专利名称：用于复合有机材料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于复合有机材料的方法，在该方法中，将有机材料传送到一个生物反应器中，在这里对它进行混合，并且向其中添加用于调节氧气含量的材料和用于促进复合过程的细菌和/或酶，并且，在这里有机材料可以复合，此后，将复合的材料从生物反应器中取出以便稳定化。本发明还涉及用于复合有机材料的装置，该装置包括一个生物反应器，它具有至少一个填充和排空孔，以便填充和排空该生物反应器，以及一个混合传送装置，用于混合生物反应器中的材料，以便传送要复合的有机材料，并且在生物反应器中混合所述材料。
目前，有多种用于复合诸如生物废物和生物物质的有机材料的方法，以及用于所述方法的多种装置。例如，所述装置是漏斗复合器、滚筒复合器和筒仓复合器。将需要在所述复合器中复合的材料输送到复合器中，然后将所述复合器保持在特定环境下，以便复合过程能够开始，并且以有效方式进行。在某些目前认可的复合器中，在复合期间将空气输送到复合器中。这样促进了氧气的供应和复合过程。
现有的复合方法是这样起作用的，但是，采用所述方法的复合过程要持续相当长的时间(通常为数周)，并且难于控制。另外，在使用目前已知的复合方法时，有机材料的组成是复杂的，并且难以确定复合过程的进展阶段和卫生情况。另外，举例来说，对于现有的复合方法没有良好的异味控制措施，并且在特殊场合下，会对从事与复合器相关的工作的人员造成实际的健康损害。
本发明的目的是提供一种用于复合有机材料的方法和装置，该方法和装置消除了上面所提到的缺陷。特别是，本发明的目的是提供一种方法，它能促进有机材料比以前更快、更均匀和更灵活地复合，并且，它可以确定复合过程的进展。另外，本发明的目的是提供一种装置，该装置比较简单并且省钱，采用该装置，对卫生情况的确定可以可靠和简便地进行。
本发明的目的是通过一种用于复合有机材料的方法和装置实现的，所述方法和装置的特征如权利要求书所述。
本发明方法的特征是，通过一个混合传送装置向上传送有机材料，然后向下降落到一个扩散部件上，并且从这里再返回到传送装置，从而将有机材料扩散成较小的粒度，并且所述颗粒会降落，与生物反应器中的空气里的氧气和水分接触。这正是所述有机材料的颗粒为什么一直能均匀地获得氧气和水分，并且在所有材料量中使有机材料的复合快速而且同时进行的原因。由于它能够比现有公认的方法使用明显较短的时间分解有机材料，并且原始复合材料具有较高质量，因此，它可以更均匀地复合。
在本发明方法的一种优选用途中，生物反应器中的有机材料是由混合传送装置沿着半球形壁传送的，以便所述材料跟随着球形轨迹向上旋转，并且回落到主要与传送方向相反的方向，并且向下。另外，将落下的有机材料导向与所述球形壁相对的壁，由它分散生物反应器中的材料。这样可以混合所述有机材料，并且将所述材料均匀和彻底分解成较小的粒度，以便在下落时，对所述颗粒的氧气和水分的输送尽可能地均匀和有效。
在本发明方法的第二种优选用途中，以特定的时间间隔将有机材料混合一段合适的混合时间。这样可以控制由它所引起的微生物学功能和温度的增加，以便可以尽可能有效和尽可能快地实现复合。
本发明方法的第三种优选用途是，生物反应器内的水分含量是在复合过程中调节的。有效复合的推测因素包括合适的水分含量。通过本发明方法的生物反应器的湿度控制装置，可以将生物反应器中的空气里的水分含量保持在最佳值，这是对所述有机材料的分解有影响的其他因素所必须的。这是达到空气中水分含量的最佳环境的途径，由此可以加速并且提高所述有机材料生物分解的效率。
在本发明方法的第四种优选用途中，所述有机材料的酸性是通过测定所述有机材料的pH值，并且向生物反应器中添加酸性调节材料而进行调整的。有机材料的酸性对分解该材料的细菌的功能有影响。这正是为什么可以添加诸如石灰或某些其他合适的酸性控制材料，以便使pH值尽可能地保持合适，并且通过酸性使复合过程尽可能有效和彻底地进行的原因。
本发明装置的特征是，所述生物反应器包括一个转向部件，以便引导所述有机材料由所述混合传送装置向上传送，并且返回到主要与传送方向相反的方向。由于所述转向部件，根据本发明的方法，能够以简单的、可靠的和有利的方式混合要复合的有机材料，以便所述材料的所有颗粒都能与空气中的氧气和水分接触。
在本发明装置的一种有利用途中，所述转向部件是生物反应器的一个半球形端壁。这样就可以用转向部件，按照本发明的方法在所述生物反应器中简单地和有利地引导所述有机材料，而不必在生物反应器内安装独立的部件。另外，由于这种类型的端壁，在生物反应器的端壁和其他壁之间的结合点上没有聚集材料的拐角，所述拐角有可能粘住，并且聚集要复合的有机材料。
在本发明装置的第二种优选用途中，在生物反应器中有一个扩散部件，以便扩散由所述转向部件引导的材料。通过所述扩散部件将所述有机材料扩散成具有小的粒度的颗粒，并且在整个复合过程期间保持这种状态。因此，可以控制对有机材料的所有颗粒进行均匀地和受控制的氧气和水分供应。
在本发明装置的第三种优选用途中，从上面看本发明的扩散部件主要是V形的壁，沿对角位置安装在生物反应器内。用于这一目的的扩散部件，结构简单并且造价低廉。另外，可以方便地生产这种类型的扩散部件，以便通过该扩散部件使得生物反应器的其他部分不会有聚集或团聚材料的地方，如不同类型的拐角或空腔。另外，使用这种类型的扩散元件可以很容易地将有机材料导向需要的方向，例如，返回到生物反应器内的传送部件。
在本发明装置的第四种优选用途中，在所述生物反应器内有一个复合部分和一个净化部分，而扩散部件是位于所述复合部分和净化部分之间的分隔壁。这使得生物反应器的内部结构简单，并且造价低廉。另外，这使得具有较少的与所述分隔壁分离的部分，这些部分在复合部分内可能容易聚集和团聚材料，并且没有必要在复合部分和净化部分之间构造任何特殊的分隔壁。
下面将结合附图对本发明作更详细地说明，其中，
图1表示从侧面看上去的本发明方法的装置，和图2表示从前面看上去的
图1所示的装置。
图1和2中的装置包括一个安装在合适基座上的可旋转的，处于倾斜状态的生物反应器1，它是一个容器样装置，由一个锥形部分10构成，用一个垂直的壁板封闭它的较细的一端，并且由一个半球形端壁11起着转向部件的作用，它位于较粗的一端。在这种情况下，两部分都是用不锈钢板材制成的，在其外表面用诸如聚亚胺酯的材料进行绝缘。在生物反应器的下部具有一个底部7，它的一部分是一个排空孔17，该排空孔具有可打开的排空孔盖8和9。有一个用于混合材料的传送装置2，它是由靠近生物反应器下部的底部安装的螺杆3-6构成的。用隔壁16将生物反应器内部划分成复合部分14和净化部分15。为了用有机材料填充复合部分14，在它的上部有一个复合部分的填充口12。相应地，有一个净化部分的填充开口13，用于向净化部分15添加净化材料。如
图1所示，填充开口12和13装有截面为方形的管接头，和位于所述管接头下部的密封板，以便更容易填充，并且在复合过程中密封所述填充口。如图2所示，在复合部分14的下部有一个开口，在这里有螺杆，这些螺杆与螺杆3-6一样宽，并且与螺杆的螺纹部分一样长，并且所述开口由底部7覆盖，在螺杆下面与螺杆的形状一致。在这种用途中，有机材料的排空是通过用铰链与底部7的排空孔17连接的排空孔盖8和9完成的。另外，
图1和2所示的装置包括一个倾斜装置(在
图1和2中未示出)，它包括一个通过液压缸调节的倾斜机构，以便使生物反应器倾斜，例如，倾斜成
图1所示的状态。在
图1所示的用途中，倾斜角度可以在水平位置到大约40度角之间调整。所述装置的底部是一种已知的基础结构，通过它能够以有效方式将带有附件的生物反应器连接在需要的位置上。
图1和2所示装置的混合材料的传送装置2是由螺杆3-6构成的。在本用途中，所述螺杆是用于通过电马达输送材料的已知传送螺杆，并且，它被安装在
图1所示反应器下部的轴承上。螺杆3和4的螺纹具有相同的方向，并且与螺杆5和6的螺纹方向相反。所有螺杆的螺纹方向是经过选择的，以便输送到复合部分的材料向端壁11运动，并且从侧面向中央运动。
在
图1和2所示装置中，根据本方法的转向部件是生物反应器的半圆形的端壁11。通过它可以使螺杆3-6输送的材料在生物反应器内转向，通过其上部返回到生物反应器较细的一端。由于所述球形形状，材料返回同样是沿螺杆的纵轴线方向的，并且是沿纵轴线和横轴线之间的方向的。这样，由
图1和2所示的装置混合有机材料，以便所述材料上升，并且再次落向隔壁，并且从这里返回到螺杆3-6。在降落时，要复合的有机材料的颗粒与生物反应器中的空气中的氧气和水分接触。生物反应器中的空气的水分含量是通过该装置的调节和控制系统控制的，以便降落的材料总是能获得合适数量的氧气和水分。根据本发明的方法，所述装置包括一个扩散部件，以便将材料扩散成合适的小的粒度。在这种场合下，位于复合部分14和净化部分15之间的隔壁16表示所述扩散部件。为此，将它设计成从上面看具有V形形状，以便V形的顶点指向复合部分的方向(螺杆的传送方向)。这样，复合部分内的有机材料主要被分隔成两个朝向侧面的材料流，同时向隔壁16回落。由此将可能出现的材料团块粉碎，并且扩散成较小的尺寸，由此保持所述材料相对氧气和水分供应而言，是处于较小粒度的有利形式。
在这种情况下，调节和控制系统(在
图1和2中未示出)包括一个空气输送系统，一个用于测定氧气和水分含量和用于测定温度的测量装置，一台计算机，安装在计算机内的控制和检测卡，以及合适的计算机程序，以便以预先确定的方式控制各种功能。用于测定氧气和水分含量以及要复合的有机材料的温度的探测头，安装在生物反应器内的合适位置上，并且与上面所提到的检测和控制卡连接。通过由计算机控制的空气输送系统(在
图1和2中未示出)，可以向生物反应器输送空气，并且根据预先确定的湿度曲线，控制生物反应器内的空气水分含量。这样，就生物反应器内空气的氧气和水分含量而言，可以拥有材料分解的尽可能理想的环境。
在生物反应器1的锥形部分10的一侧设有一个空气输送孔，对于所述开口的空气输送系统来说，在它上面已经连接了作为该系统一部分的空气输送通道，并且在所述锥形部分的另一侧、相对侧设置了一个出口，该出口与空气出口通道连接。所述空气输送通道与装有一个除湿器的风扇连接，而所述出口通道与一个过滤器连接。所述除湿器具有一种已知结构，以便除去被吹送到空气输送通道内的空气中的水分。在这种情况下，所述过滤器是所谓的生物过滤器，它是一种以前已知的结构。通过它可以从生物反应器中的空气中除去有可能在输出的空气中产生的有害的有机气体，否则这些气体会导致以前提到过的与以前已知的设备相关的有害气味。
采用
图1和2所示的装置，通过填充孔12，用某些合适的可复合的有机材料填充生物反应器的复合部分14。所述有机材料是各种生物物质，如来自食品生产行业的有机废物和有机生活垃圾。此后，将用于调节氧气含量的材料添加到复合部分14，所述材料是某种诸如锯末的原材料，它能以合适的方式增加要复合的有机材料的氧气含量。然后将反应器部分旋转到合适的倾斜状态，并且启动起着混合传送装置2的作用的螺杆3-6，并且开始混合所述有机材料和用于调节氧气含量的材料。在这一阶段持续混合某些时间，通常为半小时到一小时，然后停止混合一段时间。在混合过程中可以根据要复合的材料添加合适的好氧细菌到要复合的材料，以便促进复合过程。在开始混合之后，同样通过空气输送系统开始氧气和水分含量的调节。这一目的是通过按照事先确定的程序，通过空气输送通道向生物反应器中吹送空气(必要时可以对空气加湿)而实现的，所述程序是该调节和控制系统的一部分，它考虑到了对生物反应器中氧气和水分含量，以及温度的连续测定。在第一混合阶段之后，停止螺杆，并且调节复合条件。为了保持以需要的水平输送空气，启动所述螺杆和空气输送系统，并且运行合适的时间(通常为运行大约10分钟，间隔一小时)。合适的持续时间是通过来自检测探头的结果确定的，以便将氧气和水分含量和温度保持在规划的水平上。这一阶段一直进行到达到所述温度，和复合该复合材料所需要的温度的持续时间。可以根据要复合的有机材料含量，从保存在计算机储存器中的程序库中选择调节程序。通常保持氧气含量的稳定，并且根据事先确定的水分曲线针对有机材料调节水分含量。温度可能不能直接调控，不过，温度的调控可以通过其他调节措施间接进行。温度增加的过高，对细菌的活性具有延缓作用，因此，最有效的分解是在取决于复合过程的进展和所使用的细菌的温度下进行的。通常，在复合过程结束时，温度可以达到55-800℃。这一阶段(所谓的粗复合)是在用合适的细菌填充所述装置之后20-30小时完成的。此后，打开底部的排空口盖，并通过使用合适传送装置的螺杆将生物反应器排空，例如，所述传送装置传送材料，以便在合适的地方稳定化，如传送到为此而生产的室外堆积场。在稳定之后，复合的材料即可根据需要使用，例如用作植物肥料。
本发明的方法可以在多个方面不同于上述所列举的用途。例如，它可以包括以不同的方式和不同的复合参数和时间实现的阶段。另外，在某些用途中，本发明方法的控制可以包括，例如，测定和调控各种参数。根据pH测定对要复合的材料的酸性的调控就是一例。在这种情况下，有机材料的酸性是通过向生物反应器中添加合适的酸性控制剂进行调控的。可以对酸控制剂的投放进行组织，以便自动进行，或者可以根据该装置的计算机计算和指令手工进行。
本发明方法的装置还可以以不同于
图1和2所示实施例装置的形式实现。例如，生物反应器各部件的形状、大小和材料以及混合部件的螺杆的数量、大小和螺纹都可以改变。生物反应器的锥形部分、半球形端壁、填充和排空口盖以及作为扩散部件的隔壁可以用其他合适的材料制造，如可以用各种类型的合金、铝、复合材料或某些合适的塑料取代不锈钢板材。在复合部分和净化部分之间起着扩散部件作用的隔壁的角度和位置，可以不同于
图1所示的位置，例如，取决于相关的装置的材料的类型，并且取决于在生物反应器内输送和混合该材料的速度。当然，在某些用途中，扩散部件和转向部件可以是设置在复合部分内的、与生物反应器壁板分离的独立部分。另外，可以根据需要制造不同于
图1和2所示用途的装置的其他部件，以便通过这些部件提供一种有效装置，以便实现本发明的方法。
本发明并不局限于所提供的有利用途，相反，它可以在权利要求书所限定的本发明的构思范围内改变。
权利要求
1.一种用于复合有机材料的方法，在该方法中，将有机材料传送到生物反应器(1)，在这里混合所述材料，并且在这里向其中添加调节氧气含量的材料和用于促进复合过程的细菌和/或酶，并且在这里有机材料可以复合，此后，传送复合的材料，以便在生物反应器外面稳定化，其特征在于，要复合的材料是通过混合传送装置(2)向上传送的，并且降落到扩散部件(16)上，并且从这里返回传送装置，由此将有机材料扩散成较小的粒度，并且这些颗粒在下落时与生物反应器(1)中的空气中的氧气和水分接触。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生物反应器(1)中的有机材料是通过混合传送装置(2)靠着半球形壁(11)传送的，以便所述材料跟随着主要为球形的路径向上转向，并且向下降落到主要与传送方向相反的方向，并且降落的有机材料靠着分散材料的壁板(16)导向，并且该壁板与生物反应器(1)的半球形壁(11)相对。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述有机材料以特定的间隔混合达合适的混合时间。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，生物反应器(1)内的空气的水分含量是在复合期间进行调控的。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，有机材料的酸性是通过测定有机材料的pH值，并且向生物反应器(1)中添加酸性调节材料来调节的。
6.一种用于复合有机材料的装置，它包括一个生物反应器(1)，该反应器具有至少一个填充和排空孔(12，13，17)，以便填充和排空该生物反应器，和一个用于生物反应器(1)内的材料的混合传送装置(2)，以便在生物反应器内混合要复合的有机材料，其特征在于，生物反应器(1)包括转向部件(11)，以便通过混合传送装置(2)向上引导将被传送的有机材料，并且返回到主要与传送方向相反的方向。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转向部件(11)是生物反应器的半球形端壁。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述生物反应器包括一个扩散部件(16)，以便扩散由所述转向部件导向的材料。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，从上面看，扩散部件(16)主要是V形形状的壁板，并且在倾斜位置连接到生物反应器(1)内部。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，在生物反应器(1)内部构造有一个复合部分(14)和净化部分(15)，并且将位于复合部分(14)和净化部分(15)之间的隔壁用作扩散部件(16)。
全文摘要
本发明涉及一种复合有机材料的方法，在该方法中，将有机材料传送到生物反应器(1)中，在这里对它进行混合，并且向其中添加用于调节氧气含量的材料和用于促进复合过程的细菌和/或酶，并且，在这里有机材料可以复合，此后，将复合的材料从生物反应器中取出以便稳定化。本发明还涉及用于复合有机材料的装置，该装置包括一个生物反应器(1)，它具有至少一个填充和排空孔(12，13，17)，以便填充和排空该生物反应器，以及一个传送装置(2)，用于混合生物反应器(1)中的材料，以便传送要复合的有机材料，并且在生物反应器中对它进行混合。本发明方法的特征是，有机材料是通过混合传送装置(2)向上传送的，然后降落到扩散部件(16)上，并且从这里返回到传送装置，从而将所述有机材料扩散成较小的粒度，并且所述颗粒会降落，与生物反应器(1)中的空气里的氧气和水分接触。本发明装置的特征是，生物反应器(1)包括一个转向部件(11)，以便向上引导要通过传送装置(2)传送的有机材料，并且回到主要相对传送装置的传送方向相反的方向。
文档编号C05F9/02GK1514813SQ02811660
公开日2004年7月21日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年4月10日
发明者克劳斯·罗斯特罗姆, 克劳斯 罗斯特罗姆 申请人:马蒂·萨斯泰摩南恩, 克劳斯·罗斯特罗姆, 马蒂 萨斯泰摩南恩