ОЧИСТНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК C02F11/04 

Изобретение относится к очистке фекально-бытовых стоков (ФБС), утилизации углеродсодержащих твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано при переработке малоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в твердые (ТРО) на атомных тепловых и электрических станциях, базах атомного подводного и надводного флота, исследовательских реакторах, на заводах утилизации оборудования, отработавшего ресурс в атомной энергетике.

Известное очистное сооружение, содержащее сборник ФБС и ТБО, через диспергатор и теплообменник сообщенные с камерами кислого, регрессии кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, снабженными иммобилизационной насадкой и перемешивающими устройствами, причем камера метанового брожения сообщена с микрофильтром и по биомассе метаногенов с дезинтегратором и по дезинтеграту с камерой метанового брожения [1] недостатком которых является большая масса твердых радиоактивных отходов при использовании отходов очистного сооружения в качестве исходной среды для выращивания биомассы аэробов, сорбирующей радионуклиды при утилизации малоактивных ЖРО.

Цель изобретения снижение массы ТРО при утилизации малоактивных ЖРО - достигается тем, что микрофильтр камеры метанового брожения очистного сооружения по послеброжевому остатку сообщен с аэробным биокультиватором, содержащим вертикальный корпус с чередующимися перфорированными и сплошными перегородками, образующими аэробные и дутьевые секции, причем последние сообщены с нагнетателями, при этом перфорированные и сплошные перегородки снабжены переливными цилиндрами для перетока послеброжевой бражки (ПБО), а верхняя аэробная секция камеры через диспергатор сообщена со сборником малоактивных ЖРО, а нижняя аэробная секция сообщена с микрофильтром и дезинтегратором, а по избыточной биомассе аэробов микрофильтр сообщен с камерой пиролиза, содержащей транспортный орган с сушильной и пиролизной ветвями, причем под ложным днищем камеры пиролиза размещена топка, сообщенная по биометану с камерой метанового брожения очистного сооружения.

После камеры метанового брожения ПБО содержит остаточные биогенные элементы питания ФБС и углеродсодержащих ТБО, а также физиологически активные вещества дезинтеграта метаногенов, что достаточно для выращивания биомассы аэробов, которые сорбируют своей поверхностью радионуклиды из малоактивных ЖРО, причем коэффициенты накопления аэробов могут достигать 10³ - 10⁵, причем максимальные концентрации достигаются через 5 минут после начала контакта между аэробами и радионуклидами ЖРО. Одновременно радионуклиды ЖРО стимулируют рост и размножение аэробов. Избыточную биомассу аэробов сушат и подвергают сухой перегонке, что в тысячи раз сокращает массу при переходе от ЖРО к ТРО.

На чертеже схематически показано очистное сооружение, содержащее сборник 1 ФБС и сборник 2 ТБО через диспергатор 3 и теплообменник 4, сообщенные с камерами 5 кислого, 6 регрессии кислого, 7 нейтрального, 8 щелочного, 9 метанового брожения, снабженными иммобилизационной насадкой 10 и перемешивающими устройствами 11, причем камера 9 метанового брожения сообщена с микрофильтром 12 и с дезинтегратором 13 и по дезинтеграту с камерой 9 метанового брожения. Микрофильтр 12 камеры 9 метанового брожения очистного сооружения по послеброжевому остатку (ПБО) сообщен с аэробным биокультиватором 14, содержащим вертикальный корпус с чередующими перфорированными 15 и сплошными 16 перегородками, образующими аэробные 17 и дутьевые 18 секции, причем последние сообщены с нагнетателями 19, при этом перфорированные 15 и сплошные 16 перегородки снабжены переливными цилиндрами 20 и 21 для перетока ПБО, а верхняя аэробная секция 17 через диспергатор 22 сообщена со сборником 23 ЖРО, а нижняя аэробная секция 17 сообщена с микрофильтром 24 и дезинтегратором 25, а по избыточной биомассе аэробов микрофильтр 24 сообщен с камерой 26 пиролиза, содержащей транспортный орган 27 с сушильной 28 и пиролизной 29 ветвями, причем под ложным днищем 30 камеры 26 пиролиза размещена топка 31, сообщенная по биометану с камерой 9 метанового брожения очистного сооружения.

Очистное сооружение работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки (ФБС) в сборнике 1 освобождают от минеральных включений, а затем в диспергаторе 3 смешивают с углеродсодержащими ТБО для обеспечения соотношения между углеродом, азотом и фосфором в соотношении порядка 100:5:1, причем концентрация взвесей устанавливается порядка 1% Субстрат нагревают до температуры 36 38^oC и последовательно сбраживают в камерах 5, 6, 7 и 8 в присутствии иммобилизационной насадки 10 и перемешивании устройством 11. Для снижения кислотности в камере 7 нейтрального брожения часть недоброда из камеры 8 щелочного брожения перемещают и гидрат окиси аммония и гидрокарбонат аммония сообщают бражке слабощелочную реакцию. Бражка из камеры 8 щелочного брожения поступает в секцию 17 камеры 9 метанового брожения (аэробной биокультиватор 14 и камера 9 метанового брожения имеют сходные конструкции). Бражка перемещается сверху вниз по переливным цилиндрам 20 и 21 и на перфорированных перегородках 15 в присутствии иммобилизационной насадки 10 контактируют с биогазом, который отбирают из камеры 8 щелочного брожения и нагнетателем 19 из дутьевых секций 18 барботируют. Из нижней секции 17 камеры 9 метанового брожения отбирают ПБО со взвешенными в ней мертвыми и старыми клетками метаногенов в микрофильтр 12. Биомасса из микрофильтра 12 поступает в центробежный дезинтегратор 13, в котором гидродинамическими, кавитационными и тепловыми воздействиями разрушают оболочки метаногенов с освобождением ферментов. Ферменты дезинтеграта совместно с ферментами молодых клеток метаногенов разлагают воду на водород и кислород (ферментолиз). Водород ферментолиза совместно с водородом камер 5, 6, 7 и 8 восстанавливает диоксид углерода до метана, т.е. происходит преобразование биогаза в биометан.ПБО после микрофильтра 12 содержит остаточные биогенные элементы питания ФБС и ТБО, физиологически активные вещества (нуклеиновые кислоты, микроэлементы, витамины) дезинтеграта, и ее используют для наращивания биомассы аэробов в биокультиваторе 14. В ПБО добавляют из сборника 23 малоактивные ЖРО, взвеси которых измельчают в диспергаторе 22. Радионуклиды ЖРО интенсифицируют процесс накопления биомассы аэробов в секциях 17 при продувке воздуха нагнетателями 19 на перфорированных перегородках 15 в присутствии иммобилизационной насадки 10, обеспечивающей адаптацию микроорганизмов к изменению состава ПБО при его перемещении сверху вниз по переливным цилиндрам 20 и 21. Радионуклиды сорбируются поверхностями клеток аэробов, причем коэффициенты накопления достигают 10³ 10⁵. ПБО со взвешенными в нем аэробами направляют в микрофильтр 24. Биомассу аэробов дезинтегрируют, и она является биостимулятором процессов размножения и роста аэробов в секции 17. Избыточную биомассу из микрофильтра 24 направляют в камеру 26 пиролиза. Биомассу подсушивают на ветви 28 и подвергают сухой перегонке на ветви 29 транспортного органа 27 за счет тепла сжигания биометана из камеры 9 метанового брожения в топке 31. Масса кокса уменьшается в тысячи раз в сравнении с массой ЖРО.

Использование: очистка фекально-бытовых стоков и утилизация углеpодсодеpжащих твеpдых бытовых отходов и может быть применено при переработке малоактивных жидких радиоактивных отходов в твердые на атомных тепловых и электрических станциях, базах атомного подводного и надводного флота, исследовательских реакторах, на заводах утилизации оборудования, отработавшего ресурс в атомной энергетике. Сущность: аэробный биокультиватор содержит вертикальный корпус 14 с чередующимися перфорированными и сплошными перегородками 15 и 16, которые образуют аэробные и дутьевые секции 17 и 18. Эти секции сообщены с нагнетателями 19 и обрабатывают при барботировании послебражевой остаток после сбраживания исходного материала в камерах 5, 6, 7, 8 и 9. В присутствии иммобилизационной насадки 10 аэробы поверхностью своих клеток сорбируют радионуклиды радиоактивных отходов. Биомассу подсушивают и подвергают пиролизу с переводом в твердые отходы. 1 ил.

Очистное сооружение, содержащее камеры кислого и щелочного брожения, камеру метанового брожения, сообщенную с микрофильтром и дезинтегратором по биомассе метаногенов, отличающееся тем, что оно снабжено сборниками фекально-бытовых стоков и твердых бытовых отходов с диспергатором и теплообменником, соединенными с камерой кислого брожения, имеющей также камеры регрессии кислого и нейтрального брожения, сообщенные с камерой щелочного брожения, камеры эти снабжены перемешивающими устройствами и иммобилизационной насадкой, сооружение снабжено аэробным биокультиватором, сообщенным по послеброжевому остатку с микрофильтром камеры метанового брожения и выполненным в виде вертикального корпуса с чередующимися перфорированными и сплошными перегородками, образующими аэробные и дутьевые секции с нагнетателями, перфорированные и сплошные перегородки снабжены переливными цилиндрами для перетока послеброжевой бражки, сооружение снабжено дополнительным диспергатором и сборником малоактивных жидких радиоактивных отходов, соединенным с верхней аэробной секцией биокультиватора, нижняя секция которого сообщена с микрофильтром и дезинтегратором, сооружение снабжено камерой пиролиза, сообщенной по избыточной массе аэробов с микрофильтром и содержащей транспортный орган с сушилкой, пиролизными ветвями и топкой, расположенной под ложным днищем камеры пиролиза и сообщенной по биометану с камерой метанового брожения.