0 likes | 1 Views
Scheme of domestic wastewater treatment (Final purification u2014 distillation)
E N D
Этап №4: Финишная очистка — дистилляция Ниже приведено подробное описание технологического процесса этапа «Финишная очистка — дистилляция» с использованием многоступенчатого испарения (MED) и внешнего нагрева на первой ступени через высокоэффективный тепловой насос с буферным баком: ? Цель этапа: Удаление оставшихся микрозагрязнений, солей, органических соединений и вирусов путём фракционного испарения и конденсации, обеспечивающее получение дистиллята высокой степени очистки. ? Подэтапы: 1. Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) ● Назначение: Подготовить воду после мембранной очистки к поступлению в первую ступень MED. Процесс: ○ Вода подается из буферного резервуара. ○ Подается в теплообменник-рекуператор, где предварительно нагревается за счёт теплоты выходящего дистиллята/конденсата. ○ Затем проходит через теплообменник, связанный с буферным баком тепла, где нагревается до температуры насыщения первой ступени. ● 2. Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак ● Назначение: Обеспечить внешний источник тепла для запуска термического каскада испарения. Процесс: ○ Высокоэффективный тепловой насос (воздушный или водяной) нагревает теплоноситель до 70–85 °C. ○ Буферный бак (например, на 50–100 м³) стабилизирует температуру и обеспечивает подачу тепла в испаритель. ○ Тепло через теплообменник передаётся воде в первой ступени испарителя. ● 3. Многоступенчатое испарение (MED)
● Назначение: Многократное испарение и конденсация с использованием внутренней рекуперации тепла. ● Процесс: ○ Вода испаряется в первой ступени под действием внешнего тепла. ○ Пар из первой ступени поступает во вторую, где он конденсируется на теплообменной поверхности, одновременно вызывая испарение новой порции воды. ○ Цикл повторяется на каждой следующей ступени с понижением температуры и давления. ○ Количество ступеней обычно 5–16 (оптимально 8–10 при производительности ~9000 м³/ч). 4. Сбор дистиллята и удаление концентрата ● Назначение: Отделить очищенный дистиллят от остатков загрязнений. ● Процесс: ○ Конденсированный пар из каждой ступени собирается в общий дистилляционный сборник. ○ Концентрат (солевой рассол) выводится в отдельный поток для последующей утилизации (например, на кристаллизацию или испарение). ○ Весь дистиллят проходит через теплообменники, передавая тепло входящей воде. 5. Финишная конденсация и охлаждение дистиллята ● Назначение: Охладить дистиллят до требуемой температуры хранения и дальнейшей минерализации. ● Процесс: ○ Проходит через водяной или воздушный теплообменник. ○ Используется рекуперация тепла, где выходящий дистиллят нагревает подаваемую воду (подэтап 1). ○ После охлаждения дистиллят направляется в буферный резервуар перед минерализацией. ? Энергообеспечение и рекуперация: ● Тепловой насос: обеспечивает подачу тепла в 1-ю ступень; COP 3.5–5.0. ● Рекуперация тепла: осуществляется между: ○ Выходящим дистиллятом ↔ входящей водой. ○ Между ступенями испарителя (внутренние теплообменники). ● Буферный бак: стабилизирует тепловую нагрузку и избегает цикличности теплового насоса.
? Основные характеристики: Параметр Значение Метод MED (Multi-Effect Distillation) Количество ступеней MED 8–10 Внешняя температура нагрева 70–85 °C Давление первой ступени ~0.2–0.3 атм Производительность станции 9000 м³/ч дистиллята Расход энергии (с учетом теплового насоса) ~30–40 кВт·ч/1000 м³ (только тепловая часть) ● ● ●
? Таблица оборудования по подэтапам № Подэтап Оборудование Назначение Основные требования Примеры моделей / поставщиков 1 Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) Насосы подачи воды Подача предварительно очищенной воды в испаритель Химическая стойкость, стабильный напор, надёжность Grundfos CR, KSB Etanorm Фильтры тонкой очистки (5–10 мкм) Удаление остаточных взвесей перед испарением Самопромывка, антикоррозионность Amiad SAF, Eaton DCF Теплообменник (дистиллят–питательная вода) Первичный подогрев воды за счёт рекуперации Теплообменник из титана или AISI 316 Alfa Laval TS, GEA NT 2 Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак Высокотемпературный тепловой насос Нагрев теплоносителя до 85–90 °C Высокий COP, промышленное исполнение Viessmann Vitocal 300-G Pro, GEA RedAstrum Буферный бак тепла (50–100 м³) Аккумуляция тепла, сглаживание пиков нагрузки Теплоизоляция, устойчивость к высокому давлению Reflex Storatherm, Cordivari Циркуляционные насосы Циркуляция между тепловым насосом, баком и теплообменником Температуростойкость, автоматизация Wilo IL-E, Lowara e-LME Теплообменник (теплоноситель–вода) Передача тепла воде перед MED Коррозионная стойкость, надёжность Funke FP, Sondex S21A
3 Многоступенчатое испарение (MED) MED-испаритель (8–10 ступеней) Постепенное испарение воды при пониженном давлении Антикоррозионные материалы (титан, спец. сталь), высокая эффективность IDE MED 4000–10000, Veolia MED Вакуумная система Поддержание пониженного давления в испарителе Стабильность, энергоэффективность Busch Mink, Becker VTLF 4 Сбор дистиллята и удаление концентрата Конденсатные насосы Отвод дистиллята с каждой ступени Надёжность, работа с деминерализованной водой KSB Etachrom, Ebara 3LM Насосы концентрата / рассола Удаление концентрированной солёной воды Коррозионная и износостойкость Netzsch NEMO, Grundfos DMH Датчики расхода и солесодержания Контроль качества продукта и концентрата Химическая стойкость, интерфейс с АСУТП Endress+Hauser, Siemens Sitrans 5 Финишная конденсация и охлаждение дистиллята Теплообменник-рекупер атор Охлаждение дистиллята и дополнительный подогрев подачи Компактный, титановый Alfa Laval CB, Tranter Охладитель (если нет использования тепла) Снижение температуры до 20 °C Фреоновый или водяной контур MTA TAE Evo, Climaveneta NX Буферный резервуар дистиллята (≥100 м³) Накопление перед подачей в систему Гигиеничность, теплоизоляция Промышленное исполнение, AISI 304/316, арм. ПП Насосы подачи в дальнейшие системы Перекачка дистиллята в систему минерализации и/или отопления Частотное управление, антикоррозионность Grundfos CRIE, Wilo Helix V
? Таблица по реагентам (этап дистилляции) № Подэтап Наименование реагента Назначение Способ дозирования / применения Примечания 1 Подготовка воды к дистилляции Антискалант (антинакипин) Предотвращение осадкообразования на теплообменных поверхностях Дозируется пропорционально расходу воды Примеры: Aminat KH, Genesys MED Щёлочь (NaOH, KOH) — опционально Коррекция pH, предотвращение коррозии При необходимости, перед входом в испаритель pH доводится до 6,5–7,5 2 Нагрев первой ступени (тепловой насос) — — — Не используется 3 Многоступенчатое испарение (MED) Ингибитор коррозии (при необходимости) Защита от коррозии (в случае нестабильных условий) В замкнутый контур при дозаправке/обслуживан ии Применяется редко, при наличии агрессивных примесей Пенообразование: пеногаситель (опционально) Предотвращение образования пены в ступенях Автоматическая или ручная дозировка при необходимости В основном не требуется 4 Сбор дистиллята и удаление концентрата — — — Вода и рассол не требуют реагентов
5 Финишная конденсация и охлаждение дистиллята Биостат/консервант (опционально) Предотвращение бактериального роста в буферной ёмкости При длительном хранении — по расписанию Например, Peraclean, Hydrex 4101 ? Примечания: ● На данном этапе реагенты используются непостоянно, в основном для профилактики образования накипи и периодического обслуживания. ● Реагенты строго дозируются через автоматические системы, входящие в состав АСУТП. ● Расходы на реагенты в сравнении с биологическим и химическим этапами — минимальны.
? Таблица: Расходные материалы (этап дистилляции) № Подэтап Расходный материал Назначение Частота замены / обслуживания Примечания 1 Подготовка воды к дистилляции Фильтрующие элементы предварительных фильтров Защита оборудования от частиц перед испарителем 1–2 раза в месяц (в зависимости от загрязненности) Картриджи или мешочные фильтры Калибровочные растворы для датчиков (pH, проводимость) Точная работа автоматики 1 раз в месяц или по регламенту pH 4.00 / 7.00 / 10.00, NaCl стандарт 2 Нагрев первой ступени (тепловой насос) Теплопередающие жидкости (опционально, если не вода) Обеспечение циркуляции тепла Замена по паспорту — раз в 1–2 года Если используется гликоль/солевой раствор Смазка/сальники насосов Обслуживание циркуляционных насосов По регламенту производителя Важно при интенсивной эксплуатации 3 Многоступенч атое испарение (MED) Прокладки и уплотнения теплообменников Герметизация фланцев и секций 1 раз в 1–2 года или по утечке Материалы: PTFE, EPDM Моющие средства (щелочные, кислотные) для CIP-мойки Очистка испарителя от накипи 1 раз в 2–4 недели или по показаниям Примеры: щелочь + лимонная кислота 4 Сбор дистиллята и удаление концентрата Коррозионностойкие трубки / хомуты Отведение жидкостей По износу или регламенту Для концентрата – возможна замена чаще Контейнеры для концентрата (при временном хранении) Удаление концентрата По заполнению Если нет прямой откачки в систему утилизации
5 Финишная конденсация и охлаждение дистиллята Фильтры на линии подачи в сеть Финальная защита дистиллята Раз в 2–4 недели Угольные или тонкой очистки Смазочные материалы и прокладки насосов подачи Обслуживание насосной станции Раз в 6–12 месяцев В зависимости от производительности ? Общие комментарии: ● Этап дистилляции относительно малозатратный по расходным материалам — основная нагрузка приходится на теплообменное оборудование и фильтры. ● Накипь, коррозия и загрязнение теплообменников — основные причины необходимости обслуживания. ● Все замены и чистки осуществляются по графику, управляются через АСУТП. ● ● ●
Вот подробное текстовое описание работы автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) на этапе «Финишная очистка — дистилляция» методом многоступенчатого испарения (MED) с разбивкой на 5 подэтапов: 1. Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) АСУТП на этом подэтапе выполняет: ● Контроль подачи очищенной воды из предыдущего этапа (тонкой фильтрации) в буферный резервуар: ○ уровнемеры в резервуарах; ○ сигналы перелива/недолива; ● Автоматическое включение насосов подачи к теплообменникам предварительного подогрева; ● Управление теплообменником предварительного подогрева (если используется рекуперация из вторичного пара): ○ поддержание температуры на входе в испаритель; ○ регулирование расхода теплоносителя; ● Координация с системами фильтрации — отключение подачи при загрязнении, остановке подачи из предыдущего блока; ● Мониторинг состояния фильтров, давления, расхода и температуры. 2. Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак АСУТП выполняет: ● Управление тепловым насосом: ○ запуск/остановка в зависимости от уровня и температуры в буфере; ○ регулирование мощности (инвертор, PID-контроллер); ● Контроль температуры в буферном баке тепла: ○ несколько уровней датчиков температуры; ○ защита от перегрева/охлаждения; ● Балансировка подачи тепла в испаритель: ○ через насосы и регулирующие клапаны; ○ поддержание стабильной температуры греющей среды; ● Интеграция с другими системами рекуперации тепла для приоритезации источников (например, остаточное тепло других процессов). 3. Многоступенчатое испарение (MED)
АСУТП на ключевом этапе обеспечивает: ● Управление парораспределением между ступенями: ○ поддержание разницы давлений/температур; ○ открытие/закрытие клапанов и заслонок; ● Контроль температуры и давления в каждой ступени: ○ датчики давления и температуры в камерах; ○ защита от превышения пределов; ● Поддержание уровня в каждой ступени испарения: ○ управление насосами подачи и удаления конденсата; ● Мониторинг производительности системы: ○ расчет выхода дистиллята; ○ тревоги при снижении эффективности; ● Управление системой CIP-мойки: ○ автоматический запуск по графику или показателям загрязнения; ○ контроль концентрации моющих растворов. 4. Сбор дистиллята и удаление концентрата АСУТП обеспечивает: ● Измерение объема и качества дистиллята: ○ датчики уровня, расхода, температуры и проводимости; ● Управление насосами сбора дистиллята и его направлением на охлаждение/минерализацию; ● Автоматическое удаление концентрата: ○ контроль уровня в камерах концентрата; ○ включение насосов/клапанов сброса; ○ при необходимости — подача в систему утилизации/сгущения; ● Мониторинг и запись всех параметров для учёта и анализа. 5. Финишная конденсация и охлаждение дистиллята АСУТП управляет: ● Конденсаторами и охлаждающими теплообменниками: ○ контроль температуры выходного дистиллята; ○ управление вентиляторными или жидкостными охладителями; ● Подачей воды в сеть водоснабжения: ○ включение насосов по сигналу уровня; ○ контроль давления и расхода; ○ направление дистиллята на минерализацию или в тепловую сеть; ● Архивацией данных качества воды: ○ показатели температуры, давления, проводимости;
● Интеграцией с системой отопления здания (если используется рекуперация). ? Особенности: ● АСУТП подключена к SCADA-системе для визуализации, удаленного контроля и диагностики. ● Резервирование оборудования и датчиков позволяет избежать простоев. ● Интеграция с предшествующими и последующими этапами обеспечивает сквозной контроль. ● ● ● Вот подробное текстовое описание работы системы рекуперации тепла на этапе «Финишная очистка — дистилляция» методом многоступенчатого испарения (MED), с разбивкой на 5 подэтапов: 1. Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) Цель рекуперации: максимально использовать остаточное тепло из конденсата, пара и дистиллята, поступающих с последующих подэтапов, для предварительного нагрева поступающей воды. ● Используются пластинчатые или кожухотрубные теплообменники, через которые подают: ○ с одной стороны — холодную очищенную воду после мембранной очистки; ○ с другой — горячий дистиллят или конденсат от 4 и 5 подэтапов; ● Подогрев позволяет снизить потребление энергии на основном нагреве; ● АСУТП регулирует подачу по температуре, контролируя баланс между эффективностью и безопасностью; ● Вода может нагреваться до температуры 40–60 °C в зависимости от доступного источника тепла. 2. Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак Цель рекуперации: повысить энергоэффективность за счёт многоцикловой перекачки тепла с минимальными затратами электричества.
● Тепловой насос высокой эффективности (COP 3–5) использует внешнюю среду или отработанное низкопотенциальное тепло для нагрева теплоносителя (обычно вода или раствор гликоля); ● Нагретая среда подается в буферный бак тепла, который стабилизирует температуру подачи; ● Далее тепло используется в первой ступени испарения, запускающей каскад MED; ● Избыточное тепло от компрессора, охлаждающей воды и конденсаторов также частично возвращается в этот контур. 3. Многоступенчатое испарение (MED) Цель рекуперации: каскадная передача тепла от пара каждой предыдущей ступени к следующей ступени испарения. ● В каждой ступени: ○ пар из предыдущей ступени конденсируется, отдавая тепло воде в следующей; ○ процесс повторяется с понижением давления и температуры; ● Это обеспечивает высокую эффективность за счёт многократного использования одного объема тепла; ● Система управляется по температурным градиентам, и любая потеря или нарушение в каскаде фиксируется и компенсируется АСУТП; ● Энергетическая эффективность MED-дистилляции в такой схеме может достигать испарения 6–12 кг воды на 1 кВт·ч потребленной электроэнергии. 4. Сбор дистиллята и удаление концентрата Цель рекуперации: утилизация остаточного тепла в дистилляте и концентрате до их удаления. ● Горячий дистиллят (температурой ~60–80 °C) и концентрат могут: ○ использоваться как теплоносители в рекуперационных теплообменниках (1-й подэтап); ○ подаваться на отопление (пригодно для технических помещений, теплиц, или других нужд); ● При охлаждении концентрата до удаления его можно использовать для преднагрева подаваемой воды; ● Все параметры — температурные, объемные, скорость подачи — регулируются АСУТП. 5. Финишная конденсация и охлаждение дистиллята
Цель рекуперации: отбор остаточного тепла у дистиллята до его подачи в сеть. ● Происходит в конденсаторах или жидкостных охладителях с возможностью передачи тепла: ○ обратно в буферный бак; ○ в систему отопления здания или тепличного хозяйства; ● Энергия дистиллята (60–70 °C) позволяет покрывать часть низкотемпературных потребностей; ● При наличии избытка тепла и низкого теплового спроса — возможно переключение конденсаторов в режим отвода тепла в атмосферу; ● Таким образом система автоматически балансирует между рекуперацией и безопасным сбросом. ? Заключение: Система рекуперации на данном этапе: ● базируется на двух принципах: каскадное использование пара в MED и интеграция вспомогательных источников тепла (тепловой насос, горячий дистиллят); ● позволяет сократить общее потребление энергии до 60–80% по сравнению с традиционными схемами дистилляции; ● полностью контролируется и оптимизируется в режиме реального времени АСУТП и SCADA. ● ● ● Вот подробное текстовое описание работы системы вентиляции на этапе «Финишная очистка — дистилляция» методом многоступенчатого испарения (MED), с разбивкой на 5 подэтапов: 1. Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) Вентиляционные задачи: ● Удаление пара и влаги, выделяющихся при подогреве воды; ● Предотвращение образования конденсата на трубопроводах и теплообменниках; ● Поддержание комфортной и безопасной температуры в обслуживаемых зонах. Решения:
● Установка приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла; ● Использование локальных вытяжных зонтoв над теплообменниками; ● Тепло- и пароизоляция трубопроводов во избежание образования конденсата и перегрева воздуха. 2. Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак Вентиляционные задачи: ● Отвод избыточного тепла и влажности от: ○ поверхности буферного бака, ○ компрессорного блока теплового насоса; ● Удаление возможных запахов (если теплоноситель — с антифризом или технической добавкой). Решения: ● Обособленная вентиляция технического помещения теплового насоса, с постоянным контролем температуры и влажности; ● Установка датчиков перегрева и влажности, при необходимости — с аварийным воздушным охлаждением; ● Возможность перенаправления тёплого воздуха в зоны отопления (в переходный сезон). 3. Многоступенчатое испарение (MED) Вентиляционные задачи: ● Удаление пара и влажного воздуха в случае нарушений герметичности испарителей; ● Защита оборудования и кабельных трасс от конденсации; ● Обеспечение безопасности персонала при возможных утечках. Решения: ● Система локализованной вытяжной вентиляции из корпуса MED с разрежением; ● Использование деаэрационных фильтров и конденсатоуловителей; ● Включение вентиляции в логике автоматической диагностики герметичности; ● Помещение испарителей может быть выполнено в герметичной зоне с регулируемым давлением.
4. Сбор дистиллята и удаление концентрата Вентиляционные задачи: ● Отвод остаточного пара при охлаждении концентрата; ● Удаление вредных паров, если в концентрате содержатся летучие вещества (возможные следы аммиака, хлорорганики, VOC). Решения: ● Установка вытяжных систем над баками хранения и линиями транспортировки концентрата; ● Возможна фильтрация воздуха через угольные или химические фильтры; ● Поддержание отрицательного давления в помещениях концентрата; ● Приточная вентиляция для разбавления вредных паров (если допустимо по нормам). 5. Финишная конденсация и охлаждение дистиллята Вентиляционные задачи: ● Удаление пара и тепла, выделяющихся в конденсаторах и охлаждающих системах; ● Предотвращение образования тумана и переувлажнения воздуха; ● Поддержание санитарных условий в зоне подачи дистиллята. Решения: ● Установка промышленных осушителей воздуха или конденсатных вытяжек; ● Вентиляция зоны подачи воды в сеть (включая резервуар и насосное отделение) с подогревом воздуха зимой; ● Использование энергоэффективной вытяжки с рекуперацией — возвращение тепла в зону подготовки воды (1-й подэтап). ? Общие принципы системы вентиляции на этапе: ● Все зоны, связанные с тепловыми пиками, снабжены локальными вытяжками с температурными датчиками; ● Централизованная система управления вентиляцией интегрирована в АСУТП и SCADA, с возможностью динамического перераспределения потоков; ● В критических участках — резервные вентиляторы и аварийные вытяжки, подключаемые при отказе; ● Общее регулирование микроклимата производится на основе показаний датчиков температуры, влажности, давления и газов (VOC, аммиак, хлор, др.).
● ● ● Вот подробное описание работы с твердыми отходами на этапе «Финишная очистка — дистилляция» методом многоступенчатого испарения (MED), с разбивкой на 5 подэтапов: 1. Подготовка воды к дистилляции (подача и предварительный подогрев) Тип отходов: ● ● Остаточные взвеси и отложения на фильтрах; Загрязнённые фильтрующие материалы (если применяются фильтры тонкой очистки перед испарением). Управление отходами: ● Фильтры (мешочные, дисковые или картриджные) регулярно очищаются и заменяются; Загрязнённые фильтрующие элементы помещаются в контейнеры для твёрдых отходов, маркируются как технические; При необходимости фильтрат обезвоживается и направляется на участок сушки или утилизации через пресс. ● ● Дальнейшее использование: ● Возможна повторная переработка фильтрующих материалов после сушки, если это допускается санитарными нормами (например, кремниевые фильтры). 2. Нагрев первой ступени через тепловой насос и буферный бак Тип отходов: ● ● Загрязнённые теплоизоляционные материалы (при замене); Загрязнения с защитных фильтров теплоносителя (если присутствует примесь). Управление отходами: ● При плановом обслуживании теплоизоляция и технические материалы утилизируются через контейнеры строительных и изоляционных отходов; Сетчатые фильтры и грязевики промываются, твёрдые фракции собираются и передаются на участок обезвоживания или сушки. ● Дальнейшее использование:
● В некоторых случаях — возможна отправка изолирующих отходов на термическую утилизацию (печи для РТО), если они органического происхождения. 3. Многоступенчатое испарение (MED) Тип отходов: ● Твёрдые нерастворимые примеси, остающиеся после испарения; ● Накипь и осадки, образующиеся на теплообменных поверхностях; ● Остатки механических примесей, кристаллизовавшиеся соли. Управление отходами: ● Осадки и кристаллы собираются из концентрата и дренажных коллекторов; ● Применяется система промывки теплообменников, осадок улавливается в шламосборниках; ● Все собранные остатки поступают на линию обезвоживания и затем — на склад твёрдых минеральных отходов. Дальнейшее использование: ● Минеральный остаток (высокосоленый) может использоваться: ○ как компонент строительных материалов (при соблюдении норм); ○ как компонент для реагентов против обледенения; ○ как источник вторичного извлечения солей и металлов (если обогащён). 4. Сбор дистиллята и удаление концентрата Тип отходов: ● Остаточные твёрдые примеси в концентрате (в том числе органика, не испарившаяся); ● Загрязнённые фильтры концентрата; ● Твёрдые компоненты при уплотнении осадка. Управление отходами: ● Концентрат проходит стадию фильтрации и сгущения — твердые компоненты отделяются и поступают в бункеры; ● Если содержание органики высоко — возможна последующая сушка или ферментация; ● Все ёмкости и трубопроводы регулярно промываются, отходы направляются в резервные сборники. Дальнейшее использование:
● Возможна ферментация или сжигание осадка (если присутствует биогенная составляющая); ● Твёрдые фракции могут быть использованы как энергетическое топливо при утилизации. 5. Финишная конденсация и охлаждение дистиллята Тип отходов: ● Отложения на теплообменных поверхностях (вода может содержать минимальные количества микрочастиц); ● Загрязнённые сетчатые или тонкие фильтры (в системе подачи дистиллята); ● Возможные остатки абразивных частиц при износе труб или оборудования. Управление отходами: ● Регулярная очистка трубопроводов системы охлаждения и подачи воды в сеть; ● Сбор мелкодисперсных примесей иловыми фильтрами — утилизация как технический шлам; ● Все фильтры и сорбенты направляются на регламентированную утилизацию (в зависимости от класса опасности). Дальнейшее использование: ● Обычно не перерабатываются — отправляются на утилизацию или сжигание как технические отходы низкой опасности.