גישות חדשניות לטיפול במים מגניבים תעשייתיים לשימוש חוזר

מים קירור תעשייתיים מייצגים את אחד דרישות המים הגדולים ביותר בייצור וייצור חשמל, חשבונאות עד 40% של משיכת מים תעשייתיים מוחלטים. כמו משאבי מים מתוקים הופכים מתוחים ולחצים רגולטוריים מתעצמים, טיפול במים קירור לשימוש חוזר הוא כבר לא אופציה נישה אלא אמצעי חיוני עסקי.שיטות מסורתיות שירתו היטב במשך עשרות שנים, אבל עלייה בעלויות, מגבלות מחמירות יותר, ומטרות קיימות הן המניעות את האימוץ של טכנולוגיות מתקדמות יותר, ידידותיות, ואסטרטגיות טיפול פסיכולוגיות, הן אסטרטגיות קירור, מתקדמות יותר, אסטרטגיות טיפול פסיכולוגיות, אסטרטגיות מתקדמות יותר, מבטיחות, טיפול פסיכולוגיות, הן אסטרטגיות טיפוליות, טיפוליות, טיפוליות, טיפוליות, אסטרטגיות קירור, אסטרטגיות קירור, הן אסטרטגיות קירור, אסטרטגיות מתקדמות יותר, אסטרטגיות קירור סביבתיות, אטרקטיביות, אטרקטיביות, אסטרטגיות מתקדמות יותר, טיפוליות, אסטרטגיות טיפול פסיכולוגיות, אסטרטגיות טיפוליות, אסטרטגיות מתקדמות יותר, אסטרטגיות טיפול פסיכולוגיות, אסטרטגיות מתקדמות יותר, מתקדמות ביותר, אסטרטגיות מתקדמות ביותר, אסטרטגיות מתקדמות יותר, טיפוליות.

החשיבות של קירור מים לשימוש בתעשייה

מים מגניבים משמשים בטווח רחב של יישומים תעשייתיים, מתהליכים כימיים ופינוכיים מחדש לייצור פלדה ומרכזי נתונים.פעם התפשט באמצעות חילופי חום ומגדלי קירור, המים הופכים מזוהמים עם מוצקים מומסים, חלקיקים מושעה, מיקרואורגניזמים, ולעתים תרכובות אורגניות.במערכת הפעלה אחת, מים משומשים אלה משתחררים לתוך הסביבה.

המקרה העסקי לשימוש חוזר ממשיך לחזק את הבצורת האחרונה, הנחיות EPA מחמירות תחת חוק המים הנקיים, ומחירי המים באזורים רבים דחף תעשיות לטיפול במים קירור כמשאב יקר ולא זרם פסולת. טכנולוגיות טיפול מתקדמות לא רק לייצר מים איכותיים המתאימים לחזרה למעגל הקירור, אלא גם לאפשר התאוששות של מוצרים יקרי ערך כמו מלחים ואנרגיה.

טיפול במים מסורתי: שיטות ומגבלות

טיפול מסורתי של קירור המגדל מכה בדרך כלל עוקב אחר גישה רב-שלבית.המיזוג הכימי עם מעכבי בקנה מידה, מעכבי קורוזיה, ו biocides מוחל על המים המבודדים כדי לשלוט בפירוק וצמיחה מיקרוביאלית.פלציה באמצעות חול או מסננים מולטימדיה מסירים מוצקים גדולים יותר מושעה. אגן סינדימנטציה או הבהרה מיישבים חלקיקים כבדים יותר, לאחר שלבים אלה, המפוצץ לעתים קרובות משוחררים באופן ישיר של שיטות התאמות פשוטות יותר.

צריכת כימית גבוהה; לדוגמה, מגדלי קירור רבים מסתמכים על זרמים ו azoles עבור קנה מידה וקורטוזיה שליטה, אשר בסופו של דבר מכה לאחור ויש לנהל לפני השחרור.יתר על כן, סינון מסורתי לא יכול להסיר מלחים או חלקיקים בסדר, כלומר ירידה למטה עדיין יש מוליכות מוגברת ומתמוסס מוצקות מוחלטות (TDS). כאשר מפוצץ למטה הוא ללא טיפול נוסף, הסרת מים באופן קבוע, הופך להיות מקצר יותר ויותר.

טכנולוגיות חדשניות ל- Cooling Water Reuse

פריצות דרך אחרונות בטיפול במים להתמקד בשלושה עמודי עמוד עיקריים: סינון קרום, תהליכי חמצון מתקדמים (AOPs), וטיפול ביולוגי.כל אחד מציע יתרונות נפרדים והוא יכול להיות משולב ב רכבות המותאמות מטרות ספציפיות לאיכות מים.

Membrane Filtration

טכנולוגיות Membrane עברו מיישומים נישה לפתרונות מרכזיים לשימוש במים תעשייתיים. הסוגים הרלוונטיים ביותר לטיפול במים קירור הם אולטרה-חדירה (UF), nanofiltration (NF), אוסמוזה הפוכה (RO), ו bioreactors ביולוגיים membrane (MBR).

(FLT:0)Ultrafiltration (UF)BuildFLT:1) משתמש ⁇ membranes עם גדלים פואר סביב 0.01-0.1 מיקרונים כדי להסיר מוצקים מושעה, קולואידים, חיידקים ווירוסים. UF משמש לעתים קרובות כמו טיפול מוקדם עבור RO מכיוון שהוא מספק איכות סינון עקבי כי מגן על membranes מרעישים על ידי קירור מים, אשר עשוי להיות מסוגל גם ירידה של רמות דלקת מפרקים כימיקלים רבים לאחר מכן, אשר תוכנן כדי להפחית את רמות של נוזל אחורית גבוהה.

(FLT:0)Nanofiltration (NF) irph:1 ; membranes יש נקבובות קטנות יותר (כ 1 nm) ויכול להסיר באופן סלקטיבי מושגים די שווים כגון סידן ומגנזיום, אשר הם תורמים העיקריים כדי לדרג. NF גם דוחה מולקולות אורגניות גדולות יותר. עבור מים קירור, NF יכול לרכך את המכה לאחור, ומאפשרים ריכוז גבוה יותר של המגדל קירור זה.

(FLT:0) הפוך אוסמוזה (RO)FIRLT:1) הוא סוס העבודה לייצור מים מטוהר גבוה מפוצץ מגדל קירור, RO יכול להסיר 95-99% של מלחים מומסים, תרכובות אורגניות ומיקרואורגניזמים.המסתר הוא נמוך ב TDS, אחליקה, קשיחות, מה שהופך אותו אידיאלי לשימוש חוזר במעגלים או אפילו כמו תצורה של מים חמים, אם הם לא מתאימים לדלקתיים, אם הם מכילים כמות מסוימת של מים נמוכה יותר, אם הם לא מתאימים לדלקת מים.

(FLT:0)Membrane Bioreactors (MBRIRFLT) 1 משלב טיפול ביולוגי עם filtration membrane. בעוד נפוץ יותר עבור טיפול במים שפכים, צמחים MBR משמשים יותר ויותר לטיפול בפיצוץ המגדל קירור המכילה אורגנים מבוזרים של MBRUMC (בדרך כלל UF או MF) לשמור על biomass, לייצר מפוצץ קירור יום אחד של קירור גבוה יותר.

תהליכי Oxidation מתקדמים (AOPs)

תהליכי חמצון מתקדמים מייצרים רדיקלים הידרוקסל תגובתיים (OH) כי במהירות חמצון של אבקה אורגנית, פתוגנים, ואפילו כמה תרכובות אורגניות.בניגוד חמצון כימי מסורתי באמצעות chlorine או או או אוזון לבד, AOPs יכול לשבור חומרים לא-biodeable ולהקטין לחלוטין פחמן אורגני (TOC) לרמות נמוכות מאוד.

(FLT:0)Ozone / UentiVFLT:1 מערכות לייצר אוזון באתר ולאחר מכן להדהים את המים עם אור UV כדי לזרז היווצרות רדיקלית.שילוב זה יעיל נגד מגוון רחב של contaminants אורגני, כולל biocides, גולשים, ואנטי-calants אשר עשוי לצבור שליטה במים מחדש.

(FLT:0) Hydrogen peroxide /UVVirph:1 ), מערכות להשתמש אור UV כדי לפצל H2O2 לתוך רדיקלים hydroxyl.זה מבנה פשוט יותר מאשר דור האוזון והוא מתאים לשיעורי זרימה קטנים יותר.ה-H2O2 יכול להיות מוקרן אם יש צורך, אבל יישומים קירור רבים של השרידים עצמם מספק חיטוי מתמשך.

(FLT:0)Fenton ו- photo-FentontureFLT:1) תהליכים משתמשים מלחי ברזל ומימן peroxide כדי לייצר רדיקלים תחת pH חומצי או בתנאים כמעט נייטרליים.אלה יעילים במיוחד לטיפול במים קירור המכיל רמות גבוהות של עבירות אורגניות מדלפות תהליך.

AOPs לעתים קרובות פרוסים כצעד מלוטש לאחר סינון membrane או טיפול ביולוגי במטרה לתקן אורגנים.לדוגמה, תחנת כוח במערב התיכון משתמשת ב- ozone /UV AOP כדי לטפל RO permeate מפוצץ המגדל הקירור, השגת רמות TOC מתחת ל-0.5 מ"ג / L - הרבה מעל 5 מ"ג / L נדרש בדרך כלל עבור קירור גבוה זה, מאפשר חיסכון מים קיצוניים, 000 מחזורים, 000.

טיפול ביולוגי

תהליכים ביולוגיים רותמים באופן טבעי ⁇ ים המתרחשים כדי לטבול את המזהמים האורגניים במים קירור.בעוד היסטורית נחשב בלתי מתאים להתפוצצות של מחלות גבוהות, ההתקדמות האחרונה בחיידקים הגלקטיים (salt-loving) ובעיצובי כור ביופיל עשו טיפול ביולוגי קיימא לשימוש חוזר במים קירור.טכנולוגיות ביולוגיות מפתח כוללות העברת כורים ביופילטים מיטה (MBBR), membrane bioreas (MB) ומערכות קבועות קבועות), וסרטים קבועים.

(FLT:0)Moving Bed Biofilm Reactors (MBBRigsFLT) 1:1 להשתמש במניות פלסטיק קטנות הצף במים ולתמוך בצמיחה ביו-סרטמית.הנושאים נשמרים בתנועה על ידי aeration או שילוב מכני, מתן שטח גדול משטח עבור microorganisms כדי degrade אורגניs (MBS) הם קומפקטיים, עמידים לעומסים, לייצר פחות מאשר מערכות הדבקה רגילה (Creditraretrad) יכול להפחית את החמצן מופעלת (Creditravedulent) ו- 70Dipin) לחמצן (Creditoltradulent) לחמצן (Creditramprampradulent) ו-Credit) להפחתה של פחמן (Creditoltradulent) ל-Creditated) ל-Creditoltramprampratramprampate (Cuptrampemdoltradulent) הוא להפחית את הפחתת קומפקטית (Cent) ל-Cuptratracadulent) ל-Cretrace) ל- MPltradulent) ל-Creditol

(FLT:0) מערכות פילים-סרטים FLT:1hil כגון מסננים מסובכים או רוטטנים מגעים ביולוגיים (RBC) ניתן להשתמש גם אך הם פחות נפוצים בשל טביעת רגל גדולה יותר.

טיפול ביולוגי מציע יתרונות קיימות משמעותיים.הוא מפחית או מבטל את הצורך בחמצן כימי, מייצר פחות פסולת משנית (ספירת sludge הם בינוניים ויכול להיות dewatered), ופועל בטמפרטורות ממושכות.יתר על כן, תהליכים ביולוגיים ניתן לשלב עם membrane filtration בתצורה MBR המספקת גם השפלה ביולוגית והפרדה פיזית. a נחושת שהותקן לאחרונה alopic מופחתת ל- 120 מ"מ"מ"מ"ד"מ"לשנה"ל"ל"מ"מ"מ"ד ל- 3000,000 ליטר מים מופחתת ל- 30 ליטר מים.

השוואת חדשנות: יתרונות ושיקולים כלכליים

כאשר בוחנים איזו גישה חדשנית לאמץ, מנהלי הצמח חייבים לאזן את היעילות הטכנית, השקעות הון, הוצאות תפעול וביצועים סביבתיים.התת הבאה מקלקלת את היתרונות העיקריים ואת נהגי העלות.

טביעת רגל כימית

טיפולים מסורתיים מסתמכים רבות על תוספים כימיים.מגדל קירור טיפוסי 10,000 gpm עשוי להשתמש בעשרות אלפי פאונד של מעכבי משקל, פיזור ו biocides בכל שנה. לעומת זאת, membrane ומערכות מבוססות AOP יכולים להפחית באופן משמעותי את צריכת הכימיקלים. RO permeate מעכבת גם סימולציות נמוכות ותוכן אורגני, כך הצורך באנטי-calants מופחת. AOPs בקרה מיקרובים ללא תוספת של חומרים כימיים או ירידה של זיהום אוויריבית.

איכות המים

כל טכנולוגיה משפרת את איכות המים בדרכים ספציפיות.הסתננות של Membrane עולה על הסרת חומר אורגני מבוזר ומתמוסס מוצקות. AOPs מצטיין בהרס contaminants אורגני ו פתוגנים. טיפול ביולוגי עולה בהסרת חומר אורגני בעל משקל ביולוגי עם מחזורים נמוכים. AOPs מתוכנן היטב הכולל UF, RO, ו-AOP מלוטש יכול לייצר מים עם מוליכות מתחת ל- 50 מיקרו/C, פחות מ"ג', לעומת ירידה של מים סטנדרטיים, לעומת ירידה של פחות מ"מ"מ"מ"מ"מ- 1/C/C/C.

ניתוח עלויות-Benefit Analysis

בעוד שההשקעה החד-צדדית לטיפול חדשני יכולה להיות כפולה או משולשת של מערכת סינון כימי קונבנציונלית, העלות הכוללת של בעלות לעתים קרובות לטובת טכנולוגיות מתקדמות בטווח הארוך.מחקר של שלושה מתקני קירור מים תעשייתיים מצאו כי תקופות תשלום נע בין 2.5 ל-4.5 שנים כאשר גורם מופחת של רכישות מים מתוקים, עלויות נמוכות יותר של טיפול כימי, ולהימנע מדמי שחרור Membrane הפכו להפחתה של פחות מ- 20 גרם לירידה במשקל נמוך יותר של צריכת UVR.

אתגרים ופתרונות

למרות יתרונות ברורים, פריסת טכנולוגיות חדשניות אלה בקנה מידה תעשייתי מגיעה עם המכשולים. Membrane פגום, צריכת אנרגיה, ניהול עדין ושילוב מערכת כל דורש תכנון זהיר.

(FLT:0)Membrane מרעיש 1FLT (האתגר המתמשך ביותר) של קירור מים מפוצץ לעתים קרובות מכיל silica, סידן sulfate, פולימרים אורגניים, וביו-סרטים שיכולים לצוץ במהירות UF ו-RO membranes. אסטרטגיות מייגציה כולל טיפול קפדני (למשל, microtration או UF לפני), נוגדי ניקוי מהירים כגון חומרים אופטיים מתקדמים (Ricial) או ניקוי חומרים אופטיים)

(FLT:0) צריכת החשמל של RO יכול להיות 3-6 קילוואט ל 1000 גלונים של מים מטופלים.עבור צמח המטפל 5 MGD, המתורגם לעלויות חשמל משמעותיות. RO נמוך-6 קילווואט עבור מים ממטרוני מים מברזל, יחד עם החלמה אנרגיה (למשל, חילופי לחץ), יכול לקצץ אנרגיה על ידי עד 60% ליטר ROMEmbranes המיועד ל-AOP, אך דורש יעילות גבוהה יותר של 10 קילו- 15 קילו-fh, אך מ-5,000 קילו-אוקסוואטוזמנת חמצן (למשל, 000) עם , 000 , אך מ-אוקסומה זו, לעומת זאת, 000, 000 קילו- 15 קילו-אפומטרהייטבים (למשל, 000, 000, 000 קילו יותר, 000 , 000 , 000 קילו יותר, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 קילו-אפ, 000 , 000 עבור , 000 , 000 קילו-אפ, 000 קילו-אפ"ל יותר, 000 , 000 עבור , 000 עבור , 000 עבור גנרטורים, 000 , 000 קיבולת גבוהה יותר של מערכות חמצן גבוה יותר, 000 , 000 , 000

(FLT:0Brine לידול FLT:1) נשאר נקודה מקלה. מערכות RO לייצר זרם דחיה מרוכז (בדרך כלל 15-25% נפח ההזנת) המכילה TDS גבוה, קשיחות, ולעתים תרכובות רעילות.אפשרויות לניהול רזין כוללות הזריקה עמוקה, evaporation, גבישים, או אפס פריקה (ZLD) היא יעילה יותר ויותר תרכובות אלקטרואקטיביות, כמו אורגניזמים מתקדמים, כמו אורגניזמים עם התפתחותית.

(FLT:0System אינטגרציהFLT:1) דורש הנדסה זהירה כדי למנוע חוסר איזון הידראולי ולתאם את הכימיה של המגדל הקירור הקיים.לדוגמה, הצגת RO טהור מאוד לתוך מגדל שהשתמש בעבר במים איפור קשה עשוי לדרוש rebalancing תוכנית מעכבי קורוזיה.

סיפורי הצלחה תעשייתיים

כמה מתקנים תעשייתיים הוכיחו את יכולת השימוש במים חדשניים קירור. דוגמאות בעולם האמיתי אלה מדגישות את הטכנולוגיות ואת האסטרטגיות התפעוליות שעובדות.

(FLT:0 Peterrochemical Complex בלואיזיאנהFLT:103) עמד בפני הסלמה בעלויות מים מתוקים ומגבלות פריקה על זרחן ואבץ.הם יישמו מערכת משולבת: UF 2-pass RO , ozone / UV AOP. UF מסיר מוצקות וחיידקים, RO מורידה TDS מ -4500 מ"ג / L, ו- ALT עד 1 עד 1 מ"מ"מ"מ עד 1 עד 1 עד 2 עד 2 עד 2 עד 2 עד 2.

(FLT:0 steel מילימטר באוהיוהיוFLT:103) משתמש ב- MBBR ואחריו NF כדי לטפל בפיצוץ ממערכת קירור של תיקון מחדש שלה. MBBR מצמצם את ה-COD מ-150 עד 30 מ"ג / L, ו- NF מכווץ את המים כדי לאפשר מחזורי ריכוז להגדיל מ- 4 עד 10.המתקן הפחית את צריכת המים הגולמי שלה על ידי 35% ומדיקים כימיים.

מרכז נתונים באריזונהFLT (PLT:0) משתמש במגדלי קירור evaporative הדורשים מים טיהור גבוה כדי להימנע מפקדות מינרלים על מחליפי חום.האתר מתייחס להתפוצצות מים חמים עם מים חמים מרהיבים RO ו-UV / H2O2 AOP.המוצר RO יש מוליכות מתחת ל-30 מיקרוS / ס"מ, מה שמאפשר למרכז הנתונים להשיג יעילות של 5% (WUE) ב- 5 שנים פחות מ-L5 ל-L.

כיוונים עתידיים בטיפול במים מגניבים

החדשנות ממשיכה להאיץ, מונעת על ידי הדיגיטליזציה, מדעי החומרים ומטרות הכלכלה המעגלית.המגמות המרכזיות לצפייה כוללות:

(FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית ואופטימיזציה בזמן אמת.Build.veFLT:1 אלגוריתמים של Machine Learning שמפקחים על נתוני חיישן (pH, מוליכות, זרימה, אינדיקטורים מרעימים) יכולים להתאים באופן דינמי את מחזורי ניקוי של כימיקלים, ושילוב יחסי תערובת כדי למקסם את ההתאוששות תוך צמצום אנרגיה.

(FLT:0) הדור הבא של membranesFLT:1 ; כגון תחמוצת גרפן, צינורות פחמן, ו memimetic aquaporin מבוסס membranes להבטיח פלוקס גבוה יותר,סלקטיביות גדולה יותר, והורדת נטיות רעועה. פיילוט מחקרים במפעל כוח בסינגפור הראה עלייה של 50% בשפעת עם גרפן תחמוצת ROMbra בהשוואה לפולידנציה קונבנציונלית, בעוד ששומר על מלח רגיל.

(FLT:0)Zero נוזל פריקה (ZLD) שילוב.BuildFLT:1 , כאשר מחסור במים מחמיר, מערכות ZLD כי לחסל כל זרם פסולת נוזלי הם צובר עניין. מתקדם תרמי וממוחן תהליכים כמו concentrators, קריסטלים, ו אלקטרודיאליזה reversal להיות יחד עם טיפול חדשני כדי להפוך ZLD עלות יעילה עבור קירור בינוני הם כמה מלחים כמו "ממים" כדי לשחזר" כדי להשתמש במלחים תעשייתיים.

(FLT:0) מערכות היברידיות המשלבות חידושים מרובים של החידושים של ההרחבה 1 (FLT:1) צפויות להיות סטנדרטי.לדוגמה, רכבת אחת יכולה לכלול UF ; MBBR NF ; RO OP, עם כל שלב מותאם היטב להסרת קואנטנטיאנטנטי מסוים.

(FLT:0) נהגי רגולציה של תקנות אדים וצריכת מים תעשייתית (316(b) ימשיכו לדחוף אימוץ.ההנחיות המעודנות של EPA להגבלות על תחנות כוח חשמליות וצריכת מים קירור תעשייתית (316(b) דורשות צמצום קפדני יותר של האכיפה ומניעה, אשר מושגת לעתים קרובות באמצעות קירור סגור וצמצום השקעות מכופות.

מסקנה

הטיפול במים תעשייתיים של קירור נכנס לעידן חדש, מעבר למיזוג כימי פשוט ושחרור מפוצץ. Membrane filtration, תהליכי חמצון מתקדמים, וטיפולים ביולוגיים כל אחד מציע יכולות נפרדות, אשר כאשר בשילוב, יכול לייצר מים של טוהר יוצא דופן תוך צמצום השימוש הכימי וההשפעה הסביבתית.המקרה הכלכלי חזק, עם תגמול מושג לעתים קרובות בתוך שלוש עד חמש שנים באמצעות חיסכון במים מתוקים, וכימיקלים, כמו שיפור, חומרים של צריכת אנרגיה, וצריכת אנרגיה, וכן שיפור, כמו שיפור, כמו שיפור, חומרים משופרים, כמו שיפור, כמו שיפור, חומרים ניהוליים, כמו גם שיפור, ואפקטים, כמו שיפור, כמו שיפור, כמו שיפור, כמו שיפור, כמו שיפור, כמו שיפור של ניהול אנרגיה, חומרים מזיקים.

(התעשיות המאמצות את הגישות החדשניות הללו לא רק לזכות באבטחת מים אלא גם מציבות את עצמן כמנהיגים בייצור בר-קיימא, שכן הטכנולוגיה ממשיכה להתקדם ועלויות ירידה, המחסום להורדת מים קירור יקטן עוד יותר, מה שהופך אותו ליעד בעל ערך למתקנים של כל הגדלים.עבור מהנדסי הצמח ומנהלי איכות הסביבה, כך ברור: הכלים להפוך מים קירור ממרכז למשאב זמינים כעת – הזמן לפעול כיום למסגרת מחקר מפורטת: