用于处理有机垃圾的模块化生物反应器的制作方法

本发明属于有机物质处理技术领域，具体涉及一种用于处理有机垃圾的模块化生物反应器。

背景技术：

从全球范围来看，有机垃圾产量逐年递增，与一般垃圾相比，有机垃圾具有热值小、易腐烂、有机质含量高，以及N、P、K和其他微量元素含量丰富等特点。如何对大量有机垃圾进行资源化利用和无害化处理，减少有机垃圾对自然环境的不利影响，具有重要意义。

现有技术中，主要采用微生物降解发酵方法，对有机垃圾进行处理。依据有机垃圾处理规模，处理有机垃圾的装置主要包括两大类：第一类，户用沼气池。第二类，工业化沼气池。对于户用沼气池，虽然具有价格低廉和安装方便的优点，但是，具有有机垃圾处理效率低、自动化程度有限以及安全系数有限的不足。对于工业化沼气池，虽然有机垃圾处理效率、自动化程度以及安全系数均得到的提升，但却具有投资成本高、占地面积大、移动不灵活等问题。

因此，户用沼气池和工业化沼气池均具有较严重的使用局限性，尤其在较多场所，均不适宜使用户用沼气池和工业化沼气池进行垃圾处理，具体举例如下：

第一：中等规模的有机垃圾产生场所，例如，大型超市、物流中心和居民小区等。

在该类场所，由于户用沼气池具有维护工作量大、安全性难以满足该类场所要求等问题，因此，不适宜建设户用沼气池。而由于工业化沼气池需要占用面积较大，又具有投资成本高的问题，同样不适宜在该类场所直接建设工业化沼气池。

第二：季节性强的有机垃圾产生场所，例如，农业生产地区和旅游区等。由于农业生产地区在农业收获季节，会产生大量有机垃圾；同样，旅游区在旅游旺季，会产生大量有机垃圾。

对于该类场所，由于户用沼气池的启动时间较长，无法适用于该类场所有机垃圾季节性特点。同样，由于季节性问题，如果建设工业化沼气池，难以保证资金回报。

目前，我国在该类场所产生的有机垃圾每年达650万吨。这些垃圾目前尚未得到妥善处理，对环境产生严重负面影响。

第三：人流短暂聚集场所，例如，艺术表演场所、矿物勘探场所、人道主义援助活动和军事活动等。该类场所仅需要短期阶段性处理有机垃圾。而户用沼气池和工业沼气池，均具有无法移动的特点，因此，不适宜应用于该类场所。目前，该类场所产生的有机垃圾很少得到处理，对环境产生负面影响。

在上述三类场所，还存在一种垃圾处理方式，即：将垃圾集中到另外一个地点处理。但是，由于垃圾收集和运输费用昂贵，因此，该种垃圾处理方式，仍然难以大范围推广。

因此，如何解决上述各类场所垃圾处理难的问题，具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于处理有机垃圾的模块化生物反应器，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于处理有机垃圾的模块化生物反应器，包括n个生物反应器单元(1)、垃圾进料单元(2)、能源再利用单元(3)和沼液沼渣提取系统(4)；其中，n为自然数；

n个所述生物反应器单元(1)、所述垃圾进料单元(2)、所述能源再利用单元(3)和所述沼液沼渣提取系统(4)按任意组合方式组 合为不同的功能单元；然后，每个所述功能单元封装到一个壳体(10)中，所述壳体(10)开设有与所述功能单元的外部接口连通的功能接口，从而形成模块化单元；然后，通过连接件连接各个所述模块化单元的功能接口，组合为具有不同功能的模块化生物反应器。

优选的，所述壳体为集装箱；和/或

所述生物反应器单元(1)为厌氧发酵生物反应器和/或有氧发酵生物反应器；

其中，所述厌氧发酵生物反应器为流活塞持续干式厌氧发酵生物反应器。

优选的，所述生物反应器单元(1)包括消化系统(1-1)；所述消化系统(1-1)开设有第1进料口(1-2)、沼液沼渣排料口(1-3)和沼气排放口(1-4)；所述消化系统(1-1)的内部还配置有加热单元(1-5)；所述加热单元(1-5)配置有加热接口(1-6)；

所述垃圾进料单元(2)配置有第2进料口(2-1)和排料口；所述排料口用于通过连接件连接到所述生物反应器单元(1)的第1进料口(1-2)；

所述能源再利用单元(3)包括能源转化子单元(3-1)和净化子单元(3-4)；所述净化子单元(3-4)配置有用于连接到所述生物反应器单元(1)的沼气排放口(1-4)的进气口，所述净化子单元(3-4)的出气口连接到所述能源转化子单元(3-1)的进气口；所述能源转化子单元(3-1)配置有第1能源供给接口(3-3)和第2能源供给接口(3-4)；所述第1能源供给接口(3-3)连接到所述生物反应器单元(1)的加热接口(1-6)；所述第2能源供给接口(3-4)为用于向外部输送能源的接口；

所述沼液沼渣提取系统(4)配置有沼液沼渣抽取接口；所述沼液沼渣抽取接口通过连接件连通到所述生物反应器单元(1)的沼液 沼渣排料口(1-3)。

优选的，所述消化系统(1-1)还配置有搅拌器(1-7)、压力调节装置(1-8)、隔热装置(1-9)和紧急处理系统中的至少一种。

优选的，所述搅拌器(1-7)为水平搅拌器。

优选的，所述沼液沼渣提取系统(4)为抽取泵；或者，所述沼液沼渣提取系统(4)为螺旋出料装置；或者，所述沼液沼渣提取系统(4)为配置于所述生物反应器单元(1)的排料口，沼液沼渣依靠重力作用直接从所述排料口排出；

所述能源转化子单元(3-1)为锅炉、热电联产发电机和/或热电冷联产发电机。

优选的，所述垃圾进料单元(2)包括垃圾进料子单元以及和所述垃圾进料子单元连通的垃圾预处理单元(2-2)；所述垃圾预处理单元(2-2)为粉碎系统和/或制浆系统和/或无机物分离系统。

优选的，所述垃圾进料单元(2)设置于所述生物反应器单元(1)的上方。

优选的，还包括控制系统(11)；所述控制系统(11)包括集中监控系统和人机交互系统；

其中，所述集中监控系统用于采集生物反应器的设备运行参数，具体包括：所述消化系统(1-1)的运行参数和所述能源再利用单元(3)的运行参数；

所述人机交互系统用于显示所述集中监控系统采集到的设备运行参数。

本发明提供的用于处理有机垃圾的模块化生物反应器具有以下优点：

根据实际垃圾处理地点的需求，采用模块化组装方式，可快速简易的组装为相应功能的生物反应器，具有成本低、易安装调试、易移 动、占用面积小、安全性和自动化程度高等优点，可大范围推广使用。

附图说明

图1为本发明提供的一种组装示例图；

图2为本发明提供的另一种组装示例图；

图3为图2的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

本发明提供一种用于处理有机垃圾的模块化生物反应器，该模块化生物反应器主要由四类处理单元组成，分别为：生物反应器单元1、垃圾进料单元2、能源再利用单元3和沼液沼渣提取系统4。

各处理单元的功能主要为：

(1)垃圾进料单元

垃圾进料单元2配置有第2进料口2-1和排料口；排料口用于通过连接件连接到生物反应器单元1的第1进料口1-2。用于将外部垃圾导入到生物反应器单元。

此外，根据被处理垃圾的特点，还可以设置垃圾预处理单元2-2；垃圾预处理单元2-2可采用粉碎系统和/或制浆系统和/或无机物分离系统。通过垃圾预处理单元对最初垃圾进行预处理后，再导入到生物反应器单元，能够提高垃圾在生物反应器单元的处理效率。

此外，为方便使用，可将垃圾进料单元2设置于生物反应器单元1的上方。使有机垃圾可以直接从高处进入本处理系统。

(2)生物反应器单元

生物反应器单元1包括消化系统1-1；消化系统1-1开设有第1进料口1-2、沼液沼渣排料口1-3和沼气排放口1-4；消化系统1-1的内部还配置有加热单元1-5；加热单元1-5配置有加热接口1-6；

需要强调的是，本发明提供的模块化生物反应器，可采用现有技 术中各类型式的生物反应器单元，例如，为厌氧发酵生物反应器或有氧发酵生物反应器；对于厌氧发酵生物反应器，可采用流活塞持续干式厌氧发酵生物反应器。作为一种优选方式，尤其可采用本发明人申请的专利号为ZL 2012 1 0187663.X的生物反应器。

此外，根据实际需求，消化系统1-1还可以配置有搅拌器1-7、压力调节装置1-8、隔热装置1-9和紧急处理系统中的至少一种。其中，搅拌器优选为水平搅拌器。压力调节装置用于控制消化系统内部的气体压力。当为厌氧发酵时，主要用于调节沼气压力。紧急处理系统可以采用放空火炬。

(3)能源再利用单元

能源再利用单元3包括能源转化子单元3-1和净化子单元3-4；

(3.1)净化子单元

本发明提供的净化子单元，主要用于将生物反应器单元所排出的沼气进行净化，例如，去除水蒸气，硫化氢，或者说挥发性有机物等，从而方便能源转化子单元对沼气进行再利用。

因此，净化子单元3-4配置有用于连接到生物反应器单元1的沼气排放口1-4的进气口，净化子单元3-4的出气口连接到能源转化子单元3-1的进气口。

(3.2)能源转化子单元

能源转化子单元3-1主要用于将生物反应器反应中产生的热量进行再利用，具体的，可产生各类能量形式，例如，热能、电能或冷气，所采用的装置为锅炉、热电联产发电机和/或热电冷联产发电机。

因此，能源转化子单元3-1配置有第1能源供给接口3-3和第2能源供给接口3-4；第1能源供给接口3-3连接到生物反应器单元1的加热接口1-6；第2能源供给接口3-4为用于向外部输送能源的接口；

(4)沼液沼渣提取系统

沼液沼渣提取系统主要用于提取消化系统进行消化反应后生成的产物。具体的，沼液沼渣提取系统4配置有沼液沼渣抽取接口；沼液沼渣抽取接口通过连接件连通到生物反应器单元1的沼液沼渣排料口1-3。

实际应用中，沼液沼渣提取系统4可采用多种形式，例如，采用抽取泵；或者，采用螺旋出料装置；或者，沼液沼渣提取系统4为配置于生物反应器单元1的排料口，沼液沼渣依靠重力作用直接从排料口排出；

(5)控制系统

还包括控制系统11；控制系统11包括集中监控系统和人机交互系统；

其中，集中监控系统用于采集生物反应器的设备运行参数，具体包括：消化系统1-1的运行参数和能源再利用单元3的运行参数；

人机交互系统用于显示集中监控系统采集到的设备运行参数。

本发明提供的上述每类处理单元，其具体配置数量，根据实际有机垃圾处理量而确定。并且，根据实际需要，上述四类处理单元，可按任意组合方式组合为不同的功能单元，例如，可以将生物反应器单元1、垃圾进料单元2、能源再利用单元3和沼液沼渣提取系统4组合为一个功能单元；也可以将生物反应器单元1和垃圾进料单元2组合为一个功能单元，而将能源再利用单元3和沼液沼渣提取系统4组合为另一个功能单元等。具体的，参考图1，为本发明提供的一种组装示例图，在图1中，共配置两台沼液沼渣提取系统4；一台沼液沼渣提取系统4形成一个独立的功能单元；另一台沼液沼渣提取系统4和生物反应器单元1组合为一个功能单元；而垃圾进料单元2和能源再利用单元3分别形成一个独立的功能单元。参考图2，为本发明提供的另一种组装示例图，在图2中，垃圾进料单元2为一个独立的功能单元，而生物反 应器单元1、能源再利用单元3和沼液沼渣提取系统4组合为一个功能单元；图3为图2的立体示意图。可见，本发明所组合成的每个功能单元封装到集装箱等壳体内，因此，方便移动每个功能单元；又由于集装箱直接开设有与功能单元接口对应的功能接口，因此，在将各个包含功能单元的集装箱运输到垃圾处理地点后，只需要使用管路等连接件，将各个集装箱的对应功能接口连接起来，即组合成最终处理垃圾的模块化生物反应器，进而对有机垃圾进行处理；可见，具有方便移动、组合方便快速、占用体积小、安装费用低等优点，从而减少垃圾运输的费用和垃圾分拣费用。又由于模块化生物反应器配置有控制器，实现了对垃圾进行有效、安全和自动化的处理，提高了垃圾处理效率。

另外，本发明提供的模块化生物反应器，将垃圾处理过程中产生的能量通过能源再利用单元进行再利用，并且，能源再利用单元所输出的能源，主要有两个用途：第一，能源再利用单元所输出的能源直接输送回生物反应器，用于对生物反应器进行加热；第二，能源再利用单元所输出的能源，输送给现场的其他耗能部件，例如，直接对水进行加热，从而提供热水；以上两种能源用途，均实现了热量的现场利用，而不需要将垃圾处理过程中产生的能量向外输送，进一步提高了能量利用率，节省了能源输送的成本。

本发明提供的用于处理有机垃圾的模块化生物反应器，适用场合广泛，主要包括：

1、适用使用在持续1周到1年短期的活动地点，尤其是持续时间为2周到8个月的活动地点。

2、适用使用在农业收获地区或者旅游区。

3、适用使用在2周到8个月内大量产生垃圾的地点，尤其是1到6个月内大量产生垃圾的地点。

4、适用使用于日生产100公斤到20吨有机垃圾的单位，尤其是日 生产200公斤到5吨有机垃圾的单位。

5、适用使用于大型超市、市场，物流中心或居民小区等地点。

概括起来，尤其适用于以下三类场所：

第一类：中等规模的有机垃圾产生场所，在该类场所，有机垃圾产生量大约为每天100公斤到20吨，特别适用于每天200公斤到5吨产量的场所。

例如，大型超市、菜市场、物流中心和居民小区等。在该类场所，有机垃圾可首先由投放垃圾的人进行人工分拣，然后，将分拣后的有机垃圾直接投入垃圾进料单元，从而有效节省成本，解决使用垃圾集中分拣系统非常复杂而昂贵的问题。另外，由于本发明中，垃圾进料单元设置于生物反应器单元的上方，因此，实际使用中，用户可直接将垃圾从楼上投入到垃圾进料单元，从而节省垃圾提升运输造成的费用。

在该类场所，能源再利用单元收集到的垃圾处理过程中产生的能量，优选为就地使用，具体使用方式，根据当地地区的需求而定，例如，可以使能源再利用单元提供的热量对水进行加热，进而向用户提供热水；也可以将能源再利用单元提供的热量，作为空调或冷库的驱动源，从而向用户提供冷气；也可以直接将能源再利用单元提供的热量转化为电能等。可见，采用该种方式，即节约了能源进行转化和运输的费用，减少投资成本；另一方面，也为当地用户提供了所需的各类能源。

第二类：季节性强的有机垃圾产生场所，例如，农业生产地区和旅游区等。由于农业生产地区在农业收获季节，会产生大量有机垃圾；同样，旅游区在旅游旺季，会产生大量有机垃圾。

通常情况下，该类场所中，每年有机垃圾产生高峰时间为2周到8个月，更高峰时间为1到6个月。

通过采用本发明提供的模块化生物反应器，当有机垃圾高峰产生时间到达时，可快速将模块化生物反应器移动到垃圾处理地点，然后，快速安装和启动组合后的生物反应器，实现对有机垃圾的高效处理；当有机垃圾高峰产生时间过去后，又可方便快速的移走模块化生物反应器，将模块化生物反应器移动到其他需处理有机垃圾的地点，提高了模块化生物反应器的利用效率。

进一步的，在该类场所，模块化生物反应器产生的能源也可就地使用，例如，在农业收获地区，该发明产生的能源可以产生冷气，从而保存收获的产品。

可见，本发明提供的模块化生物反应器，有效解决了该类场所有机垃圾难以有效处理的困难，降低了有机垃圾对环境的负面影响。

第三类：人流短暂聚集场所，例如，艺术表演场所、矿物勘探场所、人道主义援助活动和军事活动等。该类场所仅需要短期阶段性处理有机垃圾，并且，该类场所特别需要热量和电力。

通过采用本发明提供的模块化生物反应器，可在垃圾处理地点，快速安装使用，并且，模块化生物反应器产生的能源直接提高场所需要的热量和电力；当活动结束时，又可以快速转移模块化生物反应器，使模块化生物反应器用于其他垃圾处理地点，提高了模块化生物反应器的利用效率。

可见，本发明提供的模块化生物反应器，有效解决了该类场所有机垃圾难以有效处理的困难，降低了有机垃圾对环境的负面影响。

综上所述，本发明提供的用于处理有机垃圾的模块化生物反应器，具有以下优点：

根据实际垃圾处理地点的需求，采用模块化组装方式，可快速简易的组装为相应功能的生物反应器，具有成本低、易安装调试、易移动、占用面积小、安全性和自动化程度高等优点，可大范围推广使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。