УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПТИЦЕВОДСТВА И ЖИВОТНОВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА ЭКЗОМЕТРИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть применена при переработке отходов (помета) животноводческих комплексов и птицеводческих хозяйств, производстве удобрений и кормовых добавок путем переработки навоза, помета птичьего и крупного рогатого скота, а также из других органических отходов.
Известна полезная модель «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОМЕТА», патент RU 44317, опубл. 10.03.2005, МПК CD 11/08, включающее корпус с внутренней полостью для ферментации (ферментирования) смеси с материалами, содержащими углерод, внутренняя полость соединена с пространством вне корпуса посредством отверстий в днище. Устройство позволяет сократить время переработки помета, однако устройство сложно и требует точного расчета соотношения площадей отверстий к площади внутренней поверхности корпуса, что сложно исполнить при монтаже, поскольку строительные нормы допускают слишком большие погрешности, намного больше заявленного соотношения.
Известно изобретение «УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ», патент RU 2238926 опубл. 27.03.2003, МПК C05F 3/06, позволяющее использовать для получения удобрений из навоза и помета с органическими наполнителями и добавками ферментер в виде емкости с днищем, содержащем трубопроводы, вентиляторы, при этом в центральной части пола ферментера и в местах стыковки стен с полом выполнены параллельно расположенные каналы, которые перекрыты сетками. Изобретение позволяет снизить трудоемкость монтажа установки и повысить надежность ее работы и обслуживания за счет более экономичного использования вентилятора. Однако каналы вдоль стен и трубопроводы выполнены с частым шагом и имеют недостаточный диаметр отверстий, который требует точных строительных работ при закладке фундамента и сложны при исполнении закладных деталей при заливке фундамента, за счет частой установки каналов с малым диаметром не снижает энергоемкости вентиляторов.
Известно изобретение «Ферментерное устройство», патент RU 2261850, опубл. 10.10.2005, МПК C05F 3/06, содержащий биореактор с днищем, нагнетательный вентилятор для подачи воздуха снизу вверх через днище, вытяжной вентилятор и систему управления работой вентиляторов с термодатчиком, одна из продольных стенок биореактора выполнена в виде открывающегося люка для выгрузки готового продукта. Изобретение позволяет сократить время охлаждения готового продукта и повысить качество получаемого удобрения за счет управляемой работы вентиляторов, однако не позволяет упростить конструкцию и обеспечить цикличность процесса ферментации.
Известна заявка на полезную модель «Устройство для переработки помета», RU 2005121648 опубл. 20.01.2007, МПК C05F 11/08, включающая корпус с внутренней полостью для ферментации смеси помета с материалами, содержащими углерод, внутренняя полость которого содержит днище из металлической сетки, расположенной на каркасе из балок, а пространство под днищем соединено с нагнетающим вентилятором, однако данное техническое решение не обеспечивает надежного обдува смеси, что повышает энергоемкость процесса ферментации, а также не обеспечивает упрощение конструкции ферментера при его монтаже.
Наиболее близким техническим решением является изобретение «Устройство для приготовления компостов», патент RU 2244697, опубл. 10.10.2004, МПК C05F 3/06, содержащее биоферментатор с напорным и вытяжным вентиляторами, воздуховод, аэрационные решетки, которые установлены на полу биоферментера с помощью продольных опор. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса аэрации компостируемого материала, а также улучшить качество готового компоста. Однако при этом наблюдается появление в толще смеси участков, где процессы протекают в анаэробном режиме, вследствие чего возникает неравномерность температурного поля компостируемой массы внутри биоферментера, обусловленная конструкцией системы подачи воздуха. Однако устройство сложно смонтировать, аэрационные решетки сложны в изготовлении и монтаж трубопроводов при закладке трубопроводов существенно усложняют монтажные и строительные работы. Кроме того, изобретение относится к технологии приготовления компостов и не учитывает требований протекания реакций при приготовлении удобрения с использованием тепла экзометрических реакций, что не обеспечивает получения экологически чистого органо-минерального удобрения.
При строительстве здания по переработке отходов птицеводства и животноводства требуются фундаменты под оборудование, в частности ферментеры, которые экономично выполнять совместно с закладкой опор под днище ферментера. Для удобства установки всех необходимых закладных в бетон, следует предусмотреть удобный технологический цикл при строительстве с одновременной установкой в фундаменте балок - опор под решетки ферментера, а также размещение в балках труб, обеспечивающих надежное прохождение воздуха при обдуве через аэрационные решетки. Монтаж ферментера на опорных балках требуется производить как отдельными узлами, так и при полностью собранном корпусе ферментера с внутренней полостью и закрепленными аэрационными решетками. При этом стенки корпуса должны нести основную нагрузку установки, а решетка должна быть удобной и экономичной при изготовлении и передавать нагрузку от смеси при ее закладки внутри ферментера, на опорные балки, которые должны выполнять как силовую функцию, так и обеспечивать аэрацию смеси через аэрационные решетки. Для обеспечения равномерного протекания экзометрических реакций в смеси углеродсодержащего сырья и фосфорсодержащих комплексонов и комплексонатов микроэлементов, требуется обеспечить равномерный обдув смеси, однако обдув должен осуществляться без излишних потоков кислородсодержащих воздушных масс, т.к. в этом случае не будет обеспечиваться протекание необходимой реакции, т.е. экзометрическая реакция может быть искусственно прекращена, что недопустимо для получения экологически чистого удобрения. Экологичность удобрения обусловлена наиболее полным протеканием в закладке смеси реакций ферментации компонентов смеси. Одновременно требуется снизить энергоемкость процесса, которая обусловлена наиболее оптимальным режимом работы вентиляторов. При слишком малой пропускной способности воздуховодов и неправильном их распределении по площади, потребуется значительно большая мощность вентиляторов, т.к. равномерное распределение воздушных потоков, проходящих сквозь толщу закладки смеси может быть нарушено. Кроме того, размеры ферментера должны обеспечивать цикличность процесса ферментации, т.е. возможность проконтролировать протекание экзометрических реакций с выделением тепла по всей длине ферментера. При этом требуется обеспечить возможность дозагрузки смеси в ферментер и частичной выгрузки готового удобрения, прошедшего полный цикл ферментации.
Заявленное техническое решение позволяет достичь следующего технического результата.
- обеспечение получения экологически чистого органо-минерального удобрения за счет наиболее полного прохождения цикла ферментации углеродсодержащего сырья,
- снижение энергоемкости процесса ферментации,
- упрощение конструкции ферментера и его монтажа,
- обеспечение цикличности процесса ферментации.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для переработки отходов птицеводства и животноводства с использованием тепла экзометрических реакций содержит по меньшей мере один биоферментер с напорным и вытяжным вентиляторами, воздуховод, аэрационные решетки, установленные на днище биоферментера с помощью продольных опор. Устройство для переработки отходов отличается тем, что биоферментер снабжен корпусом с внутренней полостью для размещения и ферментации в нем смеси углеродсодержащего сырья и фосфонсодержащих комплексонов и комплексонатов микроэлементов слоем не превышающим 1,5 м. При этом смесь может содержать, например, углеродсодержащее сырье, включающее куриный помет и/или навоз крупного рогатого скота (КРС) и/или торф и/или опилки. Корпус ферментера образован днищем, продольными стенками и крышкой, при этом днище выполнено в виде аэрационной решетки из сетки с ячейками не превышающими 5 мм, закрепленной между продольными стенками корпуса с упором на фундаментные балки. Сетка выполнена, например, металлической из сваренных профильных прутков. Сетка также может быть выполнена методом плетения из металлической проволоки или полимерной нити. Например, может быть взята стандартная пластмассовая сетка. Фундаментные балки расположены вдоль любой пары продольных или поперечных стенок на всю длину корпуса с образованием пространства под днищем корпуса и имеют высоту не мене 70 см и ширину от 15 до 25 см. Воздуховоды образованы параллельными каналами между фундаментными балками, также в дополнение, воздуховоды могут быть образованы сквозными отверстиями в фундаментных балках, например, диаметром от 15 дот 20 см. Фундаментные балки располагают при строительстве либо параллельно продольной (длинной) стенке корпуса ферментера, либо параллельно поперечной (короткой) стенке корпуса ферментера. Фундаментные балки расположены на расстоянии друг от друга, например от 12 до 17 см, но не более 20 см. Между фундаментными балками и двумя противоположными стенками корпуса ферментера (либо вдоль коротких, либо вдоль длинных стенок корпуса ферментера) предусмотрены воздушные зазоры, обеспечивающие прохождение воздуха от нагнетающего вентилятора. Воздуховоды размещают в непосредственной близости или их соединяют с по меньшей мере одним нагнетающим вентилятором, например посредством труб, забетонированных в сквозные отверстия фундаментных балок. Воздуховоды и напорный вентилятор обеспечивают температуру экзометрических реакций от 70 до 80 градусов С. Вытяжной вентилятор обеспечивает равномерную по толщине слоя закладки смеси аэрацию для прохождения экзометрических реакций без перегрева смеси и без затухания этих реакций до полного осуществления процесса фермантации. Биоферментер может быть снабжен устройством для подачи в ферментер смеси, а также может быть снабжен средством для выгрузки удобрения. Биоферментер может быть снабжен системой управления работой вентиляторов с термодатчиком. Термодатчики могут быть размещены в центральной части закладки смеси на расстоянии не более 4 м друг от друга. При этом одна из поперечных или продольных стенок биоферментера может быть выполнена в виде открывающегося проема для выгрузки готового продукта и/или другая из поперечных стенок биоферментера может быть выполнена в виде открывающегося проема для загрузки смеси во внутреннюю полость ферментера. При этом, расстояние между крышкой и верхним слоем закладки смеси наиболее часто составляет не менее 1,0 м, что зависит от состава смеси. Вытяжной вентилятор размещен, например, в объеме между крышкой и верхним слоем закладки смеси. Например, для закладки смеси массой 35 тонн выбирают вентилятор 5,5 кВт. Кроме того, в частности, ферментеры могут быть размещены попарно с обеспечением циклической, закладки смеси с разным периодом ферментации. При этом по меньшей мере две продольные и/или поперечные стенки корпуса биоферментера опираются на основной фундамент.
Техническое решение иллюстрируется и поясняется чертежами.
На Фиг.1 показан продольный разрез корпуса ферментера закладкой смеси.
На Фиг.2 показано сечение А-А по опорным балкам
На Фиг.3 показано сечение В-В
На Фиг.4 показано сечение балки в области пролегания закладной трубы
Фиг.5 показано крепление аэрационной решетки
На Фиг.6 показана схема установки ферментеров попарно с корпусом ферментера, снабженного открывающимися проемами для загрузки и выгрузки смеси, расположенные на одних и тех же фундаментных балках.
Конструкция устройства выполнена следующим образом.
Корпус (1) снабжен продольными стенками (2), поперечными стенками (3), крышкой (4) и днищем (5), которые образуют внутреннюю полость. Слой закладки смеси углеродсодержащего сырья и фосфорсодержащих комплексонов и комплексонатов микроэлементов не превышает высоты «h», которая может варьироваться в зависимости от состава компонентов смеси до 1,5 м. Днище (5) представляет собой сетку с ячейками не более 5 мм, например, стандартную полимерную сетку, на которой размещен слой смеси. Для того, чтобы сетка не прогибалась, она опирается на фундаментные балки (6), которые расположены на расстоянии не более 20 см. Тогда сетка удерживает нагрузку смеси без больших прогибов, однако остается эластичной для обеспечения наилучшей аэрации смеси снизу. При этом аэрационная решетка в виде сетки (7) закреплена на корпусе (1) ферментера по периметру за боковые стенки корпуса. Сетка может быть закреплена только за две противоположные стенки корпуса ферментера. При этом две или три стенки (2) и (3) корпуса (1) ферментера установлены непосредственно на фундамент ферментера, ниже уровня балок и являются несущими. Одна стенка (2) или (3) возвышается над фундаментными балками (6) для обеспечения прохождения кислородсодержащего потока от нагнетательного вентилятора (8). (См. Фиг.1). Балки (6) расположены параллельно боковым стенкам параллельно друг другу на расстоянии не более 20 см, имеют размеры по высоте не мене 70 см и по ширине от 15 до 25 см. Это необходимо, чтобы во-первых чтобы при строительстве был обеспечен удобный технологический цикл строительства, а кроме того, воздушный объем под днищем (5) должен обеспечивать свободное прохождение воздушных масс для их вертикальной подачи через аэрационные решетки (7) в смесь. Во-вторых, размеры фундаментных балок (6) по высоте обеспечивают необходимый и достаточный объем воздушных масс, который обеспечивает надежную аэрацию смеси снизу, но предохраняют от излишнего обдува смеси, что может привести к затуханию экзометрической реакции. В-третьих, ширина фундаментных балок (6) обеспечивает надежное удержание аэрационной сетки (7) от прогиба, т.е. являются несущими нагрузку от заложенной в ферментер смеси. Фундаментные балки (6) расположены таким образом, что между стенками (2) и концами балок (6) имеется проем (12) для прохождения воздушного потока, (см. Фиг.2). В фундаментных балках (6) в шахматном порядке предусмотрены закладные трубы (9), которые устанавливают при строительстве, что обеспечивает равномерное прохождение кислородсодержащих потоков по всей площади днища (5) корпуса (1) ферментера. Над смесью, размещенной в полости корпуса, между смесью и крышкой (4) должно оставаться свободное место, достаточное для того, чтобы продукты выделения при протекании ферментации не скапливались, а удалялись вытяжным вентилятором (10). Своевременное удаление продуктов выделения необходимо для обеспечения экологически чистого органо-минерального удобрения, поскольку они могут вторично вступать в реакцию с готовым удобрением и изменять его химический состав. Корпус (1) может быть снабжен открывающимися проемами (11) для загрузки и выгрузки смеси. При этом процесс загрузки, так же как и процесс выгрузки могут осуществлять как из одного проема, так и из другого проема. Это необходимо для обеспечения циклического процесса ферментации. Цикличность процесса обеспечена за счет конструкции ферментера, поскольку закладку смеси можно осуществлять, например, сначала на 1/3 ферментера, в зависимости от готовой смеси, затем докладывать еще на 1/3 следующую порцию смеси, и так далее. По мере готовности удобрения (после прохождения полного цикла ферментации), готовое удобрение также могут выгружать поэтапно. Цикличность процесса ферментации может также осуществляться за счет того, что два ферментера размещают на одних и тех же фундаментных балках (6) как описано выше. Попарное размещение корпусов (1) ферментеров обеспечивает непрерывный циклический процесс загрузки, ферментации и выгрузки удобрения. При этом по меньшей мере две продольные и/или поперечные стенки корпуса биоферментера опираются на основной фундамент (13), и несут нагрузку от корпуса ферментера на основной фундамент (13), а нагрузка от закладки смеси во внутреннюю полость корпуса (1) ферментера передается через фундаментные балки (6) на основной фундамент (13). При этом всю нагрузку от закладки смеси принимают на себя не аэрационные решетки (7), а фундаментные балки (6).
Устройство работает следующим образом.
Перед загрузкой смешивают экскременты с углеродсодержащим влагопоглощающим материалом с образованием смеси с содержанием биологически-активной добавки, содержащей фосфонсодержащий комплексен в количестве, эквимолярном общему содержанию микроэлементов в смеси и комплексонаты микроэлементов на основе фосфонсодержащего комплексона в количестве, доводящем содержание микроэлементов до нормы, а также свежий экскремент для запуска экзометрической реакции. Смесь загружают в полость корпуса (1) ферментера слоем, не превышающим 1,5 м. Затем смесь продувают по всей площади поверхности днища (5) кислородсодержащим газом снизу вверх, достигая температуры в первые 1 или 2 дня температуры от 70 до 80°С за счет поддержания экзометрической реакции, обеспечивающей выделение необходимого тепла и разогрев смеси равномерно до нужных температур для осуществления процесса ферментации смеси и получения удобрения. Процесс ферментации протекает в течение 4-5 дней, что обеспечивает переход от процесса мезофильной стадии ферментации, который начинается на стадии смешения компонентов, к термофильной стадии ферментации, который протекает при аэрации смеси на фоне экзометрической реакции с выделением необходимого количества тепла. Начало понижения температуры смеси, который начинается на 5 день и завершается к 7-8 дню технологического процесса ферментации, показывает, что смесь прошла полный цикл ферментации, т.е. обеспечено получение качественного, экологически чистого органо-минерального удобрения. При снижении температуры до 40 град. осуществляют выгрузку готового продукта. При этом с использованием экзометрической реакции обеспечивается получение экологически чистого органо-минерального удобрения и снижение энергоемкости процесса ферментации. Дозированная продувка смеси обеспечивается за счет конструкции фундаментных балок (6) и корпуса (1) ферментера, т.е. за счет конструктивно получаемого объема продуваемой кислородсодержащей смеси через воздуховоды (12) в фундаментных балках (6) и между ними, а также между фундаментными балками (6) и стенками (2), (3) корпуса (1) ферментера. Мощность напорного вентилятора при этом выбирается наиболее экономично, поскольку достаточно вентилятора мощностью 5,5 кВт для смеси массой 35 тонн. Экономичная работа вентилятора обеспечена соотношением объема под днищем (5) корпуса (1) ферментера и площадью воздуховодов (12), которые способствуют равномерному распределению потоков воздушных масс при их движении и не создают турбулентного потока, препятствующего вертикальной продувки смеси при ее аэрации.
Таким образом, достигается технический результат упрощения конструкции ферментера и его монтажа, а также снижения энергоемкости процесса ферментации. Кроме того, обеспечивается получение экологически чистого органо-минерального удобрения за счет наиболее полного прохождения цикла ферментации углеродсодержащего сырья при использовании экзометрических реакций. Конструкция позволяет поэтапную загрузку смеси для ферментации, как одном ферментере, так и в нескольких ферментерах, расположенных на одних и тех фундаментных балках (6). Таким образом, обеспечивается технический результат обеспечение цикличности процесса ферментации, а, следовательно, обеспечивается непрерывный технологический процесс получения удобрения.