СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ И БИОРЕАКТОР Российский патент 1997 года по МПК G21F9/18 

Изобретение относится к микробной безреагентной дизактивации атомного оборудования, в том числе реакторов, и может быть использовано на АЭС, научно-исследовательских атомных установках, базах отстоя и ремонта надводных и подводных судов с атомными энергетическими установками.

Известен способ дезактивации, включающий адсорбцию радиоизотопов микроорганизмами из водных субстратов в биореакторе [1,2] недостатком которого является невысокая производительность, что снижает эффективность способа дезактивации.

Цель изобретения повышение способа дезактивации оборудования. Цель достигается тем, что вымывают содержимое атомного реактора в сборник смывов, полученный субстрат направляют в биореактор, в котором микроорганизмы выращивают в слое субстрата, перемешиваемого воздухом, причем часть этого слоя субстрата с микроорганизмами перемещают по секциям биореактора для создания активных форм микроорганизмов, адаптированных к определенным типам адсорбируемых радиоизотопов, микроорганизмы отделяют от субстрата микрофильтрованием, часть полученной биомассы дезинтегрируют и возвращают с потоком субстрата на выращивание, остальную избыточную биомассу подвергают высокотемпературному нагреву без доступа воздуха пиролизу, а образующийся кокс утилизируют.

Кроме того, содержимое атомного реактора вымывают посредством гидромонитора, а перед направлением субстрата в биореактор, подают субстрат в камеру барботажа, в которой субстрат перемешивают охлажденным в рекуператоре с продуктом сгорания, который подают в камеру барботажа из топки камеры пиролиза.

Кроме того, готовят раствор углеродсодержащих компонентов, пригодный для питания микроорганизмов, при этом углеродсодержащие компоненты диспергируют до размеров частиц, соответствующих размеров, выращивают биомассу, которую отделяют микрофильтрованием, дезинтегрируют и полученный дезинтеграт используют для вымывания содержимого реактора в смеси с водой.

Кроме того, из биореактора дополнительно выводят шлам, состоящий из взвесей, старых и погибших клеток микроорганизмов и после микрофильтрования подвергают шлам пиролизу.

Кроме того, шлам, образующийся при подготовке раствора углеродсодержащих компонентов, подвергают микрофильтрованию и используют вне установки.

Кроме того, шлам, образующийся при гидромониторной обработке атомного реактора, перемешивают в камере барботажа воздухом, микрофильтруют и подвергают пиролизу.

Известен биореактор, включающий корпус с поперечными перегородками, секции, образованные этими перегородками и снабженные лучевыми барботерами с горизонтальными отверстиями, иммобилизационную насадку в виде гибких нитей, при этом секции снабжены переливными трубами, предназначенными для перелива поверхностного слоя субстрата, и отводными патрубками, предназначенными для отвода шламового слоя субстрата [2] имеющий недостатки способа и для устранения в каждой секции отводной патрубок установлен выше сплошной перегородки секции и снабжен дозатором шлангового типа.

Радиоактивность атомных реакторов и другого отслужившего свой ресурс оборудования не угнетает жизнедеятельность микроорганизмов, а приводит к появлению быстрорастущих видов с короткими циклами генерации. Микроорганизмы своей поверхностью сорбируют радиоизотопы, причем коэффициенты накопления в десятки тысяч раз превышают концентрации их в субстрате. Биомассу микроорганизмов с высокими накопления радиоизотопов отделяют микрофильтрованием. В процессе эксплуатации за счет автоселекции устраняются низкопродуктивные виды микроорганизмов и появляются высокопродуктивные, причем часть из них дезинтегрируют и образующиеся при этом физиологически активные вещества (нуклеиновые кислоты, микроэлементы, витамины, ферменты) являются биостимуляторами жизнедеятельности микроорганизмов. В дезактивируемом оборудовании ощущается недостаток углеродсодержащих компонентов, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в адсорбции радиоизотопов, поэтому их вводят из источников вне установки, причем размер углеродсодержащих компонентов должен быть сопоставим с размерами микроорганизмов для обеспечения доступности их усвоения. Для уменьшения количества твердых радиоактивных отходов (кокса) шлам, образующийся при подготовке раствора углеродсодержащих компонентов, используют вне установки. В процессе эксплуатации биореактора образуются старые и мертвые клетки микроорганизмов, которые отводят через патрубок, установленный выше сплошной перегородки секции, для исключения самоопорожнения секции он снабжен дозатором шлангового типа.

На фиг. 1 4 схематически показаны установки дезактивации (варианты); на фиг. 5 продольный разрез биореактора; на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 разрез Б-Б на фиг. 6.

Установка дезактивации включает объект дезактивации, например, атомный реактор 1 со средствами воздействия, например, гидромонитором 2, сообщенным со сборником 3 смывов, биореактор, включающий корпус 4 с поперечными перегородками 5, секции 6, образованные этими перегородками 5 и снабженные лучевыми барботерами 7 с горизонтальными отверстиями, иммобилизационную насадку 8 в виде гибких нитей, при этом секции снабжены переливными трубами 9, предназначенными для перелива поверхностного слоя субстрата и отводными патрубками 10, для отвода шламового слоя субстрата, который установлен в каждой секции выше сплошной перегородки 5 секции 6. Выходная переливная труба 9 сообщена с микрофильтром 11 и по биомассе с дезинтегратором 12, а по избыточной биомассе -с камерой 13 пиролиза, выполненной с разгрузочными устройствами 14, 15 и топкой 16. Камера 13 пиролиза сообщена через конденсатор 17 с топкой 16а последняя, дополнительно с газгольдером 18. Топка 16 по отходящим топочным газам сообщена с рекуператором 19.

По варианту, представленному на фиг. 1, способ осуществляют следующим образом.

Радиоактивные изотопы из объекта, например, реактора 1 смывают гидромонитором 2 в сборник 3 смывов, откуда их направляют в корпус 4 биореактора, причем в качестве биогенных элементов питания бактерий-дезактиваторов (углерод, азот, фосфор) используют дезинтеграт из дезинтегратора 12. В секциях 6 при продувке воздухом из лучевых барботеров 7 происходят размножение и развитие микроорганизмов на биогенных элементах питания дезинтегратора. Иммобилизационная насадка 8 в виде гибких нитей обеспечивает адаптацию микроорганизмов к изменению состава радиоизотопов при переходе субстрата с вышележащих секций 6 на нижележащие по переливным трубам 9, причем в процессе эксплуатации происходят автоселекция развитие наиболее продуктивных популяций микроорганизмов и секцессия, т.е. использование метаболитов (продуктов жизнедеятельности) вышележащих микроорганизмов микроорганизмами секций нижележащих. Субстрат со взвешенными в них микроорганизмами из нижней переливной трубы 9 отводят в микрофильтp 11 для отделения биомассы. Часть ее дезинтегрируют в дезинтеграторе 12 и освобождаемые при разрушении оболочек физиологически активные вещества (нуклеиновые кислоты, фермента, витамины, микроэлементы) используют в качестве биостимуляторов процесса дезактивации в корпусе 4. Избыточную биомассу направляют в камеру 13 пиролиза для подсушки и последующей сухой перегонки, а кокс выгружают устройствами 14 и 15 и направляют на утилизацию или захоронение. Летучие продукты пиролиза после конденсации водяных паров в конденсаторе 17 добавляют в продукты топлива из газгольдера 18, а тепло продуктов сгорания из топки 16 утилизируют в регенераторе 19.

По варианту (фиг. 2) топочные газы после рекуператора 19 используют в камере 20 барботажа при перемешивании из барботеров 21, что позволяет осуществлять температурную стабилизацию в корпусе 4, причем вода после микрофильтра 11 используется для смывов радиоизотопов в объекте 1.

По варианту (фиг. 3) в биореакторе 22 осуществляют наращивание биомассы с использованием факельно-бытовых стоков объекта, причем взвеси измельчают до размеров частиц, сопоставимых с размерами микроорганизмов в диспергаторе 23, а биомассу отделяют в микрофильтре 24 и дезинтегрируют в дезинтеграторе 25 с использованием дезинтеграта для смывов радиоизотопов в объекте 1.

По варианту (фиг. 4) шлам из корпуса 4 биореактора, биореактора 22 отводят по отводным патрубкам 10 в микрофильтры 26 и 27 для сушки и пиролиза в камере 13, а микрофильтр 28 отделяет смывы из камеры 20 барботажа.

На фиг. (5 7) показаны элементы биореактора, в частности дозатор 29 шлангового типа, которым снабжен отводной патрубок 10 вывода мертвых и старых клеток микроорганизмов. Барботер 7 выполнен с горизонтальными отверстиями 30 для сообщения субстрату круговых перемещений в секциях 6 относительно иммобилизационной насадки 8 в виде гибких нитей для адаптации микроорганизмов к изменению состава радиоизотопов при переходе субстрата сверху вниз по переливным трубам 9.

Способ позволяет решать проблему дезактивации оборудования атомной энергетики, выработавшего ресурс, или при его капитальных ремонтах, снижать до минимума радиоактивность тепловыделяющих элементов при их транспортировке, ликвидировать свалки радиоактивного оборудования и инструмента.

Использование - область атомной энергетики. Сущность: биомассу отделяют микрофильтрованием в микрофильтре, часть ее дезинтегрируют и возвращают в биореактор, а избыточную часть подвергают сухой перегонке без доступа воздуха в камере пиролиза, причем выделяющийся при пиролизе газ после конденсации в конденсаторе используют для сжигания в топке с добавкой газа из газгольдера. Для обеспечения микробиологического извлечения радиоизотопов из смывов реактора 1 фекально-бытовые стоки подвергают измельчению в диспергаторе и биокультиваторе, наращивают биомассу, физиологически активные вещества которой являются источником биогенных элементов питания (углерод, азот, фосфор, микроэлементы, витамины) для микроорганизмов, адсорбирующих радиоизотопы в биореакторе, в который поступают смывы из атомного реактора. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ дезактивации, включающий адсорбцию радиоизотопов микроорганизмами из водных субстратов в биореакторе, отличающийся тем, что вымывают содержимое атомного реактора в сборник смывов, полученный субстрат направляют в биореактор, в котором микроорганизмы выращивают в слое субстрата, перемешиваемого воздухом, причем часть этого слоя субстрата с микроорганизмами перемещают по секциям (биореактора) для создания активных форм микроорганизмов, адаптированных к определенным типам адсорбируемых радиоизотопов, микроорганизмы отделяют от субстрата микрофильтрованием, часть полученной биомассы дезинтегрируют и возвращают с потоком субстрата на выращивание, остальную избыточную биомассу подвергают высокотемпературному нагреву без доступа воздуха пиролизу, а образующийся кокс утилизируют. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержимое атомного реактора вымывают посредством гидромонитора, а перед направлением субстрата в биореактор, подают субстрат в камеру барботажа, в которой субстрат перемешивают охлажденным в рекуператоре продуктом сгорания, который подают в камеру барботажа из топки камеры пиролиза. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовят раствор углеродсодержащих компонентов, пригодный для питания микроорганизмов, при этом углеродсодержащие компоненты диспергируют до размера частиц, соответствующих размеру микроорганизмов, выращивают биомассу, которую отделяют микрофильтрованием, дезинтегрируют и полученный дезинтеграт используют для вымывания содержимого реактора в смеси с водой. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что из биореактора дополнительно выводят шлам, состоящий из взвесей, старых и погибших клеток микроорганизмов и после микрофильтрования подвергают шлам пиролизу. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что шлам, образующийся при подготовке раствора углеродсодержащих компонентов, подвергают микрофильтрованию и используют вне установки. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что шлам, образующийся при гидромониторной обработке атомного реактора перемешивают в камере барботажа воздухом, микрофильтруют и подвергают пиролизу. 7. Биореактор, включающий корпус с поперечными перегородками, секции, образованные этими перегородками и снабженные лучевыми барботерами с горизонтальными отверстиями, иммобилизированной насадкой в виде гибких нитей, установленной в одной из секций, при этом секции снабжены переливными трубами, предназначенными для перелива поверхностного слоя субстрата и отводными патрубками, предназначенными для отвода шламового слоя субстрата, отличающийся тем, что в каждой секции отводной патрубок установлен выше сплошной перегородки секции и снабжен дозатором шлангового типа.