Механическая рекомпрессия пара (MVR) при очистке сточных вод

Вода используется в качестве прямого технологического сырья на многих этапах промышленного производства. Вода, используемая в таких секторах, как мойка, охлаждение, химические процессы, обработка поверхностей, производство продуктов питания, горнодобывающая промышленность, фармацевтическое производство и производство энергии, в конце процесса превращается в сточные воды, которые переносят различные загрязняющие вещества.

В условиях растущей нагрузки на водные ресурсы подход постепенно меняется. Сточные воды — это не только отходы, которые необходимо удалять, но и отходы, которые можно утилизировать, как оценивается поток воды и ресурсов. Источники Организации Объединенных Наций также рассматривают повторное использование сточных вод как важный подход, который может снизить нагрузку на водные ресурсы.

Такой подход более важен, особенно на промышленных объектах. Потому что сточные воды, образующиеся в некоторых процессах, имеют высокую нагрузку с точки зрения соли, растворенных твердых веществ, нефти, химикатов или других загрязняющих веществ. Поэтому только биологической или физико-химической обработки может быть недостаточно. Для повторного использования сточных вод или максимального сокращения сброса жидкости необходимы дополнительные процессы.

На этом этапе вступают в действие технологии испарения, механической рекомпрессии пара (MVR) и нулевого сброса жидкости (ZLD).

Почему очистка сточных вод приобретает все большее значение?

Что касается промышленных объектов, управление водными ресурсами сталкивается с двумя разными проблемами.

Первая — обеспечить водой, необходимой для производства.

Второе — безопасное и экономичное управление сточными водами, образующимися после производства.

Эти две проблемы на самом деле являются частями одного и того же цикла.

Когда вода, используемая на объекте, сбрасывается без очистки, в окружающую среду попадают не только загрязняющие вещества. В то же время теряется и та часть этой воды, которая может быть использована в процессе размножения.

Таким образом, целью современного управления водными ресурсами является только “очистка сточных вод”, а не более широкая цель;

использовать → очистить → восстановить → повторно использовать

это значит максимально замкнуть цикл.

Подход «Нулевой сброс жидкости» представляет собой усовершенствованное применение этой идеи. Целью ZLD является устранение жидких сточных вод в той степени, в которой это технически и экономически осуществимо, и восстановление основной массы воды в процессе. Однако нельзя сказать, что ZLD автоматически является наиболее подходящим решением на каждом объекте из-за его энергопотребления и инвестиционных затрат. Систему следует оценивать по составу сточных вод и условиям процесса.

Что такое очистка сточных вод?

Очистка сточных вод — это процесс отделения загрязняющих веществ в воде с помощью физических, химических, биологических или термических процессов и приведения воды в целевые условия использования или сброса.

Используемая технология варьируется в зависимости от характера сточных вод.

Типичная линия очистки промышленных сточных вод может иметь один или несколько из следующих процессов:

• Предварительная фильтрация и отделение твердых частиц
• Удаление масла и эмульсии
• Регуляция pH
• Коагуляция и флокуляция
• Химическое осаждение
• Ультрафильтрация
• Нанофильтрация
• Обратный осмос (РО)
• Ионный обмен
• Активированный уголь
• Испарение
• Кристаллизация

Здесь важно то, что эти процессы не рассматриваются как альтернативы друг другу.

Например, RO является важным каскадом во многих системах рекуперации воды из-за низкого энергопотребления. Однако по мере увеличения солености питательной воды становятся очевидными рабочие пределы мембранных процессов. Поэтому в системах ZLD RO часто используется в сочетании с каскадом термической концентрации. В литературе отмечается, что RO используется перед термическими процессами для уменьшения объема рассола в системах ZLD и что термическая концентрация вступает в игру при высокой солености.

Где MVR используется при очистке сточных вод?

MVR не является технологией замены всей системы очистки сточных вод.

Основная задача МВР заключается в снижении энергозатрат процесса испарения за счет рекуперации энергии пара, образующегося при испарении.

По этой причине MVR становится особенно важным в системах, где вода в сточных водах должна быть термически отделена.

Упрощенный процесс можно представить следующим образом:

Сточные воды → Предварительная очистка → Испарение → MVR → Дистиллят + Концентрат

Если система является частью объекта ZLD, процесс можно продвинуть дальше:

Сточные воды → Предварительная обработка → RO → MVR Испарение → Концентрат → Кристаллизация → Твердый продукт/отходы

В этой конструкции МВР используется для разделения воды, особенно в больших объемах, путем испарения на уровне концентрации, которому он служит. Таким образом, поток меньшего объема и более высокой концентрации может быть направлен в следующий каскад кристаллизации или конечной концентрации. В литературе ZLD также указано, что концентраторы рассола MVC/MVR используются для высокой водоотдачи и высокой концентрации солености.

Что такое МВР?

MVR — механическая рекомпрессия пара.

Образующийся в испарителе водяной пар сжимается механическим компрессором, а не отправляется в атмосферу или конденсаторную систему. В результате сжатия давление и температура насыщения пара увеличиваются, и образующийся более высокотемпературный пар снова используется в качестве источника тепла процесса испарения.

Таким образом, скрытая теплота, содержащаяся в паре, образующемся при испарении, повторно используется в системе.

Основной принцип MVR можно свести к трем этапам:

Генерация пара → сжатие пара → повторное использование тепла.

Поэтому одним из основных видов оборудования МВР является не испаритель, а паровой компрессор.

Эта статья может вас заинтересовать. Области применения MVR: промышленная эффективность и нулевая конверсия отходов

Как MVR снижает потребление энергии?

При классическом одноэффектном испарении энергия непрерывно подается извне для испарения воды.

Если вода испаряется и переносимая ею тепловая энергия удаляется из системы, эта энергия не может быть использована повторно.

С другой стороны, в МВР энергия образующегося пара сохраняется внутри системы.

Пар поступает в компрессор.

Компрессор увеличивает давление пара.

С ростом давления температура насыщения пара повышается.

Сжатый пар более высокой температуры направляется в теплообменник и используется для повторного испарения жидкости.

Таким образом, можно значительно сократить потребление энергии системой извне. В свою очередь, электрическая энергия используется в основном для привода парового компрессора.

Но здесь есть один важный инженерный момент:

Энергопотребление МВР зависит не только от “количества испаряемых тонн воды”.

Мощность, необходимая компрессору;

• расход пара,
• давление всасывания,
• давление сжатия,
• коэффициент давления,
• повышение температуры,
• плотность пара,
• потери давления в системе

он определяется такими параметрами, как.

Поэтому правильная конструкция системы MVR заключается не только в определении производительности испарителя.

Почему компрессор MVR является критически важным оборудованием системы?

В системе MVR компрессор — это оборудование, обеспечивающее энергетический цикл процесса.

При изменении расхода и свойств пара, выходящего из испарителя, изменяется и рабочая точка компрессора.

Следующие параметры могут напрямую влиять на конструкцию компрессора, особенно в промышленных сточных водах:

Поток пара

Это фактический расход пара, который должен обрабатывать компрессор.

Входное давление

Давление пара на выходе испарителя.

Давление нагнетания

Это давление, которое должен обеспечивать компрессор для подачи пара в теплообменник.

Температурный подъем

Это повышение температуры, которое должен создать компрессор.

Плотность пара

Фактическая плотность пара напрямую влияет на объемный расход и аэродинамическую конструкцию компрессора.

Коэффициент давления

Это отношение давления сжатия к давлению всасывания, которое является одним из важнейших параметров при определении потребляемой мощности компрессора.

Поэтому компрессор MVR не следует рассматривать как стандартный вентилятор. Выбор оборудования следует производить с учетом термодинамических условий процесса и фактических характеристик пара.

Соленость, накипь и загрязнение в системах MVR сточных вод

Одной из наиболее важных технических проблем МВР при очистке сточных вод является не энергия, а физическая сложность процесса по мере увеличения концентрации.

Когда вода покидает систему во время испарения, растворенные вещества концентрируются.

Это особенно актуально:

• высокий TDS,
• хлористый.
• сульфат.
• кремний.
• кальций,
• магний.
• органические вещества

это может увеличить риск образования накипи и загрязнения в токах, содержащих его.

Чрезмерное повышение концентрации может привести к осаждению на поверхностях теплопередачи, снижению коэффициента теплопередачи и увеличению потребности в очистке.

В основе подхода, разработанного им для решения этой проблемы, также лежит система очистки псевдоожиженными частицами системы MVR, которая обеспечивает непрерывную очистку поверхностей теплопередачи. Компания заявляет, что эта структура направлена на поддержание более стабильной производительности теплопередачи за счет контроля загрязнения и образования накипи.

Таким образом, целью проектирования MVR является не только достижение максимальной концентрации.

Более точный подход:

максимальная концентрация + приемлемый риск образования накипи + устойчивая теплопередача + надежная работа компрессора

для установления баланса.

взаимосвязь между MVR и ZLD

MVR и ZLD — это не одно и то же.

MVR — это технологическая технология.

ZLD — это концепция управления водными ресурсами и технологическими процессами.

В системе ZLD можно использовать MVR; однако MVR сам по себе не выполняет весь ZLD.

Типичная система ZLD может быть структурирована следующим образом:

1. Предварительная обработка

Снижается содержание масла, взвешенных веществ, органических веществ или компонентов, которые могут отрицательно повлиять на процесс MVR/испарения.

2. Концентрация мембраны

В подходящих случаях значительная часть воды извлекается, а меньший объем концентрата получается с помощью мембранных процессов, таких как RO.

3. Испарение МВР

Вода в концентрированном потоке термически отделяется. Полученный пар сжимается компрессором MVR и снова используется в качестве источника тепла процесса.

4. Конечная концентрация / кристаллизация

Рассол высокой концентрации, оставшийся после MVR, может быть отправлен в кристаллизатор или другой каскад конечной концентрации, в зависимости от конструкции процесса.

5. Восстановление воды

Если полученный дистиллят соответствует необходимым требованиям качества, его можно вернуть в технологическую воду или подвергнуть дополнительным процессам полировки.

Таким образом, MVR является особенностью системы ZLD на этапе концентрирования, где большой объем воды должен быть отделен низкой энергией, и играет важную роль.

В каких сточных водах можно использовать MVR?

Тип сточных вод, в которых можно использовать МВР, довольно широк. Однако не следует считать, что MVR можно применять непосредственно к любым сточным водам.

Применение следует оценивать по химическому составу сточных вод и целевой конечной концентрации.

Основные области применения:

Химическая промышленность

Сокращение объема высококонцентрированных сточных вод, образующихся в процессах химического производства и рекуперации воды.

Фармацевтическая промышленность

Концентрация и рекуперация воды из сложных сточных вод фармацевтических процессов.

Текстиль и красители

Концентрация и применение ZLD, особенно в сточных водах красок и текстиля с высоким содержанием соли.

Металлопокрытие и гальванопокрытие

Промывочные воды, процессы нанесения покрытий и токи с высоким TDS, возникающие в результате обработки поверхности.

Горное дело и металлургия

Технологические воды и потоки рассола с высокой концентрацией минералов и солей.

Электростанции

В частности, МВР может использоваться при концентрировании сточных вод, образующихся в результате процессов мокрой десульфуризации дымовых газов. Масштабирование в этих приложениях является серьезной проблемой проектирования.

Еда и напитки

Концентрация технической воды, рекуперация воды и термическое разделение потоков сточных вод с определенными органическими нагрузками.

Переработка пальмового масла

Сточные воды завода по производству пальмового масла (POME) представляют собой сложные технологические сточные воды с высоким содержанием органических веществ.

RO Отклонить и рассол

Ток отбраковки высокой концентрации, остающийся после RO, можно оценить до или вместе с MVR, особенно в системах ZLD, где желательно увеличить рекуперацию воды.

Можно ли применять MVR к любым сточным водам?

Нет.

Пригодность MVR невозможно определить, рассматривая только скорость потока.

Перед проектированием системы MVR необходимо знать как минимум следующую информацию:

• Расход сточных вод
• Темп
• Давление
• ТДС
• Плотность
• pH
• Основные ионы и соли
• Органическое содержание
• Количество масла и эмульсии
• Взвешенное твердое вещество
• Потенциал масштабирования
• Повышение точки кипения
• Желаемое качество дистиллята
• Конечная желаемая концентрация
• Рабочее время
• Ежедневный/еженедельный профиль работы

Особенно повышение температуры кипения (BPE). Это важно при проектировании MVR.

По мере увеличения концентрации раствора температура кипения повышается по отношению к чистой воде. Это может повлиять на температуру испарения и повышение температуры, которое должен обеспечить компрессор.

Поэтому предположение о том, что один и тот же компрессор MVR можно использовать для двух разных сточных вод с одинаковым расходом воды, неверно.

Как оценить энергоэффективность в системах MVR?

Производительность систем MVR не следует оценивать исключительно по мощности компрессорного двигателя.

Одним из важных показателей является электрическая энергия, затрачиваемая на единицу количества рекуперированной воды.

Например:

Удельное потребление энергии = Мощность компрессора / Производство дистиллята

его можно оценить следующим образом.

Однако реальная производительность системы зависит не только от этого значения.

Теплообменники, насосы, вспомогательное оборудование, предварительная обработка, конденсаторы и стадии конечной концентрации также должны быть включены в общее потребление энергии.

Кроме того, следует учитывать экономическую выгоду от MVR вместе с затратами на утилизацию сточных вод.

Как подчеркивает MKR в сфере промышленных сточных вод, непрерывное образование сточных вод, высокая стоимость утилизации и необходимость рекуперации технологической воды являются одними из основных условий, при которых MVR становится экономически значимым.

Выбор компрессора в конструкции MVR

Выбор компрессора, являющегося основой системы MVR, не является простой функцией производительности испарителя.

При выборе компрессора следует учитывать следующие технологические моменты:

Расход пара: кг/ч или м³/ч

Давление всасывания: кПа (а) или бар (а)

Давление нагнетания: кПа (а) или бар (а)

Температура всасывания: °С

Температура разряда: °С

Коэффициент давления: P₂/P₁

Температурный подъем: ΔT

Состав пара: состоит ли пар исключительно из водяного пара

Плотность пара: кг/м³

Содержание влаги: Риск образования капель жидкости на входе в компрессор

На этом этапе особенно важно качество пара перед его поступлением в компрессор.

Транспортировка капель жидкости из испарителя в компрессор может отрицательно повлиять на производительность компрессора и механическую надежность. Поэтому соединение испаритель–сепаратор–туманоуловитель–компрессор должно быть спроектировано как единое целое. Вот почему в технических источниках особое внимание уделяется использованию туманоуловителя перед компрессором в системах MVR.

Вывод: Оценка сточных вод как ресурса, а не как отходов

Дефицит воды — это не просто проблема поиска большего количества воды.

Не менее важным является то, как после процесса управляется используемая вода.

Использование больших объемов воды на промышленных объектах и создание в результате сточных вод с высоким содержанием солей и загрязняющих веществ выявляет ограничения классического подхода “использование и сброс”.

Современный подход иной:

Использование меньшего количества чистой воды.
Очистка использованной воды.
Утилизация воды.
Снижение концентрации.
Устранение сброса жидкости при необходимости.

MVR не решает весь этот цикл сам по себе. Однако он может выполнить важную задачу, повторно используя энергию пара, образующегося при испарении, особенно в точке, где необходимо термически концентрировать большие объемы промышленных сточных вод.

В правильно спроектированной системе предварительная обработка, RO или другие технологии концентрирования, испарение MVR, кристаллизация и рекуперация воды становятся взаимодополняющими процессами.

Таким образом, успех MVR определяется не только выбором “высокоэффективного компрессора”.

Фактическая производительность;

характеристика сточных вод + условия испарения + повышение температуры кипения + борьба с накипью/загрязнением + теплопередача + конструкция компрессора + потребление энергии + целевое качество воды

это зависит от инженерного баланса между ними.

Основная ценность MVR, особенно в промышленных сточных водах с высоким TDS и ZLD, заключается не только в испарении воды для достижения высокого объема рекуперации воды с более управляемой потребностью в энергии за счет повторного использования энергии, вырабатываемой во время испарения в процессе.

Часто задаваемые вопросы

На каком этапе процесса MVR используется в системах очистки сточных вод?

MVR обычно используется после предварительной очистки и мембранных процессов, на стадии испарения, где сточные воды термически концентрируются. В частности, отходы обратного осмоса могут быть интегрированы в процесс испарения с целью достижения более высокой водоотдачи в технологических водах с высоким TDS и в системах ZLD.

Почему соотношение давлений важно в системе MVR?

Коэффициент давления — это отношение давления прессования компрессора к давлению всасывания. Это значение напрямую влияет на повышение давления, которое должен создать компрессор, и, следовательно, на потребность в мощности. По мере увеличения концентрации сточных вод и повышения температуры кипения требуемая мощность сжатия также может меняться.

Как сточные воды с высоким TDS влияют на конструкцию MVR?

Высокий TDS может повысить температуру кипения раствора и увеличить риск образования накипи во время испарения. По мере повышения температуры кипения может потребоваться более высокая разница температур для обеспечения одинаковой теплопередачи. Это может повлиять на коэффициент давления, требуемую мощность и условия работы компрессора MVR.

Почему масштабирование и загрязнение важны в системах MVR?

Поскольку вода удаляется при испарении, растворенные соли и другие компоненты концентрируются. При превышении пределов растворимости может произойти осаждение поверхностей теплопередачи. Накипь и загрязнение могут снизить коэффициент теплопередачи, что приведет к потере производительности, более высокому потреблению энергии и необходимости более частой очистки.

Почему следует предотвратить транспортировку жидкости к компрессору MVR?

Компрессоры MVR в основном предназначены для обработки паровой фазы. Наличие капель жидкости в паре, выходящем из испарителя, может отрицательно повлиять на аэродинамические характеристики и механическую надежность компрессора. По этой причине системы сепаратора и удаления тумана являются такими же важными частями проектирования процесса, как и выбор компрессора.

Можно ли использовать MVR и RO вместе?

Да. MVR и RO не обязательно должны быть альтернативами друг другу в большинстве приложений ZLD. RO может извлекать большую часть воды из питательной воды с меньшим потреблением энергии при благоприятных условиях. Если отходы высокой концентрации, оставшиеся после обратного осмоса, можно направить в испарительную систему MVR, можно добиться дальнейшего извлечения воды.

В чем основное отличие MVR от ZLD?

MVR one — это технология рекуперации и испарения тепловой энергии. ZLD — это комплексный технологический подход, направленный на максимальное исключение сброса жидких отходов с предприятия. MVR может действовать как один из каскадов испарения или концентрации системы ZLD.

Сколько воды можно извлечь из сточных вод с помощью MVR?

Неправильно указывать фиксированную ставку возмещения. Количество воды, которое можно извлечь; Это зависит от TDS и химического состава сточных вод, тенденции к образованию накипи, типа испарителя, целевой конечной концентрации, качества дистиллята и технологической конструкции системы.

Как рассчитывается энергопотребление системы MVR?

Энергетические характеристики системы MVR не следует оценивать исключительно по мощности двигателя. Мощность компрессора, расход дистиллята, расход вспомогательного оборудования и общая электрическая потребность процесса должны оцениваться совместно. Одним из распространенных показателей является удельное потребление энергии на единицу количества восстановленной воды:

SEC = Общее потребление электроэнергии / Количество извлеченного дистиллята

Какие анализы сточных вод необходимы для системы MVR?

Как правило, перед проектированием процесса недостаточно знать только значения расхода и TDS. Необходимо оценить как минимум такие параметры, как температура, pH, плотность, TDS, основные ионы, хлорид, сульфат, кремний, кальций, магний, взвешенные твердые частицы, органическая нагрузка и содержание масла/эмульсии. Потенциал образования накипи и загрязнения также следует рассматривать отдельно.

Подходит ли MVR для всех промышленных сточных вод?

Нет. Применимость MVR зависит от характера, расхода, концентрации, тепловых свойств сточных вод и целевой скорости рекуперации воды. Конструкцию процесса следует соответствующим образом изменить, особенно если имеются загрязняющие вещества, которые могут представлять риск высокой органической нагрузки, пенообразования, летучих компонентов, высокого потенциала образования накипи или компрессора.

Можно ли повторно использовать дистиллят непосредственно в системе MVR?

Не всегда. Точка повторного использования дистиллята зависит от качества воды, требуемого процессом. Дистиллят, полученный после выпаривания, возможно, потребуется проверить на проводимость, ХПК, летучие компоненты или другие специфические загрязнения. При необходимости можно применять полировку или дополнительные этапы очистки.

Как оценивается экономическая целесообразность инвестиций в MVR?

Экономическую целесообразность MVR не следует оценивать исключительно по первоначальным инвестиционным затратам. Потребление электроэнергии, текущая стоимость пара или тепловой энергии, стоимость удаления сточных вод, экономическая ценность рекуперированной воды, время работы, потребность в техническом обслуживании и целевой уровень рекуперации воды должны оцениваться вместе.

Неправильный выбор оборудования в системах MVR может привести к остановке всего процесса, а не только к потере энергии. Для определения характеристик сточных вод, характерных для вашего объекта, термодинамических расчетов и точного выбора радиального вентилятора MVR немедленно свяжитесь с командой инженеров-экспертов Efsan Contact ’’s.