RU2113096C1

RU2113096C1 - Livestock wastes disinfection and dehelminthization apparatus (versions)

Info

Publication number: RU2113096C1
Application number: RU96103526A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Морозов; Н.Г. Воробьев; Ю.Е. Седельников; А.Г. Баширова
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: agriculture, in particular, equipment for treatment of livestock and food wastes. SUBSTANCE: apparatus has frame extending along edge of discharge channel and provided with screening modules with curtains made from absorbing rubber and radiation system modules 5 connected one with another and with frame through sealing flanges. Discharge channel bottom is provided with steps for facilitating efficient mixing of wastes during flowing through active treatment zone. Discharge channel portion below frame is inclined to cause flowing of wastes by gravity. Radiation module has casing, two microwave generators 9, wave guide emitters attached by means of flanges. Screening and radiation modules mounted on frame define, together with discharge channel edges and bottom, wastes treatment channel. Wastes are exposed to microwave field during flowing through active zone of treatment channel. Construction of apparatus allows capacity of radiation system to be readily increased. EFFECT: increased efficiency in wastes treatment by uniform radiation of wastes, simplified construction and enhanced reliability in operation. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для обработки жидких стоков животноводческих помещений и пищевых отходов. The invention relates to agriculture, and in particular to devices for the treatment of liquid effluents from livestock buildings and food waste.

Известны устройства для обработки жидких сред, использующие гидроударное воздействие за счет воздействия импульсного электрического тока, например авт. св. N 1713652, (B 03 C 5/00), БИ N 7, 1992. Устройство содержит разрядную камеру, в которой коаксиально расположены цилиндрические электроды, при этом на внутренней поверхности внешнего электрода, снабженной перфорированной изоляционной прокладкой, осуществляется множество одновременных стриммерных пробоев электролита. Ударная волна передается через стенки эластичной трубы, проложенной коаксиально внутри разрядной камеры, на обрабатываемую жидкость. Known devices for processing liquid media using hydropercussion due to exposure to pulsed electric current, for example, ed. St. N 1713652, (B 03 C 5/00), BI N 7, 1992. The device comprises a discharge chamber in which cylindrical electrodes are coaxially located, and a plurality of simultaneous streamer breakdowns of the electrolyte are carried out on the inner surface of the external electrode provided with a perforated insulation strip. The shock wave is transmitted through the walls of an elastic pipe, laid coaxially inside the discharge chamber, to the treated fluid.

Известны также устройства для обработки жидких стоков, использующие магнитное поле, например авт. св. N 2015112, 2032627 (C 02 F 1/48), 1995. Недостатком известных устройств является высокое энергопотребление. Also known devices for the treatment of liquid effluents using a magnetic field, such as ed. St. N 2015112, 2032627 (C 02 F 1/48), 1995. A disadvantage of the known devices is the high power consumption.

Прототипом выбрано устройство по патенту SU N 1829941, A 61 L 2/12, БИ N 27, 1993. "Способ стерилизации текучих сред и устройство для его осуществления". Устройство содержит генератор СВЧ-энергии, волновод и рабочую камеру, которая выполнена по меньшей мере двухсекционной, каждая секция имеет кожух с окнами для подсоединения волновода; внутри кожуха коаксиально расположен трубопровод из радиопрозрачного материала, по которому поступает обрабатываемая жидкость, при этом трубопровод зафиксирован в кожухе радиопрозрачными шайбами и металлическими усеченными конусами, герметично охватывающими трубопровод. При этом использован один магнетрон мощностью 5 кВт, требующий организации жидкостного охлаждения, что усложняет техническую реализацию устройства. The prototype selected device according to patent SU N 1829941, A 61 L 2/12, BI N 27, 1993. "A method of sterilizing fluids and a device for its implementation." The device comprises a microwave energy generator, a waveguide and a working chamber, which is made of at least two sections, each section has a casing with windows for connecting the waveguide; inside the casing, a pipeline of radiolucent material is coaxially located, through which the liquid to be treated is supplied, while the pipeline is fixed in the casing by radio-transparent washers and metal truncated cones, hermetically covering the pipeline. In this case, one magnetron with a power of 5 kW was used, which requires the organization of liquid cooling, which complicates the technical implementation of the device.

К недостаткам прототипа относится также высокое энергопотребление - 120 кВт/ч/т, хотя оно и меньше, чем в других известных устройствах. The disadvantages of the prototype also include high power consumption - 120 kW / h / t, although it is less than in other known devices.

Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в упрощении конструкции устройства и снижении энергозатрат. The technical problem to be solved when creating the invention is to simplify the design of the device and reduce energy consumption.

Задача решена тем, что в устройстве для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащем облучающую систему с источником СВЧ-энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, образован отводной канавкой и размещенной по ее краям станиной, на которой установлены модули облучающей системы, составляющие совместно с участками отводной канавки под ними секции канала обработки стоков, при этом каждый модуль облучающей системы состоит из корпуса, двух СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне корпуса симметрично продольным осям модуля излучающей системы и канала обработки стоков, и двух волноводных облучателей, подсоединенных с внутренней стороны корпуса каждого модуля излучающей системы к выходам СВЧ-генераторов и направленных в сторону стока, при этом модули облучающей системы герметично соединены друг с другом и со станиной с помощью фланцев. По концам канала обработки стоков на станине установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично модулям облучающей системы, при этом к внутренней стороне корпуса экранирующего модуля прикреплены шторки из поглощающего материала, например поглощающей резины. Кроме того, на дне отводной канавки под каждым модулем облучающей системы выполнена ступенька высотой h = (1,2 - 1,3)d (d - глубина стока в отводной канавке). The problem is solved in that in a device for disinfecting, dewelming livestock wastes containing an irradiating system with a microwave energy source, the wastewater treatment channel, which consists of at least two sections, is formed by a bypass groove and a bed placed on its edges on which the irradiation modules are installed systems comprising, together with sections of the outlet groove, sections of the wastewater treatment channel underneath, each module of the irradiating system consists of a housing, two microwave generators mounted on an external stand the case is symmetrical to the longitudinal axes of the module of the radiating system and the channel for treating drains, and two waveguide irradiators connected from the inside of the case of each module of the radiating system to the outputs of the microwave generators and directed towards the drain, while the modules of the irradiating system are hermetically connected to each other and to bed with flanges. At the ends of the wastewater treatment channel, shielding modules are installed on the bed, which are structurally made similar to the modules of the irradiating system, while shutters of absorbing material, for example absorbing rubber, are attached to the inner side of the shielding module casing. In addition, at the bottom of the bypass groove, under each module of the irradiating system, a step was made with a height of h = (1.2 - 1.3) d (d is the drain depth in the bypass groove).

Задача решена также тем, что в устройстве для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащем облучающую систему с источником СВЧ-энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, каждая из которых имеет металлический экран цилиндрической формы с окнами для подвода СВЧ-энергии, внутри которого коаксиально расположен трубопровод для стоков, выполненный из радиопрозрачного материала и зафиксированный в металлическом экране радиопрозрачными шайбами, канал обработки стоков имеет вертикальное расположение, а каждая секция канала обработки стоков имеет модуль облучающей системы, состоящий из трех СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне металлического экрана под 120^o друг к другу в плоскости поперечного сечения канала обработки, с внутренней стороны металлического экрана напротив окон для подвода энергии к выходам СВЧ-генераторов подсоединены волноводные излучатели, направленные в сторону трубопровода, при этом секции канала обработки стоков герметично соединены друг с другом с помощью фланцев. При этом по концам канала обработки стоков установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично секциям канала обработки стоков, при этом к внутренней стороне экранирующих модулей прикреплены шторки из поглощающего материала.The problem was also solved by the fact that in the device for disinfecting, dehelmenting livestock stocks containing an irradiating system with a microwave energy source, a sewage treatment channel consisting of at least two sections, each of which has a cylindrical metal screen with windows for supplying microwave energy, inside of which a sewage pipeline is coaxially located, made of radiolucent material and fixed in the metal screen by radiolucent washers, the wastewater treatment channel has a vertical the th location, and each section of the wastewater treatment channel has an irradiation system module consisting of three microwave generators installed on the outer side of the metal screen at 120 ^{o to} each other in the plane of the cross section of the processing channel, on the inside of the metal screen opposite the windows for energy supply waveguide radiators connected to the piping side are connected to the outputs of the microwave generators, while the sections of the wastewater treatment channel are hermetically connected to each other using flanges. At the same time, shielding modules are installed at the ends of the wastewater treatment channel, structurally made similar to sections of the wastewater treatment channel, while curtains from absorbing material are attached to the inner side of the shielding modules.

На фиг. 1, 2 изображена структурная схема первого варианта устройства для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, на фиг. 3 - структурная схема второго варианта устройства, на фиг. 4, 5 - конструкция модуля облучающей системы первого варианта устройства. In FIG. 1, 2 shows a structural diagram of a first embodiment of a device for disinfecting, dehelmenting livestock waste, FIG. 3 is a structural diagram of a second embodiment of the device; FIG. 4, 5 - module design of the irradiating system of the first embodiment of the device.

Устройство по фиг. 1 содержит станину 1, размещенную по краям отводной канавки 2. На станине 1 установлены экранирующие модули 3 со шторками 4 из поглощающей резины и модули 5 излучающей системы, соединенные друг с другом и со станиной с помощью уплотняющих фланцев 6. На дне отводной канавки 2 выполнены ступеньки 7 высотой h = (1,2 - 1,3)d (d - глубина стока) для лучшего перемешивания отходов в процессе их протекания через активную зону обработки, что увеличивает равномерность облучения отходов. Кроме того, участок отводной канавки 2 под станиной 1 выполнен с уклоном 5 - 8 для перемещения отходов самотоком. The device of FIG. 1 contains a bed 1 located at the edges of the outlet groove 2. On the bed 1 there are shielding modules 3 with shutters 4 made of absorbing rubber and modules 5 of the radiating system, connected to each other and to the bed using sealing flanges 6. At the bottom of the outlet groove 2 are made steps 7 of height h = (1.2 - 1.3) d (d is the depth of runoff) for better mixing of the waste during its flow through the active processing zone, which increases the uniformity of waste irradiation. In addition, the section of the outlet groove 2 under the bed 1 is made with a slope of 5 - 8 to move the waste by gravity.

Облучающий модуль 5 (см. также фиг. 4) содержит корпус 8, два СВЧ-генератора 9 с блоками питания (блоки питания на фиг. 1 - 5 не показаны), волноводные излучатели 10, фланцы крепления 11 волноводных излучателей 10, ручки 12. СВЧ-генераторы 9 работают в разнополярные полупериоды трехфазной сети 50 Гц. Экранирующие 3 и излучающие 5 модули, установленные на станине 1, совместно с краями и дном отводной канавки 2 образуют канал обработки стоков. Экранирующие модули 3 предназначены для того, чтобы СВЧ-излучение не излучалось вовне. The irradiating module 5 (see also Fig. 4) contains a housing 8, two microwave generators 9 with power supplies (power supplies in Figs. 1-5 are not shown), waveguide emitters 10, mounting flanges 11 of waveguide emitters 10, handles 12. Microwave generators 9 operate in bipolar half-periods of a three-phase network of 50 Hz. Shielding 3 and emitting 5 modules installed on the frame 1, together with the edges and the bottom of the outlet groove 2 form a channel for processing wastewater. The shielding modules 3 are designed so that the microwave radiation is not radiated outside.

Устройство по фиг. 3 содержит приемный бункер 13, канал обработки, состоящий из нескольких секций 14. Каждая секция имеет металлический экран 15 цилиндрической формы с окнами для подвода СВЧ-энергии, внутри которого коаксиально расположен трубопровод 16 для стоков из материала, не поглощающего СВЧ-поле, и зафиксированный фторопластовыми шайбами 17, а также модуль облучающей системы, состоящий из трех СВЧ-генераторов 9, установленных на внешней стороне металлического экрана 15 под 120^o друг к другу в плоскости поперечного сечения канала обработки, с внутренней стороны металлического экрана 15 к выходам СВЧ-генераторов 9 напротив окон для подвода энергии подсоединены волноводные излучатели 10, при этом секции 14 канала обработки стоков герметично соединены друг с другом с помощью фланцев 6. Питание СВЧ-генераторов 9 осуществляется от трехфазной сети, поэтому их работа сдвинута по фазе на 120^o. Модули облучающих систем соседних секций питаются в противофазе силовой сети 50 Гц.The device of FIG. 3 contains a receiving hopper 13, a processing channel, consisting of several sections 14. Each section has a metal screen 15 of a cylindrical shape with windows for supplying microwave energy, inside of which there is a coaxial pipe 16 for drains from material that does not absorb the microwave field, and is fixed polyacetal washers 17 and irradiating system module, consisting of three microwave generators 9 provided on the outer side of the metal screen 15 at 120 ^o to each other in cross-sectional plane processing channel, with internal Sided Because of the metal screen 15, the waveguide emitters 10 are connected to the outputs of the microwave generators 9 opposite the windows for supplying energy, while the sections 14 of the wastewater treatment channel are hermetically connected to each other using flanges 6. The microwave generators 9 are powered from a three-phase network, so they work phase shifted by 120 ^o . The modules of the irradiating systems of the neighboring sections are powered in antiphase of the 50 Hz power network.

По концам канала обработки стоков установлены экранирующие модули 3, конструктивно выполненные аналогично секциям 14, при этом к внутренней стороне экранирующего модуля 3 прикреплены шторки 4 из поглощающей резины. Канал обработки стоков имеет вертикальное расположение, что обеспечивает движение отходов. Для более надежного движения отходов и их перемешивания с целью увеличения равномерности облучения внутри трубопровода 16 установлен шнек 18, приводимый в движение мотором 19. At the ends of the wastewater treatment channel, shielding modules 3 are installed that are structurally made similar to sections 14, with shutters 4 made of absorbing rubber attached to the inner side of the shielding module 3. The sewage treatment channel has a vertical arrangement, which ensures the movement of waste. For a more reliable movement of the waste and its mixing in order to increase the uniformity of irradiation, a screw 18 is installed inside the pipeline 16, driven by a motor 19.

На выходе канала обработки (второго экранирующего модуля 3) установлен разгрузочный ротор 20 для дозированного приема обработанных отходов в отводной канал. Ротор 20 приводится в движение мотором 21. At the output of the treatment channel (second shielding module 3), an unloading rotor 20 is installed for the dosed reception of the treated waste into the outlet channel. The rotor 20 is driven by a motor 21.

Взаимодействие СВЧ-поля с отходами происходит во время их протекания в активной зоне канала обработки. The interaction of the microwave field with the waste occurs during their course in the active zone of the processing channel.

Модульная схема конструкции устройства позволяет легко наращивать мощность облучающей системы, осуществлять замену вышедших из строя модулей, использовать отдельные модули для обработки, дезинфекции помещений и т.п. Производительность установки зависит от мощности СВЧ-генераторов, восприимчивости биообъектов, электромагнитных параметров среды. Анализ работ по применению СВЧ-нагрева для целей обеззараживания и проведенные эксперименты по облучению гельминтов, их яиц и сальмонел показали, что последние погибают в навозе при дозах облучения 50 - 100 Дж/см². Для производительности установки 1,5 - 2,0 т/час необходимая мощность СВЧ-излучения составляет 5,5 кВт.The modular design scheme of the device allows you to easily increase the power of the irradiating system, to replace failed modules, use separate modules for processing, disinfection of premises, etc. The performance of the installation depends on the power of microwave generators, the susceptibility of biological objects, and electromagnetic parameters of the environment. An analysis of the work on the use of microwave heating for disinfection and the experiments on irradiation of helminths, their eggs and salmonella showed that the latter die in manure at irradiation doses of 50-100 J / cm ² . For the installation productivity of 1.5 - 2.0 t / h, the required microwave power is 5.5 kW.

В экспериментальной установке использованы генераторы на основе магнетронов M-136 с воздушным охлаждением, выходная мощность каждого генератора составила 0,56 кВт, что потребовало использования в первом варианте 5 модулей излучающей системы, а во втором варианте 3. In the experimental setup, air-cooled M-136 magnetrons generators were used, the output power of each generator was 0.56 kW, which required the use of 5 emitting system modules in the first embodiment, and 3 in the second version.

Эту мощность можно реализовать с помощью одного генератора, например типа M-81 или M-93. Однако такие мощные магнетроны сложны в управлении и не удобны в эксплуатации. Для их работы требуются водяное охлаждение, сложная система управления и контроля параметров. This power can be realized with a single generator, for example, type M-81 or M-93. However, such powerful magnetrons are difficult to control and not convenient to operate. Their work requires water cooling, a sophisticated control system and parameter control.

Попарное включение и расположение генераторов в каждом модуле (во втором варианте - 3 генераторов) обеспечивает равномерность облучения и эффективность обработки стоков. Pairwise inclusion and arrangement of generators in each module (in the second version - 3 generators) ensures uniform irradiation and effluent treatment efficiency.

Конструктивные элементы устройства выполнены из стали марки Ст. 3 с защитным покрытием. Трубопровод 16 второго варианта устройства - из фторопласта. The structural elements of the device are made of steel grade St. 3 with a protective coating. The pipeline 16 of the second variant of the device is made of fluoroplastic.

Анализ интенсивности ближнего поля излучателей показал, что для сечения канала обработки 700 • 400 мм при частоте излучения магнетрона M-136 расстояние от облучателя 10 до поверхности стока в отводной канавке 2 следует выбирать равным 0,4 - 0,5 м для минимизации неравномерности распределения СВЧ-поля по ширине канала обработки. An analysis of the near-field intensity of the emitters showed that for the processing channel cross section of 700 • 400 mm at the M-136 magnetron radiation frequency, the distance from the irradiator 10 to the drain surface in the outlet groove 2 should be chosen equal to 0.4 - 0.5 m to minimize the uneven distribution of the microwave -fields across the width of the processing channel.

Использование небольших насадок на открытом конце волновода 10 в виде фланца 11 позволяет скорректировать его входное сопротивление и направленные свойства без рупорных излучателей, которые усложнили бы и увеличили размеры устройства. Таким образом, увеличивается коэффициент использования освещенной поверхности и соответственно КПД устройства. The use of small nozzles at the open end of the waveguide 10 in the form of a flange 11 allows you to adjust its input impedance and directional properties without horn emitters, which would complicate and increase the size of the device. Thus, the coefficient of use of the illuminated surface and, accordingly, the efficiency of the device are increased.

Первый вариант (фиг. 1) является более простым и дешевым в изготовлении и эксплуатации, но менее эффективен с точки зрения производительности, т.к. в отводимых самотоком жидких стоках происходит интенсивное поглощение СВЧ-энергии. Второй вариант требует больших капиталовложений, но принудительная подача обрабатываемых отходов позволяет оптимизировать их влажность и равномерность облучения, что позволяет уменьшить общую мощность облучающей системы или при той же мощности увеличить производительность устройства. The first option (Fig. 1) is simpler and cheaper to manufacture and operate, but less effective in terms of performance, because Intensive absorption of microwave energy occurs in the liquid effluents discharged by gravity. The second option requires a large investment, but the forced supply of treated waste allows you to optimize their moisture and uniformity of exposure, which reduces the total power of the irradiating system or at the same power to increase the productivity of the device.

Claims

1. Device for disinfecting, deworming livestock stocks, containing an irradiating system with a microwave energy source, a sewage treatment channel consisting of at least two sections, characterized in that the sewage treatment channel is formed by a bypass groove and a bed placed on its edges, on which are installed modules of the irradiating system, which together with sections of the outlet groove beneath them, sections of the wastewater treatment channel, and each module of the irradiating system consists of a housing, two microwave generators, are installed on the outside of the housing, symmetrically to the longitudinal axes of the module of the radiating system and the wastewater treatment channel, and two waveguide irradiators connected from the inside of the housing of each module of the radiating system to the outputs of the microwave generators and directed towards the drain, while the modules of the irradiating system are hermetically connected to each other and with a bed using flanges.

2. The device according to claim 1, characterized in that at the ends of the wastewater treatment channel, shielding modules are installed on the bed, which are structurally made similar to the modules of the irradiating system, while shutters of absorbing material are attached to the inner side of the shielding module housing.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that at the bottom of the bypass groove, under each module of the irradiating system, a step is made with a height of h = (1.2 - 1.3) d, where d is the drain depth in the bypass groove.

4. A device for disinfecting, deworming livestock stocks, comprising an irradiating system with a microwave energy source, a sewage treatment channel consisting of at least two sections, each of which has a metal screen of cylindrical shape with windows for supplying microwave energy, inside of which a pipeline is coaxially located for drains of radiolucent material, fixed in a metal screen with radiolucent washers, characterized in that the wastewater treatment channel has a vertical arrangement, and the waiting section of the wastewater treatment channel has an irradiation system module consisting of three microwave generators mounted on the outer side of the metal screen 120 ^{o to} each other in the plane of the cross section of the processing channel, on the inner side of the metal screen opposite the windows for supplying energy to the outputs of the microwave generators connected waveguide emitters directed towards the pipeline, while the sections of the wastewater treatment channel are hermetically connected to each other using flanges.

5. The device according to claim 4, characterized in that shielding modules are installed at the ends of the wastewater treatment channel, structurally made similar to sections of the wastewater treatment channel, while rods of absorbent material are attached to the inner side of the shielding modules.