BR112017022344B1 - Method of producing at least one stream of ultrafiltrate product - Google Patents

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Hua Wang
Zamir Alam
Daniella B. Mosqueda-Jimenez
Jose Luis Plasencia Cabanillas
Nicholas William Harcsar Adams
Jason Daniel Cadera
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General Electric Company
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Abstract

MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PELO MENOS UMA CORRENTE DE PRODUTO DE ULTRAFILTRADO, USO DE UMA UNIDADE DE RETROLAVAGEM E MÉTODO PARA EXPULSAR PARTICULADOS ACUMULADOS EM SUPERFÍCIES DE MEMBRANA. É proporcionado um método de produção de água purificada em um ambiente subterrâneo, em que a água de fonte subterrânea ambiente é introduzida em e através de uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração de um sistema de tratamento de água subterrânea e produzir, por meio disso, um ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons. Uma unidade eletroquímica em comunicação fluida com pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração proporciona uma solução anti-incrustante. Um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado e pelo menos uma porção da solução antiincrustante são fornecidos a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva durante um ciclo de retrolavagem. Um fluxo de fluido de fonte através de cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração inferior a trinta galões por pé quadrado por dia limita a necessidade de ciclos de retrolavagem. A redução do número de ciclos de retrolavagem aumenta a autonomia e a vida útil do sistema e limita a necessidade de intervenção para manutenção (...).METHOD OF PRODUCTION OF AT LEAST ONE Stream OF ULTRAFILTRATE PRODUCT, USE OF A BACKWASH UNIT AND METHOD FOR EXPULTING PARTICULATES ACCUMULATED ON MEMBRANE SURFACES. A method of producing purified water in an underground environment is provided, wherein ambient ground source water is introduced into and through one or more ultrafiltration membrane units of a groundwater treatment system and thereby producing , an ultrafiltrate substantially free of solid particulates with a major dimension greater than 0.1 micron. An electrochemical unit in fluid communication with at least one ultrafiltration membrane unit provides an antifouling solution. An ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the antifouling solution are supplied to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit during a backwash cycle. A flow of source fluid through each of the ultrafiltration membrane units of less than thirty gallons per square foot per day limits the need for backwash cycles. Reducing the number of backwash cycles increases the autonomy and useful life of the system and limits the need for intervention for maintenance (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção refere-se a métodos para produzir água purificada a partir de água ambiente presente em ambientes subterrâneos. Em particular, a invenção refere-se à purificação de água ambiente em um ambiente subterrâneo, utilizando dispositivos de ultrafiltração.[001] The present invention relates to methods for producing purified water from ambient water present in underground environments. In particular, the invention relates to the purification of ambient water in an underground environment, using ultrafiltration devices.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[002] A injeção de água para recuperação avançada de petróleo (EOR - enhanced oil recovery) foi usada por mais de 75 anos e considera uma parcela substancial da produção atual de petróleo nos Estados Unidos. A injeção de água é usada para extrair o petróleo imóvel presente no reservatório que, de outra forma, não iria fluir naturalmente do reservatório. Normalmente, esta é uma técnica de recuperação secundária, no entanto, está sendo considerada também na produção primária e terciária para aumentar a recuperação final.[002] Enhanced oil recovery (EOR) water injection has been used for over 75 years and accounts for a substantial portion of current US oil production. Water injection is used to extract immobile oil present in the reservoir that would not otherwise flow naturally from the reservoir. Typically, this is a secondary recovery technique, however, it is also being considered in primary and tertiary production to increase final recovery.

[003] Em processos convencionais de injeção de água, a água de injeção pode ser retirada das fontes disponíveis mais próximas, com pouca consideração em sua composição química. As fontes de água de injeção em terra (onshore) incluem rios e aquíferos, enquanto a água do mar é utilizada em alto mar (offshore). A água geralmente é filtrada para remover partículas para evitar o entupimento da formação. Certos reservatórios requerem remoção de sulfato da água para ser utilizada no processo de injeção, a fim de reduzir a formação de camada fina de sulfato de bário e de sulfato de estrôncio dentro do reservatório. Em um protocolo EOR de injeção de água típico, a água é injetada a uma pressão de aproximadamente 500 psi (3,45 MPa) maior que a pressão do reservatório. As bombas de injeção de água monofásicas são tipicamente usadas em aplicações submarinas.[003] In conventional water injection processes, injection water can be drawn from the nearest available sources, with little regard for its chemical composition. Onshore injection water sources include rivers and aquifers, while seawater is used offshore. Water is usually filtered to remove particulates to prevent formation clogging. Certain reservoirs require sulphate removal from the water for use in the injection process in order to reduce the formation of a thin layer of barium sulphate and strontium sulphate within the reservoir. In a typical water injection EOR protocol, water is injected at a pressure approximately 500 psi (3.45 MPa) greater than the reservoir pressure. Single-phase water injection pumps are typically used in subsea applications.

[004] A injeção de água de baixa salinidade (LSF - low salinity water flooding) é um processo de injeção do reservatório de petróleo com água de salinidade conhecida e adequada para extrair economicamente o petróleo adicional dos reservatórios de arenito e carbonato. Desde o trabalho pioneiro de Tang e Morrow (ver, por exemplo, Guoqing Tang e Norman R. Morrow, Oil Recovery by Waterflooding and Imbibition - Invading Brine Cation Valence and Salinity, SCA-9911, 1999), os benefícios de injeções de baixa salinidade foram demonstrados em estudos tanto em laboratório quanto em campo. A LSF mostrou produzir 2% a 12% de petróleo adicional do que de outra forma poderia ter sido produzido usando técnicas convencionais de injeção.[004] Low salinity water flooding (LSF) is a process of injecting the oil reservoir with water of known and suitable salinity to economically extract additional oil from sandstone and carbonate reservoirs. Since the pioneering work of Tang and Morrow (see, for example, Guoqing Tang and Norman R. Morrow, Oil Recovery by Waterflooding and Imbibition - Invading Brine Cation Valence and Salinity, SCA-9911, 1999), the benefits of low salinity injections have been demonstrated in both laboratory and field studies. LSF has been shown to produce 2% to 12% additional oil than could otherwise have been produced using conventional injection techniques.

[005] O uso de LSF em um campo de petróleo pode tornar outras técnicas de injeção EOR química e de polímero mais eficientes e pode proporcionar economia de custos reduzindo o consumo de produtos químicos ao mesmo tempo em que aumenta os rendimentos de hidrocarbonetos. Curiosamente, parece existir uma faixa ideal de salinidade para um reservatório de petróleo específico. Acredita-se que a salinidade ideal dependa das características do reservatório, como a mineralogia, a química da água de formação, a composição do petróleo, a química da superfície, a temperatura e pressão de formação. O nível de salinidade ideal é tipicamente na faixa de 1.000 a 10.000 ppm de sólidos dissolvidos totais (TDS - total dissolved solids).[005] The use of LSF in an oil field can make other chemical and polymer EOR injection techniques more efficient and can provide cost savings by reducing chemical consumption while increasing hydrocarbon yields. Interestingly, there seems to be an ideal range of salinity for a specific oil reservoir. Ideal salinity is believed to depend on reservoir characteristics such as mineralogy, formation water chemistry, petroleum composition, surface chemistry, formation temperature and pressure. The ideal salinity level is typically in the range of 1,000 to 10,000 ppm total dissolved solids (TDS).

[006] Em operações de campo de petróleo submarinas, as opções atualmente disponíveis para produzir água de baixa salinidade para uso em protocolos de injeção EOR incluem (1) instalação de um sistema de tratamento de água em uma plataforma topside e encanamento da água de baixa salinidade produto para uma cabeça do poço de injeção no solo marítimo e (2) instalação de um sistema de tratamento de água subterrâneo adjacente ao poço de injeção no solo marítimo. A primeira opção é tornada pouco atraente pelo alto custo da tubulação e pelo espaço limitado disponível nas plataformas topside. A segunda opção, embora atraente na medida em que evita a necessidade de tubulações de alto custo e espaço limitado na plataforma, é tornada pouco atraente pelo próprio ambiente subterrâneo que, frequentemente, tem uma alta concentração de material particulado que pode limitar severamente o intervalo de tempo durante o qual um sistema de tratamento de água subterrânea pode ser operado sem manutenção.[006] In subsea oil field operations, options currently available to produce low salinity water for use in EOR injection protocols include (1) installation of a water treatment system on a topside platform and low salinity water piping. salinity product to a seafloor injection wellhead and (2) installation of an underground water treatment system adjacent to the seafloor injection well. The first option is made unattractive by the high cost of piping and the limited space available on topside platforms. The second option, although attractive in that it avoids the need for expensive piping and limited space on the platform, is made unattractive by the underground environment itself, which often has a high concentration of particulate matter that can severely limit the range of time during which a groundwater treatment system can be operated without maintenance.

[007] Por conseguinte, existe a necessidade de métodos mais robustos para a produção de água purificada em ambientes subterrâneos.[007] Therefore, there is a need for more robust methods for producing purified water in underground environments.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃODESCRIPTION OF THE INVENTION

[008] Em uma forma de realização, a presente invenção proporciona um método de produção de água purificada em um ambiente subterrâneo, o método compreendendo: (a) introduzir água de fonte subterrânea ambiente em e através de uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração e produzir, por meio disso, um ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons; (b) preparar em uma unidade eletroquímica em comunicação fluida com pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração, uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso; e (c) fornecer um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado e pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva durante um ciclo de retrolavagem; em que um fluxo de fluido de fonte através de cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração é inferior a 51,0 l/m2h (trinta galões por pé quadrado por dia).[008] In one embodiment, the present invention provides a method of producing purified water in an underground environment, the method comprising: (a) introducing ambient underground source water into and through one or more ultrafiltration membrane units and thereby producing an ultrafiltrate substantially free of solid particulates having a major dimension greater than 0.1 micron; (b) preparing in an electrochemical unit in fluid communication with at least one ultrafiltration membrane unit, an aqueous solution comprising one or more species of hypohalous acid; and (c) supplying an ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit during a backwash cycle; wherein a source fluid flow through each of the ultrafiltration membrane units is less than 51.0 L/m 2 hr (thirty gallons per square foot per day).

[009] Em outra forma de realização, a presente invenção proporciona um método de produção de água purificada em um ambiente subterrâneo, o método compreendendo: (a) introduzir água de fonte subterrânea ambiente em e através de uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração e produzir, por meio disso, um ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons; (b) preparar em uma unidade eletroquímica em comunicação fluida com pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração, uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso; (c) fornecer um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado e pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva durante um ciclo de retrolavagem; (d) submeter uma porção do ultrafiltrado a uma etapa de separação por nanofiltração em uma unidade de nanofiltração e produzir, por meio disso, um nanofiltrado e um retentado rejeitado pela unidade de nanofiltração; e (e) submeter uma porção do ultrafiltrado a uma etapa de separação por osmose reversa em uma unidade de membrana de osmose reversa e produzir, por meio disso, um permeado e um retentado rejeitado pela unidade de membrana de osmose reversa; em que um fluxo de fluido de fonte através de cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração é inferior a 51,0 l/m2h (trinta galões por pé quadrado por dia).[009] In another embodiment, the present invention provides a method of producing purified water in an underground environment, the method comprising: (a) introducing ambient underground source water into and through one or more ultrafiltration membrane units and thereby producing an ultrafiltrate substantially free of solid particulates having a major dimension greater than 0.1 micron; (b) preparing in an electrochemical unit in fluid communication with at least one ultrafiltration membrane unit, an aqueous solution comprising one or more species of hypohalous acid; (c) supplying an ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit during a backwash cycle; (d) subjecting a portion of the ultrafiltrate to a nanofiltration separation step in a nanofiltration unit and thereby producing a nanofiltrate and a retentate rejected by the nanofiltration unit; and (e) subjecting a portion of the ultrafiltrate to a reverse osmosis separation step in a reverse osmosis membrane unit and thereby producing a permeate and a retentate rejected by the reverse osmosis membrane unit; wherein a source fluid flow through each of the ultrafiltration membrane units is less than 51.0 L/m 2 hr (thirty gallons per square foot per day).

[010] Ainda em outra forma de realização, a presente invenção proporciona um método de produção de um hidrocarboneto compreendendo: (a) injetar água purificada derivada de um fluido de fonte subterrânea ambiente em um reservatório de hidrocarbonetos para estimular o fluxo de um fluido de hidrocarboneto do reservatório; (b) receber o fluido de hidrocarboneto em um poço de produção de hidrocarbonetos; e (c) transportar o fluido de hidrocarboneto do poço de produção para uma instalação de armazenamento; em que a água purificada é produzida em um sistema de tratamento de água subterrânea que compreende: (i) uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração configuradas para produzir a partir do fluido de fonte um ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons; (ii) uma unidade eletroquímica em comunicação fluida com pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração e configurada para proporcionar uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso; (iii) uma unidade de retrolavagem configurada para fornecer um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado e pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva durante um ciclo de retrolavagem; (iv) uma unidade de membrana de nanofiltração configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir da mesma um nanofiltrado contendo menos de 100 partes por milhão de espécies de sulfato; e (v) uma unidade de membrana de osmose reversa configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir da mesma um permeado de membrana de osmose reversa e um retentado de membrana de osmose reversa; em que um fluxo de fluido de fonte através de uma unidade de membrana de ultrafiltração é inferior a 51,0 l/m2h (30 galões por pé quadrado por dia), e em que o retentado de membrana de osmose reversa é usado como um fluido de fonte para a unidade eletroquímica.[010] In yet another embodiment, the present invention provides a method of producing a hydrocarbon comprising: (a) injecting purified water derived from an ambient underground source fluid into a hydrocarbon reservoir to stimulate the flow of a hydrocarbon fluid. reservoir hydrocarbon; (b) receiving the hydrocarbon fluid in a hydrocarbon production well; and (c) transporting the hydrocarbon fluid from the production well to a storage facility; wherein the purified water is produced in a groundwater treatment system comprising: (i) one or more ultrafiltration membrane units configured to produce from the source fluid an ultrafiltrate substantially free of solid particulates having a larger top dimension at 0.1 micron; (ii) an electrochemical unit in fluid communication with at least one ultrafiltration membrane unit and configured to provide an aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species; (iii) a backwash unit configured to supply an ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit during a cycle of backwash; (iv) a nanofiltration membrane unit configured to receive the ultrafiltrate and produce therefrom a nanofiltrate containing less than 100 parts per million sulfate species; and (v) a reverse osmosis membrane unit configured to receive the ultrafiltrate and produce therefrom a reverse osmosis membrane permeate and a reverse osmosis membrane retentate; wherein a source fluid flow through an ultrafiltration membrane unit is less than 51.0 l/m2h (30 gallons per square foot per day), and wherein the reverse osmosis membrane retentate is used as a fluid from source to electrochemical unit.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[011] Várias características, realizações e vantagens da presente invenção tornar-se-ão melhor compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência às figuras anexas, em que sinais iguais podem representar partes iguais ao longo das figuras. Salvo indicação em contrário, as figuras fornecidas aqui são feitas para ilustrar as principais características inventivas da invenção. Acredita-se que essas principais características inventivas sejam aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas que compreendem uma ou mais formas de realização da invenção. Como tal, as figuras não devem incluir todas as características convencionais conhecidas por um técnico no assunto para serem necessárias à prática da invenção.[011] Various features, embodiments and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying figures, where like signs may represent like parts throughout the figures. Unless otherwise indicated, the figures provided herein are intended to illustrate the main inventive features of the invention. These principal inventive features are believed to be applicable to a wide variety of systems comprising one or more embodiments of the invention. As such, the figures should not include all conventional features known to one skilled in the art to be necessary for the practice of the invention.

[012] A Figura 1 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[012] Figure 1 illustrates a groundwater treatment system.

[013] A Figura 2 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[013] Figure 2 illustrates a groundwater treatment system.

[014] A Figura 3 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[014] Figure 3 illustrates a groundwater treatment system.

[015] A Figura 4 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[015] Figure 4 illustrates a groundwater treatment system.

[016] A Figura 5 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[016] Figure 5 illustrates a groundwater treatment system.

[017] A Figura 6 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea.[017] Figure 6 illustrates a groundwater treatment system.

[018] A Figura 7 ilustra um componente do sistema de tratamento de água subterrânea.[018] Figure 7 illustrates a component of the groundwater treatment system.

[019] A Figura 8 ilustra um componente de um sistema de tratamento de água subterrânea.[019] Figure 8 illustrates a component of a groundwater treatment system.

[020] A Figura 9 ilustra uma aplicação e um método que empregam um sistema de tratamento de água subterrânea.[020] Figure 9 illustrates an application and a method that employ a groundwater treatment system.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃODESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

[021] No seguinte relatório descritivo e nas reivindicações, a seguir, será feita referência a uma série de termos, que devem ser definidos para ter os seguintes significados.[021] In the following specification and claims below, reference will be made to a number of terms, which shall be defined to have the following meanings.

[022] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem os referentes plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário.[022] The singular forms “a”, “a”, “the” and “a” include the plural referents, unless the context clearly dictates otherwise.

[023] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui casos em que o evento ocorre e casos em que não ocorre.[023] “Optional” or “optionally” means that the event or circumstance subsequently described may or may not occur, and that the description includes cases where the event occurs and cases where it does not.

[024] A linguagem de aproximação, tal como aqui utilizada, ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar, de forma admissível, sem que resulte uma alteração na função básica à qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como “cerca de” e “substancialmente”, não se limita ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, as limitações de faixas podem ser combinadas e/ou trocadas, tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas nela contidas, a menos que o contexto ou linguagem indique o contrário.[024] The approximation language, as used herein, throughout the specification and claims, can be applied to modify any quantitative representation that may vary, in an admissible way, without resulting in a change in the basic function to which it is related . Consequently, a value modified by a term or terms such as “about” and “substantially” is not limited to the precise value specified. In at least some cases, the approximation language can match the precision of an instrument to measure the value. Here and throughout the specification and claims, range limitations may be combined and/or interchanged, such ranges are identified and include all sub-ranges contained therein, unless the context or language indicates otherwise.

[025] Conforme observado, em uma ou mais formas de realização, a presente invenção proporciona um sistema de tratamento de água subterrânea que compreende uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração configuradas para produzir um ultrafiltrado a partir de água ambiente presente em um ambiente subterrâneo. Esta água ambiente é, às vezes, aqui referida como “fluido de fonte” e/ou “água de fonte”. O ambiente subterrâneo é tipicamente uma zona dentro de um corpo de água, como um rio, um lago ou um oceano. Em uma ou mais formas de realização, o fluido de fonte pode ser água doce, água salobra ou água do mar. A presente invenção prevê ter uma faixa de aplicações úteis, por exemplo, a produção subterrânea de água potável em regiões caracterizadas por temperaturas de inverno muito frias. Além disso, prevê-se que a presente invenção seja especialmente útil em conjunto com operações de recuperação avançada de petróleo a partir de depósitos de hidrocarbonetos submarinos, tais como os campos de petróleo de águas profundas descobertos sob o Golfo do México. Em operação, o sistema de tratamento de água subterrânea pode ser suportado pelo solo do corpo de água, como o leito do mar, pode ser suspenso a partir de gelo superficial, uma estrutura de suporte, como um navio ou outra plataforma em alto mar, ou o sistema de tratamento de água subterrânea pode ser projetado para flutuar dentro da coluna de água entre a superfície e a parte inferior.[025] As noted, in one or more embodiments, the present invention provides a groundwater treatment system comprising one or more ultrafiltration membrane units configured to produce an ultrafiltrate from ambient water present in an underground environment. . This ambient water is sometimes referred to herein as “fountain fluid” and/or “fountain water”. The subterranean environment is typically a zone within a body of water, such as a river, lake, or ocean. In one or more embodiments, the source fluid can be fresh water, brackish water or sea water. The present invention is intended to have a range of useful applications, for example, underground production of potable water in regions characterized by very cold winter temperatures. In addition, the present invention is expected to be especially useful in conjunction with advanced oil recovery operations from subsea hydrocarbon deposits, such as the deepwater oil fields discovered under the Gulf of Mexico. In operation, the groundwater treatment system can be supported by the soil of the body of water, such as the seabed, it can be suspended from surface ice, a supporting structure, such as a ship or other platform offshore, or the groundwater treatment system can be designed to float within the water column between the surface and the bottom.

[026] Independentemente da água de fonte utilizada, o sistema de tratamento de água subterrânea fornecido pela presente invenção é configurado para produzir pelo menos uma corrente de produto, um ultrafiltrado, que é substancialmente livre de particulados sólidos que se enquadram dentro de uma determinada categoria de tamanho.[026] Regardless of the source water used, the groundwater treatment system provided by the present invention is configured to produce at least one product stream, an ultrafiltrate, that is substantially free of solid particulates that fall within a certain category. of size.

[027] Como será apreciado por técnicos no assunto, o ultrafiltrado é produzido por um componente de unidade de membrana de ultrafiltração do sistema de tratamento de água subterrânea. Esta unidade de membrana de ultrafiltração serve para reduzir o nível de particulados na água de fonte sendo processada pelo sistema de tratamento de água subterrânea e proporciona o ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons. Para fins desta invenção, o termo substancialmente livre de particulados sólidos significa que particulados sólidos no ultrafiltrado com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons não estão presentes em uma quantidade superior a 100 partes por milhão. Em uma ou mais formas de realização, o ultrafiltrado contém menos de 50 partes por milhão de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons. Em um conjunto alternativo de formas de realização, o ultrafiltrado contém menos de 10 partes por milhão de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons.[027] As will be appreciated by those skilled in the art, the ultrafiltrate is produced by an ultrafiltration membrane unit component of the groundwater treatment system. This ultrafiltration membrane unit serves to reduce the level of particulates in the source water being processed by the groundwater treatment system and provides the ultrafiltrate substantially free of solid particulates with a larger dimension greater than 0.1 microns. For purposes of this invention, the term substantially free of solid particulates means that solid particulates in the ultrafiltrate with a larger dimension greater than 0.1 microns are not present in an amount greater than 100 parts per million. In one or more embodiments, the ultrafiltrate contains less than 50 parts per million solid particulates with a major dimension greater than 0.1 microns. In an alternate set of embodiments, the ultrafiltrate contains less than 10 parts per million solid particulates with a major dimension greater than 0.1 microns.

[028] As unidades de membrana de ultrafiltração adequadas estão comercialmente disponíveis e incluem as fornecidas pela GE Power and Water (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração enroladas em espiral da série G e de fibra oca ZEE WEED), Atech innovations GmbH (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração de fibra oca cerâmica) Qua Group (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração de fibra oca Q- SEP), Koch Membrane Systems (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração de fibra oca PURON), DOW (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração de fibra oca PDVF) e TRISEP (por exemplo, unidades de membranas de ultrafiltração enroladas em espiral SPIRASEP). Como serão apreciadas por técnicos no assunto, as membranas de fibras ocas podem ser de um único orifício ou poli orifícios, e podem ser operadas em vários modos, tais como padrões de fluxo interno e externo, em modos de filtração sem saída (dead-end) e em contracorrente (cross-flow), e em configurações de sistema submersos ou, de outra maneira, pressurizados.[028] Suitable ultrafiltration membrane units are commercially available and include those supplied by GE Power and Water (e.g. G-series spiral wound and ZEE WEED hollow fiber ultrafiltration membrane units), Atech innovations GmbH (for (e.g. ceramic hollow fiber ultrafiltration membrane units) Qua Group (e.g. Q-SEP hollow fiber ultrafiltration membrane units), Koch Membrane Systems (e.g. PURON hollow fiber ultrafiltration membrane units), DOW (e.g. PDVF hollow fiber ultrafiltration membrane units) and TRISEP (e.g. SPIRASEP spiral wound ultrafiltration membrane units). As those skilled in the art will appreciate, hollow fiber membranes can be single-hole or poly-hole, and can be operated in various modes, such as internal and external flow patterns, in dead-end filtration modes. ) and cross-flow, and in submerged or otherwise pressurized system configurations.

[029] Em uma ou mais formas de realização, a presente invenção proporciona um sistema de tratamento de água subterrânea que compreende uma única unidade de membrana de ultrafiltração. Em um conjunto alternativo de formas de realização, a presente invenção proporciona um sistema de tratamento de água subterrânea que compreende uma pluralidade de unidades de membrana de ultrafiltração. Em uma ou mais formas de realização, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender membranas de fibras ocas. Em um conjunto alternativo de formas de realização, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender uma ou mais folhas de membrana. Ainda em outro conjunto de formas de realização, a unidade de membrana de ultrafiltração pode compreender uma ou mais folhas de membrana configuradas em uma estrutura de membrana enrolada em espiral.[029] In one or more embodiments, the present invention provides a groundwater treatment system comprising a single ultrafiltration membrane unit. In an alternative set of embodiments, the present invention provides a groundwater treatment system comprising a plurality of ultrafiltration membrane units. In one or more embodiments, the ultrafiltration membrane unit may comprise hollow fiber membranes. In an alternative set of embodiments, the ultrafiltration membrane unit may comprise one or more membrane sheets. In yet another set of embodiments, the ultrafiltration membrane unit may comprise one or more membrane sheets configured in a spiral wound membrane structure.

[030] Durante a operação, o fluido de fonte a ser purificado é introduzido em uma unidade de membrana de ultrafiltração opcionalmente disposta dentro de um alojamento construído de forma adequada de metal ou plástico ou alguma combinação dos mesmos. Em uma ou mais formas de realização, o alojamento é configurado como um cilindro. O alojamento é tipicamente equipado com um ou mais filtros de tela que impedem particulados maiores presentes no fluido de fonte de encontrar as superfícies da membrana da unidade de membrana de ultrafiltração. Outros tipos de filtros que podem ser usados para efetuar a remoção de particulados do fluido de fonte bruto incluem filtros de disco e meios filtrantes. Em uma ou mais formas de realização, a unidade de membrana de ultrafiltração está disposta dentro de um alojamento que define pelo menos uma câmara de sedimentação (ver elementos numerados (75a), (75b) e (75b) das Figuras 7 e 8, por exemplo). Considera-se que tais características, filtros e câmaras de sedimentação são particularmente vantajosos em ambientes submarinos em que podem estar presentes quantidades substanciais de material particulado sólido. O fluido de fonte pode ser introduzido na unidade de membrana de ultrafiltração pela ação de uma ou mais bombas a jusante que puxam a água ambiente para dentro e através da unidade de membrana de ultrafiltração. Alternativamente, uma ou mais bombas a montante podem ser usadas para conduzir a água ambiente através da unidade de membrana de ultrafiltração para produzir o ultrafiltrado.[030] During operation, the source fluid to be purified is introduced into an ultrafiltration membrane unit optionally disposed within a suitably constructed housing of metal or plastic or some combination thereof. In one or more embodiments, the housing is configured as a cylinder. The housing is typically equipped with one or more screen filters that prevent larger particulates present in the source fluid from encountering the membrane surfaces of the ultrafiltration membrane unit. Other types of filters that can be used to effect particulate removal from raw source fluid include disc filters and filter media. In one or more embodiments, the ultrafiltration membrane unit is arranged within a housing defining at least one settling chamber (see numbered elements (75a), (75b) and (75b) of Figures 7 and 8, for example). Such features, filters and settling chambers are considered to be particularly advantageous in subsea environments where substantial amounts of solid particulate material may be present. Source fluid may be introduced into the ultrafiltration membrane unit by the action of one or more downstream pumps which draw ambient water into and through the ultrafiltration membrane unit. Alternatively, one or more upstream pumps can be used to drive ambient water through the ultrafiltration membrane unit to produce the ultrafiltrate.

[031] Em várias formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrâneo proporcionado pela presente invenção compreende uma unidade eletroquímica configurada para converter água compreendendo íons haletos em uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso. Esta solução pode ser usada para tratar a unidade de membrana de ultrafiltração e evitar seu entupimento por organismos vivos e/ou incrustantes não vivos presentes no ambiente subterrâneo. Tipicamente, as espécies de ácido hipo-haloso são apresentadas na membrana de ultrafiltração durante um ciclo de retrolavagem a uma concentração em uma faixa de cerca de 3 a cerca de 200 partes de espécies de ácido hipo-haloso por milhão de partes do fluido de retrolavagem. Em uma ou mais formas de realização, a concentração de espécies de ácido hipo-haloso presentes apresentadas na unidade de membrana de ultrafiltração em um ciclo de retrolavagem químico é de 200 ppm ou menos, alternativamente 100 ppm ou menos, alternativamente 50 ppm ou menos ou, alternativamente, 30 ppm ou menos. Uma vez que as espécies de ácido hipo-haloso podem danificar outros componentes do sistema, tais como as unidades de membrana de nanofiltração e as unidades de membrana de osmose reversa, o sistema de tratamento de água subterrânea é adequadamente valvulado ou configurado de outra forma para evitar o contato de componentes sensíveis com espécies hipo-halosas. Veja, por exemplo, a Figura 5, na qual a válvula (32) e a localização da unidade eletroquímica (18) impedem que as espécies de ácido hipo-haloso entrem em contato com a unidade de membrana de nanofiltração (50). Em uma ou mais formas de realização, o sistema é configurado para evitar o contato de componentes sensíveis com espécies hipo-halosas residuais por neutralização e/ou redução. Assim, em uma ou mais formas de realização, um redutor, tal como uma solução de cisteína ou sulfito de sódio, pode ser medido para uma corrente de ultrafiltrado a montante do componente do sistema sensível, por exemplo, a montante de uma unidade de nanofiltração do sistema. Em uma ou mais formas de realização, o sistema pode ser adequadamente equipado com um filtro de carbono configurado para remover espécies de ácido hipo-haloso a montante de um componente do sistema sensível a jusante. Em uma ou mais formas de realização, o sistema é configurado tanto para o uso de uma corrente redutora química como de um filtro de leito de carbono.[031] In various embodiments, the underground water treatment system provided by the present invention comprises an electrochemical unit configured to convert water comprising halide ions into an aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species. This solution can be used to treat the ultrafiltration membrane unit and prevent its clogging by living organisms and/or non-living fouling present in the underground environment. Typically, hypohalous acid species are presented on the ultrafiltration membrane during a backwash cycle at a concentration in the range of about 3 to about 200 parts of hypohalous acid species per million parts of backwash fluid. . In one or more embodiments, the concentration of hypohalous acid species present in the ultrafiltration membrane unit in a chemical backwash cycle is 200 ppm or less, alternatively 100 ppm or less, alternatively 50 ppm or less or , alternatively, 30 ppm or less. Since hypohalous acid species can damage other system components, such as nanofiltration membrane units and reverse osmosis membrane units, the groundwater treatment system is properly valved or otherwise configured to avoid contact of sensitive components with hypohalous species. See, for example, Figure 5, in which the valve (32) and the location of the electrochemical unit (18) prevent the hypohalous acid species from coming into contact with the nanofiltration membrane unit (50). In one or more embodiments, the system is configured to avoid contacting sensitive components with residual hypohalous species by neutralization and/or reduction. Thus, in one or more embodiments, a reductant, such as a cysteine or sodium sulfite solution, can be measured for an ultrafiltrate stream upstream of the sensitive system component, for example, upstream of a nanofiltration unit. of the system. In one or more embodiments, the system may be suitably equipped with a carbon filter configured to remove hypohalous acid species upstream from a downstream sensitive system component. In one or more embodiments, the system is configured to use either a chemical reducing stream or a carbon bed filter.

[032] Quando o sistema de tratamento de água subterrânea é configurado para operação em um ambiente de água salgada, a água ambiente conterá amplas quantidades de íons haletos para gerar espécies diatômicas neutras, tais como cloro (Cl2), bromo (Br2) e cloreto de bromo (BrCl) que se hidrolisam rapidamente em água para espécies de ácido hipo-haloso, tais como ácido hipocloroso (ClHO), ácido hipobromoso (BrOH) e as bases conjugadas ClO- e BrO-. A unidade eletroquímica pode usar água do mar em bruto ou uma ou mais correntes de fluidos produzidas pelo sistema de tratamento da água subterrânea, água do mar filtrada, um ultrafiltrado, um nanofiltrado, um fluxo de retentado rejeitado por uma unidade de membrana de nanofiltração, um fluxo de retentado rejeitado por uma unidade de membrana de osmose reversa ou uma combinação de duas ou mais das correntes anteriores como fonte de água compreendendo íons haletos. As células eletroquímicas adequadas são conhecidas por técnicos no assunto e podem ser vantajosamente incorporadas na unidade eletroquímica. A unidade eletroquímica, como com todos os componentes do sistema, pode ser configurada de forma que todos os componentes sejam construtivamente isobáricos com o ambiente, o que significa que quaisquer diferenças de pressão entre o componente e o ambiente subterrâneo não comprometerão a operacionalidade do sistema.[032] When the groundwater treatment system is configured for operation in a saltwater environment, the ambient water will contain ample amounts of halide ions to generate neutral diatomic species such as chlorine (Cl2), bromine (Br2) and chloride. of bromine (BrCl) that hydrolyze rapidly in water to hypohalorous acid species, such as hypochlorous acid (ClHO), hypobromous acid (BrOH) and the conjugate bases ClO- and BrO-. The electrochemical unit may use raw seawater or one or more fluid streams produced by the groundwater treatment system, filtered seawater, an ultrafiltrate, a nanofiltrate, a retentate stream rejected by a nanofiltration membrane unit, a retentate stream rejected by a reverse osmosis membrane unit or a combination of two or more of the foregoing streams as a source of water comprising halide ions. Suitable electrochemical cells are known to those skilled in the art and can be advantageously incorporated into the electrochemical unit. The electrochemical unit, as with all system components, can be configured so that all components are constructively isobaric with the environment, which means that any pressure differences between the component and the underground environment will not compromise system operability.

[033] A unidade eletroquímica tipicamente compreende uma célula eletroquímica alimentada utilizando a rede de distribuição e fornecimento de energia elétrica utilizada para prover energia a outros componentes do sistema de tratamento de água subterrânea, por exemplo, as bombas do sistema. Durante a operação, a energia pode ser fornecida ao sistema de tratamento de água subterrânea através de uma ligação umbilical do sistema a uma fonte de energia de superfície. Em uma ou mais formas de realização, a unidade eletroquímica é configurada para usar água ambiente como uma fonte de água que compreende íons haletos. Sob tais circunstâncias, a unidade eletroquímica pode compreender componentes de purificação de água internos que permitem que a unidade eletroquímica remova espécies indesejáveis capazes de entupir a célula eletroquímica ou outro componente da unidade eletroquímica. Assim, em uma ou mais formas de realização, a unidade eletroquímica pode compreender um ou mais filtros, uma ou mais membranas de ultrafiltração, uma ou mais membranas de nanofiltração, uma ou mais membranas de osmose reversa, uma ou mais membranas de eletrodiálise, uma ou mais membranas de eletrodiálise configuradas para eletrodiálise reversa ou uma combinação de dois ou mais dos filtros anteriores e membranas de purificação de água. A unidade eletroquímica pode também compreender uma ou mais bombas de fluido configuradas para introduzir água compreendendo íons haletos quando necessário dentro da unidade, por exemplo, em uma célula eletroquímica da unidade.[033] The electrochemical unit typically comprises an electrochemical cell powered using the electrical energy distribution and supply network used to provide energy to other components of the groundwater treatment system, for example, the system's pumps. During operation, power can be supplied to the groundwater treatment system through an umbilical connection from the system to a surface power source. In one or more embodiments, the electrochemical unit is configured to use ambient water as a source of water comprising halide ions. Under such circumstances, the electrochemical unit may comprise internal water purification components that allow the electrochemical unit to remove undesirable species capable of clogging the electrochemical cell or other component of the electrochemical unit. Thus, in one or more embodiments, the electrochemical unit may comprise one or more filters, one or more ultrafiltration membranes, one or more nanofiltration membranes, one or more reverse osmosis membranes, one or more electrodialysis membranes, a or more electrodialysis membranes configured for reverse electrodialysis or a combination of two or more of the above filters and water purification membranes. The electrochemical unit may also comprise one or more fluid pumps configured to introduce water comprising halide ions as needed into the unit, for example into an electrochemical cell of the unit.

[034] Quando o sistema de tratamento de água subterrânea está configurado para operação em um ambiente de água doce, a unidade eletroquímica pode ser equipada com uma membrana de concentração de haletos tal como é conhecida por técnicos no assunto, que pode ser usada para fornecer íons haletos extraídos da água ambiente para um componente de eletrodo usado para preparar solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso.[034] When the groundwater treatment system is configured for operation in a freshwater environment, the electrochemical unit may be equipped with a halide concentration membrane such as is known to those skilled in the art, which can be used to provide halide ions extracted from ambient water to an electrode component used to prepare aqueous solution comprising one or more species of hypohalous acid.

[035] Em várias formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrânea proporcionado pela presente invenção compreende uma unidade de retrolavagem configurada para fornecer um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado e pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva. Um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado é composto principalmente de ultrafiltrado, mas pode incluir outros fluidos e/ou produtos químicos produzidos ou, de outra forma, disponibilizados para um sistema de tratamento de água subterrânea. Assim, o fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado pode compreender água ambiente do ambiente subterrâneo, ou uma ou mais correntes de fluido produzidas por um sistema de tratamento de água subterrânea, um fluxo de água ambiente filtrada, um fluxo de nanofiltrado, um fluxo rejeitado por uma unidade de membrana de nanofiltração, um fluxo rejeitado por uma unidade de membrana de osmose reversa ou uma combinação de dois ou mais dos fluxos anteriores. Em uma ou mais formas de realização, a unidade de retrolavagem compreende pelo menos uma bomba, pelo menos uma válvula ou componente do sistema, tal como uma bomba que pode, efetivamente, funcionar como uma válvula e linhas de fluido que proporcionam um fluxo reverso de fluido de retrolavagem através da unidade de membrana de ultrafiltração. Em um ciclo de retrolavagem, às vezes aqui referido simplesmente como uma “retrolavagem”, o fluxo direto através da unidade de membrana de ultrafiltração submetida ao tratamento de retrolavagem é interrompido e um fluxo reverso de fluido de retrolavagem é feito para fluir através da unidade de membrana de ultrafiltração. Os ciclos de retrolavagem servem para expulsar os particulados acumulados nas superfícies da membrana da unidade de membrana de ultrafiltração. Um ciclo de retrolavagem pode incluir a exposição contínua da unidade de membrana de ultrafiltração a espécies de ácido hipo-haloso produzidas na unidade eletroquímica juntamente com um fluxo reverso de fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado. Alternativamente, a unidade de retrolavagem pode forçar pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso e, em seguida, permitir a exposição das superfícies da membrana às espécies de ácido hipo- haloso sob condições estáticas sob as quais não há efetivamente fluxo em qualquer direção através da unidade de membrana de ultrafiltração. Sob certos protocolos de retrolavagem, o fluido de retrolavagem pode conter apenas ultrafiltrados.[035] In various embodiments, the groundwater treatment system provided by the present invention comprises a backwash unit configured to supply an ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the aqueous solution comprising one or more acid species. hypohalos to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit. An ultrafiltrate-rich backwash fluid is composed primarily of ultrafiltrate, but may include other fluids and/or chemicals produced or otherwise made available to a groundwater treatment system. Thus, the ultrafiltrate-rich backwash fluid may comprise ambient water from the underground environment, or one or more fluid streams produced by a groundwater treatment system, a stream of ambient filtered water, a stream of nanofiltrate, a stream rejected by a nanofiltration membrane unit, a flow rejected by a reverse osmosis membrane unit, or a combination of two or more of the above flows. In one or more embodiments, the backwash unit comprises at least one pump, at least one valve or system component, such as a pump that can effectively function as a valve, and fluid lines that provide reverse flow of backwash fluid through the ultrafiltration membrane unit. In a backwash cycle, sometimes referred to simply as a “backwash”, the direct flow through the ultrafiltration membrane unit undergoing the backwash treatment is stopped and a reverse flow of backwash fluid is made to flow through the backwash unit. ultrafiltration membrane. The backwash cycles serve to expel particulates accumulated on the membrane surfaces of the ultrafiltration membrane unit. A backwash cycle may include continuous exposure of the ultrafiltration membrane unit to hypohalorous acid species produced in the electrochemical unit along with a reverse flow of ultrafiltrate-rich backwash fluid. Alternatively, the backwash unit may force at least a portion of the aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species and then allow the membrane surfaces to be exposed to the hypohalous acid species under static conditions under which there is effectively no flow in either direction through the ultrafiltration membrane unit. Under certain backwash protocols, the backwash fluid may contain only ultrafiltrates.

[036] Em uma ou mais formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrânea está equipado com componentes geradores de turbulência que podem ser utilizados para limpar uma ou mais superfícies do sistema. Os componentes geradores de turbulência adequados incluem dispositivos de cavitação, sondas de sonicação e jatos de fluido (às vezes aqui referidos como jatos de pulverização). Em uma forma de realização, o sistema é equipado com jatos de pulverização que podem ser direcionados para superfícies do sistema sobre as quais os particulados podem se acumular. Os jatos podem ser alimentados por bombas do sistema e podem usar qualquer fluido disponível como fluido de limpeza. Por exemplo, o fluido de limpeza pode compreender uma corrente de água ambiente do ambiente subterrâneo, ou uma ou mais correntes de fluido produzidas por um sistema de tratamento de água subterrânea.[036] In one or more embodiments, the groundwater treatment system is equipped with turbulence-generating components that can be used to clean one or more surfaces of the system. Suitable turbulence generating components include cavitation devices, sonication probes and fluid jets (sometimes referred to herein as spray jets). In one embodiment, the system is equipped with spray jets that can be directed at surfaces of the system on which particulates can accumulate. The jets can be powered by system pumps and can use any available fluid as the cleaning fluid. For example, the cleaning fluid may comprise a stream of ambient water from the underground environment, or one or more streams of fluid produced by an underground water treatment system.

[037] Durante a operação, o fluxo de fluido através do sistema deve ser adequadamente limitado de modo a minimizar o número de ciclos de retrolavagem necessários para manter o desempenho ideal. Assim, o fluxo através de unidades de membrana de ultrafiltração individuais pode ser vantajosamente limitado a menos de 102,0 l/m2h (60 gfd - galões por pé quadrado de superfície de membrana por dia), de preferência menos de 51,0 l/m2h (30 gfd), mais preferencialmente menos de 25,5 l/m2h (15 gfd) e, ainda mais preferencialmente, menos de 20,4 l/m2h (12 gfd). Para volumes comparáveis de fluido de fonte tratados, menores taxas de fluxo tendem a reduzir o acúmulo de particulados nas superfícies da membrana da unidade de membrana de ultrafiltração em relação a taxas de fluxo mais elevadas.[037] During operation, the fluid flow through the system must be adequately limited in order to minimize the number of backwash cycles required to maintain optimal performance. Thus, the flux through individual ultrafiltration membrane units can advantageously be limited to less than 102.0 l/m 2 h (60 gfd - gallons per square foot of membrane surface per day), preferably less than 51.0 l/m 2 m2h (30 gfd), more preferably less than 25.5 l/m2h (15 gfd) and even more preferably less than 20.4 l/m2h (12 gfd). For comparable volumes of treated source fluid, lower flow rates tend to reduce particulate buildup on the membrane surfaces of the ultrafiltration membrane unit relative to higher flow rates.

[038] Uma redução no número de ciclos de retrolavagem aumenta a autonomia do sistema e a vida útil, e limita a necessidade de intervenção para manutenção e substituição de componentes. Dependendo da aplicação e do distanciamento do ambiente em que o sistema é colocado (por exemplo, um ambiente de águas profundas em relação a um ambiente de águas rasas), a frequência de ciclos de retrolavagem da unidade de membrana de ultrafiltração pode ser vantajosamente limitada a menos de 70 vezes por dia, de preferência menos do que 30 vezes por dia, mais preferencialmente menos de 10 vezes por dia e, ainda mais preferencialmente, menos de 5 vezes por dia. Normalmente, a duração de um ciclo de retrolavagem está na ordem de poucos minutos. Em uma ou mais formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem é de preferência inferior a 20 minutos. Em um conjunto alternativo de formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem é de preferência inferior a 10 minutos. Ainda em outro conjunto alternativo de formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem é de preferência inferior a 5 minutos.[038] A reduction in the number of backwash cycles increases system autonomy and service life, and limits the need for intervention for maintenance and component replacement. Depending on the application and the distance from the environment in which the system is placed (e.g. a deep water environment versus a shallow water environment), the frequency of backwash cycles of the ultrafiltration membrane unit can be advantageously limited to less than 70 times a day, preferably less than 30 times a day, more preferably less than 10 times a day, and even more preferably less than 5 times a day. Typically, the duration of a backwash cycle is on the order of a few minutes. In one or more embodiments, the duration of a backwash cycle is preferably less than 20 minutes. In an alternative set of embodiments, the duration of a backwash cycle is preferably less than 10 minutes. In yet another alternative set of embodiments, the duration of a backwash cycle is preferably less than 5 minutes.

[039] De modo semelhante, o número de ciclos de retrolavagem químicos, ciclos de retrolavagem em que o fluido de retrolavagem contém uma concentração eficaz de espécies de ácido hipo-haloso, pode ser adequadamente limitado devido ao fluxo de fluido relativamente baixo através da unidade de membrana de ultrafiltração empregada em ambientes subterrâneos. Novamente, dependendo da aplicação e do distanciamento do ambiente em que o sistema é colocado (por exemplo, um ambiente de águas profundas em relação a um ambiente de águas rasas), a frequência de ciclos de retrolavagem químicos pode ser vantajosamente limitada. Em uma ou mais formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem químico é de preferência inferior a 20 minutos. Em um conjunto alternativo de formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem químico é de preferência inferior a 10 minutos. Ainda em outro conjunto alternativo de formas de realização, a duração de um ciclo de retrolavagem químico é de preferência inferior a 5 minutos. O número de ciclos de retrolavagem químicos pode ser igual ao número total de ciclos de retrolavagem, ou pode ser uma fração significativa do número total de ciclos de retrolavagem, ou pode ser apenas uma pequena fração do número total de ciclos de retrolavagem, dependendo da necessidade de tratamento químico da unidade de membrana de ultrafiltração.[039] Similarly, the number of chemical backwash cycles, backwash cycles in which the backwash fluid contains an effective concentration of hypohalous acid species, can be appropriately limited due to the relatively low fluid flow through the unit. of ultrafiltration membrane used in underground environments. Again, depending on the application and the distance from the environment in which the system is placed (eg, a deep water environment versus a shallow water environment), the frequency of chemical backwash cycles can be advantageously limited. In one or more embodiments, the duration of a chemical backwash cycle is preferably less than 20 minutes. In an alternative set of embodiments, the duration of a chemical backwash cycle is preferably less than 10 minutes. In yet another alternative set of embodiments, the duration of a chemical backwash cycle is preferably less than 5 minutes. The number of chemical backwash cycles can equal the total number of backwash cycles, or it can be a significant fraction of the total number of backwash cycles, or it can be just a small fraction of the total number of backwash cycles, depending on the need. of chemical treatment of the ultrafiltration membrane unit.

[040] Em uma ou mais formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrânea proporcionado pela presente invenção compreende pelo menos uma unidade de membrana de nanofiltração, às vezes aqui referida como uma unidade de nanofiltração. Como serão apreciadas por técnicos no assunto, as unidades de nanofiltração podem ser empregadas para remover íons sulfato e outros íons bivalentes tais como cálcio e magnésio do fluido sendo processado. As unidades de nanofiltração adequadas incluem as fornecidas pela GE Power and Water (por exemplo, unidades de membranas de nanofiltração enroladas em espiral da série D e SWSR), DOW (por exemplo, unidades de membranas de nanofiltração enroladas em espiral da série NF), Hydranautics-Nitto (por exemplo, unidades de membranas de nanofiltração enroladas em espiral da série ESNA) e Koch Membrane Systems (por exemplo, unidades de membranas de nanofiltração enroladas em espiral da série SPIRAPRO).[040] In one or more embodiments, the groundwater treatment system provided by the present invention comprises at least one nanofiltration membrane unit, sometimes referred to herein as a nanofiltration unit. As those skilled in the art will appreciate, nanofiltration units can be employed to remove sulfate ions and other divalent ions such as calcium and magnesium from the fluid being processed. Suitable nanofiltration units include those supplied by GE Power and Water (e.g. D and SWSR series spiral wound nanofiltration membrane units), DOW (e.g. NF series spiral wound nanofiltration membrane units), Hydranautics-Nitto (e.g. ESNA series spiral wound nanofiltration membrane units) and Koch Membrane Systems (e.g. SPIRAPRO series spiral wound nanofiltration membrane units).

[041] Em uma ou mais formas de realização, a unidade de nanofiltração está configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir da mesma um nanofiltrado contendo menos de 100 partes por milhão de espécies de sulfato (por exemplo, CaSO4). Em um conjunto alternativo de formas de realização, a unidade de nanofiltração está configurada para receber o ultrafiltrado e produzir a partir da mesma um nanofiltrado contendo menos de 50 partes por milhão de íons sulfato (SO4-2). Em uma ou mais formas de realização, o nanofiltrado é empobrecido em íons de cálcio e magnésio.[041] In one or more embodiments, the nanofiltration unit is configured to receive the ultrafiltrate and produce from it a nanofiltrate containing less than 100 parts per million sulfate species (eg, CaSO4). In an alternative set of embodiments, the nanofiltration unit is configured to receive the ultrafiltrate and produce from it a nanofiltrate containing less than 50 parts per million sulfate ions (SO4-2). In one or more embodiments, the nanofiltrate is depleted in calcium and magnesium ions.

[042] Em uma ou mais formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrânea proporcionado pela presente invenção compreende pelo menos uma unidade de membrana de osmose reversa. Como serão apreciadas por técnicos no assunto, as unidades de membrana de osmose reversa podem ser utilizadas para reduzir substancialmente a concentração de sólidos dissolvidos, tais como sais, no fluido sendo processado. As unidades de membrana de osmose reversa adequadas incluem aquelas fornecidas pela GE Power and Water (por exem6plo, unidades de membranas de osmose reversa enroladas em espiral da série A), DOW (por exemplo, unidades de membranas de osmose reversa enroladas em espiral de séries SW e BW), Hydranautics-Nitto (por exemplo, unidades de membranas de osmose reversa enroladas em espiral da série SWC) e Koch Membrane Systems (por exemplo, unidades de membranas de osmose reversa enroladas em espiral da série Fluid System TFC).[042] In one or more embodiments, the groundwater treatment system provided by the present invention comprises at least one reverse osmosis membrane unit. As those skilled in the art will appreciate, reverse osmosis membrane units can be used to substantially reduce the concentration of dissolved solids, such as salts, in the fluid being processed. Suitable reverse osmosis membrane units include those supplied by GE Power and Water (e.g. spiral wound reverse osmosis membrane units from the A series), DOW (e.g. spiral wound reverse osmosis membrane units from the A series SW and BW), Hydranautics-Nitto (e.g. SWC series spiral wound reverse osmosis membrane units) and Koch Membrane Systems (e.g. Fluid System TFC series spiral wound reverse osmosis membrane units).

[043] Em uma ou mais formas de realização, a unidade de membrana de osmose reversa é configurada para receber o nanofiltrado e produzir, a partir deste, um permeado substancialmente isento de sólidos dissolvidos. Em uma ou mais formas de realização alternativas, a unidade de membrana de osmose reversa está configurada para receber dita pelo menos uma porção do ultrafiltrado e produzir, a partir desta, um permeado substancialmente isento de sólidos dissolvidos. Tal como aqui utilizado, o termo substancialmente livre de sólidos dissolvidos significa que o permeado contém menos de 2 por cento em peso de sólidos dissolvidos. Em uma ou mais formas de realização, o permeado contém menos de 1 por cento em peso de sólidos dissolvidos. Em um conjunto alternativo de formas de realização, o permeado contém menos de 0,5 por cento em peso de sólidos dissolvidos. Ainda em outro conjunto de formas de realização, o permeado contém menos de 0,1 por cento em peso de sólidos dissolvidos.[043] In one or more embodiments, the reverse osmosis membrane unit is configured to receive the nanofiltrate and produce therefrom a permeate substantially free of dissolved solids. In one or more alternative embodiments, the reverse osmosis membrane unit is configured to receive said at least a portion of the ultrafiltrate and produce therefrom a permeate substantially free of dissolved solids. As used herein, the term substantially free of dissolved solids means that the permeate contains less than 2 weight percent dissolved solids. In one or more embodiments, the permeate contains less than 1 weight percent dissolved solids. In an alternate set of embodiments, the permeate contains less than 0.5 weight percent dissolved solids. In yet another set of embodiments, the permeate contains less than 0.1 weight percent dissolved solids.

[044] Voltando agora às figuras, a Figura 1 ilustra um sistema de tratamento de água subterrânea (10) compreendendo uma única unidade de membrana de ultrafiltração (12). O sistema é mostrado como configurado para usar a água do mar ambiente (14) como um fluido de fonte. Durante a operação direta, a água do mar entra e é processada por unidade de membrana de ultrafiltração (12) para proporcionar o ultrafiltrado (16) que passa através da válvula (32a) e ao longo da linha de produção de ultrafiltrado (15), motivada pela bomba de fluido (21a). Durante a operação direta, as válvulas (32e) e (32g) podem estar abertas para encher o tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22), ao mesmo tempo em que fornece uma corrente de produto ultrafiltrado (16) através da válvula (32e). Alternativamente, uma das válvulas (32e) e (32g) pode ser fechada durante a operação direta, como quando, por exemplo, o tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22) foi preenchido e o sistema pode ser operado no modo direto com a válvula (32g) fechada e a válvula (32e) aberta. Como serão apreciadas por técnicos no assunto, durante as operações diretas, as válvulas (32b) e (32f) estarão normalmente fechadas, mas não precisam estar em todas as situações.[044] Turning now to the figures, Figure 1 illustrates a groundwater treatment system (10) comprising a single ultrafiltration membrane unit (12). The system is shown as configured to use ambient seawater (14) as a source fluid. During direct operation, seawater enters and is processed by the ultrafiltration membrane unit (12) to provide the ultrafiltrate (16) which passes through the valve (32a) and along the ultrafiltrate production line (15), motivated by the fluid pump (21a). During direct operation, valves (32e) and (32g) may be open to fill the ultrafiltrate storage tank (22) while supplying a stream of ultrafiltrate product (16) through the valve (32e). Alternatively, one of the valves (32e) and (32g) can be closed during direct operation, as when, for example, the ultrafiltrate storage tank (22) has been filled and the system can be operated in direct mode with the valve ( 32g) closed and the valve (32e) open. As will be appreciated by those skilled in the art, during direct operations, valves (32b) and (32f) will be normally closed, but need not be in all situations.

[045] Ainda se referindo à Figura 1, o sistema compreende uma unidade de retrolavagem (20) configurada para fornecer pelo menos uma porção do ultrafiltrado (16) e pelo menos uma porção da solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração (12). A unidade de retrolavagem compreende os componentes do sistema necessários para realizar ciclos de retrolavagem e ciclos de retrolavagem químicos. Na forma de realização apresentada, a unidade de retrolavagem (20) inclui a bomba (21a), o tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22), as válvulas (32g), (32f) e (32b), a linha de retrolavagem (17) e a unidade eletroquímica (18).[045] Still referring to Figure 1, the system comprises a backwash unit (20) configured to supply at least a portion of the ultrafiltrate (16) and at least a portion of the aqueous solution (19) comprising one or more acid species hypohalorous to at least one ultrafiltration membrane unit (12). The backwash unit comprises the system components needed to perform backwash cycles and chemical backwash cycles. In the embodiment shown, the backwash unit (20) includes the pump (21a), the ultrafiltrate storage tank (22), the valves (32g), (32f) and (32b), the backwash line (17). ) and the electrochemical unit (18).

[046] Durante um ciclo de retrolavagem, as válvulas (32a), (32e) são tipicamente fechadas e as válvulas (32b), (32g) e (32f) são tipicamente abertas. Para iniciar o ciclo de retrolavagem, o fluxo através da bomba (21a), que é uma bomba bidirecional capaz de bombear um fluido em direções opostas, é alterado de fluxo direto para fluxo reverso. No modo de fluxo reverso, a bomba (21a) puxa o ultrafiltrado (16) do tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22) através da válvula aberta (32g). A bomba conduz o ultrafiltrado (16) através da válvula aberta (32f) e na linha de retrolavagem (17) e para a unidade de membrana de ultrafiltração (12). O fluxo reverso de ultrafiltrado (16) através da unidade de membrana de ultrafiltração (12) expulsa os particulados que aderem às superfícies da membrana da unidade e é descartado para o ambiente subterrâneo como corrente de descarga (25) que inclui o ultrafiltrado (16) enriquecido em particulados, mas que por outro lado tem a mesma composição que a água do mar. A corrente de descarga também pode incluir uma porção de solução aquosa (19).[046] During a backwash cycle, valves (32a), (32e) are typically closed and valves (32b), (32g) and (32f) are typically open. To start the backwash cycle, the flow through the pump (21a), which is a bidirectional pump capable of pumping a fluid in opposite directions, is changed from forward flow to reverse flow. In reverse flow mode, the pump (21a) draws the ultrafiltrate (16) from the ultrafiltrate storage tank (22) through the open valve (32g). The pump drives the ultrafiltrate (16) through the open valve (32f) and into the backwash line (17) and into the ultrafiltration membrane unit (12). The reverse flow of ultrafiltrate (16) through the ultrafiltration membrane unit (12) expels particulates adhering to the membrane surfaces of the unit and is discharged to the underground environment as a discharge stream (25) which includes the ultrafiltrate (16) enriched in particulates, but which on the other hand has the same composition as sea water. The discharge stream may also include a portion of aqueous solution (19).

[047] Durante um ciclo de retrolavagem químico, a unidade eletroquímica (18) fornece uma solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso para a linha de retrolavagem (17) através da qual a solução aquosa (19) passa e é fornecida à unidade de membrana de ultrafiltração (12). Em uma ou mais formas de realização, a solução aquosa (19) é fornecida essencialmente como produzida pela unidade eletroquímica à unidade de membrana de ultrafiltração. Em um conjunto alternativo de formas de realização, a solução aquosa é fornecida à unidade de membrana de ultrafiltração depois de ter sido misturada com o ultrafiltrado (16) a partir do tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22). Como será apreciado por técnicos no assunto, a solução (19) pode ser fornecida como produzida (não diluída) à unidade de membrana de ultrafiltração por uma unidade eletroquímica adequadamente equipada com uma bomba configurada para conduzir a solução aquosa (19) da unidade eletroquímica para a unidade de membrana de ultrafiltração com válvulas (32a) e (32f) em posições fechadas e a bomba (21a) em um modo de não bombeamento. Na forma de realização apresentada, a água do mar ambiente proporciona a fonte de água compreendendo íons haletos que é convertida na unidade eletroquímica (18) em uma solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso. Conforme observado, a unidade eletroquímica (18) pode compreender um ou mais filtros, uma ou mais membranas de ultrafiltração, uma ou mais membranas de nanofiltração, uma ou mais membranas de osmose reversa ou uma combinação de dois ou mais dos filtros anteriores e membranas de purificação de água para permitir o uso eficiente da água subterrânea ambiente como um fluido de fonte a partir do qual pode ser preparada uma solução anti-incrustante (19).[047] During a chemical backwash cycle, the electrochemical unit (18) supplies an aqueous solution (19) comprising one or more species of hypohalous acid to the backwash line (17) through which the aqueous solution (19) passes through and is supplied to the ultrafiltration membrane unit (12). In one or more embodiments, the aqueous solution (19) is supplied essentially as produced by the electrochemical unit to the ultrafiltration membrane unit. In an alternative set of embodiments, the aqueous solution is supplied to the ultrafiltration membrane unit after it has been mixed with the ultrafiltrate (16) from the ultrafiltrate storage tank (22). As will be appreciated by those skilled in the art, the solution (19) may be supplied as produced (undiluted) to the ultrafiltration membrane unit by an electrochemical unit suitably equipped with a pump configured to drive the aqueous solution (19) from the electrochemical unit to the ultrafiltration membrane unit with valves (32a) and (32f) in closed positions and the pump (21a) in a non-pumping mode. In the presented embodiment, ambient seawater provides the source of water comprising halide ions which is converted in the electrochemical unit (18) into an aqueous solution (19) comprising one or more species of hypohalous acid. As noted, the electrochemical unit (18) may comprise one or more filters, one or more ultrafiltration membranes, one or more nanofiltration membranes, one or more reverse osmosis membranes, or a combination of two or more of the above filters and water purification to enable efficient use of ambient groundwater as a source fluid from which an antifouling solution can be prepared (19).

[048] Com referência à Figura 2, dita figura representa um sistema de tratamento de água subterrânea (10) que compreende um par de unidades de membrana de ultrafiltração (12) que podem simultaneamente proporcionar uma única corrente de ultrafiltrado (16). Alternativamente, uma primeira unidade de membrana de ultrafiltração (12) pode ser utilizada para proporcionar uma corrente de ultrafiltrado (16) durante um ciclo de retrolavagem sendo aplicado a uma segunda unidade de membrana de ultrafiltração. Esta segunda unidade de membrana de ultrafiltração não é operada no modo direto durante o ciclo de retrolavagem e é dita ser não produtiva.[048] Referring to Figure 2, said figure represents a groundwater treatment system (10) comprising a pair of ultrafiltration membrane units (12) that can simultaneously provide a single stream of ultrafiltrate (16). Alternatively, a first ultrafiltration membrane unit (12) may be used to provide a stream of ultrafiltrate (16) during a backwash cycle being applied to a second ultrafiltration membrane unit. This second ultrafiltration membrane unit is not operated in direct mode during the backwash cycle and is said to be non-productive.

[049] Durante um ciclo de operação direta em que tanto a primeira como a segunda unidades de membrana de ultrafiltração estão produzindo o ultrafiltrado (16), a água do mar (14) é puxada para dentro e através de cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração pela ação da bomba de sistema (21a). Durante essa operação direta, as válvulas (32a), (32c) e (32e) estão abertas e as válvulas (32b), (32d) e (32f) estão fechadas. Como será apreciado por técnicos no assunto, quando as válvulas (32b) e (32d) são válvulas unidirecionais (isto é, válvulas de retenção), elas estarão efetivamente fechadas em relação ao fluxo contrário. Na forma de realização apresentada, as válvulas (32b) e (32d) podem ser válvulas de retenção que permitem o fluxo em direção às suas respectivas unidades de membrana de ultrafiltração (12) e impedem o fluxo na direção oposta.[049] During a direct operating cycle where both the first and second ultrafiltration membrane units are producing the ultrafiltrate (16), seawater (14) is drawn into and through each of the membrane units. of ultrafiltration by the action of the system pump (21a). During this direct operation, valves (32a), (32c) and (32e) are open and valves (32b), (32d) and (32f) are closed. As will be appreciated by those skilled in the art, when valves (32b) and (32d) are one-way valves (i.e., check valves), they will effectively be closed to the opposite flow. In the embodiment shown, the valves (32b) and (32d) may be check valves that allow flow towards their respective ultrafiltration membrane units (12) and prevent flow in the opposite direction.

[050] Ainda se referindo à Figura 2, o sistema pode ser operado durante um ciclo de retrolavagem como se segue. Para fins ilustrativos, consideraremos um primeiro ciclo de retrolavagem, no qual a unidade de membrana de ultrafiltração mais alta (12) serve como a fonte de uma corrente de ultrafiltrado sendo fornecida à unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa não produtiva (12). Para efetuar tal ciclo de retrolavagem, as válvulas (32b) e (32c) são fechadas enquanto as válvulas (32a), (32d) e (32f) são abertas. A válvula (32e) pode estar aberta ou fechada. Se aberta, a válvula (32e) e/ou uma ou mais das outras válvulas do sistema podem ser adequadamente estranguladas para acomodar a produção simultânea de ultrafiltrado (16) na válvula (32e) enquanto conduzem uma quantidade eficaz de um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado para uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva. A bomba (21a) puxa a água do mar ambiente (14) para dentro e através da unidade de membrana de ultrafiltração mais alta. O ultrafiltrado produzido passa através da válvula (32a) e através da linha de produção de ultrafiltrado (15). Com a válvula (32e) fechada ou devidamente estrangulada, e as válvulas (32f) e (32d) abertas, o ultrafiltrado (16) é movido pela bomba após a unidade eletroquímica (18) e através das linhas de retrolavagem (17) e (17b) para a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa (12). Um técnico no assunto irá entender que as válvulas (32b) e (32d) podem vantajosamente ser válvulas de retenção que podem ser adicionalmente fechadas em relação ao fluxo em qualquer direção. Por exemplo, no ciclo de retrolavagem descrito há pouco, o fluxo de ultrafiltrado (16) através da válvula (32b) deve ser evitado para que a bomba (21a) possa impulsionar eficientemente o ultrafiltrado (16) produzido na unidade de membrana de ultrafiltração mais alta (12) através da unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa. Durante tal ciclo de retrolavagem, a corrente de descarga (25), enriquecida em particulados, sai da unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa.[050] Still referring to Figure 2, the system can be operated during a backwash cycle as follows. For illustrative purposes, we will consider a first backwash cycle, in which the highest ultrafiltration membrane unit (12) serves as the source of an ultrafiltrate stream being supplied to the lowest non-productive ultrafiltration membrane unit (12). To effect such a backwash cycle, valves (32b) and (32c) are closed while valves (32a), (32d) and (32f) are open. The valve (32e) can be open or closed. If open, the valve (32e) and/or one or more of the other valves in the system can be suitably throttled to accommodate the simultaneous production of ultrafiltrate (16) in the valve (32e) while driving an effective amount of a backwash fluid rich in ultrafiltrate to a non-productive ultrafiltration membrane unit. The pump (21a) draws ambient seawater (14) into and through the uppermost ultrafiltration membrane unit. The ultrafiltrate produced passes through the valve (32a) and through the ultrafiltrate production line (15). With valve (32e) closed or properly throttled, and valves (32f) and (32d) open, the ultrafiltrate (16) is moved by the pump past the electrochemical unit (18) and through the backwash lines (17) and ( 17b) to the lowest ultrafiltration membrane unit (12). One skilled in the art will understand that valves (32b) and (32d) may advantageously be non-return valves which may be further closed with respect to flow in either direction. For example, in the backwash cycle just described, the flow of ultrafiltrate (16) through the valve (32b) must be avoided so that the pump (21a) can efficiently drive the ultrafiltrate (16) produced in the ultrafiltration membrane unit further down. high (12) through the lowest ultrafiltration membrane unit. During such a backwash cycle, the particulate-enriched discharge stream (25) exits the lower ultrafiltration membrane unit.

[051] Com referência à Figura 3, dita figura representa um sistema de tratamento de água subterrânea que compreende um controlador (30) configurado para acionar vários componentes do sistema, bombas (21a) e (21b), válvula (32) e unidade eletroquímica (18). Durante a operação direta, a bomba (21a) puxa a água subterrânea ambiente (14) para dentro e através da unidade de membrana de ultrafiltração (12) para produzir o ultrafiltrado (16) que é direcionado para o tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22). Como o tanque de armazenamento (22) enche com o ultrafiltrado (16), a parede móvel (24) é deslocada de modo a acomodar o ultrafiltrado. Em uma ou mais formas de realização, o tanque de armazenamento de ultrafiltrado (22) é um tanque tipo balão expansível. Uma vez que o tanque de armazenamento (22) foi preenchido, o controlador (30) abre a válvula (32) para proporcionar uma corrente de produto de ultrafiltrado (16). Um técnico no assunto compreenderá a natureza de estado estacionário da produção da corrente de ultrafiltrado que sai da válvula (32). Assim, uma vez que o tanque de armazenamento foi preenchido, a quantidade de ultrafiltrado presente no tanque de armazenamento não precisa mudar durante um ciclo de operação direta.[051] With reference to Figure 3, said figure represents a groundwater treatment system that comprises a controller (30) configured to drive various system components, pumps (21a) and (21b), valve (32) and electrochemical unit (18). During direct operation, the pump (21a) draws ambient groundwater (14) into and through the ultrafiltration membrane unit (12) to produce the ultrafiltrate (16) which is directed to the ultrafiltrate storage tank (22). ). As the storage tank (22) fills with the ultrafiltrate (16), the movable wall (24) is displaced to accommodate the ultrafiltrate. In one or more embodiments, the ultrafiltrate storage tank (22) is an expandable balloon-type tank. Once the storage tank (22) has been filled, the controller (30) opens the valve (32) to provide a stream of ultrafiltrate product (16). One skilled in the art will understand the steady-state nature of the production of the ultrafiltrate stream exiting valve (32). Thus, once the storage tank has been filled, the amount of ultrafiltrate present in the storage tank does not need to change during a direct operating cycle.

[052] Na forma de realização apresentada, o sistema compreende uma unidade de retrolavagem (20) que compreende a bomba (21b), a linha de retrolavagem (17), a unidade eletroquímica (18) e o tanque de armazenamento (22). Para a transição a partir de um modo de operação direta, em que o ultrafiltrado está sendo produzido, para um modo de ciclo de retrolavagem, em que pelo menos uma porção do ultrafiltrado produzido é consumida como fluido de retrolavagem, o controlador (30) em resposta a um programa de ciclo de retrolavagem estabelecido, ou em resposta a um sinal de um sensor dentro da unidade de membrana de ultrafiltração ou em qualquer outra parte dentro do sistema, desliga a bomba (21a) e fecha a válvula (32). O controlador pode então direcionar que a bomba (21b) seja iniciada de modo a bombear uma mistura de solução anti-incrustante (19) e ultrafiltrado armazenado (16) através da unidade de membrana de ultrafiltração (12). Na forma de realização apresentada, as conexões de comunicação do controlador, como as ilustradas por, mas não limitadas aos elementos numerados (34), permitem que o controlador detecte os parâmetros operacionais do sistema e controle o funcionamento dos componentes do sistema.[052] In the embodiment presented, the system comprises a backwash unit (20) comprising the pump (21b), the backwash line (17), the electrochemical unit (18) and the storage tank (22). For the transition from a direct operating mode, in which ultrafiltrate is being produced, to a backwash cycle mode, in which at least a portion of the produced ultrafiltrate is consumed as backwash fluid, the controller (30) in response to an established backwash cycle schedule, or in response to a signal from a sensor within the ultrafiltration membrane unit or elsewhere within the system, shuts off the pump (21a) and closes the valve (32). The controller can then direct the pump (21b) to be started so as to pump a mixture of antifouling solution (19) and stored ultrafiltrate (16) through the ultrafiltration membrane unit (12). In the presented embodiment, the controller communication connections, as illustrated by, but not limited to, the numbered elements (34), allow the controller to detect the operating parameters of the system and control the operation of the system components.

[053] Com referência à Figura 4, a figura representa um sistema de tratamento de água subterrânea (10). Na forma de realização ilustrada, o sistema compreende uma pluralidade de unidades de membrana de ultrafiltração (12). O controlador (30) monitora os parâmetros do sistema e controla vários componentes do sistema. Em uma ou mais formas de realização, o controlador (30) está configurado para estar localizado afastado dos componentes do sistema colocados em um ambiente subterrâneo. Em uma forma de realização alternativa, o controlador (30) está configurado para estar localizado dentro do ambiente subterrâneo. Ainda em outra forma de realização, o controlador (30) está configurado para ser colocado em um ambiente subterrâneo e para funcionar como um relé para um controlador principal localizado fora do ambiente subterrâneo.[053] With reference to Figure 4, the figure represents a groundwater treatment system (10). In the illustrated embodiment, the system comprises a plurality of ultrafiltration membrane units (12). The controller (30) monitors system parameters and controls various system components. In one or more embodiments, the controller (30) is configured to be located away from system components placed in an underground environment. In an alternative embodiment, the controller (30) is configured to be located within the underground environment. In yet another embodiment, the controller (30) is configured to be placed in an underground environment and to function as a relay for a main controller located outside the underground environment.

[054] Durante um primeiro modo operacional direto, cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração (12) produz ultrafiltrado (16) sob a influência de uma única bomba (21a). A saída de ultrafiltrado combinada das unidades de membrana de ultrafiltração entra e é passada através do coletor de ultrafiltrado (40) e da unidade eletroquímica (18). Na prática, uma corrente de deslizamento (slip stream) de ultrafiltrado (16) apenas, passa através da célula eletroquímica da unidade eletroquímica (18). Durante um modo operacional direto, a unidade eletroquímica pode ser vantajosamente desligada de tal modo que a solução anti-incrustante (19) não seja produzida. A saída combinada (16) das unidades de membrana de ultrafiltração (12) passa pelo coletor (42) e para fora através da válvula (32g). Como será apreciado por técnicos no assunto, durante o modo operacional direto descrito há pouco, cada uma das válvulas (32a), (32b), (32c) e (32g) estará aberta, enquanto que cada uma das válvulas (32d), (32e) e (32f) estará fechada.[054] During a first direct operating mode, each of the ultrafiltration membrane units (12) produces ultrafiltrate (16) under the influence of a single pump (21a). The combined ultrafiltrate output from the ultrafiltration membrane units enters and is passed through the ultrafiltrate collector (40) and electrochemical unit (18). In practice, a slip stream of ultrafiltrate (16) only passes through the electrochemical cell of the electrochemical unit (18). During a direct operating mode, the electrochemical unit can advantageously be turned off in such a way that antifouling solution (19) is not produced. The combined outlet (16) from the ultrafiltration membrane units (12) passes through the manifold (42) and out through the valve (32g). As will be appreciated by those skilled in the art, during the direct operating mode just described, each of the valves (32a), (32b), (32c) and (32g) will be open, while each of the valves (32d), ( 32e) and (32f) will be closed.

[055] Durante um ciclo de retrolavagem, a produção de pelo menos uma das unidades de membrana de ultrafiltração é usada para gerar um fluxo reverso de fluido de retrolavagem através de pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração que não está produzindo ultrafiltrado. Para fins ilustrativos, consideraremos um ciclo de retrolavagem em que as duas unidades de membrana de ultrafiltração mais alta (12) continuam a operar enquanto a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa (12) não está produzindo ultrafiltrado. Sob tais circunstâncias, as válvulas (32a) e (32b) permanecem abertas enquanto a válvula (32c) é fechada. A válvula (32g) pode estar fechada ou permanecer aberta ou parcialmente aberta, de acordo com as circunstâncias. Por exemplo, em uma operação de injeção do reservatório de petróleo, pode ser desejável não interromper o fluxo de água sendo produzido pelo sistema para o reservatório. Assim, sob várias condições, a válvula (32g) pode permanecer aberta durante um ciclo de retrolavagem. Sob a influência da bomba (21) o ultrafiltrado (16) é puxado das duas unidades de membrana de ultrafiltração mais altas para o coletor de ultrafiltrado (40) e, a partir daí, para a unidade eletroquímica (18) que pode estar ligada ou desligada, dependendo se o ciclo de retrolavagem inclui a alimentação da solução anti-incrustante (19) de volta à unidade de membrana de ultrafiltração sendo lavada de volta. Para fins ilustrativos, assumiremos um ciclo de retrolavagem químico em que a unidade eletroquímica é direcionada pelo controlador (30) para começar a gerar a solução anti-incrustante (19). Na forma de realização apresentada, a corrente de ultrafiltrado (16) serve como o fluido de fonte para a unidade eletroquímica onde é convertido em corrente anti-incrustante (19). A bomba (21a) impulsiona a corrente anti-incrustante (19) através do coletor (42) e através da válvula (32f) de unidade de retrolavagem aberta para a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa (12), a partir da qual emerge como corrente de descarga (25). As válvulas (32d) e (32e), embora configuradas para serem capazes de servir como componentes da unidade de retrolavagem (20), permanecem fechadas neste exemplo ilustrativo.[055] During a backwash cycle, the production of at least one of the ultrafiltration membrane units is used to generate a reverse flow of backwash fluid through at least one ultrafiltration membrane unit that is not producing ultrafiltrate. For illustrative purposes, we will consider a backwash cycle in which the two highest ultrafiltration membrane units (12) continue to operate while the lowest ultrafiltration membrane unit (12) is not producing ultrafiltrate. Under such circumstances, valves (32a) and (32b) remain open while valve (32c) is closed. The valve (32g) can be closed or remain open or partially open, depending on the circumstances. For example, in an oil reservoir injection operation, it may be desirable not to interrupt the flow of water being produced by the system to the reservoir. Thus, under various conditions, the valve (32g) may remain open during a backwash cycle. Under the influence of the pump (21) the ultrafiltrate (16) is drawn from the two uppermost ultrafiltration membrane units to the ultrafiltrate collector (40) and from there to the electrochemical unit (18) which can be on or off. off, depending on whether the backwash cycle includes feeding the antifouling solution (19) back to the ultrafiltration membrane unit being washed back. For illustrative purposes, we will assume a chemical backwash cycle in which the electrochemical unit is directed by the controller (30) to start generating the antifouling solution (19). In the presented embodiment, the ultrafiltrate stream (16) serves as the source fluid for the electrochemical unit where it is converted to antifouling stream (19). The pump (21a) drives the antifouling stream (19) through the collector (42) and through the open backwash unit valve (32f) to the lower ultrafiltration membrane unit (12), from which it emerges. as discharge current (25). Valves (32d) and (32e), although configured to be capable of serving as components of the backwash unit (20), remain closed in this illustrative example.

[056] Referindo-se à Figura 5, dita figura representa um sistema de tratamento de água subterrânea (10), com uma única unidade de membrana de ultrafiltração (12) configurada como na forma de realização apresentada na Figura 3 com a principal exceção de que o sistema compreende ainda uma unidade de nanofiltração (50) que proporciona um nanofiltrado (56) como fluido de fonte para a unidade eletroquímica (18). Na forma de realização, o sistema é mostrado operando em um ciclo de retrolavagem que pode ser um ciclo de retrolavagem químico em que o fluido de retrolavagem compreende uma quantidade eficaz de uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso, ou, alternativamente, o ultrafiltrado (16) sozinho. Às vezes, um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado contendo espécies de ácido hipo-haloso será designado aqui pelo elemento número (19/16). Durante o ciclo de retrolavagem ilustrado na Figura 5, a bomba (21a) está em um modo de não bombeamento enquanto a bomba (21b) da unidade de retrolavagem puxa uma primeira corrente de ultrafiltrado (16) a partir do tanque de armazenamento (22) através da unidade de nanofiltração (50). O nanofiltrado resultante (56) é então puxado através da válvula (32a) aberta e na unidade eletroquímica (18) onde é convertido em solução anti-incrustante (19). Simultaneamente, a bomba (21b) puxa uma segunda corrente de ultrafiltrado do tanque de armazenamento através da válvula (32c). As válvulas (32a) e (32c) estão sujeitas ao controlador (30) e atuam para limitar as taxas de fluxo relativas da primeira e segunda correntes de ultrafiltrado. No exemplo do ciclo de retrolavagem apresentado aqui, a válvula (32b) permanece fechada. Na forma de realização apresentada, um fluido de retrolavagem designado (19/16) é fornecido à unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva (12) (Figura 3).[056] Referring to Figure 5, said figure represents a groundwater treatment system (10), with a single ultrafiltration membrane unit (12) configured as in the embodiment shown in Figure 3 with the main exception of that the system further comprises a nanofiltration unit (50) which provides a nanofiltrate (56) as a source fluid for the electrochemical unit (18). In the embodiment, the system is shown operating in a backwash cycle which may be a chemical backwash cycle wherein the backwash fluid comprises an effective amount of one or more hypohalous acid species, or, alternatively, the ultrafiltrate. (16) alone. Sometimes an ultrafiltrate-rich backwash fluid containing hypohalous acid species will be designated here by element number (19/16). During the backwash cycle illustrated in Figure 5, the pump (21a) is in a non-pumping mode while the pump (21b) of the backwash unit draws a first stream of ultrafiltrate (16) from the storage tank (22). through the nanofiltration unit (50). The resulting nanofiltrate (56) is then drawn through the open valve (32a) and into the electrochemical unit (18) where it is converted into an antifouling solution (19). Simultaneously, the pump (21b) draws a second stream of ultrafiltrate from the storage tank through the valve (32c). Valves (32a) and (32c) are subject to the controller (30) and act to limit the relative flow rates of the first and second streams of ultrafiltrate. In the example of the backwash cycle shown here, valve 32b remains closed. In the embodiment shown, a designated backwash fluid (19/16) is supplied to the non-productive ultrafiltration membrane unit (12) (Figure 3).

[057] Com referência à Figura 6, dita figura representa um sistema de tratamento de água subterrânea (10) que tem uma pluralidade de unidades de membrana de ultrafiltração (12) configuradas como na forma de realização ilustrada na Figura 4. Na forma de realização apresentada, o sistema compreende ainda uma unidade de nanofiltração (50) e uma unidade de membrana de osmose reversa (60). Durante a operação direta, a saída combinada das unidades de membrana de ultrafiltração passa pelo coletor de ultrafiltrado (40) (Figura 4). Conduzido pela bomba (21a), a corrente combinada de ultrafiltrado evita o coletor de retrolavagem (42) e pode sair do sistema através da válvula (32g), ou ser dividido e direcionado para uma ou mais das válvulas de saída (32g), unidade de nanofiltração (50), unidade de membrana de osmose reversa (60) ou uma combinação de dois ou mais dos componentes do sistema anteriores. Assim, durante a operação direta, o sistema de tratamento de água subterrânea pode produzir apenas o ultrafiltrado (16), apenas o nanofiltrado (56), apenas o permeado de membrana de osmose reversa (66) ou uma combinação de duas ou mais das correntes de produto anteriores. O sistema pode produzir como corrente de subproduto, uma corrente de retentado (58) rejeitada pela unidade de nanofiltração (50) e uma corrente de retentado (68) rejeitada pela unidade de membrana de osmose reversa (60). Em uma ou mais formas de realização, as válvulas (32d), (32e), (32f) e (32h) são fechadas durante a operação direta e pelo menos uma das válvulas (32g), (32i) e (32j) são abertas.[057] Referring to Figure 6, said figure represents a groundwater treatment system (10) having a plurality of ultrafiltration membrane units (12) configured as in the embodiment illustrated in Figure 4. In the embodiment shown, the system further comprises a nanofiltration unit (50) and a reverse osmosis membrane unit (60). During direct operation, the combined output of the ultrafiltration membrane units passes through the ultrafiltrate collector (40) (Figure 4). Driven by the pump (21a), the combined stream of ultrafiltrate bypasses the backwash manifold (42) and can exit the system through the valve (32g), or be split and directed to one or more of the outlet valves (32g), unit nanofiltration unit (50), reverse osmosis membrane unit (60) or a combination of two or more of the foregoing system components. Thus, during direct operation, the groundwater treatment system may produce only the ultrafiltrate (16), only the nanofiltrate (56), only the reverse osmosis membrane permeate (66), or a combination of two or more of the currents. of previous products. The system can produce as a by-product stream, a retentate stream (58) rejected by the nanofiltration unit (50) and a retentate stream (68) rejected by the reverse osmosis membrane unit (60). In one or more embodiments, valves (32d), (32e), (32f) and (32h) are closed during direct operation and at least one of valves (32g), (32i) and (32j) are open. .

[058] Ainda se referindo à Figura 6, durante um ciclo de retrolavagem, uma ou mais das válvulas (32a), (32b) e (32c) (Figura 4) são fechadas enquanto mantém ao menos uma das válvulas acima mencionadas aberta. Para fins de ilustração, consideraremos o caso em que a válvula (32c) foi fechada e as válvulas (32a) e (32b) permanecem abertas (Figura 4). Sob tais circunstâncias, a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa é não produtiva, enquanto que as unidades de membrana de ultrafiltração mais altas continuam a produzir ultrafiltrado. Com pelo menos uma das unidades de membrana de ultrafiltração em um modo não produtivo, a saída combinada das unidades de membrana de ultrafiltração de operação direta é movida do coletor de ultrafiltrado (40) (Figura 4) pela bomba (21a). Evitando o coletor de retrolavagem (42), o ultrafiltrado pode ser direcionado através da válvula (32h) para o coletor de retrolavagem (42) e a partir daí através da válvula (32f) e da linha de retrolavagem (17c) para a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa (12). Simultaneamente, o sistema pode fornecer uma ou mais correntes de produto úteis, não obstante o ciclo de retrolavagem contínuo. Assim, durante o ciclo de retrolavagem, o sistema pode continuar a produzir uma corrente de ultrafiltrado (16) na válvula (32g), uma corrente de nanofiltrado (56), uma corrente de permeado de membrana de osmose reversa (66) ou uma combinação de duas ou mais das correntes anteriores.[058] Still referring to Figure 6, during a backwash cycle, one or more of the valves (32a), (32b) and (32c) (Figure 4) are closed while keeping at least one of the aforementioned valves open. For purposes of illustration, we will consider the case where valve (32c) has been closed and valves (32a) and (32b) remain open (Figure 4). Under such circumstances, the lowest ultrafiltration membrane unit is non-productive, while the higher ultrafiltration membrane units continue to produce ultrafiltrate. With at least one of the ultrafiltration membrane units in a non-productive mode, the combined output of the direct operating ultrafiltration membrane units is moved from the ultrafiltrate manifold (40) (Figure 4) by the pump (21a). Bypassing the backwash manifold (42), the ultrafiltrate can be directed through the valve (32h) to the backwash manifold (42) and from there through the valve (32f) and the backwash line (17c) to the lower ultrafiltration membrane (12). Simultaneously, the system can deliver one or more useful product streams despite the continuous backwash cycle. Thus, during the backwash cycle, the system may continue to produce an ultrafiltrate stream (16) in the valve (32g), a nanofiltrate stream (56), a reverse osmosis membrane permeate stream (66), or a combination of two or more of the previous streams.

[059] Na forma de realização apresentada, a unidade eletroquímica (18) está configurada para receber uma corrente de retentado (68) rejeitada pela unidade de membrana de osmose reversa (60) e converter a mesma na solução anti-incrustante (19). A corrente de retentado (68) pode ser vantajosamente empregada na preparação de solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso, uma vez que será rico em espécies de halogenetos (por exemplo, NaCl, NaBr) necessárias para a produção de espécies de ácido hipo-haloso, em relação à água do mar (14), ao ultrafiltrado (16) e ao nanofiltrado (56). Em uma forma de realização, o nanofiltrado (56) é utilizado como o fluido de fonte alimentado para a unidade de membrana de osmose reversa (60). O nanofiltrado (56) é relativamente livre de íons bivalentes, tais como, Ca++ e Mg++, espécies conhecidas por entupir células eletroquímicas. Como resultado, o retentado (68) será relativamente livre de Ca++ e Mg++ enquanto será rico em sais de halogenetos úteis, tais como, cloreto de sódio. Em uma forma de realização alternativa, o ultrafiltrado (16) pode ser utilizado como o fluido de fonte para a unidade de membrana de osmose reversa (60).[059] In the presented embodiment, the electrochemical unit (18) is configured to receive a retentate current (68) rejected by the reverse osmosis membrane unit (60) and convert it into the antifouling solution (19). The retentate stream (68) can be advantageously employed in the preparation of an aqueous solution (19) comprising one or more species of hypohalous acid, as it will be rich in halide species (e.g., NaCl, NaBr) necessary for the production of hypohalous acid species, in relation to seawater (14), ultrafiltrate (16) and nanofiltrate (56). In one embodiment, the nanofiltrate (56) is used as the source fluid fed to the reverse osmosis membrane unit (60). The nanofiltrate (56) is relatively free of divalent ions such as Ca++ and Mg++, species known to clog electrochemical cells. As a result, retentate (68) will be relatively free of Ca++ and Mg++ while being rich in salts of useful halides such as sodium chloride. In an alternative embodiment, the ultrafiltrate (16) may be used as the source fluid for the reverse osmosis membrane unit (60).

[060] Durante um ciclo de retrolavagem, a solução anti- incrustante (19) entra no coletor de retrolavagem (42) em que se mistura com o ultrafiltrado (16) que entra no coletor através da válvula (32h) aberta. Uma mistura de solução anti-incrustante (19) e do ultrafiltrado (16) (designado (19/16) na Figura 6) é conduzida através da válvula (32f) aberta e da linha de retrolavagem (17c) para a unidade de membrana de ultrafiltração mais baixa não produtiva (12) através da qual flui em uma direção indicada pela seta tracejada marcada como sendo (25) (Figura 4). Conforme observado, (25) representa uma corrente de descarga rica em particulados expulsos de superfícies de membrana dentro da unidade de membrana de ultrafiltração pelo fluxo reverso do fluido de retrolavagem.[060] During a backwash cycle, the antifouling solution (19) enters the backwash collector (42) where it mixes with the ultrafiltrate (16) that enters the collector through the open valve (32h). A mixture of antifouling solution (19) and ultrafiltrate (16) (designated (19/16) in Figure 6) is led through the open valve (32f) and backwash line (17c) to the membrane unit. lower non-productive ultrafiltration (12) through which it flows in a direction indicated by the dashed arrow marked (25) (Figure 4). As noted, (25) represents a particulate-rich discharge stream expelled from membrane surfaces within the ultrafiltration membrane unit by the reverse flow of backwash fluid.

[061] A configuração do sistema ilustrada pela Figura 6 pode ser especialmente útil em aplicações que requerem água com baixa concentração de espécies bivalentes, tais como, íons cálcio, íons magnésio, íons sulfato e salinidade moderada, por exemplo, certas técnicas de recuperação avançada de petróleo envolvendo injeções de água ou injeção de água/gás de um depósito de hidrocarbonetos subterrâneo. Sob tais circunstâncias, pode ser vantajoso produzir simultaneamente uma corrente de nanofiltrado (56) e uma corrente de permeado de membrana de osmose reversa (66) e, subsequentemente, misturar as duas correntes em um ou mais estágios do processo de injeção.[061] The system configuration illustrated by Figure 6 can be especially useful in applications that require water with a low concentration of bivalent species such as calcium ions, magnesium ions, sulfate ions and moderate salinity, for example certain advanced recovery techniques of petroleum involving water injection or water/gas injection from an underground hydrocarbon deposit. Under such circumstances, it may be advantageous to simultaneously produce a stream of nanofiltrate (56) and a stream of reverse osmosis membrane permeate (66) and subsequently mix the two streams at one or more stages of the injection process.

[062] Com referência à Figura 7, dita figura representa uma porção de um sistema de tratamento de água subterrânea (10). Na forma de realização apresentada, uma unidade de membrana de ultrafiltração (12) está disposta no interior do alojamento (70), cujo interior está em comunicação fluida com o ambiente subterrâneo através de filtros de tela fina e grossa (71) e (72), respectivamente, e opcionalmente através de saídas de descarga do alojamento (78a) e (78b), aqui mostradas como fechadas. Na forma de realização apresentada, o alojamento é suportado por estruturas de suporte (79) que, por sua vez, podem apoiar-se no solo do ambiente subterrâneo. O alojamento (70) pode encerrar todo o sistema de tratamento de água subterrânea e incluir, além dos componentes ilustrados na Figura 7, válvulas, linhas de fluxo, bombas, coletores, unidades de nanofiltração, unidades de membrana de osmose reversa, unidades eletroquímicas, sensores, controladores, tanques de armazenamento, jatos de pulverização e outros componentes do sistema. Durante a operação direta, a água subterrânea ambiente (14) entra no alojamento (70) através dos filtros (71) e (72). Os particulados arrastados pela água subterrânea podem depositar-se em vários pontos dentro do alojamento que está equipado com uma ou mais saídas particulados grossos (73) e saídas particulados finos (74) que agem para remover particulados não excluídos pelos filtros de tela (71) e (72) e suscetíveis à sedimentação. Uma vez que a água subterrânea ambiente (14) entra no alojamento e avança em direção a unidade de membrana de ultrafiltração (12), a água ambiente (14) é transformada primeiro no fluido de fonte (14a) a partir do qual particulados maiores foram removidos por filtro grosso (71) e no fluido de fonte (14b) a partir do qual particulados adicionais foram removidos pelo filtro fino (72). Finalmente, uma estrutura de represa (76), pode atuar para segregar ainda mais os particulados do fluido de fonte (14b) e fornecer o fluido de fonte (14c). Os compartimentos interiores (75a), (75b) e (75c) podem atuar como câmaras de sedimentação. As superfícies interiores inclinadas (77) e as saídas de particulados (73) e (74) podem auxiliar na remoção de particulados suscetíveis à sedimentação durante a operação direta. No entanto, nem todos os particulados se depositarão em taxas úteis e, como resultado, as diferenças no teor de particulado de fluidos de fonte (14b) e (14c) podem ser mínimas. As saídas de particulados (73) e (74) são mostradas como abertas e as saídas de particulados (78a) e (78b) são mostradas como fechadas na Figura 7, mas podem ser abertas e fechadas independentemente, conforme determinado por um ou mais sensores e controladores do sistema. Durante a operação direta, o fluido de fonte (14c) é puxado para dentro e através da unidade de membrana de ultrafiltração (12), é transformado em ultrafiltrado (16) e fornecido a outros componentes do sistema através da linha de produção de ultrafiltrado (15).[062] With reference to Figure 7, said figure represents a portion of a groundwater treatment system (10). In the embodiment shown, an ultrafiltration membrane unit (12) is arranged inside the housing (70), the interior of which is in fluid communication with the underground environment through fine and coarse screen filters (71) and (72) , respectively, and optionally through housing discharge outlets (78a) and (78b), shown here as closed. In the presented embodiment, the housing is supported by support structures (79) which, in turn, can be supported on the ground of the underground environment. Housing (70) can enclose the entire groundwater treatment system and include, in addition to the components illustrated in Figure 7, valves, flow lines, pumps, manifolds, nanofiltration units, reverse osmosis membrane units, electrochemical units, sensors, controllers, storage tanks, spray jets and other system components. During direct operation, ambient groundwater (14) enters the housing (70) through filters (71) and (72). Particulates entrained by groundwater can settle at various points within the housing which is equipped with one or more coarse particulate outlets (73) and fine particulate outlets (74) which act to remove particulates not excluded by screen filters (71) and (72) and susceptible to sedimentation. Once ambient groundwater (14) enters the housing and advances towards the ultrafiltration membrane unit (12), ambient water (14) is first transformed into the source fluid (14a) from which larger particulates were removed by coarse filter (71) and in the source fluid (14b) from which additional particulates were removed by fine filter (72). Finally, a dam structure (76) can act to further segregate particulates from the source fluid (14b) and supply the source fluid (14c). The interior compartments (75a), (75b) and (75c) can act as sedimentation chambers. Sloped interior surfaces (77) and particulate outlets (73) and (74) can assist in removing particulates susceptible to sedimentation during direct operation. However, not all particulates will settle at useful rates and, as a result, differences in particulate content of source fluids (14b) and (14c) may be minimal. The particulate outlets (73) and (74) are shown as open and the particulate outlets (78a) and (78b) are shown as closed in Figure 7, but can be opened and closed independently as determined by one or more sensors. and system controllers. During direct operation, source fluid (14c) is drawn into and through the ultrafiltration membrane unit (12), is transformed into ultrafiltrate (16), and supplied to other system components through the ultrafiltrate production line ( 15).

[063] Ainda se referindo à Figura 7, durante um ciclo de retrolavagem, o fluido de retrolavagem (por exemplo, (19/16)) é introduzido através da linha de retrolavagem (17) e forçado a fluir através da unidade de membrana de ultrafiltração em uma direção de fluxo oposta durante a operação direta. Conforme detalhado aqui, este fluxo reverso de fluido de retrolavagem expulsa particulados que aderem a superfícies de membrana da unidade de membrana de ultrafiltração (12) e produz uma corrente de descarga carregada de particulado (25) que pode sair do alojamento através de uma ou mais das saídas de particulados (78a) e (78b). Um ciclo de retrolavagem também pode incluir um protocolo de retrolavagem de filtro. Por exemplo, seguindo uma etapa do ciclo de retrolavagem em que o interior do alojamento foi purgado por fluido de retrolavagem com as saídas de particulados (78a) e (78b) abertas, estas mesmas podem ser fechadas e todo o fluxo de fluido de retrolavagem dirigido de volta através dos filtros (72) e (71), expulsando, por meio disso, os particulados acumulados em superfícies de filtro.[063] Still referring to Figure 7, during a backwash cycle, the backwash fluid (e.g. (19/16)) is introduced through the backwash line (17) and forced to flow through the backwash membrane unit. ultrafiltration in an opposite flow direction during direct operation. As detailed herein, this reverse flow of backwash fluid expels particulates adhering to membrane surfaces of the ultrafiltration membrane unit (12) and produces a particulate-laden discharge stream (25) that can exit the housing through one or more from the particulate outlets (78a) and (78b). A backwash cycle can also include a filter backwash protocol. For example, following a stage of the backwash cycle in which the interior of the housing has been purged by backwash fluid with the particulate outlets (78a) and (78b) open, these can be closed and all the flow of backwash fluid directed back through filters (72) and (71), thereby expelling particulates accumulated on filter surfaces.

[064] Com referência à Figura 8, dita figura representa uma porção de um sistema de tratamento de água subterrânea (10) compreendendo um ou mais dispositivos de geração de turbulência configurados para limpar uma ou mais superfícies do sistema em que os particulados se acumulam. Na forma de realização apresentada, os jatos de pulverização (80) podem estar localizados na proximidade das superfícies do sistema em que os particulados se acumulam, as superfícies do sistema incluindo superfícies de filtro de tela grossa (71), filtro de tela fina (72) e as superfícies da membrana externa da unidade de membrana de ultrafiltração (12). Na forma de realização apresentada, as superfícies do sistema estão sendo limpas com o ultrafiltrado (16) durante um ciclo de retrolavagem em que a corrente de descarga (25) e os particulados expulsos pela ação de limpeza dos jatos de pulverização saem do alojamento através de uma ou mais das saídas de particulados (78a) e (78b) do alojamento. O fluxo carregado de particulados que sai do alojamento através de saídas de particulados (78a) é marcado como sendo (16a), uma vez que, na forma de realização ilustrada na Figura 8, utiliza o ultrafiltrado (16) como fluido de limpeza. Conforme observado, outros fluidos adequados podem ser utilizados como o fluido de limpeza. Por exemplo, em uma ou mais formas de realização, a água de fonte filtrada (14b) (Figura 7) pode ser utilizada como o fluido de limpeza.[064] Referring to Figure 8, said figure represents a portion of a groundwater treatment system (10) comprising one or more turbulence generating devices configured to clean one or more surfaces of the system on which particulates accumulate. In the embodiment shown, the spray jets (80) may be located in close proximity to the surfaces of the system on which particulates accumulate, the surfaces of the system including coarse screen filter (71), fine screen filter (72) surfaces. ) and the outer membrane surfaces of the ultrafiltration membrane unit (12). In the embodiment shown, the surfaces of the system are being cleaned with the ultrafiltrate (16) during a backwash cycle in which the discharge stream (25) and the particulates expelled by the cleaning action of the spray jets leave the housing through one or more of the particulate outlets (78a) and (78b) of the housing. The particulate laden stream exiting the housing through particulate outlets (78a) is marked as (16a) since, in the embodiment illustrated in Figure 8, it uses ultrafiltrate (16) as a cleaning fluid. As noted, other suitable fluids can be used as the cleaning fluid. For example, in one or more embodiments, filtered spring water (14b) (Figure 7) can be used as the cleaning fluid.

[065] Em uma ou mais formas de realização, a presente invenção proporciona um método para produzir água purificada a partir de uma fonte de água subterrânea ambiente, às vezes aqui referida como um fluido de fonte subterrânea ambiente. Além disso, em uma ou mais formas de realização, a presente invenção proporciona um método para produzir um hidrocarboneto que emprega água purificada derivada de um fluido de fonte subterrânea ambiente.[065] In one or more embodiments, the present invention provides a method for producing purified water from an ambient groundwater source, sometimes referred to herein as an ambient groundwater source fluid. Furthermore, in one or more embodiments, the present invention provides a method for producing a hydrocarbon that employs purified water derived from an ambient underground source fluid.

[066] As Figuras 1 a 8 e as descrições que as acompanham proporcionam orientação detalhada para utilizar o sistema de tratamento de água subterrânea para produzir água purificada a partir da água subterrânea ambiente. Conforme observado, uma primeira etapa do método compreende introduzir água de fonte subterrânea ambiente em e através de uma ou mais unidades de membrana de ultrafiltração e produzir, por meio disso, um ultrafiltrado substancialmente livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons. Conforme detalhado aqui, a água subterrânea ambiente pode ser introduzida em e através de uma unidade de membrana de ultrafiltração do sistema pela ação de uma bomba do sistema. Em uma segunda etapa do método, uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso é preparada em uma unidade eletroquímica do sistema em comunicação fluida com pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração do sistema. Em uma terceira etapa do método, um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrados e pelo menos uma porção da solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso são fornecidos a pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração não produtiva durante um ciclo de retrolavagem. Em uma ou mais formas de realização, o fluxo total de água subterrânea ambiente através de unidades de membrana de ultrafiltração individuais é inferior a 51,0 l/m2h (trinta galões por pé quadrado por dia). Conforme observado, o funcionamento do sistema em fluxo relativamente baixo tende a reduzir a frequência dos ciclos de retrolavagem necessários para manter o desempenho do sistema ideal.[066] Figures 1 to 8 and accompanying descriptions provide detailed guidance for using the groundwater treatment system to produce purified water from ambient groundwater. As noted, a first step of the method comprises introducing ambient ground source water into and through one or more ultrafiltration membrane units and thereby producing an ultrafiltrate substantially free of solid particulates having a larger dimension greater than 0.1 microns. As detailed here, ambient groundwater can be introduced into and through an ultrafiltration membrane unit of the system by the action of a system pump. In a second step of the method, an aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species is prepared in an electrochemical unit of the system in fluid communication with at least one ultrafiltration membrane unit of the system. In a third step of the method, an ultrafiltrate-rich backwash fluid and at least a portion of the aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species are supplied to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit during a backwash cycle. . In one or more embodiments, the total ambient groundwater flux through individual ultrafiltration membrane units is less than 51.0 L/m 2 hr (thirty gallons per square foot per day). As noted, running the system at relatively low flow tends to reduce the frequency of backwash cycles required to maintain optimal system performance.

[067] Em uma ou mais formas de realização, a presente invenção fornece um método de produção de um hidrocarboneto. Em uma primeira etapa, o método compreende injetar água purificada derivada de um fluido de fonte subterrânea ambiente em um reservatório de hidrocarbonetos para estimular o fluxo de um fluido de hidrocarboneto do reservatório. Em uma segunda e terceira etapas, o método compreende receber o fluido de hidrocarboneto em um poço de produção de hidrocarbonetos e transportar o fluido de hidrocarboneto do poço de produção para uma instalação de armazenamento. A água purificada é preparada usando água subterrânea ambiente como o fluido de fonte para um sistema de tratamento de água subterrânea fornecido pela presente invenção.[067] In one or more embodiments, the present invention provides a method of producing a hydrocarbon. In a first step, the method comprises injecting purified water derived from an ambient underground source fluid into a hydrocarbon reservoir to stimulate the flow of a hydrocarbon fluid from the reservoir. In a second and third step, the method comprises receiving the hydrocarbon fluid in a hydrocarbon production well and transporting the hydrocarbon fluid from the production well to a storage facility. Purified water is prepared using ambient groundwater as the source fluid for a groundwater treatment system provided by the present invention.

[068] Com referência à Figura 9, dita figura ilustra um método (100) de produção de um hidrocarboneto, o método representando uma ou mais formas de realização da presente invenção. Conforme ilustrado na Figura 9, a água subterrânea ambiente (14) serve como um fluido de fonte para um sistema de tratamento de água subterrânea (10) disposto dentro de um ambiente subterrâneo (114). O sistema de tratamento de água subterrânea (10) produz pelo menos uma corrente de água purificada (116) que é bombeada através do poço de injeção (118) e no reservatório de hidrocarbonetos (120). A corrente de água purificada (116) pode compreender uma ou mais das correntes de produto produzidas pelo sistema de tratamento de água subterrânea (10), incluindo uma corrente de ultrafiltrado (16), uma corrente de nanofiltrado (56) ou uma corrente de permeado de membrana de osmose reversa (66). Em uma ou mais formas de realização, a corrente de água purificada (116) é uma mistura preparada a partir de uma corrente de nanofiltrado (56) e uma corrente de permeado de membrana de osmose reversa (66). Em uma ou mais formas de realização, o sistema de tratamento de água subterrânea (10) pode ser configurado para adicionar um ou mais agentes destinados a aumentar a recuperação de fluidos de hidrocarbonetos do reservatório, por exemplo, sulfonatos de lignina e poliacrilamidas hidrolisadas. Em uma ou mais formas de realização, a água purificada (116) pode ser injetada alternadamente com dióxido de carbono em um protocolo de injeção de reservatório alternada de água e gás.[068] Referring to Figure 9, said figure illustrates a method (100) of producing a hydrocarbon, the method representing one or more embodiments of the present invention. As illustrated in Figure 9, ambient groundwater (14) serves as a source fluid for a groundwater treatment system (10) disposed within an underground environment (114). The groundwater treatment system (10) produces at least one stream of purified water (116) which is pumped through the injection well (118) and into the hydrocarbon reservoir (120). The purified water stream (116) may comprise one or more of the product streams produced by the groundwater treatment system (10), including an ultrafiltrate stream (16), a nanofiltrate stream (56) or a permeate stream. of reverse osmosis membrane (66). In one or more embodiments, the purified water stream (116) is a mixture prepared from a stream of nanofiltrate (56) and a stream of reverse osmosis membrane permeate (66). In one or more embodiments, the groundwater treatment system (10) may be configured to add one or more agents intended to enhance the recovery of hydrocarbon fluids from the reservoir, for example, lignin sulfonates and hydrolyzed polyacrylamides. In one or more embodiments, the purified water (116) may be alternately injected with carbon dioxide in an alternating water and gas reservoir injection protocol.

[069] A água purificada que entra no reservatório através do poço de injeção (118) estimula o fluxo de fluidos de hidrocarbonetos (126) em direção e dentro do poço de produção (132). Os fluidos de produção contendo hidrocarbonetos que entram no poço são transportados através da cabeça do poço (134) e do sistema de elevação de produção (136) para a instalação de armazenamento (140). O poço de produção (132) pode ser equipado com uma ou mais bombas submersíveis elétricas que conduzem os fluidos de produção (126) em direção à cabeça do poço (134) e ao sistema de elevação de produção (136). A instalação da cabeça do poço pode incluir equipamentos, tais como, bombas de reforço, separadores de fluidos de produção, árvores de natal e equipamentos semelhantes conhecidos por técnicos no assunto por serem necessários e úteis na gestão da produção de um poço de produção de hidrocarbonetos subterrâneo.[069] Purified water entering the reservoir through the injection well (118) stimulates the flow of hydrocarbon fluids (126) towards and into the production well (132). Production fluids containing hydrocarbons entering the well are transported through the wellhead (134) and production lift system (136) to the storage facility (140). The production well (132) may be equipped with one or more electric submersible pumps that drive the production fluids (126) towards the wellhead (134) and production lift system (136). The wellhead installation may include equipment such as booster pumps, production fluid separators, Christmas trees and similar equipment known to those skilled in the art to be necessary and useful in managing the production of a hydrocarbon production well. underground.

[070] Os exemplos anteriores são meramente ilustrativos, servindo para ilustrar apenas algumas das características da invenção. As reivindicações anexas pretendem reivindicar a invenção tão amplamente como foi concebida e os exemplos aqui apresentados são ilustrativos de formas de realização selecionadas a partir de uma cópia de todas as formas de realização possíveis. Consequentemente, a intenção do depositante é que as reivindicações anexas não sejam limitadas pela escolha de exemplos utilizados para ilustrar características da presente invenção. Conforme usado nas reivindicações, a palavra “compreende” e suas variantes gramaticais, logicamente, também subtendem e incluem frases de diversas e diferentes extensões, como por exemplo, mas não limitadas a elas, “consistindo essencialmente em” e “consistindo em”. Quando necessário, os intervalos foram fornecidos, esses intervalos são inclusivos de todas as sub-faixas entre eles. É de se esperar que as variações nesses intervalos se possam sugerir a um técnico no assunto e que não estejam já dedicadas ao público, essas variações devem, sempre que possível, ser interpretadas como cobertas pelas reivindicações anexas. Prevê-se também que os avanços em ciência e tecnologia tornarão equivalentes e substituições possíveis, que não estão agora contempladas devido à imprecisão da linguagem, e essas variações também devem ser interpretadas, sempre que possível, para serem cobertas pelas reivindicações anexas.[070] The previous examples are merely illustrative, serving to illustrate only some of the features of the invention. The appended claims are intended to claim the invention as broadly as it is conceived and the examples presented herein are illustrative of embodiments selected from a copy of all possible embodiments. Accordingly, it is the intent of the applicant that the appended claims not be limited by the choice of examples used to illustrate features of the present invention. As used in the claims, the word "comprises" and its grammatical variants logically also subtend and include phrases of various and different lengths, for example, but not limited to, "consisting essentially of" and "consisting of". Where necessary, ranges have been provided, these ranges are inclusive of all sub-ranges in between. It is to be expected that variations in these ranges can be suggested to one skilled in the art and are not already dedicated to the public, such variations should, whenever possible, be interpreted as covered by the appended claims. It is also anticipated that advances in science and technology will make equivalents and substitutions possible, which are not now contemplated due to imprecision of language, and these variations should also be interpreted, whenever possible, to be covered by the appended claims.

Claims (11)

1. MÉTODO (10) DE PRODUÇÃO DE PELO MENOS UMA CORRENTE DE PRODUTO DE ULTRAFILTRADO (16) a partir de água de fonte em um ambiente submarino, caracterizado pelo método (10) compreender as etapas de: (a) introduzir água de fonte subterrânea ambiente (14) em e através de duas ou mais unidades de membrana de ultrafiltração (12) e produzir, por meio disso, um ultrafiltrado (16) livre de particulados sólidos com uma maior dimensão superior a 0,1 mícrons; (b) preparar em uma unidade eletroquímica (18) em comunicação fluida com pelo menos uma das unidades de membrana de ultrafiltração (12), uma solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso; e (c) fornecer para pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração (12) não produtiva durante um ciclo de retrolavagem, um fluido de retrolavagem rico em ultrafiltrado (16) com ultrafiltrado (16) de pelo menos uma outra unidade de membrana de ultrafiltração (12) produtiva e pelo menos uma porção da solução aquosa (19) compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso; em que um fluxo de fluido de fonte através de cada uma das unidades de membrana de ultrafiltração (12) é inferior a 51,0 l/m2h.1. METHOD (10) OF PRODUCING AT LEAST ONE ULTRAFILTRATED PRODUCT Stream (16) from source water in a subsea environment, characterized by method (10) comprising the steps of: (a) introducing underground source water environment (14) in and through two or more ultrafiltration membrane units (12) and thereby producing an ultrafiltrate (16) free of solid particulates having a larger dimension greater than 0.1 microns; (b) preparing in an electrochemical unit (18) in fluid communication with at least one of the ultrafiltration membrane units (12), an aqueous solution (19) comprising one or more species of hypohalous acid; and (c) supplying to at least one non-productive ultrafiltration membrane unit (12) during a backwash cycle a backwash fluid rich in ultrafiltrate (16) with ultrafiltrate (16) from at least one other ultrafiltration membrane unit (12) productive and at least a portion of the aqueous solution (19) comprising one or more hypohalous acid species; wherein a source fluid flow through each of the ultrafiltration membrane units (12) is less than 51.0 l/m 2 h. 2. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ciclo de retrolavagem ocorrer a uma frequência de menos de cinco ciclos de retrolavagem por dia.METHOD (10) according to claim 1, characterized in that the backwash cycle occurs at a frequency of less than five backwash cycles per day. 3. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada ciclo de retrolavagem ter uma duração inferior a vinte minutos.3. METHOD (10), according to claim 2, characterized in that each backwash cycle has a duration of less than twenty minutes. 4. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ciclo de retrolavagem químico ter uma duração inferior a vinte minutos.METHOD (10) according to claim 1, characterized in that a chemical backwash cycle lasts for less than twenty minutes. 5. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela água de fonte submarina ambiente (14) ser água do mar.METHOD (10) according to claim 1, characterized in that ambient underwater source water (14) is seawater. 6. MÉTODO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo método compreender adicionalmente as etapas de: (d) submeter uma primeira porção do ultrafiltrado (16) a uma etapa de separação por nanofiltração em uma unidade de nanofiltração (50) e produzir, por meio disso, um nanofiltrado (56) e um retentado (58) rejeitado pela unidade de nanofiltração (50); e (e) submeter uma segunda porção do ultrafiltrado (16) a uma etapa de separação por osmose reversa em uma unidade de membrana de osmose reversa (60) e produzir, por meio disso, um permeado (66) e um retentado (68) rejeitado pela unidade de membrana de osmose reversa (60).6. METHOD (10), according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the method additionally comprises the steps of: (d) subjecting a first portion of the ultrafiltrate (16) to a nanofiltration separation step in a unit of nanofiltration (50) and thereby producing a nanofiltrate (56) and a retentate (58) rejected by the nanofiltration unit (50); and (e) subjecting a second portion of the ultrafiltrate (16) to a reverse osmosis separation step in a reverse osmosis membrane unit (60) and thereby producing a permeate (66) and a retentate (68). rejected by the reverse osmosis membrane unit (60). 7. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela água purificada compreender pelo menos uma porção do nanofiltrado (56) e pelo menos uma porção do permeado (66) da membrana de osmose reversa.METHOD (10) according to claim 6, characterized in that the purified water comprises at least a portion of the nanofiltrate (56) and at least a portion of the permeate (66) of the reverse osmosis membrane. 8. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela água purificada conter menos de dois por cento de sólidos dissolvidos.METHOD (10) according to claim 6, characterized in that the purified water contains less than two percent of dissolved solids. 9. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela unidade eletroquímica (18) estar configurada para receber o retentado (68) da unidade de membrana de osmose reversa (60) como um fluido de fonte e produzir, a partir disso, uma solução aquosa compreendendo uma ou mais espécies de ácido hipo-haloso.METHOD (10) according to claim 6, characterized in that the electrochemical unit (18) is configured to receive the retentate (68) of the reverse osmosis membrane unit (60) as a source fluid and produce, from furthermore, an aqueous solution comprising one or more hypohalous acid species. 10. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por um sistema de tratamento de água subterrânea (10) estar configurado para produzir pelo menos uma corrente de produto (16) não fornecida à unidade de membrana de ultrafiltração (12) não produtiva durante um ciclo de retrolavagem.METHOD (10) according to claim 6, characterized in that a groundwater treatment system (10) is configured to produce at least one product stream (16) not supplied to the ultrafiltration membrane unit (12) non-productive during a backwash cycle. 11. MÉTODO (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por um sistema de tratamento de água subterrânea (10) compreender pelo menos uma unidade de membrana de ultrafiltração (12) compreendendo estruturas de membrana de fibra oca.METHOD (10) according to claim 6, characterized in that a groundwater treatment system (10) comprises at least one ultrafiltration membrane unit (12) comprising hollow fiber membrane structures.
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