УСТРОЙСТВО ПЕРЕРАБОТКИ БИООТХОДОВ С ПОМОЩЬЮ НАСЕКОМЫХ Российский патент 2023 года по МПК A01K67/33 B09B3/00 C05F17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области биологических перерабатывающих устройств. Более конкретно, изобретение относится к устройствам переработки биоотходов с помощью насекомых.

Уровень техники

Ликвидация или переработка постоянно растущего количества органических отходов, таких, как осадок сточных вод и пищевые отходы, далее именуемых «биоотходами», является серьезной проблемой, стоящей перед муниципалитетами, промышленно развитыми рынками и странами.

С недавних пор в качестве воздействующего средства для переработки биоотходов стали целенаправленно использоваться личинки насекомых, поскольку они могут ежедневно потреблять до двух раз больше массы своего тела, что позволяет превращать биоотходы в белок насекомых. Белком и липидами насекомых затем можно кормить различных животных, например - кур и рыбу. Некоторые личинки насекомых имеют относительно высокую энергетическую ценность, в зависимости от содержания в них жира. Кроме того, твердые и жидкие отходы, которые могут производить личинки насекомых, можно использовать в качестве удобрения. Еще одно значительное преимущество кормления биоотходами личинок насекомых связано с их способностью инактивировать бактерии, передающие болезни, обычно связанные с биоотходами.

Были предприняты некоторые попытки для использования личинок насекомых для переработки биоотходов в массовом масштабе.

В одном из способов личинки насекомых помещают в плоские лотки или контейнеры. Поскольку личинки насекомых нуждаются в надлежащей подаче воздуха, они, как правило, остаются на расстоянии 10-30 см от верхней поверхности кучи биоотходов, которая периодически пополняется. Этот метод имеет недостатки, поскольку плоские лотки или контейнеры выполнены с максимальной высотой 30-40 см, что приводит к плохому использованию рабочей поверхности. Кроме того, личинки насекомых избегают значительного количества биоотходов, которые не подвергается воздействию подаваемого воздуха, что приводит к анаэробному разложению биоотходов, неприятным запахам и нежелательным побочным продуктам. Кроме того, существуют трудности, связанные с регулированием температуры внутри плоских лотков и контейнеров из-за метаболического тепла, выделяемого личинками, и анаэробного разложения. Когда внутренняя температура становится значительно выше 35°С, личинки насекомых уползают или даже погибают, и поэтому эффективность переработки биомассы крайне недостаточна.

В другом способе барабан, содержащий личинки насекомых и биоотходы, вращают, чтобы облегчить смешивание и аэрацию личинок насекомых и биоотходов, а также рассеивание выделяемого тепла. Однако барабан вращается с чрезмерно высокой скоростью, например, в документе CN 102351394 раскрывается скорость, составляющая один оборот за 10 минут, что ограничивает метаболическую активность личинок насекомых. Таким образом, личинки насекомых должны удерживаться в барабане в течение длительного периода времени, по существу, равному их сроку жизни в виде личинки, пока они не разовьются до стадии предкуколки. Поскольку все личинки насекомых имеют по существу одинаковый возраст и размер и выгружаются в одно и то же время, барабан не может функционировать как устройство переработки, по существу, непрерывного действия из-за значительной задержки времени между временем введения молодых личинок и временем выгрузки развитых личинок, и поэтому белок насекомых доступен не в любое время. К дополнительным недостаткам этого известного способа относятся ограниченный объем биоотходов, которые обрабатываются за одну загрузку, и отсутствие автоматизации.

Раскрытие сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства, по существу, непрерывного действия для переработки биоотходов с помощью насекомых.

Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение устройства переработки биоотходов с помощью насекомых, скорость переработки биоотходов которого относительно высока.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение автоматизированного устройства переработки биоотходов с помощью насекомых.

Другие цели и преимущества изобретения станут очевидными по мере продолжения описания.

Устройство переработки биоотходов с помощью насекомых, по существу, непрерывного действия содержит трубчатый барабан, имеющий продольную ось и внутреннюю область; привод для приведения во вращение указанного барабана вокруг указанной оси; безвальный шнековый конвейер, неподвижно соединенный с внутренней поверхностью указанного барабана; множество разнесенных по окружности консольных лопастей, которые соединены с указанной внутренней поверхностью барабана, и каждая из которых проходит в продольном направлении по всему указанному барабану; и средства для введения порции конгломерата, включающего в себя биоотходы и личинки насекомых, в указанную внутреннюю область барабана, при этом указанный шнековый конвейер подразделен на множество разнесенных в продольном направлении камер выращивания для введенных личинок насекомых, причем каждая из указанных камер выращивания определена двумя соседними в продольном направлении витками указанного шнекового конвейера и указанными разнесенными по окружности консольными лопастями, внутри которых удерживаются личинки насекомых, находящиеся, по существу, на одинаковой стадии развития, причем две или более из указанных разнесенных по окружности консольных лопастей выполнены с возможностью надежного удержания и обеспечения однородности указанной порции конгломерата в любой заданный момент времени в течение всего времени ее пребывания в указанной внутренней области барабана при ее транспортировании в дистальном направлении, при этом личинки насекомых прогрессирующе более развиты в более дистально расположенной камере выращивания.

Свежую партию конгломерата, содержащего молодые личинки насекомых, предпочтительно вводят в проксимальную камеру выращивания одновременно с выгрузкой полностью развитых личинок насекомых из дистальной камеры выращивания.

В одном из аспектов устройство переработки биоотходов дополнительно содержит систему управления для отслеживания важных параметров, связанных с порцией конгломерата, принятой в одной из камер выращивания, и для регулировки величины одного или более параметров, для которых было обнаружено отклонение. Контроллер, обменивающийся данными с приводом, выполнен с возможностью регулирования скорости вращения барабана, чтобы она не превышала полуоборота в час.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

На фиг. 1 представлен аксонометрический вид варианта осуществления устройства переработки биоотходов;

на фиг. 2 представлен аксонометрический вид вертикального поперечного сечения проксимальной секции устройства переработки биоотходов с фиг. 1;

на фиг. 3 представлен аксонометрический вид вертикального поперечного сечения дистальной секции устройства переработки биоотходов с фиг. 1;

на фиг. 4 представлен аксонометрический вид с проксимального конца устройства переработки биоотходов с фиг. 1, показанный без шнекового конвейера;

на фиг. 5 представлен аксонометрический вид с проксимального конца устройства переработки биоотходов с фиг. 1, показанный со шнековым конвейером;

на фиг. 6 представлен аксонометрический вид шнекового конвейера, используемого совместно с устройством переработки с фиг. 1;

на фиг. 7 представлен наклонный аксонометрический вид вертикального поперечного сечения центральной секции устройства переработки биоотходов с фиг. 1, показывающий соединение между безвальным шнековым конвейером и множеством консольных лопастей, а также с приводным блоком;

на фиг. 8 представлена схематическая иллюстрация системы управления, используемой совместно с устройством переработки биоотходов с фиг. 1; и

на фиг. 9 представлена схематическая иллюстрация блока обмена текучей среды, используемой совместно с устройством переработки биоотходов с фиг. 1.

Осуществление изобретения

Устройство переработки биоотходов с помощью насекомых, по существу, непрерывного действия выполнено с барабаном, имеющим безвальный шнековый конвейер, который подразделен на множество разнесенных в продольном направлении камер выращивания, в каждой из которых могут удерживаться личинки насекомых, в частности личинки двукрылых (лат. Diptera), на различной стадии развития. Смесь неразвитых личинок и биомассы (далее «конгломерат») вводится в барабан через входное отверстие, соединяющееся с первой проксимальной камерой выращивания. Во время медленного вращения барабана вместе со шнековым конвейером, которое максимизирует время пребывания личинок насекомых во внутренней области барабана, содержащий личинки конгломерат, расположенный в одной из камер выращивания, транспортируется вдоль барабана, в то время как личинки насекомых переваривают биомассу и постепенно становятся физически развитыми, до тех пор, пока конгломерат не будет выгружен из дистального конца барабана через выходное отверстие, чтобы обеспечить сбор полностью развившихся личинок насекомых.

Устройство переработки биоотходов способствует интенсивному выращиванию личинок насекомых и может быть выполнено как подузел на крупномасштабном объекте или как отдельный узел для мелкомасштабных операций. Операцию по переработке биоотходов можно отслеживать и управлять ею с помощью самообучающегося модуля для полного контроля и поддержания процесса массового выращивания насекомых без какого-либо вмешательства человека.

На фиг. 1 проиллюстрирован вариант осуществления устройства 10 переработки биоотходов, в общем обозначенного цифрой 10. Устройство 10 переработки биоотходов содержит трубчатый барабан 5, к внутренней поверхности которого неподвижно прикреплен безвальный шнековый конвейер. Барабан 5 может быть изготовлен из армированной стекловолокном пластмассы (FRP, fiber-reinforced plastic) для значительного снижения веса по сравнению с любым сплавом нержавеющей стали и соответствующей экономии производственных и эксплуатационных расходов, хотя могут использоваться и другие материалы. Внешний слой материала барабана предпочтительно окрашен в черный цвет, чтобы ограничить или полностью предотвратить попадание света внутрь барабана в интересах фотофобных личинок насекомых. Барабан 5 имеет проксимальный входной конец 1 и дистальный выходной конец 4. Барабан 5 предпочтительно имеет длину в диапазоне 10-60 м.

Использование безвального шнекового конвейера выгодным образом позволяет избежать тенденции конгломерата прилипать к центральному валу обычного шнекового конвейера, а также способствует более высоким уровням наполнения и низким скоростям. Кроме того, безвальный шнековый конвейер не требует каких-либо подшипников, обычно требующихся для вращающегося вала, и, следовательно, облегчает непосредственное внедрение конгломерата и сокращение работ по техническому обслуживанию.

Конгломерат из личинок и биомассы вводится через входное отверстие 2, которое совпадает с центральной областью безвального шнекового конвейера. Конгломерат выполнен из смеси субстрата, биоотходов и личинок насекомых. Субстрат, как правило, представляет собой отходы на основе целлюлозы, такие как целлюлозные городские отходы, полученные из срезанных веток и травы, древесных отходов и бумаги, которые используются для регулирования уровней азотных соединений, таких как аммиак, и для поглощения избыточных текучих сред от операции по переработке биоотходов. Биоотходы используются в качестве пищи для личинок насекомых.

Субстрат и биоотходы обрабатываются на входе в установку посредством различных предварительных процессов, которые могут включать в себя стерилизацию, дробление и хранение, чтобы получить конечный размер частиц и текстуру, подходящую для эффективного пищеварения личинок насекомых. Каждый предварительный процесс требует специального аппарата, и проводится до достижения вязкой пульпы, после чего субстрат и биоотходы принимаются в отдельные резервуары. Перед введением в барабан 5 субстрат и биоотходы подаются соответствующим насосом, например перистальтическим насосом, из соответствующего резервуара в контейнер, установленный на роликовой конвейерной системе 15, которая, как правило, расположена горизонтально, для облегчения транспортировки контейнера в область рядом с входным отверстием 2. Затем субстрат и биоотходы смешиваются вместе в контейнере.

Молодые личинки насекомых, например в возрасте 3-5 дней, разбавляют обогащенной кислородом жидкостью путем ручного введения личинок насекомых в резервуар, расположенный удаленно от барабана 5, чтобы обеспечить непрерывную подачу личинок насекомых на ежедневной основе, будь то для одного устройства переработки или для множества устройств переработки. Удельная концентрация личинок насекомых зависит от количества работающих перерабатывающих устройств. Вообще говоря, минимальная концентрация личинок насекомых находится в диапазоне от 40 до 70 тысяч личинок на кубический метр, чтобы обеспечить экономически эффективную работу устройства 10 переработки биоотходов. Следует понимать, что введение личинок насекомых в резервуар перед подачей в барабан является единственным действием, связанным с операцией переработки, в которой задействован ручной труд, и даже это действие выполняется удаленно относительно барабана.

Смесь обогащенной кислородом жидкости и личинок насекомых подается механизмом подачи личинок, например пневматическим механизмом, в область, ближайшую к контейнеру, установленному на роликовой конвейерной системе 15, а затем выгружается разбрызгивателями на верхнюю поверхность субстрата и смеси биоотходов, расположенных внутри контейнера до введения во входное отверстие 2. Личинки можно добавлять в смесь субстрата и биоотходов до плотности, составляющей приблизительно 4 личинки на см² смеси для получения конгломерата. После этого сформированный конгломерат подается перистальтическим насосом или любым другим подходящим механизмом подачи во входное отверстие 2. Затем личинки насекомых способны переваривать биомассу и увеличиваться в размерах.

Процентное содержание субстрата и биоотходов в конгломерате определяют на основе относительного содержания сжиженных субстрата и биоотходов. Например, если биоотходы представляет собой шлам, полученный из городского источника, имеющего содержание жидкости 75%, то процент субстрата должен составлять 60-80% конгломерата. Если отходы имеют низкое содержание жидкости, например, сухой навоз, то субстрат должен составлять 30-40% конгломерата.

Множество разнесенных в продольном направлении колец 7, прикрепленных к внешней поверхности 6 барабана 5, поддерживаются с возможностью вращения снизу соответствующей парой роликовых колес 9, разнесенных в боковом направлении. Зубчатое кольцо 11 прикреплено к центральной в продольном направлении области наружной поверхности 6 барабана 5 и приводится во вращение шестерней 22 привода 29 двигателя, показанного на фиг. 7, выполненного с возможностью вращения барабана 5 с заданной медленной скоростью, не превышающей полуоборота в час, как правило в диапазоне от 1 до 10 оборотов в сутки, что зависит от продолжительности цикла роста личинок насекомых, собранных устройством 10 переработки. Кольца 7 и 11, в общем, концентричны с трубчатой наружной поверхностью 6 барабана 5, при этом различные витки шнекового конвейера расположены под углом к ней.

Как показано на фиг. 2, каждое роликовое колесо 9 может вращаться в ответ на вращение барабана 5 относительно, по существу, горизонтально ориентированного и продольно проходящего стержня 12, который закреплен на двух разнесенных в продольном направлении вилках 14, например, треугольной формы. Нижняя сторона каждой вилки 14 может быть соединена с горизонтальной опорной пластиной 16, которая может быть приподнята над нижележащей поверхностью S множеством разнесенных в боковом направлении вертикальных стержневых ножек 19.

Вернемся к фиг. 1, где трубка 8 подачи воздуха, которая, как показано, имеет прямоугольную конфигурацию, расположена в сообщении по текучей среде с входным концом 1 барабана 5, чтобы обеспечить надежный приток воздуха к конгломерату и, следовательно, индуцирование выпуска неочищенного газа, получаемого из конгломерата. Один конец трубки 8 подачи воздуха соединен с компрессором, закрепленным на нижней стороне роликовой конвейерной системы 15. Кожух 17, сужающийся в дистальном направлении, внутри которого размещен вентилятор 36 для вытеснения нежелательных газов из внутренней области барабана 5, прикреплен к выходному концу 4 барабана 5, как показано на фиг. 3.

Конструкция барабана 5 и безвального шнекового конвейера 22 показана на фиг. 2-7.

Множество разнесенных по окружности усиливающих балок 24, например двенадцать балок, присоединены к внутренней тонкостенной поверхности 21 барабана 5 и проходят в продольном направлении по всей длине барабана от входного конца 1 до выходного конца 4. Каждая балка 24 может иметь треугольное сечение, так что ее основание соединено с внутренней поверхностью 21, а ее консольная треугольная лопасть 34 находится во внутренней области барабана, чтобы обеспечивать прочное удержание введенного конгломерата при вращении барабана 5. Кроме того, треугольные лопасти 34 предназначены для направления конгломерата, в частности после вращательного смещения, в центральную область камеры выращивания и предотвращения его попадания в соседнюю камеру выращивания.

Треугольные лопасти 34, которые могут быть выполнены наподобие лемеха плуга, могут являться надставками на продольные балки 24 и присоединяться к ним. Альтернативно, каждая треугольная лопасть 34 может быть выполнена как одно целое с соответствующей балкой 24.

В одном из вариантов осуществления каждая усиливающая балка 24, имеющая треугольное поперечное сечение, имеет внутреннюю полость 37, которая занимает по меньшей мере часть треугольного поперечного сечения и может проходить по всей длине балки. Наличие внутренней полости 37 выгодно тем, что облегчает приток воздуха через питающую трубку 8 воздуха к конгломерату и отведение избыточных текучих сред. Кроме того, вес каждой балки 24 за счет этого уменьшается, при этом ее вес еще больше уменьшается при изготовлении из стекловолокна, так что им можно легко манипулировать. Таким образом, балка может быть модульной в том смысле, что балочную секцию, имеющую длину приблизительно 40 см, можно присоединять к соседней секции или отсоединять от нее в соответствии с длиной барабана 5 и соединять с внутренней поверхностью 21 барабана. Кроме того, уменьшенный вес балки 24 снижает сопротивление вращающегося барабана 24 и, следовательно, обеспечивает экономию энергии.

Безвальный шнековый конвейер 22, который может быть изготовлен из стекловолокна, выполнен с непрерывным спиральным профилем, имеющим, например, входной угол 4,5 градуса и угол спирали 2-5 градусов. Радиально наружный край 31 каждого витка 28 безвального шнекового конвейера 22 соединен с внутренней поверхностью 21 барабана. Для размещения консольной треугольной лопасти 34 каждой усиливающей балки 24 радиально наружный край 31 каждого витка 28 выполнен с треугольным вырезом 33, с помощью которого виток соединяется с консольным треугольным лезвием. Поперечный элемент 26 может проходить в продольном направлении между соседними витками 28 и увеличивать конструктивную прочность. Поскольку шнековый конвейер 22 соединен с внутренней поверхностью 21 барабана 5 для облегчения вращения вокруг его продольной оси вместе с барабаном, его радиально внутренний край 27 должен не соединяться с валом и, следовательно, не создавать препятствия, чтобы обеспечить преимущества, описанные выше.

Важным аспектом изобретения является способность устройства переработки гарантировать, что все личинки насекомых, расположенные в каждой камере выращивания, будут характеризоваться, по существу, одинаковой стадией развития, отличающейся от стадии развития личинок насекомых, расположенных в соседней камере выращивания. Поскольку личинки насекомых поступательно являются более развитыми в более дистально расположенных камерах выращивания, устройство переработки предпочтительно может непрерывно собирать личинки насекомых для получения белка, поскольку свежая порция конгломерата может вводиться одновременно с выгрузкой полностью развитых личинок насекомых.

Обеспечение, по существу, одинаково развитых личинок насекомых в данной камере выращивания стало возможным благодаря разнесенным по окружности консольным треугольным лопастям 34.

Два смежных, разнесенных в продольном направлении витка 28 шнекового конвейера 22 определяют между собой продольную длину камеры R выращивания для личинок насекомых. Поскольку витки 28 шнекового конвейера 22, по существу, взаимно параллельны, будучи ориентированными, по существу, перпендикулярно продольной оси барабана и занимая, по существу, внутреннее поперечное сечение барабана 5, а также поскольку радиально внешний край 31 каждого витка 28 прикреплен к внутренней поверхности 21 барабана, подвижность личинок насекомых значительно ограничена, чтобы предотвратить попадание личинок насекомых из одной камеры выращивания в другую.

Полезный объем камеры R выращивания определен треугольными лопастями 34, которые прочно удерживают и в определенной степени проникают в порцию конгломерата, введенного в камеру R выращивания. Поскольку полутвердый конгломерат обладает достаточной структурной прочностью для поддержания собственного веса при удержании лопастями, порция конгломерата, расположенная между двумя соседними лопастями 34, не будет отделяться от остальной массы конгломерата и падать на внутреннюю поверхность барабана 5. Типовой полезный объем камеры R выращивания составляет 6-7 м³ для барабана с длиной 25 м и диаметром шнека 1,25 м.

Надежно удерживая введенную порцию конгломерата, разнесенные по окружности лопасти 34 гарантируют, что порция конгломерата будет оставаться, по существу, однородной в течение всего времени ее пребывания в барабане 5, например, 12-20 дней. Во время вращения барабана 5 одна и та же порция конгломерата, удерживаемая набором лопастей 34, направляется по специальному спиральному тракту, характеризующемуся восходящим вращательным перемещением, за которым следует нисходящее вращательное перемещение для продвижения в дистальном направлении во внутренней области барабана. Даже после нисходящего вращательного перемещения под действием силы тяжести, лопасти 34 подхватывают порцию конгломерата снизу, чтобы предотвратить ее значительную большую часть, например 75-80%, от распадения по всей внутренней области барабана и от выталкивания в соседнюю камеру выращивания.

Порция конгломерата подвергается перемешивающему действию, смещаясь вдоль специального спирального тракта. Перемешивающее действие является результатом сочетания восходящего и нисходящего вращательного перемещения порции конгломерата, удерживаемой множеством лопастей 34, и личиночной активности, характеризующейся активным закапыванием в субстрат. Оба из этих двух факторов способствуют получению, по существу, равномерного и однородного распределения питательных веществ, субстрата и личинок насекомых таким образом, чтобы сделать операцию по переработке биоотходов более эффективной.

Этот процесс повторяется во время каждого оборота шнекового конвейера, чтобы облегчить продольную транспортировку порции конгломерата по всей длине барабана. По мере того как порция конгломерата транспортируется в более дистально расположенную камеру выращивания, личинки насекомых переваривают дополнительную биомассу, в результате чего масса биомассы уменьшается, а размер личинок насекомых увеличивается. Личинки насекомых демонстрируют способность к сокращению биоотходов в диапазоне от 50-70% при сравнении крайней проксимальной камеры с крайней дистальной камерой выращивания. В результате метаболической и пищеварительной деятельности личинок насекомых и испарения из-за тепла, выделяемого во время операции переработки биоотходов, содержание текучей среды в порции конгломерата в крайней проксимальной камере выращивания снижается от 50-70% - значения, необходимого личинкам насекомых для обеспечения нормальной активности, до 20-40% в крайней дистальной камере выращивания. Множество лопастей 34 способны продолжать удерживать и захватывать часть конгломерата, несмотря на уменьшение его объема и содержания воды, а также его нисходящее вращательное перемещение. Следовательно, личинки насекомых, обнаруженные в заданной камере выращивания, находятся на одной и той же стадии развития и набирают вес, по существу, с одинаковой скоростью.

На фиг. 8 схематично показана система 50 управления для отслеживания биологических и физических параметров, имеющих важное значение, которые связаны с данной порцией С конгломерата, принятой в камере выращивания.

Система 50 управления содержит контроллер 52, расположенный снаружи барабана 5, и механизм 54 подачи для подачи конгломерата С в проксимальную камеру выращивания, работой которой управляет контроллер 52.

Механизм 54 подачи может представлять собой управляемый по весу механизм подачи, который определяет отношение веса к объему на основе перерабатываемых биоотходов, и тем самым определяет объем конгломерата, подлежащего вводу в проксимальную камеру выращивания. Например, удельный вес 25%-ного твердого осадка сточных вод отличается от 10% твердых веществ, а удельный вес сельскохозяйственных отходов отличается от отходов хлебобулочных изделий и т.д. Исходя из отношения веса к объему обрабатываемых биоотходов, каждой порции конгломерата назначается скорректированное отношение веса к объему.

Контроллер 52 также электрически связан с приводом 29 двигателя, так что ему будет отдана команда на приведение в действие барабана 5 с заданной медленной скоростью. Контроллер 52 может представлять собой компьютеризированный модуль управления и регулирования, который выполнен с возможностью регулировки скорости барабана 5, если это необходимо в ходе операции переработки, в зависимости от данных, полученных от датчиков, связанных с устройством переработки, хотя скорость барабана не будет превышать скорость полуоборота в час. В данной камере R выращивания предусмотрено множество датчиков, включая датчик 61 кислорода (О), датчик 63 веса (W) и датчик 66 жидкости (L), имеющих электрическую связь с контроллером 52, предпочтительно беспроводную связь с контроллером 52. Датчики могут быть встроены во внутреннюю поверхность барабана, например, под элементом из стекловолокна.

Контроллер 52 будет управлять работой блока 57 обмена текучей среды, например вентиляционного блока, если уровень кислорода, обнаруженный датчиком 61 кислорода, отклонится от заданного уровня. Вентиляционная установка выполнена с возможностью вентиляции внутренней области барабана в дополнение к обычной аэрации конгломерата и отвода генерируемого технологического тепла, которое является результатом вращения барабана 5.

Блок 57 обмена текучей среды генерирует приток или отток газа по отношению к внутренней области барабана, например, после обнаружения высоких значений нежелательных газов или низкого уровня кислорода.

В одном из вариантов осуществления, как схематически показано на фиг. 9, блок 57 обмена текучей среды содержит два клапанных узла 72 и 73, каждый из которых функционально установлен возле другой области шнекового конвейера 22. Два клапанных узла 72 и 73 могут быть диаметрально противоположны друг другу, чтобы позволить расположенному непосредственно ниже по потоку первому узлу 72 сливать избыточные жидкости, тогда как расположенный непосредственно выше по потоку клапан второго клапанного узла 73 способен выполнять операцию перекачки газа. Каждый из клапанов может быть однонаправленным клапаном или клапаном с электрическим управлением.

Шнековый конвейер 22 может представлять собой полую конструкцию в дополнение к треугольным лопастям 34, с целью снижения затрат на установку и изготовление, а также для обеспечения эффективного и простого технического обслуживания. Соответственно, каждый клапан может быть установлен в пределах витка шнекового конвейера 22 и рядом с внутренней поверхностью 21 барабана таким образом, чтобы сообщаться по текучей среде с внутренней областью 13 барабана, полостью 37 и трубкой для подачи воздуха 8 (фиг. 2).

Первый узел 72 содержит один или более клапанов 74 и трубопровод 76, по которому может течь жидкость обмена. Когда клапаны 74 являются однонаправленными клапанами, некоторые из них предназначены для обеспечения только притока жидкости внутрь барабана 13, а некоторые предназначены для обеспечения только оттока жидкости из внутренней области 13 барабана. Когда клапаны 74 являются управляющими клапанами, они выполнены открываемыми и закрываемыми управляемым образом в ответ на воспринимаемые условия. Другой управляющий клапан 78 может быть функционально соединен с трубопроводом 77, проходящим от многопроходного проточного коллектора 81 до клапанов 74. Проточный коллектор 81 может обеспечивать одновременный приток и отток жидкости или, альтернативно, обеспечивает только приток жидкости или только отток жидкости в любой заданный момент времени. Отток жидкости из внутренней области 13 барабана может сбрасываться в собирающий элемент 79, такой как дренаж.

Второй узел 73 содержит один или более клапанов 84 и воздушную трубку 86, сообщающуюся по текучей среде с каждым клапаном 84 и с внутренней областью 13 барабана. Когда клапаны 84 являются однонаправленными клапанами, некоторые из них предназначены для обеспечения только притока воздуха во внутреннюю область 13 барабана, а некоторые предназначены для обеспечения только оттока воздуха из внутренней области 13 барабана. Когда клапаны 84 являются регулирующими клапанами, они выполнены открываемыми и закрываемыми управляемым образом в ответ на воспринимаемые условия.

Общая приточная линия 91, с которой функционально соединены управляющий клапан 93 и компрессор 94, и общая линия 96 оттока, с которой функционально соединены управляющий клапан 97 и вакуумный насос 98 или другое средство, обеспечивающее удаление газов из внутренней области 13 барабана, сообщаются по текучей среде с каждым клапаном 84. Контроллер 52 (фиг. 8) будет обеспечивать управляющий сигнал для одного или более устройств с целью корректировки текущего уровня кислорода. Например, контроллер 52 будет обеспечивать активацию компрессора 94 и открытие управляющего клапана 84, расположенного рядом с камерой выращивания, в которой обнаружено отклонение уровня кислорода, чтобы скорректировать текущий уровень кислорода.

Контроллер 52 может управлять работой вентилятора 36 и одного или более клапанов, чтобы соответствующий приток воздуха во внутреннюю область барабана выталкивал избыточные газы, обеспечивая их удаление. Воздух, всасываемый через вентилятор, может протекать через внешний фильтр для предотвращения притока газов, имеющих неприятный запах, и фильтрации нежелательных газов.

Контроллер 52 управляет объемом и скоростью газообмена во внутренней области 13 барабана в ответ на показания датчика, чтобы оптимизировать операцию переработки биоотходов. Различные параметры, которые подаются в компьютеризированный самообучаемый модуль, включают в себя низкий уровень кислорода, высокий уровень углекислого газа, уровни аммиака и низкие температуры для регулирования объема и степени газообмена, а также скорости барабана.

Хотя некоторые варианты осуществления изобретения были раскрыты в качестве иллюстрации, будет очевидно, что изобретение может быть осуществлено со многими модификациями, вариациями и адаптациями, а также с использованием многочисленных эквивалентов или альтернативных решений, которые входят в сферу деятельности специалистов в данной области техники, не выходя за рамки формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройствам переработки биоотходов с помощью насекомых. Устройство содержит трубчатый барабан, имеющий продольную ось и внутреннюю область; привод для приведения во вращение указанного барабана вокруг указанной оси; безвальный шнековый конвейер, неподвижно соединенный с внутренней поверхностью указанного барабана; множество разнесенных по окружности консольных лопастей, которые соединены с указанной внутренней поверхностью барабана и каждая из которых проходит в продольном направлении по всему указанному барабану; и средства для введения порции конгломерата, включающего в себя биоотходы и личинки насекомых, в указанную внутреннюю область барабана. Шнековый конвейер подразделен на множество разнесенных в продольном направлении камер выращивания для введенных личинок насекомых. Каждая из камер выращивания определена двумя соседними в продольном направлении витками шнекового конвейера и разнесенными по окружности консольными лопастями, внутри которых удерживаются личинки насекомых, находящиеся, по существу, на одинаковой стадии развития. Две или более из указанных разнесенных по окружности консольных лопастей выполнены с возможностью надежного удержания и обеспечения однородности указанной порции конгломерата в любой заданный момент времени в течение всего времени ее пребывания в указанной внутренней области барабана при ее транспортировании в дистальном направлении, и при этом личинки насекомых прогрессирующе более развиты в более дистально расположенной камере выращивания непрерывного действия для переработки биоотходов с помощью насекомых. Изобретение обеспечивает автоматизированное устройство переработки биоотходов с помощью насекомых. 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство переработки биоотходов с помощью насекомых, по существу, непрерывного действия, содержащее:

a) трубчатый барабан, имеющий продольную ось и внутреннюю область;

b) привод для приведения во вращение указанного барабана вокруг указанной оси;

c) безвальный шнековый конвейер, неподвижно соединенный с внутренней поверхностью указанного барабана;

d) множество разнесенных по окружности консольных лопастей, которые соединены с указанной внутренней поверхностью барабана, при этом каждая из них проходит в продольном направлении по всему указанному барабану; и

e) средства для введения порции конгломерата, включающего в себя биоотходы и личинки насекомых, в указанную внутреннюю область барабана,

причем указанный шнековый конвейер подразделен на множество разнесенных в продольном направлении камер выращивания для введенных личинок насекомых, причем каждая из указанных камер выращивания определена двумя соседними в продольном направлении витками указанного шнекового конвейера и указанными разнесенными по окружности консольными лопастями, внутри которых удерживаются личинки насекомых, находящиеся, по существу, на одинаковой стадии развития,

причем две или более из указанных разнесенных по окружности консольных лопастей выполнены с возможностью надежного удержания и обеспечения однородности указанной порции конгломерата в любой заданный момент времени в течение всего времени ее пребывания в указанной внутренней области барабана при ее транспортировании в дистальном направлении, и

при этом личинки насекомых прогрессирующе более развиты в более дистально расположенной камере выращивания.

2. Устройство переработки биоотходов по п. 1, в котором предусмотрена возможность введения свежей партии конгломерата, содержащего молодые личинки насекомых, в проксимальную камеру выращивания одновременно с выгрузкой полностью развитых личинок насекомых из дистальной камеры выращивания.

3. Устройство переработки биоотходов по п. 1, в котором каждая из консольных лопастей выполнена с треугольным поперечным сечением.

4. Устройство переработки биоотходов по п. 3, в котором каждая из консольных лопастей содержит опорную балку, соединенную с внутренней поверхностью барабана, и треугольный наконечник, соединенный с опорной балкой.

5. Устройство переработки биоотходов по п. 1, в котором каждая из консольных лопастей является модульной в продольном направлении.

6. Устройство переработки биоотходов по п. 1, в котором каждая из консольных лопастей выполнена с внутренней полостью.

7. Устройство переработки биоотходов по п. 1, дополнительно содержащее трубку подачи воздуха, сообщающуюся по текучей среде с каждой из консольных лопастей, для обеспечения притока воздуха внутрь барабана.

8. Устройство переработки биоотходов по п. 1, дополнительно содержащее систему управления для отслеживания важных параметров, связанных с порцией конгломерата, принятой в одной из камер выращивания, и для регулировки величины одного или более параметров, для которых было обнаружено отклонение.

9. Устройство переработки биоотходов по п. 8, в котором система управления содержит контроллер, способный обмениваться данными с приводом, для регулирования скорости вращения барабана, чтобы она не превышала полуоборота в час.

10. Устройство переработки биоотходов по п. 9, в котором скорость вращения барабана является регулируемой в диапазоне от 1 до 10 оборотов в сутки.

11. Устройство переработки биоотходов по п. 9, в котором система управления дополнительно содержит блок обмена текучей среды для создания притока или оттока газа в отношении внутренней области барабана.

12. Устройство переработки биоотходов по п. 11, в котором блок обмена текучей среды содержит два клапанных узла, каждый из которых функционально установлен возле другой области внутренней поверхности барабана, воздушную трубку, сообщающуюся по текучей среде с каждым из клапанов, и компрессор.

13. Устройство переработки биоотходов по п. 12, в котором каждый из клапанов представляет собой однонаправленный клапан.

14. Устройство переработки биоотходов по п. 12, в котором каждый из клапанов представляет собой клапан с электрическим управлением.

15. Устройство переработки биоотходов по п. 14, в котором контроллер выполнен с возможностью обеспечивать активацию компрессора и открытие одного из клапанов, расположенных рядом с камерой выращивания, в которой обнаружено отклонение в уровне кислорода, чтобы скорректировать текущий уровень кислорода.

16. Устройство переработки биоотходов по п. 14, в котором блок обмена текучей среды содержит вентилятор и контроллер, выполненный с возможностью управления работой вентилятора и одного или более клапанов, чтобы соответствующий приток воздуха во внутреннюю область барабана выталкивал избыточные газы, обеспечивая их удаление через один или более клапанов.

17. Устройство переработки биоотходов по п. 9, в котором контроллер представляет собой самообучающийся модуль управления.