Результат интеллектуальной деятельности: Устройство по переработке твердой фракции навоза в подстилку для КРС при регулируемом биотермическом процессе

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к устройствам для получения подстилки КРС способом биотермического процесса, а также получения органо-минеральных 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: А.И. Завражнов, В.В. Миронов, М.С. Колдин и П.С. Никитин (ФГОУ ВПО Мичуринский ГАУ).

В приведенной технологии, содержащей смешивание навоза с влаго-поглощающим 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. ЗА0 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 компостов (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 вышеуказанных патентов в том, что не обеспечивается равномерное насыщение всего объема компостируемой массы кислородо-озоновой воздушной смесью. Данная установка является прототипом предлагаемого устройства.

Цель изобретения - регулируемый биотермический процесс переработки органической массы.

Поставленная задача достигается тем, что цилиндрический биотермический барабан с теплоизолирующим покрытием для переработки органической массы в подстилку, установленный горизонтально на четырех опорных катках с возможностью возвратно-вращательного движения посредством реверсивного электропривода, снабжен системой аэрации кислородо-озоновой воздушной смесью, осуществляемой через трубы из пористого металла, 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 аэрационными трубами из пористого металла свободно проходила одна часть перемешивающих лопаток, закрепленная 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 труб из пористого металла, покрыты ангиадгезионным износостойким покрытием, обладающим способностью на смачивания с перемешивающимися органическими массами. При прохождении под давлением кислородо-озоновой воздушной смеси по трубам из пористого металла 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 горизонтальную центральную ось каждой стенки проходят штанги для подвесок на ней температурных датчиков. Поперечная перегородка с устройством жалюзи делит 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 выдвижной 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 компостную массу в «кипящее» состояние. Получаемая масса имеет рыхлую структуру и без потерь сохраняет свои свойства при длительном хранении без укрытия. В этой же камере детали аэрационной системы и лопатки для выгрузки массы также имеют антиадгезионное износостойкое покрытие.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в виде общего вида; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - жалюзи в закрытом положении; на фиг. 7 - жалюзи в открытом положении; на фиг. 8 - сечение на фиг. 5; на фиг. 9 - сечение Е-Е на фиг. 5; на фиг. 10 - вид Ж на фиг. 2; на фиг. 11 - сечение И-И на фиг. 2; на фиг. 12 - выдвижная левая торцевая стенка на фиг. 1; на фиг. 13 - выдвижная торцевая стенка правая на фиг. 1.

Устройство содержит горизонтальный цилиндрический биореактор, состоящий из трех составляющих: левой торцевой самоходной выдвижной стенки с теплоизолирующим покрытием 1, вращающегося барабана с тепло-изолирующим покрытием 2 и правой торцевой самоходной выдвижной стенки с теплоизолирующим покрытием 3. Каждая стенка закреплена на своей платформе 4, которая имеет возможность перемещаться и фиксироваться с барабаном и с его фундаментом.

На левой торцевой стенке 1 смонтированы: патрубок подачи твердой фракции 5; патрубок удаления газовой смеси углекислого газа и аммиака 6; по центральной горизонтальной оси - штанга 7 для крепления температурных датчиков 8; система подачи кислородо-озоновой воздушной смеси, состоящей из патрубка-распределителя 9, электромагнитных вентилей 10, петлеобразных труб 11, изготовленных из пористого металла и заглушек 12. Неподвижность штанги 7 обеспечивается двумя растяжками 13. На стенке также смонтированы (не показаны) датчики температуры внутри барабана, концентрации кислорода в газовой среде и давления газовой смеси. Барабан 2 представляет собой цилиндр с горизонтальной осью вращения, стенки которого имеют следующее строение: сам корпус 14, низкотемпературный источник тепла - строительный тепловой кабель 15, поддерживающий температуру от 5° до 30°, термоизоляция 16 из пенопласта или минеральных матов, обечайка 17, опирающаяся на опорные катки 18, которые смонтированы на стойках и фундаменте, стоящем под углом 1°-2° над горизонтом с подъемом в сторону левой стенки. Во вращение барабан приводится через его зубчатый обод 19 колесом 20 реверсивным электроприводом 21. По оси симметрии поперек внутри в центре барабана расположено устройство жалюзи 22 в виде перегородки, разделяющую внутреннюю зону на две - биотермическую и сушильную. Плавность перехода от корпуса 14 к устройству жалюзи 22 обеспечиваются большой накладкой 23 и малой 24 при работе жалюзи. Для обслуживания жалюзи предусмотрены в корпусе 14 лючки 25. Внутри барабана к его внутренней поверхности прикреплены парные лопатки 26, угол между которым составляет 60° с вершиной на корпусе барабана, т.е. по 30° по обе стороны от радиуса барабана. Лопатки располагаются прерывисто по винтовой линии, как у многозаходного шнека. Длина лопаток по высоте должна быть такой величины, чтобы они свободно проходили под системой аэрационных петельных труб из пористого металла, перемешивая массу из твердой фракции навоза при вращении барабана.

Правая торцевая самоходная выдвижная стенка на своей платформе мало чем отличается от левой, только вместо труб из пористого металла располагается система аэрационных металлических труб 27 с диаметром отверстий 1-2 мм, имеется разгрузочное окно 28 с крышкой 29 и штанга 30 для подвески различных датчиков. 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 труб из пористого металла, имеют антиадгезионное износостойкое покрытие, предупреждающее применение прилипания твердой фракции навоза к соответствующим деталям биореактора.

Устройство работает следующим образом.

В связи с тем, что барабан 2 стоит стационарно на «горке» с уклоном в правую сторону, с левой стороны к нему самоходом присоединяется левая торцевая стенка 1 и фиксируется с ним. То же самое происходит и с правой стенкой 3, которая самоходом подходит к барабану и фиксируется с ним с одновременным включением тормозов. (Электроприводы платформ, тормоза, фиксаторы - не показаны).

Перед началом работы биотермическая камера герметически должна быть отделена от сушильной камеры перегородкой из закрытых жалюзи 22, проверена работа электромагнитных вентилей 10 и крышки 29 разгрузочного окна 28. Предназначенная для обработки рассыпчатая твердая фракция навоза влажностью до 70% шнековым транспортером подается через патрубок 5, расположенный в левой торцевой выдвижной стенке 1, в биотермическую камеру вращающегося барабана, предварительно подогретую тепловым кабелем 15. При скорости вращения 1,0-1,5 об/мин происходит заполнение барабана до 70% его объема. Заполненный барабан переводится автоматически в режим обработки твердой фракции в подстилку при скорости вращения 0,3 об/мин, при этом масса непрерывно загружается и медленно продвигается согласно уклону с помощью лопаток 26, закрепленных по винтовой линии на внутренней поверхности барабана. После заполнения барабана, включается нагнетатель (не показан) подачи воздушной смеси через патрубок распределителя 9 в трубы 11 из пористого металла подогретой кислородо-озоновой смеси. Лопатки 26, прикрепленные по винтовой линии к внутренней поверхности вращающегося корпуса барабана, активно перемешивают массу как над системой аэрационных труб из пористого металла, так и из - под них, насыщая эту рыхлую массу кислородо-озоновой воздушной смесью до концентрации кислорода 25-30%. Проходя под давлением по трубам из пористого металла с заглушками 12 и благодаря их пористости из них выходит огромное количество мелких струек в перемешиваемую массу из твердой фракции навоза (величина пор по диаметру составляет 0,05-0,1 мм), получается хороший разрушительный «ершик», способствующий значительному обогащению воздушной смесью органического материала.

Весь биотермический процесс, происходящий в биореакторе, можно условно разделить на 3 зоны: начальная зона с температурой 40°С, средняя - где начинается процесс биохимического распада органической составляющей твердой фракции навоза, при этом температура внутри достигает 60-70°С, обеспечивающей сохранение всех питательных элементов исходной массы и финишной с температурой 35°С. В средней зоне происходит 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 температуры 8, в массе начинают активно развиваться аэробные микроорганизмы, и самостоятельно поддерживать температуру 60-70°С. Водяные пары, образующиеся при перемешивании, с присутствием углекислого газа и аммиака выводятся из барабана через патрубок 6. Для улучшения перемешивания массы вращения барабана постоянно реверсируется реверсивным электроприводом 21. Падение температуры в обрабатываемой массе до 25-30°С свидетельствует почти о готовности подстилки, но еще с повышенной влажностью.

В случае нарушения режимов переработки твердой фракции навоза в подстилку для КРС в вышеуказанных зонах в биотермической камере предусмотрен режим поддержки с помощью автоматической подачи кислородо-озоновой воздушной смеси в соответствующие зоны с помощью патрубка распределителя 9, электромагнитных вентилей 10 в петлеобразные трубы из пористого металла с заглушками 12 на свободной стороне этих труб. Готовая, но еще пока влажная масса подстилки должна проследовать в сушильную камеру сквозь поперечную перегородку с автоматически открытыми жалюзи 22 для дальнейшей подсушки подстилки, которая должна представлять собой очень сухую, рыхлую и рассыпчатую массу без запаха, не привлекательной для паразитов, мух и грызунов. Для этого в сушильной камере аэрационная система представляет собой аналогичную системе, расположенной в биотермической камере, но только вместо труб из пористого металла 11 с заглушками 12 расположены обычные металлические трубы 27, но с более крупными отверстиями диаметром 1-2 мм в стенках. Через патрубок 31 в сушильную камеру поступает под давлением обычный атмосферный воздух, приводящий в «кипящее» состояние получаемую подстилку. Согласно показаниям датчиков влажности и температуры автоматически открывается крышка 29 в разгрузочном окне 28 с помощью лопаток 26 и происходит подача готового продукта в подводимый лоток приемного устройства. Одновременно с разгрузкой подстилки из сушильной камеры происходит загрузка биотермической камеры при закрытых жалюзи 22.

Таким образом, происходит непрерывный процесс переработки твердой фракции навоза в подстилку.