1. UVOD

Voda je jedinstven i nezamjenjivprirodni resurs ograniËenih koliËina.Kako su svi oblici æivota i sveljudske aktivnosti viπe ili manjevezane uz vodu, iz toga jasno pro-

izlazi vaænost odnosa prema vodi.To se odraæava i na cijenu vode kojaje iz godine u godinu sve veÊa.

Kada su industrijske vode upitanju, moguÊa su dva osnovnapravca djelovanja:

• smanjenje koliËine upotrije-

bljene vode u tehnoloπkom procesu(ponovnim iskoriπtavanjem, sma-njenjem gubitaka u mreæi i sl.)

• smanjenje troπkova crpljenja iraspodjele vode raznim tehniËkimrjeπenjima (regulacijom dobave,sniæenjem tlaka u mreæi, automati-

zacijom rada i nadzora raspodjelevode, zamjenom pitke vode tehno-loπkom i sl.)

S obzirom da se voda na proce-sima koristi i kao sirovina i kaoenergent, te se pri tome oneËiπÊu-je, jasno je da utjeËe na djelotvoranrad procesa.

1.1 Tokovi vode na procesima

Tradicionalno, svjeæa voda sekoristi u procesima, a otpadna vo-da nastala tijekom procesa obra-uje se u centralnom ureaju zaobradu otpadnih voda. Danas seteæi upravljanju vodom u industrijikroz pravilan raspored operacijakoje koriste vodu/otpadnu voduizmeu procesa, s ciljem ponovnogkoriπtenja vode, te kroz raspodijel-jeni sustav obrade efluenta (slika1) [1].

Radi ponovne upotrebe vodeizmeu operacije 2 i 1, na izlazu izoperacije 1 provodi se odijeljenaobrada efluenta, kao i na izlazuoperacije 3. ZnaËajka ovakvog ra-spodijeljenog sustava je da se veÊi-na efluenta ne mora obraivati pri-je ispusta, jer zbog predobrade

20 5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER

Integracija sustava vode

S T R U » N O

Dr. sc. Ljubica MatijaπeviÊ, izv. prof.; Igor DejanoviÊ, dipl. ing.Fakultet kemijskog inæenjerstva i tehnologije

SAÆETAKU nekim granama industrije godiπnja davanja za vodu veÊa su od davanja za toplinsku ielektriËnu energiju zajedno, kako zbog stalnog porasta cijene svjeæe vode, tako i zbogtroπkova obrade otpadnih voda. Ovi zabrinjavajuÊi trendovi potiËu na racionalno gospo-darenje vodom. Gospodarenje vodom prerasta u svojevrsni pokret pod motom “svjeæe vode - nula”. Ciljje vodu koja jednom ue u sustav stalno vraÊati, uz odgovarajuÊu obradu, tako da seuzimanje svjeæe vode svede na minimum. Svesti potroπnju svjeæe vode na nulu u praviluje nemoguÊe, ali se pronalaze razna rjeπenja za smanjenje potroπnje vode, smanjenjeoneËiπÊenja, a time i troπkova poslovanja. Integracijom sustava vode moæe se mini-mizirati potroπnja svjeæe vode i nastanak otpadnih voda. U radu Êe se dati kratak pre-gled tehnika i vjeπtina za minimizaciju potroπnje vode u industriji, kao i osvrt na pitanjekoliko je naπa industrija spremna za provoenje IPPC direktiva i BAT tehnika, kada su upitanju vode na procesima.KljuËne rijeËi: integracija procesa, minimizacija vode, ponovna uporaba vode

Slika 1. Sustav tokova vode s raspodijeljenim (odijeljenim) sustavom obrade efluenta

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 20

izlaza iz operacija 1 i 3 viπe nije po-trebno razrjeivanje prije zavrπneobrade efluenta i ispuπtanja. ZnaËi,tokovi koji sadræe niske razine one-ËiπÊenja ne moraju se dodatnoobraivati.

Troπkovi obrade otpadnih vodasu proporcionalni ukupnoj koliËiniotpadnih voda, a pogonski troπkovise poveÊavaju sa zahtjevom zasmanjenje koncentracije oneËiπ-Êenja u obraenoj vodi. Prema to-me, ako dva toka zahtijevaju ra-zliËite procese obrade, nema ih smi-sla pomijeπati i obraivati. Idejaraspodijeljenih sustava je da seefluenti obrauju prije mijeπanja.Obrada se usmjerava na pojedinaoneËiπÊenja ili mali broj oneËiπÊenjadok su koncentracije oneËiπÊenjavisoke, tj. dok joπ nisu razrijeenamijeπanjem razliËitih tokova. Izbje-gavanjem mijeπanja tokova pove-Êava se moguÊnost regeneracije,smanjuje se nastali otpad i troπkovisirovina, a najveÊa korist je u tomeπto se smanjuje volumen efluentakoji ide na konaËnu obradu, a time iukupni troπkovi obrade.

OpÊenito, postoje Ëetiri pristupasmanjenju potroπnje vode [2,3]:

11.. IIzzmmjjeennee uu pprroocceessuu (npr.poveÊanje jedinica prijenosa u pro-cesima ekstrakcije s vodom, pre-lazak s vodenih rashladnih ureajana zraËne rashladne ureaje, pove-Êanje povrata kondenzata iz parnihpostrojenja, itd.)

22.. PPoonnoovvnnoo iisskkoorriiππtteennjjee - otpad-na voda se koristi izravno za drugeoperacije, ako postojeÊe oneËiπ-Êenje ne smeta sljedeÊem procesu

33.. RReeggeenneerraacciijjaa - ponovno isko-riπtenje - otpadna voda se pro-ËiπÊava i ponovno koristi u drugojoperaciji ili procesu. Regenerativniprocesi mogu biti: filtracija, sedi-mentacija, stripiranje, adsorpcija,centrifugiranje, itd.

44.. RReeggeenneerraacciijjaa -- rreecciirrkkuullaacciijjaa -oneËiπÊenja iz otpadne vode se dje-lomiËno uklanjaju, nakon Ëega seotpadna voda vraÊa u isti proces.

Na slici 2a prikazane su tri pro-

cesne operacije, od kojih svaka za-htijeva svjeæu vodu i stvara otpad-nu. Slike 4b, 4c i 4d prikazuju mo-guÊa rjeπenja za smanjenje ot-padnih voda i ujedno smanjenje po-troπnje svjeæe vode.

Slika 2b prikazuje raspored ope-racija u kojem se voda iz operacije2 ponovno koristi u operaciji 1. Timese smanjuje volumen svjeæe vode ivolumen otpadne vode jer se istavoda upotrebljava dva puta. Da bise izveo ovakav raspored operacija,razina oneËiπÊenja na izlazu izoperacije 2 mora biti prihvatljivaulazu u operaciju 1. Sve operacijene zahtijevaju najveÊu kvalitetu vo-de. Postoji puno primjera u kojimaje voda s odreenom razinom one-ËiπÊenja prihvatljiva za upotrebuumjesto vode viπe kvalitete; npr.,desalinizacija sirove nafte ne za-htijeva kvalitetu vode kao destilaci-

ja. SljedeÊi primjer je proces viπe-kratnog pranja u kojem se voda ni-æe kvalitete moæe upotrebljavati upoËetnim stupnjevima, a voda viπekvalitete u zavrπnim stupnjevima.

Slike 2c i 2d prikazuju rasporedoperacija koje ukljuËuju regeneraci-ju. Regeneracija je postupak kojimse oznaËava svaki proces obradekoji obnavlja kvalitetu vode do temjere da se moæe dalje koristiti.

Slika 2c prikazuje regeneraciju -ponovno iskoriπtenje. Izlazna vodaiz operacije 2 je previπe oneËiπÊenada bi se izravno upotrijebila u ope-raciji 3. Regeneracija vode izmeuove dvije operacije omoguÊuje nje-nu ponovnu uporabu, πto ima za po-sljedicu smanjenje potrebne koliËi-ne svjeæe vode, a samim time i koli-Ëine nastale otpadne vode. Ujednouklanja i dio optereÊenja efluenta,koji bi inaËe morao biti uklonjen u

zavrπnoj obradi prije odlaganja. Slika 2d prikazuje treÊi postupak,

u kojem se regeneracija koristi naizlazu vode iz svih operacija, a rege-nerirana voda se vraÊa u proces.Razlika je u tome da u sustavu re-generacija - ponovno iskoriπtenjevoda prolazi kroz svaku jediniËnuoperaciju jedanput, dok prilikom re-cikliranja voda kroz istu jediniËnuoperaciju prolazi viπe puta. Ovakavpristup smanjuje koliËinu svjeæe vo-de, koliËinu otpadne vode i optere-Êenje efluenta.

Regeneracija - ponovno iskori-πtenje i regeneracija - recikliranjesu sliËni procesi s obzirom na njiho-ve ishode. OmoguÊuju veÊe uπtedevode i smanjuju koliËinu otpadnevode. Problemi koji se javljaju kodovih procesa su visoki troπkoviregeneracije i akumulacija neæelje-nih oneËiπÊenja prilikom reciklira-

21

VODA U INDUSTRIJI

de

5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER

u industrijskim procesima

Slika 2. Rjeπenja za smanjenje potroπnje vode na procesima

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 21

S T R U » N O

nja. Ako se ova oneËiπÊenja neuklanjaju, moæe doÊi do velikih pro-blema u procesu.

1.2 Pregled metoda zasmanjenje potroπnje vode

Sustavski pristup za smanjenjepotroπnje vode u procesnoj indu-striji prikazan je na slici 3.

Prema literaturi, problemi uprav-ljanja vodom u industriji promatrajuse kao problemi prijenosa tvari izme-u jediniËnih operacija u procesu.

OpÊenito, problemi minimizacijepotroπnje vode u procesima moguse podijeliti na one kod kojih je u vo-di prisutna samo jedna vrsta one-ËiπÊenja i na one kod kojih postojiviπe razliËitih vrsta oneËiπÊenja.

GrafiËke metode se temelje naznatno pojednostavljenim pretpo-stavkama i nisu pogodne za analizusustava u kojima je prisutno viπeoneËiπÊenja, ali su vrlo vaæne u pra-ksi, jer omoguÊuju procesnim inæe-

njerima ukljuËivanje veliËina kojematematiËko programiranje neuzima u obzir [4]. U nekim sluËaje-vima moguÊe je da se viπe razliËitihvrsta oneËiπÊenja grupira u pseudopojedinaËna (npr. ukupne organsketvari, ukupne suspendirane Ëestice,ukupne otopljene soli i sl.), πtoomoguÊuje primjenu tih metoda i zatakve sloæene sluËajeve.

Metode temeljene na matemati-Ëkom programiranju pruæaju globa-lna, optimalna i suboptimalna rjeπe-nja, pri Ëemu se heuristiËki pristupkoristi za stvaranje dobrih modelaprocesa koji se dalje koriste pri pro-gramiranju. Pri analizi sloæenih sus-tava neophodno je koriπtenje ovogpristupa koji se temelji na optimi-ranju superstrukture [2]. Super-struktura predstavlja model pro-cesa u kojeg su ugraene sve mo-guÊe operacije i sva moguÊa meu-djelovanja izmeu njih. Svaka ope-racija koja koristi vodu opisana je

matematiËkim modelom. Odabirfunkcije cilja ovisi o modelu i ogra-niËenjima modela. OgraniËenja semogu odnositi na bilance tvari ienergije, termodinamiËke uvjete,zahtjeve zaπtite okoliπa, tehniËkezahtjeve i sl. KonaËni rezultat opti-miranja su optimalni parametri po-jedinih operacija, kao i optimalnastruktura mreæe izmjene tvari. Rje-πenja dobivena optimiranjem moguse koristiti i za kreiranje kompozit-nih krivulja u grafiËkim metodama.

11..22..11 WWaatteerr ppiinncchh ppoossttuuppaakkWater pinch postupak je sustav-

ska metoda za analizu mreæe toko-va vode i smanjenje troπkova vodeu procesima. Metoda koristi napre-dne algoritme za utvrivanje i opti-miranje moguÊih naËina ponovnogiskoriπtenja vode, regeneracije, teobrade otpadnih vodenih tokova.Osnovni pristup je analogan isko-riπtenju topline u sluËaju izvedbemreæe izmjenjivaËa topline. Ovametoda omoguÊuje inæenjerima upreliminarnoj fazi izrade projektaanalizu procesa koji koriste vodu, aisto tako omoguÊuje naknadnosmanjenje potroπnje svjeæe vode ismanjenje stvaranja otpadne vode.

Ciljevi mogu biti sljedeÊi:• minimalna koliËina svjeæe vode• minimalno stvaranje otpadne

vode Na temelju zadanih ciljeva dobi-

vaju se smjernice za sustavsku sin-tezu mreæe tokova vode u procesu isustava obrade efluenta koji Êezadovoljavati ciljeve, a isto takodobivaju se smjernice za modi-fikaciju postojeÊih sustava.

Svaka operacija koja koristi voduopisuje se prijenosom tvari - odre-enog oneËiπÊenja, iz procesnogtoka u tok vode. Voda dolazi u kon-takt s procesnim materijalom i pritome se oneËiπÊuje. Ako se protokvode u procesu smanji nekim izmje-nama u procesu, tada se, kako bi seostvario isti prijenos tvari, koncen-tracija oneËiπÊenja u vodi na izlazupoveÊava. Smanjivanje protoka jeograniËeno minimalnim protokomkoji zahtijeva operacija ili maksimal-no dozvoljenom koncentracijomoneËiπÊenja u vodi na izlazu izoperacije.

Maksimalna koncentracija one-ËiπÊenja vode na izlazu iz operacijemoæe se odrediti s obzirom na mak-simalnu topljivost, korozijska ogra-niËenja, minimalnu razliku koncen-tracija za prijenos tvari, minimalniprotok vode kroz operaciju i maksi-malnu ulaznu koncentraciju kojuzahtijeva sljedeÊa operacija u nizu.

Ako sve operacije koriste svjeæuvodu, smanjenjem protoka na mini-malnu vrijednost dolazi do uπtedesvjeæe vode. Meutim, operacija nemora nuæno koristiti svjeæu vodu, jerako u procesu postoji joπ operacijaËije izlazne koncentracije oneËiπ-Êenja u vodi zadovoljavaju ulaznukoncentraciju za danu operaciju,tada se otvara moguÊnost ponov-nog iskoriπtenja vode. Dakle, ulaz-na koncentracija oneËiπÊenja u vodiza odreenu operaciju ne mora nuæ-no biti 0 ppm, a da koncentracija naizlazu ne prijee svoju maksimalnuvrijednost.

Takav naËin postavljanja operaci-je, gdje su obje koncentracije nasvojim maksimalnim vrijednostima,moæe se iskoristiti za odreivanjeograniËenja za danu operaciju[1].

OgraniËavajuÊi profil se koristi zadefiniranje granica izmeu dozvo-ljenih i nedozvoljenih koncentracija.Koncentracije su dozvoljene svedok se nalaze ispod ograniËavaju-Êeg profila vode (slika 4).

Iz ograniËavajuÊih profila pojedi-nih operacija dobiva se graniËniprotok, a to je maksimalni moguÊiprotok vode kroz pojedinu operaci-ju, izraËunat s obzirom na maksi-malnu ulaznu i minimalnu izlaznukoncentraciju oneËiπÊenja u vodi zapojedinu operaciju.

Na navedenim principima razvi-jene su dvije grafiËke metode.

WSD [5] (Water SourcesDiagram) metoda koristi ograniËa-vajuÊe profile pojedinih operacijakoje koriste vodu za dobivanje kon-centracijskih intervala pomoÊu kojihse razvija mreæa tokova vode, a nakraju se iz ukupnih protoka u sva-kom koncentracijskom intervaluodreuje mjesto pinch toËke.

Metoda Wanga i Smitha[6] ko-risti ograniËavajuÊe profile pojedi-nih operacija za konstruiranje kom-pozitne krivulje pomoÊu koje se od-

Slika 3. Sustavski pristup za smanjenje potroπnje vode u proces-noj industriji

5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER22

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 22

23

VODA U INDUSTRIJI

5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER

mah dobije pinch toËka te se nakontoga pristupa sintezi mreæe tokovavode.

Pinch toËka predstavlja minimal-ni protok vode za dio procesa dopincha te uzima u obzir maksimalnoiskoriπtenje vode unutar procesa.Isti postupak traæenja minimalnogprotoka se ponavlja i za dio proce-sa od pincha.

Koncentracijski intervali i kom-pozitna krivulja su jedinstveni zaodreeni proces.

2. METODIKA

Analiza procesa kod grafiËkihmetoda sastoji se u sljedeÊem:

• Prikupljanje podataka o tokovi-ma vode

Razvija se jednostavna shema,mreæa, sustava tokova vode u kojojse moæe vidjeti koliËina upotrije-bljene vode kao i mjesta na kojimanastaje otpadna voda.

• Prikupljanje podataka ooneËiπÊenjima.

Odreuju se kljuËna oneËiπÊenja,te se izraæavaju kao otopljene soli,suspendirane Ëestice ili neke drugeveliËine. KljuËna oneËiπÊenja mogubiti sva ona koja svojim svojstvimaspreËavaju direktno koriπtenjeotpadnih struja.

• Utvrivanje pinch podruËjaodabranim metodama

Definira se mjesto na kojem sedvije struje meusobno najviπe pri-bliæavaju, te se uoËavaju optimalne

moguÊnosti ponovnog iskoriπtenjaili regeneracije vode u procesu.

2.1 WSD (Water SourcesDiagram) metoda

WSD je postupak koji se temeljina izraËunima bez koriπtenja slo-æenih programa. Cilj postupka je is-tovremeno razvijanje mreæe tokovavode i pronalaæenje pinch toËke.

Cijeli postupak razvija se u Ëetirikoraka i slijedi odreena pravila.

a) Podjela sustava na koncen-tracijske intervale

Voda s odreenim koncentracija-ma oneËiπÊenja smatra se unutarn-jim izvorom vode. Svjeæa voda kojanije oneËiπÊena je vanjski izvorvode (primarni izvor vode).

Koncentracijski intervali slaæu ses obzirom na koncentracije one-ËiπÊenja vanjskih i unutarnjih izvoravode, od najmanje prema najveÊoj.

b) Smjeπtanje operacija u kon-centracijske intervale s obzirom nakoncentracije oneËiπÊenja

Svaka operacija prikazana jestrelicom koja zapoËinje i zavrπavana koncentracijama oneËiπÊenja.

c) IzraËunavanje ∆m (kg/h), ko-liËine oneËiπÊenja u vodi za svakikoncentracijski interval

KoliËina oneËiπÊenja izraËunavase pomoÊu izraza 1:

∆mk,j = fk,j ( ckon.,j - cpoË.,j)

d) Razvijanje mreæe tokova vodeTri pravila se moraju zadovoljiti

kako bi se dobio optimalan ras-pored izvora vode, s minimalnompotroπnjom primarnog izvora vodeza svaku operaciju i za svaki kon-centracijski interval:

1. koristiti vanjski izvor vodesamo u sluËaju kada unutarnji izvorvode nije dostupan

2. pokuπati ukloniti zadanukoliËinu oneËiπÊenja unutar kon-centracijskog intervala za tuoperaciju

3. operacije koje su prisutne uviπe koncentracijskih intervala nemogu se dijeliti, znaËi da se voda iztih operacija moæe koristiti tek kadaoperacija zavrπi

Za svaki koncentracijski intervalpotrebno je prepoznati sve moguÊeizvore vode. Broj vanjskih izvoravode (Nviz, j) za svaki interval j jed-nak je broju vanjskih izvora vode uprocesu. Protok vanjskog izvoravode za operaciju k i interval j ozna-Ëen je kao fviv, k, j,. Broj unutarnjihizvora vode (Nuiz, j) za interval j ovi-si o broju operacija koje odvijaju uintervalu j - 1. Protok unutarnjegizvora vode za operaciju k i intervalj oznaËen je kao fuiv, k, j,.

Protoci koji Êe osiguravati ukla-njanje zadane koliËine oneËiπÊenjau koncentracijskim intervalima ra-Ëunaju se prema izrazu 2:

fviv/uiv, k, j = ∆mk, j /( ckon.,j - cpoË.,j)

Pinch toËka se odreuje zbraja-njem ukupnih protoka kroz operaci-

je za svaki koncentracijski interval.Vrijednosti protoka oËitavaju se sacjelovitog WSD-a. Mjesto na ko-jem ukupni protok mijenja vrijed-nost je pinch toËka. Minimalni pro-tok svjeæe vode moæe se izraËunatiiz pinch toËke i prema izrazu 3:

2.2 Metoda Wanga i SmithaKako bi se pronaπla minimalna

koliËina svjeæe vode u procesu,konstruira se dijagram, koncen-tracija - koliËina oneËiπÊenja po-moÊu ograniËavajuÊih profila zasvaku operaciju. KombinacijomograniËavajuÊih profila za svakuoperaciju crta se kompozitna kri-vulja s obzirom na koncentracijskeintervale. Za svaki koncentracijskiinterval zbrajaju se koliËine oneËiπ-Êenja pojedinih operacija prisutnihu tom koncentracijskom intervalu.Kompozitna krivulja uzima u obzirmaksimalno iskoriπtenje vode unu-tar procesa. Kompozitnoj krivuljipridruæuje se linija vode. Linija vodepovlaËi se tako da sijeËe kompozit-nu krivulju u jednoj toËki te da imaπto strmiji nagib. ToËka u kojoj sedodiruju ove dvije krivulje naziva sepinch toËka, a nagib pravca pred-stavlja ciljanu minimalno potrebnukoliËinu svjeæe vode, odnosno, πtoje nagib veÊi, protok svjeæe vodebiti Êe manji (slika 5).

Ciljana minimalno potrebnakoliËina svjeæe vode raËuna se zakoliËinu oneËiπÊenja do pinch to-Ëke, te za koncentraciju u pinchtoËki (prema izrazu 4):

fcilj = ∆mpinch / ∆cpinch

Dakle, pinch toËka dijeli kompo-zitnu krivulju na dva podruËja: po-druËje ispod pincha i podruËje

Slika 4. Prikaz profila tokova vode Slika 5. Kompozitna krivulja i linija vode spinch toËkom

fsv= Σ Σ fsv, k, j

Nop Nint

k=1 j=1

Tablica 1. OgraniËavajuÊi podaci pojedinih operacija Tablica 2. Potrebni podaci za analizu sustava

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 23

24

S T R U » N O

5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER

iznad pincha. Za podruËje iznad pin-cha ponavlja se postupak crtanjalinije vode koja Êe tada predstavljatiminimalnu ciljanu koliËinu vode zataj dio procesa. Ta voda ima manjiprotok od vode u podruËju ispodpincha te ima poËetnu koncen-traciju pincha.

Na temelju ostvarenog ciljanogminimalnog protoka vode ispod iiznad pinch toËke dobiva se smjer-nica za razvijanje mreæe tokova vo-de. Za razvijanje mreæe koriπten jeprogramski sustav Water Design[7,8].

U Water Design upisuju sepodaci za proces na temelju kojih

program konstruira kompozitnukrivulju i pronalazi pinch toËku. Izdobivenih rezultata program razvijapreliminarnu mreæu tokova vode injenim optimiranjem daje konaËnorjeπenje.

3. REZULTATI

Rezultati su prikazani na dvaradna primjera.

3.1 Radni primjer 1.Smanjenje potroπnje vode utvornici papira [9].

Industrija poluceluloze i papirajedan je od najveÊih potroπaËa vode

u industriji. U procesu proizvodnjesirovina se viπekratno pere, proËiπ-Êava i transportira do papirnogstroja u obliku papirne mase kojasadræi 99% vode i 1% vlakana kojaÊe formirati papirnu traku.

Papirni stroj se sastoji od tri dije-la: dijela za formiranje, dijela za pre-πanje i dijela za suπenje papirnetrake (slika 6):

1 - natok papirne mase2 - sustav valjaka koji izravnava-

ju povrπinu papirne trake,odvodnjavaju papirnu traku iprenose na sustav preπa

3 - odvajaË rubova papirne trake4 - rezaË rubova papirne trake5 - beskonaËno sitoUpravo ovaj dio papirnog stroja

troπi najveÊe koliËine vode i za tajdio je napravljena analiza. Voda ko-ja se ovdje koristi moæe se podijeli-ti u tri kategorije:1. voda za razrjeivanje i ËiπÊenje

papirne mase prije natoka napapirni stroj

2. voda za ËiπÊenje i pranje dijelovastroja

3. voda za brtvljenje i hlaenjeKljuËna veliËina za analizu i izra-

du mreæe tokova vode je ukupnakoliËina suspendiranih Ëestica u to-kovima vode. Proces se sastoji seod sedam jediniËnih operacija kojekoriste vodu:

Operacija 1 - ËiπÊenje papirnemase prije natoka na papir strojOperacija 2 - pranje papirnemase Operacija 3 - odvajanje rubovapapirne trake pomoÊu visoko-tlaËnih mlaznicaOperacija 4 - rezanje rubovapapirne trake pomoÊu visoko-tlaËnih mlaznica Operacija 5 - pranje besko-naËnog sitaOperacija 6 - rashladna vodaOperacija 7 - voda za brtvljenjePrije smanjenja potroπnje vode

proces koristi 264,45 t/h svjeæe vo-de. Voda se kroz operacije oneËiπ-Êuje ukupnim suspendiranim Ëesti-cama (Total suspended solids -TSS). Prilikom razvijanja postupa-ka, WSD metoda i metoda Wangai Smitha, uzimat Êe se u obzir po-novno iskoriπtenje vode i prisutnostjednog oneËiπÊenja. U Tablici 1 danisu podaci radnog primjera [9].Proces se sastoji od jednog vanj-skog izvora vode, koncentracijeoneËiπÊenja, c(viv) = 0 ppm, te odviπe unutarnjih izvora vode koncen-tracije oneËiπÊenja, c(uiv) = 50, 100,200, 300, 500, 650 ppm.

Koncentracijski intervali slaæu ses obzirom na koncentracije oneËiπ-Êenja vanjskih i unutarnjih izvoravode. Nakon izraËuna koliËine one-ËiπÊenja u vodi u svakom koncen-tracijskom intervalu prema jedna-dæbi 1 i razvoja mreæe, dobiven jekonaËni WSD dijagram tokova vo-de (slika 7).

Isto rjeπenje se dobije metodomWanga i Smitha. KoliËina svjeæe vo-de smanjena je s 264,5 t/h na192,2 t/h, tj. uπteda je 72,35 t/h,πto godiπnje iznosi 578 400 m3

vode.

3.2 Radni primjer 2.Smanjenje potroπnje procesne vode u rafinerijinafte

Analizom su obuhvaÊena tripodsistema koja koriste procesnuvodu i sadræe gotovo sve proceseSlika 7. Cjeloviti WSD za zadani primjer s pinch toËkom

Slika 6. Pojednostavljena shema dijela papirnog stroja za formiranje papirne trake

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 24

25

u rafineriji. Prvi podsistem, parnistriper, sastoji se od razliËitihprocesa u kojima se koristi para.Taj podsistem koristi vodu toËnoodreene ËistoÊe i ispuπta zauljenuotpadnu vodu s manjim oneËiπÊe-njima. Drugi podsistem sadræi pro-cese odsumporavanja vodikom ukojima se koristi injektirana voda uvisokotlaËnoj sekciji. Ovaj podsi-stem zahtijeva blago oneËiπÊenuvodu i ispuπta zauljenu otpadnuvodu s veÊim koliËinama sumpo-rovodika. TreÊi podsistem je odso-ljivaË ukljuËen u proces destilacijesirove nafte. Ovaj podsistemzahtijeva blago oneËiπÊenu vodu iispuπta zauljenu otpadnu vodu s

blagim oneËiπÊenjima. Tri najveÊazagaivaËa su sumporovodik, ulje iotopljene Ëestice. Oni se u sluËaje-vima ponovne upotrebe uz regene-riranje otpadne vode uklanjaju po-moÊu dva procesa za obradu ot-padnih voda koja postoje u rafine-riji: striper za otkiseljavanje i jedi-nicu za odvajanje ulja. U ovom pri-mjeru promatrat Êe se sumporovo-dik kao graniËno zagaenje, jer seograniËenja ostalih oneËiπÊavalanalaze ispod ograniËenja za sum-porovodik (slika 8).

Prije smanjenja potroπnje vodeproces koristi 25,5 t/h svjeæe vode.Podaci o limitirajuÊim koncentraci-jama sumporovodika i potrebni pro-

toci nalaze se u tablici 2. Slijedom osnovnih principa me-

todologije dobivena su rjeπenja pri-kazana na slikama 9, 10 i 11.

4. ZAKLJU»AK

U radu je dan saæeti prikaz sma-njenja potroπnje vode na dva indus-trijska procesa. Detaljan proraËunnije prikazan u radu jer bi zahtijevaopreviπe prostora.

Analiziranjem rjeπenja za sma-njenje potroπnje vode na procesimavidi se da je moguÊe doÊi do znat-nih uπteda, kako na samoj potroπnjivode, tako i na smanjenju troπkovavezanih uz obradu vode i plaÊanjanaknada za vodu. Za procjenu is-plativosti ulaganja u promjene trebanapraviti detaljnu analizu procesa.Ono πto je sigurno problem koji jeuoËen na danim procesima je ne-dostatak mjerenih podataka o one-ËiπÊenjima na izlazima iz procesnihjedinica, πto bi po IPPC direktivi tre-balo napraviti. Uglavnom se zaga-enja mjere prije sustava obradeotpadne vode πto nije dovoljno zaovakvu analizu.

5. POPIS OZNAKA

cul, max.- maksimalna koncentracijaoneËiπÊenja u vodi na ulazuu operaciju, ppm

cizl, max. - maksimalna koncentracijaoneËiπÊenja u vodi naizlazu iz operacije, ppm

ckon., j - konaËna koncentracija zainterval j, ppm

cpoË., j - poËetna koncentracija zainterval j, ppm

∆m - koliËina oneËiπÊenja u vodikoja prolazi kroz operaciju,kg/h

∆mk, j - koliËina oneËiπÊenja zaoperaciju k u intervalu j,kg/h

clim - graniËni protok, t/hfk, j - protok za operaciju k u inter-

valu j, t/h

SSkkrraaÊÊeenniiccee::BFW - napojna kotlovska vodaD - raspodjelnik tokovaM - mjeπaË tokovaNint. - broj intervalaN op. - broj operacija

N uiv, j - broj unutarnjih izvora vodeza interval j

N viv, j - broj vanjskih izvora vode zainterval j

uiv - unutarnji izvor vodeviv - vanjski izvor vodeTSS - ukupne suspendirane

Ëestice

6. LITERATURA

1. Smith, R.: Chemical processdesign and integration, JohnWiley & Sons Ltd., Chichester,2005.

2. Mann, J.G.; Liu, Y.A. : Industrialwater reuse and wastewaterminimization, Mc Graw-Hill,New York, 1999

3. Smith, R.: Wastewater mini-mization; In: Rossiter A. Editior.Waste minimization trough pro-cess design, Mc Graw-Hill, NewYork, 1995., str.3-108

4. Bagajewicz, M.: A review ofrecent design procedures forwater networks in rafineries andprocess plants, Computers andChemical Engineering 24,(2000.), str. 2093-2113.

5. Gomes, J.F.S. ; Quieroz, E.M. ;Pessoa, F.L.P.: A design proce-dure for water/wastewater min-imization: single contaminant,Journal of Cleaner Productionxx, (2005.), str. 1 - 12

6. Wang, Y.P.;Smith, R.:Wastewater minimization,Chenical engineering Science,vol 49. (1994.), str 981-1006

7. Mann, J.; Liu, Y.A.: Programskisustav “Water design”, CD

8. Yang, Y.H.; Lou, H.H.; Huang,Y.L.: Synthesis of an optimalwastewater reuse network,Water managment, vol. 20.,(2000.), str. 311-319

9. KauzlariÊ Z., Minimizacijapotroπnje vode na procesima,Diplomski rad, Fakultet kemi-jskog inæenjerstva i tehnologije,Zagreb, 2006.

Napomena: Rad Êe biti prezenti-ran na Znanstveno-struËnom skupuTehnologije obrade voda, koji Êe seodræati u Zadru od 21.-24. listopada2007.

VODA U INDUSTRIJI

5/2007 • RUJAN/SEPTEMBER

Slika 8. PostojeÊe stanje tri podsistema koja zagauju vodu

Slika 10. Smanjivanje potroπnje vode ponovnom upotrebom iregeneracijom (th-1)

Slika 11. Smanjivanje potroπnje vode ponovnom upotrebom,regeneracijom i recirkulacijom (th-1)

Slika 9. Smanjivanje potroπnje vode ponovnom upotrebom (th -1)

020-025_LJUBICA_M 10/2/07 3:47 PM Page 25