本發(fā)明涉及有機肥生產(chǎn)與除臭領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

好氧堆肥過程中微生物利用空氣中的氧氣將堆肥物料中的有機物進行轉(zhuǎn)化，其中碳元素以二氧化碳的形態(tài)釋放到大氣中，氮元素主要以氨氣的形態(tài)釋放到大氣中。氮元素是有機肥品質(zhì)的重要保證，如果氨氣揮發(fā)過多則會導致氮元素大量損失，最終導致產(chǎn)品品質(zhì)下降。好氧堆肥過程的高溫階段是氨氣揮發(fā)的主要階段，在這個階段中，高溫環(huán)境會加速氨氮的揮發(fā)，同時高溫環(huán)境也會抑制硝化細菌的生長，因此好氧堆肥過程中氮元素的損失主要發(fā)生在好氧堆肥的高溫階段。目前世界范圍內(nèi)的研究人員普遍在好氧堆肥過程中加入生物炭，通過生物炭對氨氮的吸附作用來保留氮元素，然而這種方法也有一定的局限性，在開放式反應器中氨氣會不可避免地向大氣中逃逸。生物濾塔處理尾氣也可以去除好氧堆肥過程產(chǎn)生的氨氮，但是這種方式不能將氨氮回收利用，而且額外建造生物濾塔還會增加有機肥的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種可回收氨氮的生物反應器，這種可回收氨氮的生物反應器主要由封閉式好氧發(fā)酵體系組成，通過周期性吸氣與排氣達到氣體凈化的目的。硝化細菌利用空氣中的氧氣將廢氣中的氨氣轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，一方面提高有機肥中硝酸鹽的含量，另一方面實現(xiàn)氣體凈化的作用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種可回收氨氮的生物反應器，主要結(jié)構(gòu)包括電機、變速箱、攪拌器、反應倉、進料口、風機、加熱器、氣袋、進氣口、排氣口。如圖1所示，電機1作用于變速箱2，變速箱2出口的轉(zhuǎn)動軸3上固定有圓形轉(zhuǎn)盤4，圓形轉(zhuǎn)盤4上固定有凹口連接部位5，凹口連接部位5的凹口內(nèi)固定有兩個軸承6-1和6-2，不銹鋼棒7-1沿水平方向穿過軸承6-1和軸承6-2并固定于這兩個軸承內(nèi)部，不銹鋼棒7-1的另一端焊接于垂直方向不銹鋼棒7-2的一端，不銹鋼棒7-2的另一端垂直焊接于攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8上，攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8兩端分別固定于軸承6-3和軸承6-4上，軸承6-3和軸承6-4固定于反應倉9上，攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8上固定有攪拌槳10，攪拌槳10在反應倉9內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8與軸承6-3的連接部位被不銹鋼密封蓋11密封，為了將攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8與軸承6-4的連接部位完全密封，不銹鋼圓筒12以中心軸線與攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8重合的方向焊接于反應器右側(cè)，不銹鋼圓筒12的開口端與凹口連接部位5用圓筒形塑料袋13連接并用玻璃膠密封連接處。在反應倉9的上方有圓柱形進料口14，進料口14內(nèi)部固定有風機15和加熱器16，風機15位于加熱器16的上方，進料口14的外壁上設(shè)置有進氣口17-1、排氣口17-2、線纜入口17-3、預留通氣口17-4，在進料口14的上方連接有氣袋18，氣袋18與進料口14之間用橡膠墊壓實密封。反應開始前將一定量的腐熟有機肥裝載入反應倉9，將溫度計和氣體濃度檢測裝置固定于進料口14上，然后將氣袋18與進料口14的連接部位用橡膠墊壓實密封。按照1:2的比例將含有氨氣的廢氣與空氣依次從進氣口17-1處輸入系統(tǒng)，然后將通氣口17-1、17-2、17-3、17-4全部封閉，啟動電機1，設(shè)置轉(zhuǎn)速為1rpm，啟動風機15以保持系統(tǒng)內(nèi)部空氣持續(xù)循環(huán)，視系統(tǒng)內(nèi)部溫度開啟加熱器16以維持系統(tǒng)內(nèi)部溫度介于20 ~ 25℃。觀察系統(tǒng)內(nèi)部氣體濃度檢測裝置的讀數(shù)，當氨氣濃度下降至0%時，開啟排氣口17-2將系統(tǒng)內(nèi)部的氣體排出。待氣體排出后關(guān)閉排氣口17-2，打開進氣口17-1，按照1:2的比例將含有氨氣的廢氣與空氣再次從進氣口17-1處輸入系統(tǒng)，然后將通氣口17-1、17-2、17-3、17-4全部封閉。觀察系統(tǒng)內(nèi)部氣體濃度檢測裝置的讀數(shù)，當氨氣濃度再次下降至0%時，開啟排氣口17-2將系統(tǒng)內(nèi)部的氣體再次排出。不斷重復上述步驟使系統(tǒng)周期性吸氣與排氣以實現(xiàn)氨氣回收的目標。

本發(fā)明的工作原理：

在適宜溫度和有氧條件下，硝化細菌能夠?qū)⒁欢舛鹊陌睔廪D(zhuǎn)化為硝酸鹽，這一現(xiàn)象廣泛存在于自然界和實驗過程中。這種可回收氨氮的生物反應器為硝化細菌的活動提供了適宜的溫度和含水率環(huán)境。通過輸入空氣與廢氣的混合物為硝化細菌提供了充足的氧氣。在開放系統(tǒng)中由于硝化細菌難以在瞬間將所有的氨氣全部轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，因此會有大量的氨氣逃逸到大氣中，然而這種可回收氨氮的生物反應器所采用的封閉結(jié)構(gòu)能夠防止氨氣向外逃逸，系統(tǒng)內(nèi)部的風機能夠讓氨氮在系統(tǒng)內(nèi)部持續(xù)循環(huán)，最終被完全轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。系統(tǒng)通過周期性吸氣與排氣實現(xiàn)氨氮持續(xù)回收。

本發(fā)明的工作程序：

（1）向反應器內(nèi)裝載一定量腐熟的有機肥，向反應器內(nèi)加水使物料的含水率介于55% ~ 65%之間，將氣袋與反應器進料口連接起來并將連接口密封；

（2）按照體積比1:2將一定體積的廢氣與新鮮空氣輸入系統(tǒng)，然后將進氣口和出氣口以及整個系統(tǒng)完全封閉；

（3）啟動攪拌器，控制攪拌槳轉(zhuǎn)速為1 rpm，根據(jù)環(huán)境溫度適時啟動加熱器，維持系統(tǒng)內(nèi)部溫度介于20~25 ℃，當觀察到氣袋內(nèi)氨氣濃度下降至0 mg/kg后打開排氣口，將系統(tǒng)內(nèi)的氣體排出；

（4）重復步驟2開始第二輪氨氮回收過程。將廢氣與新鮮空氣按照1:2的比例輸入系統(tǒng)，然后將進氣口和出氣口以及整個系統(tǒng)完全封閉。第二輪氨氮回收過程結(jié)束后繼續(xù)重復步驟2直至所有廢氣被完全處理。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

（1）能夠?qū)U氣中的氨氮資源化利用并直接轉(zhuǎn)化為有機肥中的硝酸鹽供植物生長利用；

（2）首次在好氧生化反應器上采用氣袋結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采用周期性吸氣與排氣模式處理氣體，這種設(shè)計節(jié)能、節(jié)水還能夠提高系統(tǒng)處理效率，使氨氮去除率達到100%；

（3）高濃度氨氣會抑制硝化細菌的活性，而氣袋結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠使高濃度氨氣在與空氣混合的過程中被稀釋，因此該裝置能夠處理含高濃度氨氣的廢氣；

（4）該設(shè)備造價低廉、操作簡單、處理效率高，既能作為氨氮回收系統(tǒng)使用，還能作為好氧生化反應器使用，具有多功能用途。

附圖說明

圖1為可回收氨氮的生物反應器示意圖。

圖2 氨氮回收過程。

圖1中：1.電機 2.變速箱 3.轉(zhuǎn)動軸 4.圓形轉(zhuǎn)盤 5.凹口連接部位 6.軸承 7.不銹鋼棒 8.攪拌槳轉(zhuǎn)動軸 9.反應倉 10.攪拌槳 11.不銹鋼密封蓋 12.不銹鋼圓筒 13.圓筒形塑料袋 14.圓柱形進料口 15.風機 16.加熱器 17.通氣口 18.氣袋。

具體實施方式

一種可回收氨氮的生物反應器，主要結(jié)構(gòu)包括電機、變速箱、攪拌器、反應倉、進料口、風機、加熱器、氣袋、進氣口、排氣口。如圖1所示，額定電壓為380v 額定功率為 1500w電機1作用于變速箱2，變速箱2出口的轉(zhuǎn)動軸3上固定有圓形轉(zhuǎn)盤4，圓形轉(zhuǎn)盤4上固定有不銹鋼材質(zhì)的凹口連接部位5，凹口連接部位5的凹口內(nèi)固定有兩個軸承6-1和6-2，不銹鋼棒7-1沿水平方向穿過軸承6-1和軸承6-2并固定于這兩個軸承內(nèi)部，不銹鋼棒7-1的另一端焊接于垂直方向不銹鋼棒7-2的一端，不銹鋼棒7-2的另一端垂直焊接于攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8上，攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8兩端分別固定于軸承6-3和軸承6-4上，軸承6-3和軸承6-4固定于反應倉9上，反應倉內(nèi)徑為380mm，攪拌槳葉片與桶壁間隙為4cm。攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8上固定有攪拌槳10，攪拌槳10在反應倉9內(nèi)轉(zhuǎn)動，攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8與軸承6-3的連接部位被不銹鋼密封蓋11密封，為了將攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8與軸承6-4的連接部位完全密封，不銹鋼圓筒12以中心軸線與攪拌槳轉(zhuǎn)動軸8重合的方向焊接于反應器右側(cè)，不銹鋼圓筒12的開口端與凹口連接部位5用圓筒形聚乙烯塑料袋13連接并用玻璃膠密封連接處。在反應倉9的上方有圓柱形進料口14，進料口14內(nèi)部固定有風機15和加熱器16，風機15位于加熱器16的上方，進料口14的外壁上設(shè)置有進氣口17-1、排氣口17-2、線纜入口17-3、預留通氣口17-4，在進料口14的上方連接有聚乙烯材質(zhì)的氣袋18，氣袋18與進料口14之間用橡膠墊壓實密封。系統(tǒng)中四個軸承6-1、6-2、6-3、6-4的型號均為PWTR4090.2RS，軸承內(nèi)徑40mm，外徑90mm，厚度30mm。風機15的型號為SA1725HA2BA,風機額定電壓為220v，額定電流為0.27A，尺寸：172*150*51mm。加熱器16為普通浴霸燈泡，功率275w。

反應開始前將溫度計和氣體濃度檢測裝置固定于進料口14上。取10kg腐熟的有機肥放入反應倉9之中，向系統(tǒng)內(nèi)加入蒸餾水，調(diào)節(jié)有機肥含水率至61% ~ 66%，然后將氣袋18與進料口14的連接部位用橡膠墊壓實密封。按照體積比1:2 將200L廢氣與400L空氣充入系統(tǒng)之中，然后將通氣口17-1、17-2、17-3、17-4全部封閉，啟動電機1，設(shè)置轉(zhuǎn)速為1rpm，啟動風機15以保持系統(tǒng)內(nèi)部空氣持續(xù)循環(huán)，視系統(tǒng)內(nèi)部溫度開啟加熱器16以維持系統(tǒng)內(nèi)部溫度介于20 ~ 25℃。觀察系統(tǒng)內(nèi)部氣體濃度檢測裝置的讀數(shù)，一段時間后開啟排氣口17-2將系統(tǒng)內(nèi)部的氣體排出,這一過程視為周期1。待氣體排出后關(guān)閉排氣口17-2，打開進氣口17-1，按照1:2的比例將200L廢氣與400L空氣再次從進氣口17-1處輸入系統(tǒng)，然后將通氣口17-1、17-2、17-3、17-4全部封閉。觀察系統(tǒng)內(nèi)部氣體濃度檢測裝置的讀數(shù)，一段時間后開啟排氣口17-2將系統(tǒng)內(nèi)部的氣體再次排出，這一過程視為周期2。

圖2顯示了兩個實驗周期的實驗結(jié)果，從圖2中可以看出物料中硝酸鹽的含量持續(xù)上升，氣袋中氨氮的濃度持續(xù)下降，在反應進行到第八天時，物料中硝酸鹽的含量達到124 mg/kg，并趨于穩(wěn)定，與初始值相比，整個過程硝酸鹽增量為101 mg/kg。經(jīng)過8天時間后，氣袋中的氨氣最終被完全消除。在第二個氨氮回收周期中可以看見物料的硝酸鹽含量持續(xù)上升，在48小時后硝酸鹽的含量達到223 mg/kg，與之對應的是氣袋中氨濃度的持續(xù)下降，36小時后氣袋中的氨消耗殆盡。與初始值相比，整個過程硝酸鹽含量的增量為100 mg/kg?？梢钥闯龅诙€氨氮回收周期耗時較短，這主要是第一個周期中硝化細菌對新環(huán)境有一個適應期造成的。實驗結(jié)果表明系統(tǒng)能夠有效從廢氣中回收氨氮并將其轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式,故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾,均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。