УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БИОФЕРМЕНТАТОР
UNIVERSAL BIOFERMENTER

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органических отходов в компост.
Известно устройство для приготовления компостов, патент на изобретение РФ №2244697, кл. C05F 3/06. Устройство содержит биоферментатор с напорным и вытяжным вентиляторами, снабженными системой управления, включающей термопару, соединенную с автоматическим управляющим устройством. Устройство содержит конусный перфорированный воздуховод, сообщенный с напорным вентилятором и направленный к нему своей уширенной частью. На полу биоферментатора над перфорированным воздуховодом с помощью продольных опор установлены аэрационные решета.
Технологический процесс работы устройства для приготовления компоста осуществляется в периодическом цикле.
Недостатком известного устройства является то, что загружаемая в биоферментатор компостируемая масса, например соломисто-навозная смесь, не однородна по своим физико-механическим свойствам, поэтому воздух, подаваемый в пространство под загруженным штабелем массы, неоднородной по своим физико-механическим свойствам, высотой 2 м, не может равномерно аэрировать всю массу, находящуюся в штабеле, что обуславливает образование анаэробных зон, и, как следствие, возникновение неравномерности температурного поля внутри компостируемой массы.
Выше отмеченное обуславливает неравномерность процесса конверсии в отдельных зонах объема перерабатываемой массы, что, в свою очередь, вызывает образование компоста с неоднородными физико-химическими параметрами, в том числе и образование зон компоста, где могут сохраниться патогенные микроорганизмы и гельминты, что снижает качество полученного компоста.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству относится вертикальный биофементатор, патент на полезную модель РФ №155478, кл. C05F 3/06, который содержит корпус, сообщенный посредством воздуховода с вентилятором, устройство для подачи исходного материала и приспособление для его распределения, выполненное в виде лопастей, вертикальный выгрузной шнек, зонды для измерения температуры и контроля воздушной смеси. Устройство для подачи исходного материала выполнено в виде винтового шнека, корпус которого загерментизирован относительно корпуса биоферментатора, в верхней части которого выполнено отверстие для выпускного воздуховода, а в нижней конусной части выполнено отверстие, в котором оканчивается вертикальный выгрузной шнек, дополнительно опирающийся с возможностью вращения на опору, жестко соединенную со стенками цилиндрической части корпуса биоферментатора, при этом в средней части корпуса биоферментатора жестко закреплен к его стенкам воздухораспределитель, выполненный в виде кольцевого коллектора, имеющего N-радиальных воздухораспределительных патрубков с перфорацией в нижней их части, и соединенный с воздуховодом, а над воздухораспределителем установлена лопастная ворошилка, жестко закрепленная на валу вертикального выгрузного шнека, который проходит через отверстие кольцевого коллектора.
Недостатки известного устройства обусловлены тем, что рабочие органы биоферментатора: лопостная ворошилка, приспособление для распределения загружаемого материала в виде лопастей, винтовой разгрузочный шнек расположены на одном валу с общим приводом, поэтому запуск биоферментатора в заданный технологический режим осуществляется при отключенном приводе вала, чтобы исключить выгрузку загружаемой массы одновременно с ее погрузкой. При отключенном приводе вала не функционирует приспособление для распределения загружаемого материала в виде лопастей, что вызывает необходимость в применении ручного труда в процессе первоначальной загрузки биоферментатора.
Также запуск биореактора в заданный технологический режим осуществляется без функционирования ворошилки, что снижает интенсивность аэрации и, соответственно, замедляет ввод биореактора в заданный режим.
Расположение выгружного шнека на одном валу с другими рабочими органами предопределяет режим работы биоферментатора в непрерывном режиме. Такой режим конверсии целесообразно осуществлять в случае переработки органических веществ, которые по своим химическим и физическим особенностям легко подвергаются переработке, например птичий помет. Вместе с тем, существуют виды органических веществ, переработку которых в компост необходимо осуществлять в циклическом режиме. Функционирование известного биоферментатора в циклическом режиме не эффективно, поскольку данный режим возможен только при отключенном приводе вала и, соответственно, неработающей ворошилке, что снижает интенсивность аэрации, а значит, и процесса биоконверсии.
Вышеперечисленные недостатки известного устройства снижают эффективность применения известного биоферментатора.
Задача изобретения - повышение эффективности переработки органических отходов в компост.
Поставленная задача решается за счет того, что в универсальном биоферментаторе, содержащем корпус, устройство для подачи исходного материала, выполненное в виде винтового шнека, корпус которого загерметизирован относительно корпуса биоферментатора, в верхней части которого выполнено отверстие для выпускного воздуховода, внутри биоферментатора по его центральной оси установлен с возможностью вращения вал с приводом, опирающийся в нижней части на опору, жестко соединенную со стенкой цилиндрической части корпуса биоферментатора, в средней части которого жестко закреплен к его стенке воздухораспределитель, выполненный в виде кольцевого коллектора, имеющего N-радиальных воздухораспределительных патрубков с перфорацией в нижней их части, и соединенный через воздуховод с вентилятором, а над воздухораспределителем установлена лопастная ворошилка, жестко закрепленная на валу, проходящем через отверстия кольцевого коллектора, выгрузной шнек, зонды для измерения температуры и контроля воздушной среды, согласно изобретению нижняя часть корпуса биоферментатора выполнена в виде желоба V-образного профиля, дно которого выполнено с закруглением не менее радиуса выгрузного шнека, установленного на дне желоба с выходом одного его конца за пределы корпуса биоферментатора и имеющего автономный регулируемый привод.
Новые существенные признаки:
- Нижняя часть корпуса биоферментатора выполнена в виде желоба V-образного профиля.
- На дне желоба установлен выгрузной шнек.
- Один конец шнека выходит за пределы корпуса биоферментатора.
- Дно желоба выполнено с закруглением не менее радиуса выгрузного шнека.
- Шнек имеет автономный регулируемый привод.
Перечисленные новые существенные признаки, в совокупности с известными, необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключается в том, что:
Повышение эффективности переработки органических отходов в компост происходит за счет разделения функций рабочих органов верхней и нижней частей корпуса биоферментатора. Предложенная конструкция биоферментатора позволяет применять его как в циклическом режиме, так и в непрерывном, так как процесс загрузки исходного материала и выгрузки полученного компоста разделены. Нахождение выгрузного шнека на дне закругленного V-образного желоба позволяет выгружать за пределы биоферментатора полученный компост без забивания его на дне желоба при работе выгрузного шнека вне зависимости от функционирования других рабочих органов биоферментатора. Предложенное решение позволяет как обеспечивать непрерывный или циклический режим биоферментации, так и исключить применение ручного труда при загрузке биоферментатора.
Фиг. 1 - Поперечный разрез универсального биоферментатора.
Фиг. 2 - Вид сбоку универсального биоферментатора.
Фиг. 3 - Схема воздухораспределителя.
Универсальный биоферментатор включает теплоизолированный корпус, состоящий из верхней цилиндрической части 1 и нижней части 2, выполненной в виде желоба V-образного профиля, жестко соединенных между собой. Корпус биоферментатора установлен на стойках 3, опирающихся на фундамент 4. В верхней цилиндрической части 1 корпуса установлен винтовой шнек 5 для загрузки перерабатываемого органического вещества, сопряжение корпуса шнека 5 и верхней цилиндрической части 1 корпуса биоферментатора герметично. Также в верхней цилиндрической части 1 корпуса имеется отверстие 6 для выпускного воздуховода. В верхней цилиндрической части 1 корпуса по его оси расположен вал 7 с регулируемым приводом 8. Вал 7 поддерживается двумя опорами 9 и 10 с возможностью его вращения. Опора 9 расположена в верхней стенке цилиндрической части 1 корпуса, опора 10 находится внизу цилиндрической части 1 корпуса. Опоры 9 и 10 жестко соединены со стенками цилиндрической части 1 корпуса, поддерживают вал 7 и обеспечивают возможность его вращательного движения. В средней части цилиндрической части 1 корпуса расположен воздухораспределитель, выполненный в виде кольцевого коллектора 11, имеющего N-радиальных воздухораспределительных патрубков 12 с перфорацией в нижней части, кольцевой коллектор 11 соединен воздуховодом 13 с вентилятором 14. Через отверстие 15 кольцевого коллектора 11 свободно проходит вал 7. В верхней цилиндрической части 1 корпуса ниже загрузочного шнека 5 на валу 7 жестко закреплены лопасти 16 для разравнивания загружаемой органической массы. Над воздухораспределителем 11 расположена лопастная ворошилка 17, жестко соединенная с валом 7. На верхней стенке цилиндрической части 1 корпуса предусмотрен съемный люк 18. На дне нижней V-образной части 2 корпуса установлен винтовой шнек 19 со свободным выходом одного конца за торцевую стенку нижней части корпуса 2. Винтовой шнек 19 имеет регулируемый привод 20.
В биоферментаторе предлагаемой конструкции возможно осуществление двух технологических режимов процесса биоконверсии: поточный и циклический.
Поточный технологический процесс в биоферментаторе предлагаемой конструкции происходит в два этапа: этап запуска биоферментатора в заданный технологический режим и этап работы в заданном технологическом режиме. При запуске биоферментатора в заданный технологический режим перерабатываемое органическое вещество винтовым шнеком 5 загружается внутрь биоферментатора. В период загрузки включен регулируемый привод 8 вала 7, а вентилятор 14 отключен, а лопасти 16 и лопастная ворошилка 17 функционируют. Перерабатываемое органическое вещество заполняет нижнюю V-образную часть 2 корпуса, а затем - цилиндрическую часть 1 корпуса. Функционирование лопастей 16 обеспечивает разравнивание поступающей массы, что обеспечивает полную загрузку биоферментатора без применения ручного труда. После заполнения биоферментатора прекращается загрузка путем отключения привода винтового шнека 5 (не показан) и включается вентилятор 14. Начинается аэрация органического вещества посредством воздухораспределителя в виде кольцевого коллектора 11. При этом во всем объеме загружаемой массы начинает протекать процесс биоферментации органического вещества, в верхней части 1 корпуса биоферментатора над лопастями 16 биоферментация протекает с интенсивностью, обеспечиваемой содержанием кислорода в массе, сорбированной ею в период загрузки. В зоне размещения воздухораспределителя в виде кольцевого коллектора 11 процесс биоферментации происходит более интенсивно, что обусловлено аэрацией массы принудительно подаваемым кислородом воздуха. После достижения в цилиндрической части 1 корпуса расчетных параметров биомассы, что определяется зондами температуры и качества воздушной среды (не показаны), происходит включение выгрузного винтового шнека 19 и загрузочного винтового шнека 5. Первоначальные порции выгружаемого компоста могут не соответствовать требованиям, предъявляемым к этому веществу, поэтому первые порции, выгружаемые из биоферментатора, необходимо направить на дополнительную переработку. После стабилизации процесса, что определяется анализом качества выгружаемого компоста, начинается плановая отгрузка получаемого компоста. После ввода в режим работы биоферментатора начинается стабильный процесс работы биоферментатора в непрерывном режиме. В этом режиме производится непрерывная загрузка исходного материала винтовым шнеком 5, а также непрерывная выгрузка компоста винтовым шнеком 19 за пределы биоферментатора. Периодически осуществляется контроль температурного режима процесса биоферментации и лабораторные исследования качества компоста.
Технологический процесс биоконверсии органического вещества в универсальном биоферментаторе в циклическом режиме отличается от технологического процесса биоконверсии в поточном режиме тем, что после загрузки биоферментатора перерабатываемая масса находится внутри него установленный период времени. Затем включается привод 20 выгружного шнека 19 и осуществляется полная отгрузка компоста, после чего полный цикл работ повторяется.
Таким образом, универсальный биоферментатор предлагаемой конструкции может функционировать как в поточном, так и в циклическом режимах, что расширяет область применения биоферментатора, а также отпадает необходимость применения ручного труда при загрузке биоферментатора.