Lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp cho ứng dụng xử lý nước thải
Ngày đăng: 18/03/2024
Bộ trao đổi nhiệt thường đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, nhưng do tính chất của dòng nước thải và các quá trình liên quan, bao gồm bay hơi và phân hủy kỵ khí, điều quan trọng là phải lựa chọn công nghệ phù hợp để tối đa hóa hiệu quả xử lý và năng lượng.
Thế giới phải đối mặt với những thách thức chưa từng có về an ninh nguồn nước. Chúng bao gồm tăng dân số, tăng đô thị hóa, suy giảm nguồn nước ngọt truyền thống và khan hiếm nước do biến đổi khí hậu. Điều quan trọng cần nhớ là cứ mỗi lít nước ngọt được đưa vào hệ thống công cộng thì sẽ có thêm một lít nước thải cần được xử lý.
Có một số ứng dụng của bộ trao đổi nhiệt trong xử lý nước thải . Chúng có thể được sử dụng để thu hồi nhiệt từ nước thải thô hoặc đã qua xử lý, làm nóng bùn trước khi phân hủy kỵ khí hoặc loại bỏ nước khỏi chất thải và bùn thông qua quá trình bay hơi. Việc thanh trùng dòng chất thải có thể được yêu cầu để đáp ứng các quy định về môi trường, hoặc nước hoặc nước thải có thể cần được làm mát trước khi thải ra môi trường để đáp ứng luật pháp địa phương. Mỗi quy trình sẽ đặt ra những yêu cầu khác nhau đối với bộ trao đổi nhiệt đang được sử dụng và một số quy trình có thể được kết hợp (ví dụ: thu hồi nhiệt từ bùn đã xử lý và sử dụng nó để làm nóng trước bùn chưa được xử lý trước khi phân hủy).
Những cân nhắc thực tế cơ bản khi lựa chọn bộ trao đổi nhiệt để xử lý nước thải cũng giống như đối với bất kỳ ứng dụng nào khác và bao gồm các yếu tố như không gian vật lý sẵn có, nhiệt độ sẵn có của sản phẩm và vật liệu xử lý cũng như nhiệt độ yêu cầu sau khi xử lý, độ giảm áp suất chấp nhận được, và các vật liệu dịch vụ đang được sử dụng. Tuy nhiên, cũng có những cân nhắc khác tuy không phải là duy nhất nhưng đặc biệt liên quan đến nước thải và bùn thải . Chúng bao gồm tính chất vật lý của vật liệu và khả năng gây tắc nghẽn trong bộ trao đổi nhiệt, dễ bảo trì và khả năng vận hành đáng tin cậy trong thời gian dài . Cuối cùng, những cân nhắc chung bao gồm hiệu quả sử dụng năng lượng, vốn và chi phí vận hành, những yếu tố này cũng rất quan trọng đối với sự lựa chọn cuối cùng của bộ trao đổi nhiệt. Tổng chi phí sở hữu cần được xem xét vì những thiết bị mua với giá rẻ thường có chi phí vận hành cao hơn hoặc hiệu quả hoạt động thấp hơn.
Rõ ràng, yếu tố lớn nhất khi lựa chọn bộ trao đổi nhiệt là bản chất của vật liệu f . Một số dòng nước thải sẽ tương đối sạch, chỉ chứa một số ít hóa chất hòa tan, trong khi những dòng khác sẽ là hỗn hợp các chất hòa tan và lơ lửng. Ở một thái cực khác, bùn bán rắn có độ nhớt cao nhất sẽ cần sức mạnh đáng kể để di chuyển chúng qua bộ trao đổi, và do đó, nguy cơ tắc nghẽn cũng như tầm quan trọng của việc giảm áp suất sẽ lớn hơn nhiều.
Một số loại thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng trong xử lý nước thải với mức độ thành công khác nhau, tùy theo loại, thiết kế thực tế của từng thiết bị và quy trình chúng được sử dụng. Về bản chất, 4 loại thiết bị trao đổi nhiệt gặp phải trong xử lý nước thải là: thiết bị trao đổi nhiệt dạng xoắn ốc ; bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ; bộ trao đổi nhiệt dạng ống ; và các bộ trao đổi nhiệt bề mặt được cạo .
-
Bộ trao đổi nhiệt xoắn ốc (SHE), đôi khi được gọi là bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và cuộn, thường được sử dụng trong các ứng dụng xử lý nước thải và bùn. Chúng bao gồm một kênh duy nhất được tạo thành hình xoắn ốc hoặc cuộn dây, tạo ra một thiết kế nhỏ gọn. Nhiều lựa chọn khác nhau như khoảng cách rộng hơn và loại bỏ các vách ngăn được sử dụng để cố gắng giảm tắc nghẽn và diện tích bề mặt lớn của thiết kế cũng như dòng chảy ngược thực sự mang lại hiệu suất nhiệt cao. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi phải làm sạch thường xuyên (vừa tốn thời gian vừa tốn kém) và thường không phù hợp cho việc truyền nhiệt từ bùn sang bùn.
-
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) là một trong những loại thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến nhất và chúng có thiết kế nhỏ gọn với hiệu suất nhiệt tốt. Tuy nhiên, chúng rất dễ bị bám bẩn và thường chỉ thích hợp với các vật liệu tương đối sạch, không nhớt. Lịch trình bảo trì của họ cũng thường yêu cầu thay thế thường xuyên các miếng đệm ngăn cách các tấm.
-
Bộ trao đổi nhiệt dạng ống , còn được gọi là vỏ và ống, bao gồm một hoặc nhiều ống bên trong một ống hoặc bình khác. Do có nhiều thiết kế và hình dạng khác nhau nên chúng có khả năng xử lý tốt hơn các vật liệu nhớt và chất rắn lơ lửng hơn . Tùy thuộc vào thiết kế, chúng có thể cần nhiều không gian hơn một số thiết kế khác và có thể dễ bị bám bẩn. Những vấn đề này được giảm thiểu đáng kể bằng cách sử dụng các thiết kế ống lượn sóng và HRS sản xuất nhiều bộ trao đổi nhiệt ống lượn sóng hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho nước thải và sử dụng trong môi trường , tùy thuộc vào độ nhớt và đặc tính vật lý của sản phẩm. Chúng bao gồm các thiết kế Ống đôi DTI và DTR dành cho các sản phẩm có độ nhớt cao hơn và Dòng thiết kế nhiều ống C & K dành cho chất lỏng có độ nhớt thấp hơn có thể chứa các hạt nhỏ.
-
Bộ trao đổi nhiệt bề mặt cạo (SSHE) được sử dụng ở những nơi vật liệu rất nhớt hoặc có khả năng gây ô nhiễm cao, vì vậy chúng đặc biệt thích hợp để xử lý bùn dày và sử dụng trong hệ thống bay hơi . Việc sử dụng dụng cụ cạo giúp bề mặt ống sạch sẽ và duy trì hiệu suất nhiệt cao, đồng thời thiết kế riêng lẻ có thể mang lại những lợi ích khác, chẳng hạn như kiểm soát độ nhớt của sản phẩm trong quá trình xử lý. HRS cung cấp hai loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt có vảy khác nhau , nhưng loại thích hợp nhất cho các ứng dụng xử lý nước thải là Dòng Unicus đã được cấp bằng sáng chế, sử dụng tác động qua lại với nhiều lựa chọn hình dạng cạp, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng như bay hơi nước thải, nơi có cặn bám hoặc nhiệt độ thấp chuyển giao là một vấn đề.
Ngoài việc xử lý nước và truyền nhiệt hiệu quả và hiệu quả, một vấn đề khác cần cân nhắc đối với các nhà quản lý trong lĩnh vực xử lý nước thải là dấu ấn chung về năng lượng và môi trường trong hoạt động của họ . Hiệu quả hoạt động là vô cùng quan trọng đối với các cơ sở xử lý nước thải và đây thường là yếu tố thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực này. Giảm tiêu thụ năng lượng không chỉ tốt cho lợi nhuận mà còn cho hành tinh.
Ở nhiều nơi trên thế giới, các nhà máy xử lý nước thải (WWTP) đang phải đối mặt với thách thức trở thành số 0 về lượng carbon vào năm 2030 . Để đạt được các mục tiêu đầy thách thức như vậy sẽ cần thu hồi năng lượng có trong dòng nước thải đầu vào và sử dụng năng lượng này để cung cấp nhiệt và năng lượng cần thiết cho việc xử lý nước thải và xử lý chất rắn.
Quá trình phân hủy kỵ khí được sử dụng rộng rãi như một cơ chế xử lý nước thải và do đó, công nghệ này tạo ra năng lượng có thể sử dụng được thông qua khí sinh học (dù ở dạng nhiệt, năng lượng điện hay nhiên liệu sinh học) là rất hợp lý. Vào thời điểm hiện tại, hầu hết khí sinh học được tạo ra trong lĩnh vực nước thải được sử dụng tại chỗ để làm nóng bể phân hủy , trong khi các mục đích sử dụng khác bao gồm sưởi ấm các tòa nhà, phát điện hoặc vận hành máy móc xử lý.
Một ví dụ gần đây là việc lắp đặt hệ thống sưởi cải tiến như một phần của dự án nâng cấp lớn hơn cho một trong những nhà máy xử lý nước thải quan trọng nhất của Tasmania ở Úc . HRS đã cung cấp cho nhà thầu Aquatec Maxcon một bộ trao đổi nhiệt dạng ống lượn sóng để làm ấm bùn tuần hoàn và duy trì nhiệt độ vận hành tối ưu trong bể phân hủy chính.
Thiết bị được cung cấp bao gồm bộ trao đổi nhiệt HRS DTI Series sáu module để tăng nhiệt độ bùn từ 33 °C lên 36 °C, với công suất xử lý 72.000 lít bùn mỗi giờ sử dụng nước nóng được cung cấp bởi một nồi hơi riêng biệt. Để thuận tiện cho việc bảo trì và vệ sinh định kỳ, bộ phận gia nhiệt đã được lắp đặt bên ngoài bể phân hủy ; một thiết kế đang nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn cho các công trình khí sinh học do những lợi ích mà nó mang lại so với các thiết kế bên trong.
Năng lượng được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí cũng có tiềm năng được sử dụng để cải thiện việc quản lý bùn, đồng thời sử dụng thiết bị phân hủy và cô đặc bùn bằng thiết bị dựa trên bộ trao đổi nhiệt là giải pháp thay thế hiệu quả và bền vững hơn cho các phương pháp sấy truyền thống .
Một số hệ thống như vậy làm giảm tổng lượng chất tiêu hóa hoặc bùn tới 60-80% , giảm đáng kể các yêu cầu lưu trữ và chi phí vận chuyển liên quan. Chúng cũng bao gồm các biện pháp để giữ lại các chất dinh dưỡng có giá trị trong khi nước bốc hơi có thể được ngưng tụ và tái sử dụng. Trong nhiều trường hợp, nước thu được được bổ sung trở lại nguyên liệu làm cho toàn bộ quá trình gần như tự cung cấp được về mặt sử dụng nước và loại bỏ chất lỏng thải ra khỏi nhà máy. Sau khi cô đặc, chất phân hủy đã xử lý có thể chứa tới 20% chất rắn khô, giúp vận chuyển và xử lý dễ dàng hơn nhiều, đồng thời thu hồi và tái sử dụng nhiều nhiệt nhất có thể trong quy trình , khiến quy trình này tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp xử lý thay thế.
Chẳng hạn, khi bùn hoặc chất thải cần được thanh trùng để có thể sử dụng làm phân bón sinh học nông nghiệp và chất điều hòa đất, hệ thống thanh trùng dựa trên trao đổi nhiệt sử dụng năng lượng ít hơn tới 70% so với các công nghệ truyền thống . Một lần nữa, việc thu hồi nhiệt và năng lượng cần được tối đa hóa để tăng hiệu quả chung của quy trình.
Việc lựa chọn các hệ thống như vậy một lần nữa phụ thuộc phần lớn vào bản chất của vật liệu được xử lý (ví dụ: độ nhớt hoặc hàm lượng chất rắn), cũng như nguồn năng lượng sẵn có . Có sẵn nhiệt thải không, hay bạn sẽ cần lắp đặt nồi hơi hoặc thiết bị CHP? Liệu một thiết bị như vậy có được cung cấp năng lượng bằng khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí tại chỗ không? Những câu hỏi này không chỉ ảnh hưởng đến tính kinh tế của việc xử lý bùn mà còn ảnh hưởng đến loại hệ thống và bản chất chính xác của các bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong đó.
Thông tin liên hệ