установка очистки фекально-бытовых стоков

Формула изобретения

Установка очистки фекально-бытовых стоков, преимущественно на надводных и подводных судах с силовыми установками на основе дейтериевой, вырабатываемой хлореллой, и тритиевой воды из контура охлаждения уранового теплообменника, содержащая сборник фекально-бытовых стоков, сообщенный с метантенком из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал рифлеными поверхностями ротора и корпуса, причем камера метанового брожения по биогазу сообщена нагнетателем с хлореллокультиватором в нижней части, а по бражке - с оросителем в верхней части, причем хлореллокультиватор выполнен в виде корпуса со светопроницаемыми стенками, размещенными с внешней стороны светильниками, установленных на приводном валу хлореллокультивирующих элементов в виде перфорированных дисков из светопроницаемого пластика, отличающаяся тем, что диски хлореллокультиватора выполнены с радиальным разрезом с отводом одного конца разреза относительно другого до образования плоской спирали, а приводной вал выполнен полым и светопроницаемым с установленными в его внутренней полости светильниками, причем светопроницаемый вал установлен на упругой опоре и снабжен вибратором, а на периферии дисков размещены пучки стекловолокон, контактирующих с внутренней поверхностью корпуса, причем хлореллокультиватор сообщен с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой, а по биомассе микрофлоры - с динамическим дезинтегратором, выполненным с патрубками входа и выхода, установленным по оси корпуса ротора с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, сообщенную патрубком через гидрозатвор с ректификационной колонной, выполненной с поперечными перфорированными перегородками, с размещенной на перегородках насадкой в виде полых стеклянных шариков, причем ректификационная колонна по кубовому остатку, которым является дейтериевая вода, сообщена с парогенератором теплоэлектрогенератора, который сообщен с пароконденсатором для отделения гелия, причем урановый бланкет теплоэлектрогенератора через теплообменник сообщен со второй ректификационной колонной для выделения тритиевой воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки фекально-бытовых стоков надводных и подводных судов с силовыми установками на основе дейтериевой воды, нарабатываемой хлореллой, и тритиевой воды из контура охлаждения уранового теплообменника на природном или отвальном уране /238/, с переводом смеси паров дейтериевой и тритиевой воды в плазму, сжиганием плазмы, с наработкой тепловой и электрической энергии в теплоэлектрогенераторах.

Известна установка очистки фекально-бытовых стоков, включающая сборник, сообщенный с метантенком из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, выполненных в виде взаимодействующих через кольцевой канал рифлеными поверхностями ротора и корпуса, причем камера метанового брожения метантенка по биогазу сообщена нагнетателем с хлореллокультиватором в нижней части, а по бражке с оросителем в верхней, причем хлореллокультиватор выполнен в виде корпуса со светопроницаемыми стенками, размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, установленных на приводном валу хлореллокультивирующих элементов в виде перфорированных дисков из светопроницаемого пластика (с. 18-19, рис. 2.1. , 2.3. , У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В.В. Савенков. Системы ферментации. - Рига: Зинатне, 1986). Недостатком известной установки является отсутствие условий для наработки дейтериевой и тритиевой воды в качестве горючего силовой установки надводных и подводных судов, что снижает эффективность ее использования.

Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей и повышении эффективности очистки.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке очистки фекально-бытовых стоков, включающей сборник фекально-бытовых стоков, сообщенный с метантенком из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами, выполненных в виде взаимодействующих через кольцевой канал рифлеными поверхностями ротора и корпуса, причем камера метанового брожения метантенка по биогазу сообщена нагнетателем с хлореллокультиватором в нижней части, а по бражке с оросителем в верхней, причем хлореллокультиватор выполнен в виде корпуса со светопроницаемыми стенками, размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, установленных на приводном валу хлореллокультивирующих элементов в виде перфорированных дисков из светопроницаемого пластика, диски хлореллокультиватора выполнены с радиальным разрезом с отводом одного конца разреза относительно другого до образования плоской спирали, а приводной вал выполнен полым и светопроницаемым с установленными в его полости светильниками, причем вал установлен на упругой опоре и снабжен вибратором, а на периферии дисков размещены пучки стекловолокон, причем хлореллокультиватор сообщен с центробежным микрофильтром и по ходу биомассы хлореллы и серобактерий с динамическим дезинтегратором с патрубками входа и выхода и имеющий корпус и установленный по оси корпуса ротор, с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, сообщенную патрубком через гидрозатвор с ректификационной колонной, выполненной с поперечными перфорированными перегородками, с размещенной на них насадкой в виде полых стеклянных шариков, причем поперечные перфорированные перегородки образуют секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, а верхняя секция по ходу пара сообщена с дефлегматором, а по флегме-/конденсату/ через гидрозатвор с ректификационной колонной, а нижняя секция сообщена с кубом /теплообменником/, а по кубовому остатку, которым является дейтериевая вода, - с парогенератором.

Последний через патрубок, импульсный питатель и отверстие в верхней крышке сообщен с внутренней полостью теплоэлектрогенератора, в котором размещены дуговые электроды с впрессованным в них литий-алюминиевым порошком, по оси корпуса теплоэлектрогенератора установлен игольчатый электрод и концентрично ему кольцевой электрод, а напротив игольчатого электрода по оси размещена сетка - коллектор, причем игольчатый электрод, кольцевой электрод и сетка - коллектор сообщены с электроконденсатором и нагрузкой P, а нижняя торцевая стенка выполнена полой, сообщена контуром охлаждения с теплообменником, в ней выполнены концентричные отверстия, сообщенные с отверстием приводной ступицы со струевым вакуум-насосом и конденсатором, а концентрично кольцевому электроду размещен урановый реактор с твэлами из природного или отвального урана-238, причем реактор по охлаждаемой воде сообщен с теплообменником и контуром паровой турбины привода электрогенератора и конденсатором, причем теплообменник уранового реактора по охлаждаемой воде сообщен через гидрозатвор с ректификационной колонной, аналогичной по конструкции, описание которой приведено выше, а по кубовому остатку, которым является тритиевая вода, сообщен с парогенератором теплоэлектрогенератора для образования смеси дейтериевой и тритиевой воды.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена установка очистки фекально-бытовых стоков, схема; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

Установка очистки фекально-бытовых стоков включает сборник фекально-бытовых стоков 1, сообщенный с метантенком 2 из камер: 3 - кислого, 4 - нейтрального, 5 - щелочного, 6 - метанового брожения, снабженных диспергаторами 7, выполненных в виде взаимодействующих через кольцевой канал 8 рифлеными поверхностями ротора 9 и корпуса 10. Камера 6 метанового брожения метантенка 2 по биогазу сообщена нагнетателем 11 с хлореллокультиватором 12 в нижней части, а по бражке - с оросителем 13 в верхней. Хлореллокультиватор 12 выполнен в виде корпуса 14 со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса 14 светильниками 15. В корпусе установлены на приводном валу 16 хлореллокультивирующее элементы в виде перфорированных дисков 17 из светопроницаемого стеклопластика. Диски 17 выполнены с радиальным разрезом 18, с отводом одного конца разреза 18 относительно другого до образования плоской спирали 19, а приводной вал 16 выполнен полым и светопроницаемым с установленными в его полости светильниками 20. Приводной вал 16 установлен на упругой опоре 21 и снабжен вибратором 22. На периферии дисков 17 размещены пучки 23 стекловолокон. Хлореллокультиватор 12 сообщен с центробежным микрофильтром 24 и по биомассе хлореллы и серобактерий - с динамическим дезинтегратором 25, имеющим патрубки: входа 26 и выхода 27, установленный по оси корпуса 28 ротор 30 с глухими отверстиями 31. Последние взаимодействуют через кольцевой канал 32 с отверстиями 33 перфорированного кольца 34, образующего с корпусом 28 полость 35, сообщенную патрубком 36 через гидрозатвор 37 с ректификационной колонной 38, выполненной поперечными перфорированными перегородками 39, с размещенной на них насадкой 40 в виде полых стеклянных шариков, причем поперечные перфорированные перегородки 39 образуют секции 41, сообщенные друг с другом переливными трубами 42. Верхняя секция 41 по пару сообщена с дефлегматором 42, а по флегме /конденсату/ через гидрозатвор 43 - с ректификационной колонной 38, а нижняя секция ректификационной колонны сообщена с кубом /теплообменником/ 44, причем по кубовому остатку, которым является дейтериевая вода, - с парогенератором 45.

Патрубок 46 парогенератора через импульсный питатель 47 и отверстие 48 в верхней крышке 49 теплоэлектрогенератора 51 сообщен с внутренней полостью 50 его. В теплоэлектрогенераторе размещены дуговые электроды 52 и 53 с впрессованным в них литий-алюминиевым порошком /LiAl/, а по оси корпуса теплоэлектрогенератора 51 установлен игольчатый электрод 54 и концентрично ему кольцевой электрод 55, а напротив игольчатого электрода 54 размещена сетка-коллектор 56, которые сообщены с электроконденсатором 57 и нагрузкой P. Нижняя торцевая крышка 58 теплоэлектрогенератора выполнена полой, сообщена контуром 59 охлаждения с теплообменником 60. В крышке 58 выполнены концентричные отверстия 61, сообщенные с отверстием 62 приводной ступицы 63 со струевым вакуум-насосом 64 и пароконденсатором 65. Концентрично кольцевому электроду 55 в теплоэлектрогенераторе размещен урановый реактор 66 с твэлами из природного или отвального урана-238, причем реактор 66 по охлаждаемой воде сообщен с теплообменником 67 и контуром 68 паровой турбины 69 привода электрогенератора 70 и пароконденсатором 71. Теплообменник 67 уранового реактора 66 по охлаждаемой воде сообщен через гидрозатвор 72 с ректификационной колонной 73, аналогичной по конструкции ректификационной колонной 38, описание которой приведено выше, а по кубовому остатку, которым является тритиевая вода, ректификационная колонна 73 сообщена с парогенератором 45 теплоэлектрогенератора 51, для образования смеси дейтериевой и тритиевой воды. Хлореллокультиватор 12 по метану /CH₄/ сообщен со сборником 74. Пароконденсатор 65 сообщен со сборником 75 гелия /He/.

Установка очистки фекально-бытовых стоков работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки базы отстоя и ремонта надводных и подводных судов с атомными силовыми установками поступают в сборник 1, проходят обработку на пеосницах и решетках /на чертеже не показаны/ и направляются в метантенк 2 и проходят обработку в камерах 3-6, причем взвеси измельчают в диспергаторах 7 выступами ротора 9 и корпуса 10 с выбросом в кольцевой канал 8 частиц, по размерам сопоставимых с размерами кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов, метаногенов и т.д. Метантенк на 4/5 заполнен стоками, а в верхней части находится газовый объем. На поверхности раздела между жидкой и газовой составляющей образуется корка, которая разрушается структурой отбора субстрата, последний отбирают в верхней части камер 3-6, а выбрасывают в нижней. Такая обработка сокращает время сбраживания и повышает производительность метантенка 2 с единицы объема. Газовую смесь /пары кислот, спиртов, сероводород, метан и другие примеси/ отводят из камеры 6 метанового брожения метантенка и нагнетателем 11 подают в хлореллокультиватор 12, а через ороситель 13 поступает послеброжевой остаток, который смачивает и образует слой на перфорированных дисках 17. В этом слое выращивают хлореллу при освещении от светильников 15 и 20. Газовая смесь барботирует слой субстрата с находящейся в нем хлореллой, причем перетоку газа между плоской спиралью 19 и корпуса 14 препятствуют пучки волокон 23, которые одновременно очищают внутреннюю поверхность корпуса 14 хлореллокультиватора от отложений и восстанавливают светопроницаемость. Полый приводной вал 16 вращают с частотой 4-6 об/мин в направлении, противоположном перемещению смеси хлореллы и субстрата. Для предупреждения коркообразования на поверхности субстрата приводной вал 16 подвергают вибрированию на упругой опоре 21 от вибратора 22. Метан, освобожденный от примесей, поступает в сборник 74 и может быть использован для газосборочных работ на базе. Субстрат после исчерпывания биогенных элементов питания поступает в центробежный микрофильтр 24, на нежесткой фильтровальной перегородке которого, находящейся под напряжением электротока, происходит отделение хлореллы и сопутствующей микрофлоры.

Концентрат биомассы из центробежного микрофильтра 24 поступает в динамический дезинтегратор 25 через патрубок 26 и обрабатывается в кольцевом канале 32. При выбросе биомассы из глухих отверстий 31 ротора 30 на неподвижном перфорированном кольце 34 динамическое давление переходит в статическое и потерянное. При опорожнении отверстий 31 в них создается разрежение, и под повышенным статическим давлением биомасса заполняет их объем, причем заполнение и опорожнение отверстий 31 осуществляется многократно за время движения биомассы от патрубка 26 к патрубку 27. При ударе микрофлоры о поверхность кольца 34 происходит разрушение оболочек клеток с освобождением внутриклеточной жидкости, содержащей обычную и тяжелую воду. Причем концентрация тяжелой воды составляет 0,4-0,6%, при этом накопление тяжелой воды от 0,002% осуществляется за счет жизнедеятельности хлореллы и серобактерий. Тяжелая вода имеет плотность, существенно превышающую плотность обычной воды, и поле центробежных сил проходит через отверстия 33 в полость 35, вытесняя оттуда обычную воду. Смесь обычной и тяжелой воды из полости 35 по патрубку 36 через гидравлический затвор 37 поступает в ректификационную колонну 38. Температура кипения тяжелой воды существенно выше температуры обычной воды, она медленнее испаряется и труднее конденсируется в сравнении с обычной водой. Путем многократных частичных испарений воды и конденсации паров в дефлегматоре 42 выделяют практически чистую воду, а в теплообменнике 44 - тяжелую /Д₂O/.

Смесь тяжелой /Д₂O/ и сверхтяжелой /T₂O/ в соотношении 1:1 поступает в парогенератор 45 для нагрева до температуры 250-300K и перевода ее в пар. Из парогенератора 45 через патрубок 46 импульсным питателем 47, работающим с периодичностью 80-100 импульсов/мин, пар вводят через отверстие 48 верхней крышки 49 во внутреннюю полость 50 теплоэлектрогенератора 51. Между дуговыми электродами 52 и 53 при температуре 2500-3000K пар переходит в состояние плазмы, причем снижение температуры ионизации достигается вводом в состав дуговых электродов 52 и 53 литий-алюминиевого порошка в количестве 1% от массы электродов, который одновременно повышает электропроводность плазмы. Работой приводной ступицы 63 плазму формируют в форме спиралей, причем ступица вращается прерывисто синхронно с питателем 47. От конденсаторной батареи 57 к игольчатому электроду 54, кольцевому 55 и на сетку - коллектор 56 подают электроимпульсы синхронно работе питателя 47 и приводной ступицы 63. Согласно закону сохранения импульсов взаимодействие высокоэнергетичных ионов с поверхностью кольцевого электрода 55, выполненного из литий-бериллиевых стержней, дает реакцию в виде электротока, снимаемого нагрузкой P. В результате реакции между изотопами водорода образуется гелий, который отбрасывается при вращении спиралей плазмы к поверхности уранового реактора 66. Поток испаряющихся ионов создает реактивное давление и отжимает спирали плазмы от поверхности реактора 66, снижая наряду с газовой "шубой" охлаждение плазмы. Возле нижней торцевой стенки 58 происходит рекомбинация плазмы в пар. Пар отводят струевым вакуум-насосом 64 в пароконденсатор 65. Гелий является неконденсирующейся примесью и его отводят в сборник 75. Под воздействием потока нейтронов, выделяющихся при синтезе гелия, в урановом реакторе 66 происходит перевод урана-238 в плутоний, который периодически вынимают в виде топливных сборок. Одновременно в реакторе 66 образуется тритий, который в виде тритиевой воды в смеси с обычной водой через гидравлический затвор 72 отводят в ректификационную колонну 73. Тритиевая вода имеет более высокую температуру кипения и из нижней части ректификационной колонны 73 поступает в парогенератор 45. Пар из теплообменника 67 вращает паровую турбину 69 с выработкой электроэнергии в электрогенераторе 70, причем пар контура паровой турбины 69 изолирован от контура охлаждения реактора 66. Наряду с безмашинной выработкой электроэнергии в теплоэлектрогенераторе 51 выполняется машинная выработка в электрогенераторе 70. Стержни в кольцевом электроде 55 выполнены из карбида лития /Li₂Al₂/ в сплаве с бериллием.

Установка очистки фекально-бытовых стоков найдет использование на базах отстоя и ремонта надводных и подводных судов с атомными силовыми установками на Баренцевом, Белом, Балтийском, Охотском и Японском морях РФ. Протечки от атомных силовых установок, стирка спецодежды, салфетки для обтирки инструмента и оборудования загрязняют фекально-бытовые стоки радионуклидами. Очистка фекально-бытовых стоков предупреждает миграцию радионуклидов в морях и попадание их в морепродукты и по биологической цепочке к человеку, сокращая тем самым количество онкологических больных. Вырабатываемые при очистке метан и электроэнергия могут быть использованы для бытовых и производственных нужд баз, в особенности удаленных от централизованных источников снабжения электроэнергией.