一种处理有机废物的工艺技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种有机废物的处理工艺技术和设备。
【背景技术】
[0002]随着环保问题的日益突出，处于卫生和安全的考虑，以及对人类、自然和生态平衡的保护，任意倾倒垃圾、废物以及显而易见的污染越来越受到社会的谴责。
[0003]尽管政府已经出台环境保护相关的政策法规，规范和限制废物的排放，尤其是减少未经处理的废物的排放，但垃圾废物的量依然不断增长。因此，急需高效、经济的废物垃圾的处理工艺，以缓解对环境的污染。而且一种最为恰当的工艺技术是能使处理净化后的废物再利用，无论这些废物垃圾是生活垃圾、农业垃圾还是工业垃圾等等。同时，这种技术还需要满足现代社会的经济理念:垃圾废物经过净化处理后的，拥有一定的市场价值，以抵消处理净化所花费的费用。另外废物再利用涉及的能量消耗也要尽可能低。
[0004]无机废物、人工合成有机高分子物质等一般都需要经过净化处理。尽管来自动物饲养场的废物，主要是动物的排泄物，一般可自行分解，但这些废物也引起多种严重的环境问题，比如废物量过大、令人厌恶的气味、分解产物中的高浓度含氮物质等等。
[0005]另一个领域中，污水处理站面临一个棘手的问题。污水经过处理和纯化后，会残留大量的沉淀物，这些物质的储存和消除是个难题，而且随着时间推移，沉积物积聚越来越多，更难以处理。
[0006]有提议利用焚化技术处理有机废物，但焚化有诸多弊端:前提投入和应用中产生的费用非常高；焚烧产生的烟尘和气体需要进一步处理，这也是一项支出。同时，焚化产物也已经没有什么经济价值。
[0007]利用堆废化工艺技术处理废物垃圾，通过菌群的无氧降解，形成堆肥，后者可作为肥料用于农业生产。但这项工艺技术也不尽令人满意，因为整个无氧降解的过程大概要持续20天左右，并且堆肥中的营养物成分(氮、磷等)含量也比较低，是一种质量较差的肥料。此外，堆废化过程中，会产生令人恶心的气味，这些需要特殊的处理，或者优化堆废话工艺以降低产气量。
[0008]有机废物的生物净化工艺，主要是降低废物中的有毒物质的含量，尤其是氮，但也会将它再次引入到合成代谢通路中。
[0009]本发明旨在提供一种用于处理有机废物的工艺技术，如动物排泄物、水净化过程中的副产物或其他类似物。本发明工艺保证了净化后产物的质量以及市场价值。除此之外，还具有耗时短、无毒副产物和运行成本低等特点。
[0010]另外，类似的工艺技术还可应用于宇宙飞船。本工艺的生物自产物食物、水和氧可供飞船上的宇航员使用，从而减少飞船起航前的装载量。这个工艺设计是一个人造生态系统，包含四个无杂菌的微生物处理室，依据其功能不同应用在生态系统的不同处理阶段，如废物液化阶段、硝化阶段和生物合成阶段等。第五个处理室，命名为“消费”室，即宇航员享用的空间。设计的整个生态系统都是在一个无氧的闭合空间中，必须限制氧消耗，而且所有的产物也都出现在这个闭合空间中。基于此技术和经济方面的约束,这种人造的生态系统工艺并不适用于地球上的废物再利用。
【发明内容】
[0011]传统的有机废物的开发利用技术，是在闭合空间中设计将废物转化为微生物食物、水和氧。本发明突破了这种传统的技术束缚，在开放的系统中净化废物，并产生食用性的、高营养素的动物饲料和可供利用的天然气以及肥料。
[0012]本发明工艺技术用于处理有机废物，其组成主要包含以下阶段:
(1)收集废物；
(2)无需灭菌，将废物直接投入第一反应器；
(3)第一反应器中，应用中温厌氧菌(Mesophilicanaerobic bacteria)或嗜热厌氧菌(Thermophilic anaerobic bacteria)分解有机废物；
(4)回收初步分解净化的废液，转运至第二反应器中；
(5)利用第二反应器中的异养菌(Heterotrophicbacteria)或光异养菌(Photoheterotrophic bacteria)分解代谢废液，以生成食用性生物成分；
(6)回收并包装这些生物产物。
[0013]本发明工艺中应用到的微生物的说明:
“中温厌氧菌”是一种在无氧条件下生存和繁殖的菌种，适宜生存的温度为20°C-40°C。
[0014]“嗜热厌氧菌”是是一种在无氧条件下生存和繁殖的菌种，适宜生存的温度为高于45°C，甚至高达85°C。
[0015]“异养菌”是一种在有氧的条件下，能够消化有机含碳类物质的细菌，菌体本身也产氧。
[0016]“光异养菌”是一种以光作为能量源的细菌，它也能够消化有机含碳类物质。
[0017]本工艺中，中温厌氧菌和嗜热厌氧菌是一些能够分解废物的混合菌，有蛋白水解菌、糖分解菌和纤维素分解菌以及水解大分子生物聚合物的菌，常见的大分子聚合物有DNA、RNA、脂肪和纤维等。首先应用这些菌消化废物，将其分解成小分子的含碳化合物和含氮化合物。处理后的产物进入第二反应器中。这些小分子的含碳化合物和含氮化合物主要是不稳定脂肪酸，如乙酸、戊酸、丁酸、异丁酸、丙酸、己酸等等，此外还有胺脲、乙醇和氨。分解废物的中温厌氧菌或嗜热厌氧菌，是一类寄生在动物肠道内的细菌。
[0018]工艺中此步的具体实施时，应用嗜热厌氧菌分解废物可选用的温度范围是45°C至80°C，最佳范围是55°C至70°C。应用此温度范围可以清除一些致病菌，如细菌、酵母、原生动物或病毒等。这些致病菌存在于垃圾废物中，并随垃圾废物一起进入到第一反应器中。因此在较高温度条件下，嗜热菌可发挥其分解废物的作用，而其它菌群可被杀死。当然分解废物的过程也需要一段时间，必须能够使废物中的80%以上的蛋白质、多糖和脂肪被分解。最终，经过分解的废物被液化并具有流动性，液化的废物具有液相和固相，固体颗粒悬浮于液相表面。此时需要将固相与液相分离，可以借由过滤设施或是筛网等，并回收液相。液相被弓I流如第二反应器中，而残余的固体物质可用于堆肥化。
[0019]异养菌和光异养菌是红螺菌科家族的成员。红螺菌科家族的细菌来自红细菌属，诸如夹膜红细菌，或红螺菌属如深红螺菌。异养菌和光异养菌应用与废物净化处理的下一个阶段，可以通过利用液体分解产物中的含碳物质和不稳定脂肪酸，产生食用性生物物质。菌体在有氧呼吸作用和无氧光合作用下，不断生长、增殖，同时产生可食用生物质。这些生物质的回收，需要从液体中分离，这时需要应用气浮。
[0020]废物的高温分解和后期的开发利用过程中也会产生一些燃料气体，如甲烷、氢气等。所以工艺设计中中还需要加入清除这些气体的步骤。而在第一反应器中，产生的燃料气体可直接用于加热。
[0021]因此，本发明工艺设计解决了有机废物堆积而造成的严重环境污染问题。另外，有机废物转化为可食用性生物质，可用于动物饲料或是农作物化肥，而且无毒性物质残留，并且投入成本低，适应现代工业化需求。
[0022]本发明工艺技术的具体可行性实施设计如下:
(1)第一反应器应用温厌氧菌或嗜热厌氧菌，分解废物有机废物，第一反应器为用于盛放有机废物和分解后的流动液体容器；
(2)第二反应器中应用异养菌或光异养菌，可产生食用性生物质，第二反应器包括一个用于回收生物质的容器；
(3)两个反应器间的转运设施；
(4)生物质的包装设备。
[0023]在这个净化车间中，第一反应器容器中，废物降解产生的气体被收集，用于加热，使反应器内维持一个较高的温度。第一反应器中，废物经分解后成为液相和固相混合物，需要将两相分离，回收液相。
[0024]第二反应容器中需要有光照和曝气。更具体而言，用作第二反应器的容器，需要有部分或是全部透明，这样才能使容器外的日光或是灯光照射到容器里面，为反应器中的分解产物的利用提供光能。当然也可以在第二反应器内部装配白炽灯等光照源。
[0025]第二反应器中产物，食用性生物质一般是浸在分解液中，首先需要将两者分离。分离后的食用性生物质被包装，这个过程包括去除液体、杀菌和脱水等步骤。
[0026]第一反应器中的产物有固相和液相，经过分离，液相被引入第二反应器中行进一步反应，而残余的固体物质应用堆肥化技术制成化肥。
[0027]本发明净化处理的有机废物的工艺技术，适用于动物废物的再生，如猪、反刍动物、马、家畜等，也适用于水净化中产生的有机沉淀物的再利用。
[0028]图表说明
图1所示为本发明工艺技术示意图。
【具体实施方式】
[0029]依据本发明工艺设计的净化车间可以建在废物所在地，也可以建在其他地方。如图所以，处理工艺主要包括了用作第一反应器“I”的容器“2”，用于收集一定量的废物，并利用中温厌氧菌或嗜热厌氧菌分解废物。容器“2”连有一个注入口 “3”，用于接受废物，或暂时存储待加入的废物。注入的方式可以是直接重力作用、水压作用、机械作用或是其他形式。容器“2”可以是凹槽样或是蓄水池样的开放容器，顶部配有可移动的密封盖。也可以直接将容器“2”设计为密封的蒸脸器或是坦克样容器。
[0030]由于待净化的废物的不同，以及分解环境的条件不同，如温度、PH、废物在容器内的停留时间等，产生的气体量也会有所不同，这些气体主要是可燃性气体，如甲烷、氢气等。所以第一反应器“I”连接一个管道“4”，以便分解产生的可燃性气体从容器“2”中排出。可燃性气体可以被立即燃烧，也可以暂时储存。管道“4”连有储存装置“5”用于储存气体产物，可以是压缩机、液化气或是瓶罐等。
依据本工艺，废物可在20°C至80°C范围内，在第一反应器中被中温厌氧菌或嗜热厌氧菌等分解。由于温度对分解反应是必要的，所以需要对容器“2”加热。将加热装置“6”连接容器“ 2 ”，或是放置到合适的位置，解热废物至合适的温度，并保持这个温度。加热装置可以是一个或多个环形的传热流体器连接容器“ 2 ”，其内装有热水。也可以是加热炉，如电热炉、燃气炉或是气体加热炉等。作为反应器“I”的容器“2”内，废物分解产生的气体，可直接被利用，作为能量源加热该容器。如果容器“2”内，反应产生的气体量较少，利用反应释放的气体加热容器“2”的加热装置“