כיצד לבחור מערכת לטיפול במים על בסיס דרישות לשימוש חוזר במים

כאשר חברות תעשייתיות מתכננות פרויקט של שימוש חוזר במים, אחת השאלות הראשונות שהן שואלות לעתים קרובות היא: "האם עלינו לבחור בסינון אולטרה, אוסמוזה הפוכה או ציוד טיפול אחר?" עם זאת, מנקודת המבט של תכנון הפרויקט בפועל, לרוב זו אינה נקודת ההתחלה הנכונה.

בחירת אטיפול במים מוחזריםהפתרון לא צריך להתחיל עם החלטה איזה ציוד לרכוש ולאחר מכן לשקול איזה סוג של מים אותו ציוד יכול לטפל. גישה הגיונית יותר היא לקבוע תחילה כיצד נעשה שימוש חוזר במים המטופלים, ולאחר מכן לבחור את תהליך הטיפול בהתבסס על איכות המים היעד, מאפייני מי המקור והרכב המזהמים. במילים אחרות, מערכת מתאימה לטיפול במים מוחזרים לשימוש חוזר תעשייתי אינה נקבעת על ידי ציוד אחד, אלא על פי השימוש הבא של המים.

התחל עם אופן השימוש במים, לא באיזה ציוד לקנות

לחברות תעשייתיות רבות יש כבר מתקנים לטיפול בשפכים. לאחר הטיפול, הקולחים עשויים לעמוד בדרישות ההזרמה המקומיות, אך אין זה אומר בהכרח שניתן לעשות שימוש חוזר ישירות במים בייצור. עמידה בתקני פריקה ועמידה בדרישות לשימוש חוזר הם שני מושגים שונים.

טיפול קונבנציונלי בשפכים מתמקד בדרך כלל בהפחתת מזהמים כך שהקולחים יעמדו בדרישות ההזרמה. המטרה של טיפול במים חוזרים, לעומת זאת, היא ספציפית יותר: לשפר עוד יותר את המים המטופלים לאיכות המתאימה לשימוש חוזר מסוים. לדוגמה, מים המשמשים לשטיפת רצפות מפעלים אינם דורשים את אותה איכות מים כמו מי איפור המסופקים למגדל קירור, בעוד שהדרישות למילוי מגדל קירור ומי הזנת הדוד עשויות להיות שונות אפילו יותר באופן משמעותי. לכן, אין מערכת קבועה אחת לטיפול חוזר במים המתאימה לכל פרויקט.

תהליך קבלת החלטות-מעשי יותר יכול להיות מובן כ:

הגדר את יישום השימוש החוזר ← קבע את דרישות השימוש החוזר במים ← ניתוח מקור המים ← זהה את המזהמים שיש להסיר → בחר טכנולוגיות טיפול → פתח את המערכת השלמה

זהו גם אחד ההיבטים הנשכחים ביותר של פרויקטים לשימוש חוזר במים תעשייתיים. הציוד עצמו הוא רק חלק אחד מהפתרון, ולא נקודת ההתחלה של הפרויקט כולו.

שלב 1: קבע את יישום השימוש החוזר הסופי של המים המוחזרים

השימוש המיועד במים מוחזרים קובע את יעד הטיפול. לְדוּגמָה,מערכות קירור תעשייתיותבדרך כלל שמים דגש רב יותר על סך מוצקים מומסים, קשיות, סיליקה ובקרה מיקרוביולוגית. גם אם המים נראים צלולים ויזואלית, ריכוזי מלחים או קשיות גבוהים עדיין יכולים להגביר את הסיכון להצטברות אבנית וקורוזיה כשהמים מתרכזים במהלך המחזור.

אִםמים מוחזרים משמשים בתהליכי ייצור תעשייתיים, המצב הופך מורכב יותר. לתעשיות ייצור שונות עשויות להיות דרישות איכות מים שונות לחלוטין. תהליכי ייצור מסוימים עוסקים בעיקר במוצקים מרחפים ובעכירות, בעוד שאחרים דורשים בקרה קפדנית יותר על מוליכות, מלחים מומסים או יונים ספציפיים.

מי הזנה לדודבדרך כלל דורש רמה גבוהה יותר של טיפול. במקרה זה, הסרת מוצקים מרחפים באמצעות סינון קונבנציונלי בלבד אינה מספקת לעתים קרובות, וייתכן שהמערכת תצטרך להפחית עוד יותר את הקשיות, הסיליקה והמלחים המומסים.

לשם השוואה,מים המשמשים לשטיפת ציוד, ניקוי רצפות, או יישומים תעשייתיים מסוימים שאינם-קריטייםעשוי שלא לדרוש טיפול התפלה עמוק יקר.

לכן, לפני תכנון אתהליך טיפול במים מוחזרים לשימוש תעשייתי, השאלה הראשונה שחברה צריכה לשאול היא לא "איזה סוג ממברנה צריך?" אלא:איזה מקור מים יחליף בסופו של דבר המים המוחזרים הללו?ברגע שהשאלה הזו מוגדרת בבירור, מטרות הטיפול הבאות הופכות להרבה יותר קלות לקבוע.

שלב 2: תרגם את השימוש המיועד לדרישות ספציפיות לשימוש חוזר במים

לאחר שנקבעה יישום השימוש החוזר, השלב הבא הוא הגדרת איכות המים הנדרשת. יישומים שונים מתמקדים בפרמטרים שונים.מים מקרריםעשוי לדרוש תשומת לב מיוחדת לקשיות, סיליקה, כלוריד וסך המוצקים המומסים;מי תהליך תעשייתיעשוי לשים דגש רב יותר על מזהמים ספציפיים, מוליכות או חומר אורגני; בְּעוֹדמערכות דוודיםבדרך כלל דורשים בקרה מחמירה יותר של מרכיבים שעלולים לגרום להצטברות אבנית והפקדות.

המשמעות היא שכאשר בוחרים ב-aמערכת לטיפול במים מוחזרים, לא ראוי פשוט להניח ש"ככל שהמים נקיים יותר, כך ייטב". גם-טיפול יתר עלול ליצור בעיות. לדוגמה, אם יישום שימוש חוזר מסוים דורש רק הפחתה יציבה של עכירות ומוצקים מרחפים, שימוש ישיר בלחץ גבוה בלחץ הפוך להתפלה עמוקה עשוי להגדיל את צריכת האנרגיה, דרישות ניקוי הממברנות ולרכז את עלויות הניהול מבלי לספק יתרונות פרופורציונליים להשקעה הנוספת.

עיקרון מעשי יותר לשימוש חוזר במים תעשייתיים הוא:

טפלו במים ברמה הנדרשת ליישומם המיועד במקום לרדוף באופן עיוור אחר איכות המים הגבוהה ביותר האפשרית.

שלב 3: אותו יעד לשימוש חוזר עשוי לדרוש תהליכי טיפול שונים לחלוטין עבור מי מקורות שונים

זהו גורם קריטי נוסף בבחירת מערכת לטיפול במים. נניח ששני מפעלים מתכוונים לעשות שימוש חוזר במים מטופלים כמי איפור של מגדל קירור. היישום המיועד לשימוש חוזר שלהם זהה, אבל מי המקור שלהם עשויים להיות שונים לחלוטין. פרויקט אחד עשוי להשתמש בשפכים משניים ממפעל טיהור שפכים עירוני עם איכות מים יציבה יחסית, בעוד שפרויקט אחר עשוי לטפל בשפכים תעשייתיים במליחות גבוהה- המכילים נפט, מזהמים אורגניים או מזהמים ספציפיים שנוצרו במהלך תהליך הייצור. למרות שהיישום הסופי לשימוש חוזר זהה, ברור ששני הפרויקטים האלה לא יכולים להשתמש בדיוק באותה מערכת מיחזור שפכים.

לכן, לפני בחירת ציוד, יש לנתח את מי המקור כדי לזהות את האתגרים העיקריים שלהם. בנוסף ל-COD, מוצקים מרחפים ועכירות, פרויקטים תעשייתיים צריכים לקחת בחשבון גם מליחות, קשיות, תכולת שמן ותנודות באיכות המים.

שפכים תעשייתיים במיוחד עשויים להשתנות עם מחזורי הייצור. אם מערכת מתוכננת רק על סמך התוצאות של דגימת מים בודדת מבלי להתחשב בשינויים ארוכי טווח-, בעיות כגון קיבולת טיפול לא מספקת, זיהומים מואצים של הממברנה או איכות שפכים לא יציבה עלולות להתרחש במהלך הפעולה בפועל.

שלב 4: בחר טכנולוגיות לטיפול לשימוש חוזר במים בהתבסס על המזהמים שיש להסיר

לאחר שהוגדרו בבירור מי המקור ואיכות המים היעד, בחירת הציוד יכולה להתחיל באמת.

עֲבוּרמים מוחזרים המושפעים בעיקר ממוצקים מרחפים, קולואידים ועכירות, טכנולוגיות סינון הן לרוב יחידות טיפול חשובות. ביניהם,מערכות אולטרה סינון תעשייתיותיכול לספק הפרדת נוזלים- יציבה ביישומי שימוש חוזר במים תעשייתיים ולספק תנאי מי הזנה עקביים יותר לטיפול מתקדם לאחר מכן.

אם האתגר העיקרי הוא מלחים מומסים, מוליכות או מזהמים מומסים אחרים, סינון אולטרה לבדו בדרך כלל אינו מסוגל להשיג את יעד הטיפול הנדרש. במקרים כאלה, עשויות להידרש טכנולוגיות הפרדת ממברנות כגון ננופילטרציה או אוסמוזה הפוכה.

עֲבוּרשמן-המכיל שפכים תעשייתיים, ייתכן שיהיה צורך בהפרדת מים- בשמן או בתהליכי טיפול מקדים אחרים לפני טיפול בממברנה. אם נותנים לריכוזים גבוהים של שמן להיכנס ישירות למערכת הממברנה, הציוד עלול לחוות עיקול מהיר יותר ודרישות ניקוי מוגברות.

לכן, שלםמערכת טיפול לשימוש חוזר במיםלרוב אינו מבוסס על טכנולוגיה אחת, אלא על שילוב של מספר יחידות טיפול.

לדוגמה, מערכת שימוש חוזר במים תעשייתי פשוטה יחסית עשויה להשתמש ב:

שפכים קיימים לטיפול בשפכים → סינון → חיטוי → שימוש חוזר

פרויקטים עם דרישות איכות מים גבוהות יותר עשויים להשתמש ב:

טיפול ביולוגי → מערכות אולטרה סינון תעשייתיות → אוסמוזה הפוכה → אחסון מים מוחזר → שימוש חוזר

עבור פרויקטים תעשייתיים עם מאפייני מי מקור מורכבים, ניתן להוסיף יחידות טיפול מקדים נוספות כגון הפרדת מים-נפט, קרישה ושקיעה, או תהליכי טיפול אחרים במעלה הזרם.

אל תתמקד רק ביכולת הטיפול-שקול את מאזן המים של המערכת כולה

בפרויקטים בפועל, חברות רבות מתמקדות בעיקר בכמה טונות מים הציוד יכול לטפל ביום. עם זאת, עבור אמערכת לטיפול במים מוחזרים לשימוש חוזר תעשייתי, יכולת הטיפול לבדה אינה מספקת. המערכת חייבת גם לשקול כמה מי שפכים נוצרים בפועל בכל יום, כמה מים מוחזרים נדרשים בתהליך הייצור, כמה מים המערכת יכולה לשחזר, וכיצד יטופלו תרכיז, מי שטיפה וזרמים שיוריים אחרים.

לדוגמה, מערכת אוסמוזה הפוכה יכולה לשפר את איכות המים לחדור, אבל היא גם מייצרת תרכיז. אם פרויקט מתמקד רק בייצור מחלחלים מבלי להתחשב בניהול תרכיז מראש, תפעול כולומערכת מיחזור שפכיםעשוי להיות מוגבל. לכן, תכנון המערכת צריך להתבסס על מאזן מים מלא.

חברות צריכות לקחת בחשבון:

האם נפח השפכים שנוצר תואם את הביקוש למים מוחזרים?

האם קצב שחזור המערכת עומד ביעדים התפעוליים הכוללים?

כיצד יטופלו או ינוהלו תרכיז וזרמים שיוריים אחרים?

רק כאשר נושאים אלה מטופלים יחדיו, פרויקט של שימוש חוזר במים יכול להשיג היתכנות תפעולית-ארוכת טווח.

עלויות התפעול חשובות באותה מידה בעת בחירת מערכת

מנקודת המבט של השקעה ראשונית, הוספת ציוד טיפול נוסף עשוי להיראות כמפיקה-שפכים באיכות גבוהה יותר. עם זאת, פרויקטים לשימוש חוזר במים תעשייתיים מיועדים בדרך כלל לתפעול- לטווח ארוך. ניקוי ממברנות, צריכת כימיקלים, צריכת חשמל, החלפת חלקי בלאי ועבודה לצורך תפעול ותחזוקה כולם משפיעים על עלות התפעול בפועל של המערכת.

לכן, בעת בחירת אטיפול במים מוחזריםפתרון, חברות לא צריכות להשוות לבד עלויות רכישת ציוד, וגם לא פשוט להניח שעומק טיפול גדול יותר הוא תמיד טוב יותר. פתרון מתאים יותר צריך לאזן בין הגורמים הבאים:יעד איכות מים, יציבות מערכת, קצב החזרת מים, צריכת אנרגיה ועלויות תחזוקה-ארוכות טווח.

לדוגמה, אם סינון אולטרה כבר מסוגל לעמוד בדרישות השימוש החוזר במים של יישום מסוים, ייתכן שהוספת אוסמוזה הפוכה לא תהיה הבחירה החסכונית ביותר. לעומת זאת, אם תהליך הייצור במורד הזרם דורש בקרה קפדנית על מלחים מומסים, השמטת הטיפול המתקדם הדרוש עלולה להשפיע על ציוד הייצור או על איכות המוצר. לכן, מה שצריך לעשות אופטימיזציה הוא לא ציוד בודד, אלא מערכת הטיפול כולה.

לוגיקה לבחירת מערכת פשוטה אך יעילה

עבור רוב הפרויקטים לשימוש חוזר במים תעשייתיים, תהליך הבחירה יכול לבצע רצף ברור. ראשית, קבע היכן ישמשו המים המוחזרים. לאחר מכן, קבע את איכות המים היעד בהתבסס על היישום המיועד. לאחר מכן, נתח את המאפיינים האמיתיים של שפכים קיימים או שפכים לטיפול בשפכים וזיהוי המזהמים הדורשים פינוי עדיפות. לאחר שהמידע הבסיסי הזה הוגדר, מתאיםטכנולוגיות טיפול לשימוש חוזר במיםניתן להתאים בסופו של דבר לפתח מערכת שלמה לטיפול במים משוחזרים.

ניתן לסכם תהליך זה כך:

שימוש → דרישה → איכות מים → מזהם → טכנולוגיה → מערכת

גישה זו קרובה יותר לתכנון הנדסי בפועל מאשר פשוט לשאול, "האם יש להשתמש ב-UF או RO?"

מַסְקָנָה

בחירת מערכת תעשייתית לטיפול במים מוחזרים היא ביסודו תהליך שמתחיל בדרישות שימוש חוזר בפועל.

אין לקבוע מערכת מתאימה לטיפול במים מוחזרים על ידי ציוד אחד. במקום זאת, הוא צריך להיות מתוכנן על סמך יישום השימוש החוזר הסופי של המים המוחזרים, דרישות השימוש החוזר במים, איכות מי המקור והמזהמים שיש להסיר.

עבור פרויקטים מסוימים, סינון וחיטוי עשויים כבר להספיק. עבור יישומי שימוש חוזר תעשייתי הדורשים שליטה יציבה על מוצקים מרחפים, מערכות אולטרה סינון תעשייתיות יכולות לשמש כיחידת טיפול חשובה. עבור פרויקטים הדורשים הפחתה נוספת של מלחים מומסים ומוליכות, ייתכן שיהיה צורך לשלב טכנולוגיות טיפול מתקדמות כגון אוסמוזה הפוכה.

לכן, כאשר מתכננים פרויקט טיפול במים, השאלה החשובה ביותר היא לא "איזה ציוד הוא הטוב ביותר?" אלא:איזו איכות מים נדרשת למעשה לשימוש חוזר?לאחר תשובה ברורה לשאלה זו, הכיוון לבחירת התהליך, תצורת הציוד והתכנון הכולל של מערכת מיחזור שפכים נעשה ברור הרבה יותר.

עבור חברות תעשייתיות, תהליך טיפול במים חוזרים שתוכנן כהלכה לשימוש תעשייתי צריך לאזן את איכות המים, קצב ההתאוששות, היציבות התפעולית ועלויות-לטווח ארוך, תוך מתן פתרון המתאים לדרישות השימוש החוזר במים בפועל של הפרויקט הספציפי.