УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОМЕТА

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при переработке помета птицеводческих хозяйств и животноводческих комплексов, производстве удобрений и кормовых добавок с использованием помета птиц и животных.
Уровень техники
В настоящее время в России решение проблемы утилизации сельскохозяйственных отходов еще не нашло надлежащего инженерного воплощения. Ежегодно образование отходов только птицеводства составляет не менее 10 миллионов тонн.
Поэтому решение проблем экологически безопасного развития сельского хозяйства, утилизации сельскохозяйственных отходов, а также создания здоровой среды обитания для людей и животных является чрезвычайно актуальным для страны.
Опыт развитых европейских стран в настоящее время убедительно демонстрирует успешное решение проблемы переработки 100% помета с получением из него высокоэффективных удобрений и высококалорийных кормовых добавок.
Аналогом изобретения является устройство для переработки помета /патент РФ №44317, опубликованный 10.03.2005 г./, содержащее ферментер, устройство для подачи (нагнетания) воздуха в ферментер, устройство для отвода газов из ферментера; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, ворота в боковом ограждении, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха.
Устройство для подачи воздуха в ферментер соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментера соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Ферментер загружается и выгружается через одни ворота с помощью погрузчика с ковшом. При этом исходную смесь для загрузки в ферментер располагают на площадке перед дверями ферментера. И готовый продукт выгружают из ферментера на площадку перед дверями ферментера.
Признаки, совпадающие с признаками изобретения следующие: устройство для переработки помета, содержащее ферментер, устройство для подачи воздуха, устройство для отвода газов; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. Устройство для подачи воздуха соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Недостатком аналога является низкая экологическая безопасность переработки помета.
При работах загрязняется рабочая площадка перед ферментером не переработанным пометом (что является источником характерного запаха помета), углеродосодержащим веществом и готовым продуктом.
Территориально место загрузки исходной смеси в ферментер и место выгрузки готовой смеси (готового продукта) из ферментера расположено на одном и том же месте перед дверями ферментера, что способствует попаданию исходной смеси (в частности, помета) в готовый продукт.
Ферментер выполнен стационарным, что предполагает помывку и дезинфекцию ферментера в устройстве для переработки помета, с вытекающими от сюда проблемами сбора и очистки стоков.
Стационарный ферментер не позволяет транспортировать в нем переработанную смесь на расстояние.
Вторым аналогом изобретения является устройство для приготовления компостов /патент РФ №2244697, опубликованный 20.01.2005 г./, содержащее ферментер (биоферментатор), устройство для подачи воздуха в ферментер, устройство для отвода газов из ферментера; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. В боковом ограждении выполнены двери для загрузки смеси и двери для выгрузки готового продукта.
Устройство для подачи воздуха в ферментер соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментера соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Признаки, совпадающие с признаками изобретения следующие: устройство содержащее ферментер, устройство для подачи воздуха, устройство для отвода газов; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. Устройство для подачи воздуха соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Недостатком аналога является низкая экологическая безопасность переработки помета.
При работах загрязняется не переработанным пометом рабочая площадка перед дверями для загрузки смеси в ферментер,
При работах загрязняется готовым продуктом рабочая площадка перед дверями для выгрузки готового продукта из ферментера.
Ферментер выполнен стационарным, что предполагает помывку и дезинфекцию ферментера в устройстве для переработки помета, с вытекающими от сюда проблемами сбора и очистки стоков.
Стационарный ферментер не позволяет транспортировать в нем переработанную смесь на расстояние.
Третьим аналогом изобретения является ферментерное устройство /патент РФ №2261850, опубликованный 10.10.2005 г./, содержащее ферментер (биореактор), устройство для подачи воздуха в ферментер, устройство для отвода газов из ферментера; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. В крыше выполнен люк для загрузки смеси помета и углеродосодержащего вещества для ферментации, в боковом ограждении выполнен люк для выгрузки готового продукта в остужитель - короб на колесах.
Устройство для подачи воздуха в ферментер соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментера соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Признаки, совпадающие с признаками изобретения следующие: устройство, содержащее ферментер, устройство для подачи воздуха, устройство для отвода газов; ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышу, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. Устройство для подачи воздуха соединено с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов соединено с полостью между промежуточным днищем и крышей.
Недостатком аналога является низкая экологическая безопасность переработки помета.
При работах загрязняется не переработанным пометом рабочая площадка в районе люка для загрузки смеси в ферментер.
При работах загрязняется готовым продуктом рабочая площадка перед люком для выгрузки готового продукта из ферментера в охладитель.
Ферментер выполнен стационарным, что предполагает помывку и дезинфекцию ферментера в устройстве для переработки помета, с вытекающими от сюда проблемами сбора и очистки стоков.
Стационарный ферментер не позволяет транспортировать в нем переработанную смесь на расстояние. Для транспортировки продукта в аналоге используется охладитель на колесах.
Прототипом является устройство для переработки помета /патент РФ №2144015, опубликованный 10.01.2000 г./, содержащее стационарные ферментеры расположенные в два ряда, устройство для подачи воздуха в ферментеры, содержащее нагнетательный вентилятор или компрессор, устройство для отвода газов из ферментеров, выполненное в виде газовода (патрубка).
Каждый ферментер содержит дно, промежуточное днище, наклоненное под углом к дну, боковое ограждение, крышку.
Промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха. Уклон промежуточного днища выполнен в сторону люка в ограждении для выгрузки смеси.
При этом, устройство для подачи воздуха в ферментеры выполнено с возможностью соединения посредством воздуховода с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментеров выполнено с возможностью соединения посредством газовода (патрубка) с полостью между промежуточным днищем и крышкой. Смесь, расположенная в ферментере, подогревается теплоносителем, находящимся в трубе.
Загрузка смеси в ферментер и выгрузка смеси из ферментера осуществляется через различные люки в ограждении. При работе ферментера люки закрыты крышками. Угол наклона промежуточного днища к дну подобран так, что готовая смесь под действием силы тяжести при открытом люке самостоятельно высыпается через люк на ленту транспортера.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: Устройство для переработки помета, содержащее ферментеры, устройство для подачи воздуха в ферментеры, устройство для отвода газов из ферментеров; каждый ферментер содержит дно, промежуточное днище, боковое ограждение, крышку, и промежуточное днище выполнено с отверстиями для прохода подаваемого воздуха, при этом, устройство для подачи воздуха в ферментеры выполнено с возможностью соединения посредством воздуховода с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментеров выполнено с возможностью соединения посредством газовода с полостью между промежуточным днищем и крышкой.
Недостатком прототипа является низкая экологическая безопасность переработки помета.
При работе рабочая площадка загрязняется не переработанным пометом, углеродосодержащим веществом - перед загрузочным люком и готовым продуктом (в частности, удобрением) - перед люком для выгрузки, вокруг работающего транспортера.
При отстаивании смеси в ферментере данное место в устройстве не может использоваться для переработки другой порции смеси.
Конструктивно устройство не позволяет выгрузку переработанной смеси (готового удобрения или кормовой добавки) непосредственно в кузов автомобиля или мешок. Выгрузка может осуществляться с использованием ленточного транспортера.
Устройство выполнено стационарным и не позволяет: транспортирование ферментера с переработанной смесью на большие расстояния;
перемешивание смеси в ферментере перед ферментацией и в процессе ферментации посредством поворотов ферментера относительно продольной и поперечной осей;
мыть и дезинфицировать ферментер за пределами устройства для переработки помета;
экстренно охладить смесь в ферментере путем выемки ферментера из устройства для переработки помета и размещения его, например, на открытом воздухе при низких температурах.
Целью изобретения является повышение экологической безопасности промышленной переработки помета.
3
3
Цель достигается тем, что устройство для переработки помета содержит ферментеры, устройство для подачи воздуха в ферментеры, устройство для отвода газов из ферментеров, и от прототипа изобретение отличается тем, что, по меньшей мере, один ферментер выполнен мобильным или все ферментеры выполнены мобильными, и мобильный ферментер содержит дно, промежуточное днище с отверстиями, боковое ограждение, крышку; и объем между крышкой и промежуточным днищем мобильного ферментера составляет величину от 1.4 м до 70 м и, при этом, устройство для подачи воздуха в ферментеры выполнено с возможностью соединения посредством воздуховода с полостью между дном и промежуточным днищем, а устройство для отвода газов из ферментеров выполнено с возможностью соединения посредством газовода с полостью между промежуточным днищем и крышкой;
ферментер выполнен с возможностью загрузки смеси через люк (при открытой крышке люка) в крышке ферментера или через проем в рабочую полость ферментера при открытой крышке ферментера, а также мобильный ферментер выполнен с возможностью выгрузки смеси через люк (при открытой крышке люка) в ограждении ферментера.
Технические результаты при реализации изобретения могут быть следующими.
1. В связи с выполнением ферментеров мобильными появляется возможность их загрузки смесью помета и углеродосодержащего вещества в специально отведенном месте - под устройством для смешивания компонентов смеси помета с углеродосодержащим веществом (под смесителем) и выгрузки - в специально подготовленном для этого месте. При этом исключается загрязнение рабочей площадки не переработанным пометом, углеродосодержащим веществом и готовым продуктом (в частности, удобрением).
Устройство для смешивания компонентов смеси (смеситель) расположено над поверхностью рабочей площадки с возможностью размещения под ним мобильного ферментера.
2. Обеспечивается возможность отстаивания смеси в ферментере за пределами устройства для переработки помета с освобождением места в устройстве для установки другого ферментера со смесью для ферментации
3. Обеспечивается возможность экстренного охлаждения смеси в ферментере путем выемки ферментера из устройства для переработки помета и размещения его, например, на открытом воздухе при низких температурах окружающего воздуха.
4. Обеспечивается возможность выгрузки переработанной смеси (готового удобрения или кормовой добавки) непосредственно в кузов автомобиля или мешок без устройства - посредника, в частности, ленточного транспортера, фронтального подъемника с ковшом.
3
В первом аналоге при реальной работе (в которой участвовали авторы заявленного устройства) для загрузки, выгрузки и перемешивания смеси используют фронтальные погрузчики с ковшом объемом 0.14-0.40 м серии SSL Японского производства.
5. Обеспечивается возможность эффективной ферментации смеси весом от 1 тонны до 49 тонн и транспортирования ферментера с переработанной смесью на большие расстояния, а также возможность выгрузки переработанной смеси из ферментера непосредственно в хранилище на территории заказчика или в тару на территории заказчика.
6. Обеспечивается возможность перемешивания смеси в ферментере перед ферментацией и в процессе ферментации посредством поворотов ферментера относительно продольной и поперечной осей с помощью подъемно транспортного устройства. Для этого дно и ограждение ферментера, соприкасающиеся с элементами подъемно транспортного устройства, могут усиливаться.
7. Обеспечивается возможность мыть и дезинфицировать ферментер за пределами устройства для переработки помета в отведенном для этого месте.
Кроме того, при отключенных от ферментера устройствах для подачи воздуха в ферментеры и отвода газов из ферментеров, ферментер может использоваться для анаэробной ферментации (ферментации без доступа кислорода).
Территориальное разнесение места загрузки исходной смеси в ферментер и места выгрузки готовой смеси (готового продукта) из ферментера, предотвращает попадание исходной смеси в готовый продукт.
Наличие в устройстве для переработки помета нескольких ферментеров позволяет в одном из них перерабатывать помет в удобрение, а в другом - перерабатывать помет в кормовую добавку.
Краткое описание чертежа
На фиг.1 представлена вид сверху на ферментируемую смесь в ферментере с перегородками при проведении первого этапа исследований по обоснованию величины минимального объема рабочей полости ферментера.
На фиг.2 представлена вид сверху на ферментируемую смесь в ферментере с перегородками при проведении второго этапа исследований по обоснованию величины минимального объема рабочей полости ферментера.
На фиг.3 представлена типовая схема ферментера (по описанию патента РФ №2244697) для ферментации смеси помета и углеродосодержащего материала.
На фиг.4 представлена схема заявленного устройства для переработки помета, содержащего мобильные ферментеры.
На фиг.5 представлен мобильный ферментер.
На фиг.6 представлено сечение Б-Б мобильного ферментера.
На фиг.7 представлен вид В мобильного ферментера.
На фиг.8 показана загрузка ферментера смесью помета и углеродосодержащего вещества.
На фиг.9 представлен стеллаж с мобильными ферментерами.
На фиг.10 представлен мобильный ферментер перемещаемый с помощью подъемно транспортного устройства.
На фиг.11 представлена схема выгрузки смеси из мобильного ферментера.
На фиг.12 представлена возможная схема качания ферментера в продольной плоскости.
Осуществление изобретения
Серьезнейшей экологической проблемой в Российской Федерации является проблема предотвращения накопления отходов птицеводства и, прежде всего, куриного помета.
Эта проблема может быть успешно решена только в том случае, если будет разработан эффективный способ массовой переработки помета в товарную продукцию и, прежде всего, в удобрения.
В настоящее время в России решение проблемы утилизации сельскохозяйственных отходов еще не нашло надлежащего инженерного воплощения. Ежегодно образование отходов только птицеводства составляет не менее 10 миллионов тонн.
Поэтому решение проблем экологически безопасного развития сельского хозяйства, утилизации сельскохозяйственных отходов, а также создания здоровой среды обитания для людей и животных является чрезвычайно актуальным для страны.
Опыт развитых европейских стран в настоящее время убедительно демонстрирует успешное решение проблемы переработки 100% помета с получением из него высокоэффективных удобрений и высококалорийных кормовых добавок.
Проблема переработки куриного помета многогранна и включает в себя ряд частных задач, одной из которых является выбор рациональных габаритов и количества ферментеров для конкретной птицефабрики. Габариты и количество ферментеров зависит от мощности птицефабрики.
Так, от одной средней мощности птицефабрики (400,0 тыс. кур-несушек или 6 млн. цыплят - бройлеров) ежегодно поступает до 40 тыс.тонн птичьего помета.
Для утилизации (промышленной переработки) 40 тыс.т. помета требуется строительство перерабатывающих устройств большой производительности.
На сегодняшний день основная тенденция по утилизации помета - это получение экологически чистых и высокоэффективных удобрений, путем аэробной твердофазной ферментации.
Способ твердофазной ферментации может быть двух видов:
- пассивный способ аэробной твердофазной ферментации птичьего помета;
- активный способ аэробной твердофазной ферментации птичьего помета. Сущность пассивного способа аэробной твердофазной ферментации птичьего помета
заключается в смешивании органических компонентов - углеродосодержащих материалов (торф, солома, древесные опилки, лигнин и др.) в определенных соотношениях с пометом, и после длительного хранения (1-2 года) в буртах происходит естественное созревание органического удобрения.
Сущность активного способа аэробной твердофазной ферментации (далее аэробной твердофазной ферментации или просто ферментации) птичьего помета заключается в том, что смесь органических компонентов -углеродосодержащих материалов (веществ) и помета загружается в устройство - ферментер, в котором смесь подвергается аэрации и переработки путем ферментации.
В процессе аэробной твердофазной ферментации смеси происходит интенсивный количественный рост мезо- и термофильных микроорганизмов. Они потребляют до 30% веществ перерабатываемой смеси. В результате диссимиляции выделяется теплота, которая способствует увеличению количества микроорганизмов.
Процесс аэробной твердофазной ферментации состоит из трех периодов.
Первый период - климация микрофлоры. Этот период при соответствующих условиях может составлять от 12 до 50 часов. Это время может быть сокращено за счет принудительного подогрева органической массы от искусственных источников тепла (горячее водоснабжение, продувка горячим воздухом через слой ферментируемой массы).
Второй период - интенсивное развитие и количественный рост мезофильных, а затем и термофильных бактерий - 20-60 часа, сопровождающиеся выделением тепла и повышением температуры ферментируемой массы с 30°С до 65-80°С.
Третий период - снижение температуры до уровня ниже 30°С. Длительность этого периода может составлять 36 часов и более. Этот период можно осуществлять уже за пределами ферментера или устройства для переработки помета, так как в ферментируемой массе уже закончен рост микроорганизмов. После завершения третьего периода массу охлаждают до температуры окружающей среды.
Приведем пример выбора количества ферментеров для промышленной переработки помета.
В частном случае для переработки 40 тыс.тонн помета необходимо 20 тыс.тонн торфа. Количество торфа выбирают в зависимости от характеристик помета, а также общего содержания в смеси питательных элементов (С, N, Р, К).
Практика (в России сейчас) показывает, что при исследовательской переработки помета перерабатывается менее 10% от общего веса получаемого помета на конкретной птицефабрике.
3
3
Общий вес перерабатываемой на типовой птицефабрике в России в год смеси составит 60 тыс. тонн, что при насыпной плотности смеси равной 0.6 т/м общий объем перерабатываемой в год смеси составит 100 тыс.м.
3
В день потребуется перерабатывать 274 м.
3
3
Если строить ферментер высотой 4 м, шириной 5.5 м, длиной 11 м, внутренний объем ферментера составит 242 м. При высоте смеси в ферментере равной 1.2 м, полезный объем для ферментации составит 72.6 м.
3
Для загрузки дневной нормы смеси в 274 м потребуется 4 ферментера. При ферментации смеси в течении 3-4 дней дополнительно потребуется 12 ферментеров. Таким образом, общее количество ферментеров для переработки 40 тыс. тонн птичьего помета в год потребуется не менее 16 ферментеров, с указанными выше размерами.
Если длину ферментера уменьшит с 11 м до 5.5 м, то общее количество ферментеров для переработки 40 тыс. тонн птичьего помета в год увеличится с 16 до 32 штук.
Если ширину ферментера увеличить с 5.5 м до 11 м, то общее количество ферментеров для переработки 40 тыс. тонн птичьего помета в год уменьшится с 16 до 8 штук.
Выше приведенный расчет показывает, что выбор размера ферментера оказывает существенное влияние на количество ферментеров их стоимость, а следовательно, и на стоимость полученного удобрения.
Следует отметить, что на сегодняшний день у большинства птицефабрик, устройств для переработки помета нет.
Поэтому у таких птицефабрик происходит накапливание пометной массы вблизи производственных зон.
Это приводит к большим потерям ценных удобрительных качеств помета, гибели бактерий, участвующих в аэробной переработке смеси, что существенно затруднит в будущем процесс ферментации.
Учитывая сложность и актуальность решения проблемы утилизации птичьего помета, а также масштабность негативного влияния на экологическое благополучие прилегающих к птицефабрикам земель, с одновременной потерей огромных количеств ценнейших органических компонентов и химических веществ в помете, авторы в течение последних 5 лет провели ряд исследования по определению: оптимального соотношения помета и углеродосодержащего материала в ферментируемой смеси, влажности смеси, влиянию комплексонов и комплексонатов на эффективность ферментации, влиянию подогрева йа время ферментации, минимальных и максимальных размеров ферментера для конкретной птицефабрики.
Санитарно-бактериологические исследования, в которых участвовали авторы, показали, что в 10 г торфо-опилочно-пометной смеси приготовленной из свежего помета содержится до 300 млн. мезо- и термофильных микроорганизмов (бактерий), причем они чрезвычайно активны, способны при благоприятных условиях размножаться, удваивая свое количество за 10-20 минут.
В 10 г торфо-опилочно-пометной смеси приготовленной из помета, пролежавшего на воздухе 30 дней содержится уже до 100 млн. мезо- и термофильных микроорганизмов.
В 10 г торфо-опилочно-пометной смеси приготовленной из помета, пролежавшего на воздухе 90 дней содержится до 10 млн. мезо- и термофильных микроорганизмов, причем большинство из них не активны.
Также исследования показали, что при длительном нахождении помета на воздухе (более 30 суток) в его объеме появляются области, в которых практически отсутствуют активные мезо- и термофильные микроорганизмы.
По результатам исследований можно констатировать, что при производстве удобрений из «не свежего» (пролежавшего длительное время на воздухе) помета не обеспечиваются условия для активного участия в процессе ферментации мезо- и термофильных микроорганизмов. В такой смеси зачастую растут анаэробные микроорганизмы, что существенно влияет на развитие мезофильных и термофильных микроорганизмов, что в конечном итоге при ферментации не позволит создать в ферментируемой массе равномерную концентрацию мезо- и термофильных микроорганизмов, а также равномерный по объему температурный режим, который бы обеспечил надежную стерилизацию получаемых удобрений.
Для проведения исследований использовался ферментер, описанный в патенте №44317, опубликованном 10.03.2005 года (автор Шелихов Вячеслав Николаевич).
Площадь перфорированного днища у ферментера составляла 60.5 м. Размеры днища: ширина - 5.5 м, длина - 11 м.
С помощью перегородок, изготовленных из листов фанеры с прослойкой из пенопласта, на днище формировались изолированные объемы для ферментации смеси. Высота перегородок составляла 1.7 м. При этом высота ферментируемой смеси в каждом изолированном объеме составляла 1.39-1.40 м.
Смесь состояла из 70% куриного помета и 30% опилок. В испытаниях использовался помет, пролежавший на воздухе при температуре 10-22°С один месяц.
Насыпная плотность смеси составляла величину 0.6 т/м. Режим продувки был одинаков для всех изолированных ячеек и обеспечивал надежное снабжение микроорганизмов воздухом.
Исследования проходили в два этапа. В каждом этапе использовались различный состав изолированных объемов.
После каждой ферментации, смесь помета и опилок из ячеек температура в которых не превысила 64°С выгружалась в бурты для последующей дополнительной ферментации.
На фиг.1 представлен вид сверху на ферментируемую смесь в ферментере с перегородками. Ферментер с такой конструкцией перегородок использовался на первом этапе исследований. Всего на первом этапе было проведено 10 ферментации (испытаний).
Позициями 1 и 2 обозначены изолированные объемы с размером днища 2×3 м, вместимостью 5 тонн каждый.
Позициями 3, 4, 5 и 6 обозначены изолированные объемы с размером днища 1.2×1 м, вместимостью 1 тонна каждый.
Позициями 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 обозначены изолированные объемы с размером днища 0.6×1 м каждый, вместимостью 0.5 тонны каждый.
Позициями 16, 17, 18,19, 20, 21, 22, 23, 24 и 25 обозначены изолированные объемы с размером днища 0.1×0.6 м, вместимостью 0.05 тонны каждый.
Позициями 26, 27,28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 и 35 обозначены изолированные объемы с размером днища 0.1×1.2 м, вместимостью 0.1 тонны каждый.
Позициями 36, 37, 38, 39 и 40 обозначены изолированные объемы с размером днища 1.08×1 м, вместимостью 0.9 тонны каждый.
Позициями 41,42,43,44,45 и 46 обозначены изолированные объемы с размером днища 0.84×1 м каждый, вместимостью 0.7 тонны каждый.
Позициями 47,48 и 49 обозначены изолированные объемы с размером днища 1.8×2 м, вместимостью 3 тонны каждый.
В каждом изолированном объеме в центре ферментируемой смеси размещалась термопара, соединенная с тестером для контроля температуры смеси.
В объемах 50, 51, 52 и 53 смеси температура не контролировалась.
Результаты исследований представлены в таблице 1.
Анализ результатов исследований показал, что в изолированных объемах 1 и 2 с весом смеси 5 тонн в каждом объеме, в изолированных объемах 3, 4, 5 и 6 с весом смеси 1 тонна в каждом объеме, в изолированных объемах 47,48 и 49 с весом смеси 3 тонны в каждом объеме, ферментация смеси во всех испытаниях прошла успешно. Температура смеси поднялась выше 64°С.
В изолированном объеме 7 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 8 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 9 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 10 прошло 3 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 11 прошло 3 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 12 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 13 прошло 3 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 14 прошла 1 успешная ферментация из 10 проведенных.
В изолированном объеме 15 прошло 3 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 16 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 17 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 18 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 19 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 20 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 21 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 22 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 23 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 24 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 25 прошло 2 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 26 прошло 3 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 27 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 28 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 29 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 30 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 31 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 32 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 33 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 34 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 35 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 36 прошло 6 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 37 прошло 8 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 38 прошло 7 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 39 прошло 6 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 40 прошло 8 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 41 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 42 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 43 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 44 прошло 4 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 45 прошло 5 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 46 прошло 6 успешных ферментации из 10 проведенных.
На фиг.2 представлен вид сверху на ферментируемую смесь в ферментере с перегородками. Ферментер с такой конструкцией перегородок использовался на втором этапе исследований. Всего на этом этапе было проведено 10 ферментации (испытаний).
Позицией 54 обозначен изолированный объем с размером днища 4×2 м, вместимостью 7 тонн.
Позицией 55 обозначен изолированный объем с размером днища 4×2 м, вместимостью 7 тонн.
Позицией 56 обозначен изолированный объем с размером днища 4×2 м, вместимостью 7 тонн.
Позицией 57 обозначен изолированный объем с размером днища 4.3×2.4 м, вместимостью 9 тонн.
Позицией 58 обозначен изолированный объем с размером днища 4.3×2.4 м, вместимостью 9 тонн.
В каждом изолированном объеме в центре ферментируемой смеси размещалась термопара, соединенная с тестером для контроля температуры смеси. В объеме 59 смеси температура не контролировалась. Результаты исследований представлены в таблице 2. Анализ результатов исследований показал следующее.
В изолированном объеме 54 прошло 10 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 55 прошло 10 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 56 прошло 10 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 57 прошло 10 успешных ферментации из 10 проведенных.
В изолированном объеме 58 прошло 10 успешных ферментации из 10 проведенных.
Таким образом, обобщая результаты, полученные на двух этапах исследований можно сделать вывод о том, что надежная ферментация проходит в смеси, вес которой составляет величину 1 тонна и выше.
Результаты исследований, связанных с переработкой помета, полученные авторами показывают, что при ферментации насыпная плотность смеси, загружаемой в ферментер для переработки, составляет величину в диапазоне от 0.35 до 0.70 т/м, при этом содержание влаги в смеси (весовая или массовая доля влаги) составляет величину от 25% до 75%. Содержание органических веществ в смеси, загружаемой в ферментер для переработки, составляет величину от 35% до 95%.
3
3
Объем ферментера, при этом, должен быть не менее 1.4 м - 2.9 м, в зависимости от величины насыпной плотности ферментируемой смеси.
При этом размеры ферментера, например, могут быть 1×1×1.4 м или 1×2.9×1 м.
Максимальный объем ферментера может ограничиваться объемом выделенного помещения, площадью площадки под ферментер или ограничиваться другими факторами.
3
Исследования, проведенные авторами, показали, что ферментация смеси в ферментере с объемом рабочей полости менее 1.4 м малоэффективна (не надежна) -относительно большая вероятность не удачной ферментации.
Для повышения эффективности ферментации смеси помета в малых объемах в нее добавляют выращенные штаммы мезо- и термофильных микроорганизмов, которые размножаются и перерабатывают смесь помета и углеродосодержащего материала.
Мезо- и термофильных микроорганизмов требуется очень большое количество. В сельскохозяйственных НИИ имеются специальные лаборатории, которые выращивают и хранят микроорганизмы. Однако, искусственно выращенные микроорганизмы зачастую не приживаются в ферментируемой смеси. Для каждого состава ферментируемой смеси, как правило, требуется выращивание уникального консорциума микроорганизмов, что требует длительного времени и больших затрат. Все это существенно затрудняет промышленную переработку помета. И делает ферментацию в малых объемах не возможной.
3
Таким образом, величина объема рабочей полости равная и большая 1.4 м является существенным признаков ферментеров, осуществляющих промышленную переработку помета.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Ферментер - устройство, в котором происходит ферментация.
В литературных источниках наряду с термином ферментер используют термины ферментатор, биоферментер, биоферментатор, устройство для приготовления компостов, устройство для переработки огранических отходов, ферментерное устройство, устройство для утилизации помета и др.
Ферментеры, в частности, описаны в патентах РФ №2261850; №2144015, №2244697, №2237047, №2181712, №44317.
Ферментация - процесс переработки компонентов помета и углеродосодержащего материала бактериями в аэробных и/или анаэробных условиях.
В литературных источниках наряду с термином ферментация используют термины ферментирование, биоферментация, биоферменирование, утилизация помета и др.
На фиг.3 представлена типовая схема ферментера (по описанию патента РФ №2244697) для ферментации смеси помета и углеродосодержащего материала.
Ферментер содержит рабочую полость для ферментируемой смеси и выполнен с возможностью аэрации смеси, расположенной в рабочей полости.
На фиг.3 пронумерованы следующие позиции:
60 - устройство для подачи (нагнетания) воздуха 67 в ферментер. Может содержать вентилятор или вентиляторы, компрессор, баллон со сжатым воздухом. Наряду с воздухом в ферментер могут подавать газ, не входящий в состав воздуха, например, аммиак. В связи с этим название устройства не меняется, так как оно подает смесь газов, в состав которых входит воздух. Устройство 60 для подачи воздуха в ферментер соединено с полостью между дном 62 и промежуточным днищем 63 посредством воздуховода 69 через отверстие в ограждении 64.
В случае если в состав устройства для переработки помета входит насколько ферментеров и каждый из ферментеров содержит автономное устройство для подачи воздуха в ферментер (то есть, каждый из ферментеров содержит собственное устройство для подачи воздуха в ферментер) то эти автономные устройства для подачи воздуха в ферментеры в совокупности называются: «Устройство для подачи воздуха в ферментеры». Другими словами, говорят, что устройство для переработки помета содержит устройство для подачи воздуха в ферментеры, и устройство для подачи воздуха в ферментеры содержит устройство (автономное устройство) для подачи воздуха в конкретный ферментер.
В патенте РФ №2144015 представлено устройство для переработки помета, которое содержит устройство для подачи воздуха в ферментеры, и устройство для подачи воздуха в ферментеры единое для всех ферментеров.
В общем случае устройство для подачи воздуха в ферментеры может быть подключено не ко всем ферментерам.
Для обозначения единого устройства для всех ферментеров служит понятие: «Устройство для подачи воздуха во все ферментеры».
Устройство для подачи воздуха в ферментеры может использоваться, как для подачи воздуха, так и для отвода газов из рабочих полостей ферментеров. Для этого необходимо, чтобы при отводе газов вентилятор не подавал воздух в ферментеры, а отсасывал газы из рабочих полостей ферментеров. Это может быть достигнуто, в частности, переподключением вентилятора к другим фазам питающей трехфазной сети.
В данном случае название устройства «Устройство для подачи воздуха в ферментеры» не меняется.
61 - устройство для отвода газов 68 из ферментера. Может содержать вентилятор или вентиляторы, вытяжную трубу. Устройство для отвода газов из ферментера соединено с рабочей полостью ферментера посредством газовода 71 через отверстие в крышке 65 ферментера.
Как вариант, устройство для отвода газов из ферментера может быть выполнено в виде отверстия в ограждении, или в виде отверстия в крышке ферментера, или в виде отверстия и вытяжной трубы.
В случае если в состав устройства для переработки помета входит насколько ферментеров и каждый из ферментеров содержит автономное устройство для отвода газов из ферментера (то есть, каждый из ферментеров содержит собственное устройство для отвода газов из ферментера) то эти автономные устройства для отвода газов в совокупности называются: «Устройство для отвода газов из ферментеров». Другими словами, говорят, что устройство для переработки помета содержит устройство для отвода газов из ферментеров, и устройство для отвода газов из ферментеров содержит устройство (автономное устройство) для отвода газов из конкретного ферментера.
В патенте РФ №2144015 представлено устройство для переработки помета, которое содержит устройство для отвода газов из ферментеров, и устройство для отвода газов из ферментеров единое для всех ферментеров.
В общем случае устройство для отвода газов из ферментеров может быть подключено не ко всем ферментерам.
Для обозначения единого устройства для всех ферментеров служит понятие: «Устройство для отвода газов из всех ферментеров».
Устройство для отвода газов из ферментера может использоваться, как для отвода газов, так и для аэрации смеси в рабочей полости ферментера. Для этого необходимо, чтобы при аэрации вентилятор не отсасывал газ из ферментера, а подавал воздух из окружающей среды в ферментер. Это может быть достигнуто, в частности, переподключением вентилятора к другим фазам питающей трехфазной сети.
В данном случае название устройства «Устройство для отвода газов из ферментера» не меняется.
63 - промежуточное днище ферментера. Термин «промежуточное» введен потому, что днище расположено в промежутке между дном и крышкой ферментера. Промежуточное днище выполнено с отверстиями 66 для прохода подаваемого воздуха 67. Промежуточное днище еще называют перфорированным днищем. В конструкции днища могут использовать листовые материалы с отверстиями, сетки, решетки.
64 - боковое ограждение ферментера или просто ограждение. В качестве бокового ограждения могут использоваться стенки (при выполнении ферментера, например, в виде призмы), может использоваться обечайка (при выполнении ферментера, например, в виде бочки). Ограждение соединяет дно и крышку ферментера, отделяет (ограждает) рабочую полость ферментера от окружающей среды.
65 - крышка ферментера. Наряду с термином «крышка» используют термин «крыша», «перекрытие», «верхнее перекрытие» и др.
Крышка, ограждение и дно ферментера образуют корпус ферментера.
66 - отверстия в промежуточном днище для прохода подаваемого воздуха и прохода жидкости из смеси 78 в полость между дном и промежуточным днищем. Отверстия могут выполнять, например, в виде перфорации, в виде ячеек сетки.
2
2
2
2
2
67 - подаваемый (нагнетаемый) воздух - смесь газов, находящихся в атмосфере. Стрелками показано направление движения воздуха при работе ферментера. Основными компонентами воздуха у поверхности Земли являются азот N, кислород О и аргон Аr. В состав воздуха входят и другие газы: СО, Ne, Не, Кr, NO, Н.
Кроме указанных газов, воздух содержит пары воды (0,002-4% по массе), а в приземном воздухе всегда есть большое количество взвешенных твердых и жидких частиц, образующих аэрозоли. Кроме того, воздух может содержать другие вещества и газы.
68 - газы (или газы и пары), скапливающиеся в пространстве между верхней границей ферментируемой смеси и крышкой. В качестве газов может быть воздух, аммиак (при аэробной ферментации) или метан (при анаэробной ферментации). Стрелками показано направление движения газа при работе ферментера.
69 - воздуховод, соединяющий устройство 60 с полостью 70 между дном и промежуточным днищем. Воздуховод может быть выполнен в виде трубы, короба. В качестве материала воздуховода используют металл, пластмассу, композиционный материал, асбест, резину. Воздуховод еще называют газоводом.
Протяженность воздуховода и его площадь проходного сечения определяют сопротивление движению воздуха по воздуховоду. С увеличением длины воздуховода растет сопротивление движению воздуха. С уменьшением площади проходного сечения воздуховода растет сопротивление движению воздуха. Проходное сечение воздуховода -поперечное сечение отверстия воздуховода.
70 - полостью между дном и промежуточным днищем. Служит для подачи воздуха, поступающего из воздуховода 69, в отверстия 66 в промежуточном днище. Также в полость 70 поступает излишки жидкости из смеси 78, находящейся в рабочей полости ферментера.
71 - газовод (газоход), соединяющий рабочую полость ферментера и устройство 61. Газовод может быть выполнен в виде трубы, короба. В качестве материала газовода используют металл, пластмассу, композиционный материал, асбест, резину.
Протяженность газовода и его площадь проходного сечения определяют сопротивление движению газа или газов по газоводу. С увеличением длины газовода растет сопротивление движению газа. С уменьшением площади проходного сечения газовода растет сопротивление движению газа. Проходное сечение газовода - поперечное сечение отверстия газовода.
72 - рабочая полость ферментера или внутренняя рабочая полость ферментера. Рабочую полость еще называют рабочим объемом, внутренним рабочим объемом ферментера. Рабочая полость предназначена для размещения в ней смеси для ферментации и собственно аэробной и/или анаэробной ферментации смеси. Как вариант, полость может быть расположена между промежуточным днищем 63 и крышкой 65. Рабочая полость с боков ограничена ограждением. В рабочей полости 72 располагают смесь 78 помета и углеродосодержащего материала для ее переработки путем ферментации.
Рабочая полость ферментера предназначена для переработки (ферментации или ферментирования) смеси помета, по меньшей мере, с материалами, содержащими углерод в удобрение или кормовую добавку.
Смесь помета с материалами, содержащими углерод получают с использованием устройства для смешивания компонентов смеси.
Устройство для смешивания компонентов смеси может быть стационарным или мобильным.
В качестве стационарного устройства для смешивания компонентов смеси (помета и углеродосодержащего материала) используют смеситель, в частности, двухвальный лопастной смеситель производительностью от 0.6 до 3 От/час, вместимостью от 20 кг до 1500 кг. Смеситель обеспечивает порционное смешивание компонентов с разной объемной массой. Высокое качество смешивания достигается создаваемым смесителем эффектом механической невесомости. Однородность смеси составляет 90-95%. Время смешивания 1-2 минуты.
Устройство смесителя позволяет получить однородную смесь веществ (например, сыпучих продуктов), в том числе, и с жидкостями.
В устройство для смешивания компонентов смеси посредством ленточных транспортеров подают в необходимой пропорции помет и углеродосодержащий материал, расположенные в различных емкостях (тарах).
Устройство для смешивания компонентов смеси (смеситель) расположено над поверхностью рабочей площадки с возможностью размещения под ним средства транспортировки смеси.
В качестве мобильного устройства для смешивания компонентов смеси могут использовать фронтальный погрузчик с ковшом.
Термин «мобильный» - это выполненный с возможностью перемещения, в частности, выполненный с возможностью перемещения по рабочей площадке и за ее пределами. Мобильный - выполнен с возможностью, как самостоятельного перемещения, так и перемещения с помощью другого устройства, например, с помощью автомобиля, трактора, подъемно транспортного устройства.
В качестве подъемно транспортного устройства может быть использован мобильный погрузчик или крановое оборудование (самоходный кран, кран-манипулятор, кран мостовой, кран козловой и др.) для перемещения ферментера весом от 25 т и более.
В качестве мобильного погрузчика может быть использован автопогрузчик или электропогрузчик.
73 - люк в ограждении для выгрузки готового продукта.
74 - люк в ограждении для загрузки смеси в ферментер.
Люк - закрывающееся отверстие внутрь чего-либо, в частности, во внутрь ферментера. Если люк может использоваться для прохода человека в ферментер, то его называют дверью. Люк может закрываться крышкой или другим устройством, в частности, створами.
Проем в корпусе ферментера или проем в рабочую полость ферментера - это отверстие любой конфигурации в корпусе, через которое осуществляют доступ во внутреннюю рабочую полость ферментера. В частном случае проем может быть выполнен в ограждении (в стенке, в обечайке) и иметь круглую или прямоугольную форму.
В частном случае люком в ограждении может служить стенка в ограждении, если она выполнена съемной или открывающейся. Люк является частным случаем проема.
Проем может быть образован за счет снятия одной из стенок ферментера или крышки.
75 - створы люка.
76 - крышка люка.
77 - рабочая площадка перед люком в ограждении для выгрузки готового продукта.
78 - смесь помета и углеродосодержащего материала. Эту смесь еще называют исходной смесью, исходной смесью для ферментации, смесью для ферментации.
Смесь для ферментации - это смесь помета и углеродосодержащего материала (вещества). Углеродосодержащий материал еще называют материалом, содержащим углерод. В качестве материала содержащего углерод используют древесные опилки, стружку, солому, сено, ботву, костру, лигнин, торф и другие вещества.
Как правило, элементы устройства для переработки помета расположены на рабочей площадке.
Опыт переработки помета показывает, что рабочая площадка может включать место приготовления смеси помета и углеродосодержащего материала, место загрузки смеси в ферментер, место расположения ферментера, место подсоединения ферментера к устройству для подачи воздуха и к устройству для отвода газов, место выгрузки смеси из ферментера (из рабочей полости ферментера), дороги, складские площадки и др.
Ферментер может содержать устройства для контроля температуры смеси, расположенной в рабочей полости ферментера.
Ограждение может быть выполнено с использованием металлического листового материала, пластмассового листового материала, железобетонных плит, кирпичей, дерева, фанеры.
Промежуточное днище может быть выполнено с использованием сетки (металлической сетки) или сеток (металлических сеток), листового материала с отверстиями, решетки.
Дно ферментера может быть выполнено с использованием металлического листового материала, пластмассового листового материала, железобетонных плит, кирпичей, дерева, фанеры.
Крышка ферментера может быть выполнена металлической, деревянной, пластмассовой, в частности, полиэтиленовой, резиновой.
Заявленное устройство для переработки помета может быть применено при переработке отходов (помета) животноводческих комплексов и птицеводческих хозяйств, производстве удобрений и кормовых добавок из испражнений животных и птиц с обеспечением повышенной экологической безопасности.
Отличием заявленного устройства от аналогов является наличие в нем мобильных ферментеров. В общем случае устройство для переработки помета может содержать мобильные и стационарные ферментеры.
В качестве корпуса для мобильного ферментера с максимальным объемом может служить 40-футовый контейнер, широко использующийся для перевозки грузов по железной дороге.
Размеры 40-футового контейнера:
высота 2.591 м;
ширина 2.438 м;
длина 12.192 м.
3
При высоте рабочей полости равной 2.35 м (высоте полости между дном и промежуточным днищем ферментера равной 24 см) объем рабочей полости ферментера, выполненного из контейнера равен 70 м.
3
При загрузке рабочей полости смесью для ферментации на всю высоту полости ферментера, при насыпной плотности смеси 0.35-0.7 т/м, вес смеси составит 24.5-49 т.
3
3
При загрузке рабочей полости объемом 70 м смесью для ферментации на всю высоту полости ферментера, при насыпной плотности смеси 0.7 т/м, вес смеси составит 49 т. Это максимальный вес смеси для мобильного ферментера.
Вес контейнера 26 тонн. Таким образом вес контейнера со смесью 75 тонн.
Такой груз возможно перемещать по рабочей площадке, поднимать, опускать с помощью крана мостового или крана козлового соответствующей грузоподъемности.
Мобильный ферментер может быть и меньших размеров.
Груженный ферментер с общим весом 1 От возможно перемещать по рабочей площадке с помощью погрузчика D100 (производство DAEWOO).
Груженный ферментер с общим весом 12 т возможно перемещать по рабочей площадке с помощью погрузчика 120.40D (производство IVECO).
Груженный ферментер с общим весом 25 т возможно перемещать по рабочей площадке с помощью погрузчика 250.40D (производство Cimmins).
Частный случай применения устройства описан ниже на примере переработки помета в удобрение.
Заявленное устройство для переработки помета содержит мобильные ферментеры 86 и 87 (см. фиг.4), устройство для подачи воздуха в ферментеры 88, устройство для отвода газов из ферментеров 89.
Каждый ферментер содержит дно 90 (см. фиг.4, фиг.5, фиг.6), промежуточное днище 91, боковое ограждение 92, крышку 93, и промежуточное днище выполнено с отверстиями 94 для прохода подаваемого воздуха из полости 95 между дном 90 и промежуточным днищем 91 в рабочую полость ферментера 96, расположенного во втором ярусе.
Крышка ферментера 93 может быть выполнена из металла, дерева, пластмассы. Кроме того, крышка может быть выполнена эластичной, например из резины, брезента, полиэтилена и другого материала.
Устройство 88 для подачи воздуха в ферментеры соединено посредством воздуховода 97 с полостью 95 между дном и промежуточным днищем одного из ферментеров и соединено посредством воздуховода 98 с полостью 99 между дном и промежуточным днищем другого ферментера.
Устройство 89 для отвода газов из ферментеров соединено посредством газовода 100 с полостью 96 между промежуточным днищем 91 и крышкой 93 одного из ферментеров, и соединено посредством газовода 101 с полостью 102 между промежуточным днищем 103 и крышкой 104 другого ферментера.
Ферментеры 86 и 87 выполнены мобильными, с возможностью перемещения с помощью подъемно транспортного устройства 105 (см. фиг.10).
3
Объем между крышкой и промежуточным днищем каждого мобильного ферментера составляет величину 12 м. Размеры рабочей полости ферментера: высота - 2 м, ширина - 2 м, длина - 3м.
3
Максимальный вес смеси при 100% загрузке рабочей полости составляет 9.6 т (при насыпной плотности смеси равной 0.6 т/м).
3
Вес смеси при 80% загрузке рабочей полости составляет 7.68 т (при насыпной плотности смеси равной 0.6 т/м).
Груженный ферментер с таким весом перемещают по рабочей площадке с помощью погрузчика 120.40D (производство IVECO).
Мобильный ферментер выполнен с возможностью загрузки смеси через люк 106 (см. фиг.5) при открытой крышке люка 107. Люк 106 выполнен в крышке 93 ферментера. Кроме того, мобильный ферментер выполнен с возможностью загрузки смеси через проем в рабочую полость ферментера при открытой крышке ферментера. На фиг.8 представлена схема загрузки смесью 108 ферментера 84 через проем в рабочую полость ферментера при открытой крышке 85 ферментера (крышка снята с ферментера).
Мобильный ферментер выполнен с возможностью выгрузки смеси через люк 109 (см. фиг.5) при открытой крышке 110 люка в ограждении 92 ферментера.
В описании устройства используется термин «выполнено с возможностью соединения» так как устройство для подачи воздуха в ферментеры 88 и устройство для отвода газов из ферментеров 89 могут подсоединяться к ферментеру, а могут быть отсоединены от ферментера.
Воздуховод 97 выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения посредством задвижки 111 для изменения сопротивления движению воздуха в полость 95 ферментера.
Воздуховод 98 также выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения посредством задвижки 112 для изменения сопротивления движению воздуха в полость 99 ферментера.
Газовод 100 выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения посредством задвижки 113 для изменения сопротивления движению газа в полость 96 ферментера.
Газовод 101 выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения посредством задвижки 114 для изменения сопротивления движению газа в полость 102 ферментера.
Кроме того, каждый из вышеуказанных газоводов может быть выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения за счет деформации (сжатия, с целью уменьшения площади проходного сечения).
Каждый воздуховод также может быть выполнен с возможностью изменения площади проходного сечения за счет местной деформации (сжатия, с целью уменьшения площади проходного сечения).
Для распределения воздуха по воздуховодам 97 и 98 используют коллектор 115.
Для приема газа из газоводов 100 и 101 используют коллектор 116.
Мобильные ферментеры расположены на стеллаже 117. Кроме того, на стеллаже закреплены воздуховоды, газоводы, коллекторы, устройство для подачи воздуха в ферментеры и устройство для отвода газов из ферментеров.
В общем случае устройство для переработки помета может содержать, как мобильные, так и стационарные ферментеры.
Кроме того ферментеры могут устанавливаться друг на друга, например, в два яруса.
В устройство для переработки помета используют стационарное устройство для смешивания компонентов смеси.
Стационарное устройство для смешивания компонентов смеси изображено на чертеже фиг.8 и обозначено позицией 79. В устройство посредством ленточных транспортеров 80 и 81 подают в необходимой пропорции помет из емкости 82 и углеродосодержащее вещество (материал) из емкости 83. В устройстве 79 происходит перемешивание и измельчение компонентов смеси: помета и углеродосодержащего вещества, с помощью шнеков. После перемешивания смесь 108 выгружают в ферментер 84 через проем в рабочую полость ферментера при снятой крышке ферментера 85.
В качестве стационарного устройства для смешивания компонентов смеси используют двухвальный лопастной смеситель ДЛС-1.5 производительностью 30 т/час, вместимостью 1500 кг. Время смешивания 2 минуты.
Рабочая площадка включает место загрузки смеси помета и углеродосодержащего вещества в ферментер (см. фиг.8), место подсоединения ферментера к устройству для подачи воздуха в ферментеры и к устройству для отвода газов из ферментеров (см. фиг.4), место выгрузки смеси из ферментера (см. фиг.11), место расположения ферментеров (см. фиг.9), дороги 118, складские площадки и др.
Место расположения ферментеров (см. фиг.9) - это место расположения стеллажей 119, на которых расположены ферментеры, обозначенные позициями со 120 по 125. На стеллаже обозначены свободные от ферментеров места 126 и 127.
По меньшей мере, два ферментера или все ферментеры могут быть выполнены мобильными, с возможностью самостоятельного перемещения на колесах, или с возможностью перемещения с помощью тележки, или с возможностью перемещения с помощью подъемно транспортного устройства 105 (см. фиг.10).
В качестве подъемно транспортного устройства используют мобильный погрузчик или крановое оборудование (самоходный кран, кран-манипулятор, кран мостовой, кран козловой и др.) для перемещения ферментера весом от 25 т до 49 т.
В качестве мобильного погрузчика может быть использован автопогрузчик, электропогрузчик, кран козловой или другой кран.
Мобильный ферментер может быть выполнен с возможностью перемещения, по меньшей мере, между местом загрузки смеси помета и углеродосодержащего вещества в ферментер и местом подсоединения ферментера к устройству для подачи воздуха в ферментеры и к устройству для отвода газов из ферментеров
Мобильный ферментер может быть выполнен с возможностью перемещения, по меньшей мере, между местом подсоединения ферментера к устройству для подачи воздуха в ферментеры и устройству для отвода газов из ферментеров и местом выгрузки смеси из ферментера
Устройство для отвода газов из ферментеров может быть соединено с рабочей полостью ферментера посредством газовода через отверстие в крышке и/или через отверстие в ограждении
Устройство для подачи воздуха в ферментеры может быть соединено с полостью между дном и промежуточным днищем через отверстие в дне и/или через отверстие в ограждении
Мобильный ферментер может быть выполнен с возможностью загрузки смеси через люк (при открытой крышке люка) в крышке ферментера или через проем в рабочую полость ферментера при открытой крышке ферментера
Мобильный ферментер может быть выполнен с возможностью выгрузки смеси через люк (при открытой крышке люка) в ограждении ферментера
Мобильный ферментер 128 (см. фиг.11), посредством подъемно транспортного устройства 129, выполнен с возможностью наклона в сторону люка в ограждении при выгрузке смеси 130 из рабочей полости ферментера в емкость или другую тару для смеси (готового продукта) 131.
Мобильный ферментер выполнен с возможность подъема, опускания, передвижения по рабочей площадке, качания (осуществления наклонов) относительно поперечной и продольной осей ферментера. На фиг.12 представлен ферментер 132, который с помощью погрузчика 133 качается относительно поперечной оси ферментера, путем движения погрузчика по наклонной площадке 134.
Качание осуществляют с целью перемешивания смеси в рабочей полости ферментера.
При выполнении ограждения ферментера в виде стенок мобильный ферментер может быть выполнен с возможностью выгрузки смеси через люк (при открытой крышке люка) в стенке ферментера или через проем в рабочую полость ферментера при открытой стенке ферментера.
В заявленном устройстве каждый ферментер может быть выполнен мобильным или часть ферментеров выполнена мобильными, а часть ферментеров выполнена стационарными.
По меньшей мере, часть мобильных ферментеров располагают на стеллаже (каркасе в виде рамы).
По меньшей мере, часть мобильных ферментеров располагают на стеллаже один над другим.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Компоненты смеси, а именно помет и углеродосодержащие материалы (вещества) загружают соответственно в емкости 82 и 83 (см. фиг.8). От туда посредством ленточных транспортеров 80 и 81 компоненты смеси в требуемой пропорции поступают в смеситель 79. После перемешивания и измельчения смесь выгружают в ферментер 84. В смеси может содержаться до 20% углеродосодержащего материала (опилок, торфа или др. материала). В общем случае в смеси может содержаться от 10 до 50% углеродосодержащего материала В смесь вводят чувствительный элемент устройства для контроля температуры смеси.
Далее ферментер посредством подъемно транспортного устройства 105 (см. фиг.10) перемещается к стеллажу 119, устанавливается на свободном месте, подключается к устройству для подачи воздуха в ферментеры и к устройству для отвода газов из ферментеров.
Выше описанным способом все мобильные ферментеры загружаются и подключаются к устройству для подачи воздуха в ферментеры и к устройству для отвода газов из ферментеров.
Далее периодически осуществляется аэрация смеси за счет включения вентилятора устройства для подачи воздуха в ферментеры и вентилятора устройства для отвода газов из ферментеров.
Общее время аэрации составляет 50% от времени ферментации.
В общем случае общее время аэрации (вентиляции воздухом) для различных условий ферментации может составлять величину от 1% до 90% от времени ферментации и зависит от производительности вентилятора.
Режим аэрации в ферментерах регулируется задвижками 111, 112, 113 114. Кроме того, на характеристики аэрации (расход воздуха через ферментер) может повлиять местная деформация воздуховода и/или газовода, подходящих к ферментеру. Как было указано выше, воздуховод и газовод выполнены с возможностью уменьшения (изменения) площади проходного сечения. Это может существенно снизить потребную величину аэродинамического сопротивления задвижки, уменьшить ее габариты, мощность электропривода.
После завершения ферментации, ферментер отключается от устройства для подачи воздуха в ферментеры и от устройства для отвода газов из ферментеров, далее ферментер посредством подъемно транспортного устройства перемещается от стеллажа к месту выгрузки смеси в тару (см. фиг.11). С помощью того же подъемно транспортного устройства ферментер наклоняется в сторону люка для выгрузки смеси, открывают люк и смесь выгружается в тару для готового продукта.
Загрузка смеси в мобильный ферментер осуществляется в специально отведенном месте - под устройством для смешивания компонентов смеси помета с углеродосодержащим веществом (под смесителем). Если просыпались компоненты смеси, то просыпались на участке загрузки. Выгрузка также осуществлена в специально подготовленном для этого месте. При этом на большей поверхности рабочей площадки исключается загрязнение компонентами смеси, а главное пометов.
При ферментации имеется период времени, когда готовая смесь отстаивается в ферментере. При наличии мобильных ферментеров они могут быть сняты со стеллажа, перемещены к месту хранения. А освободившееся место на стеллаже займет другой ферментер со смесью.
К тому же обеспечивается возможность отстаивания смеси в мобильном ферментере за пределами устройства для переработки помета, например на территории заказчика или на территории предприятия по расфасовке готового продукта.
При необходимости обеспечивается возможность экстренного охлаждения смеси в ферментере путем выемки ферментера из устройства для переработки помета и размещения его, например, на открытом воздухе при низких температурах окружающего воздуха. При этом резко уменьшается активность микроорганизмов, уменьшаются потери азота (аммиака) из смеси.
При использовании мобильного ферментера обеспечивается возможность выгрузки переработанной смеси (готового удобрения или кормовой добавки) непосредственно в кузов автомобиля или мешок без устройства - посредника, в частности, ленточного транспортера, фронтального подъемника с ковшом.
Обеспечивается возможность перемешивания смеси в ферментере перед ферментацией и в процессе ферментации посредством поворотов ферментера относительно продольной и поперечной осей с помощью подъемно транспортного устройства. Возможная реализация такого перемешивания изображена на фиг.12.
Достигается очень важное свойство заявленного устройства - это возможность мыть и дезинфицировать мобильный ферментер за пределами устройства для переработки помета в отведенном для этого месте. Это существенно повышает экологическую безопасность устройства и процесса переработки помета.
Чем больше мобильных ферментеров в устройстве, а точнее чем больше отношение количества мобильных ферментеров к количеству стационарных тем в большей степени проявляются вышеописанные положительные технические результаты.
Для того чтобы удобрение или кормовая добавка были сбалансированы по микроэлементам, при смешении помета с веществами (материалами), содержащими углерод или в процессе ферментации в смесь вводят биологически-активную добавку, включающую следующие компоненты: фосфонсодержащий комплексон в количестве, эквимолярном общему содержанию микроэлементов в смеси; смесь комплексонатов микроэлементов в количестве, доводящем содержание микроэлементов до нормы, необходимой для растений; свежий помет животных или птицы.
В качестве фосфонсодержащего комплексона применяют такие соединения как оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), этилендиаминтетраметилфосфоновая кислота (ЭДТФ) и другие.
Комплексон в состав добавки входит в количестве, необходимом для связывания всех микроэлементов.
В качестве смеси комплексонатов микроэлементов используют комплексонаты микроэлементов: Сu, Fe, Со, Mn, Zn, балансирующих удобрения или кормовые добавки по микроэлементам. Количество же каждого микроэлемента, например, в удобрении определяется нормами, необходимыми для растений.
Как указывалось выше, третьим компонентом добавки может быть свежий помет животных или птицы той же природы, что и помет основы удобрения или кормовой добавки. Необходимость введения свежего помета объясняется тем, что он содержит необходимые мезофильные и термофильные аэробные штаммы бактерий, которые спонтанно размножаются в присутствии комплексона и комплексоната, ферментируя помет уже при приготовлении смеси для ферментации. Свежий помет вводят в биологически-активную добавку в количестве 1 мас.ч. свежего помета на 500:10000 мас.ч. смеси.
Таблица 1
Максимальная температура ферментации, °С
Порядковый номер ферментации на первом этапе исследований
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Номер изолированного объема
1
73
72
73
73
70
71
73
72
73
70
2
73
73
73
73
71
71
73
72
73
69
3
73
72
73
73
73
72
73
73
73
73
4
73
73
73
73
74
73
73
73
73
73
5
72
72
72
72
72
72
72
72
72
72
6
73
72
73
73
73
73
73
73
73
73
7
70
45
45
72
70
45
45
45
65
45
8
44
45
45
45
71
45
45
45
65
45
9
45
45
45
45
71
45
45
45
67
45
10
44
45
45
65
71
45
45
45
69
45
11
45
45
65
45
66
45
45
45
70
45
12
44
45
45
55
65
45
45
45
72
45
13
45
44
65
45
65
45
45
45
74
45
14
44
43
63
45
63
43
45
43
70
45
15
45
45
65
45
65
45
45
45
45
45
16
35
37
37
37
73
37
37
37
73
37
17
35
37
35
34
71
35
34
37
72
37
18
37
37
37
35
73
37
37
37
72
37
19
37
37
35
37
71
30
34
37
71
37
20
37
37
37
37
72
30
34
33
72
37
21
37
37
37
35
73
37
34
33
72
33
22
37
37
35
37
74
37
37
37
72
37
Таблица 1 продолжение
23
37
35
37
37
73
37
34
33
73
37
24
37
37
37
37
74
37
37
37
72
33
25
37
34
35
37
73
37
37
37
72
33
26
34
34
37
37
63
65
37
67
66
37
27
37
37
37
37
67
65
37
65
66
37
28
34
37
35
37
67
67
37
67
67
37
29
37
37
37
37
67
65
37
67
66
37
30
34
35
37
37
65
65
37
65
68
37
31
37
37
34
37
66
66
37
66
68
37
32
37
35
35
37
67
66
37
66
68
37
33
37
37
37
36
65
65
37
67
65
37
34
37
35
35
36
65
65
37
66
68
37
35
37
37
36
36
66
65
37
67
65
37
36
73
76
34
65
65
68
36
65
63
36
37
73
38
78
68
67
67
68
67
67
38
38
43
68
68
38
67
67
78
67
67
38
39
73
36
68
38
67
67
36
67
67
36
40
43
65
38
68
65
65
75
65
65
75
41
43
36
37
37
66
66
37
66
66
37
42
43
36
36
36
67
67
36
67
67
36
43
43
35
35
35
65
65
35
65
65
35
44
43
37
37
37
65
65
37
65
65
37
45
73
36
36
36
66
66
36
66
66
36
46
43
37
67
77
69
69
37
70
70
37
47
72
71
74
72
73
75
72
75
72
75
48
74
72
73
72
73
73
72
76
72
75
49
72
74
72
72
72
72
72
72
72
72
Таблица 2
Максимальная температура ферментации, °С
Порядковый номер ферментации на втором этапе исследований
1.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Номер изолированного объема
54
74
72
74
73
73
73
74
72
74
73
55
75
71
75
73
74
73
74
72
74
73
56
75
71
73
73
73
75
74
73
74
73
57
73
71
74
73
74
72
74
73
74
73
58
75
72
73
72
75
72
74
72
74
73