RS55833B1 - Metoda za održivo hlađenje industrijskih procesa - Google Patents

Description

OBLAST PRONALASKA

Predmetni pronalazak odnosi se na metodu za preradu vode i upotrebu prerađene vode za hlađenje industrijskih procesa. Voda se prerađuje i čuva u velikom kontejneru ili u veštačkoj laguni, veoma je bistra i mikrobiološki veoma kvalitetna. Veliki kontejner ili veštačka laguna mogu da deluju kao odvod temperature, apsorbujući otpadnu toplotu iz industrijskih rashladnih procesa, i tako stvarajući rezervoare toplotne energije na održiv način, koja kasnije može da se upotrebi u druge svrhe. Metoda može da se koristi u svakom industrijskom rashladnom sistemu, sa svakom raspoloživom vrstom vode, uključujući slatku vodu, bočatnu vodu i morsku vodu.

POZADINA PRONALASKA

Širom sveta industrija se značajno proširila, i tokom godina su industrijski procesi unapređeni. Za mnoge industrije su u bar nekim procesima potrebni sistemi koje obezbeđuju hlađenje. Mnogi rashladni sistemi koriste vodu kao odvod toplote ili fluid za prenos toplote. Međutim, voda predstavlja ograničeni resurs. Dešava se eksploatacija i zagađivanje podzemnih izdana, okeana i površinskih voda, koja dovodi do smanjenja količine prikladne vode, kao i kvaliteta vode dostupne u prirodi. Tako treba pronaći nove načine korišćenja vode na održiv i ekonomičan način, kako bi se ovaj resurs koristio efikasno i bez uništavanja životne sredine.

Sadašnji industrijski rashladni sistemi često su ograničeni na oblasti gde su dostupne velike količine vode za hlađenje. Na primer, rashladni sistemi se često nalaze pored obala, gde tog resursa ima u izobilju. U skladu sa tim, značajan nedostatak rashladnih sistema na bazi vode je što su često ograničeni na specifične geografske oblasti. Na primer, za elektranu snage 350 MW koja radi na ugalj, potrebno je skoro 45.000 kubnih metara vode na sat za hlađenje, na primer u izmenjivačima toplote postrojenja, što odgovara punjenju 18 olimpijskih bazena za samo jedan sat.

Pored toga, otpadna toplota koju apsorbuje voda za hlađenje uglavnom se gubi u okolini ispuštanjem zagrejane vode nazad u prirodni izvor vode, ili ispuštanjem vodene pare u atmosferu. Nadoknadiva energija koja se gubi širom sveta svakog dana možda iznosi i do 80% ukupne električne energije koja se svakog dana troši u svetu.

Primeri specifičnih okruženja koja mogu da imaju koristi od poboljšanih industrijskih rashladnih sistema na bazi vode mogu da uključe, bez ograničenja, sledeće:

Termoelektrane

Povećanje populacije i tehnički napredak doveli su do velike potražnje za dodatnom energijom. Značajna upotreba svetske energije je koncentrisana na stvaranje električne energije. Potražnja za električnom energijom raste brzinom koju nameću modernizacija naroda i njihov ekonomski razvoj. Na primer, proizvodnja električne energije se povećala za skoro 40% u poslednjih 10 godina (pogledajte Sliku 1). Ova potražnja je dovela do povećane izgradnje novih postrojenja za proizvodnju električne energije širom sveta.

Termoelektrane su trenutno dominantna vrsta elektrana u funkciji. Ova postrojenja koriste gorivo za sagorcvanjc, pri čemu sagorcvanjc zagrcva fluid koji zatim pokreće turbinu u kolu generatora električne struje. Postoji takođe ijedan broj elektrana koje koriste obnovljive resurse - kao što je solarna energija ili geotermalna energija - koje stvaraju pogonski fluid koji zatim pokreće turbinu. Neke druge termoelektrane koriste nuklearna goriva, kao što je uranijum. Međutim, dostupni statistički podaci pokazuju da od ukupne energije koja je potrošena 2008. godine, 80 do 90% je dobijeno sagorevanjem fosilnih goriva u termoelektranama. Najčešće, ova vrsta postrojenja koristi ugalj, naftu ili prirodni gas. Ovaj veliki procenat proizvodnje električne energije delomje posledica velike dostupnosti fosilnih goriva u svetu. 1973. godine, od elektrana u svetu 78,4% su bile termoelektrane (uključujući nuklearne), dok je 2008. taj procenat porastao na 81,5%. Postoji stalna potreba da se poboljša operativna efikasnost tih postrojenja, i da se smanji njihov uticaj na okolinu.

Tokom vremena, termoelektrane su pretrpele različite izmene vezane za njihov rad. Na primer, sprovedene su izmene vezane za emisiju i efikasno korišćenje goriva. Međutim, nedostatak ovih postrojenja i dalje je upotreba rashladnih sistema sa vodom. Ovi sistemi imaju nekoliko nedostataka koji ograničavaju primenu na određene geografske lokacije. Pored toga, primena vode i prateće zagrevanje vode imaju potencijalno štetan uticaj na okolinu, povećavaju cenu energije, dovode do intenzivne potrošnje vode, gubitka zaostale toplote i/ili imaju velike instalacione i operativne troškove. U skladu sa tim, potrebni su poboljšani rashladni sistemi da bismo držali korak sa rastućom potrebom za energijom i električnom energijom.

Sadašnji rashladni sistemi koji se koriste u termoelektranama i drugoj industriji su: rashladni sistemi sa jednim prolazom, vlažni rashladni tornjevi i rashladna jezera.

Rashladni sistemi sa jednim prolazom

Jedan od glavnih tipova rashladnih sistema koji se danas koriste je rashladni sistem „sa jednim prolazom", što ukazuje na otvoreni sistem (tj. nema recirkulacije vode). Ovaj tip sistema sastoji se od strukture za uzimanje vode koja sakuplja vodu iz prirodnog izvora, i strukture za otpuštanje, koja vraća vodu natrag u prirodni izvor (npr. često u okean ili more). Sakupljena voda za hlađenje kruži kroz izmenjivače toplote koji funkcionišu kao deo industrijskog procesa. U izmenjivačima toplote, voda deluje kao odvod toplote, pri čemu se temperatura vode povećava dok protiče kroz izmenjivač. Zagrejana voda se onda izbacuje nazad u prirodni izvor. Samo u SAD-u oko 5500 elektrana koristi rashladni sistem sa jednim prolazom. Ova postrojenja koriste više od 180.000 miliona galona vode dnevno za hlađenje. Ta količina je, na primer, više od 13 puta veća od količine vode koja se u Australiji dnevno koristi za navodnjavanje. Rashladni sistemi sa jednim prolazom imaju mnoge nedostatke, uključujući štete po životnu sredinu usled usisavanja i smrti morskih organizama, termalnog zagađenja od vraćene, zagrejane vode, ograničenja vezanih za lokaciju postrojenja uz obalu (ili pored velikih izvora vode), vodu lošeg kvaliteta i gubitak zaostale toplote.

Rashladni sistemi sa jednim prolazom koriste velike zapremine vode po relativno niskoj ceni, ali to često dovodi do velikih neželjenih dejstava na morski ekosistem. Na primer, ovaj sistem dovodi do povećanja temperature u ispražnjenoj vodi. U okeanu, nagli porast temperature može da izazove ozbiljne probleme, koji čak dovode do smrti živih organizama. To pogađa morske ekosisteme i ljudsku aktivnost koja se odvija na obali, kao što je ribarenje i druga ekonomska aktivnost. Rashladni sistemi sa jednim prolazom mogu takođe da izazovu smrt morskih organizama usled usisavanja na ulazu vode. To može da ugrozi milione riba, larvi i drugih vodenih organizama svake godine širom sveta, jer bivaju usisani u cevovode koji vode ka izmenjivačima toplote. Smrt može da nastupi zbog filtera ili sita (npr. sudar sa filterom/sitom ili zadržavanje na filteru/situ), zbog pogonskih pumpi (npr. zbog prolaza u strukture pod visokim pritiskom i/ili protok koji prouzrokuje sudar sa zidovima), zbog hemikalija koje se dodaju, a u izmenjivačima toplote zbog nagle promene temperature. U nekim zemljama i državama, zakon zabranjuje upotrebu rashladnih sistema sa jednim prolazom. Stoga postoji potreba za traženjem novih načina hlađenja koji su održivi tokom vremena, i omogućavaju bolje dejstvo i efikasnost,

Drugo glavno ograničenje rashladnih sistema sa jednim prolazom je ograničenost lokacijom. Kao što je gore pomenuto, ovaj tip postrojenja mora tipično da bude lociran na obali pored mora ili na kopnu pored reka, kako bi bolje zahvatio velike količine vode. Te lokacije mogu da naprave značajne probleme sa korišćenjem zemljišta. Ove industrije su stoga ograničene usled velikih zapremina vode koje treba uvući i efekta toplotnog zagađenja na tim mestima. Zbog toga postrojenja imaju različite probleme vezane za lokaciju, što dovodi do većih troškova i potencijalnog odbacivanja od strane stanovništva te zajednice.

Drugi problem rashladnih sistema sa jednim prolazom je loš kvalitet vode koja se koristi za hlađenje. Rashladni sistemi sa jednim prolazom tipično koriste morsku vodu, koja ima veliki sadržaj organskih materija. To negativno utiče na sisteme za prenos toplote u rashladnim procesima. Na primer, prenos toplote je smanjen zbog živih ili mrtvih organizama koji prianjaju za cevi ili ih zagušuju. Stvara se biološko zagađenje koje počinje da prianja za unutrašnje površine cevi, smanjujući prenos toplote i tako dovodeći do veće neefikasnosti. Pored toga, novi ekološki standardi preporučuju (a neki zahtevaju) da postrojenja rade sa velikom efikasnošću, da bi količina energije proizvedena po jedinici goriva bila maksimalna. Jedna studija procenjuje da zagađenje u izmenjivačima toplote proizvodi novčane gubitke u industrijskim zemljama koje iznosi oko 0,25% bruto domaćeg proizvoda (BDP).

Drugo ograničenje rashladnih sistema sa jednim prolazom je to što se sva apsorbovana toplota izbacuje natrag u prirodni izvor vode bez korišćenja toplotne energije iz vode. U nekim slučajevima, izgubljena toplotna energija može da dostigne i do dve trećine ukupne stvorene toplote, dok količina proizvedene električne energije u elektrani iznosi svega jednu trećinu ukupne stvorene toplote. Bilo bi korisno da se iskoristi ta odbačena, vredna energija za druge korisne svrhe.

Vlažni rashladni tornjevi

Drugi rashladni sistem koji se danas koristi je vlažni rashladni toranj. Ti sistemi hlade vodu putem razmene toplote sa vazduhom u dimnjacima za isparavanje. Dimnjaci sadrže rezervoar sa hladnom vodom u osnovi koja se dovodi do postrojenja pomoću pumpi i kruži kroz kondenzator postrojenja (hladnjak), pri tome prenoseći toplotu radnog fluida postrojenja na vodu. Kada otpadna voda visoke temperature dođe do vrha tornja, ona počinje da silazi u finim mlazovima, kako bi dodirna površina za prenos toplote bila maksimalna. Neka postrojenja imaju ventilatore, ili na vrhu ili na dnu tornja, kako bi vazduh kružio na gore, da bi se postigao protivstrujni kontakt sa vodom. Kako voda pada, ona se hladi i isparavanjem se gubi toplota. Kada voda isparava, rastvorene soli padaju nazad u rezervoar sa vodom, i povećava se njihova koncentracija. Stoga jedna količina vode mora povremeno da se prečišćava i rezervoar mora da se napaja svežom vodom. Kod vlažnih rashladnih tornjeva javljaju se različiti problemi vezani za njihov rad, uključujući velike brzine uvlačenja i isparavanja vode, velike troškove, narušavanje urbane estetike ili pejzaža, kao i gubitak zaostale toplote.

Značajan problem vlažnih rashladnih tornjeva je velika brzina korišćenja vode. Prema Institutu za istraživanje električne energije (EPRI), kod elektrane na parni pogon koja radi na ugalj, brzina uvlačenja vode je oko 2082 l/MWh, a potrošnja vode usled isparavanja je oko 1817 l/MWh. Štaviše, vlažnim rashladnim torajevima je neophodno često dopunjavanje zbog velike potrošnje vode, koja je posledica velike brzine isparavanja. Sva isparena voda mora biti zamenjena, a takođe povremeno jedna količina vode mora da se prečisti zbog povećane koncentracije minerala u rezervoaru, koji takođe mora da se ponovo napuni. Generalno, vlažni rashladni tornjevi rade sa slatkom vodom, što izaziva veće operativne troškove.

Drugi veliki problem vlažnih rashladnih tornjeva je to što imaju velike instalacione i operativne troškove i troškove održavanja. Na primer, za postrojenje od 2245 MW, kapitalni troškovi mogu da dostignu 600 miliona dolara.

Nadalje, vlažni rashladni tornjevi uništavaju urbanu estetiku i pejzaž. To je posledica strukture tornja i pare koja se ispušta iz tornja u atmosferu. Para utiče na izgled pejzaža, i za posledicu može da ima vlažne trotoare, puteve i druge obližnje površine. Dalje ograničenje vlažnih rashladnih tornjeva je to što oni ne koriste zaostalu energiju, jer otpuštaju praktično svu zaostalu toplotu u atmosferu u obliku vodene pare. Prema tome, ukupna energetska efikasnost procesa je smanjena.

Rashladna jezera

Mnogi rashladni sistemi koji su sada zastupljeni u industrijskim procesima koriste rashladna jezera. Rashladna jezera se u principu sastoje od velikih količina vode koja se nalazi u jezeru iz koga se voda za hlađenje izvlači. Nakon prolaska kroz proces toplotne izmene u postrojenju, voda (sa višom temperaturom) se ispušta natrag u jezero. Površina jezera tipično zavisi od kapaciteta i efikasnosti postrojenja. Ovaj tip jezera koristi skoro petnaest posto (15%) termoelektrana u SAD-u koje koriste ugalj, druga fosilna goriva, kombinovane elektrane i nuklearna postrojenja. Glavni nedostaci rashladnih jezera su to što su fizički potrebne velike površine za njihovu primenu, kao i loš kvalitet vode u jezeru.

Zahtev za velikom površinom za izgradnju rashladnog jezera zasniva se na niskim temperaturama koje treba održavati - generalno ispod 22°C. Razlog je taj što, kada voda počne da se zagreva, ona postaje podložnija rastu i razvoju algi i drugih organizama koji izazivaju probleme u rashladnom sistemu i u samom jezeru. Da bi se održala niska temperatura, rashladna jezera imaju veoma velike površine, i do 2500 hektara. Uzimajući u obzir sve oskudnije iskorišćenje zemljišta, ovo rešenje postaje manje izvodljivo.

Drugo ograničenje rashladnih jezera je loš kvalitet vode u jezeru. U nekim postrojenjima, rashladna voda iz jezera mora se podvrgnuti dodatnom tretmanu, kao što je filtracija i uklanjanje jedinjenja koja oštećuju mašineriju. Loš kvalitet je posledica razvoja mikroorganizama, algi, i taloženja čestica. Kvalitet vode u tim jezerima čini ih podložnim razvoju mikroorganizama, algi i taloženju čestica. Kvalitet vode u tim jezerima čini ih neprivlačnim za rekreativne svrhe, i mogu predstavljati opasnost po zdravlje ljudi koji ih koriste.

Takođe, pošto nije dozvoljeno da temperatura vode u rashladnom jezeru poraste do 25-30°C ili više, zagrejana voda ne može da se koristi u druge svrhe, pa se tako gubi vredna toplotna energija.

Livačka industrija

Druge industrije, kao što su livnice i livačka industrija, mogu da koriste sistem za hlađenje vode. Livačka industrija je od izuzetnog značaja, naročito za rudarstvo, gde se metali tope da bi se dobili drugi proizvodi. U procesu livenja, stvaraju se gasovi na veoma visokim temperaturama, koji moraju da se ohlade pre naknadnog odbacivanja ili upotrebe. Sada se u većini livačkih industrija koriste sistemi za vodeno hlađenje, ili reciklirajući ili rashladni sistemi sa jednim prolazom.

Na osnovu potreba za hlađenjem mnogih industrija i nedostacima postojećih rashladnih sistema, postoji potreba za poboljšanim rashladnim sistemima koji rade sa manjim troškovima, izbegavaju termalno zagađenje i sa tim vezano termalno oštećenje morskih ekosistema, koriste manje količine vode, dopuštaju fleksibilnost u pogledu geografske lokacije i/ili iskorišćavaju toplotnu energiju nastalu u procesu hlađenja (npr. u izmenjivaču toplote) u korisne svrhe.

PRETHODNO STANJE TEHNIKE

EP 0 589 707 Al objavljuje metodu za hlađenje industrijskog procesa putem obezbeđivanja rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta za industrijski proces. Ova metoda obuhvata skladištenje vode u kontejneru i dodavanje sredstva za dezinfekciju u vodu.

U.S. Patent br. 4,254,818 u principu opisuje sprečavanje korozije u rashladnim sistemima industrijske operacije upotrebom vodenog rastvora soli koncentracije 20-35 težinskih %. Slana voda kruži u zatvorenom sistemu između izmenjivača toplote za operaciju i rashladnog jezera da bi se održala željena koncentracija soli, koja mora da bude između 20 i 35 težinskih %. Za metodu za hlađenje potreban je sistem za hlađenje od metala ili legure koji su otporni na koroziju pod uticajem vode i vodenog rastvora soli, kao i rashladni rezervoar koji sadrži vodeni rastvor soli koncentracije od 20 do 35 težinskih %, i zatvoreni sistem između pomenutog rezervoara i rashladnog sistema kroz koji kruži vodeni rastvor soli. Da bi se održala željena koncentracija vodenog rastvora soli, metoda razmatra dopunjavanje vode da bi se nadoknadili gubici i održala koncentracija soli. Takođe postoji mogućnost upotrebe pomoćnog suda ili rezervoara za taloženje kalcijum karbonata i kalcijum sulfata iz otpadne vode koja potiče od hlađenja industrijskih operacija, i prenos vode bez tih soli u rashladno jezero, sa mogućnošću sakupljanja soli.

U.S. Patent br. 4,254,818 zahteva upotrebu vode sa određenom koncentracijom soli, u opsegu od 20-35 težinskih %, što ograničava tip vode koji može da se primeni. Takođe, ovaj patent ne objavljuje primenu oksidacionih sredstava i flokulanasa ili koagulanasa, niti objavljuje uklanjanje suspendovanih čvrstih materija, algi, bakterija, metala i organskih materija. Pored toga, ovaj patent ne daje ekonomičan sistem za filtraciju. Umesto toga, patent objavljuje primenu pomoćnih rezervoara za taloženje kalcijum karbonata i kalcijum sulfata, što dovodi do većih troškova instalacije i održavanja.

US 2007/0045203 Al objavljuje uređaj pogodan za usisavanje mulja na dnu rashladnog jezera.

REZIME

Metode prema predmetnom pronalasku obezbeđuju industrijski proces sa visokokvalitetnom rashladnom vodom, često uporedivom sa kvalitetom vode u bazenima za plivanje, uz veoma male troškove. Opisan je koordiniran rashladni metod koji uključuje veliki kontejner za čuvanje vode koja se koristi za napajanje industrijskog procesa, naznačen time što se voda prvo dovodi do visokog kvaliteta koji se održava, a zatim se reciklira da bi se postigao održiv rashladni sistem tokom vremena. Pored toga, voda zagrejana industrijskim procesom opciono može da se koristi u druge svrhe, kao za zagrevanje stanova, proizvodnju vruće vode, toplotnu desalinizaciju i zagrevanje staklenika, kao i za druge različite industrijske i stambene svrhe. Kod toplotne desalinizacije, voda koja se podvrgava desalinizaciji treba da se zagreje pre prolaska kroz proces destilacije. Stoga, zagrejana voda iz kontejnera može se koristiti za grejanje u procesu termalne desalinizacije.

Takođe, industrije koje koriste vodu ili druge fluide na visokim temperaturama mogu da upotrebe ovu „prethodno zagrejanu" vodu za proizvodnju vodene pare, ili za povećavanje temperature drugog fluida putem toplotne izmene, tako povećavajući energetsku efikasnost i isplativost.

U slučaju rashladnih sistema koji se koriste u elektranama, predmetni pronalazak daje koordiniranu rashladnu metodu koja ima nekoliko prednosti u odnosu na postojeće sisteme, kao što je niska cena, ekološki je podoban i održiv tokom vremena. Za predmetni pronalazak koristi se manja količina vode nego u drugim sistemima, i tako se omogućava da industrije budu locirane na do sada nezamislivim mestima. Štaviše, kako laguna apsorbuje toplotu iz rashladnog procesa, može da se napravi velika temperirana laguna (npr. rezervoar za toplotnu energiju), koja može da se koristi za mnoge industrijske i rekreativne namene. Na primer, kada bi sve termoelektrane koristile predmetni pronalazak za hlađenje, što omogućava upotrebu toplotne energije koja se inače gubi, emisija CO2u svetu mogla bi da se smanji do 50%.

Za razliku od sadašnje rashladne tehnologije sa jednim prolazom, predmetni pronalazak daje koordiniranu metodu za hlađenje koja uključuje temperiranu lagunu koja radi u zatvorenom sistemu, na ekonomičan i održiv način koji čuva životnu sredinu. Metoda izbegava neželjena dejstva toplotnog zagađenja vezanog za ispuštanje vode na visokim temperaturama u more, i za njen uticaj na morske organizme. Najzad, predmetni pronalazak će pomoći da se smanji velika stopa smrtnosti vodenih organizama koja može da se desi usled usisnih sistema prethodnih uređaja, i prolaska kroz industrijske rashladne sisteme. Pored toga, omogućiće da postrojenja budu locirana na veoma raznovrsnim geografskim lokacijama. U nekim slučajevima, preseljenje postrojenja je moguće da bi se postigla energetska ušteda (npr. pošto postrojenje može da se nalazi u blizini mcsta gde se koristi energija, ili blizu centara potražnje, bez velikih rastojanja između mesta proizvodnje i mesta potrošnje).

Nadalje, predmetni pronalazak može da poveća efikasnost izmenjivača toplote putem upotrebe vode veoma visokog kvaliteta (npr. uporedive sa vodom iz bazena za plivanje) po niskoj ceni. Na primer, morska voda u prošeku ima providnost od 2 metra vodoravno, dok voda iz predmetnog pronalaska ima vodoravnu providnost do 40 metara. Morska voda takođe sadrži veliku količinu bakterija, dok voda iz predmetnog pronalaska sadrži znatno smanjene količine organske materije, poželjno malo ili nimalo organske materije, nakon tretmana. Tako, voda iz predmetnog pronalaska će svesti na najmanju meru biološko zagađenje i sprečiti stvaranje neželjenog taloga u cevima koji smanjuje prenos toplote. Rashladna voda iz predmetnog pronalaska se reciklira sa minimalnom zamenom, gde je zamena vode u predmetnom pronalasku potrebna uglavnom usled isparavanja iz lagune.

Najzad, predmetni pronalazak može da omogući upotrebu rezidualne toplotne energije koja se odbacuje iz industrijskih procesa. Na primer, povišena temperatura vode koja se vraća u rashladnu lagunu može se koristiti u druge svrhe, kao što je zagrevanje naselja, proizvodnja tople vode, toplotna desalinizacija ili u druge industrijske i stambene svrhe.

U poređenju sa vlažnim rashladnim tornjevima, predmetni pronalazak daje koordiniranu rashladnu metodu primenjenu na sistem koji dopunjuje oko 20% manje vode u poređenju sa rashladnim tornjevima, i otparava oko 20% manje vode u atmosferu (na osnovu tekućih procena i ambijentalne temperature i vlažnosti). Tako je predmetni pronalazak bolji za okolinu i prirodne resurse. Ovde opisane velike lagune takođe su korisne i zbog sniženja troškova, postižući uštede koje se procenjuju na do 50% uzimajući u obzir izgradnju i rad vlažnih rashladnih tornjeva. Pored toga, predmetni pronalazak stvara lagunu koja može da se koristi za rekreaciju, i kao turistička atrakcija. Na primer, mogu se napraviti veoma velike, temperirane lagune, koje se tokom godine mogu koristiti za rekreaciju. A kao što je gore pomenuto, rezidualna toplota u laguni može se koristiti u druge industrijske i stambene svrhe. Lagune sa rekreativnom ili industrijskom svrhom mogu se organizovati u različitim konfiguracijama, kako bi se omogućilo da postoji više veštačkih rashladnih laguna u isto vreme. Takve lagune mogu biti konstruisane kao serijske, paralelne, ili vezane jedna za drugu.

Takođe, predmetni pronalazak daje metodu sa nekoliko prednosti nad rashladnim jezerima. Kao prvo, prerađena voda ovde može da dostigne temperaturu i do 30°C, ili i do 50°C, ili višu, a da i dalje zadrži izvanredan kvalitet, uporediv sa vodom iz klasičnih bazena za plivanje. Tako izložena površina ovde opisane lagune može biti najmanje 3 do 10 puta manja od izložene površine tradicionalnih rashladnih jezera. Takođe, ako se voda održava na višim temperaturama, npr. na 40°C, može se postići dalje smanjenje površine, što čini ovde iznete lagune još korisnijim. Smanjenjem neophodne površine kontejnera ili veštačke lagune, industrijska postrojenja mogu da se izgrade i da rade u oblastima gde to ranije nije bilo moguće. Nadalje, kvalitet vode obezbeđen predmetnim pronalaskom nadaleko nadmašuje sadašnji kvalitet mnogih veštačkih jezera, sa vodom velike bistrine na temperaturama koje mogu da budu u opsegu od oko 20°C do 50°C, ili više.

U principu, predmetni pronalazak obezbeđuje metodu za dobijanje vode velike čistoće i bistrine iz izgrađene veštačke lagune ili druge veštačke velike vodene mase (npr. kontejnera). Voda može da se koristi kao fluid za prenos toplote, za hlađenje različitih industrijskih procesa. Otelotvorenja predmetnog pronalaska su upravljena na upotrebu velikih količina vode za hlađenje industrijskih procesa na ekonomičan i održiv način. Kontejner ili veštačka laguna za snabdevanje vodom mogu da posluže kao toplotni odvod, apsorbujući otpadnu toplotu iz industrijskih procesa putem prenosa toplote na rashladnu vodu koja kruži.

Metoda za obezbeđivanje rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta za industrijski proces opisana je u patentnom zahtevu 1.

KRATAK OPIS SLIKA

Prateći crteži, koji su obuhvaćeni ovom objavom i čine njen sastavni deo, ilustruju različita otelotvorenja predmetnog pronalaska. Na crtežima: Slika 1 je dijagram koji ilustruje povećanu proizvodnju struje u svetu, u TWh, od 1993. do 2008. godine.

Slika 2 je šematski dijagram toka procesa koji ilustruje sistem za izmenu toplote u otelotvorenju predmetnog pronalaska.

Slika 3 je šematski dijagram toka procesa koji ilustruje korišćenje vode iz strukture koja sadrži vodu, kao što je laguna, kao fluida za prenos toplote u otelotvorenju predmetnog pronalaska.

Slika 4 prikazuje pogled odozgo na strukturu koja sadrži vodu, kao što je laguna, u otelotvorenju predmetnog pronalaska.

Slika 5 je šematski dijagram koji ilustruje moguću rekreativnu i industrijsku primenu strukture koja sadrži vodu, 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" ili „struktura koja sadrži vodu" ovde se generički koriste da se opiše svaka veštačka velika vodena masa, uključujući veštačke lagune, veštačka jezera, veštačka jezerca, 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 svaki sistem koji može da dodaje ili primenjuje hemikalije, npr. vodi u kontejneru ili laguni.

Termin „mobilno sredstvo za usisavanje" ovde se generički koristi da se opiše svako sredstvo za usisavanje koje može da putuje preko dna kontejnera i da usisava sav nataloženi materijal ili čestice.

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

Termin „sredstvo za filtraciju" ovde se generički koristi da se opiše svaki sistem za filtraciju, uključujući sisteme koji sadrže filtere, cediljke i/ili separatore, i slično.

Kao što se ovde koriste, opšte vrste vode i njihova koncentracija ukupnih rastvorenih materija (TDS, u mg/l) su slatka, sa TDS<1500, bočatna, 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 jedinica koje formiraju kolonije 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 12 nefelometrijskih turbidimetrijskih jedinica NTU, poželjnije manje od 10 NTU, a najpoželjnije manje od 7 NTU.

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 filtraciju vode u bazenima za plivanje.

Kao što je ovde upotrebljen, termin „tradicionalni sistemi za filtraciju vode u bazenima za plivanje" ili „klasični sistemi za filtraciju vode u bazenima za plivanje" ili „klasični sistemi za filtraciju u bazenima za plivanje" uključuje sistem za filtraciju koji filtrira ukupnu zapreminu vode koju treba preraditi, od 1 do 6 puta dnevno, tipično sa centralizovanom filtracionom jedinicom.

Načini za realizaciju pronalaska

Kao što je gore izneto, industrijski rashladni sistemi tipično zahtevaju velike zapremine vode visokog kvaliteta i po niskoj ceni, za napajanje izmenjivača toplote za procese kondenzovanja ili hlađenja u mnogim industrijama. U principu, voda se koristi u izmenjivačima toplote, pošto ima toplotni kapacitet oko 4 puta veći od vazduha, što omogućava efikasniji prenos toplote. U procesu toplotne izmene, rashladna voda ulazi u izmenjivač na početnoj temperaturi, apsorbuje toplotu koja povećava temperaturu rashladne vode, na primer, najmanje za 3°C, ili između 3°C i 20°C, ili za oko 10°C. Zatim rashladna voda sa višom temperaturom napušta izmenjivač toplote i izbacuje se, reciklira se u lagunu ili se koristi u nekom drugom procesu u nastavku. Na primer, veštačka laguna može da se primeni za sniženje temperature vode koja izlazi iz industrijskog rashladnog procesa, ali pre nego što se voda izbaci u izvor vode.

Štaviše, kvalitet rashladne vode je takođe veoma važan, jer će u zavisnosti od njenog kvaliteta prenos toplote u izmenjivačima toplote biti efikasniji ili manje efikasan, utičući tako na troškove rada i održavanja postrojenja. Kvalitet rashladne vode koja se danas koristi veoma zavisi od izvora vode iz koga se voda izvlači, bilo daje to more, reka, jezero, itd.

Predmetni pronalazak se odnosi na metodu za obezbeđivanje industrijskog procesa sa mikrobilološki visokokvalitetnom rashladnom vodom, uporedivom sa kvalitetom vode u bazenima za plivanje, uz veoma male troškove. Recirkulacijom rashladne vode može se postići održiv proces, a u isto vreme će se zagrejati velike zapremine vode, tako stvarajući rezervoare toplotne energije za druge primene, kao što je grejanje naselja, proizvodnja vruće vode, toplotna desalinizacija, zagrevanje staklenika i slično, kao i ostale druge industrijske i stambene primene.

Velike zapremine prerađene vode mogu se dostaviti iz velikih kontejnera ili veštačkih laguna. Površina kontejnera ili lagune može se definisati u nekim otelotvorenjima preko količine energije koju treba ukloniti iz industrijskog procesa. Površina se kreće od 50 m do 30.000 m po MW hlađenja potrebnog industrijskim procesima. U nekim otelotvorenjima, površina može biti u opsegu od 50 m 2 do oko 20.000 m 2 , od 50 m 2 do oko 10.000 m 2 , ili od 50 m 2 do oko 5000 m<2>po MW hlađenja potrebnog industrijskim procesima. Kontejner ili laguna mogu da se koriste u rekreativne ili industrijske svrhe, i mogu se organizovati u različitim konfiguracijama, kako bi se omogućilo korišćenje više veštačkih rashladnih laguna ili kontejnera u isto vreme. Takve lagune ili kontejneri mogu biti konstruisani serijski, paralelno, ili vezivanjem jedne lagune ili kontejnera za drugi.

U saglasnosti sa ovde iznetim otelotvorenjima, metode mogu da prerade velike zapremine vode uz male troškove. U principu, to uključuje prečišćavanje vode i uklanjanje suspendovanih čvrstih materija iz vode bez filtriranja ukupne zapremine vode, nego samo filtriranje male frakcije, koja odgovara zapremini do 200 puta manjoj nego kod tradicionalnih metoda za filtriranje vode u bazenima za plivanje. Prerađena voda koju proizvode ove metode i sistemi može se koristiti kao rashladna voda u industrijske svrhe, kao što je ulazna voda u industrijski proces toplotne izmene.

Slika 2 ilustruje otelotvorenje iz predmetnog pronalaska koje se odnosi na sistem za izmenu toplote. Sistem sa Slike 2 prikazanje za uprošćeni proces proizvodnje toplotne energije (9). Međutim, opšti koncept toplotne izmene na Slici 2 može da se primeni na svaki industrijski proces gde je potrebno hlađenje materijala ili aparature. Na Slici 2, para prolazi kroz jednu ili više turbina (5), i zatim ide do izmenjivača toplote (3) gde se para kondenzuje. Zagrejana para (7) ulazi u izmenjivač toplote, gde se toplota apsorbuje, i materijal izlazi kao kondenzat (8). Kondenzat (8) može da prođe kroz sistem pumpi (6), koje ga potiskuju do uparivača (4) da bi se ponovo pretvorio u paru koja će proći kroz turbine (5). U izmenjivaču toplote (3), fluid koji apsorbuje toplotu može biti ulazna rashladna voda (1), koja ulazi sa prethodno definisanom temperaturom, prolazi kroz izmenjivač toplote i apsorbuje toplotu od pare (7), a zatim izlazi (2) na višoj temperaturi.

Slika 3 ilustruje otelotvorenje sistema za provođenje metode iz ovog pronalaska, gde se voda iz kontejnera ili veštačke lagune koristi kao fluid za prenos toplote u industrijskom procesu. Sistem može da sadrži vod za dovod vode (11) do kontejnera ili veštačke lagune (12). Veličine kontejnera ili veštačke lagune je najmanje 10.000 m 3 , ili najmanje 50.000 m 3. Razmatra se da kontejner ili laguna mogu da imaju zapreminu od 1 miliona m , 50 miliona m 3 , 500 miliona m 3 ili više. Kontejner ili veštačka laguna (12) mogu da imaju dno (13) koje može da prima nataloženi materijal, kao što su bakterije, alge, suspendovane čvrste materije, metali i druge čestice koje se talože iz vode. Postoji takođe i sredstvo ili uređaj za kontrolu (10), koje prati i kontroliše procese, da bi se podesili parametri kvaliteta vode (14) u okviru odgovarajućih granica. Takvi procesi mogu da uključuju aktiviranje (16) sredstva za primenu hemikalija (18) i aktiviranje (17) mobilnog sredstva za usisavanje (22). Mobilno sredstvo za usisavanje (22) se kreće duž dna lagune, usisavajući vodu koja sadrži nataložene čestice nastale bilo kojim ovde pomenutim procesom koji može da utiče na kvalitet vode. Takođe postoji i pogonsko sredstvo (23), koje obezbeđuje kretanje mobilnog sredstva za usisavanje, tako da mobilno sredstvo za usisavanje može da pređe dno lagune. Usisana voda može biti poslata do sredstva za filtraciju (20) koje filtrira vodu koja sadrži nataložene čestice, i tako uklanja potrebu za filtracijom ukupne zapremine vode (npr. samo se filtrira mala frakcija vode u laguni u istom vremenskom periodu kao kod tipičnog sistema za filtraciju u bazenima). Usisana voda može biti poslata do sredstva za filtraciju putem sabirnog voda (19) povezanog sa sredstvom za usisavanje. Takođe postoji i povratni vod (21) od sredstva za filtraciju do lagune, za vraćanje filtrirane vode. Ulazni vod za dovod vode (1) obezbeđuje rashladnu vodu iz lagune industrijskom procesu (9), kao što je izmenjivač toplote, i obezbeđen je povratni vod (2) za vodu više temperature koja dolazi iz industrijskog rashladnog procesa i vraća se u lagunu. U nekim otelotvorenjima, ova voda koja dolazi iz industrijskog rashladnog procesa i vraća se u lagunu ne dodaje više od 10 ppm gvožđa vodi u kontejneru ili laguni. Sredstvo za koordinaciju (10) može da menja protok prerađene rashladne vode ka industrijskom procesu (9). Industrijski proces (9) može da prenese informaciju (15) do sredstva za koordinaciju (10) da bi se utvrdile prethodno definisane granice za kvalitet vode.

Ulazni vod za vodu (11) može da sadrži prerađenu vodu, slatku vodu, bočatnu vodu ili morsku vodu koju treba preraditi prema metodi iz ovog pronalaska. Metoda može da uključuje sredstvo za koordinaciju (10) koje omogućava pravovremenu aktivaciju procesa potrebnih za podešavanje kontrolisanih parametara (npr. parametara kvaliteta vode) u okviru granica koje je specifikovao operator ili su unapred definisani. U otelotvorenjima, industrijski proces (9) može da prenese informaciju (15) do sredstva za koordinaciju (10) da bi se utvrdile prethodno definisane granice za kvalitet vode. Predmetni pronalazak koristi znatno manje hemikalija od tradicionalnih sistema za preradu vode u bazenima za plivanje, 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. Tako je moguće značajno smanjenje količine upotrebljenih hemikalija, i do 100 puta, u poređenju sa klasičnim postupcima prerade vode u bazenima za plivanje, i tako se veoma smanjuju operativni troškovi.

Voda vraćena u lagunu polako počinje da kruži i meša se sa ukupnom zapreminom vode u laguni da bi se postigla niža temperatura. Toplota može da se izgubi usled izmene toplote sa okolinom putem provođenja, prelaženja i/ili isparavanja. Postoji najmanje jedna tačka izvlačenja (1) vode iz lagune za industrijski proces, i najmanje jedna tačka vraćanja (2) vode više temperature iz industrijskih procesa u lagunu, i korisno je da one budu razdvojene tolikim rastojanjem da na temperaturu vode u tački izvlačenja ne utiče temperatura vode u tački vraćanja. Staviše, smanjenje površine/zapremine lagune može se ostvariti ako je temperatura vode u tački vraćanja i/ili temperatura vode u laguni viša.

Informacija primljena od strane sredstva za koordinaciju može se dobiti vizualnom inspekcijom, algoritmima koji se zasnivaju na iskustvu, elektronskim detektorima, ili njihovom kombinacijom. Sredstvo za koordinaciju može da uključuje elektronske uređaje, i bilo koje sredstvo koje može da prima informacije, obrađuje informacije, i da aktivira druge procese, te ovo uključuje i njihove kombinacije

Jedan primer sredstva za kontrolu je kompjuterski uređaj, kao što je personalni kompjuter. Sredstvo za koordinaciju može takođe da sadrži senzore za prijem informacija vezanih za parametre kvaliteta vode.

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

Dno kontejnera ili lagune u principu sadrži neporozni materijal, ili je njime pokriveno. Neporozni materijali mogu biti membrane, geomembrane, geotekstilne membrane, plastične obloge, beton, premazani beton ili njihove kombinacije. U poželjnom otelotvorenju pronalaska, dno kontejnera ili veštačke lagune može da sadrži plastičnu oblogu.

Mobilno sredstvo za usisavanje se kreće duž dna kontejnera ili lagune, usisavajući vodu koja sadrži nataložene čestice i materijal nastao bilo kojim ovde pomenutim procesom. Pogonsko sredstvo može biti povezano sa mobilnim sredstvom za usisavanje, omogućavajući da mobilno sredstvo za usisavanje putuje po dnu kontejnera ili lagune. Pogonsko sredstvo pogoni mobilno sredstvo za usisavanje koristeći sistem šina, sistem kablova, samopogonski sistem, robotski sistem, sistem sa daljinskim upravljanjem, čamac sa motorom ili plovilo sa motorom, ili njihove kombinacijje. U poželjnom otelotvorenju pronalaska, pogonsko sredstvo uključuje čamac sa motorom.

Voda koju usisa mobilno sredstvo za usisavanje može da se šalje do sredstva za filtraciju. Sredstvo za filtraciju prihvata tok vode koji je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje, 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 može da uključi, ali nije ograničeno na, filtere u kućištu, peščane filtere, mikrofiltere, ultrafiltere, nanofiltere i njihove kombinacije. Usisana voda može biti poslata do sredstva za filtraciju putem sabirnog voda povezanog sa mobilnim sredstvom za usisavanje. Sabirni vod može biti odabran između elastičnih creva, krutih creva, cevi od bilo kog materijala i njihovih kombinacija. Sistem može da sadrži povratni vod od sredstva za filtraciju do kontejnera ili lagune, za vraćanje filtrirane vode.

Slika 4 prikazuje pogled odozgo na sistem izvršavanje metode prema pronalasku. Kontejner ili veštačka laguna (12) mogu da uključe dovodni cevovod za napajanje (11), za dopunjavanje kontejnera ili lagune za isparavanje ili druge gubitke vode (npr. ispiranja ili infiltriran]'a). Sistem takođe može da sadrži injektore (24) raspoređene po obimu kontejnera ili veštačke lagune, za primenu ili doziranje hemikalija u vodu. Takođe mogu da se primene lopatice (25) za uklanjanje površinskih ulja i čestica.

Metoda prema pronalasku za preradu vode može se izvesti uz male troškove u poređenju sa tradicionalnim sistemima za preradu vode u bazenima za plivanje, zbog toga što se u predmetnom pronalasku koristi manje hemikalija i troši se manje energije nego kod tradicionalnih sistema za preradu vode u bazenima za plivanje. U jednom aspektu, predmetna metoda koristi znatno manje hemikalija, jer primenjuje algoritam za održavanje ORP-a (oksidaciono-redukcionog potencijala) od najmanje 500 mV u određenom periodu vremena, u zavisnosti od temperature vode, na taj način održavajući visok mikrobiološki kvalitet u skladu sa stvarnim potrebama vode. Predmetna metoda se provodi na sistemu kao što je ovde opisano koji sadrži sredstvo za koordinaciju, koje određuje kada treba primeniti potrebne hemikalije da bi se podesili kontrolisani parametri u svojim granicama, na osnovu informacija dobijenih od sistema. Pošto se koristi sredstvo za koordinaciju, hemikalije se primenjuju samo kada su potrebne, izbegavajući potrebu za održavanjem stalne koncentracije hemikalija u vodi. Tako postoji znatno smanjenje količine hemikalija, koja je i do 100 puta manja nego kod tradicionalnih sistema za preradu vode u bazenima, što dovodi do smanjenja operativnih troškova i troškova održavanja.

U drugom otelotvorenju, metoda iz pronalaska filtrira samo malu frakciju ukupne zapremine vode u određenom vremenskom okviru, u poređenju sa klasičnim sistemima za filtriranje vode u bazenima koji filtriraju mnogu 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 tradicionalnim sistemima za filtriranje vode u bazenima, koji filtriraju ukupnu zapreminu vode. Sredstvo za filtraciju u metodi i sistemu iz ovog pronalaska radi u kraćim vremenskim periodima zbog naređenja koja dobij a od sredstva za koordinaciju. Tako sredstvo za filtraciju ima veoma mali kapacitet, što dovodi do toga da su kapitalni troškovi i potrošnja energije i do 50 puta niži u poređenju sa centralizovanom jedinicom za filtriranje koja je potrebna u .klasičnim sistemima za filtriranje vode u bazenima.

Metoda za obezbeđivanje rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta za industrijski proces, prema ovom pronalasku, opisana je u patentnom zahtevu 1.

Voda koja se prerađuje metodom iz pronalaska 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, da bi se održao nivo ORP 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, j odo fori, kvaternerni amini (polikvati) generalno.

Ako je temperatura vode do 35°C, uključujući i graničnu vrednost, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 1 sata za svaki °C temperature vode. Na primer, ako je temperatura vode 25°C, 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°C a niža od 70°C, 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 °C - 35] = minimalni period u satima

Na primer, ako je temperatura vode 50°C, 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°C ili viša, nivo ORP-a od najmanje 500 mV održava se u minimalnom periodu od 1 sata tokom perioda od 7 dana.

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 1,5 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 i/ili u njoj disperguju pomoću sredstva za primenu hemikalija.

Sredstva protiv kalcifikacije mogu se primeniti na vodu ili u njoj dispergovati da bi se smanjila ili sprečila kalcifikacija, na primer, izmenjivača toplote u industrijskom procesu. Neograničavajući primeri sredstava protiv kalcifikacije uključuju, ali se ne ograničavaju na, jedinjenja na bazi fosfonata, kao što su fosfonska kiselina, PBTC (fosfobutan-trikarboksilna kiselina), hromati, cink polifosfati, nitriti, silikati, organske supstance, masna soda, polimeri na bazi malinske kiseline, natrijum poliakrilati, natrijumove soli etilen diamin tetrasirćetne kiseline, inhibitori korozije kao što je benzotriazol, i njihove kombinacije.

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.

U principu, sredstva za flokulaciju ili koagulaciju se primenjuju na vodu ili u njoj disperguju pomoću sredstva za primenu hemikalija. 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 škroba, i njihove kombinacije. Frakcije vode u kojima se flokule sakupljaju ili talože je u principu sloj vode na dnu kontejnera. Flokule formiraju talog na dnu kontejnera koji se zatim može ukloniti pomoću mobilnog sredstva za usisavanje, i nema potrebe da se celokupna voda iz sredstva za skladištenje filtrira, npr. filtrira se samo jedna mala frakcija.

Sredstvo za primenu hemikalija i mobilno sredstvo za usisavanje u metodi iz pronalaska pravovremeno se aktiviraju pomoću sredstva za koordinaciju, da bi se podesili kontrolisani parametri u okviru odgovarajućih granica. Sredstvo za primenu hemikalija i mobilno sredstvo za usisavanje aktiviraju se prema potrebama sistema, što dovodi do primene znatno manje hemikalija u poređenju sa klasičnim sistemima za preradu vode u bazenima, i filtriranja male frakcije ukupne zapremine vode, i do 200 puta manje u poređenju sa klasičnim sistemima za preradu vode u bazenima koji filtriraju celokupnu zapreminu vode u istom vremenskom okviru. U nekim otelotvorenjima koja se ovde razmatraju, „mala frakcija" vode koja se filtrira može biti manja od oko 30%, manja od oko 25%, manja od oko 20%, manja od oko 15%, manja od oko 10%, manja od oko 9%, manja od oko 8%, manja od oko 7%, manja od oko 6%, manja od oko 5%, manja od oko 4%, manja od oko 3%, manja od oko 2%, manja od oko 1%, manja od oko 0,9%, manja od oko 0,8%, manja od oko 0,7%, manja od oko 0,6% ili manja od oko 0,5% dnevno, od ukupne zapremine vode.

U metodi koja je ovde objavljena, sredstvo za koordinaciju može da prima informacije u vezi sa parametrima kvaliteta vode i njihovim odgovarajućim granicama. Sredstvo za koordinaciju takođe može da prima informacije, obrađuje te informacije, i aktivira potrebne procese u skladu sa tim informacijama, uključujući kombinaciju svega pomenutog. Jedan primer sredstva za koordinaciju je kompjuterski sistem, kao što je personalni kompjuter, povezan sa senzorima koji mere parametre i aktiviraju procese u skladu sa tim informacijama.

Reprezentativni procesi koje može da aktivira sredstvo za koordinaciju uključuju:

• Pravovremeno aktiviranje sredstva za primenu hemikalija, dajući informaciju o dozama i dodavanju prikladnih hemikalija da bi se kontrolisani parametri kvaliteta vode održali u odgovarajućim granicama. • Pravovremeno aktiviranje mobilnog sredstva za usisavanje, koje istovremeno može da aktivira sredstvo za filtriranje vode koju je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje, filtrirajući na taj način samo malu frakciju vode iz kontejnera ili veštačke lagune, u poređenju sa tradicionalno konstruisanim ccntralizovanim sistemima za filtraciju u bazenima.

Sredstvo za koordinaciju takođe daje informacije mobilnom sredstvu za usisavanje, da aktivira mobilno sredstvo za usisavanje. Sredstvo za koordinaciju može simultano aktivirati sredstvo za filtraciju, da bi se profiltrirao tok koji je usisalo mobilno sredstvo za usisavanje, tj. filtrira se samo mala frakcija ukupne zapremine vode. Sredstvo za koordinaciju aktivira mobilno sredstvo za usisavanje da bi se sprečilo da debljina nataloženog materijala generalno postane veća od 100 mm. Sredstvo za filtraciju i mobilno sredstvo za usisavanje 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. U daljim otelotvorenjima, mobilno sredstvo za usisavanje može da spreči da debljina nataloženog materijala postane veća od 50 mm, ili 25 mm, ili 15 mm. Pod nekim okolnostima, kontejner ili veštačka laguna mogu se koristiti u rekreativne svrhe, pored toga što predstavljaju izvor rashladne vode za industrijske procese.

Mobilno sredstvo za usisavanje može da putuje po dnu veštačke lagune, temeljno usisavajući vodu koja sadrži nataložene čestice, i tako dopuštajući da dno lagune bude lako vidljivo kroz vodu. Staviše, dno lagune može biti bilo koje boje, uključujući belu, žutu ili svetio plavu, dajući tako masi vode atraktivnu boju. U otelotvorenju, horizontalna vidljivost kroz vodu u laguni može biti najmanje 4 metra, najmanje 6 metara, najmanje 10 metara, ili najmanje 15 metara, a u nekim slučajevima i do 40 metara.

Pored primene za hlađenje, voda u veštačkoj laguni može biti dovoljnog kvaliteta i čistoće da bude u skladu sa zakonskim propisima o vodi za rekreaciju sa kojom se dolazi u direktan kontakt i/ili zakonskim propisima o kvalitetu vode za bazene. Na primer, voda u veštačkoj laguni može da odgovara bakteriološkim zahtevima za vodu za rekreaciju sa kojom se dolazi u direktan kontakt, koje je dala Agencija za zaštitu životne sredine [EPA kriterijumi za vodu za rekreaciju, za kupanje (pun telesni kontakt), 1986].

Slika 5 ilustruje otelotvorenja za različite rekreativne i industrijske primene kontejnera ili veštačke lagune (12) koja su ovde objavljena. Kontejner ili veštačka laguna (12) sadrži ulazni vod (2) i izlazni vod (1) za vodu. U jednom otelotvorenju (33), ilustrovane su različite primene lagune sa zagrcjanom vodom (rezervoar toplotne energije): stambeno grejanje (30), snabdevanje toplom vodom u svrhe toplotne desalinizacije (28), za grejanje staklenika (29) ili prethodno zagrevanje procesnih fluida, ili snabdevanje prethodno zagrejanom vodom različitih industrijskih procesa (27), kao i ostale mešovite industrijske i stambene primene (31). U drugom otelotvorenju (32), ilustrovana je primena lagune (12) sa zagrejanom vodom (rezervoar toplotne energije) za komercijalne/rekreativne namene, kao što je okruživanje lagune nekretninama u razvoju (26).

PRI M ERI

Primer 1

Metoda iz predmetnog pronalaska upotrebljena je u procesu hlađenja dizel generatora. Kontejner zapremine 200 m 3 i površine od oko 285 m 2 napunjen je morskom vodom sa koncentracijom TDS oko 35.000 ppm. Temperatura vode u kontejneru je bila 35°C, na osnovu te temperature, ORP

PRI M ERI

U sledećim primerima jednina uključuje mogućnost množine (najmanje jedan). Objavljene informacije su ilustrativne, i druga otelotvorenja postoje i spadaju u obim predmetnog pronalaska.

Primer 1

Metoda i sistem iz predmetnog pronalaska upotrebljen je u procesu hlađenja dizel generatora. Kontejner zapremine 200 m 3 i površine od oko 285 m 2 napunjen je morskom vodom sa koncentracijom TDS oko 35.000 ppm. Temperatura vode u kontejneru bila je 35°C. Na osnovu te temperature, održavanje ORP od najmanje 500 mV u periodu od (35 x 1) 35 sati tokom nedelje. U ponedeljak, da bi se ORP održao u periodu od 12 sati, vodi je dodat natrijum hipohlorit kako bi se dostigla koncentracija od 0,16 ppm u vodi. Kasnije te nedelje, u sredu, ORP je održavan u periodu od 9 sati, održavanjem iste koncentracije natrijum hipohlorita. Najzad, u petak je u vodi održavana koncentracija natrijum hipohlorita od 0,16 ppm tokom preostalih (35-12-9) 14 sati, da bi se dopunilo do 35 sati za nedelju dana. 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. Dodat je flokulant pre nego što je zamućenje vode dostiglo vrednost od 7 NTU, i injektovan je Crvstal Clcar<®>dok nije postignuta koncentracija od 0,09 ppm u kontejneru.

Na osnovu informacija dobijenih od sistema, sredstvo za koordinaciju je aktiviralo sredstvo za usisavanje pre nego što je debljina nataložene materije postala veća od 100 mm. Nataloženi materijal, proizvod metode koordinacije, usisan je uređajem koji je prelazio po površini kontejnera, i sakupljeni tok je filtriran kroz peščani filter brzinom od 5 l/s. Nije bilo potrebno filtrirati ukupnu zapreminu vode. Uređaj za usisavanje je izvukao samo malu frakciju ukupne zapremine vode koja je sadržala talog, i otpremio je tu vodu na peščani filter. Filtrirana voda je zatim vraćena u kontejner sa peščanog filtera putem povratnog voda.

Zagrejana voda je upotrebljena u temperiranom bazenu za plivanje u rekreativne svrhe, i predstavlja veliku uštedu energije u poređenju sa zagrevanjem vode tradicionalnim metodama (kao što su bojleri).

Primer 2

Metoda iz predmetnog pronalaska može se koristiti za preradu i održavanje vode za hlađenje termoelektrane od 420 MW. Može se izgraditi veštačka laguna površine 360.000 m , zapremine oko 540.000 m , i temperature vode oko 45°C. Sledeća tabela pokazuje procenjene površine (hektar = ha) koje bi bile potrebne za hlađenje elektrane od 420 MW, na osnovu temperature vode u laguni:

Laguna može da se napaja putem ulaznog voda vodom iz mora, čija ukupna koncentracija rastvorenih čvrstih materija iznosi oko 35.000 ppm, dok se laguna ne napuni.

Temperatura vode je 45°C, što je više od 35°C, pa se ORP od najmanje 500 mV održava ukupno 25 sati (35 - [45 - 35] = 25) koji su raspoređeni tokom 7-dnevnog perioda. Na primer, u utorak može da se dodaje natrijum bromid da bi se održala koncentracija od 0,134 ppm u vodi tokom 12 sati, a zatim u petak iste nedelje, može da se ponovi dodavanje hemikalija na isti način tokom 13 sati, tako dopunjujući ukupno 25 sati tokom 7-dnevnog perioda.

Sredstvo za koordinaciju, koje može biti osoba, prima informaciju vezanu za kontrolisane parametre metode i sistema (npr. različite parametre kvaliteta vode). Ne mora biti neophodno da se u vodu doda oksidaciono sredstvo, jer natrijum bromid generalno ima dovoljan redoks potencijal za oksidaciju gvožđa i mangana.

U stupnju flokulacije, može biti injektovan Crvstal Clear<®>pre nego što zamućenje dostigne vrednost od 7 NTU, da bi se dobila koncentracija od 0,08 ppm u vodi. Dodavanje flokulansa može se ponavljati svakih 48 sati.

Na primer, u utorak može da se dodaje natrijum bromid da bi se održala koncentracija od 0,134 ppm u vodi tokom 12 sati, a zatim u petak iste nedelje, može da se ponovi dodavanje hemikalija na isti način tokom 13 sati, tako dopunjujući ukupno 25 sati tokom 7-dnevnog perioda.

Sredstvo za koordinaciju, koje može da bude fizičko lice, prima informacije u vezi sa kontrolisanim parametrima metode i sistema (npr. različitim parametrima kvaliteta vode). Ne mora biti potrebno dodavanje oksidacionog sredstva u vodu, jer natrijum bromid generalno ima dovoljan redoks potencijal da oksidiše gvožđe i mangan.

U stupnju flokulacije, može biti injektovan Crvstal Clear<®>pre nego što zamućenje dostigne vrednost od 7 NTU, da bi se dobila koncentracija od 0,08 ppm u vodi. Dodavanje flokulansa može se ponavljati svakih 48 sati.

Nakon taloženja bakterija, metala, algi i drugih čvrstih materija, i pre nego što debljina nataloženog materijala ne dostigne 15 mm, sredstvo za koordinaciju može da aktivira mobilno sredstvo za usisavanje, koje može da sadrži 9 usisnih uređaja koji se kreću duž dna lagune, usisavajući vodu koja sadrži čestice taloga. Svaki od 9 usisnih uređaja može se povezati sa pogonskim sredstvom, u ovom slučaju, čamcem sa motorom. Vodeni tok koji sadrži nataložene čestice, za svaki usisni uređaj, može da se pumpa pomoću pumpe od 5,5 kW do sredstva za filtraciju kroz elastična creva.

Usisani tok iz svakog usisnog uređaja može da se filtrira preko peščanih filtera brzinom od 21 l/s. Tako nema potrebe da se filtrira celokupna zapremina vode - umesto toga se filtrira samo frakcija vode koja sadrži nataložene čestice usisana usisnim uređajima, što je do 200 puta manje od zapremine vode koja se filtrira klasičnim filtracionim sistemima u bazenima. Filtrirana voda može se vratiti u lagunu pomoću povratnog voda, koji može biti elastično crevo.

Prerađena voda može se upotrebiti kao rashladna voda za termoelektranu od 420 MW. Snaga (ili toplota) koju treba ukloniti, protok vode i porast temperature vode povezani su jednačinom:

Q =m- cp -& T t

gde jecpspecifična toplota vode na konstantnom pritisku, aproksimativno:

Stoga, za postrojenje od 420 MW, protok rashladne vode može biti 54.000 m /h uz povećanje temperature rashladne vode od oko 7°C. Površina lagune je 36 hektara, što iznosi 0,086 hektara za svaki MW potrebnog hlađenja.

Deo rashladne vode sa izmenjivača toplote termoelektrane može se napajati vodom iz lagune različitim sredstvima. Temperatura vode u laguni, pa tako i temperatura ulazne rashladne vode na izmenjivaču toplote, iznosi oko 45°C. Nakon napuštanja izmenjivača toplote, voda može da se vrati u lagunu sa temperaturom oko 52°C. Dakle, temperatura vode upotrebljene u industrijskom rashladnom procesu porasla je za oko 7°C.

Voda koja se vraća u lagunu, koja ima višu temperaturu, počinje polako da teče kroz lagunu, mešajući se sa ukupnom zapreminom vode u laguni, i tako snižavajući temperaturu vraćene vode. Temperatura lagune ostaje prosečno oko 45°C, a voda može da se izvlači iz lagune za ponovnu upotrebu u industrijskom procesu hlađenja, ili na kontinualnoj bazi. Prerađena voda u laguni može da ima sledeće parametre:

Kao što se vidi iz ovog primera, upotreba predmetnog pronalaska ima nekoliko prednosti nad postojećim rashladnim sistemima, koje uključuju: izbegavanje stvaranja štetnih uticaja na životnu sredinu, na morske ekosisteme, usled toplotnog zagađenja i usisavanja morskih organizama u industrijski proces, jer ilustrovani sistem predstavlja sistem za recirkulaciju vode u zatvorenom kolu koje ne stupa u interakciju sa okeanom niti prirodnim izvorom vode; niske instalacione i operativne troškove u poređenju sa rashladnim tornjevima i drugim poznatim rashladnim sistemima; mogućnost lociranja industrijskog postrojenja na ranije nezamislivim mestima, usled male potrošnje vode iz izvora vode - nije neophodno da industrijsko postrojenje bude locirano pored mora ili drugih prirodnih izvora vode, i u isto vreme, stvaranje velikih rezervoara energije za mnogobrojne druge upotrebe, kao za stambeno grejanje, proizvodnju vruće vode i toplotnu desalinizaciju, kao i za druge industrijske, stambene i/ili rekreativne namene.

Usled niske cene sredstava za filtriranje, gde se filtrira samo mala frakcija ukupne zapremine vode (i do 200 puta manje nego kod klasičnih sistema za filtriranje u bazenima), i smanjene upotrebe hemikalija (i do 100 puta manje nego kod klasičnih sistema), moguće je da se održe velike mase vode velike bistrine. Upotreba klasičnih tehnologija

Upotrebom 9 uređaja za usisavanje i sistema koji su ovde opisani, instalacioni troškovi su sniženi oko 50 puta, a operativni troškovi za oko 25 puta. Tako kontejneri ili lagune predstavljaju održive i isplative opcije za snabdevanje elektrana i drugih industrijskih procesa rashladnom vodom.

Claims (7)

1. Metoda za obezbeđivanje rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta za industrijski proces, gde industrijski proces uključuje industrijsko postrojenje, i metoda obuhvata: a. sakupljanje ulazne vode iz izvora vode (11); b. skladištenje ulazne vode u kontejneru (12), naznačenim time što kontejner (12) ima dno (13) koje može da se očisti mobilnim sredstvom za usisavanje (22), naznačenim time što je kontejner veštačka velika vodena masa zapremine najmanje 10.000 m , i naznačenim time što je površina kontejnera (12) u opsegu od 50 do 30.000 m po MW hlađenja potrebnog industrijskom procesu; c. aktiviranje sledećih procesa putem sredstva za koordinaciju: i. tokom perioda od 7 dana, dodavanjem sredstva za dezinfekciju u vodu u kontejneru:

(1) za temperaturu vode u kontejneru do 35°C, uključujući i graničnu vrednost, održavanje ORP-a vode u kontejneru iznad 500 mV u minimalnom periodu od 1 sata za svaki °C temperature vode u kontejneru;

(2) za vodu u kontejneru temperature veće od 35°C i manje od 70°C, održavanje ORP-a vode u kontejneru na najmanje 500 mV u minimalnom periodu sati, naznačeno time što se minimalni period sati izračunava pomoću sledeće jednačinc: [35 sati] - [temperatura vode u °C - 35] = minimalni period sati; ili

(3) za vodu u kontejneru temperature 70°C ili više, održavanje ORP-a vode u kontejneru na najmanje 500 mV u minimalnom periodu od 1 sata; ii. primena oksidacionog sredstva na vodu u kontejneru da bi se sprečilo da koncentracije gvožđa i mangana u vodi u kontejneru postanu veće od 1,5 ppm; iii. primena koagulansa i/ili flokulansa na vodu u kontejneru da bi se sprečilo da zamućenje vode u kontejneru postane veće od 7 NTU; iv. usisavanje vode u kontejneru pomoću mobilnog sredstva za usisavanje da se spreči da debljina nataloženog materijala postane veća od prosečno 100 mm; v. filtriranje vode iz kontejnera usisane pomoću mobilnog sredstva za usisavanje; i vi. povratak filtrirane vode u kontejner, naznačeno time što se hemikalije primenjuju samo kada su potrebne, i naznačeno time što sredstvo za filtraciju i mobilno sredstvo za usisavanje rade samo po potrebi da bi se parametri vode održali u svojim granicama; i d. dostavljanje rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta iz kontejnera (12) industrijskom procesu (9) sa takvim protokom daje razlika u temperaturi između rashladne vode koja ulazi u industrijski proces (9) i rashladne vode koja izlazi iz industrijskog procesa (9) najmanje 3 °C; i naznačeno time što sredstvo za koordinaciju (10) prima informacije u pogledu parametara koji se kontrolišu, i pravovremeno aktivira procese iz koraka (c) za podešavanje parametara u odgovarajućim granicama,

2.Metoda iz patentnog zahteva 1, naznačena time što rashladna voda koja napušta industrijski proces ne dodaje više od 10 ppm gvožđa vodi u kontejneru.

3. Metoda iz patentnog zahteva 1, naznačena time što: sredstvo za dezinfekciju uključuje ozon, jedinjenje bigvanida, jedinjenje na bazi broma, jedinjenje na bazi halogena ili njihovu kombinaciju; oksidaciono sredstvo uključuje jedinjenje na bazi halogena, permanganatnu so, peroksid, ozon, natrijum persulfat, kalijum persulfat, oksidans dobijen metodom elektrolize, ili njihovu kombinaciju; koagulans i/ili flokulans uključuje polimcrc kao što su katjonski i anjonski polimeri, so aluminijuma, aluminijum hlorhidrat, stipsa, aluminijum sulfat, kvaternijum i/ili polikvaternijum, kalcijum oksid, kalcijum hidroksid, fero sulfat, feri hlorid, poliakrilamid, natrijum aluminat, natrijum silikat, hitozan, želatin, guar guma, alginat, moringa seme, derivat škroba, ili njihove kombinacije; ili bilo koju njihovu kombinaciju.

4.Metoda iz patentnog zahteva 1, naznačena time što prosečna debljina nataložene materije ne prelazi 15 mm.

5. Metoda iz patentnog zahteva 1, naznačena time što mobilno sredstvo za usisavanje (22) putuje po dnu veštačke lagune (12), temeljno usisavajući vodu koja sadrži nataložene čestice, i dopuštajući da dno (13) lagune (13) bude vidljivo kroz vodu, naznačeno time što je dno (13) kontejnera (12) belo, žuto ili svetio plavo.

6.Metoda iz patentnog zahteva 1, naznačena time što industrijski proces (9) uključuje izmenjivač toplote, i metoda dalje uključuje dodavanje sredstva protiv kalcifikacije toku rashladne vode visokog mikrobiološkog kvaliteta koji ulazi u izmenjivač toplote, da bi se smanjila ili sprečila kalcifikacija.

7. Metoda prema patentnom zahtevu 6, naznačena time što sredstvo protiv kalcifikacije uključuje jedinjenje na bazi fosfonata, fosfonsku kiselinu, PBTC (fosfobutan-trikarboksilnu kiselinu), hromat, cink polifosfat, nitrit, silikat, organsku supstancu, masnu sodu, polimer na bazi malinske kiseline, natrijum poliakrilat, natrijumovu so etilen diamin tetrasirćetne kiseline, inhibitor korozije, benzotriazol, ili njihovu kombinaciju.