SE533218C2 - System för våtkompostering av fekalier och urin - Google Patents

Description

lO 533 218 Detta syfte uppnås i en första aspekt med apparaten som definieras i lcrav 1.

I an annan aspekt fillhandahålles en impeller för användning i en apparat för behandling av fekalier och urin enligt krav l, vilken ímpeller definieras i krav 6.

I en tillkommande aspekt tillhandahåller uppfinningen en metod för behandling av fekalier definierad i krav 7.

Vidare tillämpningsområden av föreliggande uppfinningen kommer att framgå av den detaljerade beskrivning som ges häri och de bifogade ritningarna som endast ges i illustrerande syfte, och således inte skall anses begränsande på uppfinningen, och i vilka Fig. 1 illustrerar schematiskt en implementering av apparaten enligt uppfinningen i ett toalettrum; Fig. 2 illustrerar schematiskt en utföringsform av en apparat enligt uppfinningen; och Fig. 3 illustrerar ett tvärsnitt genom en roterande anordning som används i apparaten enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utfóringsformer Fig. 1 illustrerar schematiskt ett toaltetmim 100 att användas av ett individuellt hushåll i t.ex. en bondby i ett utvecklingsland, där det inte finns någon kommunal infrastruktur, och där en apparat 102 enligt uppfinningen (visad schematiskt) har irnplementerats. Toalettrummet bör lämpligen vara beläget nära huset så att irivånarria med lätthet och frekvent kan få filltråde fill detsamma, varigenom behovet att gräva latringropar i marken elimineras. En standarstorlek på apparaten skulle kunna betjäna ungefär 5-10 personer. För att vara lätthanterlig placeras apparaten 102 på marken och toaletlrummet placeras ovanpå, varför en trapp krävs för att man skall få tillträde. 533' TiS Naturligtvis kan apparaten implementeras så att den även betjänar flera hushåll, i vilket fall toalettrummet bör placeras i en bys centrum. Beroende på byns storlek kan förstås flera toalettmrn installeras.

Till apparaten kopplas en eller flera toaletter av “kvarn”-typ, vilket föredras genom dess funktion att fragmentera materialet. Apparaten enligt uppfinningen behandlar urin och fekalier kontinuerligt och omvandlar snabbt fekalierna till väsentligen bakteriefria och harmlösa slutprodukter i form av en nitratrik vätska och en fosforrik uppslamning eller halvfast fas. Dessa slutprodukter kan pumpas direkt eller transporteras till näraliggande åkrar för att tillhandahålla billigt gödningsmedel och därigenom ge större skördar.

Apparaten utgör ett komplett, enhetligt system för att ta hand om fekalier och behandla dessa för produktion av billigt gödningsmedel, och förbättrar därigenom livet för fattiga lantbrukare i utvecklingsländer.

Nu kommer apparatens uppbyggnad och funktion att beskrivas närmare med hänvisning till Fig. 2.

Apparaten innefattar således ett hölje eller tank 200 i vilken behandlade fekalier lagras temporärt innan de pumpas eller transporteras på annat sätt till slutanvåndning som gödningsmedel på åkrar.

Inuti tanken 200 finns anordnat ett processkärl 202. Processkärlet har lämpligen cirkulärcylindriskt tvärsnitt. Det finns också ett inloppsrör 204 vid kårlets 202 topp genom vilket fekalier från en lämplig toalett 206 matas in i processkärlet 202.

Inuti processkärlet 202 finns anordnat ett element som betecknas styrkrage 212.

Detta är en fläns eller kant som löper längs innerväggens 214 omkrets i kårlet 202 vid en höjd ovanför kärlets 202 botten som motsvarar ungefär 2 / 3 till ungefär 3/4 av kärlets 202 totalhöjd. Denna styrkrage 2 12 sträcker sig horisontellt inåt, d.v.s. radiellt, från den inre runt om löpande väggen 214 så att det bildas en centralt belägen öppning med en diameter som uppgår till mellan 533 218 1/3 och 1/4 av själva kårlets 202 diameter. Sålunda avdelar styrkragen i någon mening processkärlet 202 i ett nedre 216 respektive ett övre 218 utrymme.

Beläget i kärlets 202 centrum finns ett rör 220. Röret 220 har en mynning 221 som ligger något lägre än nivån för styrkragen 212. Röret 220 är draget genom processkärlets 202 vägg och vidare genom tankens 200 vägg. Det är kopplat till tankens botten 222 vid 223 via ett grenrör 224. Därigenom blir det möjligt att cirkulera det material som befinner sig vid tankens 200 botten tillbaka in i processkärlet 202 på ett sätt som skall beskrivas.

En annan förgrening 226 av röret 220 sträcker sig uppåt och mynnar 227 vid en nivå ovanför tankens 200 övre nivå. Detta tillhandahåller ett översnörrniings- skydd i fall tanken skulle fyllas fullständigt.

Vid en nivå over ungefär halva höjden av tanken 200 finns anordnat ett dränage 229 för NOs~rík supernatant. Vätskan kan användas direkt som gödningsmedel genom att pumpa den till åkrarna. Vid en lägre nivå finns också anordnat ett dränage 229 fosoforríkt slam som ansamlas vid tankens 200 botten. Detta material kan också användas direkt som gödningsmedel. Vid tankens 200 övre del finns också en venfilationsanordriing 230 för C02 och andra gaser från inuti tanken.

Det finns också anordnat ett överströmnirigsmatriingsrör 231 som säkerställer att behandlat material kontinuerligt matas till lagringstanken 200. Detta överströniningsmatiiírigsrör är beläget vid en nivå så att det bildas ett tomt utrymme H ovanför vätskan inuti processkärlet 202. Den normala nivån inuti processkärlet 202 antyds med en streckad linje i Fig. 2.

Apparatens nyckelkomponent är en roterbar irnpelleranordníng 300 av en konstruktion som liknar den för anordningen som nämns i bakgrundsavsnittet.

Impellern 300 är placerad väsentligen inom processkärlets 202 över del, d.v.s. i ett läge ovanför nivån för styrkragen 2 12. Emellertid sträcker den sig företrädesvis något nedanför kragen. lmpellern 300 drivs av en motor 232 vars hastighet kan regleras till åtminstone två olika hastigheter. Impellern 300 är 533 215 kopplad till motorn via en axel 234 som är ihålig i syfte att tillföra luft till processkärlet 202. Motorn är lämpligen en elektrisk motor, men i fall då elektricitet inte är tillgänglig skulle dieselmotorer eller andra typer av förbränningsmotorer kunna användas istället. Det är också tänkbart att använda solenergi eller vindkraft för att generera den erforderliga elektriska energin vilken kan lagras i batterier.

Impellern 300 liknar till konstruktionen den anordning som beskrivs och söks skyddad i EP 1 156 870, men med vissa modifieringar som gör den lämplig för syfte med föreliggande uppfinning. Impellerns detaljer kommer nu att beskrivas med hänvisning till Fig. 3. lmpellern, allmänt beteclnriad med hänvisningssiffran 300 i Fig. 3, är således lämpligen tillverkad av rostfritt stål (även om andra material såsom olika typer av plaster är lika möjliga) och innefattar två distinkta delar; ett övre utrymme 30 la och ett nedre utrymme 30lb åtskiljda medelst en skiljeplatta 302. An drivaxel 304 är anbringad vid slcíljeplattan 302 i dess mitt. Axeln är ihålig för att möjliggöra att omgvningsluft skall kunna dras in i det nedre utrymmer 30 lb via ett hål 306 i skiljeplattan 302.

Det övre utrymmet 30 la formas av en stympad kon 303a vars smalare del vetter uppåt så att det bildas en ringformig öppning 305 runt om den central belägna axeln 304. Den stympade konen 303a år företrädesvis svetsad på skiljeplattan 320. Det finns öppningar 308 anordnade i det över utrymmets 30 la vägg. Dessa är placerade på avstånd från varandra längs utrymmesvåggens periferi över hela Omkretsen, företrädesvis nära skiljeplattan 302, mest föredraget så att öppningar-nas nedre kant är i samma plan som skiljeplattan. Lâmpligen finns fyra öppningar även om det är möjligt med två eller tre eller fem eller flera öppningar. Det övre utrymmets syfte och funktion kommer att beskrivas nedan i anslutning till beskrivningen av driften av apparaten enligt uppfinningen.

Det nedre utrymmet 30 lb är också format medelst en stympad kon 303b vars smalare del vetter nedåt. Denna trunkerade kon 303b är anbringad vid skiljeplattans 302 bottensida via impellerblad 307, jämnt fördelade längs konens 533 218 303b periferi. Impellerbladen bildar distanselement mellan konen 303b och skiljeplattan 302 för att på så sätt tillhandahålla en perifer öppning genom vilken vätska kan passera ut från utrymmet 30 lb under behandlingen. Företrädesvis firms det sex impellerblad, även om antalet inte är lcritiskt. Det skulle kunna föreligga fyra eller fem eller till och med sju till tio eller ännu fler blad. Vidden av den ”spalt” som bildas mellan den trunkerade konen 303b och skiljeplattan torde typiskt vara 15 mm om hela impellerns diameter är 150 mm. Spaltens vidd kommer att variera med irnpellerns storlek och sålunda kommer en stor diameter att ge en i motsvarande grad större spaltvidd.

Vid periferin av öppningen vid den trunkerade konens smala ände finns en krage 310, också i form av en trunkerad kon men arrangerad så att den vidgas nedåt, det vill säga den har en motsatt orientering jämfört med den kon som bildar det nedre utrymmet 30 lb.

Höjden av denna “lci-agkon” 3 10 från dess bredare öppning och upp till fogen med den kon som bildar det nedre utrymmet år företrädesvis 30% av höjden av den stora konen, men kan variera mellan 25 och 35%, men skulle även kunna vara väsentligt store utan att avvika från uppfinningstanken eller negativt påverka funktionen. Den lcragkons 310 nedre omkretskant är belägen något nedanför nivån för styrkragen 212.

Ytterligare ett viktigt särdrag är att konviriklarria a för konen som bildar utrymmet 301b och kragkonen bör vara samma. Lämpligtvis är denna vinkel a ungefär 60° men kan variera inom vissa gränser såsom 65 till 7 5°, eller 60 till 80°.

Nu kommer driften av apparaten enligt uppfinningen att beskrivas med hänvisning till Fig. 1-3.

Apparaten enligt uppfinningen kan köras i två ”moder” . En första ”behandlingsmod” i vilken nyss uppsamlade fekalier behandlas och en andra ”underhållsmod” i vilken material behandlas som har lagrats tillräckligt länge för 533 218 att oönskad lukt skall ha börjat utvecklas. Även oönskad bakterietillväzct kan hämmas medelst drift i denna andra arbetsmod.

Nu beskrivs den första arbetsmoden.

När toaletterna 206 används kommer fekalier att matas via inloppsröret 204 och in i processkärlet 202. Initialt är förstås systemet tomt och behandlingen av materialet kommer inte att påbörjas förrän processkärlet fyllts till den nominella nivån, som definieras av läget för överströmriíngsmatrimgsröret 23 1.

Vid denna tidpunkt, det vill säga när processkärlet fyllts i tillräcklig grad kommer motorn 232 att startas för att initiera omrörning av fekalierna medelst impellern 300. När systemet väl är igång körs motorn kontinuerligt. I den första moden är motorns rotationshastighet i storleksordningen 750 rpm men kan vara upp till ungefär 1000 rpm. Detta kommer att få materialet inuti kärlet att rotera och bilda en virvel. Vid denna rotationshastighet kommer vätskan eller det halvfasta materialet som finns vid eller nära processkärlets väggar, i området vid styrkragen 2 12, att dras uppåt och in i impellern 300.

Kragkonen 3 10 kommer tack vare sin konform att understödja flödet in i impellern och göra transporten effektivare.

Styrkragen 2 12 kommer att på ett effektiv sätt att fungera som en sldljevägg mellan den övre och den nedre delen av processkârlet, varigenom material som behandlats inuti impellern förhindras från att blandas alltför snabbt med obehandlat material nedanför kragen 2 12. Slutligen kommer förstås materialet i någon mening att bli ”homogent” och endast när nytt material matas in i systemet uppstår en inhomogen situation, och syresättningsprocessen kommer att börja bli aktiv.

På grund av impellerns 300 konstruktion med sin konfiguration i form av en stympad kon kommer det att skapas en sugning på grund av bildningen av en virvel inuti det nedre utrymmet 30 lb i impellern 300. Därigenom kommer luft 533 218 från omgivningen att sugas in genom den ihåliga axeln, och även vätska kommer att sugas in genom kragkonen 310 vid impellerns nedre ände.

I de extrema betingelserna inuti utrymmet 30 lb kommer det att ske en mycket effektiv syresättning av fekaliematerialet, och en snabb riitrifieringsprocess kommer att äga rum, varigenom bildning av ammoniak elimineras, och dessutom kommer avdödningen av bakterier att vara mycket snabb.

Impellerns 300 övre del, det vill säga utrymmet 30 la, kommer att ha dubbla funktioner.

Först och främst kommer det att förorsaka en sugning in i den övre öppningen 305 så att nyligen införda fekalier mycket snabbt kommer att komma in dâri och blandas med luft som också sugits in fi°ån det tomma utrymmet H i kårlet 202.

Materialet kommer sedan att kastas ut genom periferiöppningarna 308 och tillbaka in i kârlets 202 övre del 218.

Under det att impellem körs, kommer proteiner och annat biologiskt material i fekalierna att förorsaka kraftig skumning. På. grund av impellerns konstruktion med en övre del 218, så som beskrivits ovan, kommer skum som alstras att dras in från ytan av mediet i kärlet och sönderdelas i det att det passerar genom det övre utrymmet 30 la. Sålunda elimineras användning av skumhâinmande medel som år vanligt förekommande i avloppsbehandlingssystem.

Nu kommer den andra arbetsmoden att beskrivas.

Når systemet har körts en tid och om det behandlade materialet har lagrats i tanken 200 i mer än 24 timmar, kommer det oundvikligen att bildas till exempel HzS tillsammans med andra oönskade gaser, såsom ammoniak, och som nämnts ovan, kan bakterietillvåxten ha nått en oönskad nivå.

För att stoppa denna oönskade process kan materialet från tanken 200 recirkuleras till processkârlet för ytterligare behandling. Detta åstadkommes genom att öka impellerns 300 rotationshatighet till ungefär 1500 rpm. Detta 533 Elß kommer att få den virvel som bildas av impellern vid den nedre öppningen att bli mera riktad och faktisk väsentligen fokuseras på röret 200 och dras in i detta genom öppningen 221.

Som framgår av Fig. 2 sträcker sig röret 220 via förgreningen 224 till botten av tanken 200. Således kommer den sugning som orsakas av impellern 300 i den andra arbetsmoden att transportera material från tankens 200 botten tillbaka in i processkårlet 202, där det kommer att undergå samma behandling på nytt som det redan undergått en gång.

Den andra arbetsmoden kan triggas av sensorer (ej visade) med förrnåga att detektera H28 och ammoniak, och när nivån nått ett gränsvärde initieras den andra arbetsmoden.

Alternativt kan den andra arbetsmoden stå under tidsstyrning, det vill saga att systemet automatiskt övergår till den andra moden vid vissa tidsíntervall.

I en föredragen utföxingsforrn är den andra arbetsmoden den nomínella moden, det vill såga att den första moden triggas att tas i drift när färska fekalier matas in i processkårlet. Även om uppfinningen har beskrivits med hänvisning till människor år apparaten lämplig även för behandling av djurdynga och -exkrementen förutsatt att dessas viskositet är lämplig för omrörning så som det år tänkt med användning av den roterbara anordningen som beskrivs hâri.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 533 213 lb PATENTKRAV:

1. l. En apparat för behandling av fekalier och urin, innefattande: en förrådstank (200) för att inrymma fekalier och urin som har utsatts för behandling; ett processkärl (202) i vilket fekalierna och urinen behandlas och vilket år beläget inuti förrådstanken (200); ett inloppsrör (204) för inmatning av fekalier och urin i prooesskårlet (202); en roterande anordning för omrörning av fekalierna och urinen i processkârlet (202); kännetecknad av att apparaten ytterligare innefattar ett avgrånsande element (2 12) som skiljer processkärlets (202) inre i en övre (218) och en nedre (216) del, samtidigt som det tillåter att den övre (2 l8)och den nedre (2 16) delen kommunicerar med varandra; att den roterande anordningen innefattar en ihålig írnpeller (300) ßr införande av luft i fekalierna och urinen, vilken impeller år utformad att åstadkomma ett undertryck inuti impellern; att impellern år kopplad till en ihålig axel (234; 304) genom vilken luft kan sugas medelst nämnda undertryck; en motor (232) kopplad till den ihåliga axeln (234; 304) för drivning av impellem i åtminstone en första arbetsmod, vilket motsvarar en första rotationshastighet; och av att impellern (300) år utformad att i nämnda första arbetsmod åstadkomma en sugning av material huvudsakligen från processkårlets (2 02) nedre utrymme (216) och in i impellern (300).

2. Apparat enligt något av föregående krav, ytterligare innefattande ett rör (220), anordnat i centrum av processkârlet (202), som mynnar (22 1) rakt undfir impellern (300) och som står i förbindelse med förrådstariken (200); och där motorn år anordnad att driva impellern i en andra arbetsmod vid en andra rotationshastighet som år högre än den första rotationshastigheten för den första l0 15 20 25 30 533 2218 ll arbetsmoden, och där impellern (300) år utformad att i nämnda andra arbetsmod åstadkomma en sugning av material huvudsakligen från förrådstariken (200) via röret (220).

3. Apparat enligt något av föregående krav, innefattande organ (228, 229) för tömning av material från fórrådstariken vid olika nivåer.

4. Apparat enligt något av föregående krav, innefattande en toalett kopplad till inloppsröret (204).

5. Apparat enligt något av föregående krav, där toaletten år av typen kvarntoalett.

6. En impeller (300) för användning i en apparat för behandling av fekalier och urin enligt krav 1, innefattande: ett övre utrymme (30 la) och ett nedre utrymme (30 lb) åtskilda medelst en skiljeplatta (302); en ihålig drivaxel (304) fåst vid skiljeplattan (302) i dess centrum och med förbindelse till det nedre utryinmet (30 lb) via ett hål (306) i skiljevåggen (302); där det övre utrymmet (30 la) år format som en stympad kon (303a) vars smalare del vetter uppåt, och som bildar en ringforrnig öppning (305) runt om den centralt belägna axeln (304); och där det nedre utrymmet (301b) också år format som en stympad kon (303b) vars smalare del vetter nedåt, vilken kon (303b) år fåst på bottensidan av plattan (302) via impellerblad (307), jämnt fördelade långs konens (303b) periferi, till bildande av en perifer öppning från utrymmet (30 1b).; kännetecknad av att det finns öppningar (308) anordnade i det övre uttymmets (30 la) vägg.

7. En metod att behandla fekalier och urin, innefattande stegen: att mata fragmenterade fekalier och urin in i en apparat enligt krav 1; 533 218 tål att röra om fekalíerna och urinen lcraftigt inuti processkårlet i apparaten samtidigt som luft tíllföres för att omsorgsfullt blanda fekaliema och urinen med syret; att låta de behandlade fekalierna och urinen süömma över till förrådstanken; valfritt mata lagrat och behandlat material från förràdstaxiken till processkårlet för ytterligare behandling.