БИОМИКРОФИЛЬТР Российский патент 2000 года по МПК C02F3/02 

Изобретение относится к микрофильтрованию, в том числе бактерий при безреагентной микробной очистке жидких радиоактивных стоков атомных тепловых и электрических станций, научно-исследовательских реакторов, атомных силовых установок надводных и подводных судов, бассейнов выдержки ТВЭЛов и т.д.

Известен биомикрофильтр, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, разделенный горизонтальной перегородкой на камеры осветленной воды и осадка, имеющие тангенциально подсоединенные отводящие патрубки, установленный по оси корпуса на приводной ступице приводной вал с верхним и нижним дисками, коническую фильтрующую перегородку /КФП/ из гибкого материала, прикрепленную к дискам, патрубок для подачи стоков во внутреннюю ее полость, КФП снабжена контактами, проводами и коллектором для подвода к ней электрического тока /патент РФ N 2100289, кл. C 02 F 3/00, 1995/, который имеет снижающуюся во времени производительность из-за биологического обрастания КФП, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы, достигается тем, что нижний диск установлен на приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений, а приводной вал взаимодействует внизу с приводной ступицей, а вверху установлен на сферической опоре.

При вращении приводной ступицы эксцентрик отклоняет приводной вал от вертикали со смещением верхнего и нижнего дисков и деформацией КФП и смещением ее конусов относительно друг друга, что приводит к разрушению биопленки и восстановлению проницаемости.

На фиг. 1 схематически показан биомикрофильтр, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схематически показана установка безреагентной микробной очистки жидких радиоактивных стоков /ЖРС/ с использованием биофильтра.

Биофильтр содержит корпус 1 с перегородкой 2 камер 3 - осветленной воды и 4 - осадка, снабженных тангенциальными патрубками 5 и 6 их отвода, установленный в корпусе 1 на приводной ступице 7 приводной вал 8 с верхним 9 и нижним 10 дисками, коническую фильтровальную перегородку из гибкого материала в виде конусов 11, 12 и 13, прикрепленных к верхнему диску 9, а конус 13 к нижнему диску 10, патрубок 14 для подвода стоков во внутреннюю полость конусов 11-13. Коническая фильтровальная перегородка снабжена контактами, проводами и коллектором 15, 16 и 17 для подвода к ней электрического тока, причем нижний диск 10 установлен на приводном валу 8 с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно упругого элемента 18, а приводной вал 8 взаимодействует внизу эксцентриком 19 с приводной ступицей 7, а вверху установлен на сферической опоре 20. Верхний диск 10 выполнен с напорной полостью 21 и окнами 22, сообщающими ее с внутренней полостью 23 конусов 11-13. Установка безреагентной микробной очистки жидких радиоактивных стоков включает сборник 24 фекально-бытовых стоков, сообщенный через диспергатор 25 переключатель 26 с биофильтром 27, включающим перфорированные перегородки 28, образующими секции 29, имеющими плавающую насадку 30, причем секции 29 через переключатель 31 сообщен с описанным выше биомикрофильтром 32, который патрубком 6 отвода осадка сообщен с пресс-фильтром 33, а патрубком 5 отвода осветленной воды с биокультиватором 34, выполненным с перфорированными перегородками 35, образующими секции 36 с иммобилизационной насадкой 37, причем секции 36 сообщены с нагнетателем воздуха 38, а между собой переливными трубами 39. Биокультиватор 34 сообщен с микрофильтром 32, а по осадку с дезинтегратором 40 и по дезинтеграту со сборником 41 жидких радиоактивных стоков и далее с биокультиватором 42, имеющим конструкцию, аналогичную биокультиватору 34. Нижняя секция 36 биокультиватора 42 сообщена с биомикрофильтром 32, описанным выше. Патрубок 6 биомикрофильтра 32 по осадку сообщен с пресс-фильтром 43, с сушилкой 44, камерой пиролиза 45 и камерой остекловывания 46.

Биомикрофильтр в установке безреагентной микробной очистки жидких радиоактивных стоков работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки объекта, не содержащие загрязняющих их радиоактивных компонентов, поступают в сборник 24, в котором происходит отделение минеральных включений, а органические взвеси измельчают в диспергаторе 25 до размеров частиц, сопоставимых с размерами частиц в биофильтре 27. Через переключатель 26 стоки попеременно подаются в верхнюю и нижнюю секции 29 с плавающей насадкой 30 /вспученный перлит, керамзит, модифицированный цеолит и т. д./. При подаче внизу с верхней секции 29 происходит отделение взвесей от насадки 30 и подаче в верхнюю секцию 29 - наоборот. Через переключатель 31 стоки со взвесями поступают в патрубок 14 биомикрофильтра 32, а через напорную полость 21 и окна 22 поступают во внутреннюю полость 23 конусов 11-13. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении приводного вала 8 с верхним 9 и нижним 10 дисками от приводной ступицы 7 вода проходит через перфорацию конусов 11-13 и из камеры 3 осветленная вода по патрубку 5 отводится. Осадок перемещается сверху вниз под действием тангенциальной составляющей центробежной силы и вибраций, создаваемых смещением приводного вала 8 эксцентриком 19 в проводной ступице 7 и нижнего диска 10 из камеры 4 корпуса 1 в пресс-фильтр 33 и может быть использован в качестве высокоэффективного удобрения. Осветленная вода из патрубка 5 поступает в биокультиватор 34. За счет смещений нижнего диска 10 на приводном валу 8 с деформацией упругого элемента 18 осуществляется смещение конусов 11, 12, 13 фильтровальной перегородки относительно друг друга с разрушением биообрастания и восстановлением проницаемости конусов 11-13. Подвод электротока от коллектора 17, провода 16 и контакты 15 к конусу 13 обеспечивает задержание особо мелких микроорганизмов, имеющих отрицательный заряд, что сводит до минимума количество взвесей в осветленной воде, поступающей в биокультиватор 34. Осветленная вода с растворенными в ней примесями перемещается по переливным трубам по секциям 29, в которых на иммобилизационной насадке 37 за счет растворенных примесей происходит наращивание биомассы микроорганизмов. Проходу стоков черед перфорацию перегородок 35 препятствует подпор воздуха, создаваемый нагнетателем 38. За счет иммобилизации-прилипания микроорганизмов к насадке 37 осуществляется автоселекция, т.е. размножение микроорганизмов, адаптированных к изменению биогенных элементов питания, при переходе стоков из вышележащих секций на нижележащие, причем насадка обеспечивает сукцессию, т. е. использование продуктов жизнедеятельности метаболитов, вышерасположенных микроорганизмов нижними. Стоки из биокультиватора 34 поступают в биомикрофильтр 32, работа которого описана выше, отделяемая вода используется для технических нужд объекта, а осадок подвергается дезинтеграции, т.е. разрушению оболочек с освобождением физиологически активных составляющих /ферменты, витамины, микроэлементы, нуклеиновые кислоты и т.д./. Из дезинтегратора 40 дезинтеграт поступает в сборник 41, в котором смешивается с жидкими радиоактивными стоками объекта, которые подвергаются обработке в биокультиваторе 42, из которого стоки поступают в третью ступень биомикрофильтра 32, работающие аналогично предыдущим.

Жидкие радиоактивные стоки, своими радиоизотопами, разлагают воду на кислород и водород - радиолиз способствует появлению на насадке 37 микроорганизмов-мутантов с высокой степенью размножения и высокими коэффициентами накопления K_н = 10⁷-10⁹, что обеспечивает практически полное обеззараживание воды, причем до 90% радиоактивности снимается в первые 5 минут контакта, а это уменьшает высоту биокультиватора 42 или количестве его ступеней.

Слив жидких радиоактивных стоков в моря /Ирландское; Японское, Карское и т.д./, закачка в глубинные пласты земли и т.д. приводят к миграции радиоизотопов. Основную опасность для цивилизации представляет не радиационное излучение, а распад радионуклидов в организме людей и животных. Выделяющаяся при распаде альфа-частица, повреждает одну-единственную клетку, что приводит к возникновению раковых опухолей, т.е. росту онкологических больных.

В XXI веке запасы невозобновляемых энергоносителей будут исчерпаны, а отсюда будущее человечества связано с атомной энергетикой, а соответственно с обеззараживанием жидких радиоактивных стоков.

Уже сейчас количество действующих, строящихся и проектируемых реакторов превысило тысячу единиц, а это подчеркивает актуальность изобретения.

Устройство предназначено для безреагентной очистки жидких радиоактивных стоков, в частности атомных электростанций. Биомикрофильтр содержит корпус, разделенный перегородкой на камеру для осветленной воды и камеру осадка, приводной вал с верхним и нижним дисками. Между дисками расположена фильтрующая перегородка, имеющая средства для подвода к ней электрического тока, выполненная в виде коаксиально установленных конусов из гибкого материала, внешний из которых присоединен к обоим дискам, а внутренние - только к верхнему. Нижний диск установлен на приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно упругого элемента, приводной вал в нижней части имеет эксцентрик для отклонения приводного вала от вертикали со смещением дисков и деформацией перегородки, что приводит к разрушению биопленки и восстановлению ее фильтрующей способности. Изобретение позволяет повысить эффективность работы устройства. 3 ил.

Биомикрофильтр, содержащий корпус, разделенный перегородкой на камеру для осветленной воды и камеру осадка, установленный по оси корпуса на приводной ступице приводной вал с верхним и нижним дисками, фильтрующую перегородку в виде установленных коаксиально конусов из гибкого материала, внешний из которых присоединен к верхнему и нижнему дискам, а внутренние - только к верхнему, патрубок для подвода стоков во внутреннюю полость конусов, контакты, провода и коллектор для подвода к перегородке электрического тока, отличающийся тем, что нижний диск установлен на приводном валу с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно упругого элемента и приводной вал в нижней части имеет эксцентрик для взаимодействия с приводной ступицей, а вверху установлен на сферической опоре.