低温红外辐照耦合生物反应装置的制作方法

本实用新型涉及一种低温红外辐照耦合生物反应装置，属于生物质废弃物资源化处理领域。

背景技术：

好氧生物处理是指利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用存在的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处理。

目前主要采用的供热方式为热曝气和热传导，热传导升温速率响应慢，温度很难直接传到中心点，能耗高，而且保温性能差，使散热大幅升高；热曝气是利用热风通过生物质堆，直接接触供热，热风与生物质物料接触的瞬间会蒸发表面水蒸气，直接降低生物质物料的温度，从而将大部分热量带出系统，使整个反应温度达不到预期温度，影响实验效果。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点和不足，本实用新型的目的是提供一种低温红外辐照耦合生物反应装置，将传统生物质通进行微生物好氧反应与红外线辐照进行耦合，从接触式传热变为非接触式传热，通过热对流传热维持物料温度的热曝气变为热辐射，大大改善了前者由于热空气快速通过生物质表面，从生物质表面瞬间带走大量水蒸气，水蒸发吸热使得实际物料温度达不到理想温度的问题，优化了整个微生物反应过程，极大的提高的微生物反应活性，进一步缩短反应周期，提高反应效率。

为了实现上述目的，本实用新型涉及一种低温红外辐照耦合生物反应方法，步骤如下：

将生物质物料进行自然堆积或放入搅拌装置内，利用红外照射装置对生物质物料进行红外照射，在微生物发酵产热的作用下，通过控制红外照射装置的功率与通入空气的速率进一步控制物料的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，通过翻堆或机械搅拌，促进整个物料温度的均匀以保证整个微生物反应的高效进行；反应结束后及时排空，排出物料，填入新的生物质物料，重复上述操作，实现过程连续运行。

进一步，通入的空气为常温空气，为微生物反应提供氧气的同时，可以在物料温度过高(高于微生物生存适宜温度最大值)时提供快速散热，保证物料温度维持在适宜的环境温度范围内，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

进一步，所述的生物质物料包括秸秆、粪便、生活垃圾、餐厨垃圾等有机物但不限于以上几种。

进一步，通过控制红外照射装置的功率与通入空气的速率进一步控制物料的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，具体可以为：

当物料温度低于微生物生存适宜温度最小值时，增大红外照射装置的功率，或者减小通入空气的速率，或者增大红外照射装置的功率与减小通入空气的速率同时进行，使物料温度维持在适宜的环境温度范围内；

当物料温度高于微生物生存适宜温度最大值时，增大通入空气的速率，或者减小红外照射功率，或者增大通入空气的速率与减小红外照射装置的功率同时进行，使物料温度维持在适宜的环境温度范围内。

进一步，所述反应时间为24-72小时。

本实用新型提供了一种低温红外辐照耦合生物反应装置，包括：反应釜以及自上而下设置于反应釜内部的红外照射装置和搅拌装置，集进料、出料以及物料混合、反应于一体，所述反应釜的上盖板位于下箱体的上方，所述反应釜的上盖板的内壁上自上而下设置有冷凝水收集槽和红外照射装置，所述上盖板的顶端与冷凝水收集槽之间设置有进料口和出气口，所述进料口和出气口位于上盖板的两侧；所述反应釜的下箱体的底部设置有出液口、进气口、出料口，所述进气口位于下箱体底部的中央，所述出液口和出料口位于进气口的两侧。

生物质物料通过反应釜上端的进料口进入到反应釜中，经红外照射装置辐照升温，搅拌装置混合均匀，发生生物反应，反应结束后的物料从反应釜下端的出料口排出。

所述红外照射装置用于对反应釜内的物料提供红外辐照。

进一步，所述红外照射装置为红外线辐照灯。

进一步，所述红外照射装置对称设置于上盖板的内壁上，所述冷凝水收集槽对称设置于上盖板的内壁上，所述冷凝水收集槽位于红外照射装置的上方。

所述搅拌装置为本领域的现有技术，优选为双轴搅拌装置，用于对生物质物料进行混合，使其混合均匀。例如双螺杆翻堆轴，包括正向螺杆翻堆轴和反向螺杆翻堆轴，所述正向翻堆轴和反向螺杆螺杆翻堆轴通过驱动电机控制实现同步运行，且正向螺杆翻堆轴和反向螺杆翻堆轴的旋转方向相反。

进一步，所述反应釜的下箱体具有翻堆板结构，为本领域的现有技术。所述双螺杆翻堆轴一端末尾处设置有翻堆板，方便物料在两槽内往复行走，使反应更加充分，物料混合更均匀。

更进一步，所述翻堆板为弧形结构。

进一步，所述反应釜的上盖板的截面为三角形结构，上盖板内壁表面形成的冷凝水可自由流下。所述红外照射装置上方的冷凝水收集槽，用以收集过程中产生的冷凝水。

进一步，所述反应釜下端的进气口与低温曝气槽连接，用于对反应釜内通入空气，为微生物反应提供氧气。通风补氧避免产生厌氧反应，以利于物料最大功能发挥氧化功能。

进一步，所述反应釜内设置有用于对反应釜内的温度在线采集的热电偶，所述热电偶与温度控制器、红外照射装置、低温曝气槽相连，通过控制红外照射装置的功率与通入空气的速率来控制物料的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

进一步，所述温度控制器为温控仪。

进一步，所述反应釜下端的出料口与固废处理单元相连，对排出的反应釜的物料进入固废处理单元进行固废处理。

进一步，所述反应釜上端的出气口与废气处理单元相连，对排出的反应釜气体进入废气处理单元进行废气处理。

更近一步，所述出气口为水蒸气孔道。

进一步，所述反应釜下端的出液口与废液处理单元相连，对排出反应釜的液体进入废液处理单元进行废液处理。

所述低温曝气槽、固废处理单元、废气处理单元、废液处理单元均为本领域的现有技术，本领域的技术人员可根据实际情况自行选择或者组合。

上述的低温红外辐照耦合生物反应装置处理生物质废弃物的方法，包括以下步骤：

生物质物料通过反应釜上端的进料口进入到反应釜中，通过物料上方的红外照射装置对物料进行辐照升温，通过搅拌装置将物料混合均匀，通过低温曝气槽对反应釜内通入空气，为微生物反应提供氧气，反应结束后的物料从反应釜下端的出料口排出，填入新的生物质物料，重复上述操作，实现过程连续运行。

在微生物发酵产热的作用下，通过控制红外照射装置的功率与通入空气的速率进一步控制物料的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，每天定时进行机械搅拌，促进整个物料温度的均匀以保证整个微生物反应的高效进行。

反应后产生的气体通过引风机引出反应釜经水蒸气孔道进入废气处理单元进行废气处理。反应产生的冷凝水通过冷凝水收集槽进行收集，以及反应后产生液体，一起从反应釜下端的出液口排出进行残液处理。

与现有技术相比，本实用新型具备如下有益效果：

1、将传统生物质通进行微生物好氧反应与红外线辐照进行耦合，从接触式传热变为非接触式传热，通过热对流传热维持物料温度的热曝气变为热辐射，大大改善了前者由于热空气快速通过生物质表面，从生物质表面瞬间带走大量水蒸气，水蒸发吸热使得实际物料温度达不到理想温度的问题。

2、优化了整个微生物反应过程，极大的提高的微生物反应活性，进一步缩短反应周期，提高反应效率。

3、经过整个微生物反应过程，生物质物料的含水率降低为原来的一半，燃烧值得到了提高。

附图说明

图1是低温红外辐照耦合生物反应技术示意图。

图2是低温红外辐照耦合生物反应装置中反应釜结构示意图。

图3是低温红外辐照耦合生物反应装置系统流程图。

图中：1、正向螺杆装置，2、反向螺杆装置，3、翻堆板，4、红外照射装置，5、冷凝水收集槽，6、上盖板，7、下箱体，8、反应釜，9、进料口，10、出料口，11、进气口，12、出气口，13、出液口，14、低温曝气槽，15、固废处理单元，16、废气处理单元，17、废液处理单元，18、物料。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

实施例1

一种低温红外辐照耦合生物反应方法，步骤如下：

参照图1，将原生生物质经过粗破碎后为生物质物料18，再将生物质物料18进行自然堆积内，打开生物质物料18顶部的红外照射装置的开关，利用红外照射装置对生物质物料18进行连续照射，在微生物发酵产热的作用下，通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率来控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，每天2次进行翻堆，促进整个物料18温度的均匀以保证整个微生物反应的高效进行；反应结束(24-72小时，使反应后生物质物料18的含水率降低为反应前生物质物料18的一半)后及时排空，排出物料18，填入新的生物质物料18，重复上述操作，实现过程连续运行。

所述的生物质物料18为生活垃圾，通入的空气为常温空气，为微生物反应提供氧气的同时，可以在物料18温度过高(高于微生物生存适宜温度最大值)时提供快速散热，保证物料18温度维持在适宜的环境温度范围内，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率进一步控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，具体可以为：

当物料18温度低于微生物生存适宜温度最小值时，增大红外照射装置4的功率，或者减小通入空气的速率，或者增大红外照射装置4的功率与减小通入空气的速率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内；

当物料18温度高于微生物生存适宜温度最大值时，增大通入空气的速率，或者减小红外照射4功率，或者增大通入空气的速率与减小红外照射装置4的功率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内。

实施例2

一种低温红外辐照耦合生物反应方法，步骤如下：

参照图1，将原生生物质经过粗破碎后为生物质物料18，再将生物质物料18放入搅拌装置内，打开生物质物料18顶部的红外照射装置的开关，利用红外照射装置4对生物质物料18进行连续照射，在微生物发酵产热的作用下，通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率进一步控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，每天2次机械搅拌，促进整个物料18温度的均匀以保证整个微生物反应的高效进行；反应结束(24-72小时，使反应后生物质物料18的含水率降低为反应前生物质物料18的一半)后及时排空，排出物料18，填入新的生物质物料18，重复上述操作，实现过程连续运行。

所述的生物质物料18为餐厨垃圾，通入的空气为常温空气，为微生物反应提供氧气的同时，可以在物料18温度过高(高于微生物生存适宜温度最大值)时提供快速散热，保证物料18温度维持在适宜的环境温度范围内，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率进一步控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，具体可以为：

当物料18温度低于微生物生存适宜温度最小值时，增大红外照射装置4的功率，或者减小通入空气的速率，或者增大红外照射装置4的功率与减小通入空气的速率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内；

当物料18温度高于微生物生存适宜温度最大值时，增大通入空气的速率，或者减小红外照射4功率，或者增大通入空气的速率与减小红外照射装置4的功率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内。

实施例3

如图2、3所示，一种低温红外辐照耦合生物反应装置，包括：反应釜8以及自上而下设置于反应釜8内部的红外照射装置4和搅拌装置，集进料、出料以及物料混合、反应于一体，所述反应釜8的上盖板6位于下箱体7的上方，所述反应釜8的上盖板6的内壁上自上而下设置有冷凝水收集槽5和红外照射装置4，所述红外照射装置4对称设置于上盖板6的内壁上，所述冷凝水收集槽5对称设置于上盖板6的内壁上，所述上盖板6的顶端与冷凝水收集槽5之间设置有进料口9和出气口12，所述进料口9和出气口12位于上盖板6的两侧；所述反应釜8的下箱体7的底部设置有出液口13、进气口11、出料口10，所述进气口11位于下箱体7底部的中央，所述出液口13和出料口10位于进气口11的两侧。

生物质物料18通过反应釜上端的进料口9进入到反应釜8中，经红外照射装置4辐照升温，搅拌装置混合均匀，发生生物反应，反应结束后的物料18从反应釜8下端的出料口10排出。

所述红外照射装置4为红外线辐照灯，用于对反应釜8内的物料提供红外辐照。

所述搅拌装置为双螺杆翻堆轴，包括正向螺杆翻堆轴1和反向螺杆翻堆轴2，所述正向翻堆轴1和反向螺杆螺杆翻堆轴2通过驱动电机控制实现同步运行，且正向螺杆翻堆轴1和反向螺杆翻堆轴2的旋转方向相反。

所述反应釜8的下箱体具有弧形的翻堆板3结构，所述双螺杆翻堆轴一端末尾处设置有翻堆板3，方便物料18在两槽内往复行走，使反应更加充分，物料18混合更均匀。

所述反应釜8的上盖板6的截面为三角形结构，上盖板6内壁表面形成的冷凝水可自由流下。所述红外照射装置4上方的冷凝水收集槽5，用以收集过程中产生的冷凝水。

所述反应釜8下端的进气口11与低温曝气槽14连接，用于对反应釜8内通入空气，为微生物反应提供氧气，避免产生厌氧反应，以利于物料18最大功能发挥氧化功能，通入的空气为常温空气，为微生物反应提供氧气的同时，可以在物料温度过高(高于微生物生存适宜温度最大值)时提供快速散热，保证物料温度维持在适宜的环境温度范围内，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

所述反应釜8内设置有用于对反应釜8内的温度在线采集的热电偶，所述热电偶与温度控制器、红外照射装置4、低温曝气槽14相连，所述温度控制器为温控仪，通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率来控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度。

所述反应釜8下端的出料口与固废处理单元15相连，对排出的反应釜8的物料进入固废处理单元15进行固废处理。所述反应釜8上端的出气口12，所述出气口12为水蒸气孔道，对排出的反应釜8气体进入废气处理单元16进行废气处理。所述反应釜8下端的出液口13与废液处理单元17相连，对排出反应釜8的液体进入废液处理单元17进行废液处理。

上述的低温红外辐照耦合生物反应装置处理生物质废弃物的方法，包括以下步骤：

生物质物料18通过反应釜8上端的进料口9进入到反应釜8中，通过物料18上方的红外照射装置4对物料18进行辐照升温，通过搅拌装置将物料18混合均匀，通过低温曝气槽14对反应釜8内通入空气，为微生物反应提供氧气，反应结束(24-72小时)后的物料18从反应釜8下端的出料口10排出，填入新的生物质物料18，重复上述操作，实现过程连续运行。

所述的生物质物料包括秸秆、粪便、生活垃圾、餐厨垃圾等有机物但不限于以上几种。

在微生物发酵产热的作用下，通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率进一步控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，每天定时进行机械搅拌，促进整个物料18温度的均匀以保证整个微生物反应的高效进行。

通过控制红外照射装置4的功率与通入空气的速率进一步控制物料18的温度，为生物质中的微生物好氧发酵产热提供稳定适宜的环境温度，具体可以为：

当物料18温度低于微生物生存适宜温度最小值时，增大红外照射装置4的功率，或者减小通入空气的速率，或者增大红外照射装置4的功率与减小通入空气的速率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内；

当物料18温度高于微生物生存适宜温度最大值时，增大通入空气的速率，或者减小红外照射4功率，或者增大通入空气的速率与减小红外照射装置4的功率同时进行，使物料18温度维持在适宜的环境温度范围内。

反应后排出的物料18通过出料口10排出进行固废处理。反应后产生的气体通过引风机引出反应釜8进行废气处理。反应产生的冷凝水通过冷凝水收集槽5进行收集，以及反应后产生液体，一起从反应釜8下端的出液口13排出进行废液处理。

本实用新型将传统生物质通进行微生物好氧反应与红外线辐照进行耦合，从接触式传热变为非接触式传热，通过热对流传热维持物料温度的热曝气变为热辐射，大大改善了前者由于热空气快速通过生物质表面，从生物质表面瞬间带走大量水蒸气，水蒸发吸热使得实际物料温度达不到理想温度的问题。优化了整个微生物反应过程，极大的提高的微生物反应活性，进一步缩短反应周期，提高反应效率。经过整个微生物反应过程，生物质物料的含水率降低为原来的一半，燃烧值得到了提高。

对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。