Міжнародний полярний фонд — Передове очищення та фільтрація води

Інноваційне використання водних ресурсів на дослідницькій антарктичній станції «Принцеса Елізабет»

Міжнародний полярний фонд (МПФ) використовує рішення компанії ifm для досягнення цілі щодо нульових викидів в Антарктиді.

Згідно з рішенням ЄС, з 2028 року зведення будівель в Європі із нульовим рівнем викидів стане обов'язковим. Те, що в нашій частині світу досі залишається незрозумілим, в Антарктиді давно стало реальністю. Там антарктична станція «Принцеса Елізабет», перша науково-дослідна станція з нульовим рівнем викидів, кидає виклик суворим умовам. У цій знаковій авангардній будівлі, ймовірно, відбувається найпівденніше застосування технологій автоматизації компанії ifm.

Це континент крайнощів. Товщина льоду сягає 5000 метрів, середньорічна температура становить -55 °C, майже 6 місяців темряви: Антарктида, ймовірно, є найнесприятливішим місцем для постійного проживання людей, проте дослідники регулярно вирушають на Південний полюс для роботи в різних сферах досліджень, як-от гляціологія, вивчення клімату, мікробіологія і геологія — усе це для того, щоб краще зрозуміти світ.

Для сприяння полярним дослідженням і захисту довкілля Міжнародний полярний фонд (МПФ) у співпраці з урядом Бельгії та численними приватними партнерами заснував дослідницьку антарктичну станцію «Принцеса Елізабет». Станція, яка була відкрита у 2009 році, унікальна тим, що це перша й поки що єдина науково-дослідна база в Антарктиді, яка працює без викидів. Станція заселена протягом чотирьох місяців на рік, а впродовж восьми зимових місяців вона продовжує працювати автономно, збираючи дослідницькі дані й відправляючи їх до Бельгії через супутник.

Нульові викиди навіть для споживання води

Електроенергія, яка потрібна для роботи очисної станції, виробляється за допомогою енергії вітру й сонця. Сніг і лід забезпечують дослідників і техніків водою. І саме тут, у видобутку й очищенні води, лежить велика відповідальність: «Для виконання вимоги щодо нульового рівня викидів у використанні водних ресурсів вирішальне значення має відновлення чистоти води, що видобувається зі снігу, після її використання та перед поверненням у природу. Це єдиний спосіб по-справжньому замкнути кругообіг води й мінімізувати наш вплив на природу Антарктиди», — ділиться своєю думкою Аймар де Ліхтерфельде, інженер, відповідальний за проєкт.

Від 16 до 50 осіб

Щоб продовжити цю практику в майбутньому, улітку 2023/24 року в Антарктиді було введено в експлуатацію нову станцію очищення води. «Полярна станція, збудована у 2009 році, була розрахована на 16 осіб. Зараз у літні місяці тут працюють від 40 до 50 осіб. Тому водоочисні споруди довелося розширити, щоб і надалі задовольняти попит і мати можливість обробляти більший обсяг технічної води.»

Вища швидкість переробки, менше споживання енергії

Аймар де Ліхтерфельде пояснює, що це означає в цифрах: «За нашими оцінками, добова потреба у воді становить близько 50 літрів на особу. Це втричі менше, ніж середнє споживання в домогосподарствах Європи. Важливо згадати про це, оскільки, як і у випадку з енергією, першим кроком є ​​зменшення споживання. Наступним кроком є видобуток води: 60 відсотків нашої води ми отримуємо з природи, розтоплюючи сніг, збагачуючи її мінералами й переробляючи в питну воду. 40 відсотків повторно використовується завдяки очищенню стічних вод.» Настільки висока частка повторно використовуваної води обумовлена ​​роботою нової очисної станції — раніше повторно можна було використати лише 20 відсотків води. Таке збільшення позитивно позначається на енерговитратах станції, оскільки на переробку води йде вдесятеро менше енергії, ніж на розтоплення снігу.

З 55 літрів технічної води залишається 30 г сухого шламу

«Тепер ми можемо очищати 100 відсотків сірої та чорної води, що утворюється, щоб повернути її назад у внутрішній цикл або в природу у вигляді очищеної води. Оскільки Антарктида не є державою, тут немає встановлених стандартів якості води, яку нам дозволено скидати. Мадридський протокол установлює низку передових практик, яких слід дотримуватися, проте він не передбачає кількісних стандартів. Тому ми дотримуємося рекомендацій Всесвітньої організації охорони здоров'я щодо питної води. Ця основа амбітна з екологічної точки зору, а також вигідна для нашої діяльності, оскільки ми можемо повторно використовувати воду, не створюючи проблем для споживачів.» Вражають і деякі інші цифри: очисна станція здатна очищати 54 з 55 літрів сірої та чорної води, перетворюючи її на надчисту воду; за добу залишається всього 30 г сухого шламу, решта випаровується; шлам збирається і через кілька років вивозиться до Південної Африки для спалювання.

Невдовзі стала очевидною додана вартість IO-Link

«Усього цього можна досягти в сталих масштабах лише в тому випадку, якщо система функціонуватиме як слід», — зазначає Аймар де Ліхтерфельде. «З цієї причини, коли два роки тому ми почали планувати зведення нової станції очищення води, ми вирішили використати технологію, яка була б надійною, простою в обслуговуванні й легко замінюваною в разі надзвичайної ситуації. Коли ми детальніше вивчили технологію IO-Link, ми невдовзі зрозуміли, що хочемо використати її для інтеграції датчиків у станцію, оскільки вона давала нам додаткові переваги в багатьох відношеннях. «Технологія IO-Link — це цифрова система зв'язку типу «точка-точка», у якій датчики передають свої дані головному пристрою, який потім пересилає їх на рівень польової шини. Замість прокладання кабелів від кожного датчика до шафи управління, як із традиційною аналоговою проводкою, сигнали датчиків можна збирати децентралізовано за допомогою сумісних із польовими шинами головних пристроїв IO-Link, а потім об'єднувати й передавати на наступний рівень польової шини.

Просте налаштування параметрів, легке встановлення на місці

«Сумісні з польовими шинами головні пристрої IO-Link від компанії ifm значно спростили підключення», — стверджує Аймар де Ліхтерфельде. Ще однією перевагою технології є те, що параметри окремих датчиків можна зберігати на відповідному головному пристрої. У разі заміни несправного датчика на ідентичну модель параметри автоматично переносяться на новий пристрій. «Це надзвичайно цінно для нас, оскільки заміну на місці можна виконувати швидко й легко. І це можуть робити навіть особи без спеціальної кваліфікації.»

Антарктична станція «Принцеса Елізабет» доступна для дослідників лише чотири місяці на рік. Через дорогоцінність часу надійність роботи є ще важливішою. «Тому ми заздалегідь побудували нову очисну станцію в Бельгії та провели її інтенсивні випробування. Потім усе було розібрано на дрібні компоненти для транспортування. І тут принцип IO-Link добре послужив нам, оскільки стандартизовані роз'єми M12 дозволили виконати повторну проводку на місці без помилок і в короткий термін.»

Витратомір SM: створений для обмежених просторів

Нова очисна станція, що складається із двох резервних систем, оснащена витратомірами SM від фахівця з автоматизації, компанії ifm. Крім поточної витрати вони також визначають загальну витрату й температуру речовини. Усі значення наочно відображаються на дисплеї. За бажанням зміна кольору з червоного на зелений вказує на те, чи виходять значення за межі цільового діапазону. Оптимізована вимірювальна труба забезпечує меншу втрату тиску, що дозволяє зменшити продуктивність насоса. Не потрібно ні впускної, ні випускної труби. Це є значною перевагою, особливо в обмеженому просторі. Інші датчики, включно з датчиками клапанів і датчиками рівня, надають додаткову важливу інформацію про поточний стан очищення води.

Моніторинг стану очисної станції також через віддалений доступ

Дані, що стосуються контролера та які потрібні для постійного моніторингу стану, тобто всі виміряні значення також передаються на ІТ-рівень — разом із додатковими діагностичними даними, які надають інформацію про поточний стан кожного окремого датчика IO-Link. «Це не лише спрощує обслуговування на станції, а й дає нам змогу дистанційно контролювати стан очисної станції в зимові місяці в Антарктиці й підготувати її до використання в наступному дослідному сезоні.»

Сумісні з польовими шинами головні пристрої IO-Link від компанії ifm значно спростили підключення. Це надзвичайно цінно для нас, оскільки заміну на місці можна виконувати швидко й легко.

Аймар де Ліхтерфельде Інженер, відповідальний за проєкт

Про IPF

Міжнародний полярний фонд був заснований у 2002 році бельгійським науковцем і полярним дослідником, він базується в Брюсселі, являючи собою новий вид зв’язку між наукою та суспільством. Фонд прагне до підвищення ролі науки й досліджень у полярних регіонах завдяки переосмисленню взаємопов'язаності нашої планети, її крихкості, впливу діяльності людини на довкілля та еволюції тисячолітніх кліматичних циклів.