Regeneruoto vandens pakartotinio naudojimo projektas pakrantės pramoniniame mieste – projekto vadovas kažkada palygino sistemą su tikslių daugiapakopių sietų rinkiniu: nuo ultrafiltravimo membranų iki atvirkštinio osmoso membranų, porų dydis palaipsniui mažėja, o geriausi yra tik 0,1 nm, dešimtis tūkstančių kartų plonesni už žmogaus plauką.
Analogija ryški, tačiau ji pasakoja tik pusę istorijos. Kas iš tikrųjų daro aregeneruoto vandens valymaspramoninio naudojimo darbo procesas yra ne tik laipsniškas porų dydžio mažinimas, bet ir tai, kad kiekvienas etapas sukuria darbo sąlygas kitam. Jei kurio nors etapo trūksta, pinigai, išleisti kitam etapui, bus iššvaistomi – ne iš karto, o palaipsniui per tris mėnesius – membranos užsiteršimas, didėjantis cheminių medžiagų suvartojimas ir prastos kokybės permeatas.
1 etapas: išankstinis apdorojimas – mažiausiai žavinga, tačiau labiausiai verta investuoti
Bariniai ekranai, išlyginimo rezervuarai, ištirpusio oro flotacija (DAF), koaguliacija-sedimentacija – šie įrenginiai gali skambėti technologiškai kasdieniškai, tačiau jie siūlo didžiausią investicijų grąžą visoje grandinėje.
Baro ekranaipašalinti pluoštus, plastiko fragmentus ir didesnes daleles, turėdami vieną vienintelį tikslą: užkirsti kelią fiziniams siurbliams ir membranoms.
Tai, kas tikrai neįvertinta, yraišlyginimo bakas. Pramoninių nuotekų kokybės svyravimai yra daug drastiškesni nei komunalinių nuotekų: kai dažymo gamybos linija keičia partijas, per valandą ChDS gali šoktelėti nuo 800 iki 3000 mg/l; per grindų plovimą maisto gamykloje momentinis srautas gali padvigubinti vidurkį. Be išlyginimo rezervuaro, turinčio pakankamą buvimo laiką vandens kokybei ir srautui suvienodinti, pasroviui esanti biologinė sistema bus pakartotinai sukrėsta, o kiekvienas mikrobų bendruomenės atsigavimas trunka nuo trijų iki penkių dienų.
DAF ir koaguliacija-sedimentacijaspręsti kitas problemas: alyvas, koloidus ir suspenduotas medžiagas. Naftingos nuotekos, jei šiame etape nesumažės iki žemiau 20 mg/l, ant membranos paviršiaus sudarys negrįžtamą užteršimo sluoksnį. Viename pramonės parko projekte, kuriame pasiekiamas visiškas pakartotinis vandens panaudojimas ir nulinis skysčio išleidimas, pirmoji pagrindinės valymo sistemos dalis yra „baro ekranas → išlyginimo rezervuaras → DAF → koaguliacija-sedimentacija“ – keturi etapai, visi skirti išankstiniam apdorojimui, leidžiančiam vėlesniam A/O-MBR gaminti stabilias nuotekas.
Pateikiame priešingą intuityvią išvadą: papildomi pinigai, išleisti išankstiniam apdorojimui, paprastai sutaupomi tris ar penkis kartus, nes sumažėja membranos keitimo išlaidos ir prastovos nuostoliai. Brangiausios pamokos pramonėje beveik visos yra susijusios su „išankstiniu išankstiniu apdorojimu“ – tačiau būtent šioje dalyje mažiausiai patartina mažinti išlaidas regeneruoto vandens valymo proceso grandinėje.
2 etapas: Biologinis apdorojimas – leisti mikroorganizmams apdoroti ištirpusias medžiagas
Pirminis apdorojimas susijęs su „matomais nešvarumais“; biologinė stadija tvarko vandenyje ištirpusias organines medžiagas ir azotą.
Įprasti A/O, SBR ir kontaktiniai oksidacijos procesaiiš esmės sukurti tinkamą aplinką mikroorganizmams vartoti COD ir amoniakinį azotą. Šio etapo nuotekos paprastai pasiekia 50–100 mg/l ChDS, o po to nuskaidrėjaantrinis skaidrintuvas.
Membraninis bioreaktorius (MBR)Taikomas kitoks požiūris: antriniam skaidrintuvui tiesiogiai pakeisti naudojami membraniniai moduliai, kurių poros yra apie 0,1 μm. Privalumai yra aiškūs – nuotekų drumstumas gali būti stabiliai palaikomas žemiau 1 NTU, skendinčių kietųjų dalelių beveik nulis, mišraus skysčio skendinčių kietųjų dalelių koncentracija gali būti du ar tris kartus didesnė už įprastus procesus, o pėdsaką galima sumažinti apie 60%. Atliekant modernizavimo projektus, kuriuose yra mažai vietos, MBR dažnai yra vienintelė perspektyvi galimybė.
Turėtų būti aišku, kad MBR išsprendžia kietųjų ir skysčių atskyrimą biologinėje stadijoje; jis nepašalina druskų. Skaidrios nuotekos nereiškia, kad jas galima tiesiogiai pakartotinai panaudoti procesuose, kuriems taikomi griežti reikalavimai chlorido jonams. Esame susidūrę su klientais, kurie, matydami MBR nuotekas „skaidrus kaip vanduo buteliuose“, manė, kad giluminis valymas pasroviui nereikalingas – tik pastebėjo, kad koncentracijos koeficiento aušinimo vandens sistemoje negalima padidinti, o tai sukelia nuosėdų susidarymo ir korozijos problemų.
3 etapas: Ultrafiltracija – atvirkštinio osmoso sargybinis
Pramoninės ultrafiltravimo sistemosšioje grandinėje atlieka tam tikrą vaidmenį, kurį galima apibendrinti vienu sakiniu: jie ilgiau išlaiko pasroviui esantį RO. RO membranoms keliami gana griežti tiekimo vandens reikalavimai, pirmiausia matuojami dviem rodikliais:drumstumas ir dumblo tankio indeksas (SDI). Inžinerinė praktika paprastai reikalauja, kad pašarų SDI būtų mažesnis nei 3 (griežtesniuose projektuose reikalaujama, kad jis būtų mažesnis nei 2,5), o drumstumas – mažesnis nei 0,2 NTU. Ultrafiltracinės membranos, kurių porų dydis yra nuo 0,01 iki 0,1 μm, efektyviai blokuoja koloidus, bakterijas, makromolekulines organines medžiagas ir smulkias suspenduotas medžiagas prie šių vartų.
Be RO apsaugos, pats ultrafiltravimas dažnai naudojamas kaip galutinis apdorojimo įrenginys.Daugelyje regeneruoto vandens valymo projektų pakartotinio naudojimo taškai yra tik aušinimo bokšto makiažas, dirbtuvių nuplovimas ar kraštovaizdžio tvarkymas, be griežtų reikalavimų ištirpusioms druskoms – tokiais atvejais „MBR + ultrafiltracija“ jau pakanka, o RO nebūtina.Ultrafiltravimo sistemos paprastai veikia esant 0,1–0,3 MPa, o energijos sąnaudos yra daug mažesnės nei aukšto slėgio RO ir gali pasiekti daugiau nei 95% atkūrimo greitį.
Taip pat verta atkreipti dėmesį į membraninių medžiagų pasirinkimą.PVDF (polivinilideno fluoridas)pasižymi geru cheminiu stabilumu ir mechaniniu stiprumu, todėl tai yra pagrindinis pramoninių nuotekų pasirinkimas;PES (polietersulfonas)turi didesnį srautą ir geresnes apsaugos nuo užsiteršimo savybes, tinka santykinai švariam vandeniui;Keraminės membranosyra atsparūs karščiui ir toleruoja stiprias rūgštis bei šarmus, tačiau jų kaina paprastai kelis kartus viršija polimerinių membranų kainą, o ekonomiškai naudingos tik ypatingomis sąlygomis.
4 etapas: atvirkštinis osmosas – ir koncentratas, kurio jis negali nusikratyti
RO tampa privalomas tik tada, kai pakartotinai naudojamas vanduo turi aiškius TDS, chlorido jonų ar laidumo reikalavimus.Vienpakopis RO gali sumažinti TDS nuo 800–1500 mg/l iki 50–150 mg/l, o druskos atmetimo rodiklis paprastai viršija 99 %; Dvigubo praėjimo RO arba RO su EDI laidumas gali būti mažesnis nei 1 μS/cm, atitinkantis katilo tiekimo vandens ir labai gryno vandens poreikius.
Tačiau RO turi neišvengiamą kainą: susikoncentruoti. Kai atgaunama 75 %, koncentrato tūris yra ketvirtadalis pašaro, o druskos koncentracija yra keturis kartus didesnė nei pašaruose; esant 90 % regeneravimo, koncentratas yra tik dešimtoji dalis, o druskos koncentracija yra dešimt kartų didesnė nei pašaruose. Šis srautas turi turėti aiškią paskirties vietą. Neatsižvelgimas į koncentrato šalinimo būdą projektavimo etape yra dažniausia ir mirtingiausia pakartotinio naudojimo projektų priežiūra; daugelis sistemų po eksploatacijos pradžios yra priverstos veikti sumažintu pajėgumu būtent dėl to.
Paskutinis etapas: dezinfekcija – ir dažnai pamirštama detalė
Recirkuliacinėse pakartotinio naudojimo sistemose chloro dujų dezinfekcijos negalima naudoti atsitiktinai. Chloruojant cirkuliuojančiame vandenyje susidaro šalutiniai dezinfekavimo produktai, tokie kaip trihalometanai ir halogeninės acto rūgštys, ir šios medžiagos nuolat kaupsis uždarame kontūre. Pakartotinio naudojimo sistemos pagal ES reglamento 2020/741 sistemą dažniausiai pereina priechloro dioksidas arba ozonas, kartu su ultravioletine (UV) dezinfekcija. UV turi papildomą naudą: jis vienodai veiksmingas prieš chlorui atsparius patogenus, tokius kaip Cryptosporidium, ir nesukuria jokių šalutinių produktų.
Dažnai pamirštama detalė –vamzdynas. Regeneruoto vandens pH, šarmingumas ir joninė sudėtis skiriasi nuo gėlo vandens; jei melioracijos tinklui bus naudojami esami anglinio plieno vamzdynai, korozijos greitis gali labai padidėti. Prieš pradedant eksploatuoti, atlikti vamzdžių medžiagų suderinamumo įvertinimą yra daug pigiau nei pakeisti vamzdžius po to.
Procesas nėra susijęs su įrangos krovimu
Sudėjus visa tai, kas išdėstyta pirmiau, visa vandens pakartotinio naudojimo valymo sistema paprastai atrodo taip:
juostos ekranas → išlyginimo bakas → DAF/koaguliacija-sedimentacija → biologinis (A/O arba MBR) → ultrafiltravimas → (RO) → dezinfekcija → pakartotinio naudojimo taškas.
Tačiau projekto sėkmę ar nesėkmę iš tikrųjų lemia ne pati seka, o tai, ar kiekvieno etapo parametrai atitinka konkretų vandenį, su kuriuo susiduriate. Esant tokiam pačiam 5000 m³ per parą pajėgumui, 500 ir 5000 įtekančio COD rezultatas bus du visiškai skirtingi inžineriniai sprendimai; ar pakartotinio naudojimo vieta yra aušinimo bokštas, ar katilas, investicija gali padidėti trigubai.
Štai kodėl į klausimą „koks yra jūsų standartinis procesas?“ Taihe Environmental Protection paprastai atsako: duok mums savaitę nuolatinių įtakos duomenų, o tada kalbėsime apie procesą. Pakartotinio vandens apdorojimo technologijos niekada nėra fiksuotas meniu, o modulinių kombinacijų įrankių rinkinys – kiekvieną etapą išdėstyti ten, kur jis priklauso, yra svarbiau nei sukrauti pažangiausius įrenginius.