W jednej z winiarni w PółnocnejKalifornii, produkującej wysokiej jakości wina eksportowane na światowe rynki, wdrożono aplikację efektywnego oczyszczania ścieków. Jakie wyzwania pojawiły się w czasie jej projektowania? Jakie rozwiązania zastosowano w ramach opracowanego systemu?
Każdy producent wina staje przed dylematem, co zrobić ze ściekami powstającymi w procesie produkcji tego trunku. Rozwiązania są różne, w zależności od lokalizacji i miejscowych przepisów. Pewna winiarnia w Kalifornii poradziła sobie z tą ważną kwestią, zachowując dużą świadomość ekologiczną. Realizowane w niej procesy oczyszczania i odprowadzania ścieków muszą bowiem sprostać wysokim standardom.
Opanować strumień i zachować wydajność
W związku z rozwojem rynku szerokiej gamy win szczepowych produkcja winiarni rosła. Konieczne stało się więc zaprojektowanie wydajnego systemu uzdatniania ścieków. Przed wyzwaniem opanowania ich strumienia i zachowania najwyższej wydajności produkcji stanął Jason Simpson, dyrektor zakładu w firmie EcoLabs.
Odpowiedzialna za ten projekt była część firmy Ecovation Inc., filia EcoLabs, zajmująca się rozwiązaniami dotyczącymi wody, energii i odpadów, a także specjalizująca się w systemach uzdatniania wody i ścieków, które zmniejszają koszty operacyjne i zwiększają efektywność energetyczną. We współpracy z inżynierami i ekspertami w dziedzinie hydrauliki zaprojektowano system, który zbiera maksymalną ilość ścieków z zakładu do studni czerpalnej, a następnie transportuje je do zbiornika wyrównawczego przez reaktor ścieków, aż do aerobowych osadników. Uzdatnione ścieki można wykorzystać do nawadniania winnicy, zamykając w pełni ekologiczny proces uzdatniania.
Na etapie doboru pomp do tego układu należało wziąć pod uwagę kilka czynników:
? odporność na korozję ? pompy przeznaczone do tego rodzaju zastosowań muszą być szczególnie odporne na korozję ze względu na kwasowość transportowanych cieczy;
? odporność na erozję ? aby zabezpieczyć się przed płynącymi gruboziarnistymi cząstkami stałymi (np. szypułkami czy pestkami), trzeba stosować wyłącznie pompy wykonane z twardego metalu;
? ochrona przed zatykaniem ? należało pamiętać, że osadzające się w urządzeniach ciała stałe mogą zablokować proces pompowania;
? minimalna powierzchnia i pompy samo-ssące ? zastosowanie tłoczni ścieków zajęłoby zbyt dużą powierzchnię i wymagało stabilnej siły ssącej. Tymczasem pompy głębinowe są pompami samossącymi, a zanurzone w płynie nie nagrzewają się nadmiernie;
? niezawodność ? pompy umieszczone na dnie głębokiej studzienki powodowałyby opóźnienia, gdyby zachodziła konieczność ich regularnego wyciągania w celu sprawdzenia i konserwacji;
? przepustowość ? należało zapewnić niezbędną przepustowość z uwzględnieniem rocznych wahań zmian objętości wina w zakładowych instalacjach. Jego dzienny przepływ w winiarni może się różnić nawet trzykrotnie (np. od 378 500 litrów poza sezonem do 1 135 600 litrów w szczycie sezonu). Tak jak w przypadku większości systemów, sprzęt musiał być dostosowany do największej możliwej wydajności.
Pompy zanurzeniowe w układzie potrójnym
Podjęto decyzję o instalacji trzech pomp głębinowych zamontowanych w układzie potrójnym. Potrójna stacja ssąca to unikatowe zestawienie trzech pomp działających równolegle. Wybór trzech pomp (zamiast jednej lub dwóch większych) sprzyjał zwiększeniu niezawodności systemu, a także zapewnił działanie przy zmiennych warunkach pracy. Potrójne sterowanie pozwala na pracę jednej, dwóch lub wszystkich trzech pomp, w zależności od zmieniającego się tempa zapełniania zbiornika. Aby zapewnić regularną pracę każdej maszyny i równomierne zużycie, kolejność działania pomp jest zmienna. Zamontowano również bardzo czuły system alarmowy, monitorujący pracę pomp.
W efekcie pompy do uzdatniania ścieków powstających po przeróbce winogron cechuje:
? odporność na blokowanie ? w pompach odbywa się rozdrabnianie za pomocą wirnika tnącego z końcówką z węglika wolframu, opartego na przyssawce. Przyssawka ma nieregularny otwór z otworkami tnącymi, które pomagają przechwytywać odpadki i wspomagają wirnik w procesie rozdrabniania;
? odpowiednia objętość i wysokość ssania ? nieblokujące się jednokanałowe wirniki o wysokiej przepustowości i wysokości ssania są idealne do pracy w studni czerpalnej;
? odporność na ścieranie ? wszystkie szybko zużywające się i mokre (będące w kontakcie ze ściekami z obróbki winogron) elementy,takie jak wirnik, płytka ścierająca, obudowa olejowa, obudowa pompy oraz wewnętrzna, górna część pompy, są wykonane z odlanej stali nierdzewnej 316;
? niezawodność ? silnik zatapialny jest chroniony za pomocą podwójnego uszczelnienia mechanicznego. Dolne uszczelnienia wykonano z węglika krzemu, a górne z węgla/ceramiki. Powyżej wirnika umieszczono dodatkową uszczelkę wargową, aby zapobiec dostawaniu się materiałów ściernych do komory uszczelnienia. Ochrona uzwojenia i izolacja silnika klasy F wg NEMA pozwala na wzrost temperatury silnika do 110°C, czyli więcej niż izolacje klasy A i B. Automatyczny wyłącznik zatrzymuje silnik pompy, jeśli nadmiernie wzrośnie temperatura lub pobór prądu.
System w swojej ostatecznej formie został zainstalowany w 2008 r. Zgodnie z projektem wszystkie ścieki spływają teraz do studni czerpalnej z trzema pompami głębinowymi: prowadzącą, drugą i zapasową. Pompy pozostają w pełni zanurzone nawet przy najniższym poziomie płynu, aby zapewnić maksymalne chłodzenie.
Ścieki przepływają ze studni czerpalnej do zbiornika wyrównawczego i reaktora, a następnie do osadnika aerobowego. Są tam przetrzymywane do czasu, gdy stają się potrzebne do nawadniania. W zależności od zawartości osadniki są osuszane i odszlamowywane, aby usunąć zbierający się osad.
Jak stwierdził Jason Simpson, system jest niezawodny, a w ciągu pierwszych pięciu lat wymieniono w nim tylko jedną uszczelkę, po sygnale wygenerowanym przez system ostrzegania. Zastosowane rozwiązania zapewniają nieprzerwaną produkcję i pozwalają cieszyć się wyśmienitym winem.
Autor: Jordan M. Schultz jest menedżerem treści w CFE Media.
Tekst pochodzi z nr 3/2017 magazynu "Control Engineering". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
