Спосіб і система надійного охолодження технологічних процесів

Реферат: Розкрито спосіб і систему очистки води і використання очищеної води для охолодження технологічних процесів. Вода очищається і зберігається у великих ємностях або штучних водоймах, має високу прозорість і високу мікробіологічну якість. Система, згідно з винаходом, включає зазвичай ємність, наприклад великий резервуар або штучну водойму, координаційний пристрій, пристрій для введення хімічних реагентів, мобільний всмоктувальний пристрій та фільтрувальний пристрій. Координаційний пристрій здійснює моніторинг і контроль за процесами з метою регулювання параметрів якості води у заданих межах. Велика ємність або штучна водойма може діяти як поглинач тепла, поглинаючи тепло, що відходить від процесу промислового охолодження, і створюючи, таким чином, стійкі джерела теплової енергії, які в UA 107881 C2 (12) UA 107881 C2 подальшому можуть використовуватися для інших потреб. Спосіб і система можуть бути застосовані в будь-якій системі промислового охолодження з будь-яким типом води, включаючи свіжу воду, слабомінералізовану воду та морську воду. UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цей винахід стосується способу та системи очищення води і використання очищеної води для охолодження технологічних процесів виробництва. Вода очищається і зберігається у великій ємності або штучній водоймі, має високу прозорість і високу мікробіологічну якість. Велика ємність або штучна водойма діють як теплопоглинач, поглинаючи тепло, що відходить від процесу промислового охолодження, створюючи, таким чином, стійкі джерела теплової енергії, які в подальшому можуть використовуватися в інших цілях. Спосіб і система можуть бути застосовані в будь-якій системі промислового охолодження з будь-яким типом води, включаючи свіжу воду, слабкомінералізовану воду та морську воду. Рівень техніки В останні роки у всьому світі спостерігається значний ріст промисловості і удосконалення процесів виробництва. Багато галузей промисловості відчувають потребу в системах, які забезпечують охолодження принаймні деяких з цих процесів. Багато охолоджувальних систем використовують воду як теплопоглинач або рідкий теплоносій. Однак вода являє собою обмежений ресурс. Експлуатація та забруднення підземних водоносних пластів, океанів і поверхневих вод призвели до зменшення кількості придатної води, а також погіршення якості води, що міститься в наявних природних джерелах. У зв'язку з цим постала проблема пошуку нових надійних та економічних способів використання води з метою ефективного використання цього ресурсу без нанесення шкоди навколишньому середовищу. Застосування існуючих систем промислового охолодження часто обмежене районами, де є наявні великі об'єми охолоджувальної води. Наприклад, системи охолодження часто розташовані вздовж берегової лінії океану або поблизу інших природних водних джерел, таких як річки та великі озера, де їх запаси дуже значні. Таким чином, великим недоліком систем водяного охолодження є те, що вони часто прив'язані до конкретних географічних областей. Наприклад, для теплоелектростанції потужністю 350 МВт, що працює на вугіллі, потрібно близько 45,000 кубічних метрів води за годину для цілей охолодження, наприклад в теплообмінниках станції, що еквівалентно заповненню 18 олімпійських плавальних басейнів впродовж однієї години. До того ж відпрацьоване тепло, поглинуте охолоджувальною водою, в основному виходить в атмосферу при скиданні нагрітої води назад у природне джерело води або при випусканні водяних парів у атмосферу. Кількість енергії, яка може бути використана повторно, і яка кожний день некорисно витрачається у всьому світі, досягає 80 % всієї кількості електроенергії, що споживається у світі. Репрезентативні виробничі середовища, в яких може бути отримано користь від створення удосконалених водоохолоджувальних систем, включають (але не обмежуються ними): Теплові електростанції Ріст населення і науково-технічний прогрес викликали гостру потребу в додатковій енергії. Велика частка світового споживання енергії сконцентрована в галузі виробництва електричної енергії. Потреба в електроенергії росте з швидкістю, обумовленою процесами модернізації та економічного розвитку суспільства. Виробництво електроенергії за останні 10 років виросло, наприклад, на 40 % (див. фігуру 1). Ця потреба привела до росту спорудження нових установок для виробництва електроенергії у всьому світі. На цей час теплові електростанції є переважним типом електростанцій, що знаходяться в експлуатації. Ці установки спалюють паливо, нагріваючи рідину, яка в свою чергу приводить у дію турбіну для вироблення електроенергії. Існують також електростанції, що використовують поновлювані ресурси, наприклад сонячну або геотермальну енергію, генеруючи робочу рідину, яка у свою чергу обертає турбіну. Інші теплові електростанції використовують ядерні палива, наприклад уран. Однак наявні статистичні дані свідчать про те, що від 80 до 90 % всієї енергії, спожитої в 2008 році, було отримано від спалювання викопних палив на теплових електростанціях. Зазвичай ці типи електростанцій використовують вугілля, нафту або природний газ. Така висока процентна частка викопних палив у виробництві електроенергії деякою мірою пояснюється великими запасами цих енергоресурсів у світі. В 1973 році світовий енергобаланс складався з 78.4 % теплових електростанцій (у тому числі атомних електростанцій), а в 2008 році їх процентна частка зросла до 81.5 %. Існує постійна потреба у підвищенні ефективності їх експлуатації та зменшенні шкідливого впливу на навколишнє середовище. З часом теплові електростанції зазнали змін, пов'язаних з їх експлуатацією. Наприклад, ці зміни стосувались шкідливих викидів у атмосферу і ефективності використання палива. Однак деякі негативні фактори залишилися, зокрема застосування водоохолоджувальних систем. Ці системи мають багато недоліків, які обмежують використання і прив'язують їх до конкретних географічних областей. Крім того, використання води і необхідність нагрівання води тягнуть за 1 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 собою потенціальну загрозу нанесення шкоди навколишньому середовищу, підвищення енергозатрат, приводять до інтенсивного використання води, втрат залишкового тепла та/або високих капітальних та експлуатаційних затрат. Тому для задоволення зростаючих потреб в енергії, зокрема в електричній енергії, існує нагальна потреба у створенні удосконалених систем охолодження. На цей час на теплових електростанціях та в інших галузях промисловості застосовуються такі охолоджувальні системи: прямоточні охолоджувальні системи, мокрі градирні та ставкиохолоджувачі. Прямоточні охолоджувальні системи Одним з основних типів систем охолодження, що використовуються сьогодні, є "прямоточна" система охолодження, яка належить до систем з відкритим циклом (тобто без застосування рециркуляції води). Системи цього типу складаються з системи забору технічної води для збирання води з природного джерела води та водоскидної системи для повернення води у природне джерело (часто це може бути, наприклад, океан або море). Зібрана охолоджувальна вода циркулює по теплообмінниках, які входять до складу технологічного комплексу. У теплообмінниках вода діє як поглинач тепла, завдяки чому температура води при проходженні через теплообмінник підвищується. Потім нагріта вода знову скидається у природне джерело. Тільки в США близько 5,500 електростанцій використовують прямоточну систему охолодження. Для потреб охолодження ці електростанції використовують понад 180,000 мільйонів галонів води за день. Цей об'єм, наприклад, у більш ніж у 13 разів перевищує кількість води, що кожний день використовується в Австралії для зрошення. Прямоточні системи охолодження мають багато недоліків, у тому числі шкідливий вплив на навколишнє середовище внаслідок всмоктування і загибелі морських організмів; теплове забруднення від повернутої нагрітої води; необхідність розміщення електростанцій вздовж берегової лінії (або на границі з великими водними джерелами); погана якість води; втрати залишкового тепла. Прямоточна система охолодження використовує великі об'єми води при порівняно низьких затратах, але часто приводить до великомасштабних шкідливих впливів на морське середовище. Наприклад, ця система викликає підвищення температури води, що скидається у природні джерела. Різке підвищення температури води в океані може спричиняти серйозні проблеми і навіть приводити до загибелі живих організмів. Це справляє шкідливий вплив на морську екосистему і діяльність людини у прибережних районах, наприклад рибний промисел та інші види економічної діяльності. Прямоточна система охолодження може також служити причиною загибелі морських організмів внаслідок всмоктування, що здійснюється водозабірною установкою. Кожен рік це негативно відбивається на мільйонах риб, личинок та інших морських організмах у всьому світі, оскільки вони всмоктуються у труби, що ведуть до теплообмінників. Загибель морських організмів може трапитися і через фільтри або екрани (наприклад зштовхування з фільтрами/екранами або затримання фільтрами або екранами), через насоси (наприклад, внаслідок проходження всередину структур при високому тиску та/або потоків, що спричиняють зштовхування зі стінками), внаслідок застосування хімічних реагентів, і в теплообмінниках, внаслідок раптової зміни температури. Законодавство деяких країн забороняє використання прямоточних систем охолодження. У зв'язку з цим існує гостра потреба у пошуку нових способів охолодження, які забезпечують надійну експлуатацію протягом довгого часу і поліпшення експлуатаційних якостей та ефективності. Ще одним серйозним обмеженням при застосуванні прямоточних систем охолодження є обмежені можливості їх розміщення. Як відзначалось вище, ці типи установок повинні, як правило, розміщуватись у прибережних районах, що межують з морем або, у випадку віддаленості території від моря, вздовж річок, для забезпечення можливості збирання великих об'ємів води. У цих місцях можуть виникати великі проблеми, пов'язані з використанням землі. У зв'язку з цим існують обмеження для таких галузей через великі об'єми збирання води і теплове забруднення у таких районах. Внаслідок цього станції мають серйозні проблеми, пов'язані з розміщенням, які приводять до підвищення затрат і можливості відмови у розміщенні таких установок з боку жителів, що постійно проживають у цьому районі. Ще одна проблема, що виникає при застосуванні прямоточних систем охолодження, – незадовільна якість води, що використовується при охолодженні. Як правило, прямоточні системи охолодження використовують морську воду, яка має високий вміст органічних речовин. Це негативно відбивається на системах теплообміну в процесах охолодження. Наприклад, зменшення теплообміну відбувається внаслідок того, що живі або мертві організми прилипають до труб або забивають їх. Біологічні забруднюючі речовини, що утворилися, налипають на внутрішню поверхню труб, зменшуючи теплопередачу і різко знижуючи ефективність установок. Крім того, нові стандарти охорони навколишнього середовища рекомендують (а деякі 2 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимагають) забезпечувати високу ефективність роботи станцій для отримання максимальної кількості енергії, що виробляється на одиницю палива. В одній з публікацій було підраховано, що засмічення в теплообмінниках спричиняє матеріальні втрати в індустріальних країнах на рівні 0,25 % внутрішнього валового продукту (ВВП). Ще одна складність, пов'язана з прямоточними охолоджувальними системами, полягає в тому, що все поглинуте тепло скидається назад у природні джерела води без використання теплової енергії води. В деяких випадках теплова енергія, що втрачається, наближається до двох третіх від усієї кількості генерованого тепла, тоді як кількість електроенергії, що виробляється на електростанціях, становить лише одну третю усієї кількості генерованого тепла. Було б дуже вигідно використовувати цю надзвичайно цінну енергію, що марно витрачається, для інших практично значущих потреб. Мокрі градирні Ще одна система охолодження, яка застосовується на цей час, – це мокра градирня. Ці системи охолоджують воду шляхом теплообміну з повітрям всередині випаровувальних корпусів градирні. Корпуси містять в основі резервуар з холодною водою, яка подається в установку насосами і яка циркулює по конденсатору установки (чилери), передаючи таким чином тепло робочої рідини установки у воду. Коли висока температура витікаючої води досягає верхньої частини градирні, вона починає стікати тонкими струменями, забезпечуючи максимальну поверхню контакту для теплопередачі. Деякі градирні мають вентилятори у верхній частині дна градирні, щоб змусити повітря циркулювати вгору і забезпечити контакт зустрічної течії з водою. При падінні води вона охолоджується і втрата тепла відбувається внаслідок випаровування. Коли вода випаровується, розчинені солі повертаються назад у резервуар з водою, збільшуючи тим самим їх концентрацію. Тому певна кількість води має видалятися час від часу, і резервуар повинен заповнюватися свіжою водою. Мокрі градирні мають різні проблеми, пов'язані з їх експлуатацією, у тому числі швидкості відбору і випаровування води, високі затрати, негативний вплив на міста та ландшафт з точки зору естетики і втрата поглинутого залишкового тепла. Суттєвою проблемою мокрих градирень є висока швидкість використання води. Згідно з даними науково-дослідного інституту електроенергетики (EPRI) для теплоелектростанції, яка працює на вугіллі, швидкості водозабору становлять близько 2,082 літрів/МВт-годин, а споживання води внаслідок випарування – близько 1,817 літрів/ МВт-годин. Крім того, мокрі градирні часто вимагають поповнення води внаслідок підвищеного водоспоживання, викликаного високими швидкостями випаровування. Вся вода, що випарувалась. повинна бути поповнена, крім того, час від часу деяка кількість води повинна спускатися внаслідок підвищення концентрації мінеральних речовин у резервуарі, яка також має бути поповнена. Як правило, мокрі градирні працюють зі свіжою водою, що приводить до збільшення експлуатаційних затрат. Ще одна велика проблема мокрих градирень полягає в тому, що вони мають високі капітальні, експлуатаційні затрати і затрати на техобслуговування. Наприклад, для електростанції потужністю 2,245 МВт капітальні затрати можуть досягати 600 мільйонів доларів. Крім того, мокрі градирні погіршують естетичний вигляд міст і ландшафтів – як через саму конструкцію градирні, так і через пару, що виходить з градирні в атмосферу. Пара псує ландшафт і є причиною зволоження тротуарів, доріг та інших поверхонь. Ще одне обмеження мокрих градирень є те, що вони не використовують залишкової енергії, оскільки вони практично все залишкове тепло випускають в атмосферу у вигляді пари. Відповідно, загальна енергетична ефективність процесу знижується. Ставки-охолоджувачі Багато сучасних систем охолодження, що застосовуються у технологічних процесах, використовують ставки-охолоджувачі. Ставки-охолоджувачі зазвичай являють собою великі об'єми води, що містяться у ставку, з якого беруть охолоджувальну воду. Після проходження через теплообмінники електростанції вода (з більш високою температурою) зливається назад у ставок. Площа ставка зазвичай залежить від потужності та ефективності електростанції. Ці типи ставків застосовують майже п'ятнадцять відсотків (15 %) теплових електростанцій у США, що використовують вугілля та інші викопні палива, установки з комбінованим циклом, а також атомні електростанції. Головні недоліки ставків-охолоджувачів – це великі площі, потрібні для їх улаштування, і незадовільна якість води в ставку. Потреба у великих площах для улаштування ставка-охолоджувача пояснюється необхідністю підтримання низьких температур, зазвичай нижчих за 22 °C. Справа в тому, що коли температура води починає підніматися, водорості та інші організми ростуть і розмножуються швидше, що викликає проблеми в системі охолодження і в самому ставку. 3 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Таким чином, для підтримання низьких температур ставки-охолоджувачі мають дуже великі площі, до 2,500 гектарів. Враховуючи зростаючий дефіцит земель, придатних для використання, це рішення стає менш привабливим. Ще одним фактором, що обмежує застосування ставків-охолоджувачів, є незадовільна якість води у ставку. На деяких установках охолоджувальна вода з ставка повинна піддаватися додатковому очищенню, такому як фільтрація і видалення сполук, що можуть пошкодити механічне устаткування. Погана якість води пояснюється швидким ростом мікроорганізмів, водоростей і зважених частинок. Якість води в цих ставках робить їх непривабливими для використання в рекреаційних цілях, і вони можуть являти загрозу здоров'ю людей, які користуються ставком. Крім того, оскільки температура води у ставку-охолоджувачі не повинна перевищувати 25– 30 °C, то нагріта вода не може бути використана для інших потреб, що приводить до втрат цінної теплової енергії. Ливарна промисловість Водоохолоджувальні системи можуть також використовуватися в інших галузях промисловості, наприклад у ливарному виробництві. Ливарна промисловість має важливе значення, у першу чергу для гірничого виробництва, де метали плавлять для виробництва інших виробів. У процесі лиття в умовах надвисоких температур утворюються гази, які повинні бути охолоджені для подальшого відведення або використання. Сьогодні більшість підприємств ливарного виробництва використовують водоохолоджувальні системи, з рециркуляцією води або прямоточні системи охолодження. Оскільки проблема охолодження актуальна для багатьох галузей промисловості, а існуючі охолоджувальні системи мають недоліки, існує потреба у створенні удосконалених охолоджувальних систем, які працюють при низьких затратах, запобігають тепловому забрудненню і, відповідно, тепловому ушкодженню морських екосистем, використовують менше води, допускають більшу гнучкість у відношенні географічного розташування та/або отримують вигоду від теплової енергії, що виробляється у процесі охолодження (наприклад з допомогою теплообмінників), в корисних цілях. Відомі технічні рішення В патенті США No. 4,254,818 описано запобігання корозії в охолоджувальній системі промислового призначення з допомогою використання водно-сольового розчину з концентрацією 20–35 % за масою. Водно-сольовий розчин циркулює у замкнутому циклі між теплообмінником для виробничого процесу і ставком-охолоджувачем для підтримання бажаної концентрації водно-сольового розчину, яка має знаходитися в діапазоні від 20 до 35 % за масою. Спосіб охолодження потребує улаштування системи охолодження, виготовленої зі сталі або її сплавів, стійкої до корозії під дією води і водно-сольового розчину, і, крім того, передбачає застосування охолоджувального резервуара, що містить водно-сольовий розчин з концентрацією 20–35 % за масою, і замкнутий контур між зазначеним резервуаром і системою охолодження, по якій циркулює водно-сольовий розчин. Для підтримання потрібної концентрації водно-сольового розчину спосіб передбачає поповнення води, щоб компенсувати втрати і підтримувати потрібну концентрацію солі. При цьому передбачається також допоміжна ємність або резервуар для осадження карбонату кальцію і сульфату кальцію з відпрацьованої води, отриманої в результаті охолодження технологічного процесу, і подача води без солей до ставка-охолоджувача, з можливістю відновлення солей. Згідно з патентом США No. 4,254,818 має використовуватися вода з певною концентрацією солі в діапазоні від 20 до 35 % за масою, що обмежує тип води, яка може використовуватись. Таким чином, цей патент не розкриває використання окислювальних агентів і флокулянтів або коагулянтів; патент не розкриває також питання видалення зважених твердих речовин, водоростей, бактерій, металів і органічних речовин. Крім того, патент не забезпечує створення економічної системи фільтрації. Замість цього патент розкриває застосування допоміжних резервуарів для осадження карбонату кальцію і сульфату кальцію, що тягне за собою підвищення капітальних затрат і затрат на технічне обслуговування. Суть винаходу У короткому описі суті винаходу у спрощеному вигляді описано вибір ідеї винаходу, яка буде описана нижче більш докладно. Опис суті винаходу не обмежує об'єму патентної охорони заявленого об'єкта винаходу. Цей винахід може знайти застосування у різних галузях промисловості та системах охолодження. Хоча цей винахід стосується конкретних виробничих середовищ, такі середовища є репрезентативними і не обмежують об'єму правової охорони. Способи та системи згідно з принципами цього винаходу забезпечують технологічний процес, в якому використовується недорога охолоджувальна вода високої якості, часто 4 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 порівнянна з якістю води у плавальних басейнах. У деяких варіантах здійснення винаходу описано узгоджений спосіб і систему охолодження, що включає велику ємність для зберігання води, призначеної для використання в технологічному процесі, причому спочатку вода кондиціонується і зберігається з підтриманням високої якості, а потім повторно використовується, забезпечуючи надійну систему охолодження впродовж довгого часу. До того ж вода, нагріта під час технологічного процесу, може за бажанням бути використана для інших потреб, наприклад для опалення житлових приміщень, отримання гарячої води, термічного опріснення, опалення теплиць, а також в інших промислових та побутових цілях. При термічному опрісненні вода, що піддається опрісненню, повинна бути нагріта перед тим, як пройти дистиляцію. Тому нагріта вода з ємності може бути використана для нагрівання при термічному опрісненні. Крім того, галузі промисловості, які використовують воду або інші рідини при високих температурах, можуть використовувати цю "попередньо нагріту" воду для виробництва пари або для підвищення температури іншої рідини шляхом теплообміну, підвищуючи, таким чином, енергетичну та економічну ефективність. Для систем охолодження, що використовуються на електростанціях, цей винахід забезпечує спосіб узгодженого охолодження, який має кілька переваг порівняно з існуючими системами, а саме: вони недорогі, екологічно сприятливі і стійкі протягом тривалого періоду часу. Система згідно з цим винаходом споживає менше води у порівнянні з іншими системами, що забезпечує можливість розміщення промислових підприємств в місцях, які раніше не можна було уявити. Більше того, оскільки водойма поглинає тепловід процесу охолодження, то можуть бути створені великі теплі водойми (наприклад джерело теплової енергії), які можуть використовуватися у багатьох промислових і рекреаційних цілях. Наприклад, якби всі теплові електростанції застосували для цілей охолодження цей винахід, який дозволяє використати теплову енергію, яку досі втрачали, то викиди CO2 у світі знизились би до 50 %. На відміну від прямоточної технології охолодження цей винахід передбачає створення економічного, стійкого і екологічно сприятливого скоординованого способу і системи охолодження, що включає теплу водойму, яка працює у замкнутому циклі. Застосування способу і системи дозволяє уникнути негативних наслідків теплового забруднення, пов'язаних зі спуском води з високою температурою в море і його впливу на морські організми. І нарешті, цей винахід допоможе запобігти загибелі водних організмів внаслідок застосування всмоктувальних систем, що належать до попереднього рівня техніки, і проходження через промислові системи охолодження. Крім того, це дозволить зняти обмеження щодо географічного розміщення електростанцій. У деяких випадках для економії електроенергії можна перебазувати електростанцію (наприклад, якщо установка може бути розміщена поблизу місця використання енергії або поблизу центрів споживання, щоб місця виробництва і споживання не розділяли великі відстані.) Більше того, застосування цього винаходу може підвищити ефективність теплообмінників шляхом використання води дуже високої якості (наприклад, порівнянної з якістю води у плавальному басейні) при низьких затратах. Наприклад. морська вода має в середньому прозорість 2 метри по горизонталі, тоді як вода, отримана способом згідно з цим винаходом, має горизонтальну прозорість до 40 метрів. Морська вода містить також велику кількість бактерій, тоді як вода після очистки згідно з цим винаходом містить набагато меншу кількість органічних речовин, переважно від малої кількості органічних речовин до повної їх відсутності. Таким чином, вода, отримана згідно з цим винаходом, зведе до мінімуму біологічне забруднення і запобігатиме утворенню небажаних відкладень у трубах, які перешкоджають передачі тепла. Охолоджувальна вода згідно з цим винаходом повторно використовується при мінімальній заміні, необхідність заміни води згідно з цим винаходом обумовлена в основному її випаровуванням з басейну. І нарешті, цей винахід забезпечує можливість використання теплової енергії, що втрачається у технологічному процесі. Наприклад, підвищена температура води, що повертається в охолоджувальний ставок, може бути використана для інших потреб, наприклад для опалення житлових приміщень, отримання гарячої води, термічного опріснення або в інших промислових та побутових цілях. У порівнянні з мокрими градирнями цей винахід забезпечує скоординований спосіб охолодження, який може застосовуватись у системі, в яку доливається на 20 % менше води у порівнянні з градирнями, і випаровується в атмосферу на 20 % менше води (на основі поточних оцінок і температур оточуючого повітря та вологості). Таким чином, цей винахід більш сприятливий для навколишнього середовища та природних ресурсів. Великі водойми, представлені в цьому описі, корисні також з точки зору зниження затрат, забезпечуючи 5 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 економію до 50 % порівняно зі спорудженням і експлуатацією мокрих градирень. Крім того, цей винахід дозволяє влаштовувати водойми, які можуть бути використані для створення зон відпочинку і для приваблення туристів. Наприклад, можуть бути створені дуже великі басейни очищеної води, які можуть використовуватись для відпочинку впродовж усього року. І, як відмічалось вище, залишкове тепло в басейні може бути використане в інших промислових та побутових цілях. Водойми промислового або рекреаційного призначення можуть бути мати різну конфігурацію, яка дозволяє одночасно використовувати їх як охолоджувальні ставки. Такі водойми можуть бути розміщені послідовно, паралельно і з'єднуватися одна з одною. Крім того, цей винахід забезпечує спосіб і систему, що мають багато переваг над охолоджувальними ставками. Насамперед, очищена вода може досягати температури 30 °C або 50 °C і вище, зберігаючи при цьому відмінну якість, порівнянну з якістю води у звичайному плавальному басейні. Таким чином, площа, відведена під водойми, що розкриваються у цьому описі, може бути принаймні у 3–10 разів менша, ніж площа, необхідна для влаштування традиційних охолоджувальних ставків. До того ж, якщо підтримується вища температура води, наприклад 40 °C, то можна ще більше зменшити площу, завдяки чому описані тут водойми будуть ще більш вигідними. Зменшуючи необхідну площу ємності або штучної водойми, можна споруджувати промислові установки в місцях, де раніше це було неможливим. Більше того, якість води, отриманої способом згідно з цим винаходом, набагато перевищує якість води у багатьох існуючих штучних водоймах, зберігаючи високу прозорість при температурах, що знаходяться в діапазоні від близько 20 °C до близько 50 °C або вище. Підводячи підсумки, можна сказати, що цей винахід забезпечує спосіб і систему отримання води високої чистоти та прозорості із спорудженої штучної водойми або іншого штучного великого водного об'єкта (наприклад резервуара). Ця вода може бути використана як теплоносій для охолодження різних технологічних процесів. Варіанти здійснення цього винаходу спрямовані на використання великих кількостей води для охолодження процесів виробництва в економічний і надійний спосіб. Резервуар або штучна водойма, яка постачає воду, діє як поглинач тепла, поглинаючи вторинне тепло від технологічного процесу шляхом передачі тепла до оборотної охолоджувальної води. Варіант втілення способу забезпечення технологічного процесу охолоджувальною водою високої мікробіологічної якості включає: а. Збирання води з джерела води; b. Зберігання води у ємності, причому ємність має дно, яке може бути очищене мобільним всмоктувальним пристроєм; с. Впродовж 7-денних періодів: і. Для температури води у ємності до 35 °C включно підтримання окиснювально-відновного потенціалу (ОВП) води в ємності вище 500 мВ впродовж мінімум однієї години для кожного°C температури води в ємності шляхом додавання у воду в ємності дезінфекційного агента; іі. Для температури води в ємності, вищої ніж 35 °C і нижчої ніж 70 °C, підтримання ОВП води в ємності вище 500 мВ впродовж мінімальної кількості годин шляхом додавання у воду в ємності дезінфекційного агента, причому мінімальна кількість годин розраховується за таким рівнянням: [35 годин]–[Температура води в°C – 35] = мінімальна кількість годин; або ііі. Для температури води в ємності 70 °C або більше підтримання ОВП води в ємності вище 500 мВ впродовж мінімум однієї години шляхом додавання у воду в ємності дезінфекційної речовини; d. Активація з допомогою координаційного пристрою зазначених нижче процесів: і. Введення окислювального агента у воду в ємності, щоб запобігти перевищенню концентрації заліза і марганцю, що дорівнює 1,5 мг/л; іі. Введення коагулянта та/або флокулянта у воду в ємності, щоб запобігти перевищенню мутності у нефелометричних одиницях мутності (НОМ), що дорівнює 7 НОМ; ііі. Всмоктування води в ємності мобільним всмоктувальним пристроєм, щоб запобігти перевищенню середньої товщини осадженого матеріалу, що дорівнює 100 мм; iv. Фільтрування води в ємності, всмоктаної мобільним всмоктувальним пристроєм; і v. Повернення профільтрованої води у ємність; і е. Подача охолоджувальної води високої мікробіологічної якості з ємності на технологічну лінію з такою швидкістю, щоб різниця в температурі між охолоджувальною водою, що надходить у технологічний процес, і охолоджувальною водою, що виходить з технологічного процесу, становила принаймні 3 °C. Варіант втілення системи постачання охолоджувальної води згідно з цим винаходом для використання у технологічних процесах включає: 6 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - ємність для зберігання охолоджувальної води, яка включає дно для розміщення осаджених частинок; - підвідний трубопровід для подачі води у ємність; - координаційний пристрій для активації в потрібний момент процесів, необхідних для регулювання параметрів охолоджувальної води у заданих межах; - пристрій для введення хімічних реагентів, який приводиться в дію координаційним пристроєм; - мобільний всмоктувальний пристрій, який рухається по дну ємності і всмоктує охолоджувальну воду, що містить осаджені частинки; - приводний пристрій, який забезпечує рух мобільного всмоктувального пристрою по дну ємності; - фільтрувальний пристрій для фільтрування охолоджувальної води, що містить осаджені частинки; - збірний трубопровід, який з'єднує мобільний всмоктувальний пристрій з фільтрувальним пристроєм; - зворотний трубопровід від фільтрувального пристрою до ємності; і - підвідний трубопровід води теплообмінника від ємності до технологічної лінії; і - трубопровід оборотної води від технологічної лінії до ємності. В системі дно ємності зазвичай включає мембрани, геомембрани, геотекстильні мембрани, пластмасові плівки, бетон або бетон з покриттям, або їх комбінації. Координаційний пристрій здатний приймати інформацію, обробляти цю інформацію і приводити в дію інші пристрої, такі як пристрій введення хімічних реагентів, мобільний всмоктувальний пристрій і фільтрувальний пристрій. Пристрій введення хімічних реагентів включає зазвичай інжектори, спринклери, панель керування, дозувальні пристрої за вагою, труби або їх комбінації. Приводний пристрій приводить у рух мобільний всмоктувальний пристрій і зазвичай включає напрямну систему, систему тросів, самохідний комплекс, переміщуваний вручну комплекс, робототехнічну систему, систему дистанційного керування, човен з двигуном, плавучий пристрій з двигуном або їх комбінацію. Фільтрувальний пристрій часто включає патронні фільтри, піщані фільтри, мікрофільтри, ультрафільтри, нанофільтри або їх комбінацію і зазвичай з'єднаний з мобільним всмоктувальним пристроєм збірним трубопроводом, що містить гнучкий рукав, жорсткий рукав, трубу або їх комбінацію. Цей винахід розв'язує багато проблем захисту навколишнього середовища, що виникають у зв'язку з процесами промислового охолодження води, у тому числі теплове забруднення і шкідливий вплив на навколишнє середовище, спричинене таким тепловим забрудненням. Як при описі викладеної вище сутності винаходу, так і в наведеному нижче докладному описі винаходу містяться приклади, які наводяться лише для пояснення. Таким чином, викладений вище короткий опис і наведений нижче докладний опис не повинні розглядатися як такі, що обмежують об'єм правової охорони. Крім того, можуть бути передбачені відмітні ознаки або варіанти, що доповнюють відмітні ознаки або варіанти, наведені в цьому описі. Наприклад, деякі варіанти здійснення винаходу можуть містити різні комбінації і підкомбінації ознак, описаних в докладному описі. Короткий опис фігур Прикладені креслення, які включені в опис і являють собою частину цього опису винаходу, ілюструють різні варіанти здійснення цього винаходу. На рисунках: на фіг. 1 наведено графік, що ілюструє збільшення виробництва електроенергії у світі, в ТВт-год., в період 1993–2008 рр. на фіг. 2 наведено принципову схему технологічного процесу, що ілюструє систему теплообміну одного з варіантів цього винаходу. на фіг. 3 наведено принципову схему технологічного процесу, що ілюструє використання води з споруди, що містить воду, а саме водойми, як теплоносія в одному з варіантів цього винаходу. на фіг. 4 показано вигляд зверху на споруду, що містить воду, а саме водойму, в одному з варіантів цього винаходу. на фіг. 5 наведено принципову схему, що ілюструє можливість використання споруди, що містить воду, а саме водойми, як об'єкта рекреаційного та промислового призначення в одному з варіантів цього винаходу. Докладний опис винаходу Наведений нижче докладний опис стосується прикладених креслень. Описуються варіанти здійснення винаходу, разом з тим зберігається можливість внесення модифікацій, змін та інших варіантів втілення. Наприклад, можуть бути внесені заміни, доповнення або зміни в елементи, 7 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 показані на кресленнях, а способи, описані в цьому описі, можуть бути змінені шляхом заміни, зміни порядку або додавання стадій до розкритих способів. У відповідності до цього наведений нижче докладний опис винаходу не обмежує об'єму правової охорони. Системи і способи описуються як такі, що "включають" різні пристрої або операції, однак системи і способи можуть також "переважно складатися з" або "складатися з" різних пристроїв або операцій, якщо не передбачено інше. Наприклад, під терміном "дезінфекційний агент", "підвідний трубопровід", "мобільний всмоктувальний пристрій" і т. п. розуміється один або більш ніж один дезінфекційний агент, підвідний трубопровід, мобільний всмоктувальний пристрій і т. п., якщо не передбачено інше. Визначення Терміни або фрази, що використовуються в цьому описі винаходу, вживаються у значеннях, наведених нижче. Терміни "Ємність" або "Споруда, що містить воду" вживаються в цьому описі для загального позначення будь-якого штучного великого водного об'єкта, в тому числі штучних водойм, штучних озер, штучних ставків і т.п. Термін "Координаційний пристрій" вживається в цьому описі для загального позначення автоматизованої системи, яка здатна приймати інформацію, обробляти її і відповідно до неї приймати рішення. В одному з варіантів здійснення винаходу це може виконуватися людиною, а в іншому варіанті здійснення – комп'ютером, з'єднаним з датчиками. Термін "Пристрій для введення хімічних реагентів" вживається в цьому описі для загального позначення будь-якої системи, яка здатна додавати або вводити хімічні реагенти в воду, що міститься в ємності або водоймі. Термін "Мобільний всмоктувальний пристрій" вживається в цьому описі для загального позначення всмоктувального пристрою, який здатний переміщатися по поверхні дна ємності і всмоктувати будь-який осаджений матеріал або частинки. Термін "Приводний пристрій" вживається в цьому описі для загального позначення будьякого рушія, який приводить у рух інший пристрій, штовхаючи його або тягнучи. Термін "Фільтрувальний пристрій" вживається в цьому описі для загального позначення системи фільтрації і охоплює такі терміни, як фільтри, сітки та/або сепаратори і т.п. У даному описі основні типи води та їх відповідні загальні мінералізації (в мг/л) являють собою свіжу воду із загальною мінералізацією ≤ 1,500; слабкомінералізовану воду, з 1,500 ≤ загальна мінералізація≤10,000; і морську воду із загальною мінералізацією > 10,000. У даному описі термін "Вода високої мікробіологічної якості" включає переважно сумарну кількість аеробних бактерій менш ніж 200 колонієутворюючих одиниць "КТО»/мл, більш переважно – менш ніж 100 КТО/мл і найбільш переважно – менш ніж 50 КТО/мл. У даному описі термін "Висока прозорість" включає переважний рівень мутності, що становить менш ніж 12 нефелометричних одиниць мутності "НОМ", більш переважно – менш ніж 10 НОМ і найбільш переважно – менш ніж 7 НОМ. У даному описі термін "Невелика частина" відповідає об'єму фільтрованої води, який у 200 разів менший, ніж об'єм води, який фільтрується в традиційних системах фільтрації води для плавальних басейнів. У даному описі термін "Традиційна система фільтрації води для плавальних басейнів", або "Звичайна система фільтрації води для плавальних басейнів", або "Звичайна система фільтрації для плавальних басейнів" включає систему фільтрації, яка фільтрує повністю весь об'єм води, що піддається очистці, від 1 до 6 разів за день, зазвичай з допомогою централізованої системи фільтрації. Способи здійснення винаходу Як зазначалося вище, системи промислового охолодження потребують зазвичай великих об'ємів недорогої води високої якості, що подається в теплообмінники, для здійснення процесів конденсації або охолодження у багатьох галузях промисловості. В основному вода використовується у теплообмінниках, оскільки вона має в 4 рази більшу теплоємність, ніж теплоємність повітря, що забезпечує більшу ефективність теплообміну. У процесі теплообміну охолоджувальна вода надходить у теплообмінник при початковій температурі, поглинає тепло, яке підвищує температуру охолоджувальної води, наприклад, на принаймні 3 °C, або від 3 °C до 20 °C, або близько 10 °C. Потім охолоджувальна вода з вищою температурою виходить з теплообмінника і скидається, повертається назад у водойму або споживається в якому-небудь іншому технологічному процесі. Наприклад, штучна водойма може бути використана для зниження температури води, що виходить з процесу промислового охолодження, але перед цим вода скидається у джерело води. 8 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Більше того, якість води також є дуже важливим фактором, оскільки ефективність теплообміну в теплообмінниках залежить від якості води, що відбивається на експлуатаційних затратах і на затратах на технічне обслуговування підприємства. Якість охолоджувальної води, що використовується сьогодні, сильно залежить від джерела води, з якого здійснюється забір води, – з моря, річок, озер і т.п. Цей винахід стосується способу та системи забезпечення технологічного процесу недорогою охолоджувальною водою високої мікробіологічної якості, порівнянної з якістю води у плавальних басейнах. Шляхом рециркуляції охолоджувальної води забезпечується стійкість процесу, і в той же час нагрівання великих об'ємів води, створюючи джерела теплової енергії для інших потреб, наприклад для опалення будинків, отримання гарячої води, термічного опріснення, опалення теплиць і т.п., а також для інших промислових і побутових цілей. Великі кількості очищеної води можуть постачатися з великої ємності або штучної водойми. У деяких варіантах здійснення винаходу площа поверхні ємності або водойми визначається кількістю енергії, яка має бути розсіяна у технологічному процесі. Зазвичай площа поверхні 2 2 становить від 50 м дo близько 30,000 м на 1 МВт охолодження, потрібного для технологічного 2 процесу. У деяких варіантах втілення площа поверхні може коливатися від близько 50 м дo 2 2 2 2 близько 20,000 м , від близько 50 м до близько 10,000 м , або від близько 50 м до близько 2 5,000 м на 1 МВт охолодження, потрібного для технологічного процесу. Ємність або водойма може використовуватися у промислових або рекреаційних цілях і може мати різну конфігурацію, яка дозволяє одночасно використовувати їх як штучні охолоджувальні водойми або ємності різного призначення. Такі водойми і ємності можуть бути розміщені послідовно, паралельно і з'єднуватися одна з одною Згідно з варіантами винаходу, що розкривається в цьому описі, застосування способів і систем забезпечує можливість очищення великих об'ємів води при низьких затратах. Зазвичай сюди входить очищення води і видалення зважених твердих речовин з води шляхом фільтрування не всього об'єму води, а лише невеликої її частини, яка відповідає об'єму, у 200 меншому за об'єм води, що фільтрується традиційними способами фільтрації води для плавальних басейнів. Очищена вода, отримана цим способом і системою, може використовуватися як охолоджувальна вода у промислових цілях, таких як підведення води для використання у промислових процесах теплообміну. Фігура 2 ілюструє варіант здійснення цього винаходу, що стосується системи теплообміну. На фігурі 2 показано систему для спрощеної технології виробництва теплової енергії (9). Однак загальна ідея теплообміну, представленого на фігурі 2, може бути використана у будь-якому промисловому процесі, де потрібне охолодження матеріалу або устаткування. На фігурі 2 пара проходить через одну або більше турбін (5), а потім надходить у теплообмінник (3), де конденсується. Нагріта пара (7) надходить у теплообмінник, де тепло поглинається, і матеріал виходить у вигляді конденсату (8). Конденсат (8) проходить через насосну систему (6), звідки спрямовується у бойлер (4) для повторного перетворення у пару, і проходить через турбіни (5). У теплообміннику (3) як рідина, що поглинає тепло, може використовуватися охолоджувальна вода (1), яка подається з заданою температурою, проходить через теплообмінник і поглинає тепло з пари (7), а потім виходить (2) з вищою температурою. Система згідно з винаходом зазвичай включає ємність, координаційний пристрій, пристрій для введення хімічних реагентів, мобільний всмоктувальний пристрій та фільтрувальний пристрій. На фігурі 3 показано варіант втілення системи згідно з винаходом, в якому вода з ємності або штучної водойми використовується як теплоносій у технологічному процесі. Ця система включає впускний трубопровід води (11) до ємності або штучної водойми (12). Розмір ємності або штучної водойми спеціально не обмежується, однак у багатьох варіантах 3 здійснення ємність або штучна водойма може мати об'єм принаймні 10,000 м , або, як варіант, 3 3 принаймні 50,000 м . Теоретично ємність або штучна водойма може мати об'єм 1 млн м , 50 3 3 млн м , 500 млн м або більше. Ємність або штучна водойма (12) має дно (13), на якому може розміщуватись осаджений матеріал, такий як бактерії, водорості, зважені тверді речовини, метали та інші частинки, які осаджуються з води. Система включає також пристрій або засіб керування (10), який здійснює контроль і керування процесами для регулювання показників якості води (14) у відповідних межах. Ці процеси включають введення в дію (16) пристрою для введення хімічних реагентів (18) і введення в дію (17) мобільного всмоктувального пристрою (22). Мобільний всмоктувальний пристрій (22) переміщується по дну водойми, всмоктуючи воду, що містить осаджені частинки, які утворились у результаті процесів, розкритих у цьому описі, які можуть негативно відбиватися на якості води. Система включає також приводний пристрій (23), який приводить у рух мобільний всмоктувальний пристрій, забезпечуючи переміщення мобільного всмоктувального пристрою по дну водойми. Всмоктана вода спрямовується у 9 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фільтрувальний пристрій (20), який фільтрує воду, що містить осаджені частинки, виключаючи, таким чином, необхідність у фільтруванні всього об'єму води (фільтруючи, наприклад, лише невелику частину води у водоймі впродовж такого самого часу, що й традиційні системи фільтрації води для басейнів). Всмоктана вода спрямовується у фільтрувальний пристрій з допомогою збірного трубопроводу (19), з'єднаного з всмоктувальним пристроєм. Крім того, система включає зворотний трубопровід (21) від фільтрувального пристрою до водойми для повернення профільтрованої води назад у водойму. Впускний трубопровід охолоджувальної води (1) забезпечує постачання технологічного устаткування (9), наприклад теплообмінника, охолоджувальною водою з водойми, а зворотний трубопровід (2) передбачений для води, яка має вищу температуру після виходу з процесу промислового охолодження і повертається назад у водойму. У деяких варіантах здійснення ця вода, яка після виходу з процесу промислового охолодження повертається назад у водойму, додає не більш ніж 10 мг/л заліза у воду, що міститься в ємності або водоймі. Координаційний пристрій (10) може змінювати потік очищеної охолодженої води для технологічного процесу (9). Технологічний процес (9) відправляє інформацію (15) на координаційний пристрій (10) для установлення заданих меж якості води. Впускний трубопровід води (11) включає очищену воду, свіжу воду, слабкомінералізовану воду або морську воду, яка очищається з використанням способу і системи згідно з винаходом. Спосіб і система включають координаційний пристрій (10), який дозволяє у потрібний момент активувати процеси, необхідні для того, щоб регулювати контрольовані параметри (наприклад показники якості води) в межах, визначених оператором або попередньо заданих. В одному з варіантів здійснення винаходу технологічний процес (9) може посилати інформацію (15) на координаційний пристрій (10) для установлення заданих меж якості води. Цей винахід дозволяє використовувати набагато менше хімічних реагентів, ніж традиційні системи очистки води для плавальних басейнів, оскільки хімічні реагенти вводяться залежно від потреб системи шляхом використання алгоритму, що залежить від температури води, завдяки чому відпадає необхідність у підтриманні постійної концентрації хімічних реагентів у воді, що тягне за собою підвищення експлуатаційних затрат. Таким чином, можна значно зменшити кількість застосовуваних хімічних реагентів, у 100 порівняно з традиційними системами очистки води для плавальних басейнів, і суттєво знизити експлуатаційні затрати. Вода, що повернулась у водойму, починає повільно циркулювати і змішуватись з усім об'ємом води у водоймі, знижуючи температуру. Тепло може втрачатися в результаті теплообміну з навколишнім середовищем шляхом теплопровідності, конвекції та/або випаровування. Є принаймні одна точка відбору (1) води з водойми для використання її у технологічному процесі та принаймні одна точка повернення (2) води з вищою температурою від промислового процесу у водойму, і їх доцільно розділяти один від одного відстанню, з тим щоб вода у точці повернення води не впливала на температуру води у точці її відбору. Більше того, можна досягти зменшення площі/об'єму водойми, якщо підтримувати вищу температуру води у точці повернення води та/або температуру води у водоймі. Інформація, що надійшла до координаційного пристрою, може бути отримана шляхом візуального контролю, застосування емпіричних методів, алгоритму на основі досвіду, за допомогою електронних детекторів або шляхом їх комбінації. Координаційний пристрій включає одного або двох чоловік, електронні пристрої, будь-які засоби, здатні приймати інформацію, обробляти цю інформацію та активувати інші процеси, та їх комбінацію. Прикладом керуючих пристроїв є комп'ютер, наприклад персональний комп'ютер. Координаційний пристрій може також включати датчики, призначені для приймання інформації, що стосується показників якості води. Пристрій для введення хімічних реагентів приводиться в дію координаційним пристроєм і вводить або дозує хімічні реагенти у воду. Пристрій для введення хімічних реагентів включає (але не обмежується ними) інжектори, спринклери, панель керування, пристрої дозування за вагою, труби, та їх комбінації. Дно ємності або водойми, як правило, містить непористий матеріал або покрите ним. Як непористі матеріали можуть використовуватися мембрани, геомембрани, геотекстильні мембрани, пластмасові плівки, бетон, бетон з покриттям, або їх комбінації. У переважному варіанті здійснення винаходу дно ємності або штучної водойми містить пластмасову плівку. Мобільний всмоктувальний пристрій переміщається по дну ємності або водойми, всмоктуючи воду, що містить осаджені частинки і матеріали, що утворились в результаті процесів, які розкриваються в цьому описі. Приводний пристрій з'єднаний з мобільним всмоктувальним пристроєм, забезпечуючи переміщення мобільного всмоктувального пристрою по дну ємності. Приводний пристрій приводить у рух мобільний всмоктувальний пристрій з допомогою системи, такої як напрямна система, система тросів, самохідний комплекс, 10 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 переміщуваний вручну, робототехнічна система, система дистанційного керування, човен з двигуном або плавучий пристрій з двигуном, або їх комбінації. У переважному варіанті винаходу приводний пристрій являє собою човен з двигуном. Вода, всмоктана мобільним всмоктувальним пристроєм, спрямовується у фільтрувальний пристрій. Фільтрувальний пристрій приймає потік води, всмоктаний мобільним всмоктувальним пристроєм, і фільтрує всмоктану воду, що містить осаджені частинки і матеріали, виключаючи, таким чином, необхідність фільтрувати весь об'єм води (фільтрується, наприклад, лише невелика частина). Фільтрувальний пристрій включає (але не обмежується ними) патронні фільтри, піщані фільтри, мікрофільтри, нанофільтри, ультрафільтри та їх комбінації. Всмоктана вода може передаватися у фільтрувальний пристрій по збірному трубопроводу, з'єднаному з мобільним всмоктувальним пристроєм. Збірний трубопровід може бути вибраний з гнучких рукавів, жорстких рукавів, труб з будь-якого матеріалу, та їх комбінації. Система включає зворотний трубопровід від фільтрувального пристрою до ємності або водойми для повернення профільтрованої води. На фігурі 4 показано систему згідно з винаходом, вигляд зверху. Ємність або штучна водойма (12) включає підвідний трубопровід (11) для поповнення втрат води у ємності або водоймі внаслідок випаровування або інших втрат (наприклад, продувки або інфільтрації). Система може також включати інжектори (24), розташовані по периметру ємності або штучної водойми для введення або розподілення хімічних реагентів у воді. Пристрої (25) для видалення поверхневих забруднювачів також можуть використовуватись для збирання нафти або частинок з поверхні води. В одному з варіантів здійснення винаходу система постачання води високої мікробіологічної якості для використання у технологічному процесі включає такі елементи: - ємність для накопичення охолоджувальної води, яка містить дно для розміщення осаджених частинок; - підвідний трубопровід води до ємності; - координаційний пристрій для активації в потрібний момент процесів, необхідних для регулювання параметрів охолоджувальної води у заданих межах; - пристрій введення хімічних реагентів, який приводиться у дію координаційним пристроєм; - мобільний всмоктувальний пристрій для переміщення по дну ємності і всмоктування охолоджувальної води, що містить осаджені частинки; - приводний пристрій для переміщення мобільного всмоктувального пристрою по дну ємності; - фільтрувальний пристрій для фільтрування охолоджувальної води, що містить осаджені частинки; - збірний трубопровід, що з'єднує мобільний всмоктувальний пристрій з фільтрувальним пристроєм; - зворотний трубопровід від фільтрувального пристрою до ємності; - підвідний трубопровід теплообмінника від ємності до технологічної лінії; і - зворотний трубопровід від технологічної лінії до ємності. Ця система дозволяє виключити сполуки або матеріали, схильні до осадження при додаванні хімічного реагенту, оскільки мобільний всмоктувальний пристрій може всмоктувати всі осаджені частинки з дна ємності. Реалізація способу очистки води згідно з винаходом не вимагає високих затрат порівняно з традиційними системами очистки води для плавальних басейнів, оскільки цей винахід дозволяє використовувати меншу кількість хімічних реагентів і споживати менше енергії, ніж традиційні системи очистки води для плавальних басейнів. З одного боку, цей винахід дозволяє використовувати набагато менше хімічних реагентів завдяки застосуванню алгоритму, який дозволяє зберігати ОВП (окислювально-відновлювальний потенціал) на рівні принаймні 500 мВ впродовж певного періоду часу в залежності від температури води, що забезпечує можливість зберігання води високої мікробіологічної якості у відповідності до конкретних потреб. Цей метод реалізується з допомогою системи, представленої в цьому описі, яка включає координаційний пристрій, який визначає, коли вводити потрібні хімічні реагенти у воду, щоб забезпечити регулювання контрольованих параметрів у заданих межах на основі інформації, отриманої від системи. Завдяки застосуванню координаційного пристрою хімічні реагенти вводяться лише тоді, коли це потрібно, тому відпадає необхідність підтримувати постійну концентрацію хімічних реагентів у воді. Таким чином, забезпечується суттєве зменшення (до 100 разів) кількості хімічних реагентів, ніж при застосуванні традиційних систем очистки води для плавальних басейнів, що дозволяє знизити експлуатаційні затрати та затрати на технічне обслуговування. 11 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В іншому варіанті спосіб згідно з винаходом і система для його реалізації забезпечують можливість фільтрувати лише невелику частину усього об'єму води в межах певного часового інтервалу у порівнянні з традиційними системами очистки води для плавальних басейнів, які фільтрують набагато більший об'єм води впродовж такого ж періоду часу. У варіанті здійснення винаходу невелика частина загального об'єму води у 200 разів менша, ніж потік води, що очищається з допомогою централізованих систем очистки води традиційної конструкції, в яких фільтрується весь об'єм води впродовж такого ж періоду часу. Фільтрувальний пристрій у способі та системі згідно з винаходом працює менший період часу завдяки командам, отриманим від координаційного пристрою. Таким чином, фільтрувальний пристрій має дуже малу потужність і в 50 разів менші капітальні затрати і енергоспоживання у порівнянні з централізованою установкою фільтрації води, потрібною для очищення води для плавальних басейнів традиційними способами. Відповідно до варіантів здійснення цього винаходу спосіб постачання охолоджувальної води високої мікробіологічної якості для використання у технологічному процесі включає такі операції: a. Збирання води з джерел води; b. Зберігання води у ємності, причому ємність має дно, яке може бути очищене мобільним всмоктувальним пристроєм;; c. Впродовж 7-денних періодів: i. Для температури води у ємності до 35 градусів Цельсія підтримання ОВП води у ємності вище 500 мВ впродовж мінімум однієї години для кожного°C температури води в ємності шляхом додавання у воду дезінфекційного агента; ii. Для температури води у ємності вище 35 °C і до 69 °C підтримання ОВП води у ємності на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімальної кількості годин шляхом додавання у воду в ємності дезінфекційного агента, причому мінімальна кількість годин розраховується за таким рівнянням: [35 годин]–[Температура води в°C-35] = мінімальна кількість годин; або iii. Для температури води у ємності 70 °C або більше підтримання ОВП води у ємності на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімум однієї години шляхом додавання у воду в ємності дезінфекційного агента; d. Активація наведених нижче операцій координаційним пристроєм: i. Введення у воду в ємності окислювального агента, для того щоб концентрації заліза і марганцю не перевищували 1,5 мг/л; ii. Введення у воду в ємності коагулянту та/або флокулянту, для того щоб мутність не перевищувала 7 НОМ; iii. Всмоктування води в ємності мобільним всмоктувальним пристроєм, для того щоб середня товщина осадженого матеріалу не перевищувала 100 мм; iv. Фільтрування води в ємності, всмоктаної мобільним всмоктувальним пристроєм; і v. Повернення профільтрованої води у ємність; і e. Постачання охолоджувальної води високої мікробіологічної якості з ємності для використання у технологічному процесі з такою швидкістю, щоб різниця в температурі між охолоджувальною водою, що надходить у технологічний процес, і охолоджувальною водою, що виходить з технологічного процесу, становила принаймні 3 °C. Вода, що очищається способом згідно з винаходом, може являти собою воду з природних водних джерел, таких як океани, підземні води, озера, ріки, очищену воду, або їх комбінацію. Дезінфекційні речовини вводяться у воду з допомогою пристрою для введення хімічних реагентів для підтримання ОВП на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімального періоду часу в залежності від температури води, впродовж періодів по 7 днів підряд. Дезінфекційні речовини включають (але не обмежуються ними) озон, бігуанідні сполуки, альгіциди та антибактеріальні речовини, такі як сполуки міді; солі заліза; спирти; хлор і сполуки хлору; пероксиди; фенольні сполуки; йодофори; четвертинні аміни (поліквати) загалом, такі як бензалконію хлорид і сімтриазин; пероцтова кислота; галогенвмісні сполуки; бромвмісні сполуки, і їх комбінації. Якщо температура води менша за або дорівнює 35 °C включно, то рівень ОВП підтримується таким, що дорівнює принаймні 500 мВ, впродовж мінімум однієї години для кожного°C температури води. Наприклад, якщо температура води становить 25 °C, то ОВП підтримується на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімум 25 годин, які розподіляються на 7денний період. Якщо температура води становить від більш ніж 35 °C до менш ніж 70 °C, то ОВП підтримується на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімальної кількості годин, яка розраховується за таким рівнянням: 12 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [35 годин]–[Температура води в°C-35] = мінімальна кількість годин Наприклад, якщо температура води становить 50 °C, то ОВП підтримується на рівні принаймні 500 мВ впродовж мінімум 20 годин([35] – [50-35]), які розподіляються на 7-денний період. І нарешті, якщо температура води дорівнює 70 °C або більше, рівень ОВП принаймні 500 мВ підтримується впродовж мінімум однієї години за період 7 днів. Окислювальні речовини вводяться або розсіюються у воду для того, щоб підтримувати та/або запобігти досягненню концентрацій заліза і марганцю значень, що перевищують 1,5 мг/л. Відповідні окислювальні речовини включають (але не обмежуються ними) солі марганцевої кислоти; пероксиди; озон; персульфат натрію; персульфат калію; окиснювачі, отримані електролітичними способами, галогенвмісні сполуки, та їх комбінації. Зазвичай окислювальні речовини вводять або розсіюють у воду з допомогою пристрою введення хімічних реагентів. Антискаланти можуть вводитися або розсіюватися у воду для зменшення або запобігання утворенню відкладень, наприклад осадженню солей жорсткості у теплообміннику. Приклади антискалантів включають (але не обмежуються ними) сполуки на основі фосфонату, такі як фосфонову кислоту, PBTC (трикарбонова кислота фосфонобутану), хромати, поліфосфати цинку, нітрити, силікати, органічні речовини, каустичну соду, полімери на основі яблучної кислоти, поліакрилат натрію, натрієві солі етилендіамінотетраоцтової кислоти, інгібітори корозії, такі як бензотріазол, та їх комбінації. Флокулувальний або коагулюючий агент вводять або розсіюють у воду для того, щоб з'єднувати, збільшувати, зрощувати та/або коагулювати суспендовані у воді частинки, які потім осідають на дно ємності. Зазвичай флокулувальні або коагулюючі агенти вводять або розсіюють у воду з допомогою пристрою введення хімічних реагентів. Відповідні флокулувальні або коагулюючі агенти включають (але не обмежуються ними) полімери, такі як катіонні полімери або аніонні полімери; солі алюмінію, наприклад хлоргідрат алюмінію; алюмокалієвий галун і сульфат алюмінію; четвертинні і полічетвертинні амонієві сполуки; оксид кальцію; гідроксид кальцію; сульфат заліза; хлорид заліза; поліакриламід; алюмінат натрію; силікат натрію; природні продукти, наприклад хітозан, желатин, гуаргам, альгінати, насіння морінги; похідні крохмалю; та їх комбінацію. Частина води, в якій збираються або осаджуються флокули, являє собою зазвичай шар води, розташований вздовж дна резервуару. Флокули утворюють осад на дні ємності, який потім може бути видалений мобільним всмоктувальним пристроєм, у зв'язку з чим відпадає необхідність фільтрувати всю воду ємності, а фільтрується лише невелика її частина. Пристрій для введення хімічних реагентів і мобільний всмоктувальний пристрій у способі та системі згідно з винаходом приводяться в дію в потрібний момент координаційним пристроєм для регулювання контрольованих параметрів у відповідних межах. Пристрій для введення хімічних реагентів і мобільний всмоктувальний пристрій приводяться в дію відповідно до потреб системи, що дозволяє вводити набагато менше хімічних реагентів у порівнянні зі звичайними способами очистки води для плавальних басейнів і фільтрувати невелику частину всього об'єму води, у 200 разів меншу порівняно з традиційними системами фільтрації води для плавальних басейнів, які фільтрують весь об'єм води впродовж такого ж періоду часу. У деяких варіантах здійснення винаходу, розглянутих у цьому описі, "невелика частина" води, що підлягає фільтруванню, може становити менш ніж близько 30 %, менш ніж близько 25 %, менш ніж близько 20 %, менш ніж близько 15 %, менш ніж близько 10 %, менш ніж близько, 9 %, менш ніж близько 8 %, менш ніж близько 7 %, менш ніж близько 6 %, менш ніж близько 5 %, менш ніж близько 4 %, менш ніж близько 3 %, менш ніж близько 2 %, менш ніж близько 1 %, менш ніж близько 0.9 %, менш ніж близько 0.8 %, менш ніж близько 0.7 %, менш ніж близько 0.6 %, або менш ніж близько 0.5 %, за день, від усього об'єму води. У способі та системі, розкритих у цьому описі, координаційний пристрій може отримувати інформацію стосовно показників якості води та їх відповідних допустимих меж. Інформація, що надійшла до координаційного пристрою, може бути отримана з допомогою емпіричних методів. Координаційний пристрій здатний також приймати інформацію, обробляти цю інформацію та активувати потрібні процеси у відповідності до цієї інформації, в тому числі їх комбінацію. Прикладом координаційного пристрою є комп'ютер, наприклад персональний комп'ютер, з'єднаний з датчиками, який вимірює параметри і на основі цієї інформації активує процеси. Репрезентативні процеси, які можуть бути активовані координаційним пристроєм, включають: - приведення в дію у потрібний момент пристрою для введення хімічних реагентів, надання інформації про дозу та додавання відповідних хімічних реагентів для підтримання контрольованих параметрів якості води у заданих межах. 13 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - приведення в дію у потрібний момент мобільного всмоктувального пристрою, який одночасно може приводити в дію фільтрувальний пристрій для фільтрування води, всмоктаної мобільним всмоктувальним пристроєм, забезпечуючи, таким чином, фільтрування лише невеликої частини води в ємності або штучній водоймі на відміну від централізованої системи фільтрації води для плавальних басейнів традиційної конструкції. Координаційний пристрій передає також інформацію для приведення в дію мобільного всмоктувального пристрою. Координаційний пристрій може одночасно приводити в дію фільтрувальний пристрій для фільтрування потоку води, всмоктаного мобільним всмоктувальним пристроєм, тобто для фільтрування лише невеликої частини всього об'єму води. Мобільний всмоктувальний пристрій приводиться в дію координаційним пристроєм, щоб запобігти перевищенню товщини осадженого матеріалу 100 мм. На відміну від традиційних систем фільтрації, які працюють неперервно, фільтрувальний пристрій і мобільний всмоктувальний пристрій працюють лише для підтримання параметрів води у заданих межах, наприклад, лише кілька годин на добу. В інших варіантах виконання мобільний всмоктувальний пристрій запобігає тому, що товщина осадженого матеріалу перевищує 50 мм, або 25 мм, або 15 мм. При певних умовах ємність або штучна водойма, поряд з їх використанням як джерело охолоджувальної води, можуть використовуватися у рекреаційних цілях. У деяких варіантах здійснення винаходу мобільний всмоктувальний пристрій рухається по дну штучної водойми, ретельно всмоктуючи потік води, що містить осаджені частинки, завдяки чому дно дуже добре видно крізь воду. Більше того, дно водойми може бути будь-якого кольору, у тому числі білого, жовтого або голубого, часто надаючи воді привабливого кольору. В одному з варіантів втілення горизонтальна видимість крізь воду водойми може становити принаймні 4 метри, принаймні 6 метрів, принаймні 10 метрів, принаймні 15 метрів, а в деяких випадках до 40 метрів. Крім використання для цілей охолодження, вода у штучній водоймі має достатню якість і чистоту, щоб відповідати вимогам постановам уряду стосовно рекреаційного використання води для плавання і купання та/або постановам уряду стосовно якості води для плавальних басейнів. Наприклад, вода, що міститься у штучній водоймі, відповідає вимогам Агентства охорони навколишнього середовища (АОНС) щодо вмісту бактерій для рекреаційного використання води для плавання і купання [EPA критерії рекреаційного використання води для плавання (повний контакт), 1986]. Фігура 5 ілюструє варіанти здійснення винаходу, що стосуються рекреаційного та промислового використання ємності або штучної водойми (12), що розкривається в цьому описі. Ємність або штучна водойма (12) включає впускний трубопровід (2) і випускний трубопровід (1) для води. В одному з варіантів виконання (33) показано різні варіанти використання водойми, що містить нагріту воду (джерело теплової енергії): опалення житлових будинків (30), подача гарячої води для здійснення процесів термічного опріснення (28), для опалення теплиць (29) або попереднього нагріву робочих рідин або підведення гарячої води до різних технологічних процесів (27), а також для використання в інших промислових та побутових цілях (31). В іншому варіанті виконання (32) ілюструється використання водойми (12), що містить нагріту воду (джерело теплової енергії), у комерційних та рекреаційних цілях, таких як будівництво (26). Приклади Наведена в описі інформація носить ілюстративний характер, існують і інші варіанти, які знаходяться в межах об'єму цього винаходу. Приклад 1 Спосіб і систему згідно з цим винаходом було застосовано у процесі охолодження 3 2 масляного генератора. Ємність об'ємом 200 м і площею приблизно 285 m було заповнено морською водою із загальною мінералізацією близько 35,000 мг/л. Температура води в цій ємності становила 35 °C. Виходячи з цієї температури, ОВП на рівні принаймні 500 мВ підтримували впродовж (35 × 1) 35 годин у тиждень. У понеділок для підтримання ОВП впродовж 12 годин у воду додавали гіпохлорид натрію до досягнення концентрації у воді 0.16 мг/л. Пізніше, в середу, ОВП підтримували впродовж 9 годин шляхом підтримання цієї концентрації гіпохлориду натрію. І нарешті, у п'ятницю, концентрацію гіпохлориду натрію у воді, що становила 0.16 мг/л, підтримували впродовж решти (35-12-9) 14 годин, щоб загальна кількість годин становила 35 годин у тиждень. Не було необхідності проводити додаткове окислення для регулювання рівнів заліза і марганцю, оскільки гіпохлорид натрію має достатній окислювально-відновлювальний потенціал для окислення заліза і магнію. Флокулувальний агент вводили до того, як мутність перевищила значення 7 НОМ, а Crystal Clear® вводили доти, поки у ємності не було досягнуто концентрації 0.09 мг/л. 14 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 На основі інформації, отриманої від системи, координаційний пристрій привів у дію всмоктувальний пристрій до того, як товщина осадженого матеріалу перевищила 100 мм. Осаджений матеріал, що утворився в результаті застосування узгодженого способу, був всмоктаний пристроєм, що переміщувався по поверхні ємності, і зібрану воду фільтрували через піщаний фільтр з швидкістю 5 л/с. Не було необхідності фільтрувати весь об'єм води. Всмоктувальний пристрій відбирав лише невелику частину всього об'єму води, що містила осад, і передавав цю воду на піщаний фільтр. Потім з допомогою зворотного трубопроводу профільтровану воду з піщаного фільтра повернули у ємність. Кондиціонована вода використовувалась для охолодження одного дизельного двигуна Hyundai, модель D6CA. Це 6-циліндровий двигун, вертикальний, з водяним охолодженням. Генератор фірми Stanford, 125 кВА. У теплообмінник дизельного двигуна подавали фільтровану воду з ємності. Температура води, яку подавали в теплообмінник, становила 35 °C, температура води, яка випускалась назад у ємність, була 39.3 °C, таким чином, температура відпрацьованої води зросла приблизно на 4.3 °C. Швидкість потоку оборотної води від кожного генератора становила 3.45 л/с. У такий спосіб генератор охолоджувався і одночасно залишкове тепло використовувалось для нагрівання води в ємності і підтримання високої температури за рахунок теплообміну. Відведена теплова енергія становила приблизно 62 кВт, тоді відношення площа/МВт: Нагріту воду використовували в плавальному басейні з кондиціонованою водою для рекреаційних цілей, що дозволило зекономити енергію порівняно з нагріванням води традиційними способами (наприклад з допомогою бойлера). Приклад 2 Спосіб і система згідно з цим винаходом може бути застосована для очистки і збереження води для охолодження теплової електростанції потужністю 420 МВт. Може бути споруджена штучна водойма з площею поверхні 360,000 м², об'єм приблизно 540,000 м³, температура води близько 45 °C. У наведеній нижче таблиці показано приблизні площі поверхні (гектар = га), потрібні для охолодження електростанції потужністю 420 МВт, на основі температури води у водоймі: 30 Таблиця 1 Тº водойми (ºС) 40 45 50 28 30 32 33 35 36 38 39 41 43 45 47 49 50 555 35 25 29 229 190 161 122 107 86 77 64 59 49 42 36 31 27 25 Вода у водойму може подаватися впускним трубопроводом з моря до повного заповнення водойми, концентрація розчинених твердих речовин становить близько 35,000 мг/л. Температура води 45 °C, тобто більш ніж 35 °C, отже, ОВП на рівні принаймні 500 мВ підтримували впродовж 25 годин (35 – [45 – 35] = 25), розподілених на період 7 днів. Наприклад, у вівторок у воду можна додати бромід натрію для підтримання концентрації 0.134 мг/л у воді впродовж 12 годин, а потім у п'ятницю того ж тижня повторити додавання хімічного реагенту в такий же спосіб впродовж 13 годин, що у загальному підсумку складе 25 годин за 7 днів. Координаційний засіб, причому як такий може виступати людина, отримує інформацію, що стосується контрольованих параметрів способу та системи (наприклад різні показники якості води). Немає необхідності додавати у воду окислювальний агент, оскільки бромід натрію має достатній окислювально-відновлювальний потенціал для окислення заліза і марганцю. Що стосується стадії флокуляції, то Crystal Clear® вводиться до того, як мутність досягне значення 7 НОМ, щоб отримати концентрацію у воді 0.08 мг/л. Введення флокулянта повторюється кожні 48 годин. Після осадження бактерій, металів, водоростей та інших твердих речовин, і до того як товщина осадженого матеріалу досягне 15 мм, координаційний пристрій приводить у дію мобільний всмоктувальний засіб, який включає 9 всмоктувальних пристроїв, що рухаються по дну водойми, всмоктуючи воду, що містить осаджені частинки. Кожний з 9 пристроїв з'єднаний з приводним пристроєм, у цьому випадку з човном з двигуном. Потік води, що містить осаджені частинки, від кожного всмоктувального пристрою по гнучких рукавах перекачується насосом потужністю 5,5 кВт до фільтрувального пристрою. Потік води, всмоктаний кожним всмоктувальним пристроєм, фільтрується через піщані фільтри з швидкістю 21 л/с. Таким чином, немає необхідності у фільтруванні всього об'єму води 15 UA 107881 C2 5 10 15 20 25 – замість цього фільтрується лише частина води, що містить осаджені частинки, всмоктана всмоктувальними пристроями, яка у 200 разів менша, ніж об'єм води, що фільтрується традиційними системами фільтрації води для плавальних басейнів. Профільтрована вода повертається назад у водойму з допомогою зворотного трубопроводу, який може мати вигляд гнучкого рукава. Очищена вода може використовуватися як охолоджувальна вода для теплової електростанції потужністю 420 МВт. Взаємозв'язок між енергією (або теплом), яка має бути розсіяна, витратою води і підвищенням температури води установлюється рівнянням , де ср – питома теплоємність води при постійному тиску, приблизно дроівнює: . Звідси, витрата води для електростанції потужністю 420 МВт становить 54,000 м³/год. з підвищенням температури охолоджувальної води на 7 °C. Площа поверхні водойми дорівнює 36 гектарів, що становить 0,086 гектара на кожний МВт потрібного охолодження. Частина охолоджувальної води теплообмінника теплової електростанції може подаватися з водою з водойми різними способами. Температура води у водоймі, а отже, температура впускної охолоджувальної води, що подається у теплообмінник, становить близько 45 °C. Після виходу з теплообмінника вода повертається назад у водойму з температурою 52 °C. Таким чином, температура води, використаної в технологічному процесі охолодження, підвищується на близько 7 °C. Вода, що повернулась назад у водойму, яка має вищу температуру, починає повільно рухатись по всій водоймі, змішуючись з усім об'ємом води у водоймі, знижуючи, таким чином, температуру зворотної води. Середня температура водойми залишається на рівні близько 45° C, і можна здійснювати забір води з водойми для використання в процесі промислового охолодження ще раз, або у неперервному режимі. Очищена вода у водоймі може мати такі параметри: Параметр Одиниця вимірювання НОМ мг/л мг/л мг/л 7.96 Без запаху 0.2 35,000* 0.1