Дезинтеграторное устройство

 

Изобретение относится к технике дезинтеграции микроорганизмов и ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды и может быть использовано при очистке фекально-бытовых и сточных вод мясокомбинатов с выработкой белково-витаминной добавки, биоудобрений и энергии. Устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, размещенный по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, которые выполнены в боковой поверхности перфорированного кольца, образующего с корпусом замкнутую полость, изолированную от входного и выходного патрубков. Ротор боковой поверхностью фрикционно сопряжен с боковой поверхностью дополнительного ротора, зеркально повторяющего элементы конструкции первого ротора. Роторы выполнены с внутренними полостями, сообщенными с входными патрубками и соединенными сквозными радиальными отверстиями, выходные участки которых размещены между глухими отверстиями на боковых поверхностях роторов, с кольцевыми каналами. Полости между перфорированными кольцами и корпусом сообщены с последующими ступенями динамических дезинтеграторов и с приемной камерой установки электролиза. Выходной патрубок первой ступени динамических дезинтеграторов связан с камерой ферментолиза. Верхняя секция камеры ферментолиза сообщена по бражке, а нижняя секция - по биогазу с метантенком. Камера кислого брожения метантенка соединена со сборником фекально-бытовых и производственных стоков мясокомбината, а его камера метанового брожения - по шламу с ленточным пресс-фильтром. Нижняя секция камеры ферментолиза сообщена по воде со взвешенной в ней микрофлорой с центробежным микрофильтром, а по избыточной биомассе - с ленточным пресс-фильтром, сборник которого по дезинтегратору связан с центробежным микрофильтром и входом первой ступени динамических дезинтеграторов. Изобретение обеспечивает повышение степени дезинтеграции микроорганизмов и ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды. 1 ил.

Изобретение относится к области дезинтеграции микроорганизмов и ассоциатов молекул тяжелой /D₂O/ и легкой /H₂O/ воды и может быть использовано при очистке фекально-бытовых и производственных сточных вод мясокомбинатов с выработкой в качестве товарной продукции белково-витаминной добавки /БВД/, биоудобрений /БУ/ и обеспечением хозяйства энергией.

Известно дезинтеграторное устройство, включающее корпус с входным и выходным патрубками, размещенный по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями на боковой поверхности корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1997/, недостатком которого является невысокая степень дезинтеграции микроорганизмов, ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды.

Цель изобретения - повышение степени дезинтеграции - достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в боковой поверхности перфорированного кольца, образующего с корпусом замкнутую полость, изолированную от входного и выходного патрубков, а ротор своей боковой поверхностью фрикционно сопряжен с боковой поверхностью дополнительного ротора, зеркально повторяющего элементы конструкции первого, роторы выполнены с внутренними полостями, сообщенными с выходными патрубками и соединенными сквозными радиальными отверстиями, выходные участки которых размещены между глухими отверстиями на боковых цилиндрических поверхностях роторов, с кольцевыми каналами, а полости между перфорированными кольцами и корпусом сообщены патрубком с последующими ступенями динамических дезинтеграторов /ДД/ и с приемной камерой установки электролиза, включающей разделенные полупроницаемыми перегородками катодную и анодную секции, выходной патрубок первой ступени ДД сообщен с камерой ферментолиза /КФ/, выполненной со светопроницаемыми стенками, светильниками и с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция КФ сообщена по бражке, а нижняя секция - по биогазу с метантенком /МТ/, включающим камеры: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженные диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал волновыми боковыми поверхностями корпуса и ротора, камера кислого брожения МТ сообщена со сборником фекально-бытовых и производственных сточных вод мясокомбината, а камера метанового брожения МТ сообщена с ленточным пресс-фильтром с /ЛПФ/, нижняя секция КФ сообщена по воде со взвешенной в ней микрофлорой фотосинтезирующих водорослей и фотосинтезирующих бактерий с центробежным микрофильтром /ЦМФ/, а по избыточной биомассе - ЛПФ, сборник которого по дезинтеграту сообщен с патрубком ЦМФ по биомассе и патрубками входа первой ступени ДД. Сушилки БВД, ВУ, упаковочные линии БУ и БВД, термоядерный реактор распада D₂ на чертеже не показаны.

На чертеже схематически показана установка комплексной утилизации сточных вод мясокомбината с применением дезинтеграторного устройства для достижения цели изобретения.

Дезинтеграторное устройство включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, размещенный по оси корпуса 1 цилиндрический ротор 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7 на боковой поверхности корпуса 1. Отверстия 7 корпуса 1 выполнены в боковой поверхности перфорированного кольца 8, образующего с корпусом 1 замкнутую полость 9, изолированную от входного 2 и выходного 3 патрубков, а ротор 4 своей боковой поверхностью фрикционно сопряжен с боковой поверхностью дополнительного ротора 10, зеркально повторяющего элементы конструкции первого ротора 4, роторы 4 и 10 выполнены с внутренними полостями 11, сообщенными с входными патрубками 2 и соединенными сквозными радиальными отверстиями 12, выходные участки которых размещены между глухими отверстиями 5 на боковых цилиндрических поверхностях роторов 4, 10, с кольцевыми каналами 6, а полости 9 между перфорированными кольцами 8 и корпусом 1 сообщены патрубком 13 с последующими ступенями ДД 14 и 15 и с приемной камерой 16 установки электролиза 17, включающий разделенные полупроницаемыми перегородками 18 катодную 19 и анодную 20 секции, выходной патрубок первой ступени ДД 21 сообщен с камерой ферментолиза /КФ/ 22, выполненной со светопроницаемыми стенками, светильниками 23 и с ППП 24, образующими секции 25, сообщенные друг с другом переливными трубами 26, причем верхняя секция 25 КФ 22 сообщена по бражке, а нижняя секция 25 - по биогазу, с метантенком /МТ/ 27, включающим камеры: 28 - кислого, 29 - нейтрального, 30 - щелочного, 31 - метанового брожения, снабженные диспергаторами 32 виде взаимодействующих через кольцевой канал 33 волновыми боковыми поверхностями корпуса 34 и ротора 35, камера кислого брожения 28 МТ 27 сообщена со сборником 36 фекально-бытовых и производственных стоков мясокомбината, а камера 31 метанового брожения МТ сообщена по шламу с ЛПФ 37, нижняя секция 25 КФ 22 сообщена по воде со взвешенной в ней микрофлорой фотосинтезирующих микроводорослей и фотосинтезирующих баткерий с ЦМФ 38, а по избыточной биомассе - с ЛПФ 39, сборник 40 которого по дезинтеграту сообщена с патрубком 41 ЦМФ 38 и патрубками 2 ДД 21.

Дезинтеграторное устройство в установке утилизации работает следующим образом.

Фекально-бытовые и производственные стоки мясокомбината поступают в сборник 36, в который добавляют навоз предубойного содержания скота и содержание их желудков и кишечника. Смесь последовательно сбраживают в камерах 28 - 31 МТ 27 с обработкой взвесей диспергаторами 32 в кольцевых каналах 33 между волновыми цилиндрическими поверхностями корпуса 34 и ротора 35. При анаэробном сбраживании кислотогенами, ацетогенами, ацетогидрогенами...метаногенами выделяются газы и пары, которые флотируют взвеси и выносят в верхнюю часть МТ 27, составляющую 1/5 часть его объема. Диспергаторы 33 разрушают газовые и паровые оболочки вокруг взвеси, одновременно происходит измельчение взвесей с обновлением поверхностей контакта между микрофлорой и взвесями. При обработке в кольцевом канале 33 за счет пульсации скоростных и статических напоров, возникающей при этом потери энергии напоров осуществляется нагрев бражки, т.е. потерянная энергия напоров переходит в тепловую, позволяющую стабилизировать температурный режим с колебаниями температуры, не превышающими одного градуса в сутки. Вырабатываемый микрофлорой анаэробов биогаз содержит метан в пределах 65 - 75%, что затрудняет его дальнейшее использование. Обогащение биогаза основано на способности фотосинтезирующих микроводорослей, например хлореллы, ассимилировать диоксид углерода, а фотосинтезирующие серобактерии переводят сероводород в элементарную серу, используемую микрофлорой в качестве микроэлемента. Биогаз перемещается снизу вверх через ППП 24, а бражка переливается сверху вниз через переливные трубы 26. При перемещении бражки и биогаза происходит исчерпывание диоксида углерода и сероводорода из биогаза и биогенных элементов питания из бражки. За счет подпитки МТ 27 ферментами из ДД 21 в камере ферментолиза происходит ферментное разложение воды 2H₂O--->2H₂+O₂, причем водород с диоксидом углерода образует метан CO₂+4H₂--->CH₄+2H₂O; а кислород участвует в окислении сероводорода серобактериями.

За счет ферментолиза содержание метана превышает массу распада биогенных источников питания на 20 - 30%. Взвешенную в воде микрофлору отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке ЦМФ 38 и биомассу из патрубка 41 направляют на дезинтеграцию в патрубки 2 ДД 21. Избыточная биомасса поступает на ЛПФ 39 с выработкой после сушки БВД как товарного продукта. Применение БВД в кормах животных и птицы сокращает их расход на 20%, причем расход БВД составляет 1 г на 1 кг живого веса. Из сборника 40 в патрубке 2 поступает дезинтеграт после ЛПФ 39. При перемешивании из полости 11 роторов 4 и 10 по сквозным радиальным отверстиям 12 на входном участке отверстия 12 создается разрежение и в жидкостном поршне появляются пузырьки пара, которые конденсируются в области повышенного давления - в кольцевом канале 6. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, - в кольцевом канале 6 возникают пустоты, которые схлопываются гидравлическими ударами. Центрами конденсации являются микроорганизмы, оболочки которых разрушаются ударно-гидравлическим воздействием, причем содержимое клеток переходит в воду, в том числе переходит в воду тяжелая вода, накопленная микрофлорой в КФ 22. При разрушении оболочек микроорганизмов нуклеиновые кислоты обеспечивают перестройку молекулярных цепей ассоциатов в линейные, которые разрушаются на стыках тяжелой и легкой воды, одновременно повышается под действием нуклеиновых кислот скользкость воды в 1,5 - 2 раза в кольцевом канале 6. При перемещении по кольцевому каналу 6 над отверстиями 7 перфорированных колец 8 создается разрежение с возникновением паровых пузырьков и их последующее схлопываниеи на перемычках кольца 8 между отверстиями 7 с разрывом линейных цепочек ассоциатов молекул. При вращении роторов 4 и 10 под действием центробежной силы вода выбрасывается из глухих отверстий 5, между жидкостным поршнем и днищем отверстия 5 возникает разрежение, приводящее к появлению паровых пузырьков, которые конденсируются на выходе из отверстий 5 в кольцевом канале 6. Скоростной напор, создаваемый в отверстиях 5 и 12, переходит в статический в кольцевом канале 6 и вода при более высоком статическом напоре заполняет отверстия 5 после их опорожнения. Такая пульсация скоростных и статических напоров осуществляется многократно и сопровождается потерей энергии напоров, которая переходит в тепловую с нагревом воды. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC и она труднее испаряется и лучше конденсируется в сравнении с легкой водой, т.е. происходит тепловая дезинтеграция ассоциатов тяжелой и легкой воды. Динамическая дезинтеграция осуществляется на использовании разности в плотности тяжелой и легкой воды, первая имеет плотность, на 10% превышающую плотность второй, и через отверстия 7 вытесняется из кольцевого канала 6 в полость 9. Выходу тяжелой воды из полости 9 препятствует ее вязкость, на 23% превышающая вязкость легкой воды. Смесь ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды из полости 9 по патрубку 13 поступает в последующие ступени ДД 14 и 15, в которых в основном происходит дезинтеграция молекул тяжелой и легкой воды с доведением концентрации тяжелой до 90 - 95% для последующего разделения в установке электролиза 17 на кислород и дейтерий, причем дейтерий используют в термоядерном реакторе. Распад 1 кг дейтерия в термоядерном реакторе по тепловому эквиваленту заменяет сжигание 10000 т угля. Дезинтеграция микроводорослей обеспечивает ферментами процесс ферментолиза биогаза в КФ 22 и накопление тяжелой воды микроводорослями и фотосинтезирующими бактериями. Выходящий из КФ 22 практически чистый метан после осушки может быть использован в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Дезинтеграторное устройство, включающее корпус с входным и выходным патрубками, размещенный по оси корпуса цилиндрический ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями на боковой поверхности корпуса, отличающееся тем, что отверстия корпуса выполнены в боковой поверхности перфорированного кольца, образующего с корпусом замкнутую полость, изолированную от входного и выходного патрубков, а ротор своей боковой поверхностью фрикционно сопряжен с боковой поверхностью дополнительного ротора, зеркально повторяющего элементы конструкции первого ротора, при этом роторы выполнены с внутренними полостями, сообщенными с входными патрубками и соединенными сквозными радиальными отверстиями, выходные участки которых размещены между глухими отверстиями на боковых цилиндрических поверхностях роторов, с кольцевыми каналами, а полости между перфорированными кольцами и корпусом сообщены патрубками с последующими ступенями динамических дезинтеграторов и с приемной камерой установки электролиза, включающей разделенные полупроницаемыми перегородками катодную и анодную секции, причем выходной патрубок первой ступени динамических дезинтеграторов сообщен с камерой ферментолиза, выполненной со светопроницаемыми стенками, светильниками и с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, при этом верхняя секция камеры ферментолиза сообщена по бражке, а нижняя секция - по биогазу, с метантенком, включающим камеры: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженные диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал волновыми боковыми поверхностями корпуса и ротора, причем камера кислого брожения метантенка сообщена со сборником фекально-бытовых и производственных стоков мясокомбината, а камера метанового брожения метантенка сообщена по шламу с ленточным пресс-фильтром, кроме того, нижняя секция камеры ферментолиза сообщена по воде со взвешенной в ней микрофлорой фотосинтезирующих микроводорослей и фотосинтезирующих бактерий с центробежным микрофильтром, а по избыточной биомассе - с ленточным пресс-фильтром, сборник которого по дезинтенграту сообщен с патрубком по биомассе центробежного микрофильтра и патрубками входа первой ступени динамических дезинтеграторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1