дезинтегратор аэробов и ассоциатов молекул воды

Формула изобретения

Дезинтегратор аэробов и ассоциатов молекул воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, отличающийся тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированных кольцах, установленных концентрично ротору с образованием полости между кольцами и корпусом, изолированной от входного и выходного патрубков и сообщенной патрубком со статическим дезинтегратором, включающим корпус с технологическими патрубками, разобщенный перфорированной перегородкой на паровую секцию в верхней части и жидкостную в нижней, сообщенную с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой, причем корпус микрофильтра по биомассе сообщен с ленточным пресс-фильтром, а сборник пресс-фильтра сообщен со сборником микрофильтра и далее со следующими ступенями динамических и статических дезинтеграторов, при этом последняя ступень статического дезинтегратора сообщена с приемной камерой установки электролиза, включающей анодную и катодную секции, разобщенные полупроницаемой перегородкой, причем анодная секция сообщена со сборником кислорода, а катодная - со сборником дейтерия, при этом входной патрубок первой ступени динамического дезинтегратора сообщен с биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, установленные в корпусе провальные перфорированные перегородки, образующие секции с размещенной в секциях на провальных перфорированных перегородках абразивной зернистой иммобилизационной насадкой, причем секции сообщены с нагнетателем воздуха, а верхняя секция биофильтра сообщена с биореактором, включающим камеры кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожений, каждая камера из которых патрубками сообщена с диспергаторами, включающими корпус с ребристой внутренней поверхностью, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора, а камера кислого брожения биореактора сообщена со сборником навоза, кроме того, выходной патрубок корпуса дезинтегратора сообщен с раструбом улитки, плоская часть которой сообщена с трубой, установленной перпендикулярно к плоскости улитки, причем во внутренней полости трубы размещена плоская спираль, а труба выполнена с конусом, установленным в камере разрежения струевого насоса, при этом камера разрежения сообщена с паровой секцией статического дезинтегратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дезинтеграции и может быть использовано при утилизации навоза товарных свиноферм в районах Крайнего Севера с выработкой дейтерия, белково-витаминной добавки /БВК/, биоудобрений для теплиц.

Известен дезинтегратор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, с установленным по оси корпуса ротором с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями на внутренней цилиндрической поверхности корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33; C 02 F 3/00, 1997/, у которого низкая степень дезинтеграции, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированных кольцах, установленных концентрично ротору с образованием полости между кольцами и корпусом, изолированной от входного и выходного патрубков и сообщенной патрубком со статическим дезинтегратором, включающим корпус с технологическими патрубками, разобщенный перфорированной перегородкой на паровую секцию в верхней части и жидкостную секцию в нижней, сообщенную с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой, причем корпус микрофильтра по биомассе аэробов сообщен с ленточным пресс-фильтром, а его сборник сообщен со сборником микрофильтра и далее со следующими ступенями динамических и статических дезинтеграторов, последняя ступень статического дезинтегратора сообщена с приемной камерой установки электролиза, включающей анодную и катодную секцию, разобщенные полупроницаемой перегородкой, причем анодная секция сообщена со сборником кислорода, а катодная со сборником дейтерия, входной патрубок первой ступени динамического дезинтегратора сообщен с биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, установленные в корпусе провальные перфорированные перегородки /ППП/, образующие секции с размещенной в секциях на ППП абразивной зернистой иммобилизационной насадкой /АЗИН/, секции сообщены с нагнетателем воздуха, причем верхняя секция биофильтра сообщена с биореактором, включающим камеры: кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, каждая камера патрубками сообщена с диспергаторами, включающими корпус с ребристой внутренней цилиндрической поверхностью, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора, а камера кислого брожения биореактора сообщена со сборником навоза.

Перед дезинтегратором ставятся две задачи: разрушение оболочек аэробов и освобождение их содержимого и, вторая задача, дезинтеграция ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды. В первой задаче выполнение осуществляется за счет гидродинамического воздействия на оболочки аэробов, которые являются центрами конденсации при схлопывании пузырьков водяного пара. А дезинтеграция ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды основана на существенной разнице физических характеристик тяжелой /D₂O/ и легкой /H₂O/ воды. Тяжелая вода имеет плотность на 10% выше, а вязкость на 23% выше легкой воды. Статическая дезинтеграция осуществляется на более высокой температуре кипения тяжелой воды - 101,42^oC, т.е. она хуже испаряется и лучше конденсируется в сравнении с легкой.

На фиг. 1 чертежа схематически показана установка утилизации навоза свиноферм с применением дезинтеграторов; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

Дезинтегратор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, с установленным по оси корпуса 1 ротором 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7 на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Отверстия 7 выполнены в перфорированных кольцах 8 и 9, установленных концентрично ротору 4 с образованием полости 10 между кольцами 8 и 9 и корпусом 1, изолированной от входного 2 и выходного 3 патрубков и сообщенной патрубком 11 со статическим дезинтегратором 12 технологическими патрубками 13 - 16, разобщенным перфорированной перегородкой 17 на паровую секцию 18 в верхней части и жидкостную секцию 19 в нижней, сообщенную с центробежным микрофильтром 20 с нежесткой фильтровальной перегородкой 21, причем корпус 22 микрофильтра 20 по биомассе сообщен с ленточным пресс-фильтром 23, а его сборник 24 сообщен со сборником 25 микрофильтра 20 и далее со следующими ступенями динамических дезинтеграторов 26 и 27 и статических 28 и 29, последняя ступень статического дезинтегратора 29 сообщена с приемной камерой 30 установки электролиза 31, включающей анодную секцию 32 и катодную секцию 33, разобщенные полупроницаемой перегородкой 34, причем анодная секция 32 сообщена со сборником 35 кислорода, а катодная 33 со сборником 36 дейтерия, а входной патрубок 2 первой ступени динамического дезинтегратора 37 сообщен с биофильтром 38, включающим корпус 39 с технологическими патрубками 40 и 41, установленные в корпусе 39 ППП 42, образующие секции 43 с размещенной в секциях 43 на ППП 42 АЗИН 44, секции 43 сообщены с нагнетателем воздуха 45, причем верхняя секция биофильтра 38 сообщена с биореактором 46, включающим камеры: 47 - кислого, 48 - нейтрального, 49 - щелочного, 50 - метанового брожения, каждая камера 47 - 50 патрубками 51 и 52 сообщена с диспергаторами 53, включающими корпус 54 с ребристой внутренней цилиндрической поверхностью, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора 55, а камера кислого брожения 47 биореактора 46 сообщена со сборником 56 навоза, выходной патрубок 3 корпуса 1 сообщен с раструбом 57 улитки 58, плоская часть 59 которой сообщена с трубой 60, во внутренней полости которой размещена плоская спираль 61, причем труба 60 установлена перпендикулярно к плоскости улитки 58, труба 60 выполнена с конусом 62, установленным в камере разрежения 63 струевого насоса 64, сообщенного со сборником 56 навоза, а камера разрежения 63 сообщена с паровой секцией 18 статического дезинтегратора 12.

Дезинтегратор в установке утилизации навоза товарной свинофермы работает следующим образом.

Навоз гидросмывом и гидросплавом поступает с товарной свинофермы в сборник 56 при соотношении углерода к азоту 11:1, за счет добавки биомассы после ленточного пресс-фильтра 23 соотношение доводится до 20:1. Навоз последовательно сбраживают в камерах 47 - 50 биореактора 46. В каждой камере навоз отбирают через патрубок 51, после измельчения в диспергаторе 53 выбрасывают через патрубок 52. При обработке между ребристыми поверхностями корпуса 34 ротора 55 одновременно с измельчением происходит нагрев субстрата до более благоприятной температуры для жизнедеятельности кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов и метаногенов порядка 36^oC, причем за счет реле температуры /на чертеже не показано/ колебания температуры не должны превышать 1^oC в сутки. Шлам из камеры 50 отбирают в ленточной пресс-фильтр 65 и после обезвоживания используют в качестве биоудобрения. Шлам после обработки в биореакторе 46 приобретает запах земли. Бражку из камеры 50 метанового брожения вводят через патрубок 40 в биофильтр 38 и последовательно обрабатывают на АЗИН в биопленке на ППП 42 в секциях 43. За счет иммобилизации /прилипания/ на АЗИН 44 /кокс, вспученный перлит, пемза, керамзит, модифицированный цеолит/ в биопленке продуцируется микрофлора, адаптированная к изменению биогенных элементов питания - АВТОСЕЛЕКЦИЯ по высоте корпуса 39. Одновременно у микрофлоры вырабатывается способность поглощать продукты жизнедеятельности /метаболиты микроорганизмов вышележащих секций организмами нижележащих - СУКЦЕССИН. При интенсивном аэрировании воздухом из нагнетателя 45 аэробы накапливают в себе тяжелую воду, коэффициент накопления К_н = 10⁷ - 10⁹, содержание тяжелой воды составляет 0,4 - 0,6% от массы аэробов. Биомассу аэробов направляют в патрубок 2 корпуса 1 динамического дезинтегратора 37. При вращении ротора 4 вода в виде жидкостного поршня выбрасывается из глухих отверстий 5. Между днищем отверстий 5 и жидкостным поршнем возникает разрежение и в жидкостном поршне появляются пузырьки пара. При контакте с перфорированными кольцами 9 и 8 корпуса 1 происходит конденсация паровых пузырьков, центрами конденсации являются аэробы. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого он образовался, возникают пустоты, которые с гидравлическими ударами схлопываются, разрушая оболочки аэробов и освобождая тяжелую воду. Одновременно при перемещении воды по поверхности кольца 9 вода проходит над отверстиями 7 в кольцевом канале 6. Над отверстиями 7 вода находится в области пониженного давления, создаваемого струевым насосом 64, и в воде появляются пузырьки, пара которые схлопываются в области повышенного давления между отверстиями 7. При перемещении воды по кольцевому каналу 6 происходит пульсация напоров: скоростной переходит в статический, статический - в скоростной за время перемещения воды от патрубка 2 к патрубку 3. За счет потери энергии напоров при пульсации часть энергии напоров переходит в тепловую, и вода нагревается. Под воздействием разности в плотности тяжелой и легкой воды тяжелая вода накапливается в полости 10, обратному выходу тяжелой воды препятствует ее более высокая вязкость в сравнении с легкой водой. Дополнительный нагрев воды происходит в улитке 58 между витками плоской спирали 61 за счет трения между струями воды, между струями стенками. Нагретая вода используется для корректировки по температуре навоза в сборнике 56. Смесь дезинтеграта аэробов и ассоциатов молекул воды из патрубка 11 поступает в статический дезинтегратор 12 в его жидкостную секцию 19. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC, она хуже испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с круглой водой. В паровой секции 18 статического дезинтегратора 12 струевым насосом 64 создается разрежение, и происходит испарение легкой воды, т.е. статическая дезинтеграция ассоциатов молекул воды. Вода из жидкостной секции 19 статического дезинтегратора 12 поступает в центробежный микрофильтр, в котором на нежесткой фильтровальной перегородке осуществляют отделение фрагментов биопленки и оболочек аэробов в поле постоянного тока, подводимого в перегородке 21. Биомассу из корпуса 22 отводят в ленточный пресс-фильтр 23, часть биомассы используют для корректировки навоза по углероду, а избыточную - используют в качестве белково-витаминной добавки /БВД/ в корм свиней из расчета 1 грамм на 1 кг живого веса. Воду из сборника 24 пресс-фильтра 23 и из сборника 25 микрофильтра 20 последовательно обрабатывают в динамических дезинтеграторах 26, 27 и статических дезинтеграторах 28, 29. Количество ступеней подбирают из условия достижения концентраций тяжелой воды 90 - 95%. Тяжелая вода из приемной камеры 30 проходит через полупроницаемые перегородки 34 и в анодной секции 32 получают кислород, который поступает в сборник 35, а в катодной секции дейтерий, собираемый в сборник 36. Щелочной раствор из катодной секции 33 поступает в камеру 49 биореактора 46 для повышения щелочности среды.

Комплексная утилизация навоза улучшает экологическую обстановку вокруг товарной свинофермы населенного пункта Крайнего Севера.

Выработка дейтерия, 1 кг которого при распаде в термоядерном реакторе эквивалентен сжиганию 10000 т угля, решает проблему обеспечения горючим территорий Крайнего Севера, устраняет загрязнение атмосферы продуктами сгорания угля.