РЕАКТОР ДЛЯ АЭРОБНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
REACTOR FOR AEROBIC FERMENTATION OF ORGANIC WASTE AND DEVICE FOR MOVEMENT

Изобретение относится к устройствам для производства органических удобрений путем аэробной ферментации органических отходов.
Известно устройство для производства органического удобрения по патенту US 2126168, публикация 9.08.1938. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на секции. В каждой секции установлено средство для поддержки органического вещества во время ферментации и устройство для перемещения органического вещества с верхнего уровня на нижний в виде поворачивающегося в вертикальной плоскости лотка. Устройство снабжено системой подвода воздуха. В данном устройстве подводящий воздух не проходит сквозь органический материал, что не способствует хорошей его аэрации и замедляет процесс превращения отходов в удобрение.
Известно устройство для превращения органических отходов в удобрение по патенту US 2178818, публикация 23.03.1937. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на секции. Каждая секция содержит несколько шнековых транспортеров для рыхления и перемещения отходов к отверстию, соединяющему верхнюю и нижнюю секции. Подвод воздуха для аэрации осуществляется через вал шнекового транспортера и выходные отверстия в нем. Устройство также содержит систему отвода газов, образующихся при ферментации. К недостаткам устройства относится сложная система перемещения отходов из одной секции в другую и недостаточно эффективная система аэрации.
Наиболее близким аналогом является аппарат для обработки муниципальных и промышленных органических отходов по патенту US 5258306, публикация 2.11.1993. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на секции, устройство загрузки отходов и средства для выгрузки готового продукта. Каждая секция имеет средства подачи воздуха для ввода воздуха в указанную массу отходов, при этом средства подачи воздуха интегрированы в лопасти для одновременного перемешивания и аэрации. Перемещение отходов из секции в секцию производится через порт, снабженный задвижкой. Аппарат снабжен также системой отвода газов, образующихся при ферментации. Данное решение содержит конструктивно сложную систему подвода воздуха для аэрации материала.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемом изобретении, является упрощение конструкции реактора, в котором система аэрации и перемещения отходов из одной секции в другую совмещены, а также повышение эффективности аэрации.
Реактор для аэробной ферментации органических отходов включает цилиндрический корпус реактора, установленный вертикально. Внутри корпуса жестко закреплен, по меньшей мере, один диск, по оси цилиндрического корпуса закреплена, по меньшей мере, одна ось, на которой над каждым неподвижным диском установлен подвижный диск, выполненный с возможностью поворота вокруг указанной оси с помощью соответствующего привода. Подвижный и неподвижный диски содержат отверстия, которые в одном положении подвижного диска относительно неподвижного диска в осевом направлении практически совпадают с отверстиями неподвижного диска, а в другом положении подвижного диска отверстия в неподвижном диске в осевом направлении геометрически перекрываются материалом подвижного диска вне отверстий. Неподвижный и подвижный диски разделяют корпус по высоте на секции. Подвижный диск установлен по оси корпуса с зазором относительно неподвижного диска с возможностью прохода воздуха из нижней секции в верхнюю секцию в положении подвижного диска, когда отверстия в неподвижном диске в осевом направлении геометрически перекрываются материалом подвижного диска вне отверстий. Корпус реактора снабжен системой для загрузки отходов в верхнюю секцию реактора и устройством выгрузки готового продукта под нижней секцией. По меньшей мере, одна нижняя секция снабжена системой подвода воздуха для аэрации, а верхняя часть корпуса снабжена устройством отвода газов, образующихся в процессе ферментации.
В режиме ферментации отверстия для подачи и выгрузки субстрата герметично закрыты. Таким образом, внутренний объем реактора является герметичным по отношению к воздушному потоку. Давление в системе подачи воздуха в реактор и в системе отвода газов из реактора выбирается таким, чтобы разница этих давлений компенсировала сопротивление продуванию потоком воздуха, оказываемое слоями субстрата, расположенными в секциях реактора, и обеспечивала воздушный поток через толщу субстрата на каждом уровне.
Система отвода отработанных газов может быть совмещена с устройством подачи субстрата, в этом случае нет необходимости герметично закрывать отверстие для подачи субстрата во время подачи воздуха. Отвод отработанных газов может осуществляться принудительно, с использованием различных устройств вытяжной вентиляции.
В данной конструкции реактора в одном устройстве совмещены: функция подачи воздуха в обрабатываемые отходы для их аэрации и функция перемещения обрабатываемого материала из верхней секции в нижнюю. Кроме того, повышается эффективность и равномерность аэрации за счет увеличения площади контакта подаваемого воздуха с аэрируемыми отходами.
Форма и размер отверстий выполняются с возможностью перемещения перерабатываемого субстрата через совпадающие отверстия в подвижном и неподвижном диске под действием силы тяжести.
При этом для более равномерной аэрации и надежного перемещения перерабатываемого субстрата из секции в секцию отверстия могут быть распределены равномерно по площади каждого из дисков.
Для вращения каждого из подвижных дисков может быть установлен отдельный привод, что позволяет более гибко осуществлять ферментацию отходов.
Для надежного перемещения материала из верхней секции в нижнюю над подвижным диском может быть установлен, по меньшей мере, один неподвижный отбойник, обеспечивающий перемещение материала к отверстию при вращении диска.
Каждая секция, кроме самой верхней, может быть снабжена устройством для подачи воздуха.
Каждая секция снабжается датчиками для замера температуры, влажности воздуха и высоты загрузки материала. Устройство может быть снабжено системой управления подводом воздуха и приводами поворота каждого подвижного диска, работающей на основе показаний датчиков.
Другим объектом настоящего изобретения является устройство для перемещения рыхлых твердых субстратов, содержащее цилиндрический корпус, установленный вертикально. Внутри корпуса жестко закреплен, по меньшей мере, один диск. По оси цилиндрического корпуса закреплена, по меньшей мере, одна ось, на которой над каждым неподвижным диском установлен подвижный диск, выполненный с возможностью поворота вокруг указанной оси с помощью соответствующего привода. Подвижный и неподвижный диски содержат отверстия, которые в одном положении подвижного диска относительно неподвижного диска в осевом направлении практически совпадают с отверстиями неподвижного диска, а в другом положении подвижного диска отверстия в неподвижном диске в осевом направлении геометрически перекрываются материалом подвижного диска вне отверстий. Неподвижный и подвижный диски разделяют корпус по высоте на секции. При этом подвижный диск установлен по оси корпуса с зазором относительно неподвижного диска с обеспечением возможности прохода воздуха из нижней секции в верхнюю секцию в положении подвижного диска, когда отверстия в неподвижном диске в осевом направлении геометрически перекрываются материалом подвижного диска вне отверстий. Кроме того, по меньшей мере, одна нижняя секция снабжена системой подвода воздуха.
Данное устройство может быть использовано и в других системах обработки субстратов, для которых имеет значение совмещение функции подачи воздуха в обрабатываемые субстраты для их аэрации и функции последовательного перемещения обрабатываемого материала из одной секции в другую.
Форма и размер отверстий выполнены с возможностью перемещения материала отходов через совпадающие отверстия в подвижном и неподвижном дисках под действием силы тяжести. Отверстия также могут быть распределены равномерно по площади каждого из дисков.
Для вращения каждого из подвижных дисков может быть установлен отдельный привод.
В частном случае над подвижным диском установлен, по меньшей мере, один неподвижный отбойник, обеспечивающий перемещение материала к отверстию при вращении диска.
Изобретение поясняется рисунками.
На Фиг.1 показан общий вид реактора.
На Фиг.2 приведен разрез корпуса по вертикали.
На Фиг.3 показан вид сверху жестко закрепленного в корпусе диска, а на Фиг.4 показан вид сверху на подвижный диск.
На Фиг.5 на видах сверху a, b, c и d показаны положения подвижного и неподвижного дисков относительно друг друга от полностью открытого положения отверстий (a) до полностью закрытого (d).
На Фиг.6 приведен вид сверху на диски с отбойниками, которые закреплены неподвижно у отверстий.
На Фиг.7 приведен вертикальный разрез дисков по А-А, показанный на Фиг.5.
На Фиг.8 показана работа одной секции реактора в режиме аэрации.
На Фиг.9 приведена работа одной секции устройства для перемещения отходов на видах a, b, c и d по перемещению продукта из одной секции в другую.
На Фиг 10 приведен пример реализации устройства для перемещения с примерно равномерным распределением отверстий (вырезов) по площади диска. На фигуре также показан вариант выполнения привода для вращения диска.
На Фиг.11 приведено сечение дисков в местах подшипника качения.
На Фиг.12 показан фрагмент червячной передачи привода для вращения диска.
Реактор для аэробной ферментации органических отходов (Фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, установленный вертикально. Реактор разделен на секции 2 с помощью устройства перемещения 3 субстрата 4 (отходов, подвергающихся переработке под действием фермента и/или микроорганизмов). Реактор снабжен системой 9 загрузки субстрата, например шнековым транспортером, в верхнюю секцию реактора через загрузочное окно 11. Субстрат подготавливается в смесителе 10, а затем подается системой загрузки 9. Внизу корпуса 1 установлено дозирующее устройство 5 готового субстрата - органического удобрения. Для обеспечения процесса аэробной ферментации в нижнюю секцию 2 подается воздух через систему 6 подвода воздуха для аэрации. Воздух может подаваться только в нижнюю секцию или в каждую секцию 2 реактора отдельно. В зависимости от продукта, мощности устройства и других параметров могут быть применены различные известные устройства для подачи газов. В верхней части корпуса 1 реактора закреплено устройство 8 отвода газов, образующихся в процессе ферментации.
Устройство перемещения 3 субстрата выполнено следующим образом. Внутри корпуса 1 (Фиг.2) закреплено несколько неподвижных дисков 12. По оси цилиндрического корпуса 1 закреплена ось 13. Над каждым неподвижным диском на подшипниках 14 установлен подвижный диск 15. Подвижный 15 и неподвижный 12 диски разделяют корпус 1 на секции 2. Неподвижный диск 12 (Фиг.3) содержит отверстия (вырезы) 16. Подвижный диск 15 (Фиг.4) также содержит отверстия 17. Форма отверстий 17 выбирается так, чтобы форма и расположение закрытых промежутков 18, образуемых диском 15 между отверстиями 16, была подобна отверстиям диска 12. При этом размеры отверстий на диске 15 выбираются несколько меньше, чем соответствующие отверстия на диске 12, чтобы избежать излишнего просыпания продукта. Чтобы избежать прогиба дисков, они снабжены подкрепляющими элементами 20. Над диском 15 закреплены отбойники 19 таким образом, чтобы отбойник находился над отверстием 16 в диске 12. Диск 15 (Фиг.7) установлен с зазором 21 для обеспечения прохода газа при аэрации продукта. На Фиг.10 приведен вид сверху на подвижный диск 12 и неподвижный 15. Отверстия 16 и 17 совпадают и распределены примерно равномерно по плоскости дисков. На рисунке также показан один из примеров реализации привода 22 для поворота диска 15. Реализация привода может быть самой различной, в том числе установлены разные приводы на каждый привод 22 отдельной секции 2, а также один привод на все подвижные диски секций (на рисунках не показано).
При аэрации (Фиг.8) диск 15 повернут так, что полностью закрыты все отверстия диска 12. На диски 15 и 12 сверху загружается субстрат 4, который поддерживается дисками в процессе обдува. Воздух, в частности подогретый воздух, подается снизу перекрытия секции 2 под давлением. Через зазоры 21, которые образованы между дисками 12 и 15, газ попадает в толщу субстрата 4. Траектория движения газа показана стрелкой 23. Благодаря тому что отверстия на дисках 12 и 15 расположены равномерно по всей поверхности дисков поток газа также оказывается однородно распределенным, что повышает эффективность обработки материала.
Порядок работы реактора следующий. Вначале через шнековый транспортер 9 подготовленная в смесителе 10 обрабатываемая смесь (субстрат) загружается в самую верхнюю секцию реактора. Затем последовательно смесь перемещается в более нижние секции 2 до тех пор, пока все секции 2 не окажутся заполненными. После этого загрузочное окно 11 герметично закрывается и включается подача воздуха.
Каждая секция имеет датчики контроля температуры, влажности и высоты наполнения. Автоматическая система управления поддерживает температуру смеси в диапазоне от 50 до 65°C (возможно локальное повышение температуры до 75°C). В случае избыточного повышения температуры происходит уменьшение количества подаваемого воздуха. Если температуру не удается уменьшить до требуемого диапазона значений, то изменяется состав подаваемого газа так, чтобы уменьшить количество кислорода, например, за счет добавления азота или углекислого газа. Периодически (1-2 раза в сутки) происходит перемещение смеси (субстрата) между секциями и загрузка смеси в самую верхнюю секцию. При этом содержимое самой нижней секции, которое представляет собой уже готовое удобрение, с помощью дозатора расфасовывается в упаковки. Общее время обработки исходной смеси в реакторе не превышает 6-8 суток. Влажность исходной смеси - от 70 до 80%. Влажность конечного продукта - 55-65%
Перемещение субстрата из вышерасположенной секции 2 в нижерасположенную секцию 2 проиллюстрировано на Фиг.8 и осуществляется следующим образом. Диск 15 с помощью привода 22 начинает вращаться относительно диска 12. В момент, когда отверстия 16 в диске 12 и отверстия 17 в диске 15 находятся друг над другом, основная часть материала ссыпается вниз. Часть материала, оставшаяся на поверхности диска 15, достигает отбойника 19 и удерживается им до того момента, пока под отбойником не окажется отверстие в диске 12. В этот момент удерживаемый материал ссыпается через отверстия в дисках 15 и 12 вниз в нижерасположенную секцию 2.
Процесс аэрации и перемещения субстрата может повторяться для каждой секции сверху вниз поочередно. Таким образом, материал, исходно загруженный в самую верхнюю секцию, достигает нижней части установки, где он выгружается наружу.