Результат интеллектуальной деятельности: Устройство по интенсификации биотермического процесса переработки органической массы с применением твердой фракции навоза

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к средствам для ускоренного процесса компостирования с использованием твердой фракции навоза в приготовлении органоминеральных удобрений.

Известна технология поточной переработки отходов животноводства в органические удобрения (см. журнал «Техника и оборудование для села» №2, 2007 г. стр. 14, статья «Поточная технология переработки отходов животноводства в органические удобрения» - авторы: Завражнов А.И., Миронов В.В., Колдин М.С. и П.С. Никитин (ВГОУ ВПО Мичуринский ГАУ).

В приведенной технологии, содержащей смешивание навоза с влагопоглощающим материалом в определенной пропорции, выдержка смеси в буртах, прохождение смеси через аэрационный биореактор в противоток принудительно подаваемому воздуху, измельчение и разгрузка компостной смеси. Приведенная технология не предусматривает введение дополнительных обогатительных компонентов и предварительного подогрева компостной смеси с непрерывным ее перемешиванием для ускорения процесса компостирования.

Известна технология переработки и утилизации отходов (см. проспект «Биокомплекс. Переработка и утилизация отходов. ЗА) НПО «Биокомплекс», Москва), включающая емкости с дозаторами с сыпучим и жидким сырьем, смеситель, биореактор с компрессором, парогенератором, сушилкой и измельчителем. По данной технологии подготовленная смесь загружается в биореактор, имеющий возможность вращаться вокруг своей продольной горизонтальной оси с помощью двух мощных приводных станций. Во вращающийся биореактор начинает поступать с помощью компрессора воздух и с помощью парогенератора под давлением горячий пар. После обработки в биореакторе компостная смесь поступает в сушилку, а потом в измельчитель. В процессе компостирования уничтожается патогенная микрофлора, нейтрализуется запах, снижается влажность биомассы, погибают яйца гельминтов и теряют всхожесть семена сорняков. Как видно из технологии, процесс получения компоста довольно усложненный и имеет периодический характер.

Известна установка для приготовления компоста (см. патент РФ №2164905, кл. С05 3/06, 10.04.1991 г.) для переработки органических отходов в компост, содержащая систему двух цилиндрических барабанов с теплоизолирующим покрытием, установленных горизонтально с возможностью вращения вокруг продольной оси на опорных катках при помощи двух электроприводов, расположенных на основании. Установка снабжена системой аэрации компостируемой массы и имеет, расположенные на его противоположных сторонах - боковых торцевых стенках, загрузочное и разгрузочное окна, а также, смонтированные в барабане с разгрузочным окном, лопатки для подачи готового компоста к разгрузочному окну, равномерно расположенные по окружности.

Недостатком указанной установки является невысокая производительность, определенная сложность конструкции, обилие электроприводов: 2 мощных электропривода для вращения 2-х барабанов, электроприводы 2-х шнеков, 3-х электровентиляторов, 2-х электрокалориферов, ограниченные возможности регулирования технологического процесса из-за вращающихся торцевых стенок барабанов.

Известна установка для переработки органических отходов в компост (патент №2214991 C1, C05F 3/06, 27.10.2003 г.), содержащая основание, установленный на опорных катках с возможностью вращения посредством привода горизонтальный цилиндрический барабан с теплоизолирующим покрытием, снабженный системой аэрации компостируемой массы и имеющий расположенные на его противоположных торцевых сторонах загрузочное и разгрузочное окна. В барабане на торцевой стенке с разгрузочным окном внутри барабана смонтированы лопатки для подачи готового компоста к разгрузочному окну, равномерно расположенные по окружности.

Недостаток этой установки заключается в том, что два процесса биоконверсии происходят в одном месте и довольно затруднен отбор информации из вращающегося биореактора через вращающиеся торцевые стенки. И еще - недостатки вышеназванных патентов в том, что не обеспечивается равномерное насыщение всего объема компостируемой массы кислородно-озоновой воздушной смесью. Данная установка является прототипом предлагаемого устройства.

Цель изобретения - интенсификация биотермического процесса переработки органической массы.

Поставленная задача достигается тем, что цилиндрический биотермический барабан с теплоизолирующим покрытием для переработки органической массы в компост, установленный горизонтально на четырех опорных катках с возможностью возвратно-вращательного движения посредством реверсивного электропривода, снабжен системой аэрации кислородно-озоновой воздушной смесью осуществляемой через металлокерамические трубы, расположенными горизонтально относительно продольной оси биобарабана в пределах 120° сектора по окружности и закрепленные на левой выдвижной торцевой стенке барабана с таким расчетом, чтобы под неподвижными металлокерамическими аэрационными трубами свободно проходила одна часть перемешивающих лопаток, закрепленных на внутренней поверхности корпуса барабана таким образом, чтобы длина большей стороны лопаток располагалась вдоль продольной оси барабана и крепилась к корпусу барабана под углом 60°, образуя прерывистую винтовую линию по типу многозаходного шнека, а другая часть - угол в 60° был бы обращен в другую сторону (при реверсе электропривода).

Вся внутренняя поверхность биобарабана, торцевые стенки, лопатки, кроме металлокерамических труб, покрыты антиадгезионным износостойким покрытием, обладающим способностью не смачивания с перемешивающимися органическими массами. При прохождении под давлением кислородно-озоновой воздушной смеси по металлокерамическим трубам при закрытых заглушками выходах из них, благодаря их пористости, из них под давлением выходит огромное количество мелких струек в перемешиваемую массу (величина пор по диаметру составляет 0,05-0,1 мм), получается некий струйный разрушительный «ершик», способствующий значительному обогащению воздушной смесью органический материал.

В основном биореактор представляет собой стационарную установку, содержащую вращающуюся часть биореактора и две перемещаемые части со своими электроприводами, это - левая торцевая стенка биореактора и правая торцевая стенка. Через центральную ось каждой стенки проходят управляемые валы с деталями, образующими внутри биореактора поперечную перегородку с нижней регулируемой заслонкой, делящей биореактор на две камеры - биотермическую и сушильную.

Нами не найдено никакой информации о вращающемся биореакторе с неподвижными торцевыми стенками, поэтому решили облегчить получение информации с неподвижной стенки для приборной доски системы управления: показатели датчиков температуры, кислородомеров, датчиков давления и выпуска в атмосферу из корпуса избыточного газа, а также другие устройства автоматики, с целью упрощения, на чертеже не показаны.

В правой камере биореактора такая же система аэрации, точно такое же расположение аэрационных труб, только изготовленных из металлических с отверстиями диаметром 1-2 мм, приводящих компостируемую массу в «кипящее» состояние. Получаемый компост имеет рыхлую структуру и без потерь сохраняет свои удобрительные свойства при длительном хранении без укрытия. В этой же камере детали аэрационной системы и лопатки для выгрузки компоста также имеют антиадгезионное износостойкое покрытие.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в виде общего вида; на фиг. 2 - сечение барабана А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел на фиг. 1; на фиг. 4 - более подробный общий вид устройства на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - узел II на фиг. 4; на фиг. 7 - узел III на фиг. 4; на фиг. 8 - узел IV на фиг. 5; на фиг. 9 - момент отхода левой торцевой стенки от барабана; на фиг. 10 - вид В на фиг. 9; на фиг. 11 - вид Г на фиг. 9; на фиг. 12 - момент отхода правой торцевой стенки от барабана; на фиг. 13 - вид Д на фиг. 12; на фиг. 14 - вид Е на фиг. 12; на фиг. 15 - сечение Ж-Ж на фиг. 12.

Устройство содержит цилиндрический горизонтальный биореактор, состоящий из трех составляющих: левая торцевая выдвижная стенка 1, барабан с теплоизолирующим покрытием 2 и правая торцевая выдвижная стенка 3. Выдвижная стенка 1 стойками 4 крепится к платформе 5, имеющей возможность перемещаться по рельсовому пути 6 на колесах 7 с тормозами 8 с помощью электропривода 9 и фиксироваться с барабаном 2 во время работы фиксатором 10. На левой торцевой стенке 1 смонтированы: патрубок подачи шнековым транспортером (не показан) 11 компостируемой массы, патрубок для удаления из барабана газовой смеси углекислого газа и аммиака 12, по центральной горизонтальной оси устройства поворота заслонки 13 штангой 14 с приводом 15 и патрубок подвода кислородно-озоновой воздушной смеси 16 через распределитель 17 в систему металлокерамических труб 18 с заглушками 19. Кроме всего этого, на стенке смонтированы (не показаны) датчики: температуры внутри барабана и компостируемой массы, концентрации кислорода в газовой смеси, концентрации кислорода в газовой смеси и давления газовой смеси.

Барабан 2 представляет собой цилиндр с горизонтальной осью вращения, стенки которого имеют следующее строение: сам корпус 20, низкотемпературный источник тепла - строительный тепловой кабель 21, поддерживающий температуру от 5 до 30°С, термоизоляция 22 из пенопласта или минеральных матов, обечайка 23 и опирающийся барабан на опорные катки 24, которые смонтированы со стойками 25 на фундаменте 26, стоящем под углом 1-2° над горизонтом с подъемом в сторону левой выдвижной стенки 1. Во вращение барабан приводится через его зубчатый обод 27 колесом 28 реверсивными электроприводами 29. Так как устройство стоит под некоторым углом к горизонту от смещения в сторону уклона оно предохранено ребордами 30. По оси симметрии поперек в центре барабана внутри его к корпусу прикреплено кольцо 31 и два конуса 32. Также напротив конусов на внешней стороне барабана находится открывающийся смотровой люк 33 для осмотра и наладки устройства. Внутри барабана к его внутренней поверхности прикреплены парные лопатки 34, большая сторона которых располагается параллельно общей оси барабана, а угол между лопатками с вершиной на поверхности корпуса составляет 60°, т.е. по 30° по обе стороны от радиуса барабана. Лопатки располагаются прерывисто по винтовой линии, как у многозаходного шнека. Короткая сторона лопаток должна быть такой величины, чтобы она свободно проходила под системой аэрационных металлокерамических труб, перемешивая компостную массу.

Правая торцевая выдвижная стенка 3 немного отличается тем, что она имеет разгрузочное окно 35 с крышкой 36, штангу 37 с верхней заслонкой 38, патрубок для подачи атмосферного воздуха 39, распределитель воздуха 40 и точно такое же расположение аэрационных труб 41, но только изготовленных из металлических труб с отверстиями диаметром 1-2 мм с заглушками 42. Кроме этого расположены датчики температуры и влажности (не показаны). Герметизация биотермической 43 и сушильной камер 44 в поперечном сечении барабана осуществляется со стороны левой стенки 1 нижней заслонкой 13, изготовленной из неметаллического материала, уплотнениями 45 и 46. Такие же уплотнения, прилегающие к кольцу 31 имеет и верхняя заслонка 38.

Кроме того, на заслонках 13 и 38 по своим периметрам закреплены седловидные уплотнения 45 по типу уплотнений для изделий из стекла. Левая торцевая стенка 1 и правая торцевая стенка 3 своими бортиками с соответствующими уплотнениями создают герметичность биореактора. Все открытые внешние и внутренние части биореактора, кроме системы аэрационных металлокерамических труб, имеют антиадгезионное износостойкое покрытие, предупреждающее прилипание органического материала к соответствующим деталям биореактора.

Устройство работает следующим образом.

Перед подачей в биореактор органические отходы, например, навоз углеродосодержащие наполнители - солому, мелкую стружку, опилки, хвою измельчают и перемешивают, добавляют азотное удобрение сернокислый аммоний (сульфат аммония). Качество компоста, как удобрения, улучшится, если в него добавить фосфорное удобрение (суперфосфат или фосфоритной муки).

Для ускорения процесса созревания компоста необходимо еще добавлять бактериальные добавки - нитрагин, азотобактерин, фосфоробактерин, препарат АМБ и эффективные микроорганизмы (ЭМ).

Устройство готовится к обработке компостируемой смеси.

В связи с тем, что барабан 2 стоит стационарно на «горке» с уклоном в правую сторону, включается привод 9, закрепленный на платформе правой выдвижной торцевой стенки. Платформа является зеркальным отображением левой платформы 5, которая тормозится перед соединением с барабаном 2 тормозом 8 и фиксируется фиксатором 10. В результате чего, верхняя заслонка плотно прилегает верхним уплотнением 45 к конусному кольцу 31. Затем включается электропривод 9 на левой платформе 5, которая перемещается до контакта левой торцевой стенки 1 с барабаном 2, происходит фиксация с включением тормозов 8. Нижняя заслонка 13 плотно контактирует с верхней заслонкой 38 с помощью уплотнений 45. Таким образом, собранный биореактор с биотермической камерой 43 и сушильной камерой 44 с разделительной поперечной перегородкой, составленной из двух заслонок 13 и 38, герметично разделяющих вышеуказанные камеры, готов к работе.

Так вот, предназначенная для обработки рассыпчатая компостная масса влажностью до 70% шнековым транспортером подается через патрубок подачи 11 левой торцевой выдвижной стенки 1 в левую, при необходимости предварительно подогретую тепловым кабелем 21 до 30° биотермическую камеру 43. Включается привод барабана 29 и барабан приходит во вращение, при скорости его 1,0-1,5 об/мин происходит заполнение барабана до 60% его объема. Заполненный барабан переводится в режим компостирования при скорости вращения 0,3 об/мин. В процессе работы компостируемая масса непрерывно загружается во вращающийся барабан и медленно продвигается согласно уклону с помощью лопаток, закрепленных по винтовой линии на внутренней поверхности барабана. После заполнения барабана, включается нагнетатель подачи воздушной смеси через патрубок 16 и распределитель 17 в металлокерамические трубы 18 подогретой кислородно-озоновой воздушной смеси. Лопатки 34, прикрепленные по винтовой линии к внутренней поверхности корпуса барабана, активно перемешивают компостируемую массу, как над системой аэрационных металлокерамических труб 18, так и из-под них, насыщая эту рыхлую массу кислородно-озоновой воздушной смесью до концентрации кислорода 25-30%. Проходя под давлением по металлокерамическим трубам с заглушками 19 и благодаря их пористости, из них выходит огромное количество мелких струек в перемешиваемую компостируемую массу (величина пор по диаметру составляет 0,05-0,1 мм), получается хороший разрушительный «ершик», способствующий значительному обогащению воздушной смесью органический материал. Начинается процесс биохимического распада органической составляющей исходной массы, при этом температура внутри достигается 60-70°С, обеспечивающей сохранение всех питательных элементов исходных компонентов смеси и уничтожение патогенных и болезнетворных микроорганизмов, семян сорняков, гельминтов. Таким образом, исключается развитие болезнетворных грибов-возбудителей болезней растений, человека, птиц и животных. При достижении вышеуказанной температуры, что фиксируется датчиком температур (не показан), в смеси начинают активно развиваться аэробные микроорганизмы, способные самостоятельно поддерживать температуру 60-70°С. Описанный режим работы устройства благоприятен для развития нитрофицирующих бактерий, обеспечивающих стабилизацию азота, выделяемого в процессе расщепления органических соединений. Водяные пары, образующиеся при компостировании, с присутствием углекислого газа и аммиака выводятся из барабана через патрубок 12. Для улучшения перемешивания компостной массы вращение барабана постоянно реверсируется реверсивным электроприводом 29. Падение температуры в обрабатываемой смеси до 25-30°С свидетельствует почти о готовности компоста. Для этого, при работающем барабане автоматически включается поворотный привод 15, который вращает штангу 14 с заслонкой 13 на 180°, давая «парному» компосту из биотермической камеры 43 проследовать в сушильную камеру 44 до окончательной готовности, используя уклон биореактора в 1-2°, вращение барабана с лопатками, расположенными по винтовой линии и антиадгезионное износостойкое покрытие внутренней поверхности биореактора. В сушильной камере 44 аэрационная система представляет систему аналогичную системе, расположенной в биотермической камере 43, но только вместо металлокерамических труб расположены металлические трубы 41 с заглушками 42 с распределителем 40 входным патрубком 39, но с более крупными отверстиями диаметром 1-2 мм. Через патрубок 39 в камеру поступает под давлением атмосферный воздух, приводящий в «кипящее» состояние компостируемую массу. Согласно показаниям датчиков влажности и температуры компостируемой массы через определенное количество часов открывается крышка 36 разгрузочного окна 35 и с помощью лопаток 34, закрепленных по винтовой линии внутри корпуса 20 барабана 2, через разгрузочное окно 35 начинается выгрузка готового компоста в подводимый лоток приемного устройства под это окно. Одновременно с разгрузкой компоста из сушильной камеры 44 происходит загрузка биотермической камеры 43 при закрытой нижней заслонки 13. Таким образом, происходит непрерывный процесс компостирования в автоматическом режиме.