Установка очистки фекально-бытовых стоков атомных электростанций

 

Изобретение относится к комплексной биологической очистке фекально-бытовых стоков и может быть применено на атомных электростанциях 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 брожений, 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, который сообщен со сборником. В пределах патрубков отвода установлен гидравлический затвор с ректификационной колонной (РК), выполненной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами. Верхняя секция связана по пару с дефлегматором, а по флегме через гидравлический затвор с РК. Нижняя секция связана с теплообменником и сборником тритиевой воды и через него с контуром циркуляции водоводяного энергетического реактора (ВВЭР), с циркуляционным насосом и сепаратором. Контур циркуляции сообщен с дополнительной РК и сборником товарной тритиевой воды (Т₂О). В пределах данной установки многократными частичными испарениями обычной и конденсации тяжелой воды получают тяжелую воду, которая активацией в контуре охлаждения реактора типа ВВЭР переводится в тритиевую воду, причем концентрация тритиевой воды в результате активации дейтериевой возрастает в 20-30 раз в сравнении с существующим уровнем, что создает предпосылки для выработки сверхтяжелой воды в качестве товарного продукта, используемого как источник энергии. 1 ил.

Изобретение относится к очистке фекально-бытовых стоков (ФБС) на АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР), с выработкой товарной продукции: белково-витаминной добавки /БВД/, тяжелой воды /Д₂O/, сверхтяжелой /T₂O/ воды, метана /CH₄/, может быть использована на АЭС Крайнего Севера.

Известна установка очистки ФБС, включающая сборник ФБС, сообщенный с метантенком из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал уступчатыми цилиндрическими поверхностями корпуса и ротора, причем метантенк сообщен по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза с хлореллогенератором, который по метану сообщен со сборником, а по биомассе хлореллы и серобактерий с центробежным микрофильтром /ЦМФ/, и динамическим дезинтегратором /ДД/ с патрубками входа; выхода и патрубком отвода смеси /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 тяжелой /Д₂O/ и сверхтяжелой /T₂O/ воды, что снижают эффективность работы установки.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что патрубок отвода смеси обычной и дейтериевой воды сообщен со сборником и через гидравлический затвор с ректификационной колонной /PK/ с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция сообщена по пару с дефлегматором, а по флегме /конденсату/ с PK, а нижняя секция сообщена с теплообменником и со сборником тяжелой воды, который сообщен с контуром циркуляции водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР) с сепаратором и циркуляционным насосом, причем контур циркуляции реактора ВВЭР сообщен с дополнительной PK, аналогичной по конструкции предыдущей и со сборником сверхтяжелой /T₂O/ воды.

В контуре циркуляции реактора ВВЭР тритий в виде тритиевой /сверхтяжелой/ воды образуется при тройном делении ядерного топлива, в результате реакции нейтронной активации лития и бора, растворенных в воде циркуляционного контура, и активации дейтерия, утечек трития из негерметичных твэлов, причем общее количество трития в контуре циркуляции не превышает 0,02%. Хлорелла и серобактерии накапливают в своем организме дейтериевую воду в концентрациях 0,4-0,6%, которая за счет активации в контуре циркуляции переводится в тритий. Доведение концентраций тритиевой воды в контуре до 0,42-0,62% делает экономически целесообразным ее получение в качестве товарного продукта на АЭС для теплоэлектрогенераторов /ТЭГ/ районов Севера.

На чертеже схематически показана установка очистки ФБС АЭС в виде продольного разреза.

Установка ФБС АЭС включает сборник 1 ФБС, 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 сообщен по бражке и по биогазу через нагнетатель 11 биогаза с хлореллогенератором 12, который по метану сообщен со сборником 13, а по биомассе хлореллы и серобактерий с ЦМФ 14 и динамическим дезинтегратором /ДД/ 15 с патрубками: 16 - входа, 17 - выхода, патрубком 18 отвода смеси обычной и дейтериевой воды в сборник 19 и через гидравлический затвор 20 в PK 21 с ППП 22, образующими секции 23, сообщенные друг с другом переливными трубами 24, причем верхняя секция 23 сообщена по пару с дефлегматором 25; а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 26 с PK 21, а нижняя секция 23 сообщена с теплообменником 27 и сборником 28 дейтериевой /Д₂O/ воды. Сборник 28 сообщен с контуром 29 циркуляции реактора 30 тира ВВЭР с циркуляционным насосом 31 и сепаратором 32. Контур 29 сообщен с PK 33, конструктивно повторяющей PK 21, и сборником 34 товарной тритиевой /T₂O/ воды.

Установка очистки ФБС АЭС, выполненная с реакторами типа ВВЭР, работает следующим образом.

ФБС из сборника 1 поступают в метантенк 2 и последовательно сбраживаются в камерах 3-6 при температуре 53^oC, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки. Нагрев осуществляется за счет пульсации статических и скоростных напоров в кольцевом канале 8 между уступами ротора 9 и корпуса 10, при этом происходит измельчение взвесей до размеров, сопоставимых с размерами микрофлоры. Диспергаторы 7 разрушают парогазовые оболочки на поверхностях взвесей, улучшая доступ микроорганизмам для деградации углеводо-, жиро-, белковоподобных компонентов ФБС. Концентрация метана в биогазе на выходе из метантенка 2 не превышает 75-80%, для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода биогаз нагнетателем 11 направляют в хлореллогенератор 12, в котором начинку орошают бражкой. В условиях фотосинтеза хлорелла и серобактерии накапливают в своем организме дейтериевую /Д₂O/ воду в концентрациях 0,4-0,6%. Хлореллу и серобактерии отделяют от воды на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 14. Биомассу дезинтегрируют в ДД 15. При разрушении оболочек содержимое освобождается, в том числе тяжелая вода, которая имеет большую плотность и вязкость в сравнении с обычной водой, и ее отводят через патрубок 18 в сборник 19 и через гидравлический затвор 20 в PK 21. Температура кипения дейтериевой воды 101,42^oC; она плохо испаряется и лучше конденсируется в сравнении с обычной водой. При многократных частичных испарениях воды и конденсациях паров вверху PK 21 получают пары обычной воды, а внизу тяжелую воду. Пары поднимаются вверх через перфорацию ППП 22, а вода перетекает вниз по переливным трубам 24. Из теплообменника 27 тяжелую воду направляют в сборник 28 и в контур 29 реактора 30 типа ВВЭР, в котором происходит активация дейтерия и перевод его в тритий в виде тритиевой воды. Температура кипения тритиевой воды 104^oC и ее отделяют от обычной воды в PK 33, конструктивно повторяющей элементы PK 21. Получаемую тритиевую воду используют в качестве горючего в теплоэлектрогенераторах предприятий АПК, преимущественно в районах Крайнего Севера, а также в качестве силовых установок надводных и подводных судов. Метан из сборника 13 используют в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания автотранспорта. Углеводородное топливо по калорийности характеризуется отношением углерода к водороду (H/C), и у метана оно равно 4, а у бензина - 2,2. Замена бензина на метан в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта на 10-20% сокращает расход горючего, на 15% сокращается расход смазки, в 2 раза повышается межремонтный ресурс ДВС. После сушилки 35 получают белково-витаминную добавку (БВД), при расходе 1 грамм. а.с.в. на 1 кг живого веса скота и птицы расход обычных кормов сокращается на 20-30%, сокращается падеж молодняка, повышается выход яйца, молока, мяса.

Формула изобретения

Установка очистки фекально-бытовых стоков атомных электростанций, включающая сборник фекально-бытовых стоков, сообщенный с метантенком из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожений, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк сообщен по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза с хлореллогенератором, который по метану сообщен со сборником, а по биомассе хлореллы и серобактерии с центробежным микрофильтром и динамическим дезинтегратором с патрубками входа, выхода и патрубком отвода смеси обычной и дейтериевой воды, отличающаяся тем, что патрубок отвода смеси обычной и дейтериевой воды сообщен со сборником и через гидравлический затвор с ректификационной колонной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, связанные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция сообщена по пару с дефлегматором, а по флегме (конденсату) через гидравлический затвор с ректификационной колонной, а нижняя секция соединена с теплообменником и сборником дейтериевой воды и через него с контуром циркуляции водоводяного энергетического реактора, с циркуляционным насосом и сепаратором, причем контур циркуляции связан с дополнительной ректификационной колонной и сборником товарной тритиевой (Т₂О) воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1