Установка очистки стоков

 

Изобретение относится к биологической обработке сточных вод и предназначено для очистки стоков атомной электростанции с дезактивацией ее оборудования и выработкой тритиевой воды. Установка содержит сборник, сообщенный с хранилищем метанола и метантенком, камеры которого снабжены диспергаторами, и камера метанового брожения по биогазу через нагнетатель связана с хлореллогенератором, который в верхней части снабжен оросителем бражки из метантенка, по метану сообщен со сборником, а в нижней части сообщен с центробежным микрофильтром и по биомассе хлореллы и серобактерий - с динамическим дезинтегратором. Сборник соединен с ректификационной колонной с разделяющими ее на секции поперечными перфорированными перегородками, на которых размещена иммобилизационная насадка и под которыми - пучки стекловолокон. Секции колонны соединены одна с другой переливными трубами, а нижняя секция сообщена с теплообменником и по тяжелой воде с оросителем дезактиватора, в котором на ложном днище, сообщенном с нагнетателем воздуха, на упругих опорах стенда, снабженного вибратором, установлен объект дезактивации с размещенной на его поверхности иммобилизационной сеткой. Дезактиватор связан по среде дезактивации - воде с центробежным микрофильтром и с входным патрубком динамического дезактиватора, выходной патрубок которого по дезинтегратору сообщен с оросителем дезактиватора, а патрубок отвода смеси которого - со сборником и через гидравлический затвор с дополнительной ректификационной колонной. Изобретение обеспечивает повышение эффективности в работе установки очистки стоков за счет выработки дополнительной продукции - тритиевой воды и дезактивации оборудования атомной электростанции. 1 ил.

Изобретение относится к очистке стоков на АЭС с микробной биологической дезактивацией оборудования атомной станции с наработкой трития в виде тритиевой воды для теплоэлектрогенераторов /ТЭГ/ для районов Крайнего Севера.

Известна установка очистки стоков, включающая сборник, сообщенный с метантенком, состоящим из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал своими рифлеными поверхностями ротора и корпуса, причем камера метанового брожения по биогазу через нагнетатель сообщена с хлореллогенератором с плоской спиралью, снабженной приводом, с размещенными с внешней стороны светопроницаемых стенок корпуса светильниками, причем корпус в верхней части снабжен оросителем бражки из метантенка и по метану сообщен со сборником, а в нижней части сообщена с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с динамическим дезинтегратором /ДД/, состоящим из корпуса с патрубком входа и патрубком выхода для кольцевого канала между корпусом и ротором, выполненным с глухими отверстиями, взаимодействующими с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубка входа и выхода и сообщенную патрубком со сборником смеси обычной /H₂O/ и тяжелой /D₂O/ воды /с. 18-19, рис. 2.1, 2.3, книги У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В.В. Савенков, Системы ферментации, Рига, "Зинатне", 1986/, в которой отсутствуют условия выработки дополнительной товарной продукции в виде тритиевой воды /T₂O/ и дезактивации оборудования АЭС, что снижает эффективность ее работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы установки - достигается тем, что сборник смеси обычной и тяжелой воды сообщен с ректификационной колонной /PK/ с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, размещенной на ППП иммобилизационной насадкой и пучками стекловолокон под ППП, которые образуют секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем нижняя секция РК сообщена с теплообменником и по тяжелой воде - с оросителем дезактиватора, в котором на ложном днище, сообщенном с нагнетателем воздуха, на упругих опорах стенда, снабженного вибратором, установлен объект дезактивации, а по среде дезактивации - обычной воде дезактиватор сообщен через центробежный микрофильтр /ЦМФ/ с патрубком входа ДД, патрубок выхода ДД сообщен по дезинтеграту с оросителем дезактиватора, а патрубок отвода смеси обычной и тритиевой воды сообщен со сборником и через гидравлический затвор с дополнительной РК, конструктивно повторяющей вышеприведенную, теплообменник дополнительной РК сообщен со сборником товарной тритиевой воды, а дополнительный ЦМФ через ленточный пресс-фильтр /ЛПФ/ сообщен с камерой пиролиза и контейнером твердых радиоактивных отходов /ТРО/.

Обоснование достижения цели изобретения приведено при описании работы установки, представленной на чертеже схематически в виде продольного разреза.

Установка очистки стоков включает сборник 1 стоков, сообщенный с хранилищем 2 метанола и метантенком 3, состоящим из камер: 4 - кислого, 5 - нейтрального, 6 - щелочного брожения, сообщенной с питателем 7 гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония, 8 - метанового брожения, снабженных диспергаторами 9 в виде взаимодействующих через кольцевой канал 10 своими рифлеными внутренними поверхностями ротора 11 и корпуса 12, причем камера 8 метанового брожения по биогазу через нагнетатель 13 сообщена с хлореллогенератором 14 с плоской спиралью 15, снабженной приводом 16, с размещенными с внешней стороны светопроницаемых стенок корпуса 17 светильниками 18, причем корпус 17 в верхней части снабжен оросителем 19 бражки из метантенка 3 и по метану сообщен со сборником 20, а в нижней части сообщен с ЦМФ 21 и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с ДД 22, состоящим из корпуса 23 с патрубком 24 входа и патрубком 25 выхода для кольцевого канала 26 между корпусом 27 и ротором 28, выполненным с глухими отверстиями 29, взаимодействующими с отверстиями 30 перфорированного кольца 31, образующего с корпусом 23 полость 32, изолированную от патрубков входа 24 и выхода 25 и сообщенную патрубком 33 со сборником 34 смеси обычной и тяжелой воды, который сообщен с РК 35 с ППП 36, размещенной на ППП 36 иммобилизационной насадкой 37 и пучками стекловолокон 38 под ППП 36, которые образуют секции 39, сообщенные друг с другом переливными трубами 40, причем нижняя секция 39 сообщена с теплообменником 41 и по тяжелой воде - с оросителем 42 дезактиватора 43, в котором на ложном днище 44, сообщенном с нагнетателем 45 воздуха, на упругих опорах 46 стенда 47, снабженного вибратором 48, установлен объект 49 дезактивации с размещенной на его поверхности иммобилизационной сеткой 50, по среде дезактивации 51 - обычной воде дезактиватор 43 сообщен с ЦМФ 52 и с патрубком 53 входа ДД 54, патрубок 55 ДД 54 выхода по дезинтеграту сообщен с оросителем 42 дезактиватора 43, патрубок 56 ДД 54 отвода смеси обычной и тритиевой воды сообщен со сборником 57 и через гидравлический затвор 58 с дополнительной РК 59, конструктивно повторяющей вышеприведенную РК 35, теплообменник 60 дополнительной РК 59 сообщен со сборником 61 товарной тритиевой воды, а дополнительный ЦМФ 52 через ЛПФ 62 сообщен с камерой 63 пиролиза и контейнером 64 ТРО. РК 35 и дополнительная РК 59 снабжены дефлегматорами 65, сообщенными через гидравлические затворы 66, соответственно, с РК 35 и РК 59.

Установка очистки стоков с дезактивацией объектов АЭС и наработкой товарной тритиевой воды работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки АЭС поступают в сборник 1, в котором их корректируют по углероду за счет ввода метанола из хранилища 2 и последовательно сбраживают в камерах 4-8 метантенка 3 при температуре 53^oC, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки, термостатирование осуществляется за счет пульсации скоростных и статических напоров в кольцевом канале 10 диспергаторов 9. За счет рифлений внутренних поверхностей ротора 11 и корпуса 12 происходит разрушение частиц взвесей с одновременным разрушением газопаровых оболочек на поверхностях взвесей, устраняющих их флотирование. За счет срезающих усилий рифлений происходит частичное разрушение оболочек клеток микрофлоры, содержащей до 45% углерода, 11% азота, 5% фосфора, т.е. обогащение бражки биогенными элементами питания. Для повышения щелочности среды в камеру 6 щелочного брожения питателем 7 вводят гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний. Бражка из камеры 8 метанового брожения поступает в ороситель 19 хлореллогенератора 14, в котором на плоской спирали 15, вращающейся с частотой 6-10 об/мин, в условиях фотосинтеза через светопроницаемые стенки корпуса 17 от светильников 18, при продувке биогазом из нагнетателя 13 происходит исчерпывание диоксида углерода и сероводорода, практически чистый метан отводят в сборник 20. При фотосинтезе хлорелла и серобактерии накапливают в своем организме дейтериевую воду в концентрациях 0,4-0,6%. Биомассу отделяют от воды на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 21. Биомассу дезинтегрируют в кольцевом канале 26 ДД 22. При перемещении в глухом отверстии 29 между днищем и столбом жидкости возникает разрежение и появляются пузырьки пара, которые конденсируются в кольцевом канале 26. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, и возникают пустоты, которые схлопываются с гидравлическими ударами. Центрами конденсации являются микроорганизмы, и их оболочки разрушаются. Клетки на 80-85% состоят из воды и при дезинтеграции происходит сжижение. За счет освобождаемых при ожижении нуклеиновых кислот вода приобретает повышенную скользкость и быстрее заполняет и опорожняет глухие отверстия 29. Под воздействием кавитации происходит нарушение связи между ассоциатами молекул обычной и тяжелой воды, причем тяжелая вода имеет плотность, на 10% превышающую плотность обычной, и в поле центробежных сил проходит через отверстия 30 перфорированного кольца 31 в полость 32, вытесняя оттуда обычную воду. Выходу тяжелой воды препятствует ее вязкость, которая на 23% выше вязкости обычной воды. Смесь обычной и тяжелой воды из полости 32 по патрубку 33 поступает в сборник 34 и через гидравлический затвор в РК 35. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC, она труднее испаряется и легче конденсируется в сравнении с обычной водой. Повторением многократно частичных испарений воды и частичных конденсаций паров вверху колонны 35 получают пары чистой воды, а в теплообменнике 41 - тяжелую воду. Пары перемещаются вверх через ППП 36 и иммобилизационную насадку 37, а вода по секциям 39 перемещается по переливным трубам 40. Для сокращения количества секций и, соответственно, РК 35 используют насадку 37 и пучки стекловолокон 38, являющиеся элементами испарения и конденсации. Дезинтеграт из патрубка 25 ДД 22 и тяжелая вода из теплообменника 41 РК 35 поступают в дезактиватор 43 через ороситель 42. На стенде 47 установлен объект дезактивации 49, покрытый иммобилизационной сеткой 50, причем объект 49 погружен в среду дезактивации, например, обычную воду 51, которую барботируют воздухом, подаваемым нагнетателем 45 через ложное днище 44. Максимальное накопление радионуклеидов микрофлорой происходит через порядка 100 минут контакта. Для освобождения объекта дезактивации от старых и мертвых клеток стенд 47 подвергают периодическому вибрированию от вибратора 48. Время дезактивации определяется временем диффузии радиоизотопов из внутренних слоев объекта дезактивации к поверхности. Под воздействием радиационного фона объекта дезактивации происходит активация дейтериевой воды в тритиевую. Среду 51 непрерывно отводят из дезактиватора 43 в микрофильтр 52 и биомассу дезинтегрируют в ДД 54, работающем аналогично ДД 22. Воду из патрубка 56 ДД 54 подвергают разгонке в РК 59, причем процесс отделения тритиевой воды происходит более эффективно, так как температура кипения тритиевой воды 104^oC, и ее отводят в сборник 61 в качестве товарного продукта. Биомассу отделяют на ЛПФ 62 и в камере 63 пиролиза сушат и превращают в кокс при температуре 800-900^oC. Кокс из контейнера 64 поступает на остекловывание и захоронение как ТРО. Тритиевая вода может быть использована в теплоэлектрогенераторах /ТЭГ/ для обеспечения населенных пунктов районов Крайнего Севера теплом и электроэнергией.

Формула изобретения

Установка очистки стоков, включающая сборник, сообщенный с хранилищем метанола и метантенком, состоящим из камер кислого, нейтрального, щелочного брожения, сообщенной с питателем гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония, и метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал своими рифлеными внутренними поверхностями ротора и корпуса, при этом камера метанового брожения по биогазу через нагнетатель сообщена с хлореллогенератором с плоской спиралью, снабженной приводом, и с размещенными с внешней стороны его корпуса светильниками, причем корпус хлореллогенератора в верхней части снабжен оросителем бражки из метантенка и по метану сообщен со сборником, а в нижней части сообщен с центробежным микрофильтром и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с динамическим дезинтегратором, состоящим из корпуса с патрубком входа, патрубком выхода для кольцевого канала между корпусом и ротором, выполненным с глухими отверстиями, взаимодействующими с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода и сообщенную патрубком со сборником смеси обычной и тяжелой воды, отличающаяся тем, что сборник сообщен с ректификационной колонной с поперечными перфорированными перегородками, размещенной на поперечных перфорированных перегородках иммобилизационной насадкой и пучками стекловолокон под поперечными перфорированными перегородками, которые образуют секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем нижняя секция сообщена с теплообменником и по тяжелой воде с оросителем дезактиватора, в котором на ложном днище, сообщенном с нагнетателем воздуха, на упругих опорах стенда, снабженного вибратором, установлен объект дезактивации с размещенной на его поверхности иммобилизационной сеткой, при этом по среде дезактивации - обычной воде дезактиватор сообщен с центробежным микрофильтром и с патрубком входа динамического дезинтегратора, причем патрубок выхода динамического дезинтегратора по дезинтеграту сообщен с оросителем дезактиватора, а патрубок отвода смеси динамического дезинтегратора сообщен со сборником и через гидравлический затвор с дополнительной ректификационной колонной.

РИСУНКИ

Рисунок 1