بخشی از مقاله
چکیده
رشد سریع جمعیت و صنعتی شدن منجر به افزایش تقاضا برای آب شده و عواقب جدی برای محیطزیست به همراه داشته است. با توجه به رکود نسبی بازار فولاد و افزایش رقابت بین تولیدکنندگان در کاهش بهای تمامشده محصولات خود همچنین با در نظر گرفتن شرایط آبی کشور در این مقاله تلاش گردیده، از پتانسیل تکنولوژی پینچ آبی در بهینهسازی مصرف آب صنعت نورد استفاده شود. مفهوم تکنولوژی پینچ ، یک نوع یکپارچهسازی تبادل جرم در عملیاتهای مصرفکننده آب میباشد و این کاربرد به نحوی اجرا میگردد که کاربری اصلی این شبکهها را دچار اختلال نمیکند.
برای بررسی اثربخشی این تکنولوژی یک مطالعه موردی در کارخانه نورد کوثر صورت گرفته و میزان نیاز آبی آن کارخانه بررسی گردید. در این کارخانه جهت صرفهجویی در مصرف آب از روش احیا استفاده مجدد استفاده میگردد اما تکنولوژی پینچ به روش تک آلایندگی و با در نظر گرفتن آلاینده کلراید توانست با افزودن روش صرفهجویی استفاده مجدد به آن مصرف آب را در سیکل باز این کارخانه به میزان44/46 درصد کاهش دهد. این میزان نیاز آبی، میتوان انتظار داشت مصرف مواد شیمیایی و انرژی نیز در تأسیسات احیا به مقدار قابلملاحظهای کاهش یابد.
مقدمه
فرآیندهای صنعتی مختلف مانند تخلیه، استخراج، عصاره گیری و شستشو در بسیاری از کارخانجات شیمیایی و پالایشگاهها توسط آب انجام میشود و نیاز به استفاده گسترده از آب در این کارخانجات میباشد. آب پس از استفاده در فرآیند تبدیل به فاضلاب میشود که دارای آلایندههای مختلف خطرناک و سمی است و باید بهشدت کنترل شوند. بنابراین در این دوره نگرانی زیستمحیطی در سطح وسیعی از صنایع در خصوص مقدار زیاد مواد آلی و فاضلابهای شیمیایی به وجود آمده است
مقدار آب مورداستفاده در تولید بهطور قابلتوجهی از صنعتی به صنعت دیگر و از فرایندی به فرآیند دیگر متفاوت است. آلوا آرگز و همکاران میزان مصرف سختگیرانه آب جهت تولید مواد شیمیایی در کل فرآیندها و پروسه های خنککاری را بین 0/0045 تا 0/145 مترمکعب به ازای هر کیلوگرم محصول محاسبه نمودهاند.
در بیشتر صنایع اعم از صنعت فولاد که مصرفکننده آب به مقدار زیاد هستند، پساب نیز در حجم وسیعی تولید میشود و این مسئله فقط به این دلیل است که در طراحی این صنایع، جایی برای مصرف مجدد آب وجود ندارد. با افزایش فشارهای خارجی برای کاهش مصرف آب، توجه صاحبان صنایع به این مسئله جلب شد که مصرف مجدد آب از جهاتی میتواند حتی از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه باشد و حتی در مواردی کیفیت محصول واحد را بالا ببرد و همچنین گاهی تصفیه جزئی و مصرف مجدد پساب یک واحد آسانتر و اقتصادیتر از حالتی است که پساب برای تخلیه به محیطزیست با رعایت استانداردهای زیستمحیطی تصفیه گردد. بنابراین، تحقیقات زیادی بر روی سه رویکرد در یکپارچهسازی سیستم آب - استفاده مجدد از آب، احیاء استفاده مجدد و احیاء بازیافت - صورت گرفته است.
از شیوههای نوین کاهش مصرف آب و بهینهسازی دستگاههای مصرفکننده آب و تصفیه پساب تکنولوژی پینچ آبی است. این تکنولوژی با استفاده از روشهای بازتولید، تصفیه مقطعی و تغییر فرآیند میتواند نیاز ذاتی به آب را کاهش دهد و همچنین فاضلاب حاصل از یک فرآیند میتواندمستقیماً بهعنوان آب مورد نیاز برای فرآیندهای بعدیمجدداً به کار رود بطوریکه آلایندگی مرحله قبل تأثیر منفی بر فرآیند بعد نداشته باشد. درنتیجه این روش اجازه میدهد تا فرآیندهای مصرفکننده آب را قبل از طراحی، حین کار و بعدازآن موردبررسی قرار گیرد تا مصرف آب تازه و تولید پساب به حداقل برسد. همچنین این تکنولوژی قابلیت آنالیز سیستم و تعیین موارد زیر را دارد :
· حداقل دبی آب مصرفی
· حداقل دبی پساب تولیدی
· راهحلهای مناسب جهت سنتز شبکههای مصرفکننده آب و دستگاههای تصفیه پساب
جهت نیل به اهداف ذکرشده تکنولوژی پینچ آبی تکنیکی سیستماتیک جهت انتگراسیون فرآیندهای مصرف آب و کاهش هزینههای آبی میباشد. این روش از الگوریتمهای پیشرفتهای برای تشخیص و بهینهسازی موقعیتهای مصرف مجدد آب، احیا، مصرف مجدد، بازچرخانی و سیستمهای تصفیه استفاده میکند
محمد نژاد و همکارانش در سال - 2012 - با استفاده از تکنولوژی پینچ آبی و در نظر گرفتن دو آلاینده جامدات معلق و سختی توانستند مصرف آب پالایشگاه نفت را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.[6] همچنین آقای Pra deep و همکاران - 2017 - از تکنولوژی پینچ جهت کمینهسازی پساب صنعت قند استفاده نمودند. نیاز به آب شیرین که47/1980 m3/day بود را به 85% این مقدار کاهش دادند. کاهش نیاز به آب شیرین و استفاده مجدد از پساب نیز موجب کاهش قابلملاحظه پساب گردید
در این تحقیق تلاش میگردد با استفاده از تکنولوژی پینچ و درنظر گرفتن آلاینده کلراید بهعنوان یکی از آلایندههای مؤثر در خوردگی، مصرف آب در کارخانه نورد کوثر را کاهش دهیم.
روش تحقیق
آب مورد نیاز نوردکوثر توسط تصفیهخانه مرکزی کارخانجات گروه ملی صنعتی فولاد ایران که در مجاورت رودخانه کارون میباشد تأمین میگردد. کارخانه نورد کوثر دارای دو سیکل آب نیمه بسته و باز میباشد و آب موجود در این سیکلها پس از احیامجدداً بازچرخش میشوند. دیاگرام سادهشده شبکه توزیع آب و پساب نورد کوثر در شکل1 به نمایش درآمده است.
برای انجام این تحقیق پس از بررسی پروسه آب و انتخاب فرآیندهای مناسب جهت بهینهسازی مصرف آب، با انجام نمونهگیری و تعیین مقدار آلاینده همچنین اندازهگیری دبی جریان، مقادیر حدی لازم را تعیین میکنیم سپس با استفاده از روش گرافیکی وانگ و اسمیت به ترسیم نمودار ترکیبی غلظت میپردازیم. درنهایت با روش جیمز. جی. منن و ترسیم دیاگرام آبشاری به طراحی شبکه مورد مطالعه میپردازیم.
نتایج و بحث
با توجه به اینکه اصلاح و تغییر شبکه بر مبنای نتایج هدفگذاری روی کل شبکه کارخانه بسیار پیچیده و پرهزینه است، هدفگذاری تنها برای به دست آوردن معیاری از نقطه بهینه ساختار شبکه استفاده میشود. لذا قسمتی از شبکه درنظر گرفتهشده و با هدفگذاری بر روی آن به اصلاح آن میپردازیم. با این روش میتوان با کمترین هزینه ممکن به نقطه بهینه نزدیک شد.
