专利名称：一种适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器设计，适用于畜禽养殖场、餐厨垃圾处理场/中转站、市政污泥、以及废弃食品/粮食等废弃物的生物生态处理，并产生高附加值蝇蛆，属于环境保护领域。
背景技术：
随着经济的快速发展，有机固体废弃物(如畜禽粪便、污水处理厂剩余污泥、或食品废弃物等)的产生与堆放造成了明显的环境污染，并危及公众健康。例如，2010年全国畜禽粪便年产生量将高达45亿吨，处理利用率却不到15%，全国现有各种规模的养殖场 14000多个，80%左右的养殖场畜禽废弃物未能得到有效处理和利用。由于嗜好取食尸腐性有机废弃物的习性，变态性发育双翅目蝇蛆(如家蝇Musca Domestica)是生物转化与降解有机废弃物的天然生物反应器。在一个5-10天的蝇蛆生长周期内，废弃物降解率(如有机质、恶臭物质)及主要废弃物减量化(含水量、总固体物质等)指标均达到20% -90% ； 与时同时，收获以废弃物为食的蝇蛆为生产(如渔业、家禽业)提供了优质的昆虫蛋白 (55% -63% )0此外，因蝇蛆富含不饱和脂肪酸(8% -12% )、多肽及多糖类物质，出现了以蝇蛆为原料的生物医药及精细化工等新兴产业。显然开发高效蝇蛆反应器，并优化蝇蛆特殊生长代谢过程来达到有机固体废弃物资源化、减量化、高值化是当前的一个重要技术攻关方向。仅从蝇蛆处理废弃物的技术环节，归纳地讲，国内外有关蝇蛆养殖与生产的技术 (模式)主要分为简易生产技术与工厂化生产技术。前者以就地取材为原则利用大尺寸塑料盆、瓦缸、及砖瓦水泥池作为蝇蛆处理废弃物的物理空间。此技术适用于小规模农场及家庭，成本低兼但效益低下。而工厂化生产模式是利用平房或塑料大棚的物理空间，将废弃物(或培养基质)呈条垛状或网格化地养殖蝇蛆，适用于大规模农场或堆场生产，经济效益高。其中塑料大棚模式为低温条件下开展蝇蛆养殖提供了可靠技术，而平房养殖模式(即平房蝇蛆反应器)主体结构为蝇蛆转化床与普遍砖瓦平房，往往需要通过外源加热来保证冬季蝇蛆生产。国外，还出现一种利用固体废物厌氧产能_蝇蛆转化组合式的反应器。目前，具备产业化与经济效益显著的蝇蛆工厂化生产技术模式在调控蝇蛆生长的适宜温度方面仍存在技术不足，即缺少专门用于在蝇蛆生长的物理空间内调节并满足蝇蛆所需适宜温度(18-30°C)的调控装置或设备，而这一不足往往因冬季温度过低、夏季温度过高而导致蝇蛆减产及废弃物处理效能降低。其次，避光性是蝇蛆生长习性的一个重要特性，当外部光强达到200001X时，蝇蛆器官受损、生长缓慢；当外部光强达到50001x，蝇蛆回避强光源处的食物；当外部光强达到IOOOIx以下时，蝇蛆生长与摄取食物不受光源影响。 夏季室外阳光照射的光强可达60000-1000001x，在冬季也能达到10000_500001x。由于现有技术缺少必要的遮阳装备或设备，在室外强光照环境下，反应器内的蝇蛆大量钻入在堆体的下面，造成废弃物处理不勻或死角，同时也降低蝇蛆产量。此外，快速生物脱水是蝇蛆转化并实现废弃物减量化的一个重要机理，而现有的蝇蛆工业化模式没有在硬件上配套通风排湿装置或设备，造成废弃物脱水效果低下并间接影响蝇蛆产量。发展持续、稳定、高效的蝇蛆反应器是大型有机固体废弃物处理与资源化利用的迫切要求。为此，针对现有工厂化蝇蛆处理技术的不足，本发明开展了针对塑料大棚模式蝇蛆反应器整体结构的创新性设计，成功研制了适用于产业化、有效调控适宜温度-光照-湿度的蝇蛆反应器。较之现有的技术，本发明在蝇蛆废弃物处理技术的“全年运行、高产稳产、 废弃物减量化显著”等性能方面优势显著。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可全年运行的蝇蛆反应器。本发明解决其技术问题所采取的技术手段是本发明适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器包括蝇蛆转化床、内置活动式遮阳网帘、透明塑料薄膜和活动式卷帘， 所述内置活动式遮阳网帘设于蝇蛆转化床的上方，透明塑料薄膜设于所述内置活动式遮阳网帘的上方，所述内置活动式遮阳网帘展开后能够用于遮挡由所述透明塑料薄膜透过的光线；所述活动式卷帘的上端与透明塑料薄膜连接，所述活动式卷帘的下端与地面连接，在所述活动式卷帘与蝇蛆转化床的池壁之间设有缓冲区，所述缓冲区内设有保温物质。优选地，本发明在所述透明塑料薄膜的上方还至少设有一层外置活动式遮阳网
fP ο优选地，本发明所述保温物质为木屑、稻壳、麦杆中的任一种或任几种。优选地，本发明所述缓冲区内的保温物质的高度为蝇蛆转化床的池壁高度的 75% -100%。与现有技术(如平房设施蝇蛆养殖场技术方案)比较，本发明的有益效果是1.本发明蝇蛆反应器的顶部由透明塑料薄膜覆盖，可在冬季温度过低时，有效调节蝇蛆反应器的内部温度至18-30°C，具有蝇蛆反应器的控温效果；塑料薄膜外部的活动式遮阳网能在夏季温度过高时降低棚内温度当夏季光强高于40001x时，蝇蛆转化床上方的内置活动式遮阳网帘可有效避光，使射入蝇蛆转化床的光照强度不超过30001x，从而避免蝇蛆受强光损伤并确保蝇蛆粪便生物转化均勻；而缓冲区可有效降低蝇蛆转化床的边距温差，使蝇蛆均勻分布于转化床内；当蝇蛆反应器内的湿度大于85%时，可打开活动式卷帘，促进蝇蛆反应器排湿；本发明以上所述的确保蝇蛆转化所需的“适宜温度-光照-湿度” 的整体性技术创新是现有蝇蛆反应器技术所不具备的。2.本发明蝇蛆反应器可在全年12个月内维持温度18-30°C、边距温差2_5°C、光照低于30001χ、湿度低于85%，解决了蝇蛆废弃物生物转化“全年运行、高产稳产、废弃物减量化显著”的技术瓶颈；本发明突出的技术效能是平房设施蝇蛆养殖场技术所不具备的。3.本发明的技术指标出众在一个蝇蛆生长期内天)，主要有机固体废弃物的减量化指标达到50%以上；同时新鲜蝇蛆产量可达到50-200kg/t，废弃物资源化潜力显
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者O4.本发明的处理对象广泛有机固体废弃物来源包括畜禽养殖粪便、餐厨垃圾、 食品加工剩余料、市政剩余污泥等。
图1是本发明蝇蛆反应器的整体结构示意图；图2是本发明蝇蛆反应器中的蝇蛆转化床的分布示意图；图3是本发明蝇蛆反应器中的内置活动式遮阳网帘的结构示意图。
具体实施例方式参看图1至图3，本发明蝇蛆反应器的主体部分包括蝇蛆转化床1、透明塑料薄膜 3、内置活动式遮阳网帘5、活动式卷帘7和缓冲区9。以下以一个具体的实施例详细说明本发明。图1所示的蝇蛆反应器设有铝合金大棚支架2，顶部外形为穹形，支架外部覆盖透明塑料薄膜3，并在透明塑料薄膜3外设置至少一层外置活动式遮阳网4。外置活动式遮阳网帘4的具体层数根据当地气候条件而定，也可根据实际需求进行拆除。在蝇蛆反应器内安装有蝇蛆转化床1，本发明对转化床构筑物的形状无特定要求，一般为长方形，可采用水泥混凝土浇制。蝇蛆转化床1的上部设内置活动式遮阳网帘5。如图3所示，内置活动式遮阳网帘5通过活动式内支撑柱6固定，内置活动式遮阳网帘5的一端连接卷帘轴13，另一端连接卷帘横杆14。“C”型轨道15与活动式内支撑柱6同高度；卷帘横杆14的两端圆形凸出部位与“C”型轨道嵌合；通过连接“C”型轨道的牵引绳16收放内置活动式遮阳网帘5， 通过卷帘把手17收纳内置活动式遮阳网帘5。内置活动式遮阳网帘5展开后能够用于遮挡由透明塑料薄膜3透过的光线。通常，透明塑料薄膜3的最低点处于内置活动式遮阳网帘5以下，从而保证在夏季光照强度过高时，光线不会直接射入蝇蛆转化床1，能够被内置活动式遮阳网帘5遮挡。活动式卷帘7的上端部通过卷帘把手8与透明塑料薄膜3连接， 下端部与地面相接，可通过卷帘把手8控制卷帘的伸放。蝇蛆转化床1的池壁的外壁与活动式卷帘7之间的地面上设有保温物质，从而在活动式卷帘7与蝇蛆转化床1的池壁之间形成缓冲区9。缓区内的保温物质的高度为蝇蛆转化床1的池壁高度的75% -100%，由此可确保蝇蛆转化床1的边距温差不超过2-5°C。为防止强降雨影响，可在活动式卷帘7的外侧开挖排水沟10，防止强降雨造成蝇蛆转化床受淹。在本发明蝇蛆反应器内，可根据处理量大小适当添加蝇蛆转化床1的个数，摆放方式并无固定要求，通常情况下可如图2摆放，即可将多个蝇蛆转化床1并排放置形成一个蝇蛆转化工作区，各蝇蛆转化工作区之间设有一定宽度的廊道7方便操作，廊道7的两端分别设有操作进口 11与操作出口 12。蝇蛆转化床1上方的内置活动式遮阳网帘5可整体覆盖整个蝇蛆转化工作区，也可在每个蝇蛆转化床上方分别单独设定一个内置活动式遮阳网帘5。缓冲区9内的保温物质优选木屑、稻壳、麦杆中的任一种或任几种，这些生物质保温材料不仅能起到较好的保温效果，而且成本低廉，对环境无害。蝇蛆为双翅目家蝇科(Cyclorrhapha)的幼虫体，本发明蝇蛆反应器可适用于多种蝇种，例如家蝇(Musca domestica)、绿光蝇(Lucilia Sericata)、金头蝇(Chrysomyia Megacephala)、厩腐妮(Muscina Stabulans),黑兵妮(Diptera Stratiomyidae)等。当室外日平均气温低于18°C时(秋季至冬季)，收取蝇蛆反应器外部的外置活动式遮阳网帘4，以提高蝇蛆反应器内的空气日平均温度至18-30°C ；当室外日平均气温在 25°C以上(如伏夏)，打开蝇蛆反应器外部的外置活动式遮阳网帘4，使蝇蛆反应器内的空气日平均温度达到20-30°C ；当昼间光照强度大于40001x时，排开蝇蛆转化床上方的内置活动式遮阳网帘，使蝇蛆反应器内光照强度不超过30001x ；当蝇蛆反应器内湿度大于85% 时，打开活动式卷帘，促进蝇蛆反应器排湿；在蝇蛆转化床1与活动式卷帘7之间的地面上设置宽度约为10-50cm的缓冲区9，缓冲区内填充木屑、稻壳、麦杆等生物质保温材料，可确保蝇蛆转化床边距温差不超过2-5 °C。使用本实施例的蝇蛆反应器处理有机固体废弃物时，将有机固体废弃物平铺于蝇蛆转化床内；在有机固体废弃物表面添加1龄幼蛆，幼蛆添加量为有机固体废弃物处理总重量的0. 1% -1. 0%。经过4-6天后，有机固体废弃物总重量下降45-75%、水份重量下降 50% -85%、臭味指数下降70-95%、大肠杆菌指标下降65-90%，同时每吨有机固体废弃物的新鲜蝇蛆产量可达到50-200kg/t。本发明蝇蛆反应器的性能测试(1)有关温控的测试如下测试所用蝇蛆反应器的结构铝合金大棚支架2的尺寸为长X宽X高= 2500cmX600cmX 380cm,顶部外形为穹形，支架外部覆盖厚为0. 08cm透明塑料薄膜3，在透明塑料薄膜3上安装一层黑色外置活动式遮阳网4，蝇蛆反应器的内部安装蝇蛆转化床1， 每个蝇蛆转化床1的工作单元尺寸为长X宽X高X厚=500cmX200cmX20cmX 15cm, 转化床构筑物均采用水泥混凝土浇制；每个蝇蛆转化工作区由5个并排放置的蝇蛆转化床 1构成，各蝇蛆转化工作区之间设有120cm宽的操作廊道7。在每个蝇蛆转化床的上方且距地面120cm处安装内置活动式遮阳网帘5，铝合金大棚支架2的两侧距地面高度为IOOcm 处改装成活动式卷帘7，卷帘的上部与透明塑料薄膜3连接，通过卷帘把手控制卷帘7的伸放，活动式卷帘7的下部与地面固定。蝇蛆转化床1与活动式卷帘7之间的地面上设置宽度为35cm的缓冲区9，缓冲区内填充稻壳。废弃物为新鲜猪粪，含水量为78. 3士5. 4%、粗纤维含量为17. 2士2. 8%、总氮含量为2. 99士0. 65%、总磷含量为1. 82士0. 54%、总钾含量为1. 79士0. 12%。蛆种为家蝇(Musca domestica)，1龄幼蛆添加量为每吨新鲜猪粪总重量的0.5%，即5.0kg/t ；猪粪的平均堆放高度(即堆体高度)为10.4 士 2. 7cm，每批次蝇蛆转化猪粪的处理时间为6天。而现有技术中的平房蝇蛆反应器是将蝇蛆转化床置于普遍砖瓦平房内，顶部未覆盖透明塑料薄膜，且不设缓冲区和内置活动式遮阳网帘。将蝇蛆转化床放置于长X宽X高=IOOOcmX 600cmX 400cm的砖瓦结构平房内，蝇蛆转化床及其工作区尺寸的设计与本发明蝇蛆转化床一致。空气温度测试时间为每天上午10时；堆体温度为幼蛆接种后第3天堆体中部的温度，测量时间为上午10时。表1本发明与平房蝇蛆反应器的温度调控差异
本发明蝇蛆反应器__平房蝇蛆反应器
时间(季)_空气温度堆体温度空气温度堆体温度
春(3 月 1 日-5 月 31 日) 20-32 °C 30. 5±8. 2°C 3-20 0C 13. 4±12.6°C 夏(6月 1 日-8 月 31 日) 25-38 °C 38. 3±12. 4°C 25-37 0C 32. 6±8. 2°C 秋(9月 1 日-11 月 30 日) 19-33 °C 35.4±5. 2°C 10-28 0C 22. 3±10. 2 °C 冬(12月 1 日-2月 28 日) 18-30 °C 26. 3±7. 5°c| -3-12 0C 8. 4±7. 8°C
从表1的数据可知，除了夏季及秋季个别时间段温度高于30°C以外，本发明蝇蛆反应器的气温均在15°C以上，高于蝇蛆生长的最低温度，尤其在冬季气温可达到18-30°C。 比较而言，现有常规技术条件下，除了夏季能维持蝇蛆生长的适宜温度外，整个冬季及一半以上的春季不能满足蝇蛆生长与处理的温度条件。另外，本发明蝇蛆反应器在全年范围内气温的变化小、温度稳定性好，有利于维持平稳的处理效能及蝇蛆产量；而平房蝇蛆反应器全年气温变化大、温度稳定性差，转化效能及蝇蛆产量低。正是由于气温调控效能的差异， 本发明蝇蛆反应器中堆体的温度能够稳定在26. 3°C (冬季)至38.3°C (夏季)之间，从而加速堆体废弃物的高效转化并提高蝇蛆产量。(2)有关本发明蝇蛆反应器的边距温差的测试如下本试验的测试条件与“有关温控的测试”基本一致。设定两组本发明蝇蛆反应器， 不设平房蝇蛆反应器，且只在其中一组反应器中的蝇蛆转化床与活动式卷帘之间的地面上设置宽度为35cm的缓冲区，缓冲区内填充稻壳，填充高度与转化床池壁等高，另一组则没有配置缓冲区。测试时间为冬季1月份。表2缓冲区的设立对蝇蛆转化床温度及蝇蛆产量的影响(冬季1月)
权利要求
1.一种适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器，其特征是包括蝇蛆转化床、 内置活动式遮阳网帘、透明塑料薄膜和活动式卷帘等，所述内置活动式遮阳网帘设于蝇蛆转化床的上方，所述透明塑料薄膜设于内置活动式遮阳网帘的上方，所述内置活动式遮阳网帘展开后能够用于遮挡由所述透明塑料薄膜透过的光线；所述活动式卷帘的上端与透明塑料薄膜连接，所述活动式卷帘的下端与地面连接，在所述活动式卷帘与蝇蛆转化床的池壁之间设有缓冲区，所述缓冲区内设有保温物质。
2.根据权利要求1所述的蝇蛆反应器，其特征是在所述透明塑料薄膜的上方还至少设有一层外置活动式遮阳网帘。
3.根据权利要求1所述的蝇蛆反应器，其特征是所述保温物质为木屑、稻壳、麦杆中的任一种或任几种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蝇蛆反应器，其特征是所述缓冲区内的保温物质的高度为蝇蛆转化床的池壁高度的75%-100%。
全文摘要
本发明公开了一种适用于有机固体废弃物生物转化的蝇蛆反应器，它包括蝇蛆转化床、内置活动式遮阳网帘、透明塑料薄膜和活动式卷帘，内置活动式遮阳网帘设于蝇蛆转化床的上方，透明塑料薄膜设于所述内置活动式遮阳网帘的上方，内置活动式遮阳网帘展开后能够用于遮挡由透明塑料薄膜透过的光线；活动式卷帘的上端与透明塑料薄膜连接，活动式卷帘的下端与地面连接，在活动式卷帘与蝇蛆转化床的池壁之间设有缓冲区，缓冲区内设有保温物质。本发明可实现全年维持蝇蛆反应器日均气温18-30oC、边距温差2-5℃、光照强度低于3000lx、湿度低于85%，确保全年运行、蝇蛆高产稳产、废弃物减量化显著，且产业化程度高，适用于大规模农场及堆场。
文档编号A01K67/033GK102487907SQ201110444689
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者刘萌, 张志剑, 王行, 郑建国 申请人:浙江大学