家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置

来源: 发布时间:2023-12-02 浏览次数:1475
基本信息

第一作者姓名:张启扬

性别:男

民族:汉族

第一作者学校:北京市朝阳区将府实验学校

第一作者人所在年级:五年级

第二作者姓名:

性别:

民族:

第二作者人所在学校:

第二作者人所在年级:

第三作者姓名:

性别:

民族:

第三作者人所在学校:

第三作者人所在年级:

辅导教师姓名:高桂香


作品摘要

*结构组成:

本发明作品是由破碎系统、消化系统和恒温系统组成。破碎系统主要位于设备的上部,包括切割刀片,搅拌轴。消化系统位于破碎系统的下部,包括搅拌浆、搅拌轴、填料和定时控制开关。恒温系统位于系统的外部,包括进水口、加热棒、温度计及控制开关。

*主要特征:

本发明作品拟制作出一种家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置,模拟人体对食物的消化过程,将厨余垃圾转化为液态肥料。厨余垃圾首先在破碎系统被破碎(模拟人的咀嚼)后,进入液态肥制备单元(消化系统),通过恒温系统控制系统的温度,利用多种微生物和降解酶的联合降解厨余垃圾,短时间内将厨余垃圾转化成液体肥料(模拟人的消化系统),厨余垃圾的减量率超过95%。

*主要用途:

本发明作品拟制作的家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置主要用于消纳处理家庭产生的厨余垃圾,将厨余垃圾转化成液体肥料,可用于浇花、浇菜。

*创新点:

在结构方面,现有厨余垃圾处理装置多为以堆肥或产沼气为目的大型集中式处理装置,本装置为家庭式小型设备,集成了破碎系统、消化系统、恒温系统三大模块,各模块之间紧凑简约、协同运转,设备占地空间小。在方法、功能、和作用方面,本装置通过三大模块模仿人体对食物的咀嚼-肠胃蠕动-微生物分解全过程,实现厨余垃圾的资源化处理。在效果上,本装置可将厨余垃圾在短时间内转化成液态肥,减量率超过95%,处理周期短,能耗低。


作品说明

*问题提出:

*提出的问题和解决的问题:

我们平时在家里做饭会产生一定量的厨余垃圾,这些厨余垃圾不及时清理会产生臭味、滋生蝇虫,经常倾倒这些垃圾又会使用很多塑料袋。社区垃圾收集点的厨余垃圾桶也经常散发着浓浓的臭味,而且厨余垃圾的集中处理方式需要复杂的收集和运输过程,工作量大、耗时长,厨余垃圾容易腐烂发臭,既不经济也不环保。因此,对生活中产生厨余垃圾进行快速、有效的处理和资源化利用是值得关注和解决的民生问题。

研究问题的原因和意义:

如果每家都可以使用一个小设备将自家产生的厨余垃圾处理掉,那么就不会有臭味、也不会使用那么多塑料袋、更不会让社区每天拉运那么多的厨余垃圾。另外,我们人体消化食物可将食物中的营养物质转化为我们生命活动所需的能量,如果能将厨余垃圾也转化为有用的物质,那么就可以实现厨余垃圾的资源化利用。因此,本装置的研发可以在家庭将自己产生的厨余垃圾转化为液态有机肥料,变废为宝,对环境和经济都是非常有意义的。

*解决方案:

解决问题的办法:

本发明作品提出了一种家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置,包括厨余垃圾的破碎系统、消化系统、恒温系统。在破碎系统,采用的是家用豆浆机的切割刀头,通过切割器破碎厨垃圾,有利于后续的垃圾发酵系统的消化。在消化系统,主要包括填料和搅拌头。填料模拟的是小肠的褶皱和小肠柔毛,通过填料可以提高微生物与厨余垃圾的接触面积。搅拌器可以模拟肠胃的蠕动,为了节约能源,通过定时开关,控制搅拌器每隔30分钟,搅拌5分钟。使得厨余垃圾能够充分的与填料接触,加快原料的消化过程。同时为了提高原料的消化效率,投加肠胃的益生菌至设备中,在消化系统,通过模拟人的消化过程可以将厨余垃圾化转化为肥料,用于浇花、浇菜地。恒温系统,主要是通过加热棒,加热水体的温度,当水温高于37摄氏度时停止加热,当水温低于37摄氏度时,开启加热系统。

发明研究的重点:

家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置的研发需要关注以下方面的重点内容:搅拌器的转速、微生物菌剂种类的选择、微生物填料的投加量、保温系统的水温等。

发明研究的难点:

家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置的研发难点:(1)仿生装置的集成:如何将破碎系统(模仿人体口腔咀嚼食物)、消化系统(模仿人体肠胃蠕动消化食物)、和恒温系统(模仿人体温度37℃)有机的结合起来协同运转,是本装置研发的一大难点。经过多次优化设计,最终采用上部破碎、下部消化、外围保温的仿生式集成系统。(2)厨余垃圾的破碎:不同类型厨余垃圾的破碎难易程度不同,面食类容易被破碎消化为液态,而肉食类和部分瓜果蔬菜不易被破碎、也较难被消化为液体。因此,本装置破碎系统和消化系统搅拌器的搅拌转速、微生物种类选择、填料投加量确定是一个难点问题。经过调研,选择了由200多种微生物菌种组成的特异性复合菌剂作为消化厨余垃圾的微生物,MBBR型轻质填料作为微生物生长的载体,填充率为消化系统体积的70%。

发明研究的难点:

家用厨余垃圾液态肥制备仿生装置的研发难点:(1)仿生装置的集成:如何将破碎系统(模仿人体口腔咀嚼食物)、消化系统(模仿人体肠胃蠕动消化食物)、和恒温系统(模仿人体温度37℃)有机的结合起来协同运转,是本装置研发的一大难点。经过多次优化设计,最终采用上部破碎、下部消化、外围保温的仿生式集成系统。(2)厨余垃圾的破碎:不同类型厨余垃圾的破碎难易程度不同,面食类容易被破碎消化为液态,而肉食类和部分瓜果蔬菜不易被破碎、也较难被消化为液体。因此,本装置破碎系统和消化系统搅拌器的搅拌转速、微生物种类选择、填料投加量确定是一个难点问题。经过调研,选择了由200多种微生物菌种组成的特异性复合菌剂作为消化厨余垃圾的微生物,MBBR型轻质填料作为微生物生长的载体,填充率为消化系统体积的70%。

本发明使用方法、附图说明性文字:

首先将厨余垃圾通过设备顶部的进料口投入破碎仓,破碎刀头在上部电机的带动下高速转动,对厨余垃圾进行初步的破碎,破碎完毕后打开顶部的开关,使破碎仓底部的扇形槽向下打开,将厨余垃圾碎片和粉末掉落至下方的消化系统。然后将搅拌转速调节至合适的转速,在搅拌桨的转动下,微生物填料对厨余垃圾进行不断地搅拌,使厨余垃圾和微生物进行充分的接触和反应,直至厨余垃圾全部转化为液态有机肥,即可停止搅拌器,打开出水口上面的出水阀,将处理好的液态肥排出收集起来。在整个过程中,将消化系统的温度通过加热棒控制在37℃左右,以仿照人体的体温,使微生物能够高效地处理破碎后的厨余垃圾。

*使用或试用效果:

将苹果、白菜叶、青椒破碎后投入仿生式厨余垃圾液态肥制备仿生装置,水浴温度设置为37 ℃。一小时后,菜叶颜色变暗淡,微生物开始分解湿垃圾;三小时后,厨余垃圾的量有所减少;六小时后,大部分垃圾被分解,只有投入时体积较大的块状垃圾没有被分解完全。由此可见,该装置对蔬菜瓜果类厨余垃圾处理5-6小时后,减量率能达到95%。而且没有产生臭味,对室内环境影响极小。

*优点:

本发明作品提出的厨余垃圾液态肥制备仿生装置具有以下优点:减量化效果好、处理周期短、能耗低、占地小、经济性高、干净清洁无异味、对室内环境无影响,将厨余垃圾转化为高质量液态有机肥,变废为宝、资源化利用率高。

*还需进一步研究的问题:

在探索实验中也发现了两个问题:(1)搅拌不充分,有较多垃圾附着在容器内壁;(2)未经破碎完全的湿垃圾需要更长的处理时间。针对这两个问题,在后续的实验中将改进搅拌装置,使用可刮容器内壁的搅拌桨,在破碎时进行多次破碎,尽可能的将湿垃圾破碎完全。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

佰腾专利检索网址:http://so.baiten.cn/

关键词1:家用and厨余垃圾and有机肥,结果:找到16条相关专利

关键词2:厨余垃圾and有机肥and仿生,结果:找到4条相关专利

关键词3:厨余垃圾and肥料and仿生,结果:找到4条相关专利

关键词4:家用and厨余垃圾and有机肥and仿生,结果:找到0条相关专利

*与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

专利号:CN104841683A

名称:处理厨余垃圾的仿生机器人及其垃圾处理方法

摘要:本发明的处理垃圾的仿生机器人通过EM菌对厨余垃圾首先进行分解,然后对分解后的固体垃圾和液体进行封装,全程均为自动化。经过处理厨余垃圾的仿生机器人处理后,厨余垃圾被分解 为固体有机肥料和液体有机肥料,液体有机肥料可用来浇花种草,封装在塑料杯中的固体有机肥料可作花卉种植的营养罐,或作种植花卉的基肥使用,使生活垃圾变废为宝。这样不仅大量减少了政府处理城市垃圾的费用,还可建立家庭绿色生态系统,美化居家环境,剩余部分还可卖给城市花卉种植中心,为城市绿化工作作出贡献。

该专利公开了一种处理厨余垃圾的仿生机器人,其核心部件仿生肠管,是由带小孔的塑料软管和其外表面上包裹的一层渗透膜组成,塑料软管上小孔的孔径是0.5-3毫米,渗透膜的孔径是0.1-0.5毫米。厨余垃圾经破碎处理后不易溶解于水中,需要在微生物的作用下搅拌消化才能转化为有机肥料。因此,该专利中的仿生肠管可能会存在堵塞不出水、厨余垃圾和微生物接触不充分、微生物缺乏生长载体易流失等问题。

本发明装置模仿人体对食物的咀嚼-肠胃蠕动-微生物分解的全过程,集成了破碎系统、消化系统、恒温系统三大模块,各模块之间紧凑简约、分工运作、协同运转、系统转化率更高。在消化系统中,为了高度模仿人体胃部和小肠对食物的消化过程,我们在消化仓内投加了复合微生物菌剂和微生物填料,微生物菌剂是仿照人体的胃酸和微生物,微生物填料一方面是给微生物的生长和存活提供载体,另一方面可以模拟小肠的褶皱和小肠柔毛的蠕动,此外还通过搅拌器的搅拌实现对厨余垃圾彻底的消化和转化。

另外,在处理效果方面,该专利公开的仿生机器人在EM菌的作用下完全分解厨余垃圾需要15天左右的时间,而本发明装置可将厨余垃圾在6小时内转化成液态肥,减量率超过95%,处理周期短,能耗低,干净清洁无异味。