БИОРЕАКТОР ДЛЯ КОНВЕРСИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована для переработки органических отходов в компост.
Известно устройство для приготовления компоста, патент на изобретение РФ №2192404, кл. C05F 3/06. Устройство для приготовления компоста, содержащее вращающийся барабан с внутренней винтовой поверхностью, выполненной с переменным шагом, подающим дозаторным устройством и аэрационной трубой с регулирующей заслонкой. Внутренняя винтовая поверхность выполнена с переменным шагом, где каждый последующий виток имеет шаг в 2 раза больше предыдущего, при этом последний виток имеет шаг, равный шагу на входе.
Известное устройство имеет ряд недостатков:
- Устройство не предусматривает теплоизоляцию наружной поверхности барабана, что ограничивает возможность осуществления процесса биоферментации органических отходов в холодный период года, поскольку этот процесс - термофильный.
- Вращение всего барабана вместе с массой перерабатываемого органического вещества требует усложненной конструкции, привода и повышенного расхода энергии на привод.
- Сопряжение вращающегося барабана с неподвижными узлами подачи обрабатываемого органического вещества и выгрузки готового продукта имеет значительную сложность.
- Существующая система обеспечения процесса биоферментации кислородом путем использования предусмотренной естественной вентиляции не может обеспечить технологический процесс, т.к. вытяжная труба практически непосредственно соединяется с наружной атмосферой через открытое выгрузное отверстие и через неплотности сопряжения подвижного барабана и переходного патрубка, поэтому наружный воздух не пойдет через внутреннее пространство барабана, заполненное винтовой поверхностью с перерабатываемой массой, находящейся в динамическом состоянии.
- Предусмотренная конструкция выгрузного люка не гарантирует стабильности выгрузки готового продукта.
Известна установка для переработки органических отходов в компост, патент РФ №2214991 кл. C05F 3/06. Установка содержит основание, установленный на опорных катках с возможностью вращения посредством привода цилиндрический барабан с теплоизолирующим покрытием, снабженный системой аэрации компостируемой массы и имеющий расположенные на его противоположных торцевых сторонах загрузочное и разгрузочное окна. В барабане на торцевой стенке с разгрузочным окном смонтированы лопатки для подачи готового компоста к разгрузочному окну, равномерно расположенные по окружности. Установка снабжена поворотной в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения барабана рамой, причем привод и опорные катки с барабаном установлены на раме, последняя смонтирована на основании посредством шарнирных опор со стороны разгрузочного окна барабана. Привод вращения барабана выполнен с реверсивным электродвигателем, а лопатки для подачи готового компоста к разгрузочному окну смонтированы на торцевой стенке парами с наклоном лопаток каждой пары в противоположные стороны относительно плоскости симметрии, проходящей через ось вращения барабана.
Недостатками известного решения являются:
- Общая сложность конструкции.
- Невозможность осуществления непрерывного процесса переработки биоотходов.
- Отсутствие системы удаления газовоздушной смеси из биореактора. Газовоздушная смесь, содержащая вредные газы, образующиеся при микробиологическом процессе переработки органических отходов, поступает внутрь технологического помещения, что обуславливает вредные условия труда обслуживающего персонала.
- Подача воздуха внутрь вращающегося барабана предусмотрена посредством неподвижного воздухопровода через соединительные буксы, что сложно и ненадежно.
- Вращение всего биореактора вместе с перерабатываемыми органическими отходами требует усложненного привода и повышенного расхода энергии на привод.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции при обеспечении непрерывности технологического процесса конверсии биоотходов.
Поставленная задача достигается тем, что биореактор для конверсии органических отходов непрерывного действия, содержащий цилиндрический барабан, снабженный системой аэрации конверсируемой массы и имеющий расположенные на противоположных сторонах загрузочные и разгрузочные окна. Внутри неподвижного цилиндрического барабана по его оси установлен с возможностью вращения вал с винтовой поверхностью, которая заканчивается у входа в разгрузочное окно и на ее конце жестко закреплена горизонтальная пластина-скребок, при этом первый шаг винтовой поверхности по длине равен диаметру цилиндрического барабана, все последующие равны его радиусу, над загрузочным и под разгрузочным окном установлены шнеки, а окна выполнены с противоположных сторон верхней и нижней частей обечайки цилиндрического барабана соответственно, за загрузочным и над разгрузочным окном установлены воздуховоды.
Новые существенные признаки:
- Внутри неподвижного цилиндрического барабана по его оси установлен с возможностью вращения вал с винтовой поверхностью.
- Винтовая поверхность заканчивается у входа в разгрузочное окно, и на ее конце жестко закреплена горизонтальная пластина-скребок.
- Первый шаг винтовой поверхности по длине равен диаметру цилиндрического барабана, все последующие равны его радиусу.
- Над загрузочным и под разгрузочным окном установлены шнеки, а окна выполнены с противоположных сторон верхней и нижней частей обечайки цилиндрического барабана соответственно.
- За загрузочным и над разгрузочным окном установлены воздуховоды.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными, необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключается в том, что:
- Неподвижность корпуса биореактора облегчает устройство теплоизоляции, упрощает конструкции систем загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, а так же конструкции систем подачи наружного воздуха и удаления газовоздушной смеси.
- Жесткое соединение винтовой поверхности с валом, расположенным по оси биореактора с возможностью его вращения от сопряженного с ним привода, обеспечивает снижение энергозатрат на привод, поскольку масса вращаемой конструкции снижается на массу корпуса биореактора.
- Конструкция внутренней винтовой поверхности с переменным шагом, когда первый виток внутренней винтовой поверхности имеет шаг в два раза больше последующих и равен диаметру барабана, обеспечивает образование объемной камеры для загрузки перерабатываемого материала, в которой начинается процесс конверсии. Последующее уменьшение шага винтовой поверхности обеспечивает более интенсивное перемешивание обрабатываемого продукта и, соответственно, интенсификацию микробиологических процессов конверсии.
- Подающий дозатор, выполненный в виде шнека, расположенного над обечайкой корпуса биореактора и соединенного с объемом биореактора посредством проема в его корпусе, обеспечивает устойчивую подачу обрабатываемого материала в биореактор и исключает неорганизованное поступление наружного воздуха внутрь биореактора.
- Выгруженное устройство, выполненное в виде шнека, расположенного ниже обечайки биореактора с противоположной стороны от подающего дозатора, обеспечивает устойчивую выгрузку продукта из биореактора и исключает неорганизованное удаление из биореактора газовоздушной смеси.
- Соединение воздуховода подачи наружного воздуха с внутренним объемом биореактора в верхней его части за подающим дозатором обеспечивает быстрое насыщение подаваемого материала кислородом воздуха, без опасения попадания загружаемого материала в воздуховод и, соответственно, его загрязнения.
- Размещение воздуховода удаления газовоздушной смеси в верхней части биореактора со стороны выгрузного устройства обеспечивает устойчивое удаление газовоздушной смеси без загрязнения воздуховода обрабатываемым продуктом и без загрязнения воздушной среды производственного помещения, что улучшает условия труда обслуживающего персонала.
- Оканчивание внутренней винтовой поверхности перед проемом для выгрузки материала обеспечивает прекращение горизонтального перемещения продукта, а жестко соединенная с винтовой поверхностью горизонтальная пластина (скребок) обеспечивает зачистку конца биореактора и подачу продукта в выгрузную камеру.
На фигуре 1 изображена схема устройства биореактора для конверсии органических отходов непрерывного действия.
Биоферментатор для конверсии органических отходов непрерывного действия состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 1. Корпус 1 имеет теплоизоляцию 2, внутри корпуса 1 расположена винтовая поверхность 3, жестко соединенная с валом 4, опирающегося на подшипники 5. Вал 4 сопряжен с регулируемым приводом 6. В верхней части корпуса 1 имеется загрузочное окно 7, выше которого установлен шнековый транспортер 8. На противоположном конце корпуса 1 в нижней его части предусмотрено разгрузочное окно 9, которое сопряжено с выгрузным шнеком 10. За загрузочным окном 7 установлен воздуховод подачи наружного воздуха 11, соединенный с внутренним пространством корпуса 1. На противоположном конце корпуса 1 установлен вытяжной воздуховод 12, соединенный с внутренним пространством корпуса 1. В конце винтовой поверхности 3 над разгрузочным окном 9 установлена горизонтальная пластина-скребок 13, жестко соединенная с винтовой поверхностью 3, первый виток винтовой поверхности 3 имеет шаг, равный диаметру обечайки корпуса 1 с образованием под загрузочным окном 7, приемной камеры 14, последующие шаги винтовой поверхности 3 равны радиусу обечайки корпуса 1 биореактора.
Биореактор для конверсии органических отходов непрерывного действия функционирует следующим образом:
Подготовленные органические отходы посредством шнекового транспортера 8 через загрузочный проем 7 попадает в приемную камеру 14, причем вращение вала 4 с винтовой поверхностью 3 в начальном периоде не осуществляется, соответственно, не происходит горизонтальное перемещение перерабатываемого органического вещества. С началом загрузки приемной камеры 14 включается система подачи воздуха через воздуховод подачи наружного воздуха 11. При этом частицы загружаемого органического вещества в приемной камере 14 насыщается кислородом.
В загруженном органическом веществе развиваются микробиологические процессы, обуславливающие конверсию загруженного вещества, после чего включается привод вращения вала 4, и винтовая поверхность 3 начинает медленно перемещать перерабатываемое вещество в осевом направлении, одновременно включается подача новой порции перерабатываемого вещества. Одновременно с горизонтальным перемещением вещества винтовая поверхность 3 осуществляет его перемешивание, что способствует усилению соприкосновения частиц обрабатываемого вещества с воздухом и, соответственно, интенсификации микробиологических процессов конверсии органического вещества.
С началом микробиологических процессов конверсии биологического вещества включается система удаления образующиеся газовоздушной смеси через вытяжной воздуховод 12, и происходит удаление газовоздушной смеси из внутреннего объема корпуса 1.
При достижении перерабатываемым органическим веществом разгрузочного окна 9, включается выгрузной шнек 10, и производится выгрузка.
Винтовая поверхность 3 оканчивается перед разгрузочным окном 9, что обусловливает предотвращение образования давления перемещаемого компоста на торец корпуса 1. Компост, поданный винтовой поверхностью 3 до выгрузного проема 9, затем горизонтальной пластиной-скребком 13 досылается через разгрузочное окно 9 в выгрузной шнек 10.