Изобретение относится к области биоэнергетики и может быть применено в конструкции биотуалетов – биогенераторов биореакторного типа по производству биогаза и биомассы.
Проблема организации канализации для частного дома весьма остро стоит перед множеством людей. Это касается, в первую очередь, загородных строений и дач, в местах, где нет централизованных систем отвода стоков. Часто бывает, что из-за недостатка места, недовольства соседей, близкого расположения грунтовых вод нельзя сделать в доме без канализации классический уличный туалет в виде большой ямы. Но сегодня есть выход из сложных ситуаций. Биотуалет поможет без лишних хлопот решить проблему сбора и утилизации отходов жизнедеятельности человека. При этом на определенном уровне сложности можно сделать систему с откачкой для постоянного использования.
Сегодня существует несколько видов биотуалетов, которые можно купить для дачи или частного загородного дома. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Некоторые полностью автономны и не требуют подключения к сети переменного тока или дренажу. Другие могут устанавливаться только стационарно.
Есть общий принцип работы биотуалета, какую бы конструкцию и техническое решение не рассматривалось бы. Устройство выполняет следующие задачи: собирает отходы жизнедеятельности человека; нейтрализует неприятные запахи; уменьшает до минимума выделение газов;
преобразует отходы в безопасную для природы или удобную для утилизации форму.
Если рассматривать работу торфяной модели, именно такой биотуалет действует на природных принципах. Преобразованием твердых отходов занимаются бактерии, а изоляция неприятных запахов производится благодаря свойствам наполнителя.
Биотуалет состоит из нижнего накопительного бака и верхней части с установленным на ней сидением. На последней устанавливается емкость, куда засыпается основной расходник, сухой торф. При использовании установки происходит следующее: отходы попадают в накопительный бак; вместо смыва, пользователь нажимает специальный рычаг или запускает электрическую схему; отходы сверху покрываются тонким слоем наполнителя, торфа или искусственной смеси, содержащей активные бактериальные культуры.
Емкость бака торфяного туалета велика. В ходе его наполнения происходит природный процесс компостирования. Бактерии торфа или другой присыпки компостируют твердые отходы, создавая природное удобрение. При этом нет никаких неприятных запахов. Это обеспечивается свойствами торфа, отличного гидро и газоизолятора.
Обслуживание торфяного биотуалета не представляет сложности. Содержимое накопителя высыпается в компостную яму. Однако, перед использованием смеси торфа и преобразованных отходов в качестве удобрения, рекомендуется выдержать их в течение 1-2 лет для окончательной ферментации.
Вместе с тем, у торфяных моделей есть минусы. При пользовании большим количеством людей, жидкость не успевает испариться, и отходы становятся кашеобразной массой. Ее сложнее удалять из накопителя, кроме этого, увеличивается вероятность проникновения в грунтовые воды из компостной кучи вредных веществ, тем самым загрязняя их. Последнее, что стоит отметить — масса бака. Его откровенно трудно или невозможно опорожнить силами одного человека.
Существует также химический или жидкостной биотуалет, работающий по более сложной схеме. В нем для растворения и переработки отходов используются реагенты.
Работает система довольно просто. По окончании процесса избавления от отходов человек их смывает. Жидкость из верхнего бака, в которую добавлено средство для мытья и уничтожения запахов, перемещает смесь в нижний накопитель. Здесь происходит химический процесс разложения.
Кассетный биотуалет является конструкционным решением химического устройства. Его ключевое отличие заключается в наличии отделяемой емкости. Все накопленные отходы можно оперативно слить. Особенно удобно такое решение в моделях большой емкости. Оснащенная колесиками и ручкой, кассета транспортируется силами одного человека, а обратный клапан гарантирует, что содержимое не будет проливаться
Замораживающие биотуалеты встречаются редко. Причина в их дороговизне и высокой стоимости использования. Электрические биотуалеты дороги, потребляют много энергии и не являются автономным решением: они обязательно подключаются к вентиляции и сети переменного тока.
Недостатки агрегатов такого типа очевидны. Они велики, требуют подключения к коммуникациям и обязательно потребляют много электрической энергии. К тому же электробиотуалеты стоят весьма дорого [1].
Наиболее близким аналогом является механизм обработки мочи в биотуалете, включающий две емкости, соединенные между собой и используемые в качестве биотуалета, имеющего загрузочную трубу, мешалку, переливную трубу, насос для перекачки отходов. [2].
Указанные аналоги наряду с преимуществами имеют следующие недостатки:
- сложность конструкции;
- сложность и трудоемкость изготовления.
Целью данного изобретения является создание устройства, перерабатывающего человеческие экскременты на биогаз (метан) и удобрения для растений.
Устройство состоит из двух соединенных между собой цилиндрических емкостей
(D=1500 х h=2000мм) в виде параллелепипеда (a=400 х b=400 х h=2000мм) (Фиг.1,2) имеющих: входную (загрузочную) трубу (d=110мм) -1, камеру газообразования-2, зону (пространство) анаэробного брожения органических отходов -3, крышку биогумусной камеры-4, камеру сбора биогумуса-5, перегородку-6, субстрат-7, пластиковую трубу-8, предохранительный клапан (бульбулятора)-9, верхнюю плиту-10, сифон отвода отработанной органики-11, аэробную зону-12, трубку выхода газа-13, ручной насос откачки биогумуса-14, поплавковый датчик включения-15 и отключение насоса для откачки биогумуса-16, датчик влажности субстрара-17, ресивер газа-18, предохранительный клапан-19, манометр-20, клазетная чаша-21, мешалка-22, задвижка выпуска биогумуса.
Принцип работы биотуалета-биогенератора. Органические отходы (фекалии и моча) поступают через входную трубу 1 (Фиг.1,2) в зону брожения. Зона брожения предварительно заправляется субстратом 7, что позволяет запустить первоначальный процесс на уровне 1/4 объема биотуалета-биогенератора. Конец трубы 8 всегда находится ниже уровня субстрата на 20–30 см для обеспечения герметичности зоны аэробного брожения, где происходит ступенчатый гидролиз органического материала. Первые 10-12 дней будет выделятся углекислый газ СО2 и постепенно процесс переходит в метаногенез под воздействием аэробных археев. После запуска в течение 10–14 дней начинается цикл метаногенеза, в ходе которого выделяется биометан из субстрата. Метаногенез набирает оборот и на 12-14 день начинается процесс рванного пламени, который переходит в стабильное пламя на 15-20 день. Этот цикл продолжается до тех пор, пока в биотуалет-биогенератор поступают органические отходы и пока биотуалет-биогенератор останавливается раз в три года для профилактики и очистки резервуара от песка, грунта и других взвешенных материалов, попадающих вместе с органическими отходами.
Образующийся метан отводится через предохранительный клапан 9 и трубку 13 в ресивер 18, газовую плиту. Как правило на промышленных биогазовых установках биогаз подвергают мокрой и сухой очистке, но результаты многочисленных опытов показывают, что качество биометана получаемого из органического материала не уступает природному газу применяемого в быту. Биотуалет-биогенератор оснащён предохранительным клапаном 19, который отвечает за сохранение низкого давления в зоне газообразования 2 и выпускает автоматически газ, в случае подъема давления газа.
Постепенно уровень субстрата в зоне брожения достигает 3/2 объема биотуалета-биогенератора. Датчик уровня влажности 17 выполняет функцию индикации степени влажности субстрата. В случае снижения уровня влажности субстрата необходимо доливать воду вручную, чтобы субстрат имел соответствующую влажность 88-91%, при этом перемешивая биораствор мешалкой 22. Происходит отвод отработанного количества биогумуса, равного количеству поступающих органических отходов. Отработанный биогумус переливается в отсек сбора через переливную трубу 11, как только поплавковый датчик включения 15 включает насос откачки биогумуса, в том количестве, сколько органического материала поступило через входную трубу 1.
Биогумус ручным насосом 14 или с помощью электрического насоса 16 удаляется из отсека 5 и используется как органическое удобрение.
Для безопасной эксплуатации необходимо контролировать уровень влажности субстрата, добавляя воду до достижения примерного соотношения 88–89% влажности при 11-12% сухих веществ. Ежедневное обслуживание не требуется, достаточно выполнять требования прилагаемой инструкции.
Преимущества биотуалета-биогенератора. Экологичность: использование естественных биологических процессов для утилизации органических отходов. Получение органического удобрения: отработанный биоматериал превращается в биогумус с нейтральным кислотно-щелочным показателем, что делает его ценным удобрением. Безопасность: наличие предохранительного клапана обеспечивает безопасность, предотвращая повышение давления газа в системе.
Таким образом, этот биотуалет- биогенератор представляет собой эффективное и экологически чистое решение для утилизации органических отходов жизнедеятельности человека. Принцип его работы основан на использовании естественных биологических процессов с целью преобразования отходов в органическое удобрение. Ежедневное обслуживание не требуется, достаточно контролировать уровень влажности субстрата и своевременно удалять отработанный биогумус
