Procedimiento de eliminación de boro del agua y equipo para llevar a cabo dicho procedimiento.

La presente invención se refiere a un procedimiento de eliminación de boro del agua que comprende realizar un primer paso de ósmosis inversa mediante la alimentación de agua salobre dentro un contenedor de membranas de ósmosis inversa que comprende una pluralidad de membranas interconectadas en serie, y entre dos de dichas membranas se coloca un interconector ciego que separa los caudales de permeado en dos secciones de membranas, las que están antes del interconectar ciego y las que están después del interconector ciego, definiendo respectivamente dos etapas y realizar un segundo paso de ósmosis inversa que comprende membranas de baja presión y alto flujo o flujo medio y presión media y que se alimenta con una parte o con la totalidad del agua procedente del permeado de las membranas del primer paso que están antes del interconector ciego, es decir la primera etapa del primer paso

Procedimiento de eliminación de boro del agua y equipo para llevar a cabo dicho procedimiento.

Objeto de la invención

La presente invención se encuadra dentro de los procedimientos de eliminación del boro del agua de mar y los equipos para llevar a cabo dichos procedimientos.

Campo técnico de la invención

La presente invención tiene aplicación en la industria de desalinización de agua, más precisamente aplicable en la purificación y desalinización del agua de mar.

Estado de la técnica anterior a la invención

En la actualidad los procedimientos de eliminación del boro del agua de mar se realizan mediante la utilización de membranas de ósmosis inversa y sistemas combinados de membranas y resinas poliméricas de intercambio iónico.

El contenido de boro en el agua de mar oscila entre 3,5 y 5,5 partes por millón (en adelante ppm). Por regla general, las membranas de agua de mar tienen un bajo rechazo del boro y por ello el contenido de dicho elemento en el agua permeada no cumple con la normativa vigente de 1 ppm para el agua de consumo humano y para algunas aplicaciones agrícolas. Por otra parte, la Organización Mundial de la Salud (en adelante OMS) recomienda que el contenido de boro en el agua no sobrepase los 1 ppm y en el futuro se prevé que este nivel baje a 0,5 ppm de boro.

Por lo tanto, se desarrollaron técnicas muy especializadas para eliminar el boro del agua de mar y llegar a los contenidos establecidos por la normativa en aguas tratadas mediante membranas de ósmosis inversa.

Así, la técnica más empleada para la eliminación del boro del agua para consumo humano y agrícola, partiendo de agua de mar, consiste en la utilización de plantas equipadas con dos pasos de ósmosis inversa con membranas, donde un primer paso se realiza con membranas de agua de mar y un segundo paso se realiza con membranas de agua salobre.

Así, el agua de mar es tratada por el primer paso de membranas de ósmosis inversa a alta presión, donde se eliminan la mayor parte de sales y también un tanto por ciento del boro. Por regla general, se suele obtener una concentración del boro del agua tratada (en adelante agua permeada) que oscila, en función a la temperatura del agua, entre los 0,7 y 1,5 ppm de este elemento. Cabe destacar, además, que las membranas de ósmosis inversa pierden, con el tiempo y con las sucesivas limpiezas a las que son sometidas, su capacidad de eliminación de sales y de boro.

La experiencia demuestra que el contenido de boro en el agua permeada puede sobrepasar el límite actual de 1 ppm.

Además, como ya se ha mencionado, cabe esperarse que se modifique la normativa al respecto, para rebajar el contenido permitido de boro en aguas potables a 0,5 ppm.

Así, se consigue obtener un procedimiento de eliminación del boro que permita garantizar desde un principio que el contenido de boro en el agua permeada no sobrepase nunca el límite actual de 1 ppm y que permita obtener el límite deseable para la OMS de 0,5 ppm. Dicho procedimiento asegura que el contenido obtenido no varíe con el tiempo de funcionamiento, ni con las sucesivas limpiezas químicas de las plantas desaladoras.

Para ello, se diseñan plantas con un segundo paso de membranas de ósmosis inversa de agua salobre de baja presión y alto flujo de trabajo. Esta solución consiste en tomar parte del agua permeada, obtenida del primer paso de membranas de ósmosis inversa a alta presión, aumentarle el pH hasta valores de 10-11 mediante añadido de hidróxido sódico u otra base fuerte y posteriormente bombearla a un segundo paso. Las aguas perneadas obtenidas en el primer paso y el segundo paso son mezcladas en proporciones adecuadas, para minimizar el contenido de boro en el agua resultante del tratamiento. Este sistema se detalla en la figura 1.

Mediante estos sistemas, toda o parte del agua procedente del primer paso de membranas de ósmosis inversa es tratada por el segundo paso de membranas de ósmosis inversa, tras ser previamente bombeadas del primer al segundo paso.

Adicionalmente, hay que tener en cuenta que en las plantas de ósmosis inversa, existen multitud de contenedores de presión que sirven para alojamiento de las membranas, que son conectadas en serie mediante interconectores. Dichos contenedores de presión pueden tener alojadas 6, 7, 8 o más membranas conectadas en serie. Además, en una planta de ósmosis inversa existen multitud de contenedores montados en paralelo y que conforman lo que se denomina bastidor de membranas.

El agua de mar es alimentada por una de las caras del contenedor de presión recogiéndose el agua concentrada en sales por la cara posterior del contenedor y recogiéndose el agua con bajo contenido de sales y bajo contenido en boro por el centro del contenedor y procedente de todas las membranas, que están interconectadas en serie por su tubo central.

Así, el contenido total de boro corresponde a la mezcla de los contenidos de éste elemento de los caudales independientes de agua permeada de cada membrana ubicada en el contenedor de presión. Y la concentración de boro en el agua permeada va aumentando desde la primera a la última membrana. En la figura 2 se muestra un esquema convencional de un contenedor de presión de un primer paso en un sistema convencional como el arriba descrito.

En definitiva, en los sistemas actuales se bombea el agua permeada del primer paso, que es una mezcla de los permeados de todas las membranas de dicho paso, al segundo paso. Además, en toda ósmosis inversa, las salinidades de los permeados de las membranas aumentan conforme se incrementa su posición en el tubo o contenedor de presión. Ello hace, que las presiones de trabajo del segundo paso, sean algo más altas que las que cabría esperar para un agua de bajo contenido salino.

Era deseable, pues, obtener un procedimiento de eliminación del boro del agua de mar que evitara la utilización de una bomba en la alimentación del segundo paso, particularmente de una bomba booster o bomba elevadora de presión.

Descripción de la invención

La presente invención, por lo tanto, pretende evitar la utilización de una bomba en la alimentación del segundo paso, particularmente de una bomba elevadora de presión o bomba booster. Es decir que, la presente invención consigue llevar a cabo un proceso para la eliminación del boro del agua de mar mediante un sistema de ósmosis inversa, que permita evitar la utilización de una bomba en la alimentación del segundo paso. Estos sistemas funcionan tomando un porcentaje de caudal total de permeado del primer paso, que es tratado en un segundo paso de membranas de agua salobre, en lugar del cien por cien del caudal de permeado del primer paso.

Para tal fin, se dispone, dentro del contenedor de presión (o conducto de permeado) del primer paso, de un interconector ciego, también llamado "split ciego", que se puede colocar en diferentes posiciones entre dos de las membranas existentes dentro de cada contenedor de presión, de manera de separar los flujos de permeado. De esta forma, el contenedor de presión trabaja como si fuera en dos etapas, obteniéndose, así, dos corrientes de agua permeada por ambos extremos del contenedor de presión con diferentes contenidos de boro.

Por lo tanto, el disponer de un interconector ciego, permite separar los caudales de permeado del primer paso para tratar, posteriormente, cualquiera de ellos, en un segundo paso de membranas de ósmosis inversa.

Una vez determinada la posición del interconector ciego dentro del conducto de permeado del primer paso, se podrá considerar que los flujos de permeado quedan divididos como si se tratara de dos etapas.

Esta separación de las membranas mediante el interconector ciego, dependerá del caudal, de la presión de permeado y del contenido de boro requerido en dicho permeado.

Adicionalmente, el flujo de trabajo del caudal de permeado de cada sección de membranas puede regularse, si se lo requiere, ejerciendo una contrapresión que puede ser de distinto valor, mediante válvulas instaladas en cada parte del conducto de permeado.

El segundo paso de membranas, se alimenta, así, con la propia presión que ofrece la corriente de permeado de la primera etapa, del primer paso.

El segundo paso está compuesto de membranas de baja presión y alto flujo.

En una realización particular, el interconector ciego se coloca entre las membranas...

1. Procedimiento de eliminación de boro del agua caracterizado porque comprende:

- realizar un primer paso (I) de ósmosis inversa mediante la alimentación de agua salobre (8) dentro un contenedor de membranas (9) de ósmosis inversa que comprende una pluralidad de membranas (A1, A2, A3, A4, A5, A6 y A7) interconectadas en serie, y entre dos de dichas membranas se coloca un interconector ciego (2) que separa los caudales de permeado en dos secciones de membranas, las que están antes (a) del interconector ciego (2) y las que están después (b) del interconector ciego (2), definiendo respectivamente dos etapas (a y b);

- realizar un segundo paso (II) de ósmosis inversa que comprende membranas de baja presión y alto flujo o flujo medio y presión media y que se alimenta con una parte o con la totalidad del agua procedente del permeado (1) de las membranas del primer paso (I) que están antes (a) del interconector ciego (2), es decir la primera etapa (a) del primer paso (I).

2. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque en el primer paso se colocan 6, 7 u 8 membranas en el contenedor de membranas (9).

3. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque en el primer paso (I), dentro del contenedor de membranas (9), se disponen 7 membranas (A1, A2, A3, A4, A5, A6 y A7) y el interconector ciego (2) está colocado entre las membranas que ocupan las posiciones A3-A4 o A4-A5.

4. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque en el primer paso (I) se regula el flujo de trabajo del caudal permeado mediante válvulas (5) de regulación del caudal, instaladas en cada lado del contenedor de membranas (9).

5. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque en el segundo paso (II) se adiciona hidróxido sódico (10), o un alcalinizante fuerte, o un alcalinizante fuerte y antiincrustante (11) a una corriente de alimentación (1) de dicho paso, siendo dicha corriente (1) procedente de las membranas del primer paso para aumentar el pH.

6. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua a tratar (8) es agua de mar o agua salobre.

7. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 1, caracterizado porque al realizar el segundo paso (II) de ósmosis inversa éste se alimenta con la parte del agua procedente del permeado de las membranas del primer paso que están después del interconector ciego (2), es decir el agua de la segunda etapa del primer paso (4).

8. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 7, caracterizado porque se transfiere la presión residual existente en el agua de permeado de la primera etapa (4) del primer paso (I) al permeado de la segunda etapa del primer paso por medio de un dispositivo hidráulico intercambiador de presiones (12) que se intercala antes de la alimentación del segundo paso.

9. Procedimiento de eliminación de boro del agua según la reivindicación 8, caracterizado porque se refuerza la presión de alimentación del segundo paso por medio de una bomba (13) de bajo consumo energético que se instala a continuación del dispositivo hidráulico (12) intercambiador de presiones y antes de la alimentación del segundo paso.

10. Equipo para llevar a cabo un procedimiento de eliminación de boro del agua tal como el definido en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende al menos:

- un contenedor de membranas (9) de ósmosis inversa que comprende una pluralidad de membranas (A1, A2, A3, A4, A5, A6 y A7) interconectadas en serie, siendo las membranas de baja presión y alto flujo o presión media y flujo medio;

- un interconector ciego (2) que se dispone entre dos membranas de dicho contenedor de membranas (9), de manera tal que dicho interconector (2) separe los caudales de permeado de dos secciones de membranas o etapas (a y b); y

- al menos dos válvulas (5) de regulación del caudal instaladas en cada lado del contenedor de membranas (9) del primer paso (I).

11. Equipo para eliminación de boro del agua según la reivindicación 10, caracterizado porque el contenedor de membranas dispone de 6, 7 ú 8 membranas.

12. Equipo para eliminación de boro según la reivindicación 10, caracterizado porque se disponen 7 u 8 membranas en el contenedor de membranas (9) y el interconector ciego (2) está dispuesto entre las membranas que ocupan las posiciones A3-A4 ó A4-A5.

13. Equipo para llevar a cabo un procedimiento de eliminación de boro del agua tal como el definido en la reivindicación 8, caracterizado porque comprende al menos:

- un contenedor de membranas (9) de ósmosis inversa que comprende una pluralidad de membranas (A1, A2, A3, A4, A5, A6 y A7) interconectadas en serie, siendo las membranas de baja presión y alto flujo o presión media y flujo medio;

- un interconector ciego (2) que se dispone entre dos membranas de dicho contenedor de membranas (9), de manera tal que dicho interconector (2) separe los caudales de permeado de dos secciones de membranas o etapas (a y b);

- al menos dos válvulas (5) de regulación del caudal instaladas en cada lado del contenedor de membranas (9) del primer paso (I); y

además comprende al menos:

- un dispositivo hidráulico (12) de transferencia de presiones intercalado en la alimentación del segundo paso (II).

14. Equipo de eliminación de boro según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además una bomba (13) de bajo consumo energético instalada en derivación o by pass, a continuación del dispositivo hidráulico (12) de transferencia de presiones y antes del inicio del segundo paso (II).