Sistema de desalinización de agua marina de tipo espiral.

Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A;

10C; 10D) que comprende:

un recipiente a presión de tipo espiral (15) en el que una pluralidad de elementos de membrana de ósmosis inversa (13-1 a 13-10) que tienen membranas de ósmosis inversa espirales para la obtención de agua permeada reduciendo un contenido de sal en el agua sin tratar, se conectan a través de una tubería de agua permeada (14);

un conducto de suministro de agua sin tratar (L1) dispuesto para suministrar el agua sin tratar al recipiente a presión (15);

un conducto de descarga de agua concentrada (L2) dispuesto para descargar al exterior agua concentrada, concentrada en el recipiente a presión (15);

un tapón (17) que bloquea la tubería de agua permeada (14) en el centro de los elementos de membrana de ósmosis inversa (13-1 a 13-10) en el recipiente a presión (15);

un conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y un conducto de agua permeada del lado posterior (L4) dispuestos para descargar agua permeada del lado frontal (12-1) y agua permeada del lado posterior (12-2) al exterior, respectivamente, que están separados antes y después, respectivamente, en la tubería de agua permeada (14) bloqueada por el tapón (17);

caracterizado por una válvula de regulación de presión (20) que se monta en el conducto de suministro de agua sin tratar (L1) y está dispuesta para regular una presión del suministro de agua sin tratar de modo que el caudal del agua permeada (12) después de que se hayan combinado el agua permeada del lado frontal (12-1) y el agua permeada del lado posterior (12-2) alcance un valor específico;

una válvula de regulación de flujo (21) que está montada en el conducto de descarga de agua concentrada (L2) y está dispuesta para regular el caudal de descarga del agua concentrada de modo que el caudal del agua concentrada esté en un valor de referencia; y

una válvula de regulación de flujo (22) que está montada en el conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y está dispuesta para regular el caudal de agua permeada del lado frontal de modo que un caudal del agua permeada a través del conducto de agua permeada del lado posterior (L4) alcance un valor de referencia.

Sistema de desalinización de agua marina de tipo espiral Campo técnico La presente invención se refiere a un aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral capaz de reducir la fluctuación en elementos de membrana de ósmosis inversa alojados en un recipiente a presión.

Estado de la técnica Para obtener agua dulce a partir de agua marina, es decir, agua sin tratar, se han usado como métodos convencionales un método de evaporación por el cual se evapora el agua marina y un método de ósmosis inversa por el cual se presuriza el agua marina para que pase por un tipo de membrana de filtración llamada membrana de ósmosis inversa (membrana de OI) para filtrar agua dulce mientras se concentra y se descarga el contenido de sal del agua marina.

El último método de ósmosis inversa es superior al método de evaporación en cuanto a eficiencia energética. Sin embargo, el método de ósmosis inversa tiene problemas tales como requerir un meticuloso tratamiento previo (un tratamiento que usa "una membrana de ultrafiltración (membrana de UF) " o "una membrana de microfiltración (membrana de MF) " que reduzca un contenido turbio de agua marina, es decir, agua sin tratar) a fin de no obstruir la membrana de OI con microorganismos y depósitos del agua marina y que el mantenimiento o similar resulte costoso.

Entre los ejemplos de aparatos de membrana de ósmosis inversa se encuentran: un aparato de membrana de ósmosis inversa de tipo "membrana de fibra hueca" moldeado para darle una forma similar a una fibra hueca sustancialmente con una anchura del tamaño de la pasta y filtros de fuera a adentro; y un aparato de membrana de ósmosis inversa de tipo "membrana en espiral" en el que una lámina de una membrana de filtración se reviste con un sólido soporte de malla para mantener su solidez estando sus bordes unidos para formar una envoltura, después la envoltura se enrolla a modo de brazo de gitano y se aplica presión desde la dirección del corte transversal. Para aplicar la presión se usan, por ejemplo, bombas de alta presión, tales como bombas de turbina y bombas de émbolo.

El método de ósmosis inversa presenta dificultades para obtener una calidad de agua tan elevada como la obtenida por el método de evaporación. Por ello, es necesario combinar una pluralidad de aparatos de membrana de ósmosis inversa para obtener una calidad del agua de elevada pureza.

En la Fig. 8 se representa un modo de realización de un aparato de desalinización de agua marina de un aparato convencional de membrana de ósmosis inversa en espiral (Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº 2001-137672) .

Como se muestra en la Fig. 8, una unidad de módulo de membrana de ósmosis inversa está constituida por una pluralidad de módulos de membrana de ósmosis inversa 103 (tres módulos en este modo de realización) suministrados en paralelo a través de una tubería de agua permeada 104. Cada uno de los módulos de membrana de ósmosis inversa 103 tiene una pluralidad de elementos de membrana de ósmosis inversa 101 que están conectados en serie entre sí y están alojados en un recipiente a presión 102 cilíndrico.

En la Fig. 8, el número 105 indica agua sin tratar (agua suministrada) , el 106 indica agua permeada, el 107 indica agua concentrada y el 115 indica una junta para agua salada.

Como se muestra en la Fig. 9, por ejemplo, cada uno de los elementos de membrana de ósmosis inversa 101 tiene una estructura en la que una membrana de ósmosis inversa 113 con forma de envoltura que incluye un material de paso 112 se enrolla en forma de espiral con un separador de malla 114 alrededor de una tubería colectora 111, y la junta para agua salada 115 se suministra en un extremo del elemento de membrana de ósmosis inversa 101. Cada uno de los elementos de membrana de ósmosis inversa 101 lleva por turnos agua suministrada (agua marina) 116 con una presión predeterminada, suministrada desde la junta para agua salada 115 del lado frontal, hasta el espacio entre superficies adyacentes de la membrana de ósmosis inversa 113 con forma de envoltura a través del separador de malla 114. El agua permeada (agua dulce) 117 que pasa a través de la membrana de ósmosis inversa 113 por ósmosis inversa se extrae desde una junta posterior 118 a través de la tubería colectora 111. El agua concentrada 119 también se extrae del lado posterior del elemento de membrana de ósmosis inversa 101.

Cuando se usa tal elemento de membrana de ósmosis inversa en espiral 101 para la desalinización de agua marina, aproximadamente de seis a ocho de los elementos de membrana de presión de ósmosis inversa 101 están alojados en un único recipiente a presión 102 para su uso.

También se ha desarrollado un dispositivo de ósmosis inversa (OI) de tipo árbol de Navidad construido con una pluralidad de elementos (Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº

2007-125527) .

A continuación se describen las razones por las que los elementos están alojados en el recipiente a presión 102.

1) Cuando el número de elementos de membrana de ósmosis inversa 101 alojados en un único recipiente a presión 102 aumenta para reducir el número de recipientes a presión 102, el número de tuberías ramificadas de alta presión se reduce, lo cual disminuye los costes de construcción. 2) Reducir el número de recipientes a presión 102 instalados provoca la reducción de un área de instalación requerida. 3) Al reducir el número de recipientes a presión 102, aumenta por término medio la cantidad de agua suministrada que ha fluido al interior de un único elemento de membrana de ósmosis inversa 101. Por ello, puede eliminarse el fenómeno de polarización de la concentración, por el cual la concentración se eleva a la superficie de una membrana, para mejorar el rendimiento de desalinización. Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº 2001-137672 Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa abierta a inspección pública Nº 2007-125527

Los documentos US 2002/108900 A1, WO 2005/082497 A1, US 6190556 B1 y WO 2009/156547 A1 desvelan diversas disposiciones de dispositivos de tratamiento de agua y métodos para producir agua potable a partir de agua marina usando elementos de ósmosis inversa o nanofiltración que usan un sistema que tiene, en un recipiente a presión, una serie de módulos de membrana enrollados en espiral con el conducto de permeabilización dividido en una cara frontal y una posterior.

Divulgación de la invención Problema que debe resolver la invención Cuando el número de elementos de membrana de ósmosis inversa 101 alojados en un único recipiente a presión 102 aumenta (diez elementos, por ejemplo) , aumenta la diferencia entre la calidad del agua que ha fluido en el elemento (1º ) frontal de membrana de ósmosis inversa y la calidad del agua que ha fluido en el elemento (10º ) de atrás del todo de membrana de ósmosis inversa. Esto da como resultado un problema tal y como se muestra en la Fig. 10. La cantidad de agua producida obtenida de la membrana de atrás del todo de ósmosis inversa (10ª) es extremadamente inferior a la cantidad de agua producida, obtenida de la membrana frontal de ósmosis inversa (1ª) .

Como se muestra en la Fig. 10, la membrana del elemento (1º ) frontal de membrana de ósmosis inversa produce una cantidad de agua permeada mayor que las membranas de los otros elementos. En consecuencia, es extremadamente probable que solo se ensucie la membrana frontal. Por otra parte, la membrana del elemento (10º ) de atrás del todo de membrana de ósmosis inversa produce una cantidad extremadamente pequeña de agua permeada, lo cual causa el problema de que la membrana no puede usarse con efectividad.

Por ello, la fluctuación de la condición de uso del elemento individual de membrana de ósmosis inversa 101 aumenta, de modo que el elemento de membrana de ósmosis inversa 101 se vuelve ineficiente en conjunto. Así, actualmente lo habitual es alojar, en un único recipiente a presión 102, una cantidad igual o inferior a ocho elementos, más preferentemente igual o inferior a seis elementos.

Por la razón mencionada anteriormente, se ha querido desarrollar un aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral capaz de reducir la fluctuación en los elementos de membrana de ósmosis inversa 101, aumentar en el alojamiento el número de elementos de membrana de ósmosis inversa 101 alojados en un único recipiente a presión 102 y aumentar la eficiencia productiva en la desalinización de agua marina.

En vista de los problemas existentes se ha realizado la presente invención y uno de los objetos... [Seguir leyendo]

1. Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A; 10C; 10D) que comprende:

un recipiente a presión de tipo espiral (15) en el que una pluralidad de elementos de membrana de ósmosis inversa (13-1 a 13-10) que tienen membranas de ósmosis inversa espirales para la obtención de agua permeada reduciendo un contenido de sal en el agua sin tratar, se conectan a través de una tubería de agua permeada (14) ; un conducto de suministro de agua sin tratar (L1) dispuesto para suministrar el agua sin tratar al recipiente a presión (15) ; un conducto de descarga de agua concentrada (L2) dispuesto para descargar al exterior agua concentrada, concentrada en el recipiente a presión (15) ; un tapón (17) que bloquea la tubería de agua permeada (14) en el centro de los elementos de membrana de ósmosis inversa (13-1 a 13-10) en el recipiente a presión (15) ; un conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y un conducto de agua permeada del lado posterior (L4) dispuestos para descargar agua permeada del lado frontal (12-1) y agua permeada del lado posterior (12-2) al exterior, respectivamente, que están separados antes y después, respectivamente, en la tubería de agua permeada (14) bloqueada por el tapón (17) ; caracterizado por una válvula de regulación de presión (20) que se monta en el conducto de suministro de agua sin tratar (L1) y está dispuesta para regular una presión del suministro de agua sin tratar de modo que el caudal del agua permeada (12) después de que se hayan combinado el agua permeada del lado frontal (12-1) y el agua permeada del lado posterior (12-2) alcance un valor específico; una válvula de regulación de flujo (21) que está montada en el conducto de descarga de agua concentrada (L2) y está dispuesta para regular el caudal de descarga del agua concentrada de modo que el caudal del agua concentrada esté en un valor de referencia; y una válvula de regulación de flujo (22) que está montada en el conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y está dispuesta para regular el caudal de agua permeada del lado frontal de modo que un caudal del agua permeada a través del conducto de agua permeada del lado posterior (L4) alcance un valor de referencia.

2. Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A; 10C; 10D) de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende:

un aparato de recuperación de energía (41) que está montado en el conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y está adaptado para recuperar energía del agua permeada del lado frontal con elevada presión.

3. Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A; 10C; 10D) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que una válvula de tres vías (42) está interpuesta entre la válvula de regulación de flujo (22) que está montada en el conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y el aparato de recuperación de energía (41) .

4. Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A; 10C; 10D) de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende:

un aparato de conversión de presión (50) que está adaptado para convertir la energía de presión del agua permeada del lado frontal en energía de presión del agua permeada del lado posterior; y un segundo aparato de membrana de ósmosis inversa (30) que está adaptado para producir agua permeada a través de una membrana de ósmosis inversa que usa el agua permeada del lado posterior cuya presión está incrementada.

5. Aparato de desalinización de agua marina de tipo espiral (10A; 10C; 10D) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que una válvula de tres vías (42) está interpuesta entre la válvula de regulación de flujo (22) que está montada en el conducto de agua permeada del lado frontal (L3) y el aparato de conversión de la presión (50) .