Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА

Изобретение относится к области химии, в частности к утилизации и использованию отходов животноводства с выработкой горючего газа биометана, биологического топлива и биологического удобрения.

Известен аппарат метанового брожения [1], содержащий вертикальный корпус с технологическими перегородками и патрубком подвода и отвода сред.

Недостаток [1] в том, что в данном аппарате метанового брожения степень распада органики субстрата недостаточно высокая.

Известен аппарат метанового брожения [2], содержащий горизонтальный корпус, разделенный вертикальными перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, имеющий в верхней части газовую полость, а в нижней осадительную полость и разгрузочное устройство, и расположенное внутри корпуса перемешивающее средство.

Недостатком [2] является то, что в этом аппарате отсутствуют условия для измельчения целлюлозосодержащих компонентов субстрата и для корректировки его по углероду, а избыточное содержание аммонийного азота внутри аппарата снижает эффективность брожения и соответственно эффективность его работы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению, прототипом, является аппарат метанового брожения [3], содержащий горизонтальный корпус, разделенный вертикальными перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения и имеющий в верхней части газовую полость, а в нижней осадительную полость и разгрузочное устройство, и расположенное внутри корпуса перемешивающее средство, снабжен загрузочным устройством, взаимодействующим с ним измельчителем, включающим корпус с зернистой, абразивной, иммобилизационной засыпкой и с перфорированной стенкой для сообщения его с камерой кислого брожения и размещенные в корпусе на приводном валу лопасти и расположенной на выходном участке корпуса осадительной камерой, а перемешивающее средство выполнено в виде приводного горизонтального вала с лопастями, взаимодействующими с вертикальными перегородками, при этом последние на участке взаимодействия с лопастями выполнены перфорированными.

Недостатком данного технического решения [3] является то, что скорость и степень перемешивания в камерах брожения одинаковая, в то время как процессы брожения различны и требуют разные объемы перемешивания; процесс не автоматизирован; процесс переработки отходов не является непрерывным, а с периодичной загрузкой и выгрузкой; продолжительность цикла зависит от температуры окружающей среды; в камерах недостаточные условия для воспроизводства активных бактерий.

Целью заявляемого изобретения является осуществление непрерывного процесса брожения в камерах путем автоматизации перемешивания, поддержание температурного режима для воспроизводства активных бактерий.

Цели достигаются тем, что устройство утилизации отходов животноводства, содержащее горизонтальный корпус, разделенный вертикальными перегородками на камеру кислого брожения, где углеводы, белки и жиры под действием метанобразующих бактерий превращаются в органические кислоты, камеру нейтрального брожения, где происходит дальнейший рост рН, камеру щелочного брожения, где органические кислоты и азотистые вещества разлагаются с образованием аммонийных соединений, аминов и других продуктов, обладающих щелочными свойствами, и камеру метанового брожения, где выделившийся в процессе брожения метан попадает в газовую полость в верхней части, в нижней части устройства содержатся осадительная полость, разгрузочное устройство, внутри корпуса расположено перемешивающее средство, в свою очередь снабженное загрузочным устройством и взаимодействующим с ним измельчителем, включающим корпус, содержащий зернистую, абразивную засыпку, в качестве таковых могут выступать гранулы керамзита размером порядка 25 мм, также снабженный перфорированной перегородкой в стенке для сообщения его с камерой кислого брожения, причем размещенные в корпусе, на приводном валу лопасти, и расположенной на выходном участке корпуса осадительной камерой, при этом перемешивающее средство выполнено в виде приводного горизонтального вала с лопастями, с взаимодействующими вертикальными перегородками, последние на участке взаимодействия с лопастями выполнены перфорированными, упомянутый корпус выполнен в горизонтально коническом исполнении с увеличивающимся диаметром камер брожения, а вершина конуса имеет цилиндрическую камеру, сверху которой размещен бункер непрерывной загрузки, с торца упомянутой камеры предусмотрен электропривод, который вращает вал со шнеком, размещенный внутри цилиндрической камеры, измельчающий исходный материал определенной влажности и подающий в первую смежную камеру брожения и далее по ходу процесса предусмотрены последующие камеры, при этом в каждой камере оси вращающих лопаток расположены соосно, валы имеют определенный размер и крепятся через стенку корпуса в основании конуса, при этом поверхность упомянутого конического корпуса и цилиндрической камеры с бункером непрерывной подачи исходного сырья дополнительно покрыты теплоизоляционными материалами, причем сверху корпуса предусмотрены пакеты солнечного коллектора, в которых от солнечной энергии нагревается теплоноситель, кроме того, внутри стенок конического корпуса и цилиндрической камеры с бункером непрерывной подачи предусмотрены вмонтированные трубы, через которые производится обогрев камер брожения теплоносителем, нагретым в упомянутых солнечных коллекторах, а внутренняя поверхность стен камер брожения выполнена из пористого материала, улучшающего условия воспроизводства активных бактерий брожения, скорости вращения электроприводов регулируются подбором оптимальных режимов подачи исходного сырья, измельчения и подачи в камеры брожения, а также перемешивания камер брожения.

На чертеже изображено устройство утилизации отходов жизнедеятельности животноводства, где 1 - корпус, 2 - перегородки, закрепленные к корпусу 1, 3 - камера кислого брожения, 4 - камера нейтрального брожения, 5 - камера щелочного брожения, 6 - камера метанового брожения, 7 - загрузочное устройство, 8 - загрузочное устройство, 9 - вал, 10 - привод вала, 11 - перемешивающие лопасти, 12 - газовая полость, 13 - осадительная полость, 14 - корпус измельчителя, 15 - вал измельчителя со шнеком, 16 - привод вала измельчителя, 17 - лопасти, 18 - зернистая, абразивная засыпка, 19 - перфорированная перегородка, 20 - стенка, содержащая перфорированную перегородку, 21 - осадительная камера, 22 - наклонная перегородка, 23 - патрубок отводной, 24 - гидравлический затвор, 25 - предохранительный клапан, 26 - солнечный коллектор, 27 - теплооменные аппараты, 28 - патрубок отвода биометана.

Устройство утилизации отходов жизнедеятельности животноводства работает следующим образом: подлежащий обработке субстрат-загрузку (стоки и отходы жизнедеятельности животных) подают в загрузочное устройство 7 посредством внешнего устройства загрузки, не показанного на чертеже. При попадании отходов жизнедеятельности в корпус 14 происходит измельчение и истирание целлюлозосодержащих компонентов загрузки (соломы, листового опада, опилок, сена и т.д.) за счет интенсивного контакта с зернистой абразивной засыпкой 18, представляющей собой, например, гранулы керамзита размером порядка 25 мм, которые взаимодействуют с лопастями 17, причем выход взвесей из корпуса 14 возможен только в том случае, если размер частиц взвесей будет меньше размеров перфораций перегородки 19. Аналогичным образом происходит перемещение по камерам 3, 4, 5 и 6 через перфорированные участки перегородок 2, закрепленные к корпусу 1, что обеспечивает более тонкое измельчение твердой составляющей в загрузке (субстрате) в отличие от прототипа.

За счет ввода целлюлозосодержащих компонентов достигается соотношение между углеродом и азотом в пределах 20:1.

Истирание же целлюлозосодержащих компонентов субстрата позволяет корректировать его по углероду и снижать ингибирующее воздействие азота.

Термостатирование процесса брожения осуществляют за счет температуры теплообогревателей 27, размещенных в стенках корпуса устройства, что позволяет добиться оптимальных условий для воспроизводства активных метано-вырабатывающих бактерий. При вращении вала 9, оснащенного перемешивающими лопастями 11, приводом 10, происходит разрушение сухой корки на поверхности субстрата и перемешивание осадка в коническом корпусе 1. В осадительной камере 21 происходит отделение газовых пузырьков от взвесей, которые после отделения осаждаются и выводятся через разгрузочное устройство 8. Биометан из газовой полости 12 отводят по патрубку 28 потребителю. Осветленная составляющая послеброжевого остатка отводится из камеры 21 по патрубку 23 через гидравлический затвор 24. Наличие осадительной камеры 21 снижает до минимума потери целлюлозосодержащих компонентов субстрата при выгрузке, а отвод жидкой составляющей через гидравлический затвор с сифоном исключает бесконтрольное опорожнение гидравлического затвора и контролирует степень заполнения корпуса 1 субстратом.

Выработка биометана и биологического удобрения, которым является твердая составляющая послеброжевого остатка, отводится через устройство 8, причем наклонная нижняя поверхность конического корпуса способствует лучшему удалению твердого остатка, что делает работу устройства более производительной.

Использованные источники

1. Янко В.Г., Янко Ю.Г. Обработка сточных вод и осадка в метантенках. Киев, 1978, с. 40, рис. 81.

2. Виестур У.Э., Кузнецов А.И., Савенков В.В. Система ферментации. Рига, 1986, с. 18-19, рис. 2.2.

3. Патент РФ 2080371, МПК⁶ C12M 1/107, Тумченко В.И.