Подобряване на водната ефективност в индустрията

С непрекъснатото покачване на таксите за водоснабдяване, канализация и третиране на отпадъчни води, водата се превръща във все по-скъп ресурс. Редуцирането на водопотреблението е един от най-лесните и евтини начини за намаляване на разходите в едно предприятие.

Много от компаниите могат да реализират спестявания в размер до 30% от разноските за вода чрез внедряването на прости и не скъпоструващи мерки за свеждане на употребяваните количества вода до минимум.

Преди стартирането на кампания за пестене на вода трябва да се направи общ преглед на разходите за свежа вода и пречистването на отпадъчни води в предприятията, за да се прецени дали изобщо е целесъобразно да се пристъпи към предприемането на действия в тази насока.

Преди да се набележи по какъв начин и къде може да се спести вода е необходимо да се установи как, къде и защо се използва вода на всяка отделна производствена площадка. Това може да се постигне с извършването на проучване и изготвянето на воден баланс. 

Обикновено с изследването на консумацията на вода се установява прекомерната или излишната употреба, както и неизвестното и неправомерното потребление.
Общите подходи за повишаване на водната ефективност в индустрията са няколко:

• подобрено производствено планиране, включващо например намаляване на необходимостта от почистване чрез минимизиране на промените в продуктите;
• добра поддръжка – избягване на разливи; свеждане до минимум преноса на замърсители от един процес в друг; строго спазване на рецептите в реакторите;
• извършване на механично почистване преди промиване с вода и др.
• модифициране на процесите или оборудването – подмяна на използваните в производството суровини или проектиране на изцяло нови продукти, водещи до намалена нужда от вода и/или генериране на по-малко отпадъчни потоци;
• смяна на оборудването или технологията – внедряване на системи за почистване на място (Cleaning in Place, CIP); използване на почистващо оборудване с ниско налягане и др.

Откриване на течове
Идентифицирането на течове и предприемането на конкретни действия за отстраняването им е добра начална точка за подобряване на водната ефективност в индустрията. Течовете са често срещани при подземните водни резервоари, системите за отопление и охлаждане, тръбите от водоснабдителната мрежа и приборите за водочерпене. 

Някои течове могат да бъдат забелязани лесно, но други могат да са скрити – като тези от подземните резервоари или разположените в стени тръби. В случай че на производствената площадка се осъществява непрекъснат мониторинг на водопотреблението, добър индикатор за загубите поради течове е базовата линия на консумация при липса на дейност.

Измерването на нивото, когато от резервоара не се черпи вода, също може да спомогне за засичането на течове. Влагата, появата на плесен или други вреди по повърхностите, от друга страна, подсказват за течове от разположени в стени тръбопроводи.

Отопление и охлаждане
Подаването или отнемането на топлина от различни процеси е честа практика в промишлените системи. Осигуряването на повече отопление или охлаждане от необходимото води до загуба на ресурси. Затова оптимизирането степента на топлопренос е една от най-простите, но често пренебрегвани мерки за постигане на ефективност. Това може да включва и повторното използване на вода за многократно охлаждане или отопление. Възможностите за оптимизация могат да бъдат идентифицирани с помощта на различни инструменти например пинч анализ.

В някои приложения вместо вода за ефективен и икономически изгоден пренос на топлина могат да се използват въздух, минерални масла или специални химикали. Компресорите с въздушно охлаждане, индустриалните чилъри и маслените изсушители са примери за оборудване за отопление и охлаждане, за което не е необходима вода. Приложимостта и целесъобразността на тези системи следва да бъдат проучени при търсенето на решение за подобряване на водната ефективност.

В едноконтурните топлопреносни системи обикновено се губи вода или пара – чрез оттичане, изпарение или кондензация. В системите с рецикъл отоплението и охлаждането протичат в топлообменници, позволяващи рециркулацията на водата в затворен контур, включващ охладителни кули или чилъри за охлаждане, или котел за отопление. Потенциалът за пестене на вода чрез внедряването на такива инсталации може да достигне до 90%.

Водата в системите с рециркулация постепенно се обогатява с примеси, които причиняват корозия, формиране на котлен камък, отлагания и развитие на биофилм върху топлопреносните повърхности. В резултат на това ефективността на процеса спада, което налага използването на допълнителни количества вода и енергия. Съдържанието на примеси се контролира като част от циркулиращата в системата вода се източва редовно и се подменя със свежа вода. В същото време към циркулиращата вода могат да бъдат добавяни химикали за ограничаване формирането на котлен камък, корозия и биологичен растеж, чрез което се подобрява ефективността на топлопренос и се намалява необходимостта от източване.

Посредством следене концентрацията на нежелани примеси с кондуктометър и регулиране дебита на източване спрямо нея могат да бъдат реализирани големи спестявания. В охладителните системи значителни количества вода се губят заради преливане поради износени уплътнения или вентили в линията за свежа вода. Следователно редовната поддръжка на съоръженията също може да допринесе за редуциране потреблението на вода.

Качеството на източената вода от съоръженията с рецикъл може да бъде възстановено до допустими нива чрез прилагането на подходящи пречиствателни технологии за отстраняване на примесите. Това обаче би било целесъобразно предимно при големи отоплителни и охладителни системи.

Когато в района на предприятието е налична мрежа за централизирано отопление или охлаждане, какъвто е случаят в повечето индустриални зони, е по-разумно компанията да се възползва от това, а не да изгражда собствена ОВК система. 

Заводите, които изберат тази алтернатива, ще са с потенциал за по-висока ефективност, тъй като реализираните спестявания могат да бъдат оползотворени за внедряването на усъвършенствани производствени технологии.

Избягването на течове в отоплителните системи е от особено значение, тъй като при тях се губи не само вода, но и енергия. Течовете могат да възникват често, особено в инсталации, работещи с пара под високо налягане. 

Загубите от отделни пробиви може да изглеждат малки, но ако течовете са много на брой, количествата загубена вода могат да са значителни. С изпълнението на подходяща програма за мониторинг и поддръжка течовете могат да бъдат сведени до минимум, като същевременно с това се пести и вода, и енергия.

Охладителни кули
Изпарението е основният механизъм, по който се осъществява охлаждането на водата, но то е и причина за загуби. Използването на честотни регулатори за охладителните вентилатори позволява охлаждащият ефект да бъде регулиран спрямо изискваното натоварване, което ще сведе до минимум загубите поради изпарение и ще редуцира потреблението на вода.

Загуби поради разливи се случват при случайно изтичане на водата отстрани на охладителната кула заради лошо проектиране, повредени или липсващи жалузи или силен вятър. Разливите, заедно с унасянето на вода с въздушния поток (дрифт), могат да са отговорни за до 7% от загубите на вода от охладителни кули. 

Разливите могат да бъдат предотвратени с подходяща поддръжка на страничните панели или използването на жалузи и козирки против вятър. Освен че минимизират загубите на вода, тези съоръжения намаляват и замърсяването на водата с прах.

Малките капчици вода напускат охладителната кула под формата на дрифт. Загубите от дрифт обикновено са от порядъка на 0,02% от рециркулиращия поток. Те могат да бъдат ограничени с помощта на устройства за елиминиране на дрифта (drift eliminators). Освен че така се пести вода, редуцирането на дрифта намалява и потреблението на химикали.

Не е необходимо водата, използвана за охлаждане, да е с най-високо качество. За целта е допустимо да се ползват и пречистени отпадъчни води – дори директно след прост процес на третиране. Водата, изпусната от охладителните кули, също може да намери алтернативно приложение – например за охладителен контур или пожарозащита.

Почистване и промиване
В някои производствени процеси значителни количества вода се използват за почистване или промиване на крайния продукт. Има няколко мерки за подобряване на водната ефективност, които могат да бъдат взети в такива случаи.

Конвенционалните промивни системи са базирани на еднопосочен поток и използването на големи количества вода. Често се случва промиваните продукти да бъдат потапяни в напълно чиста свежа вода, след което съдържанието на резервоара да се източва. 

Необходимо е да бъдат проучени алтернативни конфигурации, които да изискват по-малко вода и същевременно да са също толкова ефективни. Водата в противотоковите промивни системи протича през серия от резервоари в посока, обратна на движението на промиваните продукти. Когато противотоковите промивни системи са с достатъчен брой резервоари и подходящ дебит, те са със същото ниво на ефективност като на еднопосочните, но за тях е необходима много по-малко вода.

Съществуват няколко стратегии и за случаите, когато промиването се налага с цел отстраняване на разтвор от продукта. Те могат да включват оставяне на разтвора да се оттече под силата на гравитацията или премахването му чрез вакуум, обдухване с въздух или центрофугиране. Тъй като с тези методи се редуцира количеството разтвор, което се пренася в промивните резервоари, същата промивна вода може да бъде използвана за по-голям обем продукция. 

Освен че по този начин се пести вода, с внедряването на тези мерки се намалява ненужната загуба на химикали и се удължава експлоатационният живот на промивните вани.

В някои промивни дейности процесът по отстраняване на нежеланите вещества от продукта може да бъде улеснен чрез употребата на химикали или енергия, което ще намали и водопотреблението. В такива случаи ползите от реализирането на спестявания в консумацията на вода трябва да бъдат съпоставени с разходите за допълнителните химикали и/или енергия.

Почистване на оборудване и помещения
Количеството вода, необходимо за почистване на производственото оборудване и помещенията на предприятието, може да бъде редуцирано в значителна степен чрез предварителното механично отстраняване на замърсяванията – посредством изчеткване, изстъргване и др. Освен че редуцират водопотреблението, механичните методи за почистване позволяват и възстановяването на продукти, които иначе биват отмивани от водата за почистване.

Почистването на място е метод, използван за почистване на вътрешни повърхности на тръби, съдове, процесно оборудване и свързаните с тях фитинги, без да е необходимо разглобяване. 

Технологията е особено полезна за сектори на индустрията, в които хигиенните изисквания са високи и съответно е необходимо редовно почистване – производството на храни и напитки, млекопреработвателната промишленост, производството на козметика и др. В такива системи през почистваното оборудване последователно се пропускат киселинни и алкални разтвори и промивна вода. 

Тъй като позволява различен брой рециркулации за отделните разтвори, за CiP процеса се изразходва значително по-малко вода в сравнение с конвенционалните почистващи системи. В допълнение, CiP технологията е по-бърза, за нея са необходими по-малко усилия, а рискът от експозиция на работниците на вредни химикали е по-нисък.

Около 50% по-малко вода може да бъде използвана, ако бъдат внедрени системи за почистване с пара, вода или смес въздух/вода под високо налягане. Почистващият ефект е същият, а понякога и по-добър от този на конвенционалните системи.

Други мерки за подобряване на водната ефективност при почистване на оборудване и помещения е монтирането на самозатварящи се дюзи на маркучите за вода и използването на детергенти или вода с по-висока температура.