устройство для ферментационной переработки жидкого навоза и помета

Формула изобретения

1. Устройство для ферментационной переработки жидкого навоза и помета, содержащее корпус с имеющим продольное углубление наклонным днищем и крышкой, в котором расположены средства ввода перерабатываемой жидкой среды и суспензии микроорганизмов, аэрирующего газа, средство отбора проферментированной среды, смонтированный в крышке патрубок для вывода отработанного газа, воздухораспределительное устройство для аэрации, соединенное со средством ввода аэрирующего газа, причем внутри корпуса установлена барботажная тарелка, частично перекрывающая корпус в его горизонтальном сечении и прикрепленная без зазора к боковым стенкам корпуса, отличающееся тем, что у одной из торцевых стенок установлено горизонтально по всей ширине корпуса лопастное колесо с приводом вращения, обеспечивающим перемещение нижних лопастей от этой стенки, под лопастным колесом по всей ширине корпуса укреплена направляющая пластина, изогнутая по образующей лопастей колеса и прикрепленная к краю тарелки, между лопастным колесом и крышкой корпуса перед патрубком для вывода отработанного газа установлен пеноотбойник, причем в продольном углублении днища корпуса расположена мешалка, соединенная с приводом, а корпус снабжен рубашкой для подвода теплоносителя или хладагента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопастное колесо выполнено с закрытыми боковыми стенками.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на краях лопастей установлены с возможностью перемещения вдоль них гибкие пластинки, касающиеся при вращении колеса направляющей пластины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена лопастной или шнековой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что днище корпуса наклонено под углом от 10 до 40° в направлении торцевой стенки с лопастным колесом.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части днища установлен патрубок вывода твердого осадка.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводы лопастного колеса и мешалки расположены вне корпуса.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рубашка для подвода теплоносителя или хладагента расположена на днище корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к области животноводства и птицеводства, и может быть использовано для переработки отходов жизнедеятельности животных и птиц на животноводческих фермах и птичниках, использующих предпочтительно бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов с получением на основе ферментированных жидкого навоза или помета органоминеральных удобрений.

Недостатком известного устройства следует признать невысокую эффективность работы биореактора, обусловленную невозможностью создания оптимальных условий ферментационной переработки навозосодержащих сточных вод.

Недостатком известного аппарата следует признать нестабильность его работы при ферментативной переработке отходов сельскохозяйственных животных и помета птиц, поступающих на переработку с различным содержанием твердой фазы.

Известно устройство ферментации сельскохозяйственных отходов (GB, патент заявка 2299075, 1986). Известное устройство представляет собой вертикально ориентированный многоярусный аппарат, состоящий из, по меньшей мере, одного ферментационного резервуара и, по меньшей мере, одного выдерживающего резервуара. Входной канал устройства расположен в верхней части верхнего ферментационного резервуара, а под нижним ферментационным резервуаром расположен указанный выдерживающий резервуар. Каждый ферментационный резервуар состоит из опорных устройств и вращающихся устройств, соединенных с опорными устройствами и содержащих вращающиеся лопасти, воздухоподающие устройства, расположенные под вращающимися устройствами, передающие устройства и фильтрующие устройства, расположенные в верхней части аппарата.

Недостатком известного аппарата следует признать нестабильность его работы при ферментативной переработке отходов сельскохозяйственных животных и помета птиц, поступающих на переработку с различным содержанием твердой фазы.

Известно устройство ферментационной переработки жидкого навоза (SU, авторское свидетельство 988272, 1983), содержащее емкость для переработки со средствами загрузки и выгрузки, а также средство нагрева жидкого навоза.

Недостатком известного устройства следует признать отсутствие возможности эффективного перемешивания и аэрирования среды при обработке навоза сельскохозяйственных животных и помета птиц, что не позволяет обеспечить полноту переработки.

Известна установка переработки навозных стоков (RU, 2186475, 2001), включающие биореактор, сборник жидкого навоза, емкость для солей, засевной биореактор, калорифер, узел обеззараживания и сборник целевого продукта. Известная установка предназначена для аэробной ферментационной обработки жидких навозных стоков.

Недостатком данного технического решения следует признать повышенные энергозатраты на перекачку жидкого стока и его циркуляционное перемешивание в биореакторе, что удорожает получаемое в процессе переработки навозных стоков удобрение.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства следует признать устройство для ферментационной обработки жидкого навоза (RU, патент 2201910, 2003). Известное устройство содержит корпус с имеющим продольное углубление наклонным днищем и крышкой, в которой расположены средства ввода перерабатываемой жидкой среды и суспензии микроорганизмов, аэрирующего газа, средство отбора проферментатированной среды, вмонтированный в крышку патрубок для вывода отработанного газа, воздухораспределительное устройство для аэрации, соединенное со средством ввода аэрирующего газа, причем внутри корпуса установлена барботажная тарелка, частично перекрывающая корпус в его горизонтальном сечении и прикрепленная без зазора к боковым стенкам корпуса.

Недостатком известного устройства следует признать ограниченный диапазон содержания твердой фазы в перерабатываемом навозном стоке, при котором возможна эффективная ферментационная переработка, обусловленный использованием насосов в качестве побудителей движения жидкого навоза по циркуляционному контуру.

Техническая задача, решаемая посредством предложенного устройства, состоит в расширении возможностей ферментационной аэробной переработки отходов жизнедеятельности животных и птиц, образующихся на животноводческих фермах и птичниках, в частности жидкого навоза, помета и гидросмыва, с минимальными энергетическими затратами на получение из перерабатываемых отходов биоорганического удобрения.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного устройства, состоит в уменьшении себестоимости ферментационной переработки жидкого навоза или помета с получением в результате процесса качественного биоорганического удобрения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство для ферментационной переработки жидкого навоза и помета, содержащее корпус с имеющим продольное углубление наклонным днищем и крышкой, в которой расположены средства ввода перерабатываемой жидкой среды и суспензии микроорганизмов, аэрирующего газа, средство отбора проферментатированной среды, вмонтированный в крышку патрубок для вывода отработанного газа, воздухораспределительное устройство для аэрации, соединенное со средством ввода аэрирующего газа, причем внутри корпуса установлена барботажная тарелка, частично перекрывающая корпус в его горизонтальном сечении и прикрепленная без зазора к боковым стенкам корпуса. Согласно изобретению у одной из торцевых стенок установлено горизонтально по всей ширине корпуса лопастное колесо с приводом вращения, обеспечивающим перемещение нижних лопастей от этой стенки, под лопастным колесом по всей ширине корпуса укреплена направляющая пластина, изогнутая по образующей лопастей колеса и прикрепленная к краю тарелки, между лопастным колесом и крышкой корпуса перед патрубком для вывода отработанного газа установлен пеноотбойник, причем в продольном углублении днища корпуса расположена мешалка, соединенная с приводом, а корпус снабжен рубашкой для подвода теплоносителя или хладагента.

Лопастное колесо может быть выполнено с закрытыми боковыми стенками.

Использование побудителя движения жидкой ферментируемой среды по тарелке в виде лопастного колеса с приводом, преимущественно расположенным вне корпуса и обеспечивающим перемещение лопастей в направлении ближнего края тарелки, при размещении оси лопастного колеса горизонтально между боковыми стенками устройства позволяет практически не зависимо от содержания твердой фазы, а также наличия механических примесей, перемещать по барботажной тарелке жидкую ферментируемую среду с одновременным частичным насыщением воздухом жидкой фазы ферментируемой среды. Наличие направляющей пластины, изогнутой по образующей лопастей колеса и размещенной под лопастным колесом таким образом, что лопасть касается ее при перемещении, позволяет облегчить перемещение жидкой фазы ферментируемой среды на барботажную тарелку. Размещение в углублении параллельно дну перемешивающего средства, соединенного с приводом, который также преимущественно расположен вне корпуса, позволяет не только облегчать транспортировку жидкой ферментируемой среды по дну корпуса, но и гомогенизировать гетерогенную систему ферментируемой среды, предотвращая ее оседание и застой. Обеспечение возможности подогрева или охлаждения ферментируемой среды за счет термостатирующей рубашки позволяет поддерживать оптимальную температуру для культур микроорганизмов в ходе процесса ферментационной переработки и реализовать устройство независимо от времени года и погодных условий с получением целевого продукта в экономически обоснованное время. Применение в устройстве лопастного колеса с расположенной под ним направляющей пластиной обеспечивает эффективное циркуляционное перемешивание перерабатываемых жидких отходов с минимальными энергетическими затратами. Использование лопастного колеса, мешалки и средства охлаждения или подогрева обрабатываемого продукта приводит к расширению состава исходных отходов как возможных объектов переработки, что исключит операции регулирования содержания жидкой фазы в перерабатываемой среде и приведет к уменьшению себестоимости готового продукта. Указанное перемешивающее устройство обычно бывает выполнено в виде мешалки, вал которой закреплен между противоположными стенками корпуса вдоль его центральной оси. При этом в основном используют лопастные или шнековые мешалки. Эти достаточно освоенные промышленностью конструкции легки в эксплуатации, мало подвержены поломкам и при расположении в наклонном углублении, предпочтительно выполненном в форме цилиндрического сегмента - желоба, позволяют одновременно и перемешивать, и перемещать ферментируемую жидкую среду, исключая образования застойных зон и осадка.

Из-за взаимодействия лопастей колеса с ферментируемой жидкой средой, а также при аэрации среды посредством воздухораспределительных устройств, расположенных над или под барботажной тарелкой, образуется пена, которая затрудняет выход отработанного газа из устройства. По этой причине желательно в области над лопастным колесом, преимущественно под крышкой корпуса, разместить пеноотбойник любой известной конструкции. Для упрощения перемещения жидкой ферментируемой среды и предотвращения механических поломок из-за попадания твердых включений, камней и т.п., желательно на краях лопастей колеса установить с возможностью перемещения вдоль края лопастей гибкие пластины, которые могут быть выполнены из резины или гибкого полимерного материала. При этом, перемещая их вдоль лопастей, можно регулировать зазор между лопастным колесом и расположенной под ним направляющей пластиной в зависимости от состава поступающих навозных стоков, что дополнительно делает конструкцию предлагаемого устройства приспособленной для широкого диапазона содержания в навозных стоках твердой фазы.

Обычно угол наклона днища составляет от 10 до 40° по направлению к краю тарелки, на котором установлено лопастное колесо. Этот угол является практически оптимальным для скольжения ферментируемой среды по днищу с использованием вышеуказанных мешалок. Поскольку исходная жидкая ферментируемая среда заведомо содержит не перерабатываемые методом ферментации компоненты, а также механические загрязнения, то желательно в нижней части днища установить патрубок для вывода осадка. Это позволит производить периодическую очистку предлагаемого устройства с минимальными трудозатратами. Корпус может быть выполнен в виде сварной конструкции в форме параллелепипеда с плоскими стенками или в качестве корпуса может быть использована цистерна, в которой предусмотрены указанные выше конструктивные элементы. Он может быть выполнен как из металла, так и из полимерных материалов. В качестве побудителя расхода воздуха могут быть использованы вентилятор или низконапорный воздушный нагнетатель. В крышке желательно установить средство вывода газов из объема корпуса, причем предпочтительно подключить выход указанного средства к биофильтру для дезодорации пахнущих газов, удаляемых из объема корпуса.

Раскрытие предлагаемого изобретения в дальнейшем произведено с использованием фиг.1 (вид сбоку в разрезе), фиг.2 (вид сверху со снятой крышкой), фиг.3 и 4 (предпочтительные варианты реализации предложенного устройства), при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, лопастное колесо 2, направляющая пластина 3, крышка корпуса 4, патрубок 5 вывода отработанного газа, барботажная тарелка 6, воздухораспределительное устройство 7 для аэрации, средство ввода аэрирующего газа в воздушный коллектор 8 и патрубки 9 подачи воздуха, мешалка 10, средство ввода перерабатываемой жидкой среды и суспензии микроорганизмов в виде штуцера 11, средство отбора проферментированной среды в виде патрубка 12 и патрубка 13 вывода твердого осадка, привод 14 вращения лопастного колеса, рубашка 15 для подвода теплоносителя или хладагента, пеноотбойник 16, боковые стенки 17 корпуса, наклонное днище 18 корпуса, торцевые стенки 19 корпуса, привод 20 мешалки 10.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемое устройство работает следующим образом.

Через штуцер 11 подают в корпус 1 исходное сырье - гидросмыв жизнедеятельности крупного рогатого скота или птицы, содержащий 3-15% твердой фазы, и суспензию микроорганизмов, перерабатывающих указанные продукты гидросмыва. При заполнении корпуса 1 перерабатываемым жидким сырьем выше уровня барботажной тарелки 6 на 100-250 мм подачу исходного сырья в корпус прекращают. Одновременно, подавая в теплообменную рубашку 15 теплоноситель или хладагент, создают в объеме корпуса 1 оптимальные для развития микроорганизмов температурные условия. Посредством лопастного колеса 2 и многоярусной мешалки 10, приводимых во вращение соответственно приводами 14 и 20, а также направляющей пластины 3 осуществляют циркуляцию перерабатываемой среды - гидросмыва по замкнутому контуру внутри корпуса 1 вокруг барботажной тарелки 6. Одновременно через патрубок подачи воздуха 9, воздушный коллектор 8 и воздухораспределительное устройство 7 проводят насыщение воздухом жидкой среды, находящейся в корпусе 1 устройства. Таким образом, циркулирующий поток насыщается воздухом над барботажной тарелкой, поступает через зазор вниз, затем за счет вращения лопастного колеса 2 над направляющей пластиной 3 поступает на барботажную тарелку 6. За счет вращения многоярусной мешалки 10 с днища 18 оседающая часть твердой фазы гидросмыва вовлекается в циркуляционное перемешивание и насыщение воздухом.

Установленный над лопастным колесом 2 пеноотбойник 16 предотвращает выброс пены с отработанным газом, выходящим через патрубок 5. После завершения процесса ферментационной переработки через средство 12 проводят удаление готового продукта, оставляя в корпусе 1 не более чем 5-20% от первоначального объема жидкой фазы в качестве носителя культуры микроорганизмов. Затем процесс ферментационной переработки жидкого навоза или помета может быть повторен. Периодически через средство 13 из корпуса 1 удаляют непроферментированный осадок, состоящий в основном из механических примесей. Аналогично осуществляют периодические процессы ферментационной переработки любого жидкого исходного сырья. Однако возможно и непрерывное проведение процесса, при этом в штуцер подачи жидкого навоза 11 непрерывно поступает исходное сырье, а из штуцера для отбора проферментированной среды 12 отбирают готовый продукт. В этом случае расход среды через устройство обеспечивает среднее время ее пребывания, равное необходимому периоду ферментационной переработки исходного сырья.

Использование предложенного устройства позволяет сократить время ферментационной переработки жидкого навоза или помета и снизить себестоимость получаемого готового продукта биоорганического удобрения на 15-25% (для периодического и непрерывного процессов, реализуемых в описанном устройстве, соответственно).