Doświadczenie z destylacją

W jaki sposób odparowanie może pomóc mniejszym zakładom farmaceutycznym i kosmetycznym zaoszczędzić na kosztach oczyszczania ścieków

Zarządzając gospodarką wodno-ściekową i energią w zakładzie warto zdać sobie sprawę, że ścieki pochodzące z produkcji są potencjalnym źródłem zysków, a nie tylko niepożądanym wydatkiem. W przypadku mniejszych zakładów produkujących kosmetyki, które obecnie utylizują odpady płynne poza terenem zakładu, odparowanie zmniejszy koszty oczyszczania ścieków i zapewni możliwości odzyskiwania surowców (takich jak środki dezynfekujące, białka i glikole) oraz umożliwi odzysk wody.

 

Jak to działa?

Odparowywanie to technologia znana od bardzo dawna — wystarczy pomyśleć o pozyskiwaniu soli z wody morskiej — koncepcja ta została zastosowana w wielu gałęziach przemysłu, jednak w kontekście oczyszczania ścieków zbyt często była odrzucana jako nieopłacalna. Jednak sytuacja się zmienia. W miarę jak alternatywne metody utylizacji, takie jak odprowadzanie ścieków i składowanie na wysypiskach, stają się coraz bardziej kosztowne, odparowywanie staje się coraz bardziej atrakcyjne. Utylizacja odpadów, zawierających aktywne substancje farmaceutyczne (API) i podobne składniki, poza terenem zakładu często wiąże się ze spalaniem lub złożoną obróbką chemiczną. Odparowanie stanowi zrównoważoną i przyjazną dla środowiska alternatywę, która może zmniejszyć objętość odpadów nawet o 90%, przynosząc znaczne oszczędności kosztów.

Zakłady kosmetyczne i farmaceutyczne, które obecnie utylizują odpady płynne poza zakładem, mogą korzystać z odparowywania w celu zminimalizowania kosztów operacyjnych i odzyskiwania surowców, w tym API, środków dezynfekujących, białek i glikoli, a także wody.
W jaki sposób? Wyparki działają na zasadzie przekształcania wody w parę, do czego wymagana jest energia cieplna przekraczająca utajone ciepło parowania.

Powstała para wodna może zostać następnie skondensowana poprzez schłodzenie w celu usunięcia utajonego ciepła, co pozwala uzyskać destylat do ponownego wykorzystania. W wyparce pozostaje stężona ciecz (koncentrat), stanowiąca zazwyczaj około 10% pierwotnej objętości, co znacznie zmniejsza koszty utylizacji poza zakładem. Aby ten proces zadziałał, woda musi mieć temperaturę wrzenia, która przy ciśnieniu atmosferycznym wynosi 100°C, czyli temperaturę, w której rozkładowi może ulegać wiele substancji farmaceutycznych i kosmetycznych. Najnowsza generacja wyparek z pompą ciepła pracuje w próżni, co oznacza, że woda wrze w zakresie temperatury 30-40°C. Uzyskane w ten sposób parowanie w niskich temperaturach umożliwia odzyskiwanie z odpadów nawet surowców wrażliwych na wysoką temperaturę.

Wyparki z pompą  ciepła wykorzystują obwód chłodniczy napędzany sprężarką do pobierania utajonego ciepła z pary wodnej, co powoduje jej skraplanie, a następnie przenosi je do cieczy w celu jej odparowania. Jest to bardzo wydajny sposób odzyskiwania ciepła utajonego, co oznacza, że proces wymaga bardzo niewielkiej ilości dodatkowego ciepła. Każde dodatkowe ciepło, które jest wymagane może zostać dostarczone przez wewnętrzną grzałkę elektryczną lub zewnętrzne źródło ciepłej wody. W rezultacie otrzymujemy proces, który zazwyczaj zużywa około 0,15 kWh na litr destylatu.

KONTAKT: 

Ciechosław Sułkowski
Kierownik Sprzedaży
tel. +48 600 001 728

Wyparki z wymuszonym obiegiem czy ze zgarniaczem?

Istnieją dwie podstawowe opcje technologiczne odparowywania: wymiennik ciepła z obiegiem wymuszonym i ze zgarniaczem. W urządzeniach z obiegiem wymuszonym ciecz przepompowywana jest przez wymiennik ciepła w celu podniesienia temperatury do około 40°C, ale nie dochodzi do wrzenia, ponieważ znajduje się pod ciśnieniem pompowania. Gorąca ciecz następnie wpływa do wnętrza wyparki, która pracuje w warunkach próżni, gdzie ciecz błyskawicznie zamienia się w parę, pozostawiającą za sobą stężony strumień cieczy. Prędkość recyrkulacji utrzymuje turbulentne warunki w rurach wymiennika ciepła, aby powierzchnie wymiany ciepła były wolne od osadów, które mogłyby niekorzystnie wpływać na wydajność wymiany ciepła. Ten rodzaj odparowania pozwala na łatwe grawitacyjne rozdzielenie fazy ciekłej i parowej, tworząc destylat najwyższej jakości.

Odparowywanie z wymuszonym obiegiem przeprowadza się w celu uzyskania destylatu wysokiej jakości, natomiast technologia ze zgarniaczem pozwala na zminimalizowanie objętości stężonej cieczy do utylizacji. Może być nawet stosowana wobec odpadów o wysokiej lepkości lub pieniących się. Technologia ze zgarniaczem przypomina odparowywanie sosu w rondelku - jeśli zaprzestaniesz mieszania, będzie się przypalał. Ciepło jest szybko przenoszone z kuchenki przez dno rondelka do cieczy. . W procesie konwekcji ta gorąca ciecz unosi się następnie znad powierzchni grzewczej w głąb masy sosu. Wraz ze wzrostem lepkości cieczy szybkość konwekcji zmniejsza się, więc do cieczy dostaje się więcej ciepła niż można go usunąć; w rezultacie lepka ciecz na dnie rondla przegrzewa się i spala. Mieszanie usuwa płyn z gorącego dna rondelka, pełniąc taką sam rolę jak prądy konwekcyjne.
W wyparce ze zgarniaczem wewnętrzna powierzchnia przekazująca ciepło jest stale usuwana przez obracające się ostrze, które zapobiega przywieraniu lepkiej cieczy do powierzchni i jej przegrzewaniu.

 

Studium przypadku

Spojrzenie na studium przypadku pomoże wyjaśnić różnicę. Międzynarodowa firma wytwarzająca produkty do pielęgnacji włosów, posiada ponad 250 zakładów produkcyjnych na całym świecie, w tym  największy z nich we Włoszech, pracujący 24 godziny na dobę przez sześć dni w tygodniu. Zakład produkuje 36 t/d (ton dziennie) ścieków o chemicznym zapotrzebowaniu tlenu (ChZT) przekraczającym 30 000 mg/l. Pierwotnie ścieki były oczyszczane w bioreaktorze membranowym (MBR) wytwarzającym wysokiej jakości oczyszczone ścieki przekazywane bezpośrednio do instalacji odwróconej osmozy w celu odzyskania. Z MBR uzyskiwano także około 0,5 t/d nadmiernego osadu biologicznego. Globalne cele firmy w zakresie zrównoważonego rozwoju wyznaczyły kierunki w zakresie redukcji zużycia wody i surowców, co skłoniło zakład do poszukiwania skutecznego rozwiązania, które pozwoliłoby zmniejszyć zarówno zużycie wody, jak i powstawanie osadu w MBR. Początkowo zainstalowano małą wyparkę z pompą ciepła, aby uzyskać stężone ścieki o wysokiej gęstości do utylizacji poza zakładem. Okazało się to tak skuteczne, że firma postanowiła sprawdzić, jaką jeszcze technologię odparowywania można zastosować.

Po dokonaniu przeglądu procesów zakładu i charakterystyki ścieków, inżynierowie Veolia opracowali schemat wykorzystujący dwa etapy odparowania. Pierwszy etap wykorzystuje wyparkę typu MVR Evaled TC30000 FF o  wydajności oczyszczania 30 t/d rozcieńczonych ścieków wytwarzając 27 t/d destylatu i 3 t/d koncentratu, który jest mieszany z 6 t/d stężonych odpadów procesowych i przesyłany do wyparki ze zgarniaczem typu RW12000 FF zasilanej gorącą i zimną wodą z elektrociepłowni zakładowej. Pozwala ona uzyskać dalsze 7,5 t/d destylatu i redukuje ilość koncentratu do zaledwie 1,5 t/d, który jest zabierany poza teren zakładu w celu utylizacji przez spalenie.

 Parametry instalacji przedstawiono w tabeli:

Parametr

Jednostki

Ścieki

Destylat

Koncentrat

Przepływ

t/d

36

34,5

1,5

ChZT

mg/l

> 30 000

< 1 000

> 200 000

Przewodność

µS/cm

2 500

< 50

 

Zawiesina

mg/l

10 000

< 1

250 000

Krzemionka

mg/l

70

< 1

> 200,00

Surfaktanty

mg/l

> 50 000

< 50

 

 

Obie wyparki są wykonane ze stali nierdzewnej SAF 2507 super-duplex (austenityczno-ferrytycznej), a każda z nich posiada powierzchnię 14,5 m2.

Woda chłodząca skraplacz i gorąca woda do ogrzewania wyparki ze zgarniaczem są dostarczane z elektrociepłowni zakładowej.

Dalszemu oczyszczaniu w bioreaktorze membranowym (MBR) poddaje się łącznie 34,5 ton destylatu dziennie, ale produkcja osadu zmniejszyła się z 500 kg/d do mniej niż 20 kg/d przy jednoczesnej poprawie jakości oczyszczonych ścieków wynikającej z niższego obciążenia zakładu przez ChZT.

Nowa instalacja nieznacznie zwiększyła zużycie energii, ale zostało to z nadwyżką zrekompensowane przez odzyskanie około 96% wody ze ścieków do ponownego wykorzystania i znaczną redukcję kosztów utylizacji poza zakładem. Końcowy rezultat to zmniejszenie całkowitych kosztów oczyszczania o 75%, co pozwoliło na zwrócenie się inwestycji w czasie krótszym niż rok.

 

Odparowanie może obniżyć koszty utylizacji poza zakładem i odzyskać nie tylko wodę destylowaną dobrej jakości, ale także cenne substancje. Dzięki niskim kosztom inwestycyjnym i operacyjnym, technologie wyparne, takie jak wyparki EVALED™ PC z pompą ciepła firmy Veolia Water Technologies, będące wynikiem trzech dekad doświadczenia w procesach odparowania, są  obecnie w zasięgu nawet małych zakładów produkcyjnych branży kosmetycznej.

 

Autor: Kalpesh Shah - Dyrektor Sprzedaży, Veolia Water Technologies UK