Установка биодезактивации

 

Использование: изобретение относится к биологической безреагентной дезактивации малоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с переводом в твердые (ТРО) и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях, базах атомного надводного и подводного флота, исследовательских реакторах. Cущность: в корпусе хлореллогенератора со светопроницаемыми стенками и светопроницаемой спиральной перегородкой при облучении от дневного света и от светильников в ночное время выращивают хлореллу, которая адсорбирует радионуклиды из ЖРО, поступающих из сборника. Светопроницаемая спиральная перегородка установлена с витками, направленными справа вниз налево, что соответствует максимальной освещенности и соответственно максимальному фотосинтезу. Биомассу хлореллы отделяют в микрофильтре, часть хлореллы рециркулируют, а избыточную подвергают пиролизу с образованием ТРО. Одновременно в установке вырабатывают из фекально-бытовых стоков и твердых бытовых отходов метан, что оздоравливает экологическую обстановку вокруг объекта. 1 ил.

Изобретение относится к биологической безреагентной дезактивации малоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с переводом в твердые (ТРО) и может быть использовано на атомных тепловых и электрических станциях, базах атомного надводного и подводного флота, исследовательских реакторах.

Известна установка биообработки отходов, содержащая сборники жидких и твердых отходов через диспергатор и теплообменник, сообщенных с камерами кислого, регрессии кислого, нейтрального, щелочного брожения, выполненных с перемешивающими устройствами и снабженных абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН), причем камера щелочного брожения по биогазу и бражке сообщена с камерой метанового брожения, выполненной с перфорированными перегородками, образующими секции, снабженные абразивной иммобилизационной насадкой (АЗИН), при этом внизу камера метанового брожения сообщена с дуговым отделителем АЗИН, а по послеброжевому остатку (ПБО) с микрофильтром отделения биомассы и по биомассе с дезинтегратором, и по дезинтегратору с верхней частью камеры метанового брожения, которая по биометану через конденсатор сообщена с газовой турбиной привода электрогенератора ( У.Э.Виестур, А.М.Кузнецов, В. В.Савенков, Системы ферментации, Рига, 1986, с. 18 19, рис. 2.1, 2.2, 2.3), недостатком которой является отсутствие использования послеброжевого остатка, что снижает эффективность работы установки.

Цель изобретения повышение эффективности работы установки, достигается тем, что микрофильтр камеры метанового брожения по послеброжевому остатку (ПБО) сообщен с камерой хлореллогенератора, выполненной со светопроницаемыми стенками и светопроницаемыми спиральными перегородками, направленными справа вниз налево, взаимодействующими с источниками дневного света и светильниками, причем камера хлореллогенератора сообщена с хранилищем ЖРО, а внизу камера сообщена с микрофильтром отделения хлореллы и подачи ее в верхнюю часть камеры хлореллогенератора, а по избыточной хлорелле микрофильтр сообщен с пиролизной камерой, содержащей верхнюю сушильную и нижнюю пиролизную ветви, под перфорированным днищем которой размещена топка, сообщенная по биометану с камерой метанового брожения, при этом камера пиролиза по коксу сообщена с контейнером ТРО, а по газо-паровым продуктам пиролиза сообщена с нижней частью камеры хлореллогенератора, которая одновременно сообщена по выхлопу с газовой турбиной привода электрогенератора.

ЖРО не угнетают жизнедеятельности хлореллы, а вызывают бурное размножение и накопление биомассы. Одновременно хлорелла сорбирует радионуклиды ЖРО, причем коэффициенты накопления превышают в тысячи раз концентрацию радионуклидов в ЖРО и максимум накопления наступает в первые 5 мин контакта ЖРО с хлореллой, которая использует биогенные элементы питания ПБО и физиологически активные вещества дезинтегратора. Размещение светопроницаемых перегородок по спирали справа вниз налево обеспечивает максимум использования дневного света для фотосинтеза биомассы хлореллы. Выхлоп газовой турбины состоит из водяных паров и диоксида углерода, которые утилизируются в хлореллогенераторе, а также утилизируются паро-газовые продукты пиролиза, что повышает эффективность работы установки биодезактивации.

На чертеже схематически представлена установка биодезактивации, содержащая сборники 1 жидких и 2 твердых отходов через диспергатор 3 и теплообменник 4, сообщенных с камерами 5 кислого, 6 регрессии кислого, 7 нейтрального, 8 щелочного брожения, выполненных с перемешивающими устройствами 9 и снабженных абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН) 10, причем камера 8 щелочного брожения по биогазу и бражке сообщена с камерой 11 метанового брожения, выполненной с перегородками 12, образующими секции 13, снабженные абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН) 14, при этом внизу камера 11 метанового брожения сообщена с дуговым отделителем 15 АЗИН 14, а по послеброжевому остатку (ПБО) с микрофильтром 16 отделения биомассы и по биомассе с дезинтегратором 17, и по дезинтегратору с верхней частью камеры 11 метанового брожения, которая по биометану через конденсатор 18 сообщена с газовой турбиной 19 привода электрогенератора. Микрофильтр 16 камеры 11 метанового брожения по послеброжевому остатку (ПБО) сообщен с камерой 20 хлореллогенератора, выполненной со светопроницаемыми стенками 21 и светопроницаемыми перегородками 22, направленными справа вниз налево, взаимодействующими с источниками дневного света и светильниками 23, причем камера 20 хлореллогенератора сообщена с хранилищем 24 ЖРО, а внизу камера 20 сообщена с микрофильтром 25 отделения хлореллы и подачи ее в верхнюю часть камеры 20 хлореллогенератора, а по избыточной хлорелле микрофильтр 25 сообщен с пиролизной камерой 26, содержащей верхнюю 27 сушильную и нижнюю 28 пиролизную ветви, под перфорированным днищем 29 размещена топка 30, сообщенная по биометану с камерой 11 метанового брожения, при этом камера 26 пиролиза по коксу сообщена с контейнером 31 ТРО, а по газо-паровым продуктам пиролиза сообщена с нижней частью камеры 20 хлореллогенератора, которая одновременно сообщена по выхлопу с газовой турбиной 19 привода электрогенератора.

Установка биодезактивации малоактивных ЖРО работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки (ФБС) объекта поступают в сборник 1, в котором освобождаются при перемешивании от минеральных примесей, твердые бытовые отходы (ТБО) объекта (макулатура, тряпье, кухонные отходы) поступают в сборник 2, в котором при перемешивании разводятся водой. Взвеси ФБС и ТБО измельчают в центробежном диспергаторе 3 до размеров, сопоставимых с размерами микроорганизмов, причем устанавливают соотношение между углеродом, азотом и фосфором в пределах 100 5 1, а концентрация взвесей не должна превышать 1 3% Субстрат в теплообменнике 4 нагревают до температуры 36 38^oC и подают на последующее сбраживание в камерах 5 8 в присутствии АЗИН 10 ( вспученный перлит, керамзит, модифицированный цеолит и т.д). Недоброд из камеры 8 щелочного брожения перемещают в камеру 7 нейтрального, в котором за счет гидрокарбоната аммония и гидрата окиси аммония снижается кислотность бражки. Бражка из камеры 8 щелочного брожения поступает в верхнюю часть, а биогаз в нижнюю часть камеры 11 метанового брожения. Бражка проваливается через перфорированную спиральную перегородку 12, уклон которой порядка 1 - 3^o и взаимодействует с АЗИН 14, которая перемещается сверху вниз по поверхности перегородки 12. При взаимодействии бражки и биогаза, диоксид последнего восстанавливается до метана метаногенами. Бражку с АЗИН 14 отводят в дуговой отделитель 15, в которой отделяют АЗИН 14 и возвращают на вход камеры 11 метанового брожения. Бражку со старыми и мертвыми клетками метаногенов направляют в микрофильтр 16 для отделения биомассы. Оболочки метаногенов биомассы разрушают в центробежном дезинтеграторе 17 гидродинамическим, кавитационным и тепловым воздействием с освобождением физиологически активных веществ, причем дезинтеграт возвращают на вход в камеру 11 метанового брожения. Ферменты дезинтеграта в дополнение к ферментам молодых клеток метаногенов обеспечивают ферментное разложение воды на водород и кислород (ферментолиз). Водород является катализатором восстановления диоксида углерода биогаза в метан, а кислород окисляет примеси в том числе сероводород до элементарной серы микроэлемента питания метаногенов. В результате ферментолиза биогаз превращается в биометан, который освобождается от водяных паров в конденсаторе 18 и сжигается в газовой турбине 19 привода электрогенератора, обеспечивающей электроэнергией установку. Послеброжевой остаток (ПБО) из микрофильтра 16 поступает в камеру 20 хлореллогенератора. ПБО содержит остаточные биогенные элементы питания (углерод, азот, фосфор и остаточные физиологически активные вещества дезинтегратора) и используют его для выращивания хлореллы на светопроницаемых перегородках 22 с фотосинтезом биомассы при облучении дневным светом и от светильников 23 в ночное время. Светопроницаемые перегородки 22 выполнены спиральными с размещением спирали справа вниз налево, что соответствует максимальной освещенности, принятой растительностью (элемент бионики). Хлорелла использует диоксид углерода выхлопа газовой турбины 19 и продукты сгорания из пиролизной камеры 26. ПБО направляют в микрофильтр 25 для отделения хлореллы, которую рециркулируют, смешивают с ЖРО из сборника 24. Поверхность хлореллы адсорбирует радионуклиды из ЖРО, причем коэффициент накопления составляет 10⁷ 10⁸, которые наступают в первые 5 мин входа хлореллы в контакт с ЖРО, т.е. высокая степень извлечения при соответственно сжатых сроках. Избыточную биомассу хлореллы из микрофильтра 25 сушат на ветви 27 камеры 26 пиролиза и сухой остаток подвергают сухой перегонке в зазоре между ветвью 28 и перфорированным днищем 29 топки 30, в которой сжигают биометан. Продукты пиролиза в виде кокса хлореллы поступают в контейнер 31 ТРО для последующей утилизации, например, выработки радиоизотопов.

Установка позволяет в тысячи раз уменьшить массу радиоактивных отходов, причем одновременно перерабатываются фекально-бытовые стоки и твердые бытовые отходы, что способствует оздоровлению экологической обстановки вокруг объекта.

Формула изобретения

Установка биодезактивации, содержащая сборники жидких и твердых отходов, через диспергатор и теплообменник сообщенные с камерами кислого, регрессии кислого, нейтрального, щелочного брожения, выполненными с перемешивающими устройствами и снабженными абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН), причем камера щелочного брожения по биогазу и бражке сообщена с камерой метанового брожения, выполненной с перфорированными перегородками, образующими секции, снабженные АЗИН, при этом внизу камера метанового брожения сообщена с дуговым отделителем АЗИН, а по послеброжевому остатку (ПБО) с микрофильтром отделения биомассы и по биомассе с дезинтегратором, и по дезинтеграту с верхней частью камеры метанового брожения, которая по биометану через конденсатор сообщена с газовой турбиной привода электрогенератора, отличающаяся тем, что микрофильтр камеры метанового брожения по ПБО сообщен с камерой хлореллогенератора, выполненной со светопроницаемыми стенками и светопроницаемыми спиральными перегородками, направленными справа вниз налево, взаимодействующими с источниками дневного света и светильниками, причем камера хлореллогенератора сообщена с хранилищем жидких радиоактивных отходов, а внизу камера сообщена с микрофильтром отделения хлореллы и подачи ее в верхнюю часть камеры хлореллогенератора, а по избыточной хлорелле микрофильтр сообщен с пиролизной камерой, содержащей верхнюю сушильную и нижнюю пиролизную ветви, под перфорированным днищем которой размещена топка, сообщенная по биометану с камерой метанового брожения, при этом камера пиролиза по коксу сообщена с контейнером твердых радиоактивных отходов, а по газопаровым продуктам пиролиза сообщена с нижней частью камеры хлореллогенератора, которая одновременно сообщена по выхлопу с газовой турбиной привода электрогенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1