DE102013224351B4 - Device for generating service water - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Brauchwassergewinnung aus verunreinigtem Wasser, umfassend einen Kondensationsbehälter (2) mit einem Brauchwasserabfluss (4) und einem Prozessluftabfluss (36), einen Verdunstungsbehälter (6) mit einem Restwasserabfluss (8) und einem Prozessluftzufluss (38), eine Trenneinrichtung (10) mit steuerbarer Durchlässigkeit, die einen horizontalen Durchgang zwischen Kondensationsbehälter (2) und Verdunstungsbehälter (6) bildet, einen Kondensator (12), der im Kondensationsbehälter angeordnet ist und einen Kühlmitteleinlass (14) für verunreinigtes Wasser und einen Kühlmittelauslass (16) aufweist, eine Heizeinrichtung (18), die mit dem Kühlmittelauslass (16) verbunden und eingerichtet ist, das verunreinigte Wasser aufzuheizen, eine Sprüheinrichtung (20), die mit der Heizeinrichtung (18) verbunden und eingerichtet ist, das aufgeheizte verunreinigte Wasser in den Verdunstungsbehälter (6) einzusprühen, und eine regelbare Luftfördereinrichtung (22), die eingerichtet ist, Prozessluft dem Verdunstungsbehälter (6) zuzuführen.The present invention relates to a device for producing industrial water from contaminated water, comprising a condensation tank (2) with a service water drain (4) and a process air drain (36), an evaporation tank (6) with a residual water drain (8) and a process air inlet (38) Controllable-permeability separator (10) forming a horizontal passage between the condensing vessel (2) and the evaporation vessel (6), a condenser (12) disposed in the condensing vessel and a contaminated water coolant inlet (14) and a coolant outlet (16) a heater (18) connected to the coolant outlet (16) and configured to heat the contaminated water; a spray device (20) connected to the heater (18) and arranged to heat the contaminated water into the evaporation tank (6) spray, and a controllable air conveyor Device (22) which is adapted to supply process air to the evaporation tank (6).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Brauchwasser durch Entsalzung von Meerwasser bzw. allgemein Salzwasser oder Reinigung von verunreinigten Wässern wie brackigem Grundwasser oder Abwasser. Die Vorrichtung soll bevorzugt durch Solarenergie versorgt werden.The present invention relates to a device for recovering process water by desalination of seawater or salt water in general or purification of contaminated waters such as brackish groundwater or wastewater. The device should preferably be powered by solar energy.
Stand der TechnikState of the art
Ein bekanntes Verfahren zur Meerwasserentsalzung beruht auf dem Grundprinzip der so genannten Feuchtluftdestillation. Diese eignet sich gut auch für kleine, dezentrale Anlagen sowie die Energiezufuhr durch Solarenergie.A known process for seawater desalination is based on the basic principle of the so-called wet-air distillation. This is also well suited for small, decentralized systems and the energy supply by solar energy.
Es sind einstufige Verfahren zur solarthermischen Meerwasserentsalzung bekannt, bei denen Verdunster und Kondensator jeweils nur oben und unten einen Luft- und Wasserzulauf bzw. -Ablauf aufweisen. Es kann dabei nur eine Wärmerückgewinnung von etwa 50% erreicht werden. Allerdings ist der apparative Aufwand vergleichsweise gering, so dass sich der Einsatz in strukturschwachen Gebieten anbietet.Single-stage processes for solar thermal desalination of seawater are known in which the evaporator and condenser each have only at the top and bottom an air and water inlet or outlet. It can only be achieved a heat recovery of about 50%. However, the expenditure on equipment is relatively low, so that the use in structurally weak areas offers.
Um eine höhere Wärmerückgewinnung zu erzielen, sind mehrere Stufen bei der Verdunstung und Kondensation erforderlich. Diese Methode wird daher häufig bei Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt. Bei Hochleistungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, sind mehr als 12 Stufen und mehr als 96% Wärmerückgewinnung möglich. Allerdings ist bei solchen Anlagen der apparative Aufwand sehr hoch. Für strukturschwache Gebiete sind derartige Anlagen daher weniger geeignet.To achieve higher heat recovery, multiple stages of evaporation and condensation are required. This method is therefore often used in seawater desalination plants. For high-performance fossil-fueled plants, more than 12 stages and more than 96% heat recovery are possible. However, the equipment cost is very high in such systems. For structurally weak areas, such systems are therefore less suitable.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur thermischen Entsalzung von Meerwasser ist das so genannte Multi-Effect-Humidification/Dehumidification-Verfahren (MEH). Systeme nach dem MEH-Verfahren basieren auf thermischer Energiezufuhr aus Niedertemperaturquellen (z. B. Sonnenkollektoren). Die Wärme wird einem abgeschlossenen Entsalzungsbehälter zugeführt, in dem der natürliche Wasserkreislauf mit Verdunstung und Kondensation nachgebildet wird.Another known method for the thermal desalination of seawater is the so-called multi-effect humidification / Dehumidification method (MEH). Systems based on the MEH process are based on thermal energy supply from low-temperature sources (eg solar collectors). The heat is supplied to a sealed desalination tank, in which the natural water cycle with evaporation and condensation is modeled.
Vorgewärmtes Meerwasser wird durch Zufuhr von Solarenergie weiter aufgeheizt und in einem Teil des Entsalzungsbehälters verdunstet, wobei Sole (so genannte Brine) mit aufkonzentriertem Salzgehalt abgeschieden wird. In dem anderen Teil des Entsalzungsbehälters wird der Wasserdampf zur Gewinnung des Destillats bzw. Brauchwassers mittels eines Kühlers kondensiert, dem kaltes Meerwasser als Kühlmedium zugeführt und dieses damit vorgewärmt wird. Dieses Verfahren läuft im Kreislauf, wobei kaltes Meerwasser und Solarenergie zugeführt und Brine und Brauchwasser abgezogen werden.Preheated seawater is further heated by the supply of solar energy and evaporated in a part of the desalting tank, whereby brine (brine) with concentrated salt content is deposited. In the other part of the desalting tank, the steam for condensing the distillate or service water is condensed by means of a cooler, the cold seawater is supplied as a cooling medium and this is preheated. This process runs in the cycle, with cold seawater and solar energy supplied and Brine and hot water are withdrawn.
Durch die Übertragung der beim Kondensieren frei werdenden Wärmeenergie auf das zugeführte Meerwasser wird in dem Prozess ein großer Teil der beim Verdunsten eingesetzten Wärmeenergie beim Kondensieren wieder zurück gewonnen und für die Vorwärmung des Meerwassers eingesetzt. Durch die Vorwärmung wird wiederum die Energie verringert, die zur weiteren Aufheizung des Meerwassers benötigt wird.By transferring the heat energy released when condensing on the supplied seawater, a large part of the heat energy used for evaporation in the process of condensation is recovered in the process and used for the preheating of the seawater. By preheating in turn, the energy is reduced, which is needed to further heat the seawater.
Die Druckschrift
Dieses System hat jedoch bestimmte Nachteile. Zum Einen erfolgt die Verdunstung durch das Aufbringen erhitzten Meer- oder allgemein verunreinigten Wassers auf Vlies- oder Gewebetücher, um so die zur Verfügung stehende Oberfläche für die Verdunstung zu erhöhen. Dies bedingt jedoch, dass das verunreinigte Wasser keine wesentlichen Anteile an Fest- oder Schwebstoffen enthalten darf, da sich ansonsten die Tücher schnell zusetzen und somit unbrauchbar würden. Das System ist daher zur Reinigung von verschmutztem Wasser mit Anteilen von Fest- und Schwebstoffen, z. B. von brackigem Grundwasser, nicht geeignet.However, this system has certain disadvantages. On the one hand, the evaporation takes place by applying heated sea or generally contaminated water to nonwoven or fabric towels, so as to increase the available surface area for evaporation. However, this requires that the contaminated water must not contain significant amounts of solids or suspended matter, otherwise the cloths would clog up quickly and thus become unusable. The system is therefore for cleaning polluted water with amounts of solids and suspended solids, eg. B. of brackish groundwater, not suitable.
Weiterhin handelt es sich um ein System mit einem Prozessbehälter ohne innere Trennwände. Es gibt also keine Trennung zwischen Verdunstungsraum und Kondensationsraum. Eine Steuerung der beteiligten Massenströme ist somit nicht möglich. Das Verfahren ist darauf angewiesen, dass sich eine Konvektionswalze zwischen Verdunstungsraum und Kondensationsraum ausbildet. Die Leistung der Anlage ist daher durch das Volumen des Prozessbehälters begrenzt, welches benötigt wird, um diese der Natur nachempfundene Konvektion zu gewährleisten. Die Luftumwälzung findet vorwiegend laminar statt.Furthermore, it is a system with a process container without inner partitions. So there is no separation between the evaporation room and the condensation room. A control of the mass flows involved is therefore not possible. The method relies on a convection roller forming between the evaporation space and the condensation space. The performance of the plant is therefore limited by the volume of the process vessel needed to ensure this convection, which is modeled on nature. The air circulation takes place predominantly laminar.
Die Druckschrift
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Brauchwassererzeugungsvorrichtung auf Basis der Feuchtluftdestillation bereitzustellen, die bei einem gegebenen Volumen des Prozessbehälters leistungsfähiger ist, d. h. pro Zeiteinheit mehr Brauchwasser erzeugen kann, und welche trotzdem die grundsätzlichen Vorteile des MEH-Verfahrens beibehält. Die vorgeschlagene Vorrichtung soll weiterhin geeignet sein, auch verunreinigtes Wasser mit Anteilen von Fest- und Schwebstoffen zu verarbeiten.The object of the present invention is to provide an improved hot water production device based on the wet air distillation, which is more efficient for a given volume of the process vessel, d. H. can produce more process water per unit of time, and which nevertheless retains the fundamental advantages of the MEH process. The proposed device should continue to be suitable to process contaminated water with fractions of solids and suspended matter.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Brauchwassergewinnung aus verunreinigtem Wasser bereitgestellt, umfassend:
- – einen Kondensationsbehälter mit einem Brauchwasserabfluss und einem Prozessluftabfluss;
- – einen Verdunstungsbehälter mit einem Restwasserabfluss und einem Prozessluftzufluss;
- – eine Trenneinrichtung mit steuerbarer Durchlässigkeit, die einen horizontalen Durchgang zwischen Kondensationsbehälter und Verdunstungsbehälter bildet;
- – einen Kondensator, der im Kondensationsbehälter angeordnet ist und einen Kühlmitteleinlass für verunreinigtes Wasser und einen Kühlmittelauslass aufweist;
- – eine Heizeinrichtung, die mit dem Kühlmittelauslass verbunden und eingerichtet ist, das verunreinigte Wasser aufzuheizen;
- – eine Sprüheinrichtung, die mit der Heizeinrichtung verbunden und eingerichtet ist, das aufgeheizte verunreinigte Wasser in den Verdunstungsbehälter einzusprühen; und
- – eine regelbare Luftfördereinrichtung, die eingerichtet ist, Prozessluft dem Verdunstungsbehälter zuzuführen
- – eine regelbare Luftleitung, die eingerichtet ist, Prozessluft im oberen Bereich, bevorzugt an der Oberseite des Verdunstungsbehälters abzuführen und dem oberen Bereich, bevorzugt der Oberseite des Kondensationsbehälters zuzuführen, um einen Teil der Luftmenge, bevorzugt etwa 8–10%, zwingend durch den Sprühstrahl der Sprüheinrichtung zu führen;
wobei die Trenneinrichtung eine Jalousie mit mehreren horizontal verlaufenden Lamellen ist, wobei bevorzugt jede Lamelle einzeln steuerbar ist.According to a first aspect of the invention there is provided an apparatus for producing industrial water from contaminated water, comprising:
- - A condensation tank with a process water drain and a process air drain;
- - An evaporation tank with a residual water drain and a process air inlet;
- A controllable-permeability separator which forms a horizontal passage between the condensation container and the evaporation container;
- A condenser disposed in the condensation vessel and having a contaminated water coolant inlet and a coolant outlet;
- A heater connected to the coolant outlet and arranged to heat the contaminated water;
- A spraying device connected to the heating device and arranged to spray the heated contaminated water into the evaporation tank; and
- - A controllable air conveyor, which is adapted to supply process air to the evaporation tank
- - An adjustable air line, which is adapted to process air in the upper region, preferably at the top of the evaporation tank to dissipate and the upper area, preferably the top of the condensation tank to a portion of the amount of air, preferably about 8-10%, mandatory by the spray to lead the spraying device;
wherein the separator is a blind with a plurality of horizontally extending slats, wherein preferably each slat is individually controllable.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die umgewälzte Luftmenge und die Solemenge und damit die Leistung gezielt geregelt werden, das erfindungsgemäß eingesetzte Funktionsprinzip wird daher als Controlled-Multi-Effekt-Humidification/Dehumidification (CMEH) bezeichnet. Durch die Luftfördereinrichtung kann bei gleichem Raumbedarf von Verdunstungsbehälter und Kondensationsbehälter wesentlich mehr Prozessluft pro Zeiteinheit umgewälzt werden und dadurch mehr Wasser verdunsten. Durch die zwischen Verdunstungsbehälter und Kondensationsbehälter befindliche Trenneinrichtung mit variabel steuerbarer Durchlässigkeit kann die Ausbildung einer gewünschten Luftumwälzung gezielt beeinflusst werden, so dass die Luftumwälzung vorwiegend im turbulenten Bereich stattfindet. Die Vorteile des nahezu stufenlosen MEH-Verfahrens bleiben trotz erheblicher Leistungssteigerung beim CMEH-Verfahren erhalten.With the device according to the invention, the amount of air circulated and the amount of brine and thus the power can be controlled specifically, the operating principle used in the invention is therefore referred to as Controlled Multi-effect Humidification / Dehumidification (CMEH). As a result of the air delivery device, substantially more process air per unit of time can be circulated over the same space requirement of the evaporation container and the condensation container, thereby allowing more water to evaporate. By means of the separation device with variably controllable permeability located between evaporation container and condensation container, the formation of a desired air circulation can be specifically influenced so that the air circulation takes place predominantly in the turbulent region. The advantages of the nearly stepless MEH process are retained despite a considerable increase in performance in the CMEH process.
Die Luftumwälzung kann so bevorzugt etwa im oberen und unteren Bereich getrennt gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trenneinrichtung derart ausgestaltet, dass an jeder vertikalen Position die Durchlässigkeit unabhängig steuerbar ist. Dadurch kann gezielt die gewünschte Form der Luftwalze beeinflusst werden, die sich innerhalb von Verdunstungsbehälter und Kondensationsbehälter, angetrieben von der Luftfördereinrichtung, ausbildet.The air circulation can be controlled so preferably about the top and bottom separately. In a preferred embodiment, the separating device is designed such that at each vertical position the permeability is independently controllable. As a result, the desired shape of the air roll, which is formed within the evaporation tank and condensation tank, driven by the air conveying device, can be influenced in a targeted manner.
Die Verstellung kann per Hand erfolgen, bevorzugt wird jedoch die Ansteuerung über einen geeigneten Antrieb.The adjustment can be done by hand, but preferred is the control via a suitable drive.
Eine Jalousie stellt eine sehr einfache Trenneinrichtung dar, die von im Wesentlichen geschlossen bis zu im Wesentlichen vollständig geöffnet steuerbar ist. Zusätzlich zum Grad der Durchlässigkeit kann die Luftströmung hier auch durch die Ausrichtung der jeweiligen Lamellen beeinflusst werden. Beispielsweise kann im oberen Bereich des Verdunstungsbehälters eine im Wesentlichen schräg aufwärts gerichtete Luftströmung vorliegen. Je nach gewünschter Steuerung können die Lamellen parallel dazu ausgerichtet werden, um eine möglichst ungestörte Durchströmung zu erreichen, oder senkrecht dazu, wenn eine turbulentere Durchströmung aufgrund des höheren Widerstands erzielt werden soll.A Venetian blind represents a very simple separating device, which can be controlled from essentially closed to substantially completely open. In addition to the degree of permeability, the air flow here can also be influenced by the orientation of the respective lamellae. For example, in the upper region of the evaporation tank, a substantially obliquely upward directed air flow available. Depending on the desired control, the lamellae can be aligned parallel to it, in order to achieve as undisturbed a flow as possible, or perpendicular thereto, if a more turbulent flow is to be achieved due to the higher resistance.
Durch den unterschiedlichen Wassergehalt von heißer gesättigter Luft (340 g/m3 bei 85°C) und kalter gesättigter Luft (30 g/m3 bei 30°C) ist der Luftbedarf im oberen Bereich des Verdunstungs- und Kondensationsbehälters etwa 10mal geringer als im unteren Bereich. Entsprechend variiert die Luftströmung, die durch die verstellbare Trenneinrichtung demgemäß gesteuert werden kann. Durch die Änderung der Luftmenge und der Prozesswassermenge kann die Leistung der Anlage geregelt werden.Due to the different water content of hot saturated air (340 g / m 3 at 85 ° C) and cold saturated air (30 g / m 3 at 30 ° C), the air requirement in the upper part of the evaporation and condensation tank is about 10 times lower than in the lower area. Accordingly, the air flow that can be controlled by the variable separator accordingly varies. By changing the amount of air and the amount of process water, the performance of the system can be regulated.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Luftfördereinrichtung ein Ventilator.According to one embodiment, the air conveying device is a fan.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessluftabfluss des Kondensationsbehälters mit dem Prozessluftzufluss des Verdunstungsbehälters verbunden, so dass bevorzugt ein geschlossener Luftkreislauf entsteht. Alternativ kann der Luftkreislauf jedoch auch offen sein, so dass
Prozessluft aus der Umgebung der Vorrichtung entnommen und nach dem Durchgang durch die Vorrichtung wieder an die Umgebung abgegeben wird.According to one embodiment, the process air outlet of the condensation tank is connected to the process air inlet of the evaporation tank, so that preferably a closed air circuit is created. Alternatively, however, the air circuit may be open, so that
Process air is taken from the environment of the device and returned to the environment after passing through the device.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Prozessluftabfluss und der Prozessluftzufluss jeweils im unteren Bereich, bevorzugt an der Unterseite des Kondensationsbehälters beziehungsweise des Verdunstungsbehälters angeordnet.According to one embodiment, the process air outlet and the process air inlet are each arranged in the lower region, preferably on the underside of the condensation container or the evaporation container.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung weiter:
- – eine regelbare Luftleitung, die eingerichtet ist, Prozessluft im oberen Bereich, bevorzugt an der Oberseite des Verdunstungsbehälters abzuführen und dem oberen Bereich, bevorzugt der Oberseite des Kondensationsbehälters zuzuführen.
- - An adjustable air line, which is adapted to dissipate process air in the upper region, preferably at the top of the evaporation tank and the upper area, preferably the top of the condensation tank supply.
Diese Maßnahme hat den Zweck, einen Teil der Luftmenge, bevorzugt etwa 8–10%, zwingend durch den Sprühstrahl zu führen. Damit ist eine sehr intensive Befeuchtung der Luft gewährleistet. Außerdem wird dabei der volle Strahl mit der gesamten von dem eingesprühten erhitzten Wasser mitgeführten Wärmeenergie durch nur 8–10% der Luftmenge geführt. Eine Austrittstemperatur der Luft nahe der entsprechenden Wassereintrittstemperatur ist dabei zu erreichen. Je geringer diese Temperaturdifferenz ist, umso eher kann eine höhere Wärmerückgewinnung bzw. ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden.This measure has the purpose of a part of the air amount, preferably about 8-10%, mandatory to pass through the spray. This ensures a very intensive humidification of the air. In addition, while the full beam with the entire entrained by the heated water heated heat energy is passed through only 8-10% of the amount of air. An outlet temperature of the air near the corresponding water inlet temperature can be achieved. The lower this temperature difference, the sooner a higher heat recovery or a higher efficiency can be achieved.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Heizeinrichtung einen Solarkollektor, der eingerichtet ist, das verunreinigte Wasser direkt oder über einen Wärmetauscher aufzuheizen.According to one embodiment, the heating device comprises a solar collector which is adapted to heat the contaminated water directly or via a heat exchanger.
Bevorzugt wird die Anlage durch Solarenergie versorgt, welche insbesondere in Gebieten wie beispielsweise der Sahara ausreichend zur Verfügung steht. Dadurch kann der zuzuführende Energiebedarf kostengünstig und umweltfreundlich gedeckt werden. Das zu reinigende Wasser kann direkt im Solarfeld auf die nötige Temperatur erhitzt werden, oder es kann mittels eines Wärmetauschers die Wärmeenergie auf das verunreinigte Wasser übertragen werden. Ersteres ermöglich eine sehr einfache Konstruktion mit geringen Verlusten. Letzteres ermöglicht es, in den Solarkollektoren eine andere Flüssigkeit zu verwenden, beispielsweise Öl, so dass eine Trennung vom verunreinigten Wasser vorliegt.Preferably, the plant is powered by solar energy, which is sufficiently available especially in areas such as the Sahara. As a result, the energy required to be supplied can be covered in a cost-effective and environmentally friendly manner. The water to be purified can be heated directly in the solar field to the required temperature, or it can be transferred by means of a heat exchanger, the heat energy to the contaminated water. The former allows a very simple construction with low losses. The latter makes it possible to use in the solar collectors another liquid, such as oil, so that there is a separation from the contaminated water.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter:
- – einen Kühler, der zwischen den Restwasserabfluss und den Kondensator geschaltet und eingerichtet ist, das Restwasser abzukühlen und dem Kondensator zuzuführen.
- - A cooler, which is connected between the residual water drain and the condenser and arranged to cool the residual water and supply to the condenser.
Der Kühler hat die Aufgabe, das Prozesswasser aus dem Verdunstungsbehälter abzukühlen und dem Kondensator zuzuführen. Die Kühlung kann mithilfe von kaltem verunreinigtem Wasser erfolgen, alternativ aber auch durch einen Kühlturm oder Kamin. Die Kühlleistung entspricht dabei bevorzugt der Heizleistung der Heizeinrichtung, so dass ein geschlossener Wärmekreislauf entsteht.The cooler has the task to cool the process water from the evaporation tank and feed it to the condenser. Cooling can be done using cold contaminated water, or alternatively through a cooling tower or chimney. The cooling power preferably corresponds to the heating power of the heater, so that a closed heat cycle is formed.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter:
- – einen Wärmespeicher, der eingerichtet ist, Wärmeenergie zu speichern und bedarfsweise der Heizeinrichtung zuzuführen.
- - A heat storage, which is adapted to store heat energy and, if necessary, supply the heater.
Um beispielsweise bei solarthermischer Energieversorgung der Anlage einen Betrieb auch außerhalb der Sonnenstunden sicherzustellen, kann ein Wärmespeicher vorgesehen werden, der zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie dient. Im Falle der Verwendung von Solarkollektoren muss dafür die Leistung bzw. Fläche entsprechend erhöht werden. Allgemein dient der Wärmespeicher dazu, nur zu bestimmten Zeiten anfallende und/oder wirtschaftlich nutzbare Wärmeenergie zwischenzuspeichern, um diese bedarfgerecht der Brauchwassererzeugungsvorrichtung bereitzustellen. Dies gilt auch für andere Energieformen wie etwa Industrieabwärme etc.In order to ensure, for example, in solar thermal energy supply to the plant operation outside the hours of sunshine, a heat storage can be provided for Caching of thermal energy is used. In the case of the use of solar collectors, the power or area must be increased accordingly. In general, the heat accumulator serves to temporarily store accumulating and / or economically usable heat energy only at certain times in order to provide it to the service water generating device as needed. This also applies to other forms of energy such as industrial waste heat etc.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Im Folgenden wird in beispielhafter Weise auf Meer- bzw. allgemein Salzwasser als eine Möglichkeit für verunreinigtes Wasser Bezug genommen. Andere verunreinigte Wässer mit anderen unerwünschten Inhaltsstoffen als Salz, insbesondere auch solche mit Anteilen von Fest- und Schwebstoffen, können jedoch in gleicher Weise verarbeitet werden.In the following, reference is made, by way of example, to seawater or, in general, salt water as a possibility for contaminated water. Other contaminated waters with other undesirable ingredients than salt, especially those with shares of solids and suspended matter, but can be processed in the same way.
Der Wassergehalt beträgt bei dieser Temperatur dann etwa 340 g/m3. Die benötigte Luftmenge zum Transport von 1 m3 Wasser beträgt demnach etwa 3000 m3/h bei einstufigem Betrieb, bei mehrstufigem Betrieb etwa 6000 m3/h. Die benötigte Energie erhält der Verdunster durch 10 m3/h Prozesswasser (Sole) mit einer Temperatur von beispielsweise 86°C. Diese Temperatur wird durch Vorwärmung im Kondensator und Zufuhr von zusätzlicher Wärmeenergie, vorzugsweise Solarenergie, erreicht. Bei der Kondensation kühlt sich das Prozesswasser beispielsweise auf etwa 32°C ab, die freiwerdende Energie wird auf das als Kühlmittel verwendete Salzwasser übertragen und dadurch eine Vorwärmung und Wärmerückgewinnung erzielt.The water content at this temperature is then about 340 g / m 3 . The required amount of air for the transport of 1 m 3 of water is therefore about 3000 m 3 / h in single-stage operation, in multi-stage operation about 6000 m 3 / h. The evaporator receives the required energy through 10 m 3 / h of process water (brine) with a temperature of, for example, 86 ° C. This temperature is achieved by preheating in the condenser and supplying additional heat energy, preferably solar energy. During condensation, for example, the process water cools to about 32 ° C, the released energy is transferred to the salt water used as a coolant, thereby achieving preheating and heat recovery.
Um die Wärmeenergie vom Prozesswasser auf die Prozessluft übertragen zu können, bedarf es einer großen Übergangsfläche zwischen den beiden Medien. In einer Abschätzung dazu werden die folgenden Annahmen gemacht:
Der Wärmeübergang bzw. Wärmeübergangskoeffizient hat bei der Meerwasserentsalzung eine entscheidende Bedeutung, da er die Flächen zur Kühlung und Verdunstung maßgeblich beeinflusst. Die vorstehend Annahme würde einen Wärmetauscher mit einer riesigen Oberfläche bzw. eine riesige Wasserfläche erfordern, was für eine entsprechende Anlage so unrealistisch ist. Im Stand der Technik wurde dies durch die Verwendung von Tüchern bzw. Gewebebahnen gelöst, die für eine Oberflächenvergrößerung sorgen, aber problematisch bei Schweb- und Feststoffen sind.The heat transfer or heat transfer coefficient is of crucial importance in seawater desalination, since it significantly influences the areas for cooling and evaporation. The above assumption would require a heat exchanger with a huge surface or a huge water surface, which is so unrealistic for a corresponding plant. In the prior art, this has been solved by the use of cloths or webs that provide surface enlargement but are problematic with suspended and solids.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem daher stattdessen durch Tropfenbesprühung gelöst. Mit geeigneten Düsen kann die Sprüheinrichtung
Durch die Verwendung einer Sprüheinrichtung ergibt sich kein Problem mit Wasser, welches Fest- bzw. Schwebstoffe enthält. Das Prozesswasser kann daher auch grobkörnige Anteile haben, der Durchmesser sollte jedoch nicht mehr als etwa 1/3 der Düsenöffnung betragen. Die Festkörper werden bei dem Prozess ausgefiltert. Dies ist ein enormer technischer und wirtschaftlicher Vorteil, da die Ausfilterung solcher Stoffe ansonsten aufwendig und teuer wäre. By using a spraying device, there is no problem with water containing solid or suspended matter. The process water may therefore also have coarse particles, but the diameter should not be more than about 1/3 of the nozzle opening. The solids are filtered out during the process. This is a huge technical and economic advantage, since the filtering of such substances would otherwise be complicated and expensive.
Folgende im Prozesswasser enthaltene Schadstoffe werden bei dem erfindungsgemäßen Prozess ganz oder teilweise ausgefiltert, wobei diese Stoffe meist sehr umweltschädlich sind:
- – Medikamentenrückstände;
- – Düngemittelrückstände und Giftstoffe;
- – Chemische Rückstände wie z. B. Farbstoffe.
- - drug residues;
- - fertilizer residues and toxins;
- - Chemical residues such. B. Dyes.
Durch die Ausfilterung von auch feinsten Festkörpern wird auch eine eventuelle Strahlenbelastung reduziert.By filtering out even the finest solids, any radiation exposure is reduced.
Mit Feinststoffen belastetes Abwasser kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung soweit eingedickt werden, dass es nicht mehr versprühbar ist. Das derart eingedickte Abwasser kann separat abgeführt und einer Weiterbehandlung mit gängigen Verfahren wie Verpressung, Trocknung und Verbrennung zugeführt werden.Wastewater loaded with fine substances can be thickened with the device according to the invention to the extent that it can no longer be sprayed. The thus thickened wastewater can be removed separately and fed to a further treatment with conventional methods such as pressing, drying and combustion.
Die mit Wasser gesättigte Prozessluft wird horizontal vom Verdunsterbehälter
Im Kondensationsbehälter
Bevorzugt wird daher ein Metall- oder Stegplattenkondensator eingesetzt. Zwischen gesättigter Luft und Metall-Kondensator wäre der Wärmeübergangskoeffizient α normalerweise = 0,05. Es ist jedoch anzunehmen, dass Film- oder Tröpfchenkondensation eintritt, was den Wert von α auf 3 erhöhen würde. Daher beträgt die Übergangsfläche nur noch etwa 78 m2.Preferably, therefore, a metal or multiwall capacitor is used. Between saturated air and metal condenser, the heat transfer coefficient α would normally be 0.05. However, it is likely that film or droplet condensation will occur, which would increase the value of α to 3. Therefore, the transition area is only about 78 m 2 .
In dem Kondensator
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Prozessluftzufluss
Prozessluftabfluss
Im Zusammenspiel von Ventilator
In
Dadurch kann erreicht werden, dass dieser Anteil der Prozessluft zwangsweise durch den Sprühstrahl geführt wird, was zu einer sehr intensiven Befeuchtung dieses Luftanteils führt. Weiterhin wird durch den Kontakt zwischen einem kleinen Anteil der Prozessluft mit dem gesamten eingesprühten erhitzten Meerwasser und somit der gesamten davon transportierten Wärmeenergie die Austrittstemperatur der Prozessluft auf einen Wert nahe der Temperatur des eingesprühten Meerwasser gebracht. Je geringer die Temperaturdifferenz ist, desto höher ist die erzielbare Wärmerückgewinnung.It can thereby be achieved that this portion of the process air is forcibly guided through the spray jet, which leads to a very intensive humidification of this proportion of air. Furthermore, the exit temperature of the process air is brought to a value close to the temperature of the sprayed seawater by the contact between a small proportion of the process air with the entire sprayed heated seawater and thus the entire heat energy transported. The lower the temperature difference, the higher the recoverable heat recovery.
Der Luftkreislauf für die Prozessluft ist hier geschlossen ausgeführt, er kann alternativ (nicht gezeigt) jedoch ebenso wie in
In
Nicht gezeigt ist eine weitere Ausführungsform. Da bei der Verwendung von Solarenergie nur während der täglichen Sonnenstunden ein Betrieb der Anlage möglich ist, kann zusätzlich ein Wärmespeicher vorgesehen werden, der auch für Nachtstunden genügend Wärmeenergie vorhält, um die Vorrichtung kontinuierlich oder zumindest wesentlich länger betreiben zu können. Dazu ist es erforderlich, die Leistung des Solarkollektors entsprechend zu erhöhen, um den Wärmespeicher zu füllen und gleichzeitig die Vorrichtung zu versorgen.Not shown is another embodiment. Since when using solar energy only during the daily hours of sunshine operation of the system is possible, in addition, a heat storage can be provided which holds enough heat energy for night hours to operate the device continuously or at least substantially longer. For this purpose, it is necessary to increase the power of the solar collector accordingly to fill the heat accumulator and at the same time to supply the device.
Es soll betont werden, dass der Wärmespeicher sich natürlich auch anbietet, um bei allen anderen Arten der Wärmezufuhr den Betrieb sicherzustellen bzw. die Wärmezufuhr gleichmäßiger gestalten zu können. Auch kann so etwa Wärmeenergie genutzt und gespeichert werden, die nur zeitweise zur Verfügung steht und/oder nur zu bestimmten Zeiten kostengünstig ist.It should be emphasized that the heat accumulator is of course also available to ensure the operation of all other types of heat supply or to be able to make the heat more evenly. It is also possible to use and store heat energy that is available only occasionally and / or is inexpensive only at certain times.
In
In der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin ein Mischbehälter
In
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