Патент на изобретение №2170011

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА И/ИЛИ ПОМЕТА ЛИЧИНКАМИ СИНАНТРОПНЫХ МУХ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органических отходов при помощи личинок синантропных мух. Установка для переработки навоза и/или помета по первому варианту содержит многоярусное транспортное устройство в виде транспортеров, расположенных в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока с возможностью разгрузки каждого из транспортеров на нижележащий. В установке по второму варианту каждый из транспортеров разделен на участки поперечными преградами для миграции личинок мух. Использование изобретения позволяет осуществить культивирование личинок с максимально возможной степенью использования площади помещения, упростить технологический процесс и снизить энергозатраты. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органических отходов при помощи личинок синантропных мух.

Утилизация отходов при культивировании на них личинок мух позволяет трансформировать навоз и помет за период времени не более 6 суток в удобрение в биомассу личинок мух, содержащую белки, жиры, углеводы, хитин и биологически активные соединения. Реализация технологии в промышленном масштабе требует разработки ряда технических решений, прежде всего, в двух аспектах: создание эффективно функционирующих установок для переработки отходов (культиваторов личинок мух) и создание эффективно функционирующих инсектариев для получения от маточного поголовья мух стабильного потока яйцекладки.

При этом важно следующее.

Во-первых, учитывая, что за цикл своего развития от яйца до предкуколки (при 30^oC составляет 5,5 суток) личинка увеличивает массу более чем в 300 раз, целесообразно применять двухступенчатое культивирование: на субстрате для яйцекладки 0,5-2,0 суток в термостате с продувкой воздухом и на отходах 3,5-5,0 суток в культиваторе (по патенту РФ N 2049389, кл. A 01 К 67/033, 1992). Это позволяет повысить степень использования оборудования в 1,1-1,6 раза. Продолжением этого технического решения, ориентированного на классический лабораторный субстрат, является способ по патенту РФ N 2088080, кл. А 01 К 67/033, С 05 F 3/06, ориентированный на известный природный субстрат (навоз), что подтверждает целесообразность применения двухступенчатого культивирования.

Во-вторых, при каждой загрузке отходов на установку необходимо вносить оптимальное, следовательно, дозированное количество яйцекладки или соответствующее ему количество одновозрастных личинок. Это может быть достигнуто синхронизацией дозатора отходов и дозатора субстрата для яйцекладки с прошедшими на нем первую ступень культивирования личинок мух.

В-третьих, целесообразно использовать присущий предкуколкам инстинкт миграции (самоудаления) из перерабатываемого материала, поскольку отделять выносимый с мигрирующими личинками биоперегной намного легче, чем таковой же из общего количества двух получаемых продуктов. При этом в биоперегное остаются недоразвившиеся личинки, которые погибают при последующей обработке (затаривание, гранулирование, дражирование семян), обогащают удобрение и способствуют подавлению нематоды в защищенном грунте. К тому же, появляется возможность отбора личинок по признаку интенсивности развития на данном виде отходов.

В-четвертых, количество операций при культивировании личинок должно быть минимальным, чтобы в перспективе полностью автоматизировать технологию.

Известна установка для переработки навоза личинками синантропных мух (патент РФ N 2032339, кл. А 01 К 67/033, С 05 F 3/06, 1991), содержащая отделение переработки навоза, в котором установлены поддоны и средства их вертикального и горизонтального перемещения с узлами загрузки навоза и выгрузки переработанного материала, емкость для мух и отделение сепарации личинок из переработанного материала в виде транспортерной ленты с установленными на ней источниками света. Установка снабжена инсектарием для мух, выполненным в виде камеры с дозатором для субстрата, расположенным на входе в камеру, и с транспортерными лентами, установленными внутри камеры между ее входом и выходом с возможностью размещения субстрата под яйцекладки лентами, при этом над транспортерными лентами установлены откидные крышки со щелями, имеющими клапаны для выхода мух из-под крышки, а на выходе из камеры транспортерные ленты состыкованы с узлом загрузки отделения переработки навоза.

В этой установке объединены культиватор и инсектарий, а также разделитель биоперегноя и биомассы личинок мух. Перемещение и переработка навоза осуществляются в поддонах, как и во многих известных технических решениях.

Однако применение поддонов (лотков, кювет), удобное в лабораторной практике и при относительно небольшой производительности (не более 1 т/сут навоза), в масштабах более 10 т/сут влечет за собой ряд затруднений. Действительно, при количестве поддонов более 100 штук необходимо разрешить нелегкое противоречие: простота, дешевизна, долговечность и полнота очистки от переработанного материала. К тому же, при этом не используются миграция личинок из поддонов, двухступенчатое культивирование. Дозируется субстрат под яйцекладку, а не сама яйцекладка, которая складывается спонтанно за некоторый период времени. Поэтому авторы считают более перспективным направлением в создании культиваторов и применение для перемещения и переработки навоза ленточных транспортеров и конвейеров различного вида без поддонов.

Известно техническое решение (Колтыпин Ю.А., Ерофеева Т.В. “Утилизация навоза при помощи личинок синантропных мух”, ВНИИТЭИсельхоз, ВАСХНИЛ, Москва, 1977), в котором для переработки навоза личинками синантропных мух предлагается установка, содержащая транспортер, над которым проходит нагретый воздушный поток, изолированный от рабочего помещения. Высота воздушного канала составляет около 0,6 м. Длина транспортера – 20 м. Лента перемещается один раз в сутки на 4 м.

Однако реализация этого решения выявила, что активные личинки за 3-5 суток развития мигрируют из зоны начального заселения в зоны, заселенные более молодыми личинками, подавляют их развитие, что влечет за собой неполную переработку навоза в биоперегной и уменьшает общий выход биомассы личинок. Поэтому на транспортерную ленту поставили поддоны, т.е. ввели опять оболочки для перерабатываемого материала. Это препятствие не было устранено до настоящего времени, о чем свидетельствует отсутствие технических решений с применением транспортера для культивирования личинок без поддонов.

Известна установка для переработки навоза личинками синантропных мух, содержащая многоярусное транспортное устройство, ярусы которого размещены в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока, а также устройство загрузки помета, устройство дозированного внесения личинок синантропных мух и устройство для сбора и удаления биоперегноя и биомассы личинок мух (патент РФ 32098396, кл. С 05 F 3/06, 10.12.1997).

Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к заявленному изобретению, однако не лишено недостатков, присущих техническому решению, описанному в предыдущем источнике информации (Колтыпин Ю.А. и др.)
Техническим результатом изобретения является осуществление культивирования личинок на транспортере с максимально возможной степенью использования площади помещения, упрощение технологического процесса и снижение энергозатрат.

Для достижения этого технического результата по первому варианту в установке для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух, содержащей многоярусное транспортное устройство, ярусы которого размещены в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока, многоярусное транспортное устройство выполнено в виде транспортеров, расположенных в ярусах с возможностью разгрузки каждого из них на нижележащий. Кроме этого, в каналах по пути воздушного потока могут быть установлены нагреватели воздуха, а установка может быть снабжена устройством дозированного внесения личинок, синхронно сопряженным с устройством загрузки помета. Транспортеры снабжены также устройствами для снятия и удаления верхнего слоя перерабатываемого материала.

Одним из обстоятельств, препятствующих достижению указанного результата, является высота рабочего помещения, которая часто составляет около 3 м. В этом случае целесообразен другой вариант заявленной установки, в котором перемещение перерабатываемого материала осуществляют не с вышерасположенного транспортера на нижерасположенный (вариант “ступенчатого” перемещения), а на более длинных транспортерах (вариант “горизонтального” перемещения).

Для этого по второму варианту в установке для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух, содержащей многоярусное транспортное устройство, ярусы которого размещены в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока, многоярусное транспортное устройство выполнено в виде транспортеров, каждый из которых разделен на участки поперечными преградами для миграции личинок мух. Кроме этого, в каналах по пути воздушного потока могут быть установлены нагреватели воздуха, а установка может быть снабжена устройством дозированного внесения личинок, синхронно сопряженным с устройством загрузки навоза и/или помета.

В обоих вариантах длина ленты транспортера кратна величине одноразовой загрузки навоза и/или помета на установку, и при этом синхронно осуществляется дозированное заселение помета личинками (1-й или 2-й стадий развития). По пути воздушного потока установлены нагреватели воздуха, которые компенсируют потерю тепла на испарение воды из отходов. Это позволяет использовать минимально необходимый расход воздуха на удаление влаги, уменьшает теплопотери в окружающую среду, облегчает очистку удаляемой влаги, уменьшает теплопотери в окружающую среду, облегчает очистку удаляемой паро-газовой смеси от аммиака и других летучих органических веществ и позволяет уменьшить размеры фильтра, поскольку они больше зависят от расхода воздуха (лимитирует время контакта), чем от концентрации загрязнителей. Транспортеры выполнены таким образом, чтобы личинки, заканчивающие развитие, самоотделялись от биоперегноя и падали на транспортеры для их сбора и удаления с установки.

Вариант ступенчато-горизонтального перемещения может быть осуществлен на транспортерах, установленных таким образом, чтобы конец каждого возвышался над началом последующего транспортера. В этом случае, как и в варианте ступенчатого перемещения, сохраняется признак: транспортеры расположены друг над другом таким образом, чтобы каждый транспортер мог разгружаться на нижележащий.

Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность переработки навоза и/или помета на транспортерах, равномерное и интенсивное культивирование личинок, стабильный микроклимат, минимальные затраты тепла и максимально возможную (в зависимости от высоты помещения) степень использования площади рабочего помещения.

Одним из основных показателей, характеризующих конструкцию установки, является отношение длины транспортера к расстоянию между верхней лентой нижнего транспортера и нижней лентой верхнего транспортера (по существу отношение длины канала, не заполненного отходами, к его высоте). Хотя это отношение зависит от условий теплоотдачи нагретого воздуха, но корректно не может быть определено через известные критерии подобия, в частности, Re и Nu, без учета выделения тепла при культивировании личинок мух на отходах. В прототипе это отношение ограничено пределом, выше которого уменьшается испарение влаги из перерабатываемого материала, уменьшается глубина проникновения в него личинок, ухудшается качество удобрения и уменьшается выход биомассы личинок мух. Нагреватели, расположенные по пути потока воздуха, позволяют увеличить это отношение.

На фиг.1 представлена установка для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух в первом варианте – ступенчатого перемещения, продольное вертикальное сечение; на фиг.2 – пример выполнения ступенчатого перемещения перерабатываемого материала со срезанием верхнего слоя; на фиг.3 – установка во втором варианте – горизонтального перемещения, продольно-вертикальное сечение; на фиг.4 – выполнение горизонтального перемещения материала со срезанием верхнего слоя по второму варианту установки; на фиг.5 и 6 – возможные исполнения каждого яруса для обоих вариантов установки, поперечные сечения; на фиг.7 – прорези транспортера.

Установка для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух (фиг. 1 – вариант ступенчатого перемещения) содержит корпус 1, внутри которого навоз и/или помет 2 находится на ленточных транспортера 3, расположенных ярусами друг над другом с возможностью разгрузки каждого из них на нижележащий и образующих многоярусное транспортное устройство. Ярусы транспортного устройства располагаются внутри изолированных от рабочего помещения каналов 4 для нагретого воздушного потока. Боковые и торцевые стенки корпуса 1 выполнены в виде рам со съемными панелями. На жесткой крыше корпуса 1 смонтированы конвейер 5 с кюветами, содержащими субстрат для яйцекладки с отрожденными и развившимися на нем личинками, устройство 6 дозированного внесения личинок с механизмом перемещения и разгрузки кювет и устройство 7 загрузки навоза и/или помета на транспортер 3 со шнековым навозопроводом 8, имеющим перекрывающееся отверстие.

Устройство дозированного внесения личинок 6 синхронно сопряжено с устройством 7 загрузки навоза и/или помета. Установка имеет короба 9 и 10 вытяжной вентиляции и приточной вентиляции с шиберами 11. Внутри корпуса 1 в каналах 4 между транспортерами 3 установлены нагреватели 12 воздуха и скребки 13 для сбрасывания с транспортеров 3 перерабатываемого материала. Ниже скребков 13 и транспортера 3, на котором перерабатываемый помет соответствует третьим суткам развития личинок, установлены желоба 14 с вертикальными каналами для сбора и удаления личинок. В нижней части корпуса 1 расположены устройство 15 для сбора и удаления биоперегноя и устройство 16 для сбора и удаления биомассы личинок мух, мигрировавших по желобам 14 с вертикальными каналами. Устройства 15, 16 для сбора и удаления биоперегноя и биомассы личинок выполнены в виде транспортеров, смонтированных на вертикальных стойках и оборудованных электроприводами.

На концах транспортеров 3 при ступенчатом перемещении перерабатываемого материала (фиг. 2) для удаления верхнего слоя (поскольку личинки перерабатывают помет, перемещаясь сверху вниз) целесообразно дополнительно установить срезающий нож 17 и скат 18 с боковинами 19. Между срезающим ножом 17 и скатом 18 в режиме культивирования личинок должен проходить поток воздуха к нагревателю 12. Удаление верхнего слоя позволяет увеличить начальную высоту его, следовательно, количество загружаемых отходов и, соответственно, величину заселяемых личинок, не ухудшая условий проникновения личинок в глубину перерабатываемого материала. Это способствует повышению производительности установки. Для некоторых видов органических отходов характерно при подсыхании образование плотной корки. В этом случае над срезающим ножом 17 целесообразно установить фрезу, срезающую заданный слой 0,5-2 см и кинематически связанную с транспортером 3. Сбрасывание срезанного слоя может осуществляться как по скату 18, так и на сторону самой фрезой шнекового типа.

Установка для переработки помета личинками синантропных мух (фиг.4 – вариант горизонтального перемещения) содержит корпус 1, внутри которого навоз или помет 2 расположен на ленточных транспортерах 3. На корпусе 1 смонтированы короб вытяжной вентиляции 9 с шибером 11 и короб приточной вентиляции 10 с шибером 11, а также вертикальная стойка 23, вдоль которой перемещается устройство загрузки помета 7 с устройством дозированного внесения личинок 6, смонтированные на платформе 24. Устройство 7 загрузки навоза и/или помета соединено гибким шлангом с дозирующим насосом 25 и с бункером 26 для навоза и/или помета. Для горизонтального перемещения устройств 7, 6 загрузки навоза и/или помета и дозированного внесения личинок в торцевой стенке корпуса 1 сделаны шлюзы 27. Поперечные разрезы транспортеров 3 снизу окантованы профильными полками 28 для того, чтобы мигрирующие личинки падали в транспортеры 16, а затем убирались транспортерами 29 и 30.

Для сброса биоперегноя установлен вертикальный короб 31 со скребками и отражателями падающего материала. С торца короб 31 примыкает к жалюзийному блоку 32 с нагревателями 12, расположенными напротив щелей для прохождения потока нагретого воздуха. Для того, чтобы секционировать общую длину ленты на участки, соответствующие определенным периодам развития личинок и не допустить миграции личинок с одного участка на другой, транспортер 3 выполнен с преградами 33.

При горизонтальном перемещении перерабатываемого материала (фиг. 3) с этой же целью каждый ярус может быть выполнен в виде отдельных кинематически связанных транспортеров, расположенных под углом 1,5-3,0^o. При этом с одного транспортера перерабатываемый материал может быть перемещен на другой. Для этого целесообразно использовать скребок 20 и боковину 21. Такой угол наклона не вызывает стекания навоза и помета при влажности не более 75%. В этом варианте над скребком 20 необходимо разместить срезающий нож 17, над которым, в свою очередь, разместить фрезу 22 шнекового типа. В качестве транспортера 3 наряду с ленточным могут использоваться и другие виды транспортеров, например вибротранспортер.

Одно из возможных исполнений поперечного сечения по транспортеру 3 с перерабатываемым материалом (фиг.5) включает нижнюю ленту 34 и верхнюю ленту 35, на которой расположен помет 2, стенки 36 с эластичным уплотнением 37, теплоизоляцию 38, крышку 39, опирающуюся на горизонтальную стяжку 40, прикрепленную к вертикальным стойкам. Между стенками 36 и стяжками 40 расположен канал 41 для сбора и удаления мигрирующих из перерабатываемого материала личинок, снабженный эластичным уплотнением 42. Для ограничений вертикального перемещения личинок в канале 34 установлены наклонные (по углом 30-60^o, предпочтительно 45^o) козырьки 43.

Другое исполнение поперечного сечения по транспортеру 3 (фиг.6) включает нижнюю ленту 34 и верхнюю ленту 35, на которой расположен помет 2, эластичное уплотнение 37, стенку воздушного канала 44, соединенную с боковой стенкой 45, ограничивающей перерабатываемый материал, но не препятствующий миграции предкуколок через зазор между нею и лентой 35. Это исполнение целесообразно при общей ширине ленты транспортера 3 более 2 м и позволяет улучшить условия для миграции предкуколок. Соединение стенок 44 и 45 целесообразно осуществлять с образованием выступающих наклонных козырьков 46.

Преграды 33 миграции личинок могут быть выполнены в виде прорезей в ленте транспортера 3 (см. фиг. 7), которая имеет перемычки 47 и стягивающие петли 48.

Установка работает в двух режимах: загрузка-выгрузка (перезагрузка) и культивирование личинок мух.

Установка в варианте ступенчатого перемещения работает следующим образом. Загрузку-выгрузку проводят в зависимости от продолжительности второй ступени культивирования и количества транспортеров. Например, при цикле 3,5 суток и семи транспортерах перезагрузку проводят два раза в сутки. В этом режиме навоз (помет) шнеком 8 подают в устройство загрузки навоза (помета) 7 на транспортер. Одновременно конвейером 5 кюветы с субстратом для яйцекладки, на котором отродились и развились личинки, подают в устройство дозированного внесения 6. После этого включают транспортеры 3 и на верхний проводят загрузку помета 2 синхронно с внесением субстрата с личинками. При этом транспортеры 3 разгружаются на нижележащие, а нижний – на транспортер 15, который перемещает биоперегной на дальнейшую переработку (затаривание, гранулирование, дражирование семян, приготовление жидких форм удобрения). По окончании загрузки-выгрузки транспортеры 3 выключают и через короб 10 подают воздух. Начинается работа установки в режиме культивирования. Поток нагретого воздуха проходит в каналах 4 между транспортерами 3, поддерживает заданную температуру перерабатываемого материала и удаляет влагу из него, для чего установка оборудована датчиками температуры, влажности и расхода воздуха и исполнительными механизмами.

Отработанный воздух через короб 9 направляют на фильтр с загрузкой (шихтой), включающей микроорганизмы со степенью очистки от аммиака не менее 0,095. В режиме культивирования предкуколки мигрируют из перерабатываемого материала через зазоры между верхней лентой транспортера 3 и боковыми стенками и падают в транспортеры 16. Периодически транспортеры 16 разгружают и удаляют биомассу личинок мух вместе с частицами биоперегноя на дальнейшую переработку с получением белковой кормовой добавки, жировой фракции, хитинсодержащего сырья и удобрений из вынесенных частиц биоперегноя.

Установка в варианте горизонтального перемещения работает следующим образом. В режиме загрузки-выгрузки платформу 24 устанавливают на уровне того шлюза 27, через который проводят загрузку. Горизонтально передвигают устройство загрузки навоза (помета) 7 и устройство дозированного внесения личинок 6 до положения над краем транспортера 3. Включают транспортер 3 этого уровня и устройства загрузки навоза (помета) 7 и дозированного внесения личинок 6. Навоз (помет) из бункера 26 по гибкому шлангу через дозирующий насос 25, через устройство 7 поступает на транспортер 3, на который также поступает субстрат с личинками от синхронно работающего устройства 6. С противоположного конца транспортера 3 биоперегной по коробу 31 падает в транспортер 15 и его удаляют с установки. По окончании перезагрузки транспортер 3 выключают и через короб 10 и жалюзийный блок 32 подают воздух. Процесс культивирования личинок осуществляют также как в варианте ступенчатого (вертикального) перемещения.

В установке нагреватели по пути воздушного потока могут быть заменены патрубками, подводящими горячий воздух для компенсирования понижения температуры воздушного потока. Такая эквивалентная замена может быть целесообразна, если возникнут затруднения с подбором стойких к агрессивной среде материалов и покрытий для нагревателей. Также навозопровод может быть выполнен не шнековым конвейером, а скребковым транспортером, а для сбора и удаления биомассы личинок мух могут быть применены вибротранспортеры.

Предлагаемая установка позволяет осуществить культивирование личинок мух на навозе (помете) с применением транспортеров при нагрузке на 1 м² рабочего помещения от 150 до 340 кг в зависимости от высоты помещения (3-6 м). При этом затрачивается минимально необходимое тепло на испарение воды из отходов и используется минимальное количество операций на загрузку-выгрузку перерабатываемого материала.

Формула изобретения

1. Установка для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух, содержащая многоярусное транспортное устройство, ярусы которого размещены в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока, отличающаяся тем, что многоярусное транспортное устройство выполнено в виде транспортеров, расположенных в ярусах с возможностью разгрузки каждого из них на нижележащий.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в каналах по пути воздушного потока установлены нагреватели воздуха.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена устройством дозированного внесения личинок, синхронно сопряженным с устройством загрузки навоза и/или помета.

4. Установка по любому из пп.1 – 3, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для снятия и удаления верхнего слоя перерабатываемого материала.

5. Установка для переработки навоза и/или помета личинками синантропных мух, содержащая многоярусное транспортное устройство, ярусы которого размещены в изолированных от рабочего помещения каналах для нагретого воздушного потока, отличающаяся тем, что многоярусное транспортное устройство выполнено в виде транспортеров, каждый из которых разделен на участки поперечными преградами для миграции личинок мух.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что в каналах по пути воздушного потока установлены нагреватели воздуха.

7. Установка по любому из пп.5 или 6, отличающаяся тем, что она снабжена устройством дозированного внесения личинок, синхронно сопряженным с устройством загрузки помета.

8. Установка по любому из пп.5 – 7, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для снятия и удаления верхнего слоя перерабатываемого материала.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 05.08.2003

Извещение опубликовано: 27.09.2004 БИ: 27/2004