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CN111712562A - 基于振动电机以及水平和对角排列的延伸弹簧构建的内置谐振机构搅拌可生物降解废物的生物反应器 - Google Patents

基于振动电机以及水平和对角排列的延伸弹簧构建的内置谐振机构搅拌可生物降解废物的生物反应器 Download PDF

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CN111712562A
CN111712562A CN201980012872.0A CN201980012872A CN111712562A CN 111712562 A CN111712562 A CN 111712562A CN 201980012872 A CN201980012872 A CN 201980012872A CN 111712562 A CN111712562 A CN 111712562A
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Abstract

本发明是一种谐振搅拌机构，用于安装在生物反应器容器内以搅拌和降解可生物降解废物。本发明或者由一层水平布置的弹簧构成，并在每个弹簧内安装至少一个振动电机；或者由一个中心支架、多个固定在该中心支架的振动电机、以及多个水平或对角线布置的拉伸弹簧层构成。本发明提供声波、振动、谐振频率和热量，用于搅拌和降解生物反应器容器内的可生物降解废物。通过在接收罐的顶部组装多个圆柱体桶鼓的方式构造生物反应器容器，可以降低成本。通过将本生物反应器系统与芯汲床、水培种植床、炉灶单元以及温室集成一体，可以建立水、热量、养分、氧气和二氧化碳的闭环再循环。

Description

基于振动电机以及水平和对角排列的延伸弹簧构建的内置谐 振机构搅拌可生物降解废物的生物反应器
相关申请的交叉引用
本申请是2018年3月12日提交的PCT专利申请PCT/CA2018/050295的继续申请，并主张该专利申请的优先权。
技术领域
本发明涉及在容器内搅拌内容物。更具体地，本发明涉及在堆肥生物反应器装置内搅拌可生物降解的废物，该装置将可生物降解废物降解成可通过循环水运输的液体和细颗粒。
背景技术
搅拌是降解堆肥生物反应器容器内可生物降解废物的重要过程。其主要目的是防止送入的废物被压实或结块，并对容器内的所有废物进行良好的充气。如专利US5300438、US5744351和US9617191所示，现有技术一般采用水平旋转机构或垂直旋转机构来进行搅拌和混合。
由于以下原因，上述搅拌机构的效率不高并且不适用于某些特定情况：(1)仅使用驱动电机产生的扭矩来旋转容器内的内容物；(2)电机产生的其它能量如声波、振动和热量等不仅无用，而且是需要特别处理的负担；(3)通常将容器内的内容物过度搅拌，使内容物移动超过为了防止结块和保持充气所需的力度；(4)通常采用高压(AC110V或AC220V)驱动的电机，当采用太阳能电池板作为电机的电源时，从DC12V转换为AC110V或AC220V时会有电力损耗；(5)对于那些宽度或截面直径小于2.5英尺的生物反应器容器(例如专利US9617191的容器)，由于顶部有一个喂料模块，顶盖上没有足够的空间用于安装驱动电机；(6)这些搅拌器仅适用于立式和卧式圆筒形容器，不适用于正方体或长方体容器；(7)通常仅安装一个电机来驱动搅拌机构，当唯一的电机损坏时，需要立即维修。
在制药和生物工业领域，已经有尝试采用谐振来搅拌或混合密封容器内的液体。授予Vijay Singh的专利US7195354公开了一种通过产生倾斜运动的机构对密闭容器内液体进行谐振波混合的方法，该机构产生倾斜运动以摇动位于其连接平台上的密闭容器，实现容器内的配料成分与液体混合。Harold W Howe等人的专利US7188993公开了一种谐振混合设备，该设备包括多个压缩弹簧和振动电机，并由框架和组件连接和支撑。
但是，上述谐振混合机构和方法仅适用于混合液体，不适合于安装在堆肥生物反应器容器的内部。其摇动或振动容器的操作是暂时的，且其连接平台位于容器下方，因此在谐振混合操作过程中，容器通常不会有处于工作状态的输入或输出端口。它们同样有损失驱动电机产生的声波能和热能的问题。
市场期望一种搅拌机构：该搅拌机构无需占用生物反应器容器顶盖上的位置安装电机；能将由驱动电机产生的声波能、振动能和热能充分利用；能由太阳能电池板提供的DC12V电源驱动；能在容器的输入输出端口处于工作状态时正常工作；并且能有一个或多个备用电机，以延长其使用寿命和确保某个驱动电机出现故障时无需立即维修。
与其它堆肥生物反应器装置相比，专利US9617191及其申请号为US15615820、公开号为US-2017-0354906的部分继续申请(Continuation-In-Part)中公开的堆肥生物反应器装置具有以下优点：(1)它是第一个将光合作用和炉灶燃烧结合到堆肥过程中的设备，因此扩展了传统堆肥概念的定义；(2)它是第一台将所有可生物降解废物(包括固体废物、废水和废气)回收为养分以种植食品植物的设备；(3)它是第一个将堆肥过程与鱼菜共生(Aquaponics)技术相结合的堆肥生物反应器，从而引发了Compoponics的新概念；(4)它着眼于将废物降解为气体以及可通过循环水输送的液体和细小颗粒，从而实现了高效的几乎完全回收和循环利用。
但是，除了前述关于其搅拌模块的缺点之外，专利US9617191及其相关的部分继续申请(Continuation-In-Part)US15615820还具有其他方面需要改进：(1)其设有的凹形或圆锥形的下部分隔板和中室的结构使得构造生物反应器主体容器变得复杂，因此其中室的工作流程可部分地转移到其上室和下室。(2)其因将所有循环水流过加热子腔室加热而消耗大量电力，通常仅需要对来自抽水马桶包含粪便的黑水进行消毒灭菌处理。(3)因每隔几年需要清理一次其上室中坚不可摧的腐殖质，如将其上室分隔为两个或多个垂直分隔的子腔，则便于清理操作；当其中一个上室子腔进行清理准备时，其他一个或多个上室子腔仍可用于接收日常废物。(4)当芯汲床内的土壤结块时，会阻止气体滤过土壤，不利于植物生长；还需要一种机构来搅动其芯汲床的土壤，以使芯汲床中生长的植物的根系保持良好的通气状态。
本发明将提供用于搅拌堆肥生物反应器容器内废物的新改进的机构和方法，并克服所有上述现有技术的局限性。它还为专利US9617191及其部分继续申请(Continuation-In-Part)US15615820提供了改进。
发明内容
本发明是一种谐振搅拌机构，用于安装在堆肥生物反应器容器内(或其它应用领域)用于搅拌可生物降解废物、土壤或其它介质。它或者是由一层水平布置的弹簧构成，其中每个弹簧内安装至少1个防水振动电机。也或者由一个中央支架、至少一个固定在中央支架上的防水振动电机、以及多层水平或对角线布置的拉伸弹簧构成；其每个弹簧的外端与固定在容器内侧壁上的连接器连接，而内端与中央支架的连接环连接；其中最下层的弹簧数量多于每一个上层的弹簧数量，因此进料的废物被每一层的任何两个相邻弹簧之间的间隙过滤；并且，其中弹簧的振动频率和防水振动电机的振动频率相匹配以提供谐振。
本发明适合于圆柱体和正方体或长方体形状的容器。可采用低压(DC5V或12V)和高压(AC110V或220V)驱动振动电机。由于振动电机位于容器内的废物内，因此振动电机产生的所有势能(包括声波、振动和热量)都被用来搅拌和降解废物。由于所有的拉伸弹簧均通过中心支架与振动电机连接，因此，由振动电机的振动产生的能量被弹簧的固有能量放大。振动电机和弹簧的振动偶合会产生谐振频率，该谐振频率具有能量、有助于搅拌和降解废物。
本发明还为专利US9617191及其部分继续申请(Continuation-In-Part)US15615820的生物反应器设备提供了以下其他改进：(1)因设有谐振搅拌器，生物反应器容器的宽度或截面直径可以小于2.5英尺，因为在顶盖上不需要预留安装搅拌电机的位置；(2)与构造垂直布置的三个腔室的主体容器相比，通过在接收罐上放置多个桶鼓来制造生物反应器容器，不仅节省了制造成本，而且更易于运输和清洁；(3)通过仅将黑水(混有粪便)而不是所有循环水加热到70-100℃进行消毒，从而节省了电费。
从以下描述中将容易理解本发明的其它目的、特征和优点。该描述参考了附图，这些附图用于图示优选实施例；但是，这样的实施例不代表本发明的全部范围。
附图说明
在下文中，将结合提供的附图来描述本发明的实施例，上述附图用于说明而不是限制权利要求的范围；其中，相同的标号表示相同的元件。其中：
图1示出了安装于设有上腔室和下腔室的生物反应器容器内的1个多层谐振搅拌器30和1个单层谐振搅拌器70的垂直截面图；
图2A示出了在垂直的圆柱体生物反应器容器内的谐振搅拌器的1个水平层的弹簧的水平截面图；
图2B示出了在垂直的长方体生物反应器容器内的谐振搅拌器的1个水平层的弹簧的水平截面图；
图2C示出了安装于弹簧内的防水振动电机，其振子、空心杯电机及其一部分导线密封于金属管内；
图3A示出了用于竖直圆柱体生物反应器容器的设有两个水平平板表面的中心支架的透视图，该两个水平平板表面用于固定振动电机；
图3B示出了用于垂直长方体生物反应器容器的设有两个水平平板表面的中心支架的透视图，该两个水平平板表面用于固定振动电机；
图3C示出了用于竖直圆柱体生物反应器容器的设有两个竖直纵向平板表面的中心支架的透视图，该竖直纵向平板表面用于固定振动电机；
图3D示出了用于竖直圆柱体生物反应器容器的设有两个竖直横向平板表面的中心支架的透视图，该竖直横向平板表面用于固定振动电机；
图3E示出了在垂直圆柱体容器内的多层谐振搅拌器30的俯视图，该多层谐振搅拌器30设有顶部对角布置的层和第二对角布置的层，并且每一层由18个拉伸弹簧组成；
图3F示出了在垂直的圆柱体容器内的多层谐振搅拌器30的仰视图，该多层谐振搅拌器30的水平底层由36个拉伸弹簧组成；
图4A示出了生物反应器容器的透视图，该生物反应器容器设有两个垂直桶鼓作为两个上腔室，两个上腔室位于作为下腔室的长方体接收罐的顶部和内部；
图4B示出了接收罐的俯视图，该接收罐在其顶盖上设有4个圆形开口，并且在其内部容积内设有多个支撑件用于支撑4个垂直桶鼓作为4个上腔室；
图4C示出了生物反应器容器的垂直截面正视图，该生物反应器容器设有两个垂直桶鼓作为两个垂直分离的上腔室，每个上腔室均安装有多层谐振搅拌器30；
图4D示出了生物反应器容器的垂直截面正视图，该生物反应器容器设有两个垂直桶鼓作为两个垂直分离的上腔室，每个上腔室均安装有多层谐振搅拌器30，并且其中1个垂直桶鼓配置用于接收包含厕所粪便的黑水；
图4E示出了生物反应器容器的垂直截面正视图，该生物反应器容器设有两个大高度的垂直桶鼓作为两个的垂直分离的上腔室，其中每个上腔室都安装有单层谐振搅拌器70和多层谐振搅拌器30，并且其中心支架上设有3个连接环和4个振动电机；
图5A示出了芯汲床的垂直截面正视图，该芯汲床设有安装于其表层种植介质内的多层谐振搅拌器30；
图5B示出了大长度的芯汲床的垂直截面侧视图，该芯汲床设有3个安装于其表层种植介质内的多层谐振搅拌器30；
图6示出了本发明的一个实施例的透视图，该集成的生物反应器系统可安装在城市家庭后院中，用于将厨余垃圾回收转化为有机蔬菜；
图7A示出了喂料模块的透视图，该喂料模块由圆柱体管、透明顶盖和蝶阀组成；
图7B示出了喂料模块的透视图，该喂料模块由长方体管、透明顶盖门和一对第二密封门组成；
图1、4C-E和5A-B还示出了在集成的芯汲床、炉灶单元和生物反应器容器之间的气体和液体再循环的流程图，其中粗体箭头表示液体的流动方向、空心箭头表示气体的流动方向。
具体实施方式
如图1所示，多层谐振搅拌器30安装在生物反应器容器10内，该生物反应器容器10有多孔分隔板14将其内部空间分隔成上腔室17和下腔室18。多层谐振搅拌器30位于生物反应器容器10的上腔室17。多孔分隔板14设有多个过滤孔或间隙，用于过滤液体和颗粒。
如图1、4C-E和5A-B所示，多层谐振搅拌器30包括至少一个振动电机36和多层水平或对角布置的拉伸弹簧31，其中每个弹簧31的外端与固定在上腔室17的内侧壁13上的连接器32连接、内端与中心支架33的连接环34-35之一连接，振动电机36固定于中心支架33上。其中，弹簧31的振动频率与防水振动电机36的振动频率相匹配以提供谐振。优选地，在多层谐振搅拌器30中，其下层可以设有比其上层更多的弹簧31，从而通过每层的任何两个相邻的弹簧之间的间隙来过滤所喂料的废物。利用该过滤功能，较大尺寸的废物留在上层，而较小尺寸的废物过滤到上腔室17内的下层。
如图2A-B所示，在既适合于垂直圆柱体容器10也适合于垂直长方体容器10的多层谐振搅拌器30中，典型水平层的所有弹簧31具有相同的长度和相同数量的弹簧圈。
如图3A-B所示，中心支架33是坚固的金属支架。其顶端和其底端设有用于垂直圆柱体容器10的圆环34-35或用于垂直长方体容器10的矩形环34-35，用于连接每个拉伸弹簧31的内端。它还设有在环34-35之间的至少一个水平平板37，用于通过使用螺栓333将振动电机36固定于其两个平坦表面。环34-35和平板37与垂直连接杆331-332焊接成一体。
优选地，如图3C-D所示，用于垂直圆柱体容器10的中心支架33的平板37可以布置为如图3C所示的竖直纵向位置、或如图3D所示的垂直横向位置。在这种情况下，平板37通过上部连杆371与顶环34的中心杆341焊接，并且通过下部连杆372与底环35的中心杆351焊接。
如图1、图3E和图4C-E所示，上腔室17内的多层谐振搅拌器30设有对称的最上两层对角布置的弹簧31，从而使得中心框架33的顶环34保持与相对应的连接弹簧31的最上两层连接器32之间的垂直中点平行，而且使得最上层弹簧31的上表面构成圆锥体形态。
如图1、图3F和图4C-E所示，在生物反应器容器10内，一个水平层的拉伸弹簧31定位在多孔分隔板14的上表面的上方和附近，因此弹簧31的振动可有助于防止多孔分隔板14的过滤孔被淤泥或粘性颗粒阻塞。该层拉伸弹簧31或者是如图3F和4C-D所示属于多层谐振搅拌器30的最低层、或者是如图1和4E所示属于一个独立的单层谐振搅拌器70。而且，其每个弹簧31的下边缘与多孔分隔板14的上表面之间的竖直间隙小于1英寸。
如图1、图2A-C和图4E所示，单层谐振搅拌器70设有一个水平层的弹簧31，是预先安装并定位于多孔分隔板14的上表面的上方和附近。它设有沿侧壁13的内表面的外支架72和用螺栓73固定在多孔分隔板14上的内支架71。每个弹簧31设有与内支架71连接的内端和与外支架72上的连接器或孔连接的外端。外支架72的高度、外支架72上的每个连接器或连接孔的相对垂直位置、以及用于固定内支架71的固定螺栓73的高度相互协调，以使得每个弹簧31的下边缘与多孔分隔板14的上表面之间的垂直间隙小于1英寸。在每个弹簧31的内部安装至少一个振动电机75，提供振动和谐振频率，用于搅拌多孔分隔板14上方的废物并加速将该空间区域的废物降解成细颗粒过滤到下腔室18。如图2C所示，振动电机75做防水处理：将空心杯电机76、振子78及其电线77的一部分密封在金属管74内。空心杯电机76是低电压(≤DC12V)、小体积(截面直径≤10mm且长度≤25mm)电机；因此，用于单层谐振搅拌器70的弹簧31的内径可以小于12mm。优选地，在每个弹簧31的内部使用两个或更多个振动电机75，使得每个弹簧31中的多个振动电机75可设置为同时工作以增加振动强度，或者设置为一半用作工作电机另一半用作备用电机以增加单层谐振搅拌器70的寿命。
如图4E所示，在垂直高度非常大的生物反应器容器10的上腔室17内，可以在多层谐振搅拌器30的中心支架33之顶环34和底环35之间设有至少一个附加连接环38，用于增加弹簧31的层数；而且，可以在连接环34、35及38之间设有至少一个附加平板39，用于固定更多的振动电机36。安装于平板37和39的各两个表面的振动电机36，或者设置为同时工作以增加振动强度，或者设置为其中一组作为工作电机而另一组作为备用电机以增加多层谐振搅拌器30的寿命。
振动电机36做防水处理：将其电机、振子和一部分电线密封于塑料壳内。安装在中心支架33上的振动电机36具有相对较高的扭矩和较低的转速(例如小于6000RPM)，驱动每个连接的弹簧31以相对较低的频率和较长的振动波振动，从而触及弹簧31周围较广的容积范围。安装在单层谐振搅拌器70的弹簧31内部的振动电机75具有较低的扭矩和较高的转速(例如零负荷旋转速度大于或等于40000RPM)，驱动单层谐振搅拌器70的弹簧31以相对较高的频率和较短的振动波振动，从而触及弹簧31周围较狭小的容积范围，以加速将多孔分隔板14的上表面附近的废物降解为细颗粒过滤到下腔室18。振动电机36和振动电机75可以设置为两种类型一起同时工作或者每种类型在不同的时间区间工作。
如图1、图2C和图4E所示，水平定位的振动电机75处于与用于从生物反应器容器10引入到集成一体的芯汲床100的液位相同的高度，振动电机75浸没在液体中。因此，空心杯电机76的高速旋转产生的热量通过其金属管74被迅速释放到振动电机75周围的液体中。
如图1、图2A-B和图3A-B所示，用于安装多层谐振搅拌器30或多层谐振搅拌器30加上单层谐振搅拌器70的生物反应器容器10可以是垂直圆柱体形状、也可以是垂直长方体形状。可以通过将结实的多孔分隔板14放置在容器内部以形成上腔室17和下腔室18的方法，来构造生物反应器容器10。容器10尺寸的大或小取决于要处理的废物的量。然而，宽度或直径大于3英尺的容器10因太重而不适合于一个人搬运，并且因太大而不适合于进入大多数后院的门。
优选地，如图4A-E和图6所示，可以通过将至少一个约2英尺的截面直径的桶鼓170坐落在接收罐180的顶部或内部来制造生物反应器容器10。一个或多个桶鼓170和接收罐180可以分开运输，并且易于进入所有后院的门。罐180的内部容积用作下腔室18，每个桶鼓170的内部容积用作上腔室17。可以将具有预先钻孔或切割间隙的每个桶鼓170的底壁用作多孔分隔板14；也可以切除其底壁并且固定一个附加的多孔分隔板14。接收罐180在其顶壁60上设有多个圆形开口63，并且在其容积18内设有用于支撑桶鼓170的多个支撑件64。因此，生物反应器容器10可以设有多个相对分离的上腔室17。多个上腔室17可以设置为每个上腔室17接收不同种类的废物，或者设置为每个上腔室17在不同的时间区间接收所有种类的废物。每隔几年，可能需要清理上腔室17内的难以降解的腐殖质，当一个桶鼓170在为清理而做准备时，其余的桶鼓170仍然可以接收日常废物。桶鼓170可以在清理操作期间从顶壁60移出，并且可以在清理操作之后复归原位。优选地，在任何两个相邻的桶鼓170之间设置排气管44来引导来自所有其他桶鼓170的废气从桶鼓170之一的废气输出口40排出。两个液体输入口15-16可以是设在同一个桶鼓170上，也可以是在一个桶鼓170上只设置其中之一个液体输入口。在桶鼓170的底端侧壁与圆形开口63的顶边缘之间的接触区域做好密封，以防止液体、气味和废气泄漏。
如图1和图4A-E所示，生物反应器容器10具有至少一个顶壁11，顶壁11上附着有喂料模块12。优选地，顶壁11是可打开的，以便可以进入到上腔室17内部以清理难以降解的腐殖质。如图4A所示，对于圆柱体桶鼓170，可通过使用带有紧固机构65的封闭环66来紧固或打开其顶边缘和顶壁11的外边缘之间的闭合。
如图1、图4C-E和图5A-B所示，设有至少一个与生物反应器容器10集成一体的芯汲床100，以进一步降解从生物反应器容器10排出的液体，并向芯汲床100内生长的植物供应水、养分和热量。生物反应器容器10设有至少两个液体输入口15-16，输入口15用于接收来自集成一体的芯汲床100的再循环水，而输入口16用于接收来自其它来源(例如厨房水槽)的废水。过滤到下腔室18的液体混合物包括通过液体输入口15-16引入到上腔室17的水、上腔室17内的废物降解产生的水、以及上腔室17中的废物降解产生的且通过多孔分隔板14过滤的细颗粒。如图中粗箭头所示，离开液体输出口19的液体通过管道90被引入集成一体的芯汲床100的输入口110，从而向在芯汲床100内生长的食用植物供应水、热能和营养。从芯汲床100的液体输出口130排出的液体通过管道131被引入到贮水罐132中。安装在贮水罐132内的水泵133通过管道134，再将贮水罐132内的水通过液体输入口15引入生物反应器容器10。因此，在生物反应器容器10和集成一体的芯汲床100之间建立了闭环水循环。
如图1、图4C-E和图5A-B所示，曝气模块20设有安装在下腔室18内的曝气器21-22，为下腔室18和上腔室17提供氧气以支持需氧生物降解废物。优选地，一个集成系统设有炉灶单元50，该炉灶单元设有散热器51位于生物反应器容器10下方作为其支撑且向容器10供热。如空心箭头所示，来自炉灶单元50的烟气经由废气输入口56被引入下腔室18；炉灶单元50的烟气气流经由散热器51、散热器51的输出口52、管道53、U形弯管54、管道55、废气输入口56，最后进入下腔室18。U形弯管54位于比生物反应器容器10内部的液体平面更高的位置，以防止容器10内的液体回流到管道53中。炉灶单元50的烟气经历如下气流或处置过程：在下腔室18中被液体“洗涤”，在上腔室17中被废物过滤，与生物反应器容器10内的废物降解产生的废气合流后被排出上腔室17、废气输出口40、管道41和管道风机42，经由气体输入口120进入集成一体的芯汲床100，在上渠101再次被液体“洗涤”，在芯汲床100的表层再次被培植介质190过滤，最后从表层培植介质190排出到大气中。如果芯汲床100位于温室(未示出)内，则从表层培植介质190排出的废气中的CO2被芯汲床100内生长的植物150作为营养成分而吸收。由植物150产出的氧气也可用于在炉灶单元50的燃烧室(未示出)内部的燃烧过程。当设置排气管(未示出)将含有集成一体的芯汲床100的温室内的空气引入炉灶单元50的燃烧室时，可以在炉单元50、生物反应器容器10、以及温室内的芯汲床100内生长的植物之间建立气体的闭环循环。位于生物反应器容器10的废气输出口40与芯汲床100的气体输入口120之间的管道风机42对于烟气的再循环起着重要的作用。管道风机42将管道41内的空气推入芯汲床100的上渠101内，因而在上渠101内形成正压，将上渠101内的废气推进滤过培植介质190；与此同时，管道风机42吸出生物反应器容器10内的空气造成负压，因而经由下腔室18、上腔室17、废气输出口40，将散热器51内的烟气吸入管道41和管道风机42内。
如图4D所示，上腔室17之一可以被设置为用于接受来自抽水马桶包含粪便的黑水。将多孔分隔板14的定位向上移动，并且在其正下方设置固定于侧壁13内表面的凹形或圆锥形分隔板81，因此添加了中腔室80和设有加热子室91的下部空间93。加热子室位于凹形或圆锥形分隔板81与接收罐180的顶壁60之间。通过多孔分隔板14过滤的废水收集在中腔室80中，经由中腔室80之中心最低区域的输出口82和管道83，再通过输入口84流入加热子室91，最后从加热子室91的输出口85进入下腔室18。电热器88和双金属温控开关89从侧壁13的外部安装在加热子室91内。在垂直方向上，加热子室91的输出口85处于比其输入口84更高的位置，因此，流过加热子室91的所有废水均由电热器88加热。加热子室91之温度设置为70-100℃以杀死病原生物，并由双金属温控开关89控制。来自加热子室91的加热过的废水的温度在下腔室18内得以调节；因此，从下腔室18引入到芯汲床100的液体处于适合于植物150生长的合适温度。加热子室91还设有第二输出口86，该第二输出口86通过管道92连接到位于加热子室91与接收罐180的顶壁60之间的侧壁13上的输出口87，可以将中腔室80、加热子室91及其连接的管道83和92内的废水排空，以防止它们在冬季结冰而破裂。
如图4D所示，曝气模块20连接到下腔室18内的曝气器21-22和中腔室80内的曝气器23-24，将氧气供应到中腔室80和接受黑水的上腔室17。连接到相邻的上腔室17中的排气管44进一步连接到管道45中，从而将来自用于接收黑水的上腔室17内的废气通过输出口46引入到相邻的上腔室17的下层；在经过相邻的上腔室17内的废物进一步过滤后，再经由废气输出口40离开该相邻的上腔室17。
如图5A所示，可以将多层谐振搅拌器30安装在芯汲床100内，以提供振动使其表层培植介质190松动并改善植物150的根部周围的通气。如图5B所示，可以将多个谐振搅拌器30安装在具有大长度的芯汲床100内。
如图1、图4C-E和图5A-B所示，芯汲床100设有8-12英寸的上层，其填充有用于种植植物150的表层培植介质190；以及8-12英寸的下层，其设有上渠101，下渠103和填充有生物过滤介质的中渠102。与生物反应器容器10的废气输出40连接的气体管道41、以及与生物反应器容器10的液体输出口19连接的液体管道90，分别经过气体输入口120、液体输入口110引入到上渠101。第二曝气模块140连接到下渠103中的曝气器141-143。芯汲床100通过芯汲作用将来自其上渠101的水、养分、热量和氧气供给生长的植物150。引入到上渠101的液体被中渠102内的生物过滤介质进一步过滤和降解。过滤进入下渠103的液体通过位于芯汲床100另一端的直接连接到下渠103的液体输出口130离开芯汲床100。来自液体输出口130的液体，或者是如图6所示被引入到另一个芯汲床100或者一些水培栽培管200，或者是被引入贮水罐132；并且进一步被引入生物反应器容器10的液体入口15，以建立闭环液体再循环。
如图6所示，本发明用于安装在城市家庭后院将厨余废物回收转换为有机蔬菜的一个实施例设有以下部件：(1)两个桶鼓170，每个桶鼓170的顶壁上均设有喂料模块12，在其底壁上固定有多孔分隔板14(未示出)，安装在每个内部容积17(未示出)内的多层谐振搅拌器30(未示出)；(2)接收罐180，用于从桶鼓170接收过滤后的液体和颗粒；(3)至少一个用于构造芯汲床100的容器190；(4)至少一层位于容器190上方的水培栽培管200，该水培栽培管200设有多个开口，以容纳用于栽培植物的网杯201；(5)贮水罐132，其设有水泵133(未示出)，通过管道134将来自贮水罐132的液体引入到水培栽培管200，并在其侧壁设有自动水位控制阀(未示出)，当贮水罐132内的水位低于自动水位控制阀的水位时自动向贮水罐132加水；(6)位于贮水罐132上方的储水箱220，其通过管道211连接到贮水罐132内的自动水位控制阀，并设有顶板222经由管道221收集雨水，而且设有溢流口223以排出多余的水；(7)至少一个空气泵(未示出)，将空气供应到接收罐180、桶鼓170和容器190的内部；(8)太阳能电池板230以及太阳能充电控制器(未示出)和电池(未示出)，以向水泵、空气泵以及桶鼓170内的多层谐振搅拌器30的电机供电；(9)多个木框架240，用于支撑整个集成系统并将各部件保持在正确的位置，以建立闭环水循环。喂料到桶鼓170中的液体、以及由桶鼓桶170内废物降解产生的液体，流经接收罐180、容器190、贮水罐132、水培栽培管200，最后通过管道213返回桶鼓170。储水箱220从顶板222收集雨水，当贮水罐132内的水位低于自动水位控制阀时，自动从储水箱220中添加水。贮水罐132还设有溢流口(未示出)，竖直地位于其顶盖和自动水位控制阀的水平位之间，以排放贮水罐132内多余的水。
如图7A-B所示，位于桶鼓170的顶壁11上的喂料模块12是圆柱体管121或长方体管122。如图7A所示，圆柱体管121设有透明顶盖301和位于其内部容积内并固定于水平横截面直径位置的连杆304的蝶阀302，该连杆304的两端通过一对孔穿透圆柱体管121的侧壁。操纵杆305与连杆304的一端连接。固定在连杆304下方的侧壁上的螺栓307设有O形螺母306，用于拧紧或松开操纵杆305。一对半圆形的密封脊303固定于圆柱体管121内壁上，在蝶阀302处于关闭状态时，其中之一接触蝶阀302的上表面、另一个接触蝶阀的下表面，以使蝶阀302处于密封状态。可生物降解废物被送入桶鼓170内的步骤是：在蝶阀302处于关闭状态时先打开透明顶盖301，将废物送入蝶阀302上方的空间(废物在此稍作停留)；然后，关闭透明顶盖301，通过松开O形螺母306并将操作杆305拉到打开位置来打开蝶阀302，废物坠入桶鼓170内。通过这些操作，实现将废物送入桶鼓170内，同时防止了桶鼓170内的气味外泄和苍蝇外逃。
如图7B所示，长方体管122设有：(1)通过顶部铰链319固定在顶部条形板318上的透明顶门311；(2)在长方体管122的下部空间内通过铰链314固定于第一对相对壁上的一对第二密封门312，该一对第二密封门312处于关闭状态时，其中一个门的边缘313与另一个门的边缘313叠合；(3)固定于长方体管122内第二对相对壁上的一对密封条或板316，当一对第二密封门312处于关闭状态时，上述一对密封条或板316的下边缘与上述一对第二密封门312的上表面相合；(4)一对绳索315，其内端固定于一对第二密封门312与顶部条形板318相对的端的边缘；(5)用于固定/松开每根绳索315的外端的多个固定杆317(绳索315经由与铰链319相连的顶部条形板318上的孔320延伸到长方体管122的外部)。可生物降解的废物被送入桶鼓170内的步骤是：在通过拉紧绳索315使一对第二密封门312而处于关闭状态时先打开透明顶门311，将废物送入一对第二密封门312上方的空间(废物在此稍作停留)；关闭透明顶门311，通过松开绳索315打开上述一对第二密封门312，废物坠入桶鼓170内。通过这些操作，实现将废物送入桶鼓170内，同时防止了桶鼓170内的气味外泄和苍蝇外逃。
前述内容被认为仅是本发明原理的示例。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和改变，因此不希望将本发明限制于所示出的和所描述的确切构造和操作，因此，所有适当的修改和类似示例，都属于本发明的范围。
关于以上描述，应当认识到，本发明的部件在尺寸、形状、形式、材料、功能、操作方式、组装和使用方式的最佳关系，对于本领域技术人员而言，被认为是显而易见的；与附图中所示和说明书中所描述的所有等效关系，均旨在被本发明所涵盖。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于生物反应器容器上腔室内的多层谐振搅拌器，上述生物反应器容器由一个多孔分隔板将其内部空间分隔为一个用于接收可生物降解废物的上述上腔室和一个用于接收上述上腔室产生的液体和颗粒的下腔室，其特征在于，包括：
a.多层水平排列的连接器，固定于上述生物反应器容器的上述上腔室的侧壁内表面；
b.一个中心支架，其设有一个顶环、一个底环、在上述顶环和上述底环之间至少一个与上述顶环和上述底环焊接一体的连杆、以及在上述连杆上的至少一个用于安装防水振动电机的区域；
c.多层水平或对角布置的拉伸弹簧，其中每个上述弹簧有一个内端与上述中心支架的上述顶环或上述底环连接、有一个外端与上述侧壁上的上述连接器之一连接；
d.至少一个上述防水振动电机，安装于上述中心支架的上述连杆的上述区域；
由此上述多层谐振搅拌器提供声波、振动、谐振频率以及热量四种能的至少一种，以搅拌上述上腔室内的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解成可通过循环水输送的液体和颗粒。
2.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述中心支架还设有与上述连杆焊接一体的至少一个平板，并且每个上述平板设有两个相对的平坦表面，每个上述平坦表面用于安装一个上述防水振动电机；其中上述平板或者水平布置、或者竖直纵向布置、或者竖直横向布置；其中安装于每个上述平板上的两个上述防水振动电机一起工作以增加振动强度或者其中一个设置为工作电机而另一个设置为备用电机以增加上述多层谐振搅拌器的寿命。
3.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述中心支架在上述顶环和上述底环之间还设有与上述连杆焊接一体的至少一个额外的连接环，用于连接额外的水平层或对角层的弹簧。
4.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述弹簧的第一振动频率与上述防水振动电机的第二振动频率相匹配，从而使上述防水振动电机产生的振动被上述弹簧的固有能量放大并产生谐振，以搅拌上述上腔室内的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解为可通过循环水输送的液体和颗粒。
5.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述水平排列或对角排列的拉伸弹簧层，其特征在于，一个下层比其上层设有更多数量的弹簧；因此，送入上述上腔室的上述可生物降解废物被同一层任意两个弹簧之间的间隙过滤，较大尺寸的废物停留在上述上腔室的上层，而较小尺寸的废物则过滤到上述上腔室的下层。
6.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述对角布置的延伸弹簧层还设有两个弹簧层，其中每一个弹簧的内端与上述中心支架的上述顶环连接，而其外端或者与最上一层的上述连接器之一连接或者与较下一层的上述连接器之一连接；从而使上述两个弹簧层平衡对称，并且使上述顶环处于与上述最上层连接器和较下层连接器之间的垂直中点相平行的位置，而且保持上述中心支架处于稳定和平衡的状态；而且，在沿上述最上一层弹簧的上表面形成锥体形状，以接收被送入上述上腔室的上述可生物降解废物。
7.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述水平布置的弹簧层还设有最低层，上述最低层弹簧层位于上述生物反应器容器的上述多孔分隔板上方，并且上述最低层弹簧层的下表面与上述多孔分隔板上表面之间的垂直间隙小于2.5厘米；因此，上述最低层弹簧层的振动可以防止上述多孔分隔板的过滤孔被淤泥或粘性颗粒阻塞。
8.一种固定于生物反应器容器内的多孔分隔板上表面的单层谐振搅拌器，上述生物反应器容器由一个多孔分隔板将其内部空间分隔为一个用于接收可生物降解废物的上腔室和一个用于接收上述上腔室产生的液体和颗粒的下腔室，其特征在于，包括：
a.一个沿着上述上腔室的侧壁内表面布置的外支架；
b.位于上述外支架上的多个连接器或孔；
c.固定于上述多孔分隔板的上述上表面上的内支架；
d.一层水平布置的弹簧，其内端与上述内支架相连，其外端与上述外支架上的上述连接器或孔之一相连；
e.安装于每个上述弹簧内的至少一个防水振动电机；
由此上述单层谐振搅拌器提供声波、振动、谐振频率以及热量四种能的至少一种，以搅拌上述多孔分隔板之上及附近空间的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解成可通过循环水输送的液体和颗粒。
9.如权利要求8所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，还在每个上述弹簧内安装两个或更多个防水振动电机；因此，每个上述弹簧内的所有上述防水振动电机设置为同时一起工作以增加振动强度或者设置为其中一半为工作电机而另一半为备用电机以增加上述单层谐振搅拌器的寿命。
10.如权利要求9所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，安装于每个上述弹簧内的每个上述防水振动电机，是通过将振子、空心杯电机及其一部分电线密封在金属管内而实现防水处理；其中上述空心杯电机是低压(≤12V)电机，其零负荷转速大于40000RPM，其横截面直径小于10毫米，其长度小于25毫米。
11.如权利要求10所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，上述防水振动电机浸没于生物反应器容器内的液体水平面，以防止上述振动电机过热。
12.一种用于回收可生物降解废物的生物反应器系统，其特征在于，包括：
a.多个圆柱体桶鼓，用于接收可生物降解废物；
b.一个接收罐，用于接收在上述桶鼓内产生的液体和颗粒；
c.位于每个上述桶鼓内的如权利要求1所述的多层谐振搅拌器、或如权利要求1所述的多层谐振搅拌器加上如权利要求8所述的单层谐振搅拌器；
d.位于每个上述桶鼓的顶壁上的喂料模块，用于喂料上述可生物降解废物；
e.安装于每个上述桶鼓的底壁开口的多孔分隔板，用于将每个上述桶鼓中产生的液体和颗粒过滤到上述接收罐中；
f.位于至少一个上述桶鼓的侧壁或上述顶壁上的至少一个液体输入口；
g.位于上述接收罐的侧壁上的一个液体输出口；
h.一个曝气模块，其设有安装于上述接收罐内的曝气器；
i.位于上述接收罐顶壁上的多个圆形开口和位于上述接收罐内的用于支撑上述桶鼓的多个支撑件，其中，上述桶鼓的底端侧壁与上述接收罐顶壁的上述圆形开口的顶边缘之间的间隙被密封以防止液体、气味和气体泄漏；
由此上述生物反应器系统，以连续的方式将上述可生物降解废物降解成上述液体和颗粒，以供应到种植床。
13.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，上述喂料模块是圆柱体管，其包括：
a.一个透明的顶盖；
b.在上述圆柱体管的下部容积内的一个蝶形阀，其固定于水平横截面直径位置的连接杆上，上述连接杆的两端通过上述圆柱体管侧壁上的一对孔穿透上述圆柱体管；
c.一个操作杆，其位于上述圆柱体管外部并且与上述连接杆的一端连接，用于打开或关闭上述蝶形阀；
d.一个固定于上述连接杆的上述一端下方的上述侧壁上的螺栓，设有用于松开或拧紧上述操作杆的螺母；和
e.一对固定在上述圆柱体管内壁区域上的半圆形密封脊，在上述蝶形阀处于关闭状态时，上述一对半圆形密封脊中的一个与上述蝶形阀的上表面相合、而另一个与上述蝶形阀的下表面相合；
上述喂料模块从而能够实现将上述可生物降解废物喂料到上述桶鼓内，并且实现在喂料操作期间防止异味和苍蝇从桶鼓内外泄或外逃。
14.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，上述喂料模块是长方体管，其包括：
a.一个通过顶部铰链固定在顶部条形板上的透明顶门；
b.经由下部铰链固定于上述长方体管下部空间内的第一对相对壁的一对第二密封门，当上述一对第二密封门处于关闭状态时，其中一个门的边缘与另一个门的边缘叠合；
c.固定于上述长方体管内第二对相对壁的一对密封条，其下边缘与关闭状态的上述一对第二密封门的上表面相合；
d.一对用于松开/收紧上述一对第二密封门的绳索，其内端固定于上述一对第二密封门与顶部条形板相对的端的上述边缘；
e.用于固定/松开上述绳索的外端的多个固定杆，上述绳索经由上述顶部条形板的一对孔延伸到该长方体管的外部；
上述喂料模块从而能够实现将上述可生物降解废物喂料到上述桶鼓内，并且实现在喂料操作期间防止异味和苍蝇从桶鼓内外泄或外逃。
15.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一个集成一体的芯汲床，其包括：
a.一个容器，其设有20-30厘米的上层以及20-30厘米的下层，上述上层填充有表层培植介质，上述下层设有上渠、下渠以及填充有生物过滤介质的中渠；
b.第二曝气模块，其设有安装于上述下渠的曝气器；
c.一个液体输入口，用于将上述液体和颗粒从上述接收罐的液体输出口引入上述上渠；
d.与上述下渠相连接的一个液体输出口，用于将进一步过滤的液体引入另一个集成一体的芯汲床或贮水罐；
e.上述贮水罐，设有水泵，上述水泵设有连接管道用于将上述进一步过滤的液体引入上述至少一个上述桶鼓的上述液体输入口；
上述生物反应器系统实现闭环液体再循环，将上述液体和颗粒供应到上述芯汲床以培植植物。
16.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有太阳能板、电池和太阳能充电控制器以供应电力驱动上述水泵、上述曝气模块、上述多层谐振搅拌器和上述单层谐振搅拌器。
17.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一层位于上述芯汲床上方的水培栽培管，上述水培栽培管设有多个开口以容纳培植植物的网杯，上述水泵的上述连接管道将上述进一步过滤的液体引入上述水培栽培管；上述水培栽培管还设有第二连接管道用于将上述进一步过滤的液体排放到上述至少一个上述桶鼓的上述液体输入口；由此上述生物反应器系统，实现闭环液体再循环，将上述液体和颗粒供应到上述芯汲床和上述水培栽培管以培植植物。
18.如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有储水箱和顶板，上述储水箱位于上述贮水罐的上方、经由第三连接管道接收上述顶板收集的雨水；上述储水箱还设有排放管道连接到固定于上述贮水罐侧壁的自动水位控制阀；上述第三连接管道和上述贮水罐均设有溢水口以排出多余的水；因此，上述储水箱自动收集雨水，并且当上述贮水罐内的水位低于上述自动水位控制阀时自动给上述贮水罐添加水。
19.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有：
a.上述桶鼓之一的侧壁上的一个废气输出口；
b.位于上述桶鼓的任何两个相邻侧壁之间的一个排气管，用于将来自所有其它桶鼓的废气引入设有上述废气输出口的桶鼓中；
c.连接到上述芯汲床的上述下层的上述上渠的一个气体输入口；
d.一个管道风机，位于上述芯汲床的上述气体输入口和上述桶鼓之一的上述废气输出口之间并设有与之相连接的管道，用于将来自上述桶鼓的废气引入上述芯汲床的上述上渠；
由此上述生物反应器系统，将来自上述桶鼓内的废气引入上述芯汲床，以实现进一步过滤并向生长中的植物供应二氧化碳。
20.如权利要求15或权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一个如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，安装于上述芯汲床的上述表层培植介质内，用于疏松上述表层培植介质以改善植物根部周围的通气。
21.如权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，上述桶鼓中的至少一个被配置为接收包含粪便的黑水，包括：
a.上述桶鼓的内部空间，被分隔为上腔室、中腔室和下部空间；
b.上述多孔分隔板，用于分隔上述上腔室和上述中腔室；以及一个凹形或锥形分隔板，用于分隔上述中腔室与上述下部空间；
c.上述顶壁和位于上述顶壁上的上述喂料模块，用于接收上述可生物降解废物；
d.位于上述上腔室的上述侧壁上的至少一个液体输入口，用于接收上述黑水；
e.安装于上述上腔室的如权利要求1所述的多层谐振搅拌器、或如权利要求1所述的多层谐振搅拌器加上如权利要求8所述的单层谐振搅拌器；
f.上述排气管，其连接到相邻桶鼓内部的一个管道，用于将来自上述上腔室的废气引入上述相邻桶鼓内的下层；
g.上述曝气模块，其设有安装于上述中腔室的曝气器；
h.位于上述凹形或锥形分隔板的中央最低区域的一个液体输出口，用于将上述上腔室接收或产生并收集于上述中腔室的上述黑水引入一个加热子室；
i.位于在上述下部空间的上述加热子室，其设有：
i.一个电热器和一个双金属温度控制开关，上述电热器的开/关由上述双金属温度控制开关根据上述加热子室内的温度变化而控制；
ii.一个输入口，用于接收上述中腔室的上述黑水；
iii.一个输出口，用于将加热的上述黑水引入上述接收罐；
iv.位于上述加热子室下方以及上述下部空间侧壁上的一个第二输出口，用于将上述中腔室、上述加热子室和上述下部空间的所有连接管内的上述黑水排空，以防止这些结构在冬季因结冰而致破裂；
因此，上述上腔室接收和产生的上述黑水经历如下过程：被收集于中腔室、被引入加热子室、在加热子室内被加热到70-100℃的温度以杀死病原性生物、被引入到接收罐、其温度在接收罐被适当调节、最后供应到上述芯汲床中以培植植物。
22.如权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有一个炉灶单元；上述炉灶单元设有一个位于上述接收罐下方的散热器作为其支撑基座，并且设有第二导管，用于将上述炉灶单元的烟气从上述散热器的出口经由位于接收罐的一个第二侧壁的一个废气输入口、引入上述接收罐；因此，上述烟气经历如下过程：被上述接收罐内和上述芯汲床的上述上渠内的上述液体“洗涤”、被桶鼓内的上述可生物降解废物和上述芯汲床内的上述表层培植介质过滤；从而，将热能和二氧化碳供给上述芯汲床的植物。

Claims (22)

1.一种用于生物反应器容器上腔室内的多层谐振搅拌器，上述生物反应器容器由一个多孔分隔板将其内部空间分隔为一个用于接收可生物降解废物的上述上腔室和一个用于接收上述上腔室产生的液体和颗粒的下腔室，其特征在于，包括：
a.多层水平排列的连接器，固定于上述生物反应器容器的上述上腔室的侧壁内表面；
b.一个中心支架，其设有一个顶环、一个底环、在上述顶环和上述底环之间至少一个与上述顶环和上述底环焊接一体的连杆、以及在上述连杆上的至少一个用于安装防水振动电机的区域；
c.多层水平或对角布置的拉伸弹簧，其中每个上述弹簧有一个内端与上述中心支架的上述顶环或上述底环连接、有一个外端与上述侧壁上的上述连接器之一连接；
d.至少一个上述防水振动电机，安装于上述中心支架的上述区域；
由此上述多层谐振搅拌器提供声波、振动、谐振频率以及热量四种能的至少一种，以搅拌上述上腔室内的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解成可通过循环水输送的液体和颗粒。
2.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述中心支架还设有与上述连杆焊接一体的至少一个平板，并且每个上述平板设有两个相对的平坦表面，每个上述平坦表面用于安装一个上述防水振动电机；其中上述平板或者水平布置、或者竖直纵向布置、或者竖直横向布置；其中安装于每个上述平板上的两个上述防水振动电机一起工作以增加振动强度或者其中一个设置为工作电机而另一个设置为备用电机以增加上述多层谐振搅拌器的寿命。
3.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述中心支架在上述顶环和上述底环之间还设有与上述连杆焊接一体的至少一个额外的连接环，用于连接额外的水平层或对角层的弹簧。
4.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述弹簧的第一振动频率与上述防水振动电机的第二振动频率相匹配，从而使上述防水振动电机产生的振动被上述弹簧的固有能量放大并产生谐振，以搅拌上述上腔室内的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解为可通过循环水输送的液体和颗粒。
5.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述水平排列或对角排列的拉伸弹簧层，其特征在于，每一个下层比其上层设有更多数量的弹簧；因此，送入上述上腔室的上述可生物降解废物被同一层任意两个弹簧之间的间隙过滤，较大尺寸的废物停留在上述上腔室的上层，而较小尺寸的废物则过滤到上述上腔室的下层。
6.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述对角布置的延伸弹簧层还设有两个弹簧层，其中每一个弹簧的内端与上述中心支架的上述顶环连接，而其外端或者与最上一层的上述连接器之一连接或者与较下一层的上述连接器之一连接；从而使上述两个弹簧层平衡对称，并且使上述顶环处于与上述连接器的最上层和较下层之间的垂直中点相平行的位置，而且保持上述中心支架处于稳定和平衡的状态；而且，在沿上述最上一层弹簧的上表面形成锥体形状，以接收被送入上述上腔室的上述可生物降解废物。
7.如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，其特征在于，上述水平布置的弹簧层还设有最低层，上述最低层弹簧层位于上述生物反应器容器的上述多孔分隔板上方，并且上述最低层弹簧层的下表面与上述多孔分隔板上表面之间的垂直间隙小于1英寸；因此，上述最低层弹簧层的振动可以防止上述多孔分隔板的过滤孔被淤泥或粘性颗粒阻塞。
8.一种固定于生物反应器容器内的多孔分隔板上表面的单层谐振搅拌器，上述生物反应器容器由一个多孔分隔板将其内部空间分隔为一个用于接收可生物降解废物的上腔室和一个用于接收上述上腔室产生的液体和颗粒的下腔室，其特征在于，包括：
a.一个沿着上述上腔室的侧壁内表面布置的外支架；
b.位于上述外支架上的多个连接器或孔；
c.固定于上述多孔分隔板的上述上表面上的内支架；
d.一层水平布置的弹簧，其内端与上述内支架相连，其外端与上述外支架上的上述连接器或孔之一相连；
e.安装于每个上述弹簧内的至少一个防水振动电机；
由此上述单层谐振搅拌器提供声波、振动、谐振频率以及热量四种能的至少一种，以搅拌上述多孔分隔板之上及附近空间区域的上述可生物降解废物、并加速将上述可生物降解废物降解成可通过循环水输送的液体和颗粒。
9.如权利要求8所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，还在每个上述弹簧内安装两个或更多个防水振动电机；因此，每个上述弹簧内的所有上述防水振动电机设置为同时一起工作以增加振动强度或者设置为其中一半为工作电机而另一半为备用电机以增加上述单层谐振搅拌器的寿命。
10.如权利要求9所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，安装于每个上述弹簧内的每个上述防水振动电机，是通过将振子、空心杯电机及其一部分电线密封在金属管内而实现防水处理；其中上述空心杯电机是低压(≤12V)电机，其零负荷转速大于40000RPM，其横截面直径小于10毫米，其长度小于25毫米。
11.如权利要求10所述的单层谐振搅拌器，其特征在于，上述防水振动电机浸没于生物反应器容器内的液体水平面，以防止上述振动电机过热。
12.一种用于回收可生物降解废物的生物反应器系统，其特征在于，包括：
a.多个圆柱体桶鼓，用于接收可生物降解废物；
b.一个接收罐，用于接收在上述桶鼓内产生的液体和颗粒；
c.位于每个上述桶鼓内的一个权利要求1的多层谐振搅拌器、或一个权利要求1的多层谐振搅拌器加上一个权利要求7的单层谐振搅拌器；
d.位于每个上述桶鼓的顶壁上的喂料模块，用于喂料上述可生物降解废物；
e.安装于每个上述桶鼓的底壁开口的多孔分隔板，用于将每个上述桶鼓中产生的液体和颗粒过滤到上述接收罐中；
f.位于至少一个上述桶鼓的侧壁或上述顶壁上的至少一个液体输入口；
g.位于上述接收罐的侧壁上的一个液体输出口；
h.一个曝气模块，其设有安装于上述接收罐内的曝气器；
i.位于上述接收罐顶壁上的多个圆形开口和位于上述接收罐内的用于支撑上述桶鼓的多个支撑件，其中，上述桶鼓的底端侧壁与上述接收罐顶壁的上述圆形开口的顶边缘之间的间隙被密封以防止液体、气味和气体泄漏；
由此上述生物反应器系统，以连续的方式将上述可生物降解废物降解成上述液体和颗粒，以供应到种植床。
13.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，上述喂料模块是圆柱体管，其包括：
a.一个透明的顶盖；
b.在上述圆柱体管的下部容积内的一个蝶形阀，其固定于水平横截面直径位置的连接杆上，上述连接杆的两端通过上述圆柱体管侧壁上的一对孔穿透上述圆柱体管；
c.一个操作杆，其位于上述圆柱体管外部并且与上述连接杆的一端连接，用于打开或关闭上述蝶形阀；
d.一个固定于上述连接杆的上述一端下方的上述侧壁上的螺栓，设有用于松开或拧紧上述操作杆的螺母；和
e.一对固定在上述圆柱体管内壁区域上的半圆形密封脊，在上述蝶形阀处于关闭状态时，上述一对半圆形密封脊中的一个与上述蝶形阀的上表面相合、而另一个与上述蝶形阀的下表面相合，以保持蝶形阀紧密闭合；
上述喂料模块从而能够实现将上述可生物降解废物喂料到上述桶鼓内，并且实现在喂料操作期间防止异味和苍蝇从桶鼓内外泄或外逃。
14.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，上述喂料模块是长方体管，其包括：
a.一个通过顶部铰链固定在顶部条形板上的透明顶门；
b.经由下部铰链固定于上述长方体管下部空间内的第一对相对壁的一对第二密封门，当上述一对第二密封门处于关闭状态时，其中一个门的边缘与另一个门的边缘互相叠合；
c.固定于上述长方体管内第二对相对壁的一对密封条，其下边缘与关闭状态的上述一对第二密封门的上表面相合；
d.一对用于松开/收紧上述一对第二密封门的绳索，其内端固定于上述一对第二密封门与顶部条形板相对的端的上述边缘；
e.用于固定/松开上述绳索的外端的多个固定杆，上述绳索经由上述顶部条形板的一对孔延伸到该长方体管的外部；
上述喂料模块从而能够实现将上述可生物降解废物喂料到上述桶鼓内，并且实现在喂料操作期间防止异味和苍蝇从桶鼓内外泄或外逃。
15.如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一个集成一体的芯汲床，其包括：
a.一个容器，其设有8-12英寸的上层以及8-12英寸的下层，上述上层填充有表层培植介质，上述下层设有上渠、下渠以及填充有生物过滤介质的中渠；
b.第二曝气模块，其设有安装于上述下渠的曝气器；
c.一个液体输入口，用于将上述液体和颗粒从上述接收罐的液体输出口引入上述上渠；
d.与上述下渠相连接的一个液体输出口，用于将进一步过滤的液体引入另一个集成一体的芯汲床或贮水罐；
e.上述贮水罐，设有水泵，上述水泵设有连接管道用于将上述进一步过滤的液体引入上述至少一个上述桶鼓的上述液体输入口；
上述生物反应器系统实现闭环液体再循环，将上述液体和颗粒供应到上述芯汲床以培植植物。
16.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有太阳能板、电池和太阳能充电控制器以供应电力驱动上述水泵、上述曝气模块、上述多层谐振搅拌器和上述单层谐振搅拌器。
17.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一层位于上述芯汲床上方的水培栽培管，上述水培栽培管设有多个开口以容纳培植植物的网杯，上述水泵的上述连接管道将上述进一步过滤的液体引入上述水培栽培管；上述水培栽培管还设有第二连接管道用于将上述进一步过滤的液体排放到上述至少一个上述桶鼓的上述液体输入口；由此上述生物反应器系统，实现闭环液体再循环，将上述液体和颗粒供应到上述芯汲床和上述水培栽培管以培植植物。
18.如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有储水箱和顶板，上述储水箱位于上述贮水罐的上方、经由第三连接管道接收上述顶板收集的雨水；上述储水箱还设有排放管道连接到固定于上述贮水罐侧壁的自动水位控制阀；上述第三连接管道和上述贮水罐均设有溢水口以排出多余的水；因此，上述储水箱自动收集雨水，并且当上述贮水罐内的水位低于上述自动水位控制阀时自动给上述贮水罐添加水。
19.如权利要求15所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有：
a.上述桶鼓之一的侧壁上的一个废气输出口；
b.位于上述桶鼓的任何两个相邻侧壁之间的一个排气管，用于将来自所有其它桶鼓的废气引入设有上述废气输出口的桶鼓中；
c.连接到上述芯汲床的上述下层的上述上渠的一个气体输入口；
d.一个管道风机，位于上述芯汲床的上述气体输入口和上述桶鼓之一的上述废气输出口之间并设有与之相连接的管道，用于将来自上述桶鼓的废气引入上述芯汲床的上述上渠；
由此上述生物反应器系统，将来自上述桶鼓内的废气引入上述芯汲床，以实现进一步过滤并向生长中的植物供应二氧化碳。
20.如权利要求15或权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有至少一个如权利要求1所述的多层谐振搅拌器，安装于上述芯汲床的上述表层培植介质内，用于疏松上述表层培植介质以改善植物根部周围的通气。
21.如权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，上述桶鼓中的至少一个被配置为接收包含粪便的黑水，包括：
a.上述桶鼓的内部空间，被分隔为上腔室、中腔室和下部空间；
b.上述多孔分隔板，用于分隔上述上腔室和上述中腔室；以及一个凹形或锥形分隔板，用于分隔上述中腔室与上述下部空间；
c.上述顶壁和位于上述顶壁上的上述喂料模块，用于接收上述可生物降解废物；
d.位于上述上腔室的上述侧壁上的至少一个液体输入口，用于接收上述黑水；
e.安装于上述上腔室的如权利要求1所述的多层谐振搅拌器、或如权利要求1所述的多层谐振搅拌器加上如权利要求7所述的单层谐振搅拌器；
f.上述排气管，其连接到相邻桶鼓内部的一个管道，用于将来自上述上腔室的废气引入上述相邻桶鼓内的下层；
g.上述曝气模块，其设有安装于上述中腔室的曝气器；
h.位于上述凹形或锥形分隔板的中央最低区域的一个液体输出口，用于将上述上腔室接收或产生并收集于上述中腔室的上述黑水引入一个加热子室；
i.位于在上述下部空间的上述加热子室，其设有：
i.一个电热器和一个双金属温度控制开关，上述电热器的开/关由上述双金属温度控制开关根据上述加热子室内的温度变化而控制；
ii.一个输入口，用于接收上述中腔室的上述黑水；
iii.一个输出口，用于将加热的上述黑水引入上述接收罐；
iv.位于上述加热子室下方以及上述下部空间侧壁上的一个第二输出口，用于将上述中腔室、上述加热子室和上述下部空间的所有连接管内的上述黑水排空，以防止这些结构在冬季因结冰而致破裂；
因此，上述上腔室接收和产生的上述黑水经历如下过程：被收集于中腔室、被引入加热子室、在加热子室内被加热到70-100℃的温度以杀死病原性生物、被引入到接收罐、其温度在接收罐被适当调节、最后供应到上述芯汲床中以培植植物。
22.如权利要求19所述的生物反应器系统，其特征在于，还设有一个炉灶单元；上述炉灶单元设有一个位于上述接收罐下方的散热器作为其支撑基座，并且设有第二导管，用于将上述炉灶单元的烟气从上述散热器的出口经由位于接收罐的一个第二侧壁的一个废气输入口、引入上述接收罐；因此，上述烟气经历如下过程：被上述接收罐内和上述芯汲床的上述上渠内的上述液体“洗涤”、被桶鼓内的上述可生物降解废物和上述芯汲床内的上述表层培植介质过滤；从而，将热能和二氧化碳供给上述芯汲床的植物。
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