循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于垃圾處理控制領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于空間站可降解垃圾處理系統(tǒng)中對可降解垃圾進行處理的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國計劃于2020年左右建成空間站，作為中國空間科學(xué)和新技術(shù)研究實驗的重要基地，空間站內(nèi)部空間極為寶貴。但是在空間生活中又不免會產(chǎn)生許多垃圾，如包裝紙和廚房垃圾等。這些垃圾如果得不到及時有效的處理，只能壓縮打包帶回地面，這樣既占據(jù)了寶貴的太空空間，也會增加運輸成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決空間站中所產(chǎn)生的垃圾浪費太空資源問題，本發(fā)明提供了一種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)及方法，利用微生物的降解技術(shù)將可降解的空間垃圾由大分子纖維素降解為寡糖，再分解成單糖，最后轉(zhuǎn)化成生物乙醇等。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，包括氧氣罐、廢氣罐、消泡劑儲罐、酸儲罐、堿儲罐、生物膜、生物反應(yīng)器、溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、PH計、乙醇檢測器、壓力表和循環(huán)水栗，其中:生物反應(yīng)器上設(shè)置有溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器和壓力表，生物膜設(shè)置在生物反應(yīng)器的內(nèi)部，氧氣罐經(jīng)第二電磁閥、第一除菌過濾器與生物反應(yīng)器的進氣口相連，生物反應(yīng)器的出氣口經(jīng)第二除菌過濾器、第三電磁閥與廢氣罐相連，消泡劑儲罐經(jīng)第四電磁閥與生物反應(yīng)器相連，酸儲罐和堿儲罐經(jīng)第五電磁閥與生物反應(yīng)器相連，生物反應(yīng)器的出料口分別經(jīng)第六電磁閥、循環(huán)水栗和第一電磁閥與生物反應(yīng)器的進料口相連。
[0005]—種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)控制方法，步驟如下:
步驟一:將物料注入到生物反應(yīng)器中；
步驟二:打開第二電磁閥，使氧氣進入到生物反應(yīng)器中；
步驟三:啟動循環(huán)水栗和第一、六電磁閥使發(fā)酵液進行循環(huán)流動，2-4小時為I個循環(huán)；
步驟四:根據(jù)溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器、壓力表參數(shù)指標(biāo)，利用消泡劑和酸堿緩沖液對反應(yīng)條件進行調(diào)節(jié)和控制；
步驟五:生物反應(yīng)器中所產(chǎn)生的廢氣通過第三電磁閥排入到廢氣罐中；
步驟六:當(dāng)發(fā)酵液中乙醇濃度達到上限，關(guān)閉第一電磁閥和循環(huán)水栗；開啟循環(huán)水栗，將發(fā)酵液排出，然后關(guān)閉第六電磁閥。
[0006]本發(fā)明中，進入生物反應(yīng)器中的物料為經(jīng)過粉碎后的可降解垃圾，進入到下一滲透蒸發(fā)系統(tǒng)中的是含一定濃度乙醇的發(fā)酵液。
[0007]本發(fā)明中，生物反應(yīng)器為臥式，其外形為方形或圓形。
[0008]本發(fā)明中，生物反應(yīng)器采用兩套溶氧檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器。
[0009]本發(fā)明中，生物反應(yīng)器中采用固定化生物膜，生物膜采用多重生物膜組件，個數(shù)為3-10個，利用微生物將可降解垃圾分解和轉(zhuǎn)化為生物乙醇。
[0010]本發(fā)明中，生物膜中采用的微生物為可產(chǎn)生能源的微生物，其能源為可揮發(fā)性能源。
[0011]本發(fā)明中，所選微生物為基因工程菌，能夠同時分解纖維素和轉(zhuǎn)化乙醇。
[0012]本發(fā)明中，生物反應(yīng)器中的水可以反復(fù)循環(huán)，以最大限度利用寶貴的空間資源。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1、可在空間站中作為處理可降解垃圾處理系統(tǒng)的主要組成部分，通過對空間中生活垃圾的分解和轉(zhuǎn)化，將大分子纖維素分解為寡糖，再將其生物降解為單糖，最后可轉(zhuǎn)化為可回收利用的生物乙醇等；
2、該循環(huán)系統(tǒng)的生物反應(yīng)器內(nèi)部預(yù)組裝了3-10個生物膜組件，延長了底物與微生物的接觸時間，又同步提高了纖維素分解和乙醇轉(zhuǎn)化兩個生物反應(yīng)過程；
3、該系統(tǒng)可完全適應(yīng)重力條件，循環(huán)過程中能夠保證底物與微生物的充分接觸；
4、選用了酵母基因工程菌，將纖維素的分解和乙醇的轉(zhuǎn)化有機結(jié)合；
5、該系統(tǒng)既可有效處理空間飛行中航天員的生活垃圾，又可以實現(xiàn)太空中資源的最大限度回收；既降低了目前在空間垃圾處理方面的高昂成本，又能夠節(jié)約寶貴的太空空間。
【附圖說明】
[0014]圖1為循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)控制示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)包括氧氣罐1、廢氣罐2、消泡劑儲罐3、酸儲罐4、堿儲罐5、生物膜6、生物反應(yīng)器7、溶氧檢測器8、泡沫檢測器9、溫度計10、pH計11、乙醇檢測器12、壓力表13和循環(huán)水栗14，每個設(shè)備之間根據(jù)過程控制由管道和控制閥連接，具體連接關(guān)系如下:
生物反應(yīng)器7上設(shè)置有溶氧檢測器8、泡沫檢測器9、溫度計10、pH計11、乙醇檢測器12和壓力表13，生物膜6設(shè)置在生物反應(yīng)器7的內(nèi)部，氧氣罐I經(jīng)第二電磁閥15、第一除菌過濾器16與生物反應(yīng)器7的進氣口相連，生物反應(yīng)器7的出氣口經(jīng)第二除菌過濾器17、第三電磁閥18與廢氣罐2相連，消泡劑儲罐3經(jīng)第四電磁閥19與生物反應(yīng)器7相連，酸儲罐4和堿儲罐5經(jīng)第五電磁閥20與生物反應(yīng)器7相連，生物反應(yīng)器7的出料口分別經(jīng)第六電磁閥21、循環(huán)水栗14和第一電磁閥22與生物反應(yīng)器7的進料口相連。
[0017]生物反應(yīng)器7的進料口與垃圾粉碎機出口相連，粉碎后的可降解垃圾可直接進入到生物反應(yīng)器7中。
[0018]生物膜6安裝于生物反應(yīng)器7中，在該反應(yīng)器中預(yù)裝第一膜組件6-1、第二膜組件6-2、第三膜組件6-3三個生物膜組件，可以延長底物垃圾與微生物的接觸時間，同時可以提高纖維素分解和乙醇轉(zhuǎn)化這兩個生物反應(yīng)過程的效率。生物反應(yīng)器7的進口經(jīng)第一除菌過濾器16、第二電磁閥15與氧氣罐I相連，氧氣經(jīng)第一除菌過濾器16除菌過濾后即可進入到生物反應(yīng)器7中。
[0019]循環(huán)水栗14經(jīng)過第六電磁閥21與生物反應(yīng)器7相連，可以實現(xiàn)反應(yīng)器中發(fā)酵液的多次利用；回流的水經(jīng)過第一電磁閥22又回到生物反應(yīng)器7中進行再次利用。
[0020]消泡劑儲罐3經(jīng)第四電磁閥19與生物反應(yīng)器7相連；酸儲罐4和堿儲罐5經(jīng)第五電磁閥20與生物反應(yīng)器7相連，可用于調(diào)節(jié)生物反應(yīng)的pH。生物反應(yīng)器7中具體生物反應(yīng)條件可通過與生物反應(yīng)器7相連的溶氧檢測器8、泡沫檢測器9、溫度計10、pH計11、乙醇檢測器12進行檢測以便于控制。
[0021]壓力表13與生物反應(yīng)器7相連，反應(yīng)器內(nèi)壓力超過限定壓力，即可通過排氣孔放氣以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力；排出的氣體經(jīng)過第二除菌過濾器17除菌過濾后可進入與第三電磁閥18相連的廢氣罐2中。
[0022]本實施方式共有以下幾個步驟:
步驟一:將物料注入到生物反應(yīng)器7中；
步驟二:打開第二電磁閥，使氧氣進入到生物反應(yīng)器中；
步驟三:啟動循環(huán)水栗和第一、六電磁閥使發(fā)酵液進行循環(huán)流動，2-4小時為I個循環(huán)；
步驟四:根據(jù)溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器、壓力表參數(shù)指標(biāo)，利用消泡劑和酸堿緩沖液對反應(yīng)條件進行調(diào)節(jié)和控制；
步驟五:生物反應(yīng)器中所產(chǎn)生的廢氣通過第三電磁閥排入到廢氣罐中；
步驟六:當(dāng)發(fā)酵液中乙醇濃度達到上限，關(guān)閉第一電磁閥和循環(huán)水栗；開啟循環(huán)水栗，將發(fā)酵液注入到下一滲透蒸發(fā)系統(tǒng)中，然后關(guān)閉第六電磁閥。
【主權(quán)項】
1.一種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)由氧氣罐、廢氣罐、消泡劑儲罐、酸儲罐、堿儲罐、生物膜、生物反應(yīng)器、溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、PH計、乙醇檢測器、壓力表和循環(huán)水栗構(gòu)成，其中:生物反應(yīng)器上設(shè)置有溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器和壓力表，生物膜設(shè)置在生物反應(yīng)器的內(nèi)部，氧氣罐經(jīng)第二電磁閥、第一除菌過濾器與生物反應(yīng)器的進氣口相連，生物反應(yīng)器的出氣口經(jīng)第二除菌過濾器、第三電磁閥與廢氣罐相連，消泡劑儲罐經(jīng)第四電磁閥與生物反應(yīng)器相連，酸儲罐和堿儲罐經(jīng)第五電磁閥與生物反應(yīng)器相連，生物反應(yīng)器的出料口分別經(jīng)第六電磁閥、循環(huán)水栗和第一電磁閥與生物反應(yīng)器的進料口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述生物反應(yīng)器為臥式，其外形為方形或圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述生物反應(yīng)器采用兩套溶氧檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述生物反應(yīng)器中采用固定化生物膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述生物膜采用多重生物膜組件，個數(shù)為3-10個。6.一種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)控制方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一:將物料注入到生物反應(yīng)器中； 步驟二:打開第二電磁閥，使氧氣進入到生物反應(yīng)器中； 步驟三:啟動循環(huán)水栗和第一、六電磁閥使發(fā)酵液進行循環(huán)流動，2-4小時為I個循環(huán)； 步驟四:根據(jù)溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器、壓力表參數(shù)指標(biāo)，利用消泡劑和酸堿緩沖液對反應(yīng)條件進行調(diào)節(jié)和控制； 步驟五:生物反應(yīng)器中所產(chǎn)生的廢氣通過第三電磁閥排入到廢氣罐中； 步驟六:當(dāng)發(fā)酵液中乙醇濃度達到上限，關(guān)閉第一電磁閥和循環(huán)水栗；開啟循環(huán)水栗，將發(fā)酵液排出，然后關(guān)閉第六電磁閥。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)控制方法，其特征在于所述物料為經(jīng)過粉碎后的可降解垃圾。
【專利摘要】一種循環(huán)流式垃圾反應(yīng)系統(tǒng)及方法，屬于垃圾處理控制領(lǐng)域。為了解決空間站中所產(chǎn)生的垃圾浪費太空資源問題，所述系統(tǒng)由氧氣罐、廢氣罐、消泡劑儲罐、酸儲罐、堿儲罐、生物膜、生物反應(yīng)器、溶氧檢測器、泡沫檢測器、溫度計、pH計、乙醇檢測器、壓力表和循環(huán)水泵構(gòu)成。本發(fā)明利用微生物的降解技術(shù)將可降解的空間垃圾由大分子纖維素降解為寡糖，再分解成單糖，最后轉(zhuǎn)化成生物乙醇等。該系統(tǒng)既可有效處理空間飛行中航天員的生活垃圾，又可以實現(xiàn)太空中資源的最大限度回收；既降低了目前在空間垃圾處理方面的高昂成本，又能夠節(jié)約寶貴的太空空間。
【IPC分類】B09B3/00, B09B5/00
【公開號】CN105127179
【申請?zhí)枴緾N201510605387
【發(fā)明人】王振宇, 曲航, 李輝
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月22日