Дезинтегратор ассоциатов

 

Изобретение относится к технике дезинтеграции молекул дейтериевой и протиевой воды и может быть использовано при очистке сточных вод с выработкой биоудобрений, белково-витаминной добавки в корм скоту и птице, биогаза и дейтерия для термоядерных реакторов. Дезинтегратор содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, установленный по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через жидкостное кольцо с отверстиями корпуса, которые выполнены в концентрично установленных перфорированных кольцах. Полость между последним перфорированным кольцом и корпусом сообщена патрубком со сборником ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды. Названный сборник связан со следующими ступенями дезинтегратора. Сборник последней ступени дезинтегратора соединен с приемной камерой установки электролиза, имеющей катодную и анодную секции, сообщенные, соответственно, со сборником кислорода и сборником дейтерия. Входной патрубок первой ступени дезинтегратора сообщен с центробежным микрофильтром и биофильтром. Приемная секция биофильтра соединена с камерами метанового, щелочного, нейтрального и кислого брожения биореактора. Камера метанового брожения связана с газосборником и через него с газовой турбиной привода генератора постоянного тока. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы дезинтегратора при утилизации стоков. 2 ил.

Изобретение относится к области дезинтеграции молекул дейтериевой /Д₂O/ и протиевой /H₂O/ воды при очистке стоков АЭС, ТЭЦ, населенных пунктов с выработкой биоудобрений, белково-витаминной добавки /БВД/, биогаза и дейтерия /Д₂/ для термоядерных реакторов.

Известен дезинтегратор, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, установленные по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через жидкостное кольцо с отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1995/, недостатком которого является низкая степень дезинтегрирования ассоциатов молекул воды, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы при утилизации стоков достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в последовательно и концентрично установленных перфорированных кольцах, размер отверстий которых превышает размер капилляра, причем оси отверстий колец смещены относительно друг друга с образованием полостей, изолированных от входного и выходного патрубков, а полость между последним кольцом и корпусом сообщена патрубком со сборником ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды, а сборник в свою очередь сообщен со следующими ступенями дезинтегратора и сборников, а сборник последней ступени дезинтегратора сообщен с приемной камерой установки электролиза, включающей разобщенные полупроницаемой перегородкой анодную и катодную секцию, каждая из которых, соответственно, сообщена со сборниками кислорода и дейтерия, а входной патрубок первой ступени дезинтегратора по биомассе аэробов - с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой и биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, выполненный с провальными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, а на ППП размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка /АЗИН/, а секции сообщены с нагнетателями воздуха, а приемная секция биофильтра по бражке сообщена с камерой метанового брожения биореактора и с размещенными в нем камерами: щелочного, нейтрального, кислого брожения, каждая камера выполнена с патрубками, сообщенными друг с другом диспергаторами, включающими корпус с ребристой внутренней цилиндрической поверхностью, взаимодействующей с ребристой цилиндрической поверхностью ротора, а камера метанового брожения по биогазу сообщена с газосборником и через него с газовой турбиной привода генератора постоянного тока, а по выхлопу газовой турбины она сообщена со сборником коммунально-бытовых стоков объекта.

Микроорганизмы-аэробы имеют коэффициент накопления K_н = 10⁷-10⁹ по тяжелой /дейтериевой/ воде, концентрация ее в микроорганизмах составляет 0,4-0,6% от массы. Разрушая оболочки микроорганизмов, освобождая содержимое клеток микроорганизмов, получаем ассоциаты протиевой и дейтериевой воды, которая имеет плотность на 10%, а вязкость на 23% превышающие эти показатели для протиевой воды. Температура кипения дейтериевой воды 101,42^oC, а соответственно она меньше испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с протиевой водой. Данные обстоятельства позволяют дезинтегрировать ассоциаты молекул дейтериевой и протиевой воды в поле центробежных сил.

На фиг. 1 схематически представлена установка очистки коммунально-бытовых стоков с применением дезинтегратора; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Дезинтегратор ассоциатов молекул воды содержит цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, установленный по оси корпуса 1 цилиндрический ротор 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через жидкостное кольцо 6 с отверстиями корпуса 1. Отверстия 7 корпуса 1 выполнены в последовательно и концентрично установленных перфорированных кольцах 8, размер отверстий 7 превышает размер капилляра, причем отверстия 7 своими осями смещены относительно друг друга с образованием полостей 9 и 10, изолированных от входного 2 и выходного 3 патрубков, а полость 10 между последним кольцом 9 и корпусом 1 сообщена патрубком 11 - со сборником 12 ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды, а сборник 12 в свою очередь сообщен со следующими ступенями дезинтеграторов 13 и 14 и сборников 15 и 16, а сборник 16 последней ступени дезинтегратора 14 сообщен с приемной камерой 17 установки электролиза 18, включающей разобщенные полупроницаемой перегородкой 19 анодную 20 и катодную 21 секции, каждая из которых, соответственно, сообщена со сборником 22 кислорода и сборником 23 дейтерия, а входной патрубок 2 первой ступени дезинтегратора по биомассе сообщен с центробежным микрофильтром 24 с нежесткой фильтровальной перегородкой 25 и биофильтром 26, включающим корпус 27 с технологическими патрубками 28 и 29, выполненный с ППП 30, образующими секции 31, а на ППП 30 размещена АЗИН 32, а секции 31 сообщены с нагнетателем воздуха 33, а приемная секция 31 биофильтра 26 по бражке сообщена с камерой 34 метанового брожения биореактора 35, с размещенными в нем камерами: 36 - щелочного, 37 - нейтрального, 38 - кислого брожения, каждая камера 34, 36-38 выполнена с патрубками 39 и 40, сообщенными друг с другом диспергаторами 41, включающими корпус 42 с ребристой внутренней поверхностью, взаимодействующей с ребристой цилиндрической поверхностью ротора 43, а камера метанового брожения 34 по биогазу сообщена с газосборником 44, а через него с газовой турбиной 45 привода генератора постоянного тока 46, а по выхлопу газовой турбины 45 она сообщена со сборником коммунально-бытовых стоков 47 объекта. Камера 34 метанового брожения по шламу сообщена с ленточным пресс-фильтром 48.

Дезинтегратор ассоциатов молекул воды в установке очистки коммунально-бытовых стоков работает следующим образом.

В сборнике 47 коммунально-бытовые стоки освобождают от минеральных включений /песок, металл, кости и т.д./ и подогревают теплом выхлопа газовой турбины 45 с использованием компонентов выхлопа /водяной пар, углекислый газ/ в биореакторе 35. Стоки последовательно сбраживают в камерах 38, 37, 36, 34. В каждой камере субстрат со взвешенными в ней взвесями забирают через патрубок 39 в верхней части и выбрасывают после обработки в диспергаторе 41 через патрубок 40 в нижней части. При обработке в диспергаторах 41 взвеси измельчают между ребристыми поверхностями корпуса 42 и ротора 43. При обработке происходит обновление поверхностей контакта, и биогенные элементы питания становятся доступными для усвоения кислотогенами, ацетогенами, ацетогидрогенами, метаногенами и другими популяциями анаэробов. Бражка из камеры 34 поступает в биофильтр 26, в котором на растворенных примесях выращивают биомассу аэробов в виде биопленки на АЗИН 32 /кокс, вспученный перлит, керамзит, пемза, модифицированный цеолит/, за счет иммобилизации /прилипания/на АЗИН 32 происходит развитие микроорганизмов, адаптированных к изменению растворенных примесей по высоте биофильтра 26, т.е. АВТОСЕЛЕКЦИЯ. Одновременно аэробы приспосабливаются к использованию продуктов жизнедеятельности /метаболитов/ вышележащих микроорганизмов в качестве источников питания нижележащими - СУКЦЕССИЯ. Перемещение бражки от патрубка 28 к патрубку 29 происходит за счет провала, когда сила тяжести слоя бражки превышает напор, создаваемый нагнетателем 33. На нижней секции 31 освобожденная от растворенных примесей вода с фрагментами биопленки аэробов поступает в микрофильтр 24, в котором в поле центробежных сил на нежесткой фильтровальной перегородке 25 происходит отделение аэробов, и они поступают во входящий патрубок 2 корпуса 1 дезинтегратора первой ступени. При вращении ротора 4 вода из впадин 5 выбрасывается в виде жидкостного поршня, при перемещении которого между днищем отверстия 5 и жидкостным поршнем возникает разрежение и в жидкостном поршне появляются пузырьки пара, попадая в кольцевую щель 6, скоростной напор жидкостного поршня переходит в статический. Пузырьки пара конденсируются. Объем конденсата меньше объема пара, из которого он образовался, и в жидкостной щели 6 появляются пустоты, которые заполняются гидравлическими ударами жидкостных поршней, выбрасываемых из отверстий 5 ротора 4. Центрами конденсации являются аэробы, и оболочки их разрушаются с освобождением внутриклеточной жидкости, том числе тяжелой воды, накопленной ими в биофильтре 26. Под действием гидравлических ударов дейтериевая вода, имеющая плотность, на 10% превышающую плотность протиевой, проходит через отверстия 9 перфорированных колец 8 первоначально в полость 9, а из нее в полость 10. Выходу дейтериевой воды препятствует вязкость, превышающая вязкость протиевой воды на 23%. Следовательно, с дезинтеграцией аэробов происходит дезинтеграция ассоциатов молекул воды. При конденсации выделяется тепло, которое вызывает испарение воды. Дейтериевая вода имеет температуру кипения 101,42^oC, и она испаряется хуже протиевой, с учетом ее более интенсивной конденсации происходит тепловая дезинтеграция ассоциатов молекул воды, дополняющая механическую. При перемещении воды от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 происходит пульсация напоров: скоростной переходит в статический, статический в скоростной, что повторяется многократно. Часть энергии пульсации напоров переходит в тепловую, вызывая нагрев воды, соответствующие испарения и конденсации воды, т.е. дополняющие пузырьковую дезинтеграцию ассоциатов. При дезинтеграции аэробов освобождаются физиологически активные компоненты /нуклеиновые кислоты, ферменты, микроэлементы, витамины/, которые из выходного патрубка 3 поступают в биофильтр 26 и являются биостимуляторами накопления дейтериевой воды в биопленке АЗИН 32 в секциях 31. Вода, обогащенная дейтериевой водой, отводится из полости 10 по патрубку 11 в сборник 12. Концентрация дейтериевой воды в сборнике 12 составляет 0,4-0,6%. Последующей дезинтеграцией ассоциатов молекул воды в дезинтеграторах 13, 14 и т. д. концентрация дейтериевой воды в смеси доводится до 90-95%. Дейтериевая вода из сборника 16 поступает в приемную камеру 17 установки электролиза 18. В катодной секции 21 выделяется дейтерий, собираемый в сборнике 23, а в анодной 20 - кислород, отводимый в сборник 22. Для предупреждения смешивания кислой среды в анодной секции 20 со щелочной средой в катодной секции 21 служит полупроницаемая перегородка 19. Щелочная среда из катодной секции 21 отводится в камеру щелочного брожения 36 биореактора 35, способствуя повышению жизнедеятельности метаногенов в камере 34 метанового брожения, шлам из которой отводят в ленточный пресс-фильтр 48 для последующего использования в качестве биоудобрения, лишенного запаха - запаха земли.

Применение дейтерия в качестве источника энергии в термоядерных реакторах устраняет появление жидких радиоактивных отходов /ЖРО/, твердых радиоактивных отходов /ТРО/, необходимость их утилизации и захоронения.

АЭС и атомные ТЭЦ решают проблему утилизации коммунальных бытовых стоков, обеспечения населенных пунктов теплом и электроэнергией. Устраняется необходимость завоза твердого топлива. 1 кг дейтерия по энергетическому эквиваленту заменяет 10000 т угля. Одновременно на выходе из микрофильтра 24 получают воду питьевых кондиций.

Формула изобретения

Дезинтегратор ассоциатов, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, установленный по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через жидкостное кольцо с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что отверстия корпуса выполнены в последовательно и концентрично установленных перфорированных кольцах, размер отверстий которых превышает размер капилляра, причем отверстия своими осями смещены относительно друг друга с образованием полостей, изолированных от входного и выходного патрубков, а полость между последним перфорированным кольцом и корпусом сообщена патрубком со сборником ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды, при этом сборник ассоциатов, в свою очередь, сообщен со следующими ступенями дезинтегратора и сборников, сборник последней ступени дезинтегратора сообщен с приемной камерой установки электролиза, включающей разобщенные полупроницаемой перегородкой анодную и катодную секции, каждая из которых сообщена, соответственно, со сборником кислорода и сборником дейтерия, а входной патрубок первой ступени дезинтегратора по биомассе сообщен с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой и биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, выполненный с провальными перфорированными перегородками, образующими секции, причем на провальных перфорированных перегородках размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка, секции сообщены с нагнетателем воздуха, а приемная секция биофильтра по бражке сообщена с камерой метанового брожения биореактора и с размещенными в нем камерами: щелочного, нейтрального, кислого брожения, при этом каждая камера выполнена с патрубками, сообщенными друг с другом диспергатором, включающим корпус с ребристой внутренней поверхностью, взаимодействующей с ребристой цилиндрической поверхностью ротора, камера метанового брожения по биогазу сообщена с газосборником и через него с газовой турбиной привода генератора постоянного тока, а по выхлопу газовой турбины она сообщена со сборником коммунально-бытовых стоков объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2