c的3個(gè)圓的圓點(diǎn)都在線段oc上。兩個(gè)小的等圓精確地?cái)M合給定的空間，是用于使花葉片邊緣成弧形。由于用這種可選方法制成的花葉片更長，由這些花葉片制成的渦流花式渦輪在花葉片之間具有更長的渦流通道，因此在與漩渦耦合時(shí)能更好地加速漩渦渦流。

圖7h示出了4個(gè)渦流花式渦輪700原型樣品的俯視圖。

生物反應(yīng)器主體容器11可以是任何類型的橫截面形狀，優(yōu)選地其是圓柱體。選擇設(shè)置下分隔件13水平高度的位置，以允許所有位于下室33內(nèi)的組件能夠容易地安裝為原則。設(shè)置多孔板式上分隔件12的水平高度位置取決于待處理的固體廢物量和廢水量之間的比例，還與從液體輸出口71導(dǎo)入延伸部100的液體的水平高度位置相關(guān)。優(yōu)選地，當(dāng)配置有如圖1所示的穿孔空氣管曝氣模塊時(shí)，多孔板式上分隔件12定位在生物反應(yīng)器主體容器11的側(cè)壁垂直高度的中點(diǎn)下方，使得上室31具有較大的容積以容納固體廢物。優(yōu)選地，當(dāng)配置有如圖2所示的空氣提升泵(airliftpump)曝氣模塊時(shí)，多孔板式上分隔件定位更高，使得中室32具有足夠的容積空間以容納用于產(chǎn)生漩渦渦流的液體。

氣體輸出口72、曝氣模塊42的入口，廢水輸入口51和廢氣輸入口52都位于上室31的側(cè)壁接近頂蓋的位置，使得主體容器11內(nèi)部液體不會(huì)反流到主體容器11外部的管道。主體容器11內(nèi)與廢氣輸入口52連接的管道折轉(zhuǎn)向下并且穿過多孔板式上分隔件12到達(dá)中室32內(nèi)；優(yōu)選地，其近末端出口部分的管道被固定在多孔板式上分隔件12的下表面或中室32的側(cè)壁上，使得當(dāng)廢氣由管道風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)時(shí)在內(nèi)部產(chǎn)生更少的噪音。

可選地，上室31的側(cè)壁的一部分可以是密封門或可打開的裝置，使得在需要移出不可破碎的殘余腐殖質(zhì)的情況下，可從外部進(jìn)入上室31。此外，生物反應(yīng)器主體容器11的頂蓋或側(cè)壁的一部分可以是透明的，使得可以從外部看到和監(jiān)視內(nèi)部空間。

如圖4所示，延伸部100由三個(gè)渠道構(gòu)成，即上渠101、中渠102和下渠103。優(yōu)選地，中渠102沿著側(cè)壁106和108上下延伸，使其達(dá)到底壁110和頂壁109。頂壁109的靠近側(cè)壁106和108的部分是可打開的，使得生物過濾介質(zhì)例如輕質(zhì)膨脹粘土聚集體(lightweightexpandedclayaggregate，簡稱leca)或其它介質(zhì)可以被裝載到中渠102中。頂壁109和渠道101-103之間的分隔件111-114都是穿孔板以允許液體過濾通過。優(yōu)選地，延伸部100與芯吸床(wickingbed)170共享其側(cè)壁106和108以及底壁110，并且一些垂直支撐支架121-123被添加在分隔件112和114之間。至少在上渠101和下渠103各安裝一個(gè)溫度傳感器140，并且連接到中央控制單元20。曝氣模塊150安裝在下渠103內(nèi)。來自生物反應(yīng)器主體10的液體輸出口71和氣體輸出口72分別通過連接液體入口161和空氣入口162引入到上渠101內(nèi)。優(yōu)選地，延伸部中的所有水管和曝氣管都是彎曲式的管道，以增強(qiáng)其內(nèi)部水流動(dòng)。

延伸部100在靠近生物反應(yīng)器主體10的一端，設(shè)有腔室181，其僅與上渠101相通。延伸部100在遠(yuǎn)離生物反應(yīng)器主體10的一端，設(shè)有腔室182，其僅與下渠103相通。在腔室182中，設(shè)有如下之一的液體輸出口：(1)與上渠101的水平面相當(dāng)?shù)囊后w輸出口163，或(2)虹吸裝置從延伸部100排出液體。當(dāng)使用虹吸裝置時(shí)，設(shè)定關(guān)閉虹吸裝置停止排出液體的水平面位置，靠近下渠103的底部。由于在虹吸裝置排出液體的期間空氣進(jìn)入渠道101-103的內(nèi)部，因此可以省略下渠103中的曝氣模塊150。

延伸部100位于芯吸床(wickingbed)170的下層，并且被用作芯吸床(wickingbed)170的儲(chǔ)水庫。芯吸床(wickingbed)170表層裝有8-12英寸厚度或其他厚度的表層土壤或堆肥或其它介質(zhì)。在芯吸床(wickingbed)170中養(yǎng)殖蚯蚓，如赤子愛勝蚓(eiseniafetida)或其它種類蚯蚓。延伸部100將水、氧、營養(yǎng)物、微生物和熱能從芯吸床(wickingbed)的下層供給到芯吸床(wickingbed)的表層，以養(yǎng)殖蚯蚓和食品植物。收獲的蚯蚓用于喂養(yǎng)集成一體的魚菜共生(aquaponics)系統(tǒng)中的水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物。

當(dāng)使用爐灶單元30時(shí)，生物反應(yīng)器主體容器11的底部由導(dǎo)熱材料制成并且不做絕熱隔離層。爐灶單元30是木爐，其設(shè)有散熱器300，位于生物反應(yīng)器主體容器11下方用作其支撐基座。優(yōu)選地，散熱器300由粘土和耐火磚制成，并且其側(cè)壁具有絕緣外層，使得其可以長時(shí)間保持高溫，給生物反應(yīng)器主體容器11加熱。優(yōu)選地，爐灶單元30具有二次燃燒的特征以提高效率?？蛇x地，可以添加自動(dòng)控制模塊來控制燃燒，由一個(gè)裝置根據(jù)監(jiān)測到的溫度條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)爐灶的風(fēng)門和自動(dòng)給爐灶添加火柴(firewoods)。

爐灶單元30的煙道出口301被引入生物反應(yīng)器主體容器11的廢氣輸入口52中，并且可以添加管道風(fēng)扇將煙道廢氣驅(qū)入容器11中。

延伸部100、延伸部100內(nèi)的組件、以及生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)的所有組件由耐腐蝕和耐高溫(例如100℃和更高)的材料制成。當(dāng)使用爐灶單元30時(shí)，生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)槽的底壁和側(cè)壁由鋼或其它金屬制成，且經(jīng)處理可以耐腐蝕和耐高溫(例如800℃和更高)。

生物反應(yīng)器主體容器11的尺寸和延伸部100的尺寸，可按比例配置，且與待處理的可生物降解的廢物的體積量相關(guān)。通常在一個(gè)場所安裝一個(gè)生物反應(yīng)器主體10和一個(gè)延伸部100，然而也可以在一個(gè)場所配置兩個(gè)或多個(gè)生物反應(yīng)器主體10以及兩個(gè)或多個(gè)延伸部100。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)延伸部100與一個(gè)生物反應(yīng)器主體10串聯(lián)安裝時(shí)，靠近生物反應(yīng)器主體10的第一個(gè)延伸部100在遠(yuǎn)端室182中設(shè)有液體出口163，以連接到下一個(gè)延伸部100的液體入口161，遠(yuǎn)離生物反應(yīng)器主體10最遠(yuǎn)的延伸部100，在遠(yuǎn)端室182中設(shè)有虹吸裝置以導(dǎo)出液體。

優(yōu)選地，生物反應(yīng)器主體容器11的橫截面直徑和延伸部100的寬度彼此匹配。對(duì)于芯吸床(wickingbed)170，如果可以從其兩側(cè)操作則以4-5英尺的寬度為宜；如果僅可從其一側(cè)操作則以2-3英尺的寬度為宜。

生物反應(yīng)器主體容器11的高度的選擇之一，是2.5-4英尺。如此配置，當(dāng)主體容器11立于爐灶散熱器300之上時(shí)，從喂料模塊44的頂部到地面的高度約為4-6英尺，這是一個(gè)適合于大多數(shù)人進(jìn)行喂料的適當(dāng)高度。

延伸部100的高度的選項(xiàng)之一，是12英寸。如此配置，其上渠101和下渠103可設(shè)有大約3-4英寸高度的空間，得以容易地安裝曝氣和排水管道；其中渠102可設(shè)有4-6英寸高度的空間，得以容納足夠量的生物過濾介質(zhì)。

可選地，可以集成熱電發(fā)電模塊到爐灶單元30中，使得它可以產(chǎn)生電力供爐灶單元30的電子組件和生物反應(yīng)器的其它電子組件使用。熱電發(fā)電模塊的高溫接觸面，安裝于爐灶單元30沒有隔熱層的一部側(cè)壁，該處爐灶側(cè)壁處于高溫條件，與熱電發(fā)電模塊的對(duì)應(yīng)的低溫面之間形成高溫度差，因而得以使熱電發(fā)電模塊發(fā)電。

可選地，可以在生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)部和延伸部100的中渠102內(nèi)部，添加微生物燃料電池(mfc)堆模塊。這些微生物燃料電池(mfc)可以設(shè)置為串聯(lián)和/或并聯(lián)連接，使之生產(chǎn)所需值的電壓和電流。生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)的條件有利于微生物燃料電池(mfc)發(fā)電，而微生物燃料電池(mfc)發(fā)電的過程有利于液體中有機(jī)物的進(jìn)一步降解。由微生物燃料電池(mfc)堆模塊產(chǎn)生的電，可以通過在電路內(nèi)安裝電阻絲來加熱內(nèi)部液體，也可以供系統(tǒng)的電子組件使用。

在生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)部，圓錐形或凹形下分隔件13的上表面上方的空間由于曝氣模塊42而處于好氧條件，而其下表面下方的空間具有厭氧條件；因?yàn)橄率?3內(nèi)較高的溫度，氧氣通過液體輸出口71被驅(qū)出到延伸部100或通過加熱子室34的入口管320被驅(qū)出到中室32。好氧條件適合于微生物燃料電池(mfc)陰極，而厭氧條件適合微生物燃料電池(mfc)陽極。因此，可以通過在骨架上安裝多個(gè)微生物燃料電池(mfc)來構(gòu)造圓錐形或凹形的下分隔件13，其中陰極在上表面而陽極在下表面。

在延伸部100內(nèi)，可以通過物理分隔設(shè)置如下空間區(qū)域：(1)位于中渠102和下渠103頂壁之間的分隔件102之上方區(qū)域；(2)位于中渠102和下渠103兩個(gè)側(cè)壁111之外側(cè)區(qū)域。這些區(qū)域之面向下渠103之側(cè)面(即下渠103之頂壁和兩個(gè)側(cè)壁面向下渠103之側(cè)面)，因安裝于下渠103內(nèi)的曝氣模塊而處于好氧條件，而與這些側(cè)面相對(duì)的面則因物理分隔而處于厭氧條件。因此，可以制作微生物燃料電池(mfc)堆模塊：在厭氧條件側(cè)面構(gòu)造微生物燃料電池(mfc)的陽極，在好氧條件側(cè)面構(gòu)造微生物燃料電池(mfc)的陰極。

優(yōu)選地，可以設(shè)有研磨模塊，用于將那些難以自然降解破碎的固體廢物如貝殼和骨頭等研磨成細(xì)顆粒和液體，因而加速堆肥化過程并將生物礦物營養(yǎng)物供給到集成的食品生長系統(tǒng)?？蛇x地，對(duì)于使用大尺寸生物反應(yīng)器主體容器11的實(shí)施例，可以在每個(gè)生物反應(yīng)器主體容器11中配置多個(gè)喂料模塊44和多個(gè)混合攪拌模塊41(采用電機(jī)60驅(qū)動(dòng)混合攪拌模塊的實(shí)施例)。

中央控制單元20安裝于生物反應(yīng)器主體10附近或其它位置，優(yōu)選地，安裝在生物反應(yīng)器主體容器11的側(cè)壁或頂蓋上方。它讀取并顯示來自于生物反應(yīng)器主體容器11內(nèi)和延伸部100內(nèi)的傳感器的所有數(shù)據(jù)。它根據(jù)預(yù)設(shè)條件和/或內(nèi)部的監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)控制(打開/關(guān)閉)混合攪拌模塊41，曝氣模塊42和加熱模塊43。優(yōu)選地，中央控制單元20具有連接到wi-fi或蜂窩調(diào)制解調(diào)器或其他網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的接口，使得可以通過在智能手機(jī)和平板電腦等設(shè)備上運(yùn)行專門設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件來讀取中央控制單元20的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，定期監(jiān)測延伸部100內(nèi)液體的ph值和化學(xué)成分。在特定條件下，可以通過在該延伸部100之芯吸床(wickingbed)170種植具有根際土壤過濾和植物修復(fù)功能的植物，以降解所監(jiān)測到的化學(xué)成分。

如圖8所示，基于本發(fā)明的典型實(shí)施例，用于生長食品和回收廢物的集成系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)。

上述內(nèi)容被認(rèn)為僅是對(duì)本發(fā)明的原理的說明。此外，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到許多修改和改變，因此不期望將本發(fā)明限制為所示和所描述的確切結(jié)構(gòu)和操作，因此，所有合適的修改和等同物可以訴諸于，屬于本發(fā)明的范圍。

關(guān)于上述描述，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到：本發(fā)明的部件關(guān)于尺寸、形狀、形式、材料、功能和操作、以及組裝和使用方式的最佳關(guān)系，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的；并且，與附圖中所示的和說明書中描述的那些相關(guān)的所有等效關(guān)系，意在被本發(fā)明所涵蓋。