СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМУСА И УСТАНОВКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2004 года по МПК C05F15/00 C05F3/00 C05F3/06 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к получению удобрений из органических отходов животноводства, птицеводства, растениеводства и отходов жизнедеятельности человека.

Одной из задач при получении биогумуса является увеличение производительности червей при производстве гумуса как продукта жизнедеятельности последних. Однако низкая температура окружающей среды препятствует активной жизнедеятельности и размножению земляных червей. Производство гумуса в закрытых отапливаемых помещениях значительно повышает стоимость удобрения за счет высокой энергоемкости процесса, а существующие устройства под открытым небом либо не решают задачу термостабильности перерабатываемой массы, либо сложны и дороги в изготовлении.

Известен способ получения гумуса из водных дисперсных систем, содержащих органические вещества в виде природных биополимеров, включающих кавитационное воздействие на дисперсную систему с последующим окислением органических веществ, при этом окисление ведут до начала распада биополимеров, затем проводят комплексование с ионами металлов, а полученную массу подвергают коагуляции с последующим отделением твердой фракции /RU Патент №1773034, 1995, бюл. №13/.

Известный способ ограниченно применим для широкой номенклатуры органических отходов, малопроизводителен, требует специальных кавитационных устройств, не обеспечивает высокого качества гумуса.

Известно устройство для получения биогумуса, содержащее поддоны с сетчатым дном и боковыми стенками с фланцами, установленные вертикально друг на друга, при этом поддоны выполнены деревянными, верхний поддон имеет крышку в виде гибкой кровли, а нижний поддон размещен на основании. В боковых стенках поддонов у дна выполнены два ряда отверстий для продергивания сеточного шнура, при этом оба ряда отверстий выполнены под разными углами к поверхности дна поддона и смещены относительно друг друга. Поддоны образуют модули по три поддона в каждом, при этом модули имеют общую стойку /RU Патент №2054402, 1996, бюл №5/.

Это устройство недостаточно производительно, требует при эксплуатации отапливаемые помещения, предполагает значительный ручной труд в экологически неблагоприятных условиях.

Известен способ утилизации органических отходов в биогумус, включающий приготовление субстрата путем смешивания компонентов, одним из которых являются отходы животного происхождения в виде навоза крупного рогатого скота и/или навоза свиней и помета птиц и целлюлозосодержащий материал, при низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки азота минеральных удобрений, при этом в качестве азота минеральных удобрений применена мочевина в количестве не более 5% от общей массы субстрата, а ее добавка в субстрат осуществляется одновременно с добавкой известняковой муки в количестве, обеспечивающем рН среды готового субстрата не более 8, укладку субстрата в короба или гряды, внесение в него червей и/или их коконов, компостирование, аэрацию и отделение червей от полученного биогумуса, при этом при компостировании используют червей вида Elsenia foctida в количестве (15-25)·10³ особей на 1 м². Целлюлозосодержащий материал вводят в субстрат в качестве главного компонента в виде скопа, являющегося отходом производства картона, в количестве 20-80% к общей массе субстрата, а компостирование осуществляется при влажности 65-80% /RU Патент №2057743, 1996, бюл. №10/.

Известный способ излишне трудоемок, предполагает высокий процент ручного труда, реализацию только в отапливаемых помещениях в кирпичных коробах, что значительно увеличивает стоимость готового продукта.

Известно устройство для переработки органического субстрата в биогумус, содержащее основание, в центре которого неподвижно закреплена опора, формообразующие стенки, механизм с погрузочной установкой, при этом формообразующие стенки снабжены горизонтальными шахтообразователями и опорными колесами и выполнены поворотными вокруг вертикальной опоры, при этом формообразующие стенки в верхнем основании по радиусу имеют уклон 10-50° и эстакаду для прохода, при этом механизм с погрузочной установкой выполнен в виде козлового крана, а оснований выполнено несколько и они размещены в ряд, при этом спарены между собой и соединены поворотной стенкой /RU Патент №2050341, 1995, бюл. №35/. Это устройство отличается высокими контруктивной сложностью, металлоемкостью, необходимыми для реализации капиталовложениями и специальной подъемной техникой, может использоваться только в условиях теплого климата или в крупнообъемных сооружениях, что не позволяет реализовать производство даже в средних по объему хозяйствах.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения биогумуса, включающий приготовление органического субстрата, путем осуществления биотермического процесса в буртах, при этом бурт полукруглой формы имеет радиус 1,1-1,2 м и основание, равное диаметру, а сырье для приготовления органического субстрата предварительно смешивают с готовым органическим субстратом в массовом соотношении 20-10:1, обработку приготовленного субстрата червями, выделение и обработку вермикомпоста. Биотермический процесс осуществляют в буртах полукруглой формы, приготовленный субстрат обрабатывают промышленной популяцией дождевых червей, а обработку вермикомпоста осуществляют путем гранулирования и выдерживания до полной гумификации, причем вермикомпост гранулируют при влажности 40-45 мас.%, а гранулы вермикомпоста выдерживают до полной гумификации в условиях свободного воздухообмена по всему объему гранул /RU Патент №2039029, 1995, бюл. №19/.

Известный способ малотехнологичен и применим только в отапливаемых помещениях, отчего энергетически емок, а при проиводстве под открытым небом малопроизводителен и ограничен по времени теплым сезоном, при реализации предусматривает значительные затраты ручного труда, что повышает стоимость готового продукта.

Наиболее близкой к заявляемому решению является установка И.И.Сташевского для поточной переработки органического субстрата в биогумус, содержащая крытую червоводню, в которой расположен механизм извлечения, при этом крыша выполнена подвижной и снабжена солнечными батареями, сблокированными с приводами вентиляторов и навозных транспортеров, а механизм извлечения червей выполнен в виде перфорированной ленты, закрепленной на лебедке, нижнее основание в червоводне выполнено из решетки, которая выполнена из осей с лопастью, шарнирно закрепленных на стенах червоводни с возможностью поворота и между собой, над крышей червоводни установлены транспортеры, при этом червоводня снабжена транспортерами и закрепленными в ней неподвижно каркасом с шахтообразователями, соединенными с источниками сжатого воздуха и механизмом воздействия, выполненным в виде источника ультразвука и реле времени, при этом оси закреплены с возможностью поворота на 360°, а на концах имеют звездочки, которые соединены между собой при помощи цепи и провода, причем под решеткой установлены горизонтальный и наклонный транспортеры, а над каркасом расположен скребковый транспортер /RU Патент №2054405, 1996, бюл. №5/.

К недостаткам известного устройства относятсятся конструктивная сложность, материалоемкость и энергоемкость при эксплуатации, недостаточная надежность.

Задачей изобретения является снижение энергоемкости процесса получения биогумуса, повышение надежности работы установки, снижение трудоемкости и ручного труда, снижение требований к исходному сырью и условиям окружающей среды при производстве биогумуса.

Задача решается тем, что в способе получения биогумуса, включающем переработку органических отходов с получением биогаза и органическую обработку полученной массы с помощью червей, навоз животноводства и/или птицеводства загружают с добавками отходов растениеводства по видам послойно с чередованием слоев в метантенки, последние заполняют навозной жижей до верхнего уровня, органические отходы сбраживают и перегружают в термостабильные емкости, которые подогревают биогазом, получаемым при сбраживании органических отходов, проводят последующую органическую обработку красными калифорнийскими технологическими червями вида Eisenia foetida, выдерживают в течение цикла обработки червями и выгружают из нижних уровней емкостей готовый продукт в объеме 5-10% от объема каждой термостабильной емкости, после чего последний отсеивают от инородных включений; способ реализуют в устройстве, включающем метантенки с трубопроводами отвода газа, теплообменник, загрузочные устройства, сепаратор, термостабильные емкости с нагревательными элементами, при этом термостабильные емкости выполнены с заглублением ниже нулевой отметки уровня грунта и с перфорированным дном в виде щелевых прорезей с отгибом внутрь емкости, под которым расположены нагревательные элементы, связанные трубопроводами с теплообменником, сообщающимся трубопроводами отвода газа с метантенками, под которыми расположен загрузочный транспортер, выполненный лотковым с виброприводом лотка, на подвижных опорах с возможностью передвижения вдоль метантенков, а последние снабжены шиберными разгрузочными затворами и установлены рядами в шахматном порядке с возможностью теплового экранирования каждого ближайшего в соседнем ряду и теплоизолированы единым слоем теплоизоляции по внешней образующей рядов, при этом разгрузочный транспортер представляет бесконечную цепь, одна из ветвей которой проходит через термостабильную емкость и располагается над подъемным транспортером, сочлененным с виброситом.

Отличительными от ближайших известных решений признаками (для способа) являются:

- навоз животноводства и/или птицеводства загружают с добавками отходов растениеводства в метантенки, осуществляют сбраживание и перегружают в термостабильные емкости, которые подогревают биогазом, получаемым при сбраживании органических отходов, последующую органическую обработку красными калифорнийскими технологическими червями выдерживают в течение цикла обработки червями и выгружают из нижних уровней емкостей готовый продукт (что позволяет ввести в переработку различные виды отходов без предварительной очистки и сортировки и использовать тепловую энергию, выделяемую в начале процесса для поддержания последующего передела процесса);

- разновидности навоза и отходов растениеводства загружают в метантенки по видам послойно с чередованием слоев (что обеспечивает самоусреднение отходов с равномерным распределением компонентов без отдельных операций перемешивания и что тем самым повышает технологичность процесса и снижение затрат энергии);

- после загрузки метантенков последние заполняют навозной жижей до верхнего уровня органических отходов (что позволяет без отдельных операций дозирования создать оптимальное соотношение твердых и жидких компонентов отходов для технологичности дальнейшей переработки);

- обработку червями осуществляют с использованием красных калифорнийских червей вида Eisenia foetida (что повышает производительность процесса переработки массы отходов в гумус, т.к. эти черви наиболее крупные с более интенсивной жизнедеятельностью при температуре выше 24 градусов по Цельсию);

- выгрузку готового продукта по завершении регенеративного цикла производят в объеме 5-10% от объема каждой термостабильной емкости (что обеспечивает непрерывность процесса при оптимальных производительности и энергопотреблении);

- после выгрузки готового продукта последний отсеивают от инородных включений и оставшихся червей (что позволяет исключить эту операцию в начале процесса и ввести в переработку большее количество отходов из числа слежавшихся, смерзшихся и крупногабаритных кусков, например зимой, совместить отделение червей и инородных включений в одну операцию, что снижает ручной труд, повышает производительность).

Отличительными от ближайших известных решений признаками (для устройства) являются:

- термостабильные емкости выполнены с заглублением в землю ниже нулевой отметки (что позволяет стабилизировать температуру внутри емкостей при одновременной экономии теплоносителей);

- термостабильные емкости выполнены с перфорированным дном, под которым расположены нагревательные элементы (что одновременно решает задачи обогрева и аэрации перерабатываемой массы одним и тем же энергоносителем с сопутствующей экономией тепла);

- нагревательные элементы связаны трубопроводами с теплообменником, сообщающимся трубопроводами отвода газа с метантенками (что позволяет реализовать утилизацию тепловой энергии сбраживания отходов);

- под метантенками расположен загрузочный транспортер (что сокращает транспортировку и тепловые потери);

- перфорации дна термостабильных емкостей выполнены в виде щелевых прорезей с отгибом внутрь емкости (что обеспечивает аэрацию и одновременно не препятствует движению гумуса при разгрузке);

- метантенки установлены рядами в шахматном порядке с возможностью теплового экранирования каждого ближайшего в соседнем ряду (что позволяет снизить потери тепла и осуществлять взаимный подогрев метантенков “при” и сразу “после” загрузки метантенков, повысить технологичность процесса);

- метантенки теплоизолированы единым слоем теплоизоляции по внешней образующей рядов (что способствует взаимному обогреву, снижению теплопотерь и снижению материалоемкости);

- метантенки снабжены шиберными разгрузочными затворами (это позволяет разгружать переработанную массу отходов вместе с крупными инородными включениями, что повышает технологичность процесса, сокращает время разгрузки и теплопотери);

- загрузочный транспортер выполнен с виброприводом лотка, на подвижных опорах с возможностью передвижения вдоль метантенков (что позволяет повысить надежность оборудования, значительно сократить капиталовложения в систему транспортирования продутов сбраживания навоза, повысить технологичность установки, снизить энергоемкость и теплопотери при перегрузке);

- разгрузочный транспортер представляет бесконечную цепь, одна из ветвей которой проходит через термостабильную емкость и располагается над подъемным транспортером, сочлененным с виброситом (что обеспечивает последовательные подъем, транспортировку и просеивание гумуса при исключении непроизводительных и нетехнологичных операций и вывод из термостабильной зоны одной кратковременной операции - просеивание гумуса, что в свою очередь способствует снижению энергоемкости и повышению технологичности установки).

Примеры реализации способа

Пример 1. Органические отходы - коровий навоз, свиной навоз, птичий помет поочередно загружают в метантенки с прослойками растительных отходов из сорняков, отходов овощеводства, соломы. При этом объемное дозирование выдерживают в пределах: коровий навоз - 40%, свиной навоз - 20%, птичий помет - 10%, остальное - растительные отходы. После загрузки метантенков заполняют последние навозной жижей до уровня загрузки твердых отходов. После герметизации крышками метантенков при подогреве последних соседними в рядах метантенками происходит процесс брожения с выделением тепла и биогаза. Выгрузку из них осуществляют по мере завершения тепловыделения из метантенков посредством шиберных затворов и лоткового вибротранспортера, что позволяет провести процесс быстро и без значительных потерь тепла перегружаемой массы.

Выделяющийся биогаз направляют частично на бытовые нужды, а частично в теплообменник, из последнего горячую воду с температурой 40-70°C (в зависимости от температуры окружающей среды) - на нагревательные элементы под термостабильную емкость с червями вида Eisenia foetida. В этой емкости теплый воздух, проходя через перфорации в дне, способствует аэрации и обогреву с инициированием активной жизнедеятельности червей, которые по мере размножения и сопутствующей переработки сброженной массы перемещаются в верхние зоны емкости. Нижняя зона через 3-3.5 месяца из-за полной переработки и снижения влажности до 30-40% остается практически свободной от червей. Выгрузка гумуса производится в объеме 5-10% от общей перерабатываемой массы с периодичностью 15-20 дней. Подъем гумуса на поверхность выше нулевой отметки осуществляют транспортером и одновременно просеивают на вибросите с отделением инородных тел и оставшихся червей, при этом червей перемещают либо во вновь загруженную термостабильную емкость, либо на хранение для расширения производства.

Пример 2. В условиях зимних отрицательных температур окружающей среды органические отходы - смерзшиеся куски коровьего навоза, свиного навоза, птичий помет поочередно загружают в метантенки с прослойками соломы и опилок. При этом объемное дозирование выдерживают в пределах: коровий навоз - 40%, свиной навоз - 20%, птичий помет - 10%, остальное - прослойки соломы и опилок. Загрузку метантенка ведут при вышедших на режим тепловыделения соседних метантенках в два этапа: на первом этапе загружают 70-80% емкости и выдерживают при закрытой крышке 2 суток до прогрева и оттаивания заполненной массы; на втором этапе заполняют твердыми отходами до расчетного уровня и заливают навозной жижей до верхнего уровня отходов. Выделяющийся биогаз направляют в теплообменник, из последнего горячую воду с температурой 60-80°C - на нагревательные элементы под термостабильную емкость. Остальные операции проводят аналогично примеру 1.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид установки, совмещенный с разрезом, фиг.2 - вид Б - продольный разрез термостабильной емкости, фиг.3 - сечение по А-А; фиг.4 - поперечное сечение отгибов.

Установка содержит метантенки 1 с шиберными разгрузочными затворами 2, слоем теплоизоляции 3, трубопроводом отвода газа 4, соединенным с теплообменником 5, трубопровод 6, термостабильную емкость 7 с теплоизоляционной крышкой 8, нагревательными элементами 9, перфорированным щелевыми отгибами 10 дном 11, разгрузочный транспортер 12, загрузочный лотковый транспортер 13 с виброприводом 14 и подвижными опорами 15, подъемный транспортер 16, вибросито 17, разделительные емкости 18, 19, вентиляционные патрубки 20.

Установка работает следующим образом. Органические отходы разных видов без отделения инородных включений послойно загружаются в метантенки 1, теплоизолированнные единым слоем теплоизоляции 3, и выдерживаются в течение периода сбраживания, при этом выделяющийся газ по трубопроводу 4 поступает в теплообменник 5 и по трубопроводу 6 - на нагревающие элементы 9. После сбраживания полученная масса выпускается через шиберные разгрузочные затворы 2 на лотковый вибротранспортер 13 и за счет вибропривода 14 - непосредственно в термостабильную емкость 7 для обработки червями. Шиберные затворы 2 позволяют пропустить крупные инородные включения без задержки разгрузки. Лотковый транспортер 13 на подвижных опорах 15 при разгрузке метантенков обеспечивает передвижение в необходимое положение под любые метантенки. По мере заполнения термостабильных емкостей черви вида Eisenia foetida перемещаются в свежий загруженный слой сброженных отходов, а нижний слой гумуса цепным разгрузочным транспортером 12 подается на подъемный транспортер 16 выше нулевой отметки и поступает на вибросито 17 с последующим разделением инородных включений, отдельных червей и гумуса в разделительные емкости 18, 19. Дно 11 за счет щелевых отгибов 10 обеспечивает продвижение гумуса без просыпания в щели и проход нагретого воздуха нагревательными элементами 9 с последующим выносом излишков влаги через вентилляционные патрубки 20. Расположение метантенков с возможностью взаимного обогрева, а термостабильных емкостей ниже нулевой отметки снижает теплопотери установки в целом, а утилизация тепла при сбраживании отходов с обогревом термостабильных емкостей позволяет использовать утановку в холодных климатических зонах с использованием теплолюбивых червей вида Eisenia foetida.

Изобретение позволяет снизить энергоемкость процесса получения биогумуса, повысить надежность и производительность работы установки, снизить трудоемкость ручного труда, снизить технологические требования к исходному сырью и условиям окружающей среды при производстве биогумуса, повысить качество последнего.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к получению удобрений из органических отходов животноводства, птицеводства, растениеводства и отходов жизнедеятельности человека. Способ включает переработку органических отходов с получением биогаза и органическую обработку полученной массы с помощью червей. Навоз животноводства и/или птицеводства загружают с добавками отходов растениеводства в метантенки по видам послойно с чередованием слоев, заполняют навозной жижей до верхнего уровня органических отходов, сбраживают и перегружают в термостабильные емкости, которые подогревают биогазом, получаемым при сбраживании органических отходов. Производят последующую органическую обработку червями вида Eisenia foetida и выгружают из нижних уровней емкостей готовый продукт. Используют установку, включающую метантенки, установленные рядами в шахматном порядке с шиберными разгрузочными затворами, загрузочный лотковый с виброприводом лотка транспортер, сепаратор и термостабильные емкости с заглублением в землю и с перфорированным дном. Под перфорированным дном расположены нагревательные элементы, связанные трубопроводами с теплообменником, сообщающимся трубопроводами отвода газа с метантенками. Под метантенками расположен разгрузочный транспортер, представляющий бесконечную цепь, одна из ветвей которой проходит через термостабильную емкость и располагается над подъемным транспортером, сочлененным с виброситом. Изобретение позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость процесса, повысить надежность работы установки и снизить требования к исходному сырью и условиям окружающей среды. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения гумуса, включающий переработку органических отходов с получением биогаза и органическую обработку полученной массы с помощью червей, отличающийся тем, что навоз животноводства и/или птицеводства загружают с добавками отходов растениеводства в метантенки, осуществляют сбраживание и перегружают в термостабильные емкости, которые подогревают биогазом, получаемым при сбраживании органических отходов, производят последующую органическую обработку червями с выдержкой в течение цикла обработки червями и выгружают из нижних уровней емкостей готовый продукт.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разновидности навоза и отходов растениеводства загружают в метантенки по видам послойно с чередованием слоев.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после загрузки метантенков последние заполняют навозной жижей до верхнего уровня твердых органических отходов.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку червями осуществляют с использованием красных калифорнийских червей вида Eisenia foetida.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выгрузку готового продукта по завершению цикла переработки производят в объеме 5-10% от объема каждой термостабильной емкости.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выгрузки продукта переработки последний отсеивают от инородных включений.7. Установка для реализации способа получения гумуса, включающая метантенки с трубопроводами отвода газа, теплообменник, загрузочно-разгрузочные устройства, сепаратор, термостабильные емкости с нагревательными элементами, отличающаяся тем, что термостабильные емкости выполнены с заглублением в землю и с перфорированным дном, под которым расположены нагревательные элементы, связанные трубопроводами с теплообменником, сообщающимся трубопроводами отвода газа с метантенками, под которыми расположен загрузочный транспортер, представляющий бесконечную цепь, одна из ветвей которой проходит через термостабильную емкость и располагается над подъемным транспортером, сочлененным с виброситом.8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что термостабильные емкости выполнены с заглублением по нулевую отметку уровня грунта.9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перфорации дна термостабильных емкостей выполнены в виде щелевых прорезей с отгибом внутрь емкости.10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что метантенки установлены рядами в шахматном порядке с возможностью теплового экранирования каждого ближайшего в соседнем ряду.11. Установка по п.4, отличающаяся тем, что метантенки теплоизолированы единым слоем теплоизоляции по внешней образующей рядов.12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что метантенки снабжены шиберными разгрузочными затворами.13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что загрузочный транспортер выполнен на подвижных опорах с возможностью передвижения вдоль метантенков.14. Установка по п.5, отличающаяся тем, что загрузочный транспортер выполнен лотковым с виброприводом лотка.15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подъемный транспортер выполнен с возможностью подъема гумуса выше нулевой отметки.