МИКРОФИЛЬТР ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ СТОКОВ Российский патент 1999 года по МПК B01D29/70 C02F3/00 

Изобретение относится к технике обеззараживания радиоактивных стоков путем отделения бактерий, накапливающих в процессе жизнедеятельности радионуклиды, и может быть применено на атомных, тепловых и электрических станциях, базах отстоя и ремонта надводных и подводных судов с атомными силовыми установками, в научно-исследовательских реакторах, при дезактивации оборудования атомной энергетики, выработавшей эксплуатационный ресурс.

Известен микрофильтр, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода сред, приводной вал с верхним и нижним дисками, закрепленную между дисками коническую нежесткую фильтровальную перегородку (КНФП), нижнее основание (КНФП) выполнено со средствами его деформации в виде горизонтальных тяг, соединяющих диаметрально противоположные участки и взаимодействующих через кольцо вертикальной тяги с источником встряхивания (патент РФ N 2093247, кл. B 01 D 35/06, B 05 B 3/12, 1991 ), недостатком которого является сложность конструкции узла деформации КНФП, что снижает надежность его эксплуатации и эффективность работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы, достигается тем, что средство деформации КНФП выполнено из нежесткого кольца, закрепленного на нижнем диске, установленном на дополнительном приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений от вертикального толкателя, взаимодействующего с эксцентриком вверху и упругим элементом ступицы приводного вала внизу. При перемещении вертикального толкателя вверх соответственно нижний диск перемещается вверх под действием упругого элемента ступицы приводного вала, и нежесткое кольцо деформирует КНФП, а при движении толкателя вниз при перемещении от эксцентрика осуществляется восстановление КНФП.

На фиг. 1 представлен схематически продольный разрез микрофильтра; на фиг. 2 показана схематически установка безреагентного микробного обеззараживания радиоактивных стоков с применением микрофильтра.

Микрофильтр обеззараживания радиоактивных стоков содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода стоков, патрубком 3 отвода осветленной воды, патрубком 4 отвода осадка, приводной вал 5, верхний диск 6 и нижний диск 7, КНФП 8, прикрепленную своим узким основанием к верхнему диску 6, и свободно подвешенное основание 9 усеченного конуса со средствами его деформации в виде нежесткого кольца 10, закрепленного на нижнем диске 7, установленном на дополнительном приводном валу 11 с возможностью возвратно-поступательных перемещений от вертикального толкателя 12, взаимодействующего с эксцентриком 13 вверху и упругим элементом 14 ступицы 15 приводного вала 5. КНФП 8 выполнена из электропроводного материала и сообщена коллектором 16 подвода к ней промышленного переменного электрического тока частотой 50 Гц. Микрофильтр 17 в установке безреагентного микробного обеззараживания стоков 2 сообщен через биофильтры 18 и 19 с диспергатором 20 и сборником фекально-бытовых стоков 21, патрубком 4 отвода осадка с пресс-фильтром 22, а патрубком 3 отвода осветленной воды со сборником 23 радиоактивных стоков, который, в свою очередь, сообщен с биокультиватором 24, выполненным с технологическими патрубками 25 и 26, причем технологический патрубок 26 сообщен с микрофильтром 27, который по осадку сообщен с дезинтегратором 28 и по дезинтеграту сообщен со сборником 23 радиоактивных стоков, а по избыточной биомассе аэробов микрофильтр 27 патрубком 4 сообщен с сушилкой 29, камерой 30 пиролиза и камерой 31 остекловывания кокса твердых радиоактивных отходов (ТРО) перед захоронением в могильнике. Биофильтры 18 и 19 выполнены патрубками 32 - 39 с перфорированными перегородками 40, образующими наружные секции 41 и 42, внутренние секции 43 и 44, выполненными с абразивной зернистой иммобилизационной насадкой (АЗИН) 45, а наружные секции 41 сообщены с пульсаторами из цилиндра 46 с поршнем 47, выполненным с возможностью возвратно-поступательных перемещений. Биокультиватор 24 выполнен с перфорированными провальными перегородками (ППП) 48, образующими секции 49 с АЗИН 50, причем секции 49 сообщены тангенциальными патрубками 51 с нагнетателями воздуха 52.

Микрофильтр в установке безреагентной микробной дезактивации работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки объекта (АЭС, АТЭЦ, базы отстоя и ремонта судов, НИИ) поступают в сборник 21 для отделения минеральных примесей (кости, песок, металлические включения), затем взвеси измельчают в диспергаторе 20 и на биогенных элементах ФБС в биофильтрах 18 и 19 наращивают на АЗИН 45 биомассу микроорганизмов. Поток субстрата подвергают пульсационным воздействиям от пульсатора при перемещениях поршня 47 в цилиндре 46, что приводит к поверхностному обновлению биопленки АЗИН 45. При подаче субстрата через патрубки 33 и 34 АЗИН 45 находится в подвешенном состоянии в биофильтре 18 и поджатом в биофильтре 19. Наоборот, при подаче субстрата через патрубок 32 АЗИН 45 переходит в поджатое состояние, а в биофильтре 19 подача патрубок 35 подвешивает АЗИН 45. Такими переключениями АЗИН 45 освобождается от взвесей с одновременным обновлением биопленки на ее поверхности. Микроорганизмы биопленки исчерпывают биогенные элементы из взвесей, а при разрушении биопленки они переходят в жидкость. Субстрат через патрубок 36 отводится из биофильтра 18 и через патрубок 39 из биофильтра 19, а после переключения соответственно через патрубки 37 и 38. Обогащенный биогенными элементами взвеси и биопленки субстрат по патрубку 2 поступает в микрофильтр 17, в напорную полость верхнего диска 6 и далее на внутреннюю поверхность КНФП 8, фильтруется через ее, и в факеле распыла из корпуса 1 осветленную воду отводят по патрубку 3. Для повышения задерживающей способности КНФП 8 она выполнена многослойной и к ней подводят промышленный переменный электрический ток с частотой 50 Гц, задерживающий фрагменты биопленки, биомасса которой имеет отрицательный заряд. Повышают проницаемость КНФП 8 ее деформациями при перемещениях нежесткого кольца 10 нижнего диска 7 от эксцентрика 13 через толкатель 12, а перемещение нежесткого кольца 10 вверх происходит упругим элементом 14. Осадок выгружают в факеле распыла с КНФП 8 в корпус 1, а из него выводят по патрубку 4 в пресс-фильтр 22 и используют в качестве биоудобрения. Осветленная вода из патрубка 3 поступает в сборник 23, в который добавляют жидкие радиоактивные стоки объекта и по патрубку 25 направляют в биокультиватор 24. На биопленке АЗИН 50 происходит наращивание биомассы аэробов при аэрировании, происходящих через ППП 48 вращающегося воздуха, подводимого через тангенциальные патрубки 51 от нагнетателей 52, при низких напорах воздуха, а соответственно невысоких расходах энергии. Прилипание микроорганизмов обеспечивает появление на биопленке высокопродуктивных особей, т. е. автоселекция, одновременно микрорганизмы вырабатывают способность использовать продукты жизнедеятельности - метаболиты вышележащих в качестве источника питания на нижележащих биопленках АЗИН 50, т.е. проявляется сукцессия. Наличие в обрабатываемых стоках радионуклидов сопровождается радиолизом, т. е. разложением воды на атомарные водород и кислород, обеспечивающие появление среди микроорганизмов мутантов - особо жизнедеятельных особей. При контакте микроорганизмов с радионуклидами радиоактивных стоков происходит накопление при коэффициентах Кн=10⁷-10⁹, причем максимум накопления происходит в первые 5 минут контакта. Росту и размножению микроорганизмов способствует наличие в стоках дезинтеграта из дезинтегратора 28. Разрушенные оболочки обеспечивают доступность физиологически активных компонентов (ферментов, микроэлементов, витаминов, нуклеиновых кислот и т.д.) в качестве дополнения к растворенным компонентам стоков - биостимуляторов. Стоки со взвешенными в них микроорганизмами из патрубка 26 поступают в патрубок 2 микрофильтра 27, в котором происходит отделение биомассы микроорганизмов, которые дезинтегрируют в дезинтеграторе 28, а избыточную биомассу высушивают в сушилке 29, подвергают пиролизу в камере 30, а кокс остекловывают в камере 31 в качестве ТРО направляют на захоронение.

Сокращение запасов ископаемых невозобновляемых энергоносителей (нефть, уголь, природный и т.п.) приводит человечество к необходимости использования атомной энергии. Однако вопрос обеззараживания радиоактивных стоков не имеет принципиального экологического решения. В РФ радиоактивные стоки сбрасывают в Японское и Карское моря, в Великобритании - в Ирландское море, закачивают в глубинные пласты земли, устраивают хранилища ТРО. Взрыв хранилища ТРО в Кештыме на Южном Урале привел к радиоактивному заражению территории, превышающей по площади 1000 квадратных километров. Основную опасность для человечества представляет не облучение, а мигрирующие радионуклиды, которые попадают в организм с пищей, воздухом, через повреждения кожного покроя, и человеку крупно не повезет, если произойдет полураспад с выделением альфа-частицы и повреждением клетки - рак.

Изобретение предназначено для безреагентной микробной очистки радиационных стоков атомных электрических и тепловых станций, баз отстоя и ремонта надводных и подводных судов с атомными силовыми установками, радиоактивных стоков институтов, применяющих атомные реакторы, с отделением биомассы с накопленными ею радионуклидами микрофильтрованием. Деформацию конической нежесткой фильтровальной перегородки осуществляют упругим кольцом нижнего диска, установленным на дополнительном приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений вниз от толкателя, взаимодействующего с эксцентриком, а вверх-от упругого элемента, установленного на ступице приводного вала, причем патрубок подвода стоков сообщен с установкой обеззараживания. В фильтре обеспечивается высокая эффективность очистки. 2 ил.

Микрофильтр, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода сред, приводной вал, верхний и нижний диски, коническую нежесткую фильтровальную перегородку, прикрепленную своим узким основанием к верхнему диску, и свободно подвешенное основание усеченного конуса со средствами его деформации, отличающийся тем, что средство деформации выполнено в виде нежесткого кольца, закрепленного на нижнем диске, установленном на дополнительном приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений от вертикального толкателя, взаимодействующего с эксцентриком вверху и упругим элементом ступицы приводного вала.