280

CWS tehnologija proizvodnje vode najvie istoe

CWS PRODUCTION TECHNOLOGY FOR HIGHEST PURITY WATER

KoLBjoRn oLsen i vLastiMiR . staMenKovi, Kompanija ConCoRde WateR sUPLies, dablin, irska,

MaRin a. ivoev, eneRGetiKa, doo, Kragujevac

Kljuna oblast koju rad obuhvata je definicija specijalne tehnologije CWS pro-izvodnje vode najvie istoe metodama filtracije, a moe da se koristi za potrebe proizvodnje tople ili vrele vode kao i pare za centralna daljinska grejanja.

Ova metoda daje kvalitetnije parametre od dekarbonizovane (DK) vode i demi-neralizovana (DM) vode, a najvea vrednost je u injenici da je CWS metoda mnogo istija, oprema i objekat su gabaritno mnogo manji, tehnologija je prostija i mnogo jeftinija, od omekavanja metodom hemijske pripreme vode.

U radu su i uporedni podaci o kvalitetu, ceni, gabaritima opreme i objekta, ma-nipulaciji i ekolokim aspektima omekavanja vode, u poreenju sa dosadanjim, kla-sinim metodama hemijske pripreme vode u termoelektranama i toplanama.

Metodu dobijanja vode najvie istoe patentirano je jedan od autora ovoga rada i internacionalna kompanija Concorde Water Supplies, sa seditem u Irskoj.

The key field this paper is focused on is the definition and special CWS techno-logy with filtration methods for producing the highest purity water that could also be used for production of warm or hot water as well as steam for the district hea-ting systems.

This method provides better parameters than decarbonised (DC) water and de-mineralized (DM) water, and its biggest value lies in the fact that CWS method is much cleaner, the equipment and the facility are of significantly smaller size and its technology is much simpler and cheaper than water softening by the method of che-mical water treatment.

The paper also presents the comparative data related to quality, price, equi-pment and facility size, manipulation and environmental aspects of water softening, in comparison to the conventional methods of chemical water treatment in thermal power plants and heating plants.

The method for producing highest purity water is patented by one of the authors of this paper and the international company Concorde Water Supplies with its pre-sent seat in Ireland.

281

Kljune rei: DK voda; DM voda; voda najvie istoeKey words: DC water; DM water; highest purity water

1. UvodProcene UN su da na Zemlji ima oko 1,4 milijarda km3 vode. Od toga 97,2% ini

voda u okeanima i morima, 2% u polarnom ledu, a svega jedan mali deo, od 0,8%, otpada na reke, podzemne vodotokove i jezera [1].

injenica je i da oko 70% ovejeg tela ini voda.Sa druge strane, ve dugi niz godina naunici daju veoma pesimistine progno-

ze vezane za obezbeenja pijae vode u budunosti. Na primer, kau, ukoliko se sa-danji trendovi nastave, 1,8 milijarda stanovnika u 2025. godini, ivee u dravama i regionima u potpunoj oskudici vode, a blizu dve treine populacije svetskog stanov-nitva bie izloeno stresu prouzrokovanom nedostatkom vode [2].

Svake godine, kao posledica bolesti koje se prenose vodom, samo u zemlja-ma u razvoju umire oko tri miliona ljudi. Zna se pouzdano da je kombinacija nedo-statka pijae vode i oskudnih higijenskih uslova, drugi po veliini ubica dece u sve-tu. Oko 1,8 miliona dece godinje umre od dijareje, a najvei deo njih su deca mla-a od pet godina [1].

Pojavljuju se i naune pretpostavke o moguim ratovima za pitku vodu, a daljom analizom bi se dolo do jo crnjih pretpostavki.

Slina je situacija i u poveanju potreba za tehnikim vodama. Toplane i termo-elektrane troe ogromne koliine vode, a kvalitet parametara vode postaje kljuni pa-rametar kod svih termoenergetskih postrojenje, posebno u izvorima toplote i central-nih vrelovodnih sistema daljinskog grejanja gradova i naselja.

Rezultat aktivnosti vezanih za proizvodnju tehnikih voda za potrebe grejanja su i veliki finansijski izdaci, pa su trokovi proizvodnje tehnikih voda jedan od kljunih regulatora energetske, ali i ekoloke efikasnosti ovakvih vrsta tehnologija.

2. Poznati tretmani vodaTretmane vode, po definiciji autora ovog rada, ini niz razliitih tehnolokih po-

stupaka prevoenja jedne vrste fizikih, hemijskih i biolokih paramatara vode, u dru-gu eljenu vrstu i parametre. Poznatije tehnoloke grupe ovih aktivnosti su:

I pretvaranje morske vode u pijau vodu;II pretvaranje povrinskih voda u:a) tehnoloku vodu,b) u pijau vodu;III pretvaranje svih vrsta otpadnih (fekalnih) voda u:a) tehnoloku vodu,b) pijau vodu,c) eko vodu za navodnjavanje u poljoprivredi; iv proizvodnja tehnikih voda: a) dekarbonizovana, dK, voda i b) demineralizovana, dM, voda.Dobijanje kvaliteta finalnih parametara vode, u principu je mogue postii ili

grupom (1) hemijskih, ili grupom (2) mehanikih postupaka. Osnovu ovog rada ine

282

mehaniki postupci dobijanja iste vode, u praksi poznati kao tangencijalna filtraci-ja (slika 1), odnosno membranski procesi dobijanja iste vode [5].

3. desalinizacijaTo je postupak dobijanja pijae vode iz morske vode. Vri se procesom koji se,

struno, naziva desalinizacija vode. Ovaj proces je u sutini obrnuta osmoza, a prak-tino, to je filtracija koja dozvoljava molekulima vode da prolaze kroz nju dok bloki-ra kretanje jona soli. Desalinizacija nije predmet ovog rada, ali se principi te tehno-logije navode zato to se na toj osnovi obavlja i proizvodnja industrijskih DK i DM voda, na nain izloen u ovom radu.

Slika 1. Klasina (a) i tangencijalna (b) filtracija [5]

Principi na kojima je zasnovana tehnologija membranskih procesa dobijanja i-ste vode glase:

Slobodni molekuli vode kreu se u smeru koji smanjuje njihovu hemijsku po-tencijalnu energiju, a glavni faktori koji utiu na hemijski potencijal molekula su (1) istoa vode i (2) pritisak vode.

Poveanje koliine soli u vodi smanjuje hemijski potencijal vode, dok povea-nje pritiska vode poveava njen hemijski potencijal.

Poto slana voda ima manji hemijski potencijal za molekule vode nego ista voda, molekuli vode prirodno tee da se kreu od iste ka slanoj vodi. Ova vrsta kre-tanja je poznata kao osmoza.

Ako se stvori dovoljno veliki pritisak, molekuli vode mogu da se primora-ju da se vraaju nazad ka istoj strani. Taj tok molekula vode od slane ka istoj vodi, sa primenom relativno velikog pritiska, poznat je kao teorijsko objanjenje obr-nute (reverzne) osmoze, ematski prikazane na slici 2.

283

U osnovi reverzne osmoze stoji tangencijalna filtracija vode pod izvesnim pri-tiscima, u zavisnosti od vrste tenosti na kojoj se vri tretman i stepena istoe na koji se eli dovesti morska voda.

Slika 2. Reverzna osmoza [5]

Pretvaranje morske u pija-u vodu je 80-tih godina u svetu bio odgovor strunjaka za prime-nu novih tehnologija u vojne svr-he. Tangencijalna filtracija morske vode je rezultat efekta termikog trasiranja tokom dobijanja pitke vode, starim metodama, a u atom-skim podmornicama, u kojima su zapoete prve aktivnosti na dobija-nju pijae, iz morske, vode.

Do prvih rezultata proi-zvodnje upotrebljive pitke vode iz morske vode, doao je, takoe, je-dan od autora ovog rada.

U ranije vreme su kao porozne materije bili uglavnom poliamini i izvesne fami-lije lateksa (nevulkanizirane gume). Ove materije su dozvoljavale samo oko 20% do 25% proizvodnje, od ukupne koliine vode koja se tretirala.

Evolucijom membrana, Concord-ovim metodama (slika 3), dobija se mnogo bolji kvalitet vode, jeftinija ista voda, vea koliina i znatna uteda energije.

Trokovi dobijanja 1 m3 pijae vode iz morske vode iznose oko 1,7 kWh. Slana jezera (somatne vode) takoe su pogodan resurs za dobijanja pijae vode

iz slane vode.

4. dK i dM vodaU sutini proizvodnje industrijske dekarbonizovane, DK, vode i demineralizo-

vane, DM, vode, stoji otklanjanje karbonatne (KT) i nekarbonatne (NT) tvrdoe, od-nosno otklanjanje bikarbonata kalcijuma i magnezijuma iz vode, a za nekarbonatnu, otklanjanje i njihovih hlorida. Jo neke karakteristike:

DK i DM se koriste u: (1) termoenergetskim postrojenjima, (2) u proizvodnji sapuna i deterdenata, (3) u farmaceutskoj industriji, (4) za estoka alkoholna pia, (5) za prirodne i vetake sokove, (6) u svim vrstama rashladnih sistema itd.

Postojei tehniki sistemi proizvodnje DK i DM vode imaju velike nedostatke: projektovani su jo pre vie od 40 i 50 godina, gabaritno su veliki, koriste opasne he-mikalije, skupi su i negativno utiu na uslove rada i ivotnu sredinu ljudi.

Metoda CWS (koju zagovaraju autori rada), podrazumeva otklanjanje anjona i katjona rezinama, koje se posle 8 do 10 godina upotrebe unitavaju.

Koliina tenosti koja se upotrebljava za reaktivizaciju kree se izmeu 0,5% i 1% proizvedene koliine ove vrste vode. Znai da nije potrebna nikakva neutrali-zacija.

Iz tabele 1 se moe zakljuiti da se u navedenim tehnologijama radi o izuzet-no kvalitetnoj filtraciji. Ona se obavlja na mokrim membranama ili polipropilenskim vlaknima koja fiziki formiraju povrinu za filtriranje, svetlih otvora prenika 0,4 mikrona [7]. Taj podatak ini sutinu kvaliteta tretmana ovih vrsta voda, metodama Concorde Water Supplies.

284

Slika 3. Elementi CWS metode filtracije [6]

Tabela 1. Podela procesa pod pritiscima

Membranski proces

skraeni naziv

veliina pora Pritisak

[m] [bar]

Mikrofiltracija MF > 100 < 0,1Ultrafiltracija UF 5100 0,15,0Nanofiltracija NF 0,55 5,010Reverzna osmoza RO 0,1 10100

5. voda najvie istoeAktivnosti koje se u ovoj oblasti obavljaju u svetu imaju dve sutinske osobine.

Komercijalne su zato to su u oblasti tretmana voda, deo tehnoloke revolucije na i-tavoj kugli zemaljskoj, a humane, jer su deo zahvalnog svetskog procesa koji se da-nas budi u itavom svetu, u oblasti ouvanja i zatite ivotne sredine.

Finalni proizvodi u oblasti proizvodnje tehnikih voda ovom tehnologijom, jesu DK, DM i voda najvie istoe. Demineralizovana voda (DM) je po sadanjoj tehni-koj nomenklaturi, najistija voda, a demineralizacija vode predstavlja tehnologiju dobijanja vode do sada najvieg kvaliteta. Voda najvie istoe je jo savrenija ma-terija, a iz nje su eliminisana i izvesna jedinjenja, kiseline i elementi, to do sada nije bilo tehnikih mogunosti da se izvede. Znai da je voda najvie istoe, praktino, DM voda poboljanih parametara kvaliteta.

285

Voda najvie istoe je poveala izglede da bude koriena u farmaceutskoj in-dustriji, u proizvodnji sapuna i deterdenata, estokih alkoholnih pia i prirodnih i vetakih sokova. Posebne mogunosti i isplativost proizvodnje vode najvie isto-e imaju sve vrste termoenergetskih postrojenja, u toplanama i termoelektranama, u proizvodnji industrijskih voda svih vrsta.

Jedinica kvaliteta vode najvie istoe je VS.U osnovi dobijanja vode najvie istoe stoji klasina tangencijalna filtracija,

odnosno reverzibilna osmoza. Tehnoloka inovacija u tretmanu voda, koja razlikuje CWS od ostalih proizvoaa ove vrste opreme, jeste tehnologija proizvodnje i kvali-tet modula i mokrih membrana, sastavljenih od platna mikronskih dimenzija i spe-cijalnih materijala, poliamida.

Malo postrojenje industrijski prototip voda najvie istoe i kvalitet

Za demonstraciju karakteristika dobijanja vode najvie istoe, kompanija CWS poseduje malo postrojenje industrijski prototip. Kapacitet malog postrojenja indu-strijskog prototipa je od 350 do 400 L/h vode najvie istoe, u zavisnosti od potreb-nog kvaliteta, odnosno oko 500 L/h DM vode. Postrojenje je prikazano na slici 4.

Kvalitet vode, izraen preko elektrine provodljivosti, koji se postie tehnologi-jom CWS, kree se u granicama od 0,00 do 0,02 S/cm. Preiava bunarsku vodu i renu vodu sa peanim filtrima ili bez njih. Maksimalni kapacitet koji praktino moe da se postigne je neogranien, zahvaljujui injenici da je kapacitet svakog postroje-nja u funkciji broja modula koje je mogue paralelno povezati u neogranienom bro-ju. Maksimalni kapacitet industrijskih postrojenja za proizvodnju DM vode, koji je do sada postigao CWS, iznosi 4 x 50 m3/h (ukupno 200 m3/h), a izgraen je u Engleskoj.

Materijalni trokovi proizvodnje vode najvie istoe

Materijalni trokovi dobijanja vode najvie istoe, za malo postrojenje in-dustrijski prototip, iznose oko 0,1 /m3 vode. Ovu cenu, u principu ine: elektrina energije, viskozni materijali, kiselina i natrijum-hidroksid za regeneraciju, troak rada pumpe za smole i regeneraciju, kasete za prefiltraciju itd. To je viestruko manje od svih poznatih metoda hemijskih tretmana voda.

U veim industrjskim postrojenjima materijalni trokovi proizvodnje vode naj-vie istoe se jo vie smanjuju.

Gabariti graevinskog objekta za proizvodnju vode najvie istoe

Zapremina objekata u kojima se omekavanje vode vri CWS tehnologijom je 20 do 25 puta manja od gabarita graevinskog objekta u kojima se tehnologija omek-avanja vode vri hemijskim metodama. Klasian izgled veeg postrojenja za omek-avanja vode filtracijom prikazan je na slici 5.

eksploatacija i odravanje postrojenja

Sve aktivnosti koje podrazumeva manipulacija postrojenjem tokom proizvodnje vode najvie istoe, kao to su: kontrola parametara procesa, temperature, pritiska, zatim preventivni obilasci itd., znatno su manje sloeni, bezbedniji su i povoljniji su uslovi rada rukovalaca. Osim toga rokovi preventivnih aktivnosti u okviru odravanja znatno su dui, vek trajanja delova je dui, manji je broj zastoja postrojenja itd.

286

ekoloki aspekt proizvodnje voda

najvie istoe

Proizvodnja voda najvie i-stoe podrazume-va i istu tehno-logiju, ne zagau-je ni jedan va-niji ljudski resurs, obogauje ivotnu sredinu nadom da e generacije nae dece imati istiju zemlju, istiji vaz-duh i istiju vodu, i da e i u budu-nosti biti najvee ovozemaljsko bla-go, sa zdravijim biljkama, zdravi-jim ivotinjama i zdravijim ljudi-ma.

6. ZakljuciJedan od

kljunih regulato-ra budueg razvo-ja oveanstva na Zemlji, svakako je obezbeenje pitke vode. Potpuno ista problematika prati i proizvodnju in-dustrijskih voda. Kao najbolju teh-nologiju dobijanja istih industrijskih

Slika 4. Malo industrijsko postrojenje za proizvodnju vode naj-vie istoe

Slika 5. Veliko postrojenje za proizvodnju vode najvie istoe

voda, za potrebe termoenergetskih sistema centralnih vrelovodnih grejanja (i termo-elektranama), autori u ovom radu preporuuju najsavremeniju tehnologiju filtracije. Pored toga to je jeftinija, ona je tehniki ista tehnologija.

skree se panja na jo jednu vanu ivotnu potrebu: da na drugaiji nain gradimo svoj odnos prema prirodi.

Zato? Zato to ne vredi ni jedna ljudska sloboda, ni politika, ni ekonomska, ni verska, ukoliko ovek nema slobodu na zdravu ivotnu sredinu.

287

Najvee ovozemaljsko blago jesu, bili su i bie, zdravi ljudi, zdrave ivotinje i zdrave biljke, ista zemlja, ist vazduh i ista voda [8].

7. izvori informacija[1] www.epa.gov [2] *** United Nations Environment Programme UNEP[3] nikoli, duan, Svet u kome ivimo, Pravni fakultet, Novi Sad, 2008.[4] Meadows, do., de. Meadows, j. Randers, Granice rasta, Stvarnost, Za-

greb,1972.[5] Habudastani, Mirka, Tehnoloki procesi obrade vode Membranski proce-

si, 2008.[6] *** Concorde Water Supplies, Dablin, Irska.[7] *** Interna dokumenta CONCORDE WATER SUPLIES, Dablin, Irska.[8] *** NVO, Ekoloki pokret grada Kragujevca, Program, 2006.

kgh