Модульный биоферментатор
MODULAR BIOFERMENTER

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к установкам для приготовления компоста путем аэробной ферментации, и может быть использовано для переработки органических отходов.
Известно ферментерное устройство (патент на изобретение РФ № 2261850, МПК С 05 F 3/06, 2004), содержащее биореактор с перфорированным днищем, закрепленным на расстоянии от дна биореактора с образованием внутренней полости, нагнетательный вентилятор для подачи воздуха снизу вверх через перфорированное днище и внутреннее пространство биореактора, вытяжной вентилятор и систему управления работой вентиляторов с термодатчиком, снабжено остужителем, выполненным в виде короба на колесах с перфорированной крышкой, расположенной на уровне перфорированного днища биореактора, установленными вдоль одной продольной и двух боковых сторон короба дополнительными стенками и установленным с торца нагнетательным вентилятором, при этом одна из продольных стенок биореактора выполнена в виде открывающегося люка для выгрузки готового продукта.
К недостаткам известного устройства можно отнести использование в качестве перфорированного днища трехслойной решетки с ячейками 20×20 мм, 1×1 мм и 12×12 мм, что, позволит крупным фракциям субстрата проваливаться сквозь первый слой решетки, тем самым затрудняя процесс аэрации. Использование такой конструкции днища способствует возникновению застойных зон аэрации в участках, удаленных от напорного вентилятора. Использование деревянного щита в качестве несущей конструкции стенок корпуса не может обеспечить достаточную надежность функционирования устройства при эксплуатации в условиях повышенной влажности и перепадов температуры. Использование монтажной пены для герметизации стыков негативно скажется на качестве компоста. Полное заполнение биореактора способствует протеканию анаэробных реакция, ухудшающих качество компоста. Низкая продуктивность переработки связана с большой долей ручного труда, вызванного необходимостью перегрузки материала из биореактора в остужатель и выгрузки из него.
Известно устройство для переработки отходов птицеводства и животноводства с использованием тепла экзометрических реакций (патент на полезную модель РФ № 96370, МПК С 05 F 3/06, 2010), содержащее по меньшей мере один биоферментер с напорным и вытяжным вентиляторами, воздуховод и аэрационные решетки, установленные на днище биоферментера с помощью продольных опор. Биоферментер снабжен корпусом с внутренней полостью для размещения и ферментации в нем смеси углеродсодержащего сырья и фосфонсодержащих комплексонов и комплексонатов микроэлементов слоем, не превышающим 1,5 м. Корпус образован днищем, продольными стенками и крышкой, при этом днище выполнено в виде аэрационной решетки из сетки с ячейками, не превышающими 5 мм, закрепленной между продольными или поперечными стенками корпуса с упором на фундаментные балки. Фундаментные балки расположены вдоль любой пары продольных стенок на всю длину корпуса с образованием пространства под днищем корпуса и имеют высоту не менее 70 см и ширину от 15 до 25 см. Воздуховоды образованы параллельными каналами между фундаментными балками, и размещаются в непосредственной близости, или их соединяют с по меньшей мере одним нагнетающим вентилятором, обеспечивающим температуру экзометрических реакций от 70 до 80°С. Углеродсодержащее сырье включает куриный помет и/или навоз крупного рогатого скота и торф и/или опилки. Фундаментные балки расположены на расстоянии друг от друга от 12 до 17 см. Аэрационная решетка выполнена в виде металлической сетки из сваренных профильных прутков, аэрационная решетка выполнена в виде сетки, полученной методом плетения из металлической проволоки или полимерной нити. Дополнительные воздуховоды выполнены в виде сквозных отверстий диаметром от 15 до 20 см, расположенных в фундаментных балках. Биоферментер снабжен устройством для подачи смеси во внутреннюю полость корпуса ферментера. Биоферментер снабжен средством для выгрузки удобрения, Биоферментер снабжен системой управления работой вентиляторов с термодатчиком. Термодатчики размещены в центральной части закладки смеси на расстоянии не более 4 м друг от друга. Одна из поперечных или продольных стенок биоферментера выполнена в виде открывающегося проема для выгрузки готового продукта. Одна из поперечных или продольных стенок биоферментера выполнена в виде открывающегося проема для загрузки смеси во внутреннюю полость ферментера. Расстояние между крышкой и верхним слоем закладки смеси составляет не менее 1,0 м. Вытяжной вентилятор размещен в объеме между крышкой и верхним слоем закладки смеси, для закладки смеси массой 35 тонн выбирают напорный вентилятор 5,5 кВт. Ферментеры размещены попарно с обеспечением циклической закладки смеси с разным периодом ферментации на одних и тех же фундаментных балках. По меньшей мере, две продольные и/или поперечные стенки корпуса биоферментера опираются на основной фундамент.
К недостаткам известного устройства можно отнести большое количество опор днища биоферментатора и связанные с этим высокие капитальные затраты, неэффективное использование рабочего пространства биоферментатора, затрудненность протекания процесса переработки в зимний период, низкая производительность вследствие большой доли ручного труда при загрузке и выгрузке материала в биоферментатор, общая сложность конструкции.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является установка для приготовления компоста (патент РФ № 170131, С 05 F 3/06, 2016), содержащая емкость для ферментируемой смеси с крышей, воротами и гнездами для установки термометра и кислородомера, напорный вентилятор, систему воздуховодов, размещенных в днище емкости и выполненных в виде объединенных общим воздуховодом перфорированных трубопроводов, и вытяжной вентилятор, установленный в верхней части емкости для ферментируемой смеси, дополнительно снабжена съемным модулем с системой напорных воздуховодов, выполненных в виде перфорированных трубопроводов с одинаковой площадью отверстий на каждой стороне каждого трубопровода относительно горизонтальной его плоскости симметрии и объединенных общим воздуховодом, подключенным к напорному вентилятору, при этом емкость для ферментируемой смеси снабжена опорными нишами для установки съемного модуля, расположенными в противоположных боковых стенах емкости на одинаковом расстоянии от днища и разделяющих ее на нижнюю и верхнюю части, а система воздуховодов, установленных в днище емкости для ферментируемой смеси, выполнена с перфорацией только в верхней части каждого трубопровода с площадью отверстий, равной площади отверстий одной из сторон каждого трубопровода съемного модуля относительно горизонтальной плоскости симметрии и подсоединена к вытяжному вентилятору, причем над перфорированной стороной трубопроводов в днище емкости установлена предохранительная сетка с возможностью ее съема, а гнезда для установки термометра и кислородомера выполнены в нижней и верхней частях емкости для ферментируемой смеси.
К недостаткам известного устройства можно отнести низкую эффективность процесса переработки материала вследствие неавтоматизированной загрузки, выгрузки и переработки материла. Установка съемного аэрационного модуля в центральной части установки существенно усложняет и замедляет процесс переработки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности переработки органических отходов путем автоматизации отдельных блоков технологического процесса переработки.
Вышеупомянутый технический результат достигается тем, что модульный биоферментатор, содержащий емкость для ферментируемого материала с крышей, воротами, систему воздуховодов, размещенных в днище емкости для ферментируемого материала и выполненных в виде объединенных общим воздуховодом перфорированных трубопроводов с перфорацией только в верхней части каждого трубопровода. Над перфорированной стороной трубопроводов в днище емкости для ферментируемого материала установлена предохранительная сетка с возможностью ее съема. Вытяжной вентилятор установлен в верхней части емкости для ферментируемого материала, в которой также расположено гнездо для установки термометра и датчики температуры. Биоферментатор разделен на две камеры: емкость для ферментации перерабатываемого материала и камера управления процессом переработки, в которой установлены два напорных вентилятора, соединенных с перфорированными трубопроводами, гидроцилиндр, блок управления гидроцилиндром, вытяжной вентилятор канального типа, вторым концом соединенный с окружающей средой, и обогреватель, установленный внутри камеры управления процессом переработки перед воздухозаборным отверстием. Перфорированные трубопроводы установлены вдоль боковых стенок емкости для ферментируемого материала и в центральной части соединяются в один перфорированный до камеры управления процессом переработки трубопровод, проходящий через камеру управления процессом переработки в торцевую стенку биоферментатора и имеющий съемную заглушку. На внутренней поверхности боковых стенок емкости для ферментируемого материала друг напротив друга установлены на одинаковом расстоянии датчики и приемники уровня загрузки ферментируемого материала. На полу емкости для ферментируемого материала жестко закреплены направляющие хода подвижной торцевой платформы, в нижней части которой жестко закреплены очистители формой, ответной форме направляющих хода. В центральной части подвижной торцевой платформы жестко закреплен шток гидроцилиндра, при этом угол наклона между подвижной торцевой платформой и полом емкости для ферментируемого материала со стороны крепления штока гидроцилиндра не превышает 90°. Дверь камеры управления процессом переработки и ворота с герметичным уплотнением емкости для ферментируемого материала выполнены в торцевых стенках биоферментатора.
Предлагаемой устройство поясняется чертежами.
Фиг. 1 – схематично изображен разрез вида спереди; на фиг. 2 – схематично изображен разрез вида сверху.
Модульный биоферментатор, содержащий емкость для ферментируемого материала 1 с крышей 2, воротами 3, систему воздуховодов, размещенных в днище 4 емкости для ферментируемого материала 1 и выполненных в виде объединенных общим воздуховодом 5 перфорированных трубопроводов 6 и 7 с перфорацией только в верхней части каждого трубопровода 5,  6 и 7. Над перфорированной стороной трубопроводов 5, 6 и 7 в днище 4 емкости для ферментируемого материала 1 установлена предохранительная сетка (на фиг. не показана) с возможностью ее съема. Вытяжной вентилятор 8 установлен в верхней части емкости для ферментируемого материала 1, в которой также расположено гнездо 9 для установки термометра и датчики температуры 10, 11. Биоферментатор разделен на две камеры: емкость для ферментации перерабатываемого материала 1 и камера управления процессом переработки 12, в которой установлены два напорных вентилятора 13, 14, соединенных с перфорированными трубопроводами 6, 7, гидроцилиндр 15, блок управления гидроцилиндром (на фиг. не показан), вытяжной вентилятор 8 канального типа, вторым концом соединенный с окружающей средой, и обогреватель 16, установленный внутри камеры управления процессом переработки 12 перед воздухозаборным отверстием 17. Перфорированные трубопроводы 6, 7 установлены вдоль боковых стенок 18, 19 емкости для ферментируемого материала 1 и в центральной части соединяются в один перфорированный до камеры управления процессом переработки 12 трубопровод 5, проходящий через камеру управления процессом переработки 12 в торцевую стенку 20 биоферментатора и имеющий съемную заглушку (на фигуре не показана). На внутренней поверхности боковых стенок 17, 18 емкости для ферментируемого материала 1 друг напротив друга установлены на одинаковом расстоянии датчики 21 и приемники 22 уровня загрузки ферментируемого материала. На полу 23 емкости для ферментируемого материала 1 жестко закреплены направляющие хода 24 подвижной торцевой платформы 25, в нижней части которой жестко закреплены очистители 26 формой, ответной форме направляющих хода 24. В центральной части подвижной торцевой платформы 25 жестко закреплен шток 27 гидроцилиндра 15, при этом угол наклона между подвижной торцевой платформой 25 и полом 23 емкости для ферментируемого материала 1 со стороны крепления штока 27 гидроцилиндра 15 не превышает 90°. Дверь 28 камеры управления процессом переработки 12 и ворота 3 с герметичным уплотнением емкости для ферментируемого материала 1 выполнены в торцевых стенках 20 и 29 биоферментатора.
На одной из боковых стенок 18 или 19 емкости для ферментируемого материала 1 выполнено гнездо 9 для установки термометра в виде сквозного отверстия с заглушкой (на фиг. не показана) на высоте, равной ½ от пола 23 до линии установки датчиков 21 и приемников 22 уровня загрузки ферментируемого материала, и по длине, равной ½ длины емкости для ферментируемого материала 1. Верхняя точка подвижной торцевой платформы 25 должна быть выше уровня установки датчиков 21 и приемников 22 уровня загрузки ферментируемого материала. Шток 27 гидроцилиндра 15 выполнен сегментарно телескопического типа, суммарной длиной не менее длины емкости для ферментируемого материала 1. Датчики температуры 10 и 11 выполнены в защищенном исполнении с возможностью выдерживания больших нагрузок. Датчик температуры 10 установлен на внутреннюю поверхность одной из створок ворот 3. Датчик температуры 11 установлен в центральной части подвижной торцевой платформы 25. Температура в центральной части емкости для ферментируемого материала 1 измеряют термометром через гнездо 9.
Функционирование модульного биоферментатора осуществляется следующим образом: подготовленный для ферментации материал через ворота 3 посредством транспортера загружают в емкость для ферментируемого материала 1. Загрузка осуществляется до момента срабатывания датчиков 21 и приемников 22 уровня загрузки ферментируемого материала, после чего поступает сигнал на включение движения транспортера. Транспортер перемещается на один шаг, расстоянием равный расстоянию между следующей парой датчиков 21 и приемников 22 уровня загрузки ферментируемого материала. Данный способ обеспечивает рыхлую загрузку, что положительным образом сказывается на пористости ферментируемого материала, тем самым повышая интенсивность переработки и качество конечного субстрата. По окончании загрузки ворота 3 закрываются, в гнездо 9 вставляется термометр, и включаются вытяжной вентилятор 8, а также напорные вентиляторы 13 и 14. Режим и продолжительность их функционирования определяется оператором в зависимости от вида ферментируемого материала и температуры окружающей среды. При температуре окружающей среды ниже +10°С включается обогреватель 16, который повышает температуру аэрирующего воздуха до заданного значения, после чего происходит его автоматическое отключение. С момента закрытия ворот 3 начинается фиксироваться температура в емкости для ферментируемого материала 1 посредством термометра и датчиков температуры 10 и 11. При отклонении температуры ферментируемого материала от оптимальных значений оператор изменяет режим аэрации и увеличивает диапазон температуры воздуха, подаваемого по перфорированным трубопроводам 5, 6, 7 через напорные вентиляторы 13, 14 за счет изменения режима работы обогревателя 16. После стабилизации температуры внутри емкости ферментируемого материала 1 в диапазоне +55°С и выше, ферментируемый материал выдерживается при данной температуре в соответствии с регламентом работ, по которому также задается работа вытяжного вентилятора 8. По окончании процесса ферментации выгрузка готового субстрата осуществляется через ворота 3 посредством подвижной торцевой платформы 25, которая приводится в горизонтальное движение при помощи штока 27 гидроцилиндра 15 по направляющим 24. После выгрузки шток 27 гидроцилиндра 15 возвращает подвижную торцевую платформу 25 в исходное положение, и с целью очистки производят продувку перфорированных трубопроводов 5, 6, 7 и предохранительной сетки (на фиг. не показана) напорными вентиляторами 13, 14, после чего процесс переработки ферментируемого материала повторяется.
Модульный биоферментатор может быть выполнен как в стационарном, так и в мобильном исполнении.