ME02894B - Sistem za preradu vode koja se koristi u industrijske svrhe - Google Patents

Abstract

Aparatura konstruisana prema principima predmetnog pronalaska prečišćava vodu i uklanja suspendovane čvrste supstance, metale, alge, bakterije i druge sastojke iz vode uz veoma male troškove, i bez potrebe za filtriranjem ukupne zapremine vode. Samo mala frakcija ukupne zapremine vode se filtrira, i do 200 puta manja od količine koja se filtrira kod klasičnih sistema za preradu vode filtracijom. Prerađena voda se koristi kao sirovina u industrijske svrhe.

Description

OBLAST PRONALASKA

Predmetni pronalazak odnosi se na aparaturu za preradu vode sa niskom cenom, koja će se koristiti u industrijskim procesima. Aparatura iz pronalaska prečišćava vodu i uklanja suspendovane čvrste materije bez potrebe za filtriranjem ukupne zapremine vode, nego samo filtrira malu frakciju, i do 200 puta manju od količine koji se filtrira klasičnim filtracionim sistemom za preradu vode.

OSNOVA

Voda visokog mikrobiološkog kvaliteta i velike bistrine predstavlja oskudan resurs koji je sada potreban za procese u mnogim industrijama. Prerada za dobijanje takve vode zahteva velike investicione i operativne troškove, a procesi su komplikovani i uključuju mnoge probleme koji do danas nisu efikasno rešeni. Takođe, procesi troše velike količine energije i hemikalija, čime se ozbiljno uništava životna sredina. Specifično, uklanjanje nečistoća koje se nalaze u vodi, kao što su, između ostalog, suspendovane čvrste materije, metali, alge i bakterije, zahteva instalaciju skupih i složenih sistema za filtraciju koji omogućavaju filtriranje ukupne zapremine vode, što uključuje veliku potrošnju energije, velike zahteve u pogledu hemikalija i materijala, kao i druge resurse koji ometaju ovaj proces.

Visok mikrobiološki kvalitet vode potreban je za nekoliko važnih procesa, kao što je, između ostalog, prethodna prerada vode za postupak desalinizacije putem reversne osmoze, za preradu vode koja se koristi u akvakulturi, za preradu i održavanje vode u industriji vode za piće, za preradu tečnih industrijskih ostataka, ili za rudarsku industriju. Voda visokog mikrobiološkog kvaliteta i bistrine po veoma niskoj ceni prema predmetnom pronalasku može takođe da se primeni u drugim industrijskim procesima koji zahtevaju visok fizičkohemijski i mikrobiološki kvalitet vode.

Desalinizacija

Postoji nekoliko razloga za rešavanje problema poboljšanja sadašnjih procesa desalinizacije, jer industrija beleži eksponencijalni rast, i u budućnosti će biti veoma važna. Od ukupno raspoložive vode na svetu, 97% čini morska voda. Od preostalih 3% slatke vode koja je dostupna, 2,1% je zamrznuto na polovima, a samo 0,9% je dostupno za ljudsku potrošnju, i nalazi se u rekama, jezerima ili kao podzemna voda. Ograničena raspoloživost slatke vode za ljudsku potrošnju je problem koji se povećava sa rastom svetske populacije i kulturnim promenama. Oko 40% svetske populacije već oseća probleme koji nastaju zbog nemogućnosti pristupa slatkoj vodi.

Tako, kao što upozorava Program Ujedinjenih nacija za čovekovu okolinu (UNEP), očekuje se da će u narednih 50 godina oko 3 milijarde ljudi osećati ozbiljan nedostatak vode. Takođe, 1999. godine je UNEP označio nedostatak vode i globalno zagrevanje kao najveće probleme u novom milenijumu. Resursi slatke vode se troše većom brzinom nego što priroda može da ih obnovi, a takođe je zagađenje i eksploatacija podzemnih voda i površinskih voda dovelo do smanjenja količine i/ili kvaliteta raspoloživih prirodnih resursa. Spoj porasta populacije, nedostatka novih izvora slatke vode i povećana potrošnja vode po glavi stanovnika izazivaju zaoštravanje regionalne napetosti među zemljama koje su blizu vodenih resursa. Sve napred izneto nameće obavezu da se nađe rešenje za problem dostupnosti vode, ne samo da bi se zadovoljile buduće potrebe čovečanstva, nego i da bi se izbegli sukobi do kojih može da dovede nestašica vode.

Pogodno, morska voda je najobilniji resurs na zemlji, praktično neiscrpan izvor slane vode koja je uvek dostupna za upotrebu. Stoga je najbolje rešenje za ogromne probleme vezane za nedostatak slatke vode prerada morske vode da bi se dobila slatka voda za opštu upotrebu. Ogromna raspoloživost morske vode koja se nalazi u okeanima dovela je do istraživanja i stvaranja tehnologija za uklanjanje soli iz vode različitim postupcima, i proizvodnje slatke vode. Najbolja dostupna tehnologija u svetu za postizanje ovog cilja je postupak desalinizacije. Sada oko 130 zemalja širom sveta primenjuje neki vid postupka desalinizacije, a očekuje se da će instalirani kapaciteti biti udvostručeni do 2015. godine.

Dva postupka desalinizacije koja se najviše koriste su:

Primena isparavanja vode, kao postupka destilacije, na takav način da isparavaju samo molekuli vode, ostavljajući za sobom sve soli i rastvorene minerale. Postupak se zove toplotna desalinizacija.

Primena specijalnih membrana koje dopuštaju izvođenje postupka reversne osmoze, razdvajajući vodu od soli upotrebom pritiska na polupropustljivu membranu. Ovaj postupak se zove reversna osmoza.

Kada treba odlučiti koji postupak će se primeniti, potrošnja energije je važan činilac u razmatranju. Procenjuje se da potrošnja energije za proizvodnju 1 m3 vode pomoću toplotne desalinizacije iznosi između 10 do 15 kWh/m3, dok postupak reversne osmoze troši oko 5 kWh/m3. To je stoga što toplotna desalinizacija zahteva isparavanje, pa je više energije potrebno za postupak promene faza, zbog čega je toplotna desalinizacija manje efikasna u pogledu potrošnje energije. Sadašnja ograničenja zahtevaju poboljšanje ukupne efikasnosti procesa, korišćenjem tehnologija koje ispunjavaju zahteve vezane za životnu sredinu koje nameće društvo, uz snižavanje na najmanju meru ugljeničnog otiska i uticaja na životnu sredinu.

Vezano za razvoj pomenutih tehnologija, od 2005. godine svetski instalirani kapaciteti postrojenja za desalinizaciju reversnom osmozom premašili su instalirane kapacitete termoelektrana. Predviđa se da će do 2015. godine svetski kapaciteti za desalinizaciju biti tako raspoređeni da 62% čine postrojenja za reversnu osmozu, a 38% postrojenja za toplotnu desalinizaciju. U stvari, svetski kapaciteti za proizvodnju slatke vode u postrojenjima za desalinizaciju putem reversne osmoze povećani su za preko 300% samo za 6 godina.

Reversna osmoza je proces kod koga se primenjuje pritisak na tok vode koja ima veliku koncentraciju soli, kroz polupropustljivu membranu koja propušta samo molekule vode. Zbog toga permeat koji odlazi sa druge strane membrane odgovara vodi visokog mikrobiološkog kvaliteta sa malim sadržajem soli. U okviru rada postrojenja za desalinizaciju primenom tehnologije reversne osmoze, postoje dva glavna stupnja:

1. Prethodna prerada vode

2. Stupanj desalinizacije

Drugi stupanj, koji odgovara samom procesu reversne osmoze, veoma mnogo je proučavan i postignuta je efikasnost do 98% (General Electric HERO Systems).

Prvi stupanj procesa proizvodnje slatke vode pomoću reversne osmoze odgovara kondicioniranju slane vode pre nego što dođe do polupropustljive membrane, a takođe se zove prethodna prerada vode. Ovaj stupanj prethodne prerade susreće se sa mnogim problemima koji su vezani za kvalitet vode potreban za efikasan rad membrana za reversnu osmozu. U stvari, procenjuje se da 51% membrana za reversnu osmozu propada usled loše prethodne prerade, ili zbog lošeg projektovanja ili zbog lošeg rada, dok 30% propadne zbog neodgovarajućeg doziranja hemikalija. Sadašnje metode, pored toga što su neefikasne usled visoke stope kvarova, imaju veoma visoke troškove što podstiče istraživanje radi pronalaženja novih metoda koje rešavaju ove probleme.

Problemi koji se pojavljuju u membranama zavise od karakteristika napojne vode, koja prlja filtere i membrane koje se nalaze pre faze prethodne obrade, kao i membrane za reversnu osmozu. Ovi problemi se odražavaju u kraćem veku trajanja membrana, kao i njihovom učestalom održavanju i čišćenju, što dovodi do većih troškova za rad i održavanje. Uobičajeni problemi koji nastaju usled loše prethodne prerade vode dele se u dve grupe: oštećenje membrana i začepljivanje membrana.

Oštećenje membrana za reversnu osmozu uglavnom je izazvano oksidacijom i hidrolizom materijala od koga je napravljena membrana zbog različitih jedinjenja u napojnoj vodi. Većina membrana za reversnu osmozu ne može da podnese postojeće koncentracije rezidualnog hlora, koji se obično dodaje u procesu desalinizacije da se spreči rast bioorganizama. Membrane su skupe, pa treba preduzeti sve moguće mere predostrožnosti da bi se održao kontinualan rad i da bi se postigao najbolji mogući učinak; stoga voda često mora da bude dehlorisana pre prolaska kroz membrane. Najzad, pH napojne vode može takođe da se podesi radi optimalnog funkcionisanja membrana. Pored toga, rastvoreni kiseonik i druga oksidaciona sredstva moraju se ukloniti da bi se sprečilo oštećenje membrana. Gasovi takođe ometaju pravilno funkcionisanje membrana, pa za njihovo optimalno funkcionisanje treba izbegavati visoke koncentracije gasova. Sadašnje metode za regulisanje koncentracije gasova i oksidacionih sredstava su veoma skupe i neefikasne.

Sa druge strane, začepljivanje membrana za reversnu osmozu je najvećim delom odgovorno za veliku neefikasnost koja nastaje iz različitih razloga, na primer, treba primeniti veće pritiske na napojnu vodu da bi prošla kroz membranu, najveći zastoji su izazvani konstantnom potrebom za primenom postupaka održavanja i pranja, a troškovi zamene materijala u procesu su veliki. Začepljivanje membrana posledica je tri glavna problema: biozagađenja, kalcifikacije i koloidnog zagađenja.

Biozagađenje je posledica rasta kolonija bakterija ili algi na površini membrane. Pošto ne može da se koristi hlor, postoji rizik od stvaranja filma biomase, koji tako sprečava prolaz dotoka vode i smanjuje efikasnost sistema.

Drugi veliki problem koji izaziva začepljenje membrane je kalcifikacija, koja na kraju izaziva njihovo zagušenje. Kalcifikacija se odnosi na taloženje i naslage delimično rastvorne soli na membranama. U stvari, pod određenim radnim uslovima, granica rastvorljivosti nekih komponenti prisutnih u napojnoj vodi može biti prekoračena, što omogućava taloženje. Te komponente između ostalog uključuju kalcijum karbonat, magnezijum karbonat, kalcijum sulfat, silicijum dioksid, barijum sulfat, stroncijum sulfat i kalcijum fluorid. U jedinicama za reversnu osmozu, krajnji stupanj je izložen najvećoj koncentraciji rastvorenih soli, i tu počinju da se vide prvi znaci kalcifikacije. Kalcifikacija usled taloženja pojačava se usled fenomena koncentracionog gradijenta na površini membrana.

Zapušenje česticama ili koloidno zagađenje dešava se kada dotok vode sadrži veliku količinu suspendovanih čestica i koloidne materije, što zahteva stalno ispiranje da bi se membrane očistile. Koncentracija čestica u vodi može se izmeriti i izraziti na različite načine. Najčešće korišćeni parametar je zamućenje, koje se mora održavati na niskom nivou radi normalnog funkcionisanja. Nakupljanje čestica na površini membrane može negativno da utiče i na tok napojne vode i na odbijajuća svojstva membrane za reversnu osmozu. Koloidno zagađenje je izazvano nagomilavanjem koloidnih čestica na površini membrane i formiranjem sloja u obliku kolača. Smanjenje protoka permeata nastaje sa jedne strane zbog formiranja sloja kolača, a sa druge strane zbog velikih koncentracija soli na površini membrane usled poremećene difuzije jona soli, što dovodi do povećanja osmotskog pritiska, i umanjuje se impuls rezultante sila. Parametar koji se prati da bi se sprečilo koloidno zagađenje je indeks gustine mulja (SDI), a proizvođači membrana predlažu da SDI bude do 4. Začepljenje membrana može takođe da se desi usled zagađenja prirodnom organskom materijom (NOM). Prirodna organska materija začepljuje membranu ili usled sužavanja pora vezanog za adsorpciju prirodne organske materije na zidovima pora, koloidne organske materije koja deluje kao zapušač na otvorima pora, ili stvaranja kontinualnog sloja gela koji prekriva površinu membrane. Ovaj sloj izaziva veliku neefikasnost, pa začepljenje ovog sloja treba po svaku cenu izbegavati.

Sada prethodna obrada vode pre ulaska u proces desalinizacije generalno uključuje sledeće korake:

1. Hlorovanje radi smanjenja organskog i bakteriološkog opterećenja u sirovoj vodi

2. Filtraciju kroz pesak radi smanjenja zamućenja

3. Zakiseljavanje radi sniženja pH i smanjivanja procesa kalcifikacije

4. Sprečavanje stvaranja kalcijumskih i barijumskih taloga pomoću sredstva protiv kalcifikacije

5. Dehlorovanje radi uklanjanja rezidualnog hlora

6. Patrone za filtriranje čestica prema zahtevu proizvođača membrana

7. Mikrofiltracija (MF), ultrafiltracija (UF) i nanofiltracija (NF)

Među gore nabrojanim koracima prethodne prerade, troškovi koraka filtracije, bilo pomoću peščanih filtera ili finiji koraci filtracije, kao što je mikrofiltracija, ultrafiltracija ili nanofiltracija, dovode do velikih troškova, uz veći broj nedostataka. Konkretno, ako je prethodna prerada neodgovarajuća, filteri bivaju zapušeni organskom materijom, koloidima, algama, mikroorganizmima i/ili larvama. Pored toga, zahtev za filtriranjem celokupne zapremine vode za obrađivanje u postrojenju da bi se smanjilo zamućenje i uklonile čestice nameće ozbiljna ograničenja u pogledu energije, troškova primene i instalacije, kao i tokom rada, u pogledu održavanja i zamene filtera. Pored toga, sistemi za prethodnu obradu su danas veoma neefikasni i imaju velike troškove zbog uređaja koje treba primeniti, i kontinualnih zadataka vezanih za rad i održavanje koji su skupi i teško izvodljivi.

Ukratko, rastući nedostatak resursa slatke vode stvorio je svetski problem u snabdevanju koji je doveo do osmišljavanja i primene različitih tehnologija za desalinizaciju. Desalinizacija reversnom osmozom je tehnologija koja obećava rešenje za rastući nedostatak resursa slatke vode, i predviđeno je da će ova tehnologija zabeležiti značajan rast u budućnosti. Međutim, isplativo i energetski efikasno sredstvo za prethodnu obradu napojne vode predstavlja značajan problem za postrojenja za desalinizaciju putem reversne osmoze. Potrebna je efikasna tehnologija koja radi sa malim troškovima i može da proizvede vodu dovoljnog kvaliteta da se upotrebi kao sirovina u procesu desalinizacije.

Industrija akvakulture

Industrija akvakulture je usredsređena na uzgajanje vodenih vrsta, biljaka i životinja, od kojih se, između ostalog, dobijaju sirovine za prehrambenu, hemijsku i farmaceutsku industriju. Vodene vrste se gaje u slatkoj ili morskoj vodi, gde se uzgajaju uglavnom ribe, mekušci, ljuskari, makroalge i mikroalge. Usled industrijskog rasta, razvoja novih tehnologija i propisa o životnoj sredini koje nameće međunarodna zajednica, postoji potreba za smanjivanjem na najmanju meru uticaja industrije akvakulture na životnu sredinu uz istovremeno održavanje odgovarajuće kontrole nad uslovima rada. Da bi se to postiglo, uzgajanje vodenih vrsta je premešteno sa lokacija in situ u prirodnim izvorima vode, kao što je more, na postrojenja izgrađena naročito za takve namene.

Pored tradicionalne primene ovih vrsta kao sirovina u prehrambenoj, farmaceutskoj i opštoj industriji, vodene vrste se takođe koriste u energetskom sektoru za dobijanje energije iz obnovljivih nekonvencionalnih izvora, a naročito za proizvodnju biogoriva, kao što je biodizel iz mikroalgi.

Što se tiče biogoriva, treba napomenuti da globalna energija počiva na fosilnim gorivima (nafta, gas i ugalj) koja obezbeđuju oko 80% svetske potrošnje energije. Biomasa, hidroenergija i drugi nekonvencionalni izvori energije, kao što je solarna energija, predstavljaju obnovljive izvore energije. U okviru ove poslednje grupe, predstavljajući samo 2,1% potrošnje, nalazi se energija vetra, solarna energija i biogoriva, koja uglavnom obuhvataju biogas, biodizel i etanol.

Pošto su izvori fosilne i nuklearne energije iscrpivi, buduća potrošnja će možda ostati nezadovoljena. U skladu sa tim, energetska politika u zemljama u razvoju razmatra uvođenje alternativne energije. Pored toga, zloupotreba konvencionalne energije kao što je nafta i ugalj, pored ostalih, dovodi do problema kao što je zagađenje, povećanja količine gasova usled efekta staklene bašte i stanjivanja ozonskog sloja. Stoga proizvodnja čiste, obnovljive i alternativne energije predstavlja ekonomsku i ekološku potrebu. U nekim zemljama, upotreba biogoriva pomešanih sa naftnim gorivima uslovila je veliku i efikasnu proizvodnju biodizela, koji se može dobiti iz biljnog ulja, životinjskih masti i algi.

Proizvodnja biodizela iz algi ne zahteva obimnu upotrebu poljoprivrednog zemljišta. To onda ne ugrožava svetsku proizvodnju hrane, jer alge mogu da rastu u smanjenom prostoru i rastu veoma brzo, pri čemu se biomasa udvostruči za 24 sata. Shodno tome, alge su izvor za neprekidnu i neiscrpnu proizvodnju energije, a takođe za svoj rast apsorbuju ugljen dioksid, koji može da nastane u različitim postrojenjima, kao što su termoelektrane.

Glavni sistemi za rast mikroalgi su sledeći:

· Jezera: Pošto algama treba sunčeva svetlost, ugljen dioksid i voda, one mogu da rastu u jezerima i otvorenim jezerima.

· Fotobioreaktori: Fotobioreaktor je kontrolisani i zatvoreni sistem koji sadrži izvor svetla, a pošto je zatvoren potrebno je dodavanje ugljen dioksida, vode i svetla.

Kada je reč o jezerima, uzgajanje algi u otvorenim jezerima je veoma mnogo proučavano. Kategorija jezera obuhvata prirodne vodene mase (jezera, lagune, mala jezera, more) i veštačka jezera ili kontejnere. Najčešće korišćeni sistemi su velika jezera, rezervoari, kružna jezera i plitka jezera nalik na trkačke piste. Jedna od glavnih prednosti otvorenih jezera je da se lakše grade i funkcionišu od većine zatvorenih sistema. Međutim, osnovna ograničenja kod prirodnih otvorenih jezera su gubici usled isparavanja, potreba za velikom površinom zemljišta, zagađenje koje potiče od predatora i drugih konkurenata u jezeru i neefikasnost sredstava za mešanje, što dovodi do male proizvodnje biomase.

Zato su napravljena jezera u vidu trkačke piste, koja rade kontinualno. U tim jezerima, alge, voda i hranljive materije kruže unutar „trkačke piste“, i mešaju se pomoću točkova sa lopaticama da bi se alge ponovo suspendovale u vodi, tako da se one neprekidno kreću i uvek dobijaju sunčevu svetlost. Jezera su plitka zbog potrebe algi za svetlošću, i zbog toga što sunčeva svetlost dopire do ograničene dubine.

Fotobioreaktori omogućavaju uzgajanje pojedinačnih vrsta mikroalgi u dužem vremenu, i idealni su za proizvodnju velike biomase algi. Fotobioreaktori generalno imaju prečnik manji ili jednak 0,1 metar, jer bi veći obim sprečio da svetlost dopre do dubljih oblasti, pošto je gustina useva veoma velika, kako bi se dobio visok prinos. Za fotobioreaktore je neophodno hlađenje tokom dana, i kontrolisanje temperature tokom noći. Na primer, gubitak biomase proizvedene tokom noći može se smanjiti snižavanjem temperature tokom tih sati.

Proces proizvodnje biodizela zavisi od vrste algi koje se uzgajaju, a koje se biraju na osnovu učinka i prilagođavanja na uslove okoline. Proizvodnja biomase mikroalgi počinje u fotobioreaktorima, gde se dovodi CO2 koji generalno potiče iz elektrana. Kasnije, pre prelaska u stacionarnu fazu rasta, mikroalge se iz fotobioreaktora prebacuju u rezervoare veće zapremine, gde nastavljaju da se razvijaju i razmnožavaju, dok se ne dostigne maksimalna biomasa. Alge se onda sakupljaju različitim separacionim procesima da se dobije biomasa algi, koja se najzad obrađuje da se ekstrahuju biogoriva.

Za uzgoj mikroalgi potrebna je praktično sterilna prečišćena voda, jer se produktivnost smanjuje usled kontaminacije drugim neželjenim vrstama algi ili mikroorganizama. Voda se kondicionira u skladu sa specifičnim medijumom za uzgajanje, što takođe zavisi od potreba sistema.

Glavni činioci za kontrolu brzine rasta algi su:

· Svetlost: Potrebna za proces fotosinteze

· Temperatura: idealni temperaturni opseg za svaku vrstu algi

· Medijum: sastav vode je bitan faktor, na primer, salinitet

· pH: algama je obično potreban pH između 7 i 9 da bi se postigla optimalna brzina rasta

· Soj: svaka alga ima različitu brzinu rasta

· Gasovi: Algama je potreban CO2 za fotosintezu

· Mešanje: da bi se izbeglo taloženje algi i garantovala ravnomerna izloženost svetlosti

· Fotoperiod: ciklusi svetlosti i tame

Alge su veoma tolerantne prema salinitetu, većina vrsta raste bolje pri salinitetu koji je malo niži nego u prirodnom okruženju alge, a to se postiže razblaživanjem morske vode slatkom vodom.

Industrija pijaće vode

Industrija vode obezbeđuje pijaću vodu stambenom, komercijalnom i industrijskom sektoru privrede. Da bi se obezbedila pijaća voda, industrijske operacije u principu počinju sakupljanjem vode iz prirodnih izvora visokog mikrobiološkog kvaliteta i bistrine, koja se zatim čuva u rezervoarima za buduću upotrebu. Voda može da se čuva u dugim vremenskim periodima, a da se ne koristi. Kvalitet vode koja se čuva u dugim vremenskim periodima, a ne koristi se počinje da opada kako se mikroorganizmi i alge u vodi razmnožavaju, čineći vodu neodgovarajućom za ljudsku upotrebu.

Pošto voda više nije pogodna za potrošnju, ona mora da se preradi u postrojenju za preradu pijaće vode, gde prolazi kroz različite stupnjeve prečišćavanja. U postrojenjima za prečišćavanje, dodaje se hlor i druge hemikalije da bi se proizvela visokokvalitetna voda. Reakcija hlora sa organskim jedinjenjima prisutnim u vodi može da proizvede više toksičnih sporednih proizvoda ili nusproizvoda dezinfekcije (DBP). Na primer, u reakciji hlora sa amonijakom nastaju hloramini kao neželjeni nusproizvodi. Daljom reakcijom hlora ili hloramina sa organskom materijom nastaju trihalometani, koji su naznačeni kao karcinogena jedinjenja. Takođe, u zavisnosti od metode dezinfekcije, identifikovani su novi DBP-i, kao jodovani trihalometani, haloacetonitrili, halonitrometani, haloacetaldehidi i nitrozamini. Nadalje, izloženost kupača hloru i organskim materijama pomenuta je kao faktor koji doprinosi potencijalnim respiratornim problemima, uključujući astmu.

Industrija otpadnih voda

Otpadne vode se svakodnevno prerađuju da bi se dobila čista voda za različite namene. Postoji potreba za preradom otpadnih voda uz proizvodnju male količine taloga i otpada, a takođe uz primenu manje količine hemikalija i energije.

Rudarska industrija

Rudarska industrija je veoma važna industrija širom sveta, i veoma mnogo doprinosi ekonomiji svake zemlje. Rudarskoj industriji je potrebna voda za mnoge procese, a to je ograničen resurs koga je svakog dana sve manje. Neke rudarske industrije su razvile tehnologije za korišćenje morske vode u većini procesa, i mogu da rade samo sa ovim resursom.

Sami rudnici se generalno nalaze na velikim rastojanjima i visinama u odnosu na obalu, pa voda mora da pređe mnoge kilometre da bi stigla do rudnika. Za prenos velikih količina vode konstruisane su pumpe, zajedno sa veoma dugačkim cevima, kako bi se voda iz mora pumpala do rudnika.

Crpne stanice sastoje se od struktura koje sadrže pumpe velike snage, koje šalju sakupljenu morsku vodu do sledeće crpne stanice, i tako dalje. Crpne stanice takođe sadrže strukturu za skladištenje, da bi zadržale morsku vodu u slučaju problema koji bi mogli da se dese u prethodnim crpnim stanicama. Kod tih struktura za skladištenje najzad mogu da se pojave različiti problemi koji ugrožavaju crpni proces, kao biozagađenje na zidovima i unutrašnjim površinama cevi. Biozagađenje uzrokuje propadanje materijala, kao i smanjenje poprečnog preseka cevi, što povlači veće troškove rada i održavanja. Takođe, voda u strukturama za skladištenje počinje da se kvari zbog rasta mikroalgi, koji negativno utiče na procese u stanici, i dovodi do različitih i značajnih problema kao što je biozagađivanje.

Industrijska prerada tečnih ostataka

U nekim industrijama postoje tečni ostaci koji ne odgovaraju zahtevima za navodnjavanje, infiltraciju ili izbacivanje koje propisuje lokalna vlast. Takođe, neke industrije imaju taložnike ili druga sredstva za skladištenje da bi se omogućili prirodni procesi u vodi, kao što je emisija gasova ili drugih supstanci koje izazivaju neprijatan miris ili boju.

Kao što je gore razmatrano, sadašnje metode i sistemi za preradu vode za industrijsku primenu imaju velike operativne troškove, zahtevaju primenu velikih količina hemikalija, skloni su zagađenju, proizvode nepoželjne nusproizvode kao što su gasovi i druge supstance koje izazivaju neprijatan miris ili boju, i zahtevaju filtraciju cele zapremine vode. Poželjne su poboljšane metode i sistemi za preradu vode za industrijsku primenu koji su jeftini i efikasniji od klasičnih sistema za preradu vode filtracijom.

Prethodno stanje

Patent JP2011005463A prikazuje kontrolni sistem za injektovanje koagulanasa i flokulanasa u postrojenja za prečišćavanje vode. Pomenuti sistem se zasniva na primeni senzora zamućenja koji meri količinu i kvalitet vode pre dodavanja koagulanasa i flokulanasa. Sistem koristi klasifikator koji meri veličinu flokulansa nakon taloženja, i klasifikuje prerađenu vodu prema tim merenjima. Prema merenjima zamućenja, kontrolni sistem izračunava brzinu injektovanja koagulanasa i flokulanasa koje primenjuju instalacije namenjene ovim sredstvima. Proračuni doziranih jedinjenja se koriguju prema funkciji koja određuje korekcioni faktor u skladu sa zamućenjem izmerenim pre i posle prerade. Nakon taloženja čestica, postoji stupanj filtracije, gde se filtrira ukupna količina vode za preradu.

Nedostaci patenta JP2011005463A su to što ne kontroliše organski sastav ili mikroorganizme prisutne u vodi, pošto sistem ne obuhvata primenu sredstava za dezinfekciju ili oksidacionih sredstava. Takođe, sistem u patentu JP2011005463A ne redukuje sadržaj metala u vodi, i oslanja se na konstantna merenja parametara, i stoga ima velike zahteve po pitanju senzora i drugih mernih uređaja. Nadalje, patent JP2011005463A zahteva filtriranje ukupne zapremine vode koja se prerađuje, što nameće velike energetske zahteve i velike troškove instalacije i održavanja vezane za sistem koji je potreban za takvu filtraciju.

US 2011/061194 A1 i WO 2010/074770 A1 objavljuju podatke o velikim vodenim masama za rekreativne svrhe, koje podležu specifičnoj preradi za održavanje kvaliteta vode na prihvatljivom nivou.

REZIME

Aparatura konstruisana prema principima predmetnog pronalaska prečišćava vodu i uklanja suspendovane čvrste supstance, metale, alge, bakterije i druge sastojke iz vode uz veoma male troškove, i bez potrebe za filtriranjem ukupne zapremine vode. Samo mala frakcija ukupne zapremine vode se filtrira, i do 200 puta manja od količine koja se filtrira kod klasičnih sistema za preradu vode filtracijom. Prerađena voda se koristi kao sirovina u industrijske svrhe.

Što se tiče desalinizacije reversnom osmozom, predmetni pronalazak daje aparaturu za prethodnu preradu i održavanje napojne vode koja koristi manje hemikalija i troši manje energije od klasičnih tehnologija za prethodnu obradu. Što se tiče industrije akvakulture, voda proizvedena prema predmetnom pronalasku postiže željene karakteristike potrebne za inokulaciju algi pomoću sredstva za filtraciju koje zahteva filtriranje samo frakcije ukupne zapremine vode. Predmetni pronalazak daje vodu visokog mikrobiološkog kvaliteta koja se koristi za inokulaciju mikroalgi i drugih mikroorganizama. Korišćenje prerađene vode predstavlja veliko sniženje troškova, jer je jedan od glavnih problema ove industrije priprema vode za inokulaciju. Takođe, predmetni pronalazak omogućava preradu vode nakon što su alge narasle i prikupljene. Stoga voda može ponovo da se koristi, stvarajući održivu metodu za industriju akvakulture.

Predmetni pronalazak može da se primeni za preradu vode koja dolazi iz pogona za preradu otpadne vode uz veoma male troškove, uklanjajući miris i dajući veoma bistru vodu sa malim stepenom zamućenja. Količina otpada i mulja je znatno smanjena u odnosu na klasičnu preradu otpadne vode, dajući tako održivu metodu koja čuva životnu sredinu.

Što se tiče rudarske industrije, predmetni pronalazak se odnosi na aparaturu za preradu vode koja sprečava biozagađenje u crpnim stanicama, i tako smanjuje troškove rada i održavanja.

Aparatura iz predmetnog pronalaska daje jeftin proces za preradu vode za primenu u industrijskim procesima koji, za razliku od klasičnih sistema za preradu vode filtracijom, prečišćava vodu i uklanja suspendovane čvrste materije iz vode filtracijom male frakcije ukupne zapremine vode.

Aparatura iz pronalaska je opisana u patentnom zahtevu 1.

U aparaturi, prijemno sredstvo je generalno pokriveno materijalom koji uključuje membrane, geomembrane, geotekstilne membrane, plastične obloge, beton ili premazani beton, ili njihovu kombinaciju. Sredstvo za koordinaciju može da prima informacije, obrađuje informacije i da aktivira druge procese, kao što je sredstvo za primenu hemikalija, mobilno sredstvo za usisavanje i sredstvo za filtraciju. Sredstvo za primenu hemikalija generalno uključuje injektore, prskalice, ručnu primenu, težinske dozatore, cevi, ili njihovu kombinaciju. Pogonsko sredstvo pogoni mobilno sredstvo za usisavanje, i tipično uključuje sistem šina, sistem kablova, samopogonski sistem, sistem na ručni pogon, robotski sistem, sistem sa daljinskim upravljanjem, čamac sa motorom, plovilo sa motorom, ili njihovu kombinaciju. Sredstvo za filtraciju često sadrži filtere sa kućištima, peščane filtere, mikrofiltere, ultrafiltere, nanofiltere, ili njihovu kombinaciju, i u principu je povezano sa mobilnim sredstvom za usisavanje putem sabirnog voda koji sadrži elastično crevo, kruto crevo, cev, ili njihovu kombinaciju.

KRATAK OPIS SLIKA

Slika 1 predstavlja protočni dijagram koji ilustruje preradu vode u otelotvorenju pronalaska.

Slika 2 prikazuje pogled odozgo na strukturu za skladištenje vode, kao što je laguna, u otelotvorenju predmetnog pronalaska.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

Definicije

U svetlu predmetne objave, sledeći termini ili fraze treba da budu shvaćeni prema dole opisanom značenju.

Termini „kontejner“ ili „sredstvo za skladištenje“ ovde se generički koriste da se opiše svaka veštačka velika vodena masa, uključujući veštačke lagune, veštačka jezera, veštačka mala jezera, bazene i slično.

Termin „sredstvo za koordinaciju“ ovde se generički koristi da se opiše automatizovan sistem koji može da prima informacije, da ih obrađuje i da u skladu sa njima donosi odluke. To je kompjuter povezan sa senzorima.

Termin „sredstvo za primenu hemikalija“ ovde se generički koristi da se opiše automatizovan sistem kojim se primenjuju hemikalije u vodi.

Termin „mobilno sredstvo za usisavanje“ ovde se generički koristi da se opiše svako sredstvo za usisavanje koje može da putuje preko dna sredstva za skladištenje i da usisava nataložene materije.

Termin „pogonsko sredstvo“ ovde se generički koristi da se opiše pogonsko sredstvo koje obezbeđuje kretanje, bilo guranjem ili vučom drugog uređaja.

Termin „sredstvo za filtraciju“ ovde se generički koristi da se opiše sistem za filtraciju, koji obuhvata filter, cediljku, separator i slično.

Kao što se ovde koriste, opšte vrste vode i njihova koncentracija ukupnih rastvorenih materija (TDS, u mg/l) su slatka voda, sa TDS≤1500, bočatna voda, sa 1500≤TDS≤10.000, i morska voda, sa TDS>10.000.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „voda visokog mikrobiološkog kvaliteta“ obuhvata poželjan broj aerobnih bakterija od manje od 200 CFU/ml, poželjnije manje od 100 CFU/ml, a najpoželjnije manje od 50 CFU/ml.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „velika bistrina“ obuhvata poželjan nivo zamućenja manji od 10 nefelometrijskih turbidimetrijskih jedinica (NTU), poželjnije manje od 7 NTU, a najpoželjnije manje od 5 NTU.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „mali nivoi zagađenja“ obuhvata poželjan SDI indeks koji je manji od 6, poželjnije manji od 5, a najpoželjnije manji od 4.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „mala frakcija“ koji odgovara zapremini filtrirane vode obuhvata protok do 200 puta manji od protoka filtriranog u tradicionalno formiranim sistemima za preradu vode filtracijom.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „tradicionalni sistemi za preradu vode filtracijom“ ili „klasični sistem za preradu vode filtracijom“ uključuje sistem za filtraciju koji filtrira celokupnu zapreminu vode koja treba da se preradi, od 1 do 6 puta dnevno.

Načini za realizaciju pronalaska

Predmetni pronalazak se odnosi na aparaturu za preradu vode uz male troškove. Aparatura iz pronalaska prečišćava vodu i uklanja suspendovane čvrste materije iz vode bez potrebe za filtriranjem celokupne zapremine vode. U predmetnom pronalasku filtrira se samo mala frakcija ukupne zapremine vode, koja odgovara protoku koji je i do 200 puta manji nego kod tradicionalnih metoda za preradu vode. Prerađena voda koju proizvodi aparatura iz pronalaska koristi se u industrijske svrhe, kao što je sirovina u industrijske svrhe.

Voda koja se prerađuje aparaturom iz ovog pronalaska može biti slatka voda, bočatna voda ili morska voda. Aparatura uključuje sredstvo za koordinaciju koje omogućava pravovremenu aktivaciju procesa potrebnih za podešavanje kontrolisanih parametara u okviru granica koje je specifikovao operator. Predmetni pronalazak koristi znatno manje hemikalija od tradicionalnih sistema za preradu vode, jer se hemikalije primenjuju prema potrebi sistema, pomoću algoritma koji zavisi od temperature vode, i tako se izbegava održavanje konstantnih koncentracija hemikalija u vodi, koje dovodi do većih operativnih troškova.

Aparatura iz pronalaska uključuje najmanje jedno sredstvo za skladištenje, najmanje jedno sredstvo za koordinaciju, najmanje jedno sredstvo za primenu hemikalija, najmanje jedno mobilno sredstvo za usisavanje, i najmanje jedno sredstvo za filtraciju. Slika 1 ilustruje otelotvorenje sistema koje formira deo aparature iz pronalaska. Sistem uključuje sredstvo za skladištenje (8). Veličina sredstva za skladištenje je najmanje 15.000 m3, ili alternativno, najmanje 50.000 m3. Razmatra se da kontejner ili sredstvo za skladištenje mogu da imaju zapreminu od 1 milion m3, 50 miliona m3, 500 miliona m3 ili više.

Sredstvo za skladištenje (8) ima dno koje može da prima bakterije, alge, suspendovane čvrste materije, metale i druge čestice koje se talože iz vode. U otelotvorenju, sredstvo za skladištenje (8) uključuje sredstvo za prijem (17) koje prima nataložene čestice ili materije iz vode koja se prerađuje. Sredstvo za prijem (17) je pričvršćeno za dno sredstva za skladištenje (8) i poželjno je napravljeno od neporoznog materijala koji može da se čisti. Dno sredstva za skladištenje (8) je generalno pokriveno neporoznim materijalom koji omogućava da mobilno sredstvo za usisavanje (5) putuje duž cele donje površine sredstva za skladištenje (8) i da usisava nataložene čestice proizvedene bilo kojim procesom koji je ovde opisan. Neporozni materijali mogu biti membrane, geomembrane, geotekstilne membrane, plastične obloge, beton, premazani beton ili njihove kombinacije. U poželjnom otelotvorenju pronalaska, dno sredstva za skladištenje (8) prekriveno je plastičnim oblogama.

Sredstvo za skladištenje (8) može da sadrži dovodni vod (7) za dovođenje vode u sredstvo za skladištenje (8). Dovodni vod (7) omogućava ponovno punjenje sredstva za skladištenje (8) zbog isparavanja, potrošnje vode usled upotrebe u industrijskim procesima i drugih gubitaka vode.

Aparatura uključuje najmanje jedno sredstvo za koordinaciju (1) koje kontroliše neophodne procese u zavisnosti od potreba sistema (npr. kvaliteta ili čistoće vode). Takvi procesi uključuju aktiviranje (13) sredstva za primenu hemikalija (4) i aktiviranje (11) mobilnog sredstva za usisavanje (5). Sredstvo za koordinaciju (1) može da menja dotok prerađene vode u industrijski proces (2) na osnovu informacija (12) kao što je izlaz ili brzina proizvodnje. Sredstvo za kontrolu takođe može da prima informacije (9) o ulaznom vodu (7), kao i da prima informacije (10) o kvalitetu vode i debljini nataloženog materijala na dnu sredstva za skladištenje (8).

Sredstvo za koordinaciju (1) dozvoljava da se hemikalije dodaju u sredstvo za skladištenje (8) samo kad su stvarno potrebne, izbegavajući potrebu da se održava konstantna koncentracija u vodi primenom algoritma koji zavisi od temperature vode. Tako je moguće značajno smanjenje količine upotrebljenih hemikalija, i do 100 puta u poređenju sa klasičnim protokolima za preradu vode, što smanjuje operativne troškove. Sredstvo za koordinaciju (1) prima informacije (10) u pogledu parametara kvaliteta vode koji se kontrolišu, i pravovremeno aktivira neophodne procese za podešavanje pomenutih parametara kvaliteta u odgovarajućim granicama. Informacija (10) primljena od strane sredstva za koordinaciju (1) može se dobiti vizuelnim pregledom, empirijskim metodama, algoritmima koji se zasnivaju na iskustvu, elektronskim detektorima, ili njihovom kombinacijom.

Sredstvo za koordinaciju (1) uključuje elektronske uređaje, svako sredstvo koje može da primi informacije, obradi te informacije i aktivira druge procese, i to uključuje njihovu kombinaciju. Sredstvo za kontrolu je kompjuterski uređaj, kao što je personalni kompjuter. Sredstvo za koordinaciju (1) može takođe da uključi senzore za prijem informacija (10) vezanih za parametre kvaliteta vode.

Sredstvo za primenu hemikalija (4) se aktivira pomoću sredstva za koordinaciju (1), i primenjuje ili dozira hemikalije (14) u vodi. Sredstva za primenu hemikalija (4) mogu da uključe, ali nisu ograničena na injektore, prskalice, ručnu primenu, težinske dozatore, cevi i njihovu kombinaciju.

Mobilno sredstvo za usisavanje (5) se kreće duž dna sredstva za skladištenje (8), usisavajući vodu koja sadrži nataložene čestice i materijal nastao bilo kojim ovde pomenutim procesom. Pogonsko sredstvo (6) je povezano sa mobilnim sredstvom za usisavanje (5), omogućavajući da mobilno sredstvo za usisavanje (5) putuje po dnu sredstva za skladištenje (8). Pogonsko sredstvo (6) pogoni mobilno sredstvo za usisavanje (5) koristeći sistem šina, sistem kablova, samopogonski sistem, sistem na ručni pogon, robotski sistem, sistem sa daljinskim upravljanjem, čamac sa motorom ili plovilo sa motorom, ili njihove kombinacije. U poželjnom otelotvorenju pronalaska, pogonsko sredstvo je čamac sa motorom.

Voda koju usisa mobilno sredstvo za usisavanje (5) šalje se do sredstva za filtraciju (3).

Sredstvo za filtraciju (3) prima tok vode koji je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje (5), i filtrira usisanu vodu koja sadrži nataložene čestice i materijal, i tako uklanja potrebu za filtriranjem ukupne zapremine vode (npr. samo filtriranjem male frakcije). Sredstvo za filtraciju (3) može da uključi, ali nije ograničeno na, filtere u kućištu, peščane filtere, mikrofiltere, nanofiltere, ultrafiltere i njihove kombinacije. Usisana voda može biti poslata do sredstva za filtraciju (3) putem sabirnog voda (15) povezanog sa mobilnim sredstvom za usisavanje (5). Sabirni vod (15) može biti odabran između elastičnih creva, krutih creva, cevi od bilo kog materijala i njihovih kombinacija. Sistem uključuje povratni vod (16) od sredstva za filtraciju (3) do sredstva za skladištenje (8) da bi se vratila profiltrirana voda.

Sistem uključuje vod za odvod vode (18) koji obezbeđuje prerađenu vodu iz sredstva za skladištenje (8) do industrijskih procesa (2). Industrijski procesi uključuju reversnu osmozu, desalinizaciju, uzgoj algi, proces akvakulture, rudarski proces i njihove kombinacije.

Predefinisane granične vrednosti parametara zavise od zahteva industrijskog procesa (2). Industrijski proces (2) može zauzvrat da modifikuje granične vrednosti (12) da bi ih prilagodio svojim procesima.

Slika 2 prikazuje pogled odozgo na deo aparature iz pronalaska. Sredstvo za skladištenje (8) može da obuhvati napojni cevovod (7) koji dopušta ponovno punjenje sredstva za skladištenje (8) zbog isparavanja, potrošnje vode u industrijskom procesu ili drugog gubitka vode iz sredstva za skladištenje (8). Sredstvo za skladištenje (8) takođe može da sadrži injektore (19) raspoređene po obimu sredstva za skladištenje (8), za primenu ili doziranje hemikalija u vodu. Sredstvo za skladištenje (8) takođe može da sadrži lopatice (20) za uklanjanje ulja i čestica sa površine.

Aparatura iz pronalaska je opisana u patentnom zahtevu 1.

Isti deo aparature omogućava da se druga jedinjenja koja su podložna taloženju uklone putem dodavanja hemijskog sredstva, pošto mobilno sredstvo za usisavanje (5) može da usisa sve nataložene čestice sa dna sredstva za skladištenje (8).

Metoda sprovedena primenom aparature iz pronalaska za preradu vode može se izvesti uz male troškove u odnosu na tradicionalne sisteme za preradu vode, jer se u predmetnom pronalasku koristi manje hemikalija i on troši manje energije nego tradicionalni sistemi za preradu vode. U jednom otelotvorenju, u predmetnoj metodi se koristi značajno manja količina hemikalija u poređenju sa tradicionalnim sistemima za preradu vode, jer se primenjuje algoritam koji omogućava da se ORP održava da bude najmanje 500 mV u određenom periodu vremena, u zavisnosti od temperature vode, čime se održava voda visokog mikrobiološkog kvaliteta u skladu sa potrebama procesa u kome će voda biti upotrebljena. Predmetna metoda je izvedena na sistemu koji je ovde opisan a koji uključuje sredstvo za koordinaciju (1). Sredstvo za koordinaciju određuje kada treba primeniti hemikalije na vodu da bi se podesili kontrolisani parametri u okviru graničnih vrednosti, na osnovu informacija dobijenih od sistema. Pošto se koristi sredstvo za koordinaciju, hemikalije se primenjuju samo kada su potrebne, izbegavajući potrebu za održavanjem konstantne koncentracije hemikalija u vodi. Tako postoji znatno smanjenje količine hemikalija, koja je i do 100 puta manja nego kod tradicionalnih sistema za preradu vode, što dovodi do smanjenja operativnih troškova i troškova održavanja.

Aparatura iz pronalaska filtrira samo malu frakciju ukupne zapremine vode u određenom vremenskom okviru, u poređenju sa klasičnim sistemima za filtriranje vode koji filtriraju mnogo veću zapreminu vode u istom vremenskom periodu. U otelotvorenju, mala frakcija ukupne zapremine vode je do 200 puta manja od toka koji se obrađuje u tradicionalno projektovanim centralizovanim sistemima za filtriranje, koji filtriraju ukupnu zapreminu vode u istom vremenskom periodu. Sredstvo za filtraciju u aparaturi iz pronalaska radi u kraćim vremenskim periodima zbog naredbi koje prima od sredstva za koordinaciju, pa tako sredstvo za filtriranje ima veoma mali kapacitet, i do 50 puta manje kapitalne troškove i potrošnju energije u poređenju sa centralizovanom filtracionom jedinicom potrebnom za obradu vode tradicionalnim metodama.

Aparatura iz pronalaska omogućava preradu vode uz male troškove. Aparatura uklanja metale, bakterije, alge i slično iz vode, i daje prerađenu vodu sa malim nivoom zagađenja, merenog pomoću indeksa gustine mulja (SDI). Tako aparatura obezbeđuje vodu visokog mikrobiološkog kvaliteta i bistrine koja se koristi u industrijske svrhe. Aparatura iz pronalaska prerađuje vodu koja će se koristiti kao sirovina u industrijske svrhe.

Metoda sprovedena korišćenjem aparature iz pronalaska može da uključi sledeće korake:

a. Sakupljanje vode (7) sa koncentracijom ukupnih rastvorenih čvrstih materija (TDS) do 60.000 ppm;

b. Skladištenje pomenute vode u najmanje jednom sredstvu za skladištenje (8), gde pomenuto sredstvo za skladištenje ima dno (17) koje može temeljno da se očisti pomoću mobilnog sredstva za usisavanje;

c. Tokom perioda od 7 dana:

i. Za vodu temperature do 35 stepeni Celzijusa, održavanje ORP-a pomenute vode na najmanje 500 mV u minimalnom periodu od 1 sata za svaki stepen Celzijusov temperature vode, dodavanjem sredstva za dezinfekciju vodi;

ii. Za vodu temperature veće od 35 stepeni Celzijusa pa do 69 stepeni Celzijusa, održavanje ORP-a pomenute vode na najmanje 500 mV u minimalnom periodu sati dodavanjem sredstva za dezinfekciju vodi, naznačeno time što se minimalni period sati izračunava pomoću sledeće jednačine: [35 sati] - [temperatura vode u stepenima Celzijusa - 35] = minimalni period sati; i

iii. Za vodu temperature od 70 stepeni Celzijusa ili više, održavanje ORP-a pomenute vode na najmanje 500 mV u minimalnom periodu od 1 sata,

d. Aktiviranje sledećih procesa putem sredstva za koordinaciju (1), gde procesi uklanjaju suspendovane čvrste materije filtriranjem samo male frakcije ukupne zapremine vode, zamenjujući klasičnu preradu vode gde se filtrira ukupna zapremina vode:

i. Primena oksidacionih sredstava, kako bi se izbeglo da koncentracije gvožđa i mangana postanu veće od 1 ppm;

ii. Primena koagulanasa, flokulanasa, ili njihove smeše da bi se izbeglo da zamućenje vode postane veće od 5 NTU;

iii. Usisavanje vodenog toka koji sadrži nataložene čestice nastale u prethodnim procesima, pomoću mobilnog sredstva za usisavanje (5) kako bi se izbeglo da debljina nataloženog materijala postane veća od 100 mm u proseku;

iv. Filtriranje toka usisanog pomoću mobilnog sredstva za usisavanje (5), sa najmanje jednim sredstvom za filtraciju (3); i

v. Vraćanje filtrirane vode u pomenuto najmanje jedno sredstvo za skladištenje (8);

e. Korišćenje pomenute prerađene vode u narednom procesu.

Voda prerađivana ovom metodom može se dobijati iz prirodnih izvora vode, kao što su okeani, podzemne vode, jezera, reke, prerađena voda, ili njihova kombinacija.

Sredstva za dezinfekciju mogu se primeniti na vodu pomoću sredstva za primenu hemikalija (4), da bi se održao nivo ORP-a od najmanje 500 mV u minimalnom vremenskom periodu u skladu sa temperaturom vode, tokom perioda od 7 dana odjednom. Sredstva za dezinfekciju uključuju, ali nisu ograničena na, ozon, bigvanide, algicide i antibakterijske agense, kao što su proizvodi od bakra, soli gvožđa, alkoholi, hlor i jedinjenja hlora, peroksidi, jedinjenja fenola, jodofori, kvaternerni amini (polikvati) generalno, kao što je benzalkonijum hlorid i S-triazin, persirćetna kiselina, jedinjenja na bazi halogena, jedinjenja na bazi broma i njihove kombinacije.

Ako je temperatura vode do 35 stepeni Celzijusa, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 1 sata za svaki stepen Celzijusa temperature vode. Na primer, ako je temperatura vode 25 stepeni Celzijusa, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 25 sati, što može da se raspodeli na period od 7 dana.

Ako je temperatura vode viša od 35 stepeni Celzijusa a najviše 69 stepeni Celzijusa, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od onoliko sati koliko se izračuna prema sledećoj jednačini:

[35 sati] - [temperatura vode u stepenima Celzijusa - 35] = minimalni period sati Na primer, ako je temperatura vode 50 stepeni Celzijusa, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 20 sati ([35] - [50 - 35]), što može da se raspodeli na period od 7 dana.

Najzad, ako je temperatura vode 70 stepeni Celzijusa ili viša, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 1 sata.

Oksidaciona sredstva mogu se primeniti na vodu ili u njoj dispergovati kako bi se održale koncentracije gvožđa i mangana, i/ili kako bi se sprečilo da one postanu više od 1 ppm. Pogodna oksidaciona sredstva uključuju, ali nisu ograničena na, soli permanganata; perokside; ozon; natrijum persulfat; kalijum persulfat; oksidanse proizvedene postupcima elektrolize; jedinjenja na bazi halogena i njihove kombinacije. U principu, oksidaciona sredstva se primenjuju na vodu ili se u njoj disperguju pomoću sredstva za primenu hemikalija (4).

Sredstvo za flokulaciju ili koagulaciju može se primeniti na vodu ili u njoj dispergovati da bi se postigla agregacija, aglomeracija, sjedinjavanje i/ili koagulacija čestica za koje se sumnja da postoje u vodi, koje se zatim talože na dnu sredstva za skladištenje (8). U principu, sredstva za flokulaciju ili koagulaciju se primenjuju na vodu ili u njoj disperguju pomoću sredstva za primenu hemikalija (4). Pogodna sredstva za flokulaciju ili koagulaciju uključuju, ali nisu ograničena na, polimere kao što su katjonski polimeri i anjonski polimeri, soli aluminijuma, kao što je aluminijum hlorhidrat, stipsa i aluminijum sulfat, kvaternijume i polikvaternijume, kalcijum oksid, kalcijum hidroksid, fero sulfat, feri hlorid, poliakrilamid, natrijum aluminat, natrijum silikat, prirodne proizvode, kao što su hitozan, želatin, guar guma, alginati, moringa seme, derivati skroba, i njihove kombinacije. Frakcija vode u kojoj se flokule sakupljaju ili talože je u principu sloj vode na dnu kontejnera. Flokule formiraju talog na dnu sredstva za skladištenje (8), koji se zatim može ukloniti pomoću mobilnog sredstva za usisavanje (5), i nema potrebe da se celokupna voda iz sredstva za skladištenje (8) filtrira, npr. filtrira se samo jedna mala frakcija.

Sredstvo za primenu hemikalija (4) i mobilno sredstvo za usisavanje (5) u aparaturi iz pronalaska pravovremeno se aktiviraju pomoću sredstva za koordinaciju (1), da bi se podesili kontrolisani parametri u okviru odgovarajućih granica. Sredstvo za primenu hemikalija (4) i mobilno sredstvo za usisavanje (5) aktiviraju se prema potrebama sistema, što dovodi do primene znatno manje hemikalija u poređenju sa klasičnim sistemima za preradu vode, i filtriranja male frakcije ukupne zapremine vode, i do 200 puta manje u poređenju sa klasičnim sistemima za preradu vode filtracijom koji filtriraju celokupnu zapreminu vode u istom vremenskom okviru.

U sistemu koji je ovde objavljen, sredstvo za koordinaciju (1) prima informacije (10) u vezi sa parametrima kvaliteta vode u njihovim odgovarajućim granicama.

Sredstvo za koordinaciju (1) takođe može da prima informacije, obrađuje te informacije, i aktivira potrebne procese u skladu sa tim informacijama, uključujući kombinaciju svega pomenutog. Sredstvo za koordinaciju je kompjuterski uređaj, kao što je personalni kompjuter, povezan sa senzorima koji omogućavaju merenje parametara i aktiviranje procesa u skladu sa tim informacijama.

Sredstvo za koordinaciju (1) daje informacije (13) sredstvu za primenu hemikalija (4) o dozi i dodavanju pogodnih hemikalija i uputstva za aktiviranje sredstva za primenu hemikalija (4) za održavanje kontrolisanih parametara u odgovarajućim granicama. Sredstvo za koordinaciju (1) takođe daje informacije (11) za aktiviranje mobilnog sredstva za usisavanje (5). Sredstvo za koordinaciju simultano aktivira sredstvo za filtraciju (3), da bi se profiltrirao tok koji je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje (5), filtriranjem samo male frakcije ukupne zapremine vode. Mobilno sredstvo za usisavanje (5) aktivira se (11) pomoću sredstva za koordinaciju (1) kako bi se izbeglo da debljina nataložene materije postane veća od 100 mm. Kada se aparatura koristi za proizvodnju vode za desalinizaciju, mobilno sredstvo za usisavanje (5) se aktivira pomoću sredstva za koordinaciju (1) kako bi se izbeglo da debljina nataložene materije postane veća od 10 mm. Sredstvo za filtraciju (3) i mobilno sredstvo za usisavanje (5) rade samo po potrebi, da bi se parametri vode održali u granicama, na primer, samo nekoliko sati dnevno, što je u suprotnosti sa klasičnim sistemima za filtraciju koji rade u suštini neprekidno.

Sredstvo za koordinaciju može takođe da prima informacije o sakupljenoj vodi (9). Kada je koncentracija TDS manja ili jednaka 10.000 ppm, Lanželijeov indeks zasićenja vode treba da bude manji od 3. Kod predmetnog pronalaska, Lanželijeov indeks zasićenja može da se održava ispod 2 pomoću podešavanja pH, dodavanja sredstava protiv kalcifikacije ili procesa omekšavanja vode. Kada je koncentracija TDS veća od 10.000 ppm, Stif-Dejvisov indeks zasićenja vode treba da bude manji od 3. Kod predmetnog pronalaska,Stif-Dejvisov indeks zasićenja može takođe da se održava ispod 2 pomoću podešavanja pH, dodavanja sredstava protiv kalcifikacije ili procesa omekšavanja vode. Sredstva protiv kalcifikacije koja mogu da se koriste za održavanje Lanželijeovog indeksa zasićenja ili Stif-Dejvisovog indeksa zasićenja uključuju, ali se ne ograničavaju na, jedinjenja na bazi fosfonata, kao što je fosfonska kiselina, PBTC (fosfobutan-trikarboksilna kiselina), hromate, cink polifosfate, nitrite, silikate, organske supstance, masnu sodu, polimere na bazi malinske kiseline, natrijum poliakrilat, natrijumove soli etilen diamin tetrasirćetne kiseline, inhibitore korozije kao što je benzotriazol, i njihove kombinacije.

Metoda izvedena na aparaturi iz pronalaska opciono uključuje korak dehlorisanja. Takav korak dehlorisanja je poželjan ako je u vodi detektovana količina rezidualnog hlora koja može da ometa industrijski proces. Dehlorisanje može da se izvede dodavanjem hemikalija, uključujući, ali se ne ograničavajući na, redukujuće agense, kao što je natrijum bisulfit ili natrijum metabisulfit, upotrebu filtera sa aktivnim ugljem, ili njihovu kombinaciju.

PRIMERI

Primer 1

Aparatura iz predmetnog pronalaska može se koristiti kao stupanj prethodne prerade kod procesa desalinizacije morske vode reversnom osmozom.

Morska voda iz okeana, koja je imala koncentraciju ukupnih rastvorenih čvrstih materija oko 35.000 ppm, sakupljena je u sredstvo za skladištenje prema pronalasku. Kontejner je imao zapreminu oko 45 miliona m3, i površinu 22,000 m2.

Temperatura vode u sredstvu za skladištenje izmerena je u aprilu, i iznosila je oko 18°C. Kao što je ovde opisano, ako je temperatura vode 35°C ili niža, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 1 sat za svaki °C temperature vode. Primenom ovog algoritma, ORP od najmanje 500 mV održava se (18x1) 18 sati tokom nedelje. To je raspoređeno na 9 sati u ponedeljak i 9 sati u četvrtak, što je ukupno iznosilo 18 sati. Da bi se ORP održao u periodu od 9 sati, vodi je dodat natrijum hipohlorit kako bi se dostigla koncentracija od 0,16 ppm u vodi.

Nije bilo potrebe za dodatnim procesom oksidacije da bi se podesili nivoi gvožđa i mangana, jer je natrijum hipohlorit imao dovoljan redoks potencijal za oksidaciju gvožđa i magnezijuma (trebalo bi: mangana). Crystal Clear®, flokulans, injektovan je kao flokulans pre nego što je zamućenje dostiglo 5 NTU, u koncentracijama od 0,08 ppm svakih 24 sata.

Nakon što je pušteno da se istalože bakterije, metali, alge i druge čvrste supstance, aktivirano je mobilno sredstvo za usisavanje pre nego što je debljina sloja nataloženog materijala dostigla 10 mm. Nataloženi materijal, koji je bio proizvod procesa iz metoda, usisan je pomoću mobilnog sredstva za usisavanje koje se kretalo po dnu kontejnera. Usisana voda koja je sadržala nataložene čestice zatim je pomoću pumpe odvedena na filter kroz elastično crevo, gde je filtrirana brzinom od 21 l/s.

Nakon prerade, voda je imala pH 7,96, zamućenje 0,2 NTU, indeks gustine mulja 4, koncentraciju gvožđa manju od 0,04 ppm i koncentraciju mangana manju od 0,01 ppm.

Prethodna obrada vode za procese desalinizacije morske vode reversnom osmozom je važna, jer je za procese desalinizacije reversnom osmozom potrebna visokokvalitetna voda da bi se izbeglo zagušenje i zagađenje membrana. U koloni 2 u Tabeli 1 u nastavku prikazani su parametri kvaliteta vode koje zahtevaju proizvođači membrana. U koloni 3 u Tabeli 1 prikazane su vrednosti za prerađenu vodu dobijene po metodi, i pokazuje se da je vrednost svakog parametra u granicama koje su postavili proizvođači membrana.

Tabela 1

Količina hemikalija primenjenih prema pronalasku da bi se dobila prerađena voda značajno je manja nego kod klasičnih tehnologija za prethodnu preradu. Energetski zahtevi su takođe niži u poređenju sa klasičnim tehnologijama za prethodnu preradu, jer se u predmetnom pronalasku filtrira samo mala količina ukupne zapremine vode u datom vremenskom okviru, i nije potrebna mikrofiltracija, ultrafiltracija ili nanofiltracija, koje imaju veoma veliku potrošnju energije.

Primer 2

Aparatura iz predmetnog pronalaska može se primeniti za preradu vode za upotrebu u industriji akvakulture, uključujući upotrebu kao vode za kondicioniranje za inokulaciju mikroalgi.

Rezervoar površine 1 hektar i dubine 1,5 metara korišćen je kao sredstvo za skladištenje vode. Voda je prvo prerađena u rezervoaru, a zatim poslata u jezera u obliku trkačke piste, gde su uzgajane mikroalge.

Primer 3

Aparatura iz predmetnog pronalaska može se koristiti za preradu i održavanje vode u crpnim stanicama koje se koriste u rudarstvu. Dodatni rezervoar u crpnoj stanici sadrži morsku vodu, u slučaju da se oštete cevi crpnog sistema ili se pojave drugi problemi. Voda uskladištena u rezervoaru počinje da se kvari posle nekog vremena, i mikroalge i mikroorganizmi počinju da rastu u rezervoaru, stvarajući biozagađenje koje prianja za zidove rezervoara i cevi, smanjujući poprečni presek i stvarajući različite probleme koji nepovoljno utiču na vodu u rezervoaru i cevima. Predmetni pronalazak je primenjen na dodatni rezervoar, prerađivanjem vode uskladištene u dodatnom rezervoaru i održavanjem vode putem smanjenja biozagađenja na najmanju meru uz male troškove.

Claims (6)

1.Aparatura koja sadrži sistem za obavljanje industrijskog procesa i sistem za preradu vode uz male troškove koji uklanja suspendovane čvrste materije iz vode filtriranjem male frakcije ukupne zapremine vode, pri čemu aparatura sadrži: najmanje jedan sabirni vod (15) koji povezuje pomenuto najmanje jedno mobilno sredstvo za usisavanje (5) i pomenuto najmanje jedno sredstvo za filtriranje (3); najmanje jedan povratni vod (16) od pomenutog najmanje jednog sredstva za filtriranje (3) do pomenutog najmanje jednog sredstva za skladištenje (8); i najmanje jedan izlazni vod za vodu (18) od pomenutog najmanje jednog sredstva za skladištenje (8) do najmanje jednog sistema za obavljanje industrijskog procesa (2), naznačen time što industrijski proces u nastavku (2) uključuje reversnu osmozu, desalinizaciju, uzgoj algi, proces akvakulture, rudarski proces i njihovu kombinaciju, naznačen time što je sredstvo za koordinaciju (1) konfigurisano tako da aktivira mobilno sredstvo za usisavanje (5) i, simultano, sredstvo za filtraciju (3), da bi se profiltrirao tok koji je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje, i da bi se filtrirala samo mala frakcija ukupne zapremine vode, naznačen time što je sredstvo za koordinaciju (1) konfigurisano tako da čini da sredstvo za primenu hemikalija (4) primenjuje hemikalije (14) samo kada su potrebne, i da upravlja sredstvom za filtraciju (3) i mobilnim sredstvom za usisavanje (5) samo po potrebi da bi održalo parametre vode u njihovim granicama.

2.Aparatura prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što je prijemno sredstvo prekriveno materijalom koji uključuje membrane, geomembrane, geotekstilne membrane, plastične obloge, beton ili premazani beton, ili njihovu kombinaciju.

3.Aparatura prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što sredstvo za primenu hemikalija (4) uključuje injektore (19), prskalice, težinske dozatore, cevi, ili njihovu kombinaciju.

4.Aparatura prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što pogon pogonskog sredstva uključuje sistem šina, sistem kablova, samopogonski sistem, robotski sistem, sistem sa daljinskim upravljanjem, čamac sa motorom, plovilo sa motorom, ili njihovu kombinaciju.

5.Aparatura prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što sredstvo za filtraciju uključuje filtere u kućištu, peščane filtere, mikrofiltere, ultrafiltere, nanofiltere i njihove kombinacije.

6. Aparatura prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što sabirni vod sadrži elastično crevo, kruto crevo, cev, ili njihovu kombinaciju.