Woda wykorzystywana w zakładach przemysłowych to nie tylko surowiec technologiczny. To czynnik, który w sposób bezpośredni wpływa na wydajność maszyn, jakość końcowego produktu, koszty produkcji i bezpieczeństwo całej instalacji. W przypadku dużych zakładów wodę wykorzystujemy do płukania, chłodzenia, rozcieńczania, jako nośnik ciepła, środek myjący lub składnik procesowy. Niezależnie od zastosowania, jej parametry muszą odpowiadać precyzyjnie określonym wymaganiom procesowym.
Wielu problemów można uniknąć już na etapie zaopatrzenia w odpowiednią jakość wody. Osady, korozja, zatory, niekontrolowane reakcje chemiczne, obniżona efektywność energetyczna – to tylko kilka przykładów skutków stosowania wody o nieprawidłowym składzie. Ich naprawa generuje nie tylko koszty materiałowe i robociznę, ale także przestoje i utratę ciągłości produkcji. Wiele branż traktuje jakość wody jako istotny element zarządzania ryzykiem. W ich przypadku każdy odchył od normy może skutkować utratą certyfikacji, reklamacjami, a w skrajnych przypadkach – zagrożeniem zdrowia konsumenta. Dobrze dobrane przemysłowe stacje uzdatniania wody pozwalają nad tym procesem w pełni zapanować.
Branże, które potrzebują uzdatniania wody
Woda o odpowiedniej jakości nie jest potrzebna wyłącznie w zakładach produkujących napoje czy kosmetyki. Obecnie praktycznie każda gałąź przemysłu ma kontakt z procesami, które wymagają dostarczania wody w sposób kontrolowany – zarówno pod względem składu chemicznego, jak i parametrów fizycznych. Od dużych instalacji ciepłowniczych po niewielkie myjnie samochodowe – wszędzie tam, gdzie woda oddziałuje na urządzenia, surowce lub produkt końcowy, istotne staje się jej odpowiednie przygotowanie. W przemyśle spożywczym uzdatnianie wody pełni kilka ról równocześnie. Oczyszcza się ją nie tylko ze względu na kontakt z produktem, ale także w celu zapewnienia higieny urządzeń i powierzchni roboczych. Stacje uzdatniania muszą gwarantować brak substancji zapachowych, smakowych, metali ciężkich czy związków chloropochodnych. W wielu przypadkach wymagane jest również przemysłowe zmiękczanie wody, które eliminuje ryzyko odkładania się kamienia i zapewnia pełną skuteczność środków myjących.
W sektorze energetycznym i ciepłowniczym jakość wody wpływa na sprawność wymienników, kotłów i całej sieci przesyłowej. Zbyt twarda woda, obecność jonów żelaza czy nadmiar tlenków powoduje nie tylko odkładanie się kamienia, ale również przyspiesza zużycie materiałów konstrukcyjnych. W takich przypadkach stosuje się uzdatnianie wody do celów przemysłowych za pomocą odgazowywania, filtracji wieloetapowej oraz pełnej demineralizacji. Trzeba też zwrócić uwagę na przemysł lekki – pralnie, myjnie, drukarnie – gdzie jakość wody wpływa na zużycie środków chemicznych i jakość usług. Nawet tak z pozoru proste instalacje wymagają precyzyjnego dopasowania parametrów wody do charakteru pracy.
Od czego zacząć dobór przemysłowej stacji uzdatniania wody?
Każdy proces projektowania stacji powinien zaczynać się od analizy – zarówno wody, jak i samego zakładu. Uzdatnianie wody do celów przemysłowych musi być zawsze projektowane w perspektywie konkretnego zapotrzebowania i konkretnej infrastruktury. Pierwszym krokiem jest szczegółowa analiza składu surowej wody. Badanie powinno uwzględniać twardość ogólną i węglanową, zawartość żelaza, manganu, siarczanów, azotanów, chlorków, przewodność elektryczną, mętność, pH oraz obecność mikroorganizmów. W niektórych przypadkach warto także wykonać analizę organicznych zanieczyszczeń lub zawartości substancji powierzchniowo czynnych.
Drugim etapem jest określenie potrzeb produkcyjnych – zarówno dziennych, jak i godzinowych. Stacja musi być zaprojektowana pod kątem rzeczywistego zużycia wody, z uwzględnieniem szczytów poboru, okresowych przestojów i możliwości buforowania. W wielu branżach jakość wody musi być stabilna niezależnie od wahań zużycia. To wymusza stosowanie automatyki i systemów regulacji, które dopasowują pracę do aktualnego zapotrzebowania. Nie bez znaczenia jest źródło wody. Inaczej projektuje się instalacje oparte o sieć wodociągową, inaczej te korzystające z własnych ujęć głębinowych, a jeszcze inaczej systemy pracujące na wodzie powierzchniowej. Każde z tych źródeł wiąże się z innymi zagrożeniami i wymagań w zakresie filtracji, dezynfekcji czy zabezpieczenia biologicznego.
Technologie uzdatniania wody w przemyśle, które działają
Zakres technologii stosowanych w przemyśle jest bardzo szeroki i stale się rozwija. Ostateczny dobór rozwiązań zależy od wyników badań, warunków lokalnych i wymagań zakładu. W większości przypadków nie stosuje się jednego urządzenia, lecz zestaw systemów pracujących sekwencyjnie lub równolegle, uzupełniających się w konkretnym zadaniu. Podstawą są systemy filtracji mechanicznej – chroniące instalacje przed zawiesinami i cząstkami stałymi. Wstępne oczyszczanie przy pomocy filtrów piaskowych, żwirowych lub dyskowych pozwala zredukować mętność i zwiększyć trwałość dalszych etapów uzdatniania. W zakładach pracujących na wodzie surowej z własnych studni lub ujęć powierzchniowych taka filtracja jest niezbędna.
Kolejnym etapem często jest przemysłowe zmiękczanie wody. Twarda woda prowadzi do odkładania się osadów na elementach grzewczych, membranach, wymiennikach i zaworach. W układach zmiękczających stosuje się żywice jonowymienne regenerowane solanką. Dobór objętości złoża, rodzaju głowicy i trybu pracy (czasowy, objętościowy, proporcjonalny) zależy od skali zużycia i wymaganego stopnia zmiękczenia. W bardziej wymagających procesach wdraża się odwróconą osmozę – skuteczną metodę usuwania rozpuszczonych soli, związków organicznych i mikroorganizmów. Systemy RO są wykorzystywane tam, gdzie konieczna jest pełna kontrola nad składem wody – np. w produkcji elektroniki, farmacji, przemyśle spożywczym. Ich wydajność i sprawność zależą od jakości wody surowej oraz jakości serwisu. Demineralizacja z zastosowaniem wymienników jonitowych to rozwiązanie stosowane w instalacjach kotłowych i technologicznych wymagających ultraczystej wody. Uzupełnieniem są systemy UV lub ozonowania – zabezpieczające wodę przed rozwojem flory bakteryjnej i wtórnym skażeniem.
Przemysłowe stacje uzdatniania wody – na co zwrócić uwagę przy projektowaniu systemu?
Projektowanie stacji to nie tylko kwestia technologii, ale też integracji z całą infrastrukturą zakładu. Często zdarza się, że zbyt mała uwaga przywiązywana jest do wymagań instalacyjnych – co w efekcie ogranicza realne możliwości wykorzystania urządzeń lub prowadzi do kosztownych modernizacji. Należy dokładnie przeanalizować, ile miejsca dostępne jest pod montaż, jak doprowadzona jest woda surowa, gdzie będzie odprowadzana woda popłuczna, jaki jest dostęp do źródła zasilania i czy istnieje możliwość zainstalowania układów buforowych. Istotne jest również, czy stacja ma być zintegrowana z istniejącym systemem automatyki, czy pracować jako układ niezależny.
Sterowanie i monitoring to kolejne elementy, które warto uwzględnić. W dużych zakładach stosuje się integrację z SCADA, zdalny dostęp, rejestrację parametrów eksploatacyjnych, powiadomienia alarmowe. Nie każda stacja musi być wyposażona w pełen pakiet, ale dobrze dobrana automatyka wyraźnie ułatwia nadzór i serwis. Bardzo ważna jest również możliwość pracy awaryjnej. Przemysłowe stacje uzdatniania wody powinny mieć układy obejściowe (bypass), opcję pracy manualnej i możliwość podłączenia drugiego źródła zasilania w razie awarii głównego układu. W instalacjach krytycznych planuje się redundancję, czyli podział urządzeń na moduły pracujące naprzemiennie lub jednocześnie.
Jak wyglądają koszty inwestycyjne i eksploatacyjne? – przemysłowe stacje uzdatniania wody
Koszt zaprojektowania i montażu stacji zależy od wielu czynników – zakresu uzdatniania, rodzaju zastosowanej technologii, wydajności oraz wymagań instalacyjnych. Na wartość inwestycji składają się: urządzenia, automatyka, armatura, zbiorniki, systemy sterowania, instalacja, uruchomienie oraz dokumentacja. W niektórych przypadkach koszt obejmuje także modernizację infrastruktury budowlanej i instalacyjnej. Równie ważne jak koszt zakupu są wydatki eksploatacyjne. Uzdatnianie wody do celów przemysłowych generuje zużycie energii, środków chemicznych, wody płuczącej, a także potrzebuje serwisu i przeglądów technicznych. W przypadku zmiękczania doliczamy sól regeneracyjną, a w przypadku osmozy – wymianę membran i wkładów.
Przy właściwie dobranym systemie stacja przynosi realne oszczędności. Zmniejszenie ilości reklamacji, obniżenie awaryjności maszyn, wydłużenie cykli serwisowych i ograniczenie zużycia mediów to czynniki, które sprawiają, że inwestycja zwraca się w ciągu kilku lat – a czasem już po kilkunastu miesiącach. Dla wielu firm dostępne są też opcje leasingu, zakupu w modelu usługowym lub długoterminowego wynajmu urządzeń.
