УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
PLANT FOR PROCESSING AND RECYCLING BIOLOGICAL WASTE

Изобретение относится к устройствам для переработки биологических отходов, а именно биологических тканей и органов, образующихся в результате медицинской и ветеринарной оперативной практики, медико-биологических экспериментов, гибели скота, животных, птиц и других отходов.
Известно устройство для утилизации, в том числе биологических отходов, с применением высокотемпературной обработки (см. пат. RU 2507448, МПК F23G 5/00, 2012). Недостатками подобных систем являются выделение паров и газов, которые, обычно, выбрасываются непосредственно в атмосферу, а также они являются сложными, требуют много рабочей силы и являются неэкономичными.
Известна печь для кремации (см. пат. RU 2603981, МПК F23G 1/00, 2015), предназначенная для сжигания трупов животных, отходов животного происхождения и других биологических материалов. Недостатками известного устройства являются низкая экологичность из-за попадания в окружающую среду продуктов сгорания, дороговизна вследствие высоких энергетических затрат, сложность в обслуживании.
Известно Устройство для переработки инфицированных отходов (см. пат. RU 96507, МПК В02С 18/00, 2009), которое относится к области переработки твердых инфицированных отходов и может быть использовано для предварительной утилизации медицинских или любых других инфицированных отходов в больницах, поликлиниках, родильных домах и других лечебно-профилактических учреждениях. Устройство позволяет перевести инфицированные медицинские отходы в обычные бытовые отходы посредством перемалывания, измельчения, резания и обеззараживания горячим водяным паром. Недостатком устройства является то, что оно не предназначается для переработки таких материалов, как анатомические части тела человека или животного.
Наиболее близким к заявляемому устройству по принципу действия является установка для утилизации человеческих останков (ЕР 2207632, МПК В09В 3/00, A61G 17/00, 2007), в которой осуществляется щелочная обработка твердых биологических отходов. Установка содержит жесткий корпус с размещенной в нем камерой для размещения останков и для проведения щелочного гидролиза. В установке предусмотрено добавление воды и химического вещества в камеру, которые смешиваются и нагреваются до 180 градусов по Цельсию, чтобы разложить труп на жидкий компонент и компонент костного остатка щелочным гидролизом. Химическое вещество включает гидроксид калия. Альтернативно, химическое вещество включает гидроксид натрия. Установка является экологически чистой, кроме того, в процессе утилизации происходят дезинфекция и стерилизация отходов, исключающие распространение опасных биологических продуктов и инфекций, содержащихся в утилизируемом биологическом материале. Недостатками установки является длительность процесса утилизации, кроме того, устройство является крупногабаритным, дорогостоящим, неэффективным к применению в сравнительно небольших медицинских учреждениях, таких как лечебные специализированные центры, ветеринарные, зубоврачебные клиники.
Задачей изобретения Установка для переработки и утилизации биологических отходов является создание конструкции экологически чистой и эффективной установки, в том числе для переработки небольших объемов биологических отходов.
Техническим результатом от решения поставленной задачи является простота обслуживания, экономичность, низкая стоимость оборудования, возможность использования на любом предприятии, где требуется утилизация биологических отходов, а также обеспечение экологической безопасности окружающей среды и обслуживающего персонала и возможность переработки различных видов органических отходов (в том числе и малых объемов отходов) в экологически чистые и полезные вещества, например, в виде удобрений.
Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что в конструкцию установки, состоящую из жесткого корпуса с размещенной внутри корпуса камерой загрузки и переработки биологических отходов, системы подачи воды в камеру и системы нагрева воды, а также узла загрузки гидроксида калия или гидроксида натрия, вносят ряд изменений. Например, камеру загрузки и переработки биологических отходов выполняют цилиндрической, горизонтально ориентированной и устанавливают с возможностью вращения внутри корпуса. Боковую поверхность камеры образовывают прутками, установленными на расстоянии друг от друга. Часть прутков выполняют с профильной поверхностью, которая направлена внутрь камеры. Дополнительно три прутка-рассекателя снабжают щетками, обращенными к корпусу установки В установке систему нагрева воды размещают на внешней боковой стенке корпуса или на внутренней боковой стенке корпуса. Для вращения камеры внутри корпуса установку снабжают электрическим приводом.
Отличия заявляемого изобретения от прототипа заключаются в том, что: - выполнение камеры загрузки и переработки биологических отходов в виде цилиндра, боковая поверхность которого образована прутками-рассекателями с зубьями или стержнями, позволяет осуществить механический разрыв биологического субстрата, который улучшает контакт щелочных реагентов с обрабатываемым материалом и повышает скорость инфильтрации тканей гидроксидом калия или натрия, что в сочетании с термическим нагревом ускоряет процесс термохимического разложения;
- вращение камеры загрузки и переработки биологических отходов позволяет перерабатывать мощные биологические структуры, не привлекая высокое давление или высокие температуры в камере;
- прутки-рассекатели, снабженные щетками, способствуют повышению качества обработки, т.к. они возвращают крупные фрагменты отходов в камеру для дальнейшей термохимического разложения и инактивации субстрата, а по окончании обработки и выгрузки продукта утилизации могут быть использованы для очистки установки;
- расположение прутков-рассекателей на определенном расстоянии друг от друга, а также размещение системы нагрева воды на внутренней стенке корпуса установки или внешней стороне, способствуют повышению эффективности работы и удобству обслуживания установки.
Новым в установке для переработки и утилизации твердых биологических отходов является то, что предложенное техническое решение позволяет осуществить комплексную обработку, включающую механическою, химическую и термическую обработку биологических отходов без привлечения высоких температур и высоких давлений, при отсутствии горения и выбросов СО. Проведенные патентные исследования, а также изучение доступных научных публикаций, относящихся к теме изобретения, не обнаружили решений, имеющих признаки, сходные с заявляемым изобретением, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию технический уровень.
Изобретение поясняется иллюстрациями:
Фиг. 1 - общий вид установки;
Фиг. 2 - фронтальный вид установки с разрезом по АА для камеры загрузки и переработки биологических отходов;
Фиг. 3 - фрагмент прутка-рассекателя с зубчатой профильной поверхностью;
Фиг. 4 - сечение по ББ камеры загрузки и переработки биологических отходов.
Установка для переработки и утилизации биологических отходов (Фиг. 1) содержит жесткий корпус 1 с камерой 2 для загрузки и переработки биологических отходов, которая установлена с возможностью вращения внутри корпуса 1 и закреплена на торцевых стенках корпуса 1; крышек люков 3 и 4 для герметичного закрытия корпуса 1 и камеры 2, соответственно; систему подачи воды 5 в установку; систему нагрева воды 6; узел загрузки 7 гидроксида калия или гидроксида натрия; выпускной клапан 8 для отведения продуктов переработки из установки; электрический привод 9, задающий вращение камеры 2 для загрузки и переработки биологических отходов, включающий передаточный узел, электродвигатель и узел управления. Корпус установки выполнен термоизолированным. Установка, смонтированная на станине 10, работает от электрической сети с напряжением 220 В.
Камера 2 (Фиг. 2, Фиг. 4) для загрузки и переработки биологических отходов представляет собой горизонтально ориентированный цилиндр, обтянутый мелкоячеистой металлической сеткой. Торцевые стенки камеры 2 выполнены сплошными. Боковая поверхность цилиндрической камеры 2 образована металлическими прутками 11, расположенными на расстоянии друг от друга. Для осуществления функции рассечения биологического материала часть прутков выполнена в виде прутков-рассекателей 12 (Фиг. 3), снабженных профильной поверхностью, которая направлена внутрь камеры 2. Профильная поверхность прутков-рассекателей 12 может быть зубчатой, а в другом варианте выполнения профильная поверхность может быть образована вертикальными стержнями, также обращенными внутрь камеры. Три прутка-рассекателя, взаимно расположенные под углом 120° в поперечном сечении, дополнены щетками 13 (Фиг. 4), обращенными к корпусу установки. Щетки 13 предназначены для возврата продуктов переработки в камеру 2, а также для очистки внутренней поверхности корпуса 1 от продуктов переработки.
В системе нагрева воды 6 используют трубчатый электронагреватель (ТЭН), который размещают в кожухе на внешней боковой стенке корпуса 1 (Фиг. 1, Фиг. 4). В другом варианте исполнения ТЭН размещают на внутренней боковой стенке корпуса 1. В установке осуществляется нагрев воды до 70-98°С, что обеспечивает обеззараживание и растворение всех видов отходов.
В узел загрузки 7 (Фиг. 1, Фиг. 4) загружают химические реагенты в виде технического гидроксида калия (KOH) или гидроксида натрия (NaOH) в твердой форме для химического разложения отходов в процессе щелочного гидролиза. Одновременно происходит дезинфекция и стерилизация утилизируемых отходов.
Установка работает следующим образом. Производят загрузку необходимого объема твердых бытовых отходов в камеру 2 для загрузки и переработки биологических отходов, закрывают крышку 4 камеры 2, крышку 3 корпуса 1, осуществляют подачу воды через систему подачи воды 5 и загружают гидроксид калия через узел загрузки 7. Затем и включают ТЭН для нагрева воды, после чего включают электродвигатель, приводящий камеру 2 во вращение. В процессе переработки твердые отходы подвергаются термической обработке, механическому разрыву и рассечению, гидролизу в щелочной среде. При вращении камеры 2 зубья прутков-рассекателей 12 разрушают структуры биологического материала, улучшая инфильтрацию гидроксида калия, а термический нагрев ускоряет процесс обработки. Щетки 13 прутков-рассекателей осуществляют возврат обрабатываемого материала в камеру 2. По окончании обработки продукты переработки выгружают из камеры 2 через выпускной клапан 8. Установка рассчитана на переработку как свежего, так и замороженного материала. Изменение габаритов установки (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) не вносит изменений в принцип работы.
При работе установки, рассчитанной на переработку до 50 кг отходов, использовали 50-100 л воды, количество химического реагента составляло 2-5% от количества перерабатываемой биомассы, скорость вращения камеры загрузки и переработки биологических отходов была равной 4-6 об/мин, процесс переработки длился 3-4 часа, а для замороженных отходов длительность обработки составляла 5-6 часов. Процесс происходит при сравнительно небольшом потреблении электрической энергии и не сопровождается выбросами СО.
В результате работы установки для переработки и утилизации твердых биологических отходов происходит превращение смеси разнородных составляющих в однородную массу, которая по консистенции может быть: А - водянистая фракция, предназначенная для безвозвратной утилизации и может быть слита в канализацию;
Б - полужидкая фракция, предназначенная для получения удобрения путем смешивания с почвенными субстратами (дерн, торф, обедненные почвы); В - пастообразная фракция, предназначенная для обогащения низкокалорийных субстратов (трава, листья, пр.), для разведения кольчатых червей и получения гумуса.
Таким образом, заявляемая установка удобна в эксплуатации и обслуживании и реализует короткое логистическое плечо между образованием биологических отходов и их переработкой, устраняя необходимость транспортировки отходов на большие расстояния.