установка для переработки органических отходов

Формула изобретения

Установка для переработки органических отходов, содержащая теплоизолированный биореактор, корпус которого выполнен в виде вертикально установленного конуса, обращенного своим основанием вверх, и сообщен с устройством для подачи исходного материала и источником подачи воздуха через воздуховод, выполненный в виде набора перфорированных патрубков, которые установлены в корпусе горизонтально, при этом отверстия перфорации выполнены в упомянутых патрубках под углом к их продольной оси и обращены в направлении днища корпуса, а в стенке корпуса установлены датчики температуры и газоанализатора, а средство для выгрузки удобрений выполнено в виде расположенного в днище корпуса выгрузного шнека, отличающаяся тем, что устройство для подачи исходного материала выполнено в виде шнекового смесителя с бункерами-питателями влагопоглощающего материала и минеральных добавок и соединено с биореактором через управляемый клапан, в верхней части биореактора установлен управляемый клапан, соединенный через водоотделитель с газгольдером, при этом датчики температуры и газоанализатора соединены с электрическим блоком контроля и управления, выход которого соединен с входом усилителя мощности, а выходы последнего - с управляемыми клапанами подачи исходного материала, воздуха и сбора газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к приготовлению удобрений из отходов сельскохозяйственного производства.

Известна установка для обезвреживания и приготовления удобрений из органических отходов путем анаэробного сбраживания с последующим разделением на твердую, жидкую и газообразную фазы, включающая биореактор с изолирующим утепляющим кожухом и перемешивающее устройство, при этом бродильная камера биореактора представляет собой горизонтальный цилиндр, разделенный вертикальной диафрагмой на две неравные части, причем в большей части ниже оси цилиндра установлен водяной обогревающий радиатор, а в центральной его части - перемешивающее устройство, выполненное в виде механически вращаемого колеса с лопастями мельничного типа, а устройство для отделения твердой фазы связано трубопроводом с бродильной камерой биореактора и выполнено в виде коаксиально установленного одно в другом и шарнирно соединенного двойного сита с решетчатым дном, при этом влагоотделитель и газосборник соединены общим трубопроводом и последовательно установлены за биореактором (патент РФ N 2040515 C 05 F 3/06, 9/02).

Недостатком данного устройства является то, что она производит дополнительное разжижение экскрементов, приводимое к увеличению объемов, а значит и энергозатрат на их переработку.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству относится установка для приготовления удобрений, содержащая ферментер, корпус которого посредством воздуховода сообщен с источником подачи воздуха, устройство для подачи в ферментер исходного материала, приспособление для его распределения и средство для выгрузки удобрений. Корпус ферментера выполнен в виде вертикально установленного конуса, обращенного своим основанием вверх, устройство для подачи в ферментер исходного материала выполнено в виде пневматического погрузчика, сообщенного с корпусом ферментера посредством трубопровода с загрузочным патрубком, установленным в основании конуса. Средство для выгрузки удобрений выполнено в виде расположенного в днище корпуса выгрузного шнека. Воздуховод выполнен в виде набора перфорированных патрубков, которые установлены в корпусе ферментера горизонтально, при этом отверстия перфорации выполнены в упомянутых патрубках под углом к их продольной оси и обращены в направлении днища корпуса. Приспособление для распределения исходного материала выполнено в виде конической пластины, установленной в корпусе под выходным концом загрузочного патрубка, и вертикальной оси, нижний конец которой закреплен на воздуховоде, а на верхнем с возможностью вращения в горизонтальной плоскости установлена упомянутая пластина, снабженная приспособлением для фиксации, которое установлено в верхней части корпуса ферментера под конической пластиной и закреплено на вертикальной оси. Вертикальная ось приспособления для распределения снабжена набором растяжек для закрепления на стенках корпуса. Установка снабжена заслонкой, установленной в трубопроводе подачи в ферментер исходного материала, приспособлением для погрузки удобрений в транспортное средство, датчиком температуры и индикатором наличия кислорода. Корпус ферментера снабжен теплоизоляционным покрытием и установлен на опорах (патент РФ N 2044435 A 01 C 3/02).

Недостатками данной установки являются:

1. Негерметичность ферментера, что приводит к загрязнению окружающей среды газами;

2. Невозможность создания непрерывного, с точки зрения оптимальности, режима ферментации.

Задача изобретения - создание установки, структура и конструкция которой позволяет осуществить контроль за дыхательной активностью микроорганизмов за счет анализа метаболитного газа в условиях аэрации рабочей среды и оперативным управлением процессом ферментации.

Поставленная задача решается за счет того, что установка для переработки органических отходов, содержащая теплоизолированный биореактор, корпус которого выполнен в виде вертикально установленного конуса, обращенного своим основанием вверх, и сообщен с устройством для подачи исходного материала и источником подачи воздуха через воздуховод, выполненный в виде набора перфорированных патрубков, которые установлены в корпусе горизонтально, при этом отверстия перфорации выполнены в упомянутых патрубках под углом к их продольной оси и обращены в направлении днища корпуса, а в стенке корпуса установлены датчики температуры и газоанализатора, а средство для выгрузки удобрений выполнено в виде выгрузного шнека, расположенного в днище корпуса, при этом устройство для подачи исходного материала выполнено в виде шнекового смесителя с бункером-питателем влагопоглощающего материала и минеральных добавок и соединено с биореактором через управляемый клапан, в верхней части биореактора установлен управляемый клапан, соединенный через водоотделитель с газгольдером, при этом датчики температуры и газоанализатора соединены с электрическим блоком контроля и управления, выход которого соединен с входом усилителя мощности, а выходы последнего - с управляемыми клапанами подачи исходного материала, воздуха и сбора газа.

Новые существенные признаки:

1. Устройство для подачи исходного материала выполнено в виде шнекового смесителя с бункером-питателем влагопоглощающего материала и минеральных добавок;

2. Устройство для подачи исходного материала соединено с биореактором через управляемый клапан;

3. В верхней части биореактора установлен управляемый клапан, соединенный через водоотделитель с газгольдером;

4. Датчики температуры и газоанализатора соединены с электрическим блоком контроля и управления;

5. Выход электрического блока контроля и управления соединен с входом усилителя мощности;

6. Выходы усилителя мощности соединены с управляемыми клапанами подачи исходного материала, воздуха и сбора газа.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на который распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Выполнение устройства подачи исходного материала в виде шнекового смесителя позволяет получить однородную массу оптимальной влажности для жизнедеятельности микроорганизмов, а управляемый клапан на входе биореактора позволяет обеспечить герметичность.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмов происходит выделение газов в виде смеси метана и углекислого газа, который накапливается в верхней части биореактора. Для его отвода установлен управляемый клапан, работающий по заданной программе.

Сигналы с датчиков температуры и газоанализатора контролируются и сравниваются с заданными в электрическом блоке контроля и управления. При отклонении от заданных (оптимальных условий) вырабатывается сигнал корректировки, который подается через усилитель мощности на управляемые клапаны.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка; на фиг. 2 - функциональная схема устройства оперативного контроля и управления процессом переработки органических отходов.

Установка для переработки органических отходов (фиг. 1) представляет собой коническую емкость (биореактор) 1, соединенный патрубком 2, через управляемый клапан 3, с воздуходувкой 4. Биореактор 1 соединен управляемым клапаном 5 с загрузочным шнековым смесителем 6, который посредством бункера-питателя влагопоглощающего материала 7 производит смешивание экскрементов животных с торфом или соломой, или древесными опилками. Предусмотрена возможность добавления в органическую смесь и минеральных добавок посредством бункера-питателя 8. В нижней части биореактора расположен выгрузной шнек 9 для погрузки готовых удобрений в транспортное средство. Биореактор 1 заключен в теплоизоляционный кожух 10. Воздухопровод 11 в центре биореактора фиксируется растяжками 12 и трубопроводами 13, в которых под углом 30^o книзу от горизонтальной оси симметрии просверлены отверстия 14 для насыщения органической смеси кислородом воздуха. Установка позволяет производить сбор газа метана, посредством клапана 15, водоотделителя 16 и газосборника-газгольдера 17. Установка дополнительно оснащена устройством, функциональная схема которого представлена на фиг. 2, позволяющее оперативно контролировать активность микроорганизмов в условиях аэрации рабочей смеси и в целом управлять процессом переработки органических отходов.

Устройство состоит из микропроцессорного контроллера 18, конструктивно объединенного в одном корпусе с блоком сопряжения 19, блоком ввода-вывода информации 20, адресным регистром 21, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 22 и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 23. В него так же входит датчик температуры 24, газоанализатор 25, блок индикации 26, клавиатура 27 и выходное устройство - усилитель мощности 28.

Установка работает следующим образом.

Микропроцессорный контроллер 18 содержит следующие программы работы: "Загрузка", "Ферментация", "Сбор газа", "Выгрузка". В начале работы установки при помощи клавиатуры 27 запускается программа "Загрузка", предусматривающая управление загрузочным клапаном 5 на открытие и последующее включение шнекового транспортера 6, а при необходимости и бункеров-питателей 7, 8. Экскременты животных из здания фермы поступают в шнековый транспортер 6, где смешиваются с органическими наполнителями (торф, солома, опилки, листья и т. д.) посредством бункера-питателя 7, тем самым доводя органическую смесь до влажности 60 ... 70%. Одновременно, при необходимости, в органическую смесь могут дозироваться и минеральные добавки посредством бункера-питателя 8. Однородная смесь, при открытом загрузочном клапане 5, поступает в биореактор 1 до полного заполнения, после чего автоматически закрывается загрузочный клапан 5 с последующим отключением шнекового транспортера 6 и бункеров-питателей 7, 8.

После осуществления загрузки установка работает по программе "Ферментация", запускаемой из клавиатуры 27, задающей параметры режима аэрации - это % содержание кислорода в биореакторе 1 и температура органической смеси (рабочей среды) в биореакторе. Программа предусматривает управление клапаном 3, соединенным патрубком 2 с воздуходувкой 4, что позволяет регулировать количество подаваемого на аэрацию воздуха. Программа "Ферментация" предусматривает периодический опрос датчиков температуры 24 и газоанализатора 25 и по разнице текущих и заданных параметров режима аэрации вырабатывается сигнал на управляемый клапан 3, увеличивая или уменьшая подачу воздуха, косвенно управляя процессом ферментации. Органическая смесь насыщается кислородом, поступающим с воздухом по патрубку 2, воздухопроводу 11, трубопроводам 13 через отверстия 14 в них, просверленных ниже горизонтальной оси под углом 30^o. В рабочей среде начинают развиваться аэробные микроорганизмы, которые повышают температуру смеси до 60...70^oC, фиксируемая датчиком 24, при наличии кислорода на уровне 5...15%, поддерживающийся, как было уже сказано, управляющим клапаном 3, соединенным патрубком 2 с воздуходувкой 4, по сигналам с микропроцессорного контроллера 18. Установка по этой программе непрерывно работает в автоматическом режиме. Температура рабочей среды, являющаяся следствием работы микроорганизмов и в зависимости от времени года может корректироваться температурой аэрируемого воздуха.

В разогретой массе ускоряется метаново-киислотное брожение с выделением смеси метана и углекислого газа. Запуск программы "Сбор газа" предусматривает ввод с той же клавиатуры 27 параметра интервала времени, т.е. сбор газа осуществляется через заданные промежутки времени, при этом открывается клапан 15, через который смесь метана и углекислого газа, насыщенная водяными парами поступает в водоотделитель 16, где более тяжелые частицы водяного пара, попадая в статически спокойный объем с малыми скоростями перемещения, оседают в нижней его части, а метаноуглекислая смесь, как более легкая, поднимается и отбирается из верхней зоны в газгольдер 17, установленный последовательно за влагоотделителем 16. В газгольдере 17 метаноуглекислая смесь разделяется по тому же принципу, что и во влагоотделителе 16 и горючий газ подается к потребителю.

Программа "Сбор газа" работает одновременно с программой "Ферментация" и не совместима с программой "Загрузка" и "Выгрузка", поскольку необходима герметичность биореактора 1, свободный объем которого и заполняется в этот момент газовой смесью.