СИСТЕМА СБОРА ОТХОДОВ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ОТ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
SYSTEM FOR COLLECTION OF WASTES TO SEPARATE LIQUID WASTES FROM SOLID WASTES

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе сбора отходов для отделения жидких отходов от твердых отходов.
Уровень техники
В современном сельскохозяйственном производстве стало обычным использовать сельскохозяйственное предприятие для выращивания с интенсивным откормом сотен или даже тысяч животных, например свиней, молочного скота, птицы и мясного скота, в одном месте. В результате в таких местах производятся большие объемы отходов животноводства, и удаление таких отходов гигиеничным и безвредным образом может быть проблематичным.
Например, было запланировано организовать свиноферму, содержащую 2 млн свиней, которые произведут количество отходов, эквивалентное тому, что производит город Лос-Анджелес. Текущая популяция свиней в Северной Каролине больше в четыре раза, чем на этой ферме. Недавние аварии в Северной Каролине, когда миллионы галлонов свиных испражнений попали в сельскую местность, привлекли внимание к проблемам, относящимся к удалению таких отходов. Заявления на разрешение строительства больших свиноферм были отклонены из-за проблем с неприятным запахом и удалением отходов.
Отходы животноводства, включая свиной навоз, традиционно удалялись путем распределения их по пахотной земле как жидкого удобрения, и для существенно больших посевных площадей данный способ удаления может быть безопасно осуществлен. Однако в областях с большой плотностью населения или там, где несколько ферм сгруппированы близко друг к другу, и вследствие этого площадь земли, доступная для размещения отходов, относительно мала, возникают проблемы. Например, избыточные питательные вещества не могут быть поглощены сельскохозяйственными растениями и попадают в подземные и поверхностные воды.
Когда применение отходов на почве не допускается, например, из-за того, что земля промерзла или насыщена водой и/или питательными веществами, отходы должны быть убраны на хранение, как правило, в большие ямы, с сопутствующими затратами и риском для окружающей среды.
В качестве альтернативы размещению отходов на земле распространенной практикой является компостирование отходов. Для этой цели отходы разделяются на твердые и жидкие посредством применения наклонных экранов, иногда с последующим использованием ленточных фильтр-прессов или прессов под давлением. Данными способами получают продукт, содержащий в лучшем случае порядка 45% твердого материала, который затем смешивается с наполнителем для облегчения его аэрирования и обеспечения соответствующего соотношения содержания углерода и азота и далее укладывается в валки для его стабилизации на период от 45 до 60 дней путем компостирования. Данный способ не гарантирует того, что болезнетворные микроорганизмы, содержащиеся в отходах, будут уничтожены, и, кроме того валки часто имеют неприятный запах и могут привлекать к себе птиц, грызунов и паразитов. Жидкость при этом все еще должна быть удалена путем ее удаления на почву. По этой причине компостирование не уменьшает потребности в применении отходов на почве или на земельной площади.
Проблемы, относящиеся к обработке отходов животноводства, включают в себя уничтожение болезнетворных микроорганизмов, управляемое извлечение аммония и питательных веществ для растений и удаление органических веществ.
Известен способ собирания отходов из хлева с животными путем выгрузки этих отходов через отверстия в полу хлева на транспортерную ленту, расположенную в желобе под полом хлева. Транспортерная лента переносит отходы к месту их сбора, и отходы могут затем быть вывезены на фабрику переработки отходов или же они могут быть переработаны на месте.
Однако жидкие отходы и твердые отходы не отделяются друг от друга, и смешение жидких отходов и твердых отходов в течение времени затрудняет переработку отходов. Кроме того, смешение жидких отходов и твердых отходов может привести к выделению газов, которые являются вредными для людей, животных и окружающей среды.
Совместно рассматриваемая заявка на патент США номер 10/119, 719 тех же изобретателей, поданная 11 апреля 2002, описание которой включено здесь путем ссылки, раскрывает изобретение, основанное на признании того факта, что извлечение азота, калия и фосфора из отходов животноводства по существу увеличивается, если обработка отходов выполняется непосредственно после производства отходов животными. Конкретнее вышеуказанная заявка номер 10/119, 719 раскрывает способ переработки отходов животноводства, в котором жидкие отходы и твердые отходы разделяются, предпочтительно в течение 12 часов, следующих за производством отходов животными, и жидкие отходы перерабатываются предпочтительно в течение 24 часов после производства отходов животными.
Конкретнее в отходах животноводства калий находится в форме нерастворимой калиевой соли мочевой кислоты, и было обнаружено, что значительное количество калия в отходах животноводства может быть извлечено в твердой форме, такой как калиевая соль мочевой кислоты, до того, как воздействие микробов разрушит калиевую соль мочевой кислоты, чтобы оставить калий и аммиак в растворе. Извлеченные соли мочевой кислоты пригодны для дальнейшего их включения в минеральное удобрение. Когда минеральное удобрение применяется на земле, микробы в почве разрушают эти соли мочевой кислоты, высвобождая калий и аммиак, но в степени, меньшей той, в которой эти питательные вещества могли быть высвобождены в почве, будучи растворенными в воде.
Следовательно, путем извлечения аммонийного азота и калия в форме солей мочевой кислоты и/или других соединений из отходов, оставляя данные соединения при этом в твердой, например, кристаллической форме, т.е. до того, как они разрушатся с высвобождением указанных веществ, может быть достигнуто по существу улучшенное извлечение данных веществ. Таким образом, твердые отходы и жидкие отходы будут разделены после их производства животными так быстро, насколько это возможно.
Сущность изобретения
Исходя из этого, целью настоящего изобретения является создание системы сбора отходов, в которой жидкие отходы могут быть гораздо быстрее отделены от твердых отходов и собраны после производства жидких и твердых отходов животными.
Согласно одному аспекту изобретения предлагается система сбора отходов для отделения жидких отходов от твердых отходов, которая включает в себя конвейер, имеющий верхний ролик конвейера, нижний ролик конвейера и бесконечную конвейерную ленту, проходящую вокруг роликов конвейера. Верхняя ветвь конвейерной ленты имеет вогнутую форму. В поперечном сечении верхняя ветвь имеет самый нижний участок и боковые участки, отходящие вбок и вверх от самого нижнего участка. Верхняя ветвь наклонена в продольном направлении от верхнего ролика к нижнему ролику. Над и вдоль самого нижнего участка верхней ветви проходит дефлектор отходов. Сборники разделенных жидких и твердых отходов расположены вблизи верхнего ролика или вблизи нижнего ролика. Привод конвейера соединен с одним из роликов конвейера. Сборник жидких отходов может содержать открытый сверху контейнер и наклонный экран дефлектора твердых отходов, проходящий над открытым сверху контейнером.
Система сбора отходов может дополнительно включать в себя проходящий над конвейером пол, имеющий отверстия, проходящие вниз через пол, чтобы обеспечить возможность падения жидких и твердых отходов через пол на верхнюю ветвь конвейера.
Система сбора отходов также может дополнительно включать в себя желоб, в котором размещен конвейер, причем желоб имеет противоположные стенки, а конвейер расположен между этими противоположными стенками, и уплотняющие средства для уплотнения противоположных краев верхней ветви по противоположным стенкам.
Во время работы отходы животноводства выгружаются на боковые участки верхней ветви. Жидкие отходы, т.е. моча животных, течет в самый нижний участок верхней ветви, в то время как твердые отходы остаются размещенными вдоль боковых участков. Жидкие отходы текут вдоль самого нижнего участка продольно наклоненной верхней ветви конвейера к нижнему концу конвейера, где они собираются. Твердые отходы остаются на боковых участках поверхности конвейерной ленты до тех пор, пока не будет включен привод, и далее твердые отходы переносятся к концу конвейера, где они собираются. Вдоль верхней ветви может также продуваться воздушный поток, чтобы помочь высушить твердые отходы.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения предлагается способ отделения жидких отходов от твердых отходов, используя конвейер для отходов животноводства. Конвейер содержит нижний конец, верхний конец и бесконечную конвейерную ленту с вогнутой и продольно наклоненной верхней ветвью. Верхняя ветвь имеет в поперечном сечении самый нижний участок и боковые участки, отходящие вбок и вверх от самого нижнего участка. Способ включает в себя этапы выгрузки отходов на верхнюю ветвь с отклонением твердых отходов от выгрузки на самый нижний участок верхней ветви и обеспечения возможности жидким отходам течь под действием гравитации в самый нижний участок верхней ветви и вдоль самого нижнего участка верхней ветви. Жидкие отходы собираются вблизи нижнего конца конвейера. Конвейер приводится в движение для выгрузки твердых отходов из конвейера, и твердые отходы, выгруженные из конвейера, собираются.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет далее пояснено с помощью описания его вариантов воплощения, приведенных только с целью примера, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический продольный вид, показывающий систему сбора отходов согласно одному варианту воплощения изобретения;
Фиг.2 - схематический продольный вид, показывающий систему сбора отходов согласно другому варианту воплощения изобретения;
Фиг.3 - схематический вид сбоку в увеличенном масштабе, частично в поперечном разрезе, показывающий нижний конец конвейера системы сбора отходов на фиг.2;
Фиг.4 - схематический вид в поперечном разрезе системы сбора отходов на фиг.1;
Фиг.5 - частичный схематический вид в поперечном разрезе системы сбора отходов согласно еще одному варианту воплощения изобретения.
Описание предпочтительных вариантов воплощения
На фиг.1 показана система сбора отходов, обозначенная в целом позицией 10. В данном варианте воплощения изобретения система 10 сбора отходов включает в себя конвейер для отходов, обозначенный в целом позицией 12. Конвейер 12 содержит нижний ролик 14, верхний ролик 16 и бесконечную конвейерную ленту 13, проходящую вокруг роликов 14 и 16. Конвейерная лента 13 имеет вогнутую верхнюю ветвь 18, которая наклонена в продольном направлении вниз к нижнему ролику 14. Имеется сборник 20 жидких отходов, расположенный под нижним концом 27 конвейера, вблизи нижнего ролика 14. Имеется сборник 22 твердых отходов, расположенный под верхним концом 29 конвейера 12 вблизи верхнего ролика 16. В данном варианте воплощения изобретения сборник 22 твердых отходов представляет собой открытый сверху контейнер или бункер. Однако в других вариантах воплощения изобретения сборник твердых отходов может представлять собой второй конвейер.
Как лучше видно на фиг.4, в данном варианте воплощения конвейер 12 расположен в желобе 30 под полом хлева с животными, обозначенного в целом позицией 70. Верхняя ветвь 18 перекрывает ширину W желоба 30 и делит желоб 30 на верхний участок, обозначенный в целом позицией 38, и нижний участок, обозначенный в целом позицией 39. Первый уплотняющий элемент 40 идет вдоль первой стенки 35 желоба, а второй уплотняющий элемент 45 идет вдоль второй стенки 37 желоба, которая противоположна первой стенке 35 желоба. Уплотняющие элементы 40 и 45 имеют верхние кромки 42 и 47, нижние кромки 43 и 48 и канавки 44 и 49 между верхними кромками 42 и 47 и нижними кромками 43 и 48 соответственно. Противоположные продольные края 26 и 28 верхней ветви 18 размещаются в канавках 44 и 49 соответственно, тем самым по существу изолируя верхнюю ветвь 18 от стенок 35 и 37 желоба и по существу предотвращая протекание текучей среды и воздуха между верхним участком 38 и нижним участком 39 желоба 30.
Верхняя ветвь 18 опирается на опорную конструкцию в форме сетки, сформированной поперечно проходящими опорными элементами 50 и продольно проходящими опорными стержнями 51. Опорные стержни 51 расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что верхняя ветвь 18 находится в вогнутой конфигурации, которая в поперечном сечении имеет v-образную форму. Верхняя ветвь 18 в результате имеет первый и второй поперечно наклоненные боковые участки, обозначенные в целом позициями 60 и 62, которые расположены под углом друг к другу и проходят в противоположных боковых направлениях от самого нижнего участка 62 верхней ветви 18. Вытянутый элемент 52 в виде троса опирается на самый нижний участок 64 верхней ветви 18 и проходит в продольном направлении вдоль самого нижнего участка верхней ветви. Вытянутый элемент 52 направляет поток жидких отходов вдоль самого нижнего участка 64.
Воздуховод 80 для вытяжки воздуха связан с верхней ветвью 18 и имеет вытяжной вентилятор 81, который продувает воздушный поток над конвейерной лентой и из желоба 30, как обозначено в целом стрелками 82 и 84.
Пол 70 хлева имеет группу отверстий для выгрузки отходов животноводства в форме щелей 71, разделенных сплошными перекрывающими участками 73 и 74. Щели 71 непосредственно открывают области верхней ветви 18 для доступа из внутреннего пространства хлева. Сплошные участки 73 и 74 закрывают области верхней ветви 18 от непосредственной связи с внутренним пространством хлева.
Данный вариант системы сбора отходов работает следующим образом.
Как показано на фиг.4, отходы выгружаются из хлева через щели 71 в полу 70 хлева и на верхнюю ветвь 18, как обозначено в целом стрелкой 75. Однако перекрывающий участок 74, который имеет ширину большую, чем перекрывающий участок 73, образует дефлектор 74 отходов, который проходит вдоль верхней ветви 18 над самым нижним участком 64. Перекрывающий участок 74 закрывает самый нижний участок 64 верхней ветви 18 и отклоняет отходы от их падения через пол 70 на самый нижний участок 64 верхней ветви. Отходы, таким образом, выгружаются только на боковые участки 60 и 62 верхней ветви 18.
В данном варианте воплощения изобретения верхние кромки 42 и 47 уплотняющих элементов 40 и 45 по существу предотвращают выгрузку отходов вниз через края 26 и 28 верхней ветви 18. Как будет понятно специалистам в данной области техники, для предотвращения выгрузки отходов вниз через края верхней ветви 18 можно альтернативно использовать, в других вариантах воплощения, фартуки, такие как фартук 61, показанный на фиг.5.
Обращаясь опять к фиг.4, боковые участки 60 и 62 верхней ветви 18 наклонены вбок и вверх относительно самого нижнего участка 18, с уклоном в диапазоне между 2% и 6%, предпочтительно 4%. Данный уклон заставляет жидкие отходы течь через боковые участки 60 и 62 в самый нижний участок 64, как обозначено стрелкой 77. Твердые отходы остаются размещенными вдоль боковых участков 60 и 62 верхней ветви 18. В результате, данный вариант воплощения изобретения дает преимущество в быстром отделении жидких отходов от твердых отходов.
Обращаясь теперь к фиг.1, так как верхняя ветвь 18 конвейера 12 наклонена в продольном направлении, предпочтительно с продольным уклоном между 0,1% и 2,0%, жидкие отходы текут вдоль самого нижнего участка 64 верхней ветви 18 к самому нижнем концу 27 конвейера 12, как обозначено в целом стрелкой 91. В самом нижнем конце 27 конвейера 12 жидкие отходы выгружаются из конвейера 12, как показано стрелкой 93, и собираются в сборнике 20 жидких отходов. В результате, данный вариант воплощения гарантирует быстрое и по существу незамедлительное отделение жидких отходов от твердых отходов и с непрерывным сбором жидких отходов.
Конвейер 12 в целом остается неподвижным, когда собираются жидкие отходы, тем самым позволяя высушивать твердые отходы в неподвижном положении в течение необходимого периода времени. В данном варианте воплощения изобретения верхняя ветвь 18 от края до края продувается воздушным потоком вытяжного вентилятора 81, ускоряя данный процесс высушивания. После того, как твердые отходы высушивались в течение необходимого периода времени, конвейер 12 приводится в движение приводным двигателем 100, соединенным с помощью системы 101, состоящей из ремня и шкивов, с верхним роликом 16 на самом верхнем конце 29 конвейера 12 для привода в движение конвейера 12 в направлении, в целом обозначенном стрелкой 110. Твердые отходы таким образом переносятся вдоль конвейера 12 к самому верхнему концу 29 конвейера 12, где они разгружаются из конвейера 12 в сборник 22 твердых отходов. Перемещение твердых отходов вдоль и из конвейера 12 обозначено в целом стрелками 95 и 97.
На фиг.2, где элементы, соответствующие таким же элементам на фиг.1 и фиг.4, обозначены аналогичными номерами позиций с добавлением знака «.1», показана система сбора отходов согласно другому варианту воплощения изобретения. Система сбора отходов обозначена в целом позицией 10.1 и включает в себя конвейер 12.1, имеющий самый нижний конец 27.1, самый верхний конец 29.1 и бесконечную ленту 13.1, имеющую верхнюю ветвь 18.1, которая наклонена в продольном направлении вниз от верхнего ролика 16.1 на самом верхнем конце 29.1 к нижнему ролику 14.1 на самом нижнем конце 27.1.
Как лучше видно из фиг.3, в данном варианте воплощения сборник 20.1 жидких отходов и сборник 22.1 твердых отходов расположены под самым нижним концом 27.1 конвейера 12.1. Сборник 20.1 жидких отходов находится внутри сборника 22.1 твердых отходов. Скрепер 15 действует на самый нижний конец 27.1 конвейерной ленты 12.1. Приводной двигатель 100.1 соединен с помощью системы 101, состоящей из ремня и шкивов, с нижним роликом 14.1 на самом нижнем конце 27.1 конвейера 12.1 для привода в движение конвейера 12.1 в направлении, в целом обозначенном стрелкой 109.
В данном варианте воплощения изобретения как жидкие отходы 25, так и твердые отходы 23 перемещаются к самому нижнему концу 27.1 конвейера 12.1. Жидкие отходы 25 текут вокруг самого нижнего конца 27.1 конвейера 12.1, как обозначено в целом стрелкой 107, и отклоняются в сборник 20.1 жидких отходов скрепером 15. Когда конвейер 12.1 периодически приводится в движение приводным двигателем 100.1, твердые отходы с самого нижнего конца 27.1 конвейера 12.1 падают, как показано в целом стрелкой 105, в сборник 22.1 твердых отходов.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, в вышеописанных вариантах воплощения настоящего изобретения могут быть сделаны различные модификации в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.