Патент на изобретение №2163927

(54) УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ФЕКАЛЬНО-БЫТОВЫХ СТОКОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к комплексной биологической очистке фекально-бытовых стоков и может быть применено на АЭС с реакторами типа реактор большой мощности канальный (РБМК) с выработкой товарных продуктов: метана (СН₄), белково-витаминной добавки тритиевой (T₂O) воды для теплоэлектрогенераторов для районов Крайнего Севера. Установка для очистки стоков содержит метантенк из камер кислого, щелочного и метанового брожения, снабженных диспергаторами с кольцевым каналом между цилиндрической поверхностью ротора и корпуса. Нагнетатель биогаза сообщен с хлореллогенератором. Установка содержит также центробежный микрофильтр с динамическим дезинтегратором с патрубком отвода дезинтеграта и смеси обычной и дейтериевой воды. В пределах патрубков отвода установлен гидравлический затвор с ректификационной колонной, выполненной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами. В пределах данной установки многократными частичными испарениями обычной и конденсации тяжелой воды получают тяжелую воду, которая активацией в контуре охлаждения реактора типа РБМК переводится в тритиевую воду, причем концентрация тритиевой воды в результате активации дейтериевой возрастает в 20-30 раз в сравнении с существующим уровнем, что созда т предпосылки для выработки сверхтяжелой воды в качестве товарного продукта, используемого как источник энергии. 1 ил.

Изобретение относится к комплексной биологической очистке /КБО/ фекально-бытовых стоков /ФБС/ и может быть использовано на АЭС с реакторами типа РБМК /реактор большой мощности, канальный/, с выработкой товарных продуктов: метана /CH₄/, белково-витаминной добавки /БВД/ и тритиевой воды для теплоэлектрогенераторов /ТЭГ/ районов Крайнего Севера, в которые завоз традиционного горючего и топлива затруднен.

Известна установка очистки стоков, в том числе ФБС, включающая сборник, сообщенный с метантенком из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, в виде взаимодействующих через кольцевой канал уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза сообщен с хлореллогенератором, который по метану сообщен со сборником, а по биомассе хлореллы и серобактерий – с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ и динамическим дезинтегратором /ДД/, с патрубком ввода биомассы, патрубком отвода дезинтеграта и патрубком отвода смеси обычной и дейтериевой /D₂O/ воды, сообщенным через гидравлический затвор с ректификационной колонной /РК/ /с. 18-19, рис. 2.1., рис.2.3. У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В.В. Савенков. Системы ферментации, Рига, “Зинатне”, 1986/, недостатком которой является отсутствие выработки тритиевой /T₂O/ воды для нужд предприятий АПК, что снижает эффективность ее работы.

Цель изобретения – повышение эффективности работы достигается тем, что РК выполнена с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, с размещенной на ППП насадкой в виде полых стеклянных шариков, а под ППП прикреплены пучки стекловолокон, причем верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором, а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор – с РК, а нижняя секция сообщена с теплообменником, причем РК установлена на упругих опорах и снабжена вибратором, причем РК по тяжелой воде сообщена с контуром циркуляции реактора РБМК с сепаратором пара и циркуляционным насосом. Контур циркуляции реактора РБМК сообщен с дополнительной РК, конструктивно повторяющей вышеописанную РК, причем дополнительная РК сообщена со сборником тритиевой /T₂O/ воды.

Источником трития в реакторах РБМК является активация дейтерия, находящегося в обычной воде контура /0,015%/, выход за счет диффузии и из негерметичных твэлов, что недостаточно для его воспроизводства в товарных целях. Хлорелла и серобактерия накапливают в своем организме тритий в виде тритиевой воды в концентрациях 0,4-0,6%. Тритиевую воду освобождают дезинтеграцией /разрушением/ оболочек клеток гидроударным воздействием в ДД, причем в поле центробежных сил дейтериевая вода перемещается на периферию, а обычная вода, которая на 10% легче дейтериевой, перемещается к центру, причем радиальному перемещению дейтериевой воды препятствует ее вязкость, которая на 23% больше вязкости протиевой /обычной/ воды. Смесь обычной и дейтериевой воды разделяют ректификацией в РК, а смесь обычной и тритиевой воды ректификацией в дополнительной РК, т.е. достигается цель изобретения.

На чертеже схематически показана установка очистки ФБС в продольном разрезе.

Установка очистки ФБС включает сборник 1, сообщенный с метантенком 2 из камер 3 – кислого, 4 – нейтрального, 5 – щелочного, 6 – метанового брожения, снабженных диспергаторами 7, в виде взаимодействующих через кольцевой канал 8 уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора 9 и корпуса 10, причем метантенк 2 по бражке и по биогазу через нагнетатель 11 биогаза сообщен с хлореллогенератором 12, который по метану сообщен со сборником 13, а по биомассе хлореллы и серобактерий – с ЦМФ и ДД 15, с патрубком 16 ввода биомассы, патрубком 17 отвода дезинтеграта, и патрубком 18 отвода смеси обычной /H₂O/ и дейтериевой /D₂O/ воды, сообщенным через гидравлический затвор 19 с РК 20, выполненной с ППП 21, образующими секции 22, сообщенные друг с другом переливными трубами 23, с размещенной на ППП 21 насадкой 24 в виде полых стеклянных шариков, а под ППП 21 прикреплены пучки 25 стекловолокон, причем верхняя секция 22 по пару сообщена с дефлегматором 26, а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 27 – с РК 20, а нижняя секция 22 сообщена с теплообменником 28, причем РК 20 установлена на упругих опорах 29 и снабжена вибратором 30, причем РК 20 по тяжелой воде сообщена с контуром 31 циркуляции реактора 32 типа РБМК, с сепаратором 33 пара и циркуляционным насосом 34. Контур 31 циркуляции реактора 32 типа РБМК сообщен с дополнительной РК 35, конструктивно повторяющей вышеописанную РК 20, причем дополнительная РК 35 сообщена со сборником 36 товарной тритиевой /T₂O/ воды. Патрубок 17 ДД 15 по дезинтеграту сообщен с хлорреллогенератором 12, а по избыточной биомассе – с сушилкой 37 БВД.

Установка очистки ФБС на АЭС с реакторами типа РБМК работает следующим образом.

ФБС из сборника 1 поступают в метантенк 2, в котором при температуре 53^oC происходит анаэробная деградация жиро-, белково-, углеводоподобных компонентов ФБС, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки и температурная стабилизация осуществляется за счет пульсации скоростного и статического напоров в кольцевом канале 6 между ротором 9 и корпусом 10. За счет срезающих усилий уступчатых цилиндрических поверхностей происходит измельчение взвесей ФБС и разрушение газопаровых оболочек на их поверхностях, устраняющих флотацию взвесей в верхнюю часть – газовую полость метантенка 2, занимающую 1/5 часть его объема. Концентрация метана в биогазе не превышает 75-80%, что недостаточно для использования биогаза в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания /ДВС/ автотранспорта. Для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода биогаз обрабатывают хлореллой и серобактериями в хлореллогенераторе 12 с подачей нагнетателем 11 и на выходе их хлореллогенератора 12 в сборнике 13 получают чистый метан /CH₄/. Углеводородное топливо по калорийности характеризуется отношением H:C и у метана оно равно 4, для сравнения у бензина этот показатель равен 2,2, у дизтоплива – 1,8, а угля – 1. Очистка ФБС сочетается с выработкой горючего для ДВС автотранспорта, причем перевод ДВС автотранспорта с бензина на метан сокращает на 10-20% расход горючего, на 15% – смазочных материалов, в 2 раза возростает межремонтный ресурс ДВС, выхлоп становится экологически чистым, т.е. устраняется явление “смога” в крупных городах-мегаполисах. Хлорелла и серобактерии в условиях фотосинтеза в хлореллогенераторе 2 накапливают в своем организме тяжелую /D₂O/ воду в концентрациях 0,4-0,6%, причем селекцией есть возможность повышения коэффициента накопления тяжелой воды. Хлореллу и серобактерии отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 14. Биомассу вводят через патрубок 16 в ДД 15 и разрушают оболочки клеток микрофлоры с освобождением воды, которая составляет 80-85% массы. Плотность тяжелой воды на 10% превышает плотность протиевой и она перемещается в направлении патрубка 18, а выходу в противоположном направлении препятствует вязкость тяжелой воды, которая выше на 23% вязкости обычной воды. Смесь тяжелой и обычной воды через гидравлический затвор 19 поступает в РК 20. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC, т.е. у нее хуже способность к испарению и лучше к конденсации. Частичными испарениями обычной воды и конденсациями тяжелой воды, многократно повторяемых в секциях 22 вверху РК 20, получают пары обычной воды, а внизу – конденсат тяжелой. Пары поднимаются вверх через перфорацию ППП 21 и насадку 24, выполнение последней из полых стеклянных шариков препятствует биобрастанию насадки в процессе эксплуатации. Конденсат перемещается вниз по переливным трубам 23. Для снижения количества секций 22, а соответственно высоты РК 20, она установлена на упругие опоры 29 и снабжена вибратором 30, а также пучками 25 стекловолокон. Из теплообменника 28 D₂O отводят в контур 31 циркуляции реактора 32 типа РБМК, в котором за счет активации дейтерия он переводится в тритий. Смесь обычной и тритиевой воды в количествах 1-5% от объема циркулирующей отводят в дополнительную РК 35. Тритиевая вода кипит при температуре 104^oC и ее отделяют от обычной и отводят в сборник 36 для использования в теплоэлектрогенераторах /ТЭГ/ в населенных пунктах районов Крайнего Севера. 1 кг трития эквивалентен завозу в эти районы 10000 т угля. При использовании тритиевой воды в ТЭГ вырабатывается электроэнергия, что исключает завоз в эти районы дизтоплива. Экологическая опасность ТЭГ и РБМК относятся как 1:1000.

Формула изобретения

Установка очистки фекально-бытовых стоков, включающая сборник фекально-бытовых стоков, сообщенный с метантенком из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза сообщен с хлореллогенератором, который по метану сообщен со сборником, а по биомассе хлореллы и серобактерий с центробежным микрофильтром и динамическим дезинтегратором с патрубком ввода биомассы, патрубком отвода дезинтеграта и патрубком отвода смеси обычной (H₂O) и дейтериевой (Д₂О) воды, отличающаяся тем, что патрубок отвода смеси обычной и дейтериевой воды сообщен через гидравлический затвор с ректификационной колонной, выполненной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, с размещенной на каждой поперечной перфорированной перегородке насадкой в виде полых стеклянных шариков, под каждой поперечной перфорированной перегородкой прикреплены пучки стекловолокон, причем верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором, а по флегме (конденсату) через гидравлический затвор с ректификационной колонной, при этом нижняя секция сообщена с теплообменником, а ректификационная колонна установлена на упругих опорах и снабжена вибратором, причем ректификационная колонна по тяжелой воде сообщена с контуром циркуляции реактора типа реактора большой мощности канального с сепаратором пара и циркуляционным насосом, а контур циркуляции реактора сообщен с дополнительной ректификационной колонной и сборником товарной тритиевой (Т₂O) воды.

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: 13.04.2004

Извещение опубликовано: 10.01.2005 БИ: 01/2005