BRPI0511405B1

BRPI0511405B1 - APPARATUS AND METHOD FOR CONSECUTIVE SEQUENTIAL DESSALINIZATION OF CONTINUOUS CLOSED CIRCUIT OF A SALT WATER SOLUTION BY REVERSE OSMOSIS, AND MODULAR INTEGRATED MODEL WITH LARGE SCALE DESSALINIZATION CAPACITY

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Publication number: BRPI0511405B1
Authority: BR
Publication date: 2017-08-15

Description

APARELHO E MÉTODO PARA A DESSALINIZAÇÃO SEQUENCIAL CONSECUTIVA DE CIRCUITO FECHADO CONTÍNUA DE UMA SOLUÇÃO DE ÁGUA SALGADA PELA OSMOSE REVERSA, E USINA MODULAR INTEGRADA COM CAPACIDADE DE DESSALINIZAÇÃO DE LARGA ESCALAAPPARATUS AND METHOD FOR CONSEQUENTIAL SEQUENTIAL SEQUENTIAL DESCRIPTION OF CONTINUOUS CLOSED CIRCUIT SOLUTION WATER SOLVED BY REVERSE OSMOSIS, AND INTEGRATED MODULAR PLANT WITH LARGE SCALE DESALINATION CAPABILITY

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um método e um aparelho sem recipientes para a dessalinização sequencial consecutiva continua em circuito fechado de uma solução de água salgada através da osmose reversa.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus without containers for consecutive continuous sequential closed-loop desalination of a saltwater solution via reverse osmosis.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR A osmose reversa (OR) convencional é executada por meio de técnicas de "fluxo interrompido" hidrodinâmicas por meio das quais o fluxo de alimentação pressurizado é dividido continuamente em material permeado e salmoura. Uma abordagem diferente da dessalinização hidrostática de circuito fechado foi relatada primeiramente nos final dos anos oitenta por Szuz et al. na Patente U.S. n°. 4.983.301 e por Bartt na Patente U.S. n°. 4.814.086, com ênfase colocada na economia de energia. De acordo com a abordagem de dessalinização de circuito fechado (CCD), a alimentação pressurizada é reciclada sob pressão hidrostática para a recuperação desejada, e a seguir a salmoura é substituída por carga fresca e o processo descontínuo é repetido. As patentes acima mencionadas sugeriram o acoplamento alternante de dois tanques no circuito fechado a fim de permitir a dessalinização contínua. O principal inconveniente advém da necessidade de "dois tanques de capacidade relativamente grande".BACKGROUND ART Conventional reverse osmosis (OR) is performed by hydrodynamic "interrupted flow" techniques whereby the pressurized feed stream is continuously divided into permeate and brine. A different approach to closed-loop hydrostatic desalination was first reported in the late 1980s by Szuz et al. in U.S. Patent no. No. 4,983,301 and by Bartt in U.S. Patent no. 4,814,086, with an emphasis on energy saving. According to the closed loop desalination (CCD) approach, the pressurized feed is recycled under hydrostatic pressure for the desired recovery, and then the brine is replaced with fresh charge and the batch process is repeated. The aforementioned patents suggested alternating coupling of two tanks in the closed loop to allow for continuous desalination. The main drawback stems from the need for "two relatively large capacity tanks".

Szuz et al. referem-se à remoção de "materiais estranhos por equipamento de filtração de membrana", e portanto, se aplica a RO bem como à filtração de matéria em partículas suspensa de soluções e fluidos. A dessalinização ou a filtração no circuito fechado envolve um efeito de forte diluição durante a reciclagem e, portanto, facilita a execução de uma recuperação elevada sob condições relativamente moderadas.Szuz et al. they refer to the removal of "foreign materials by membrane filtration equipment", and therefore apply to RO as well as filtration of suspended particulate matter from solutions and fluids. Desalination or closed loop filtration involves a strong dilution effect during recycling and therefore facilitates high recovery under relatively moderate conditions.

Um pedido de patente recente WO 2005/016830 descreve um aparelho para a CCD continua com um único recipiente. O presente pedido de patente descreve um aparelho e um método inventivos novos para a dessalinização de circuito fechado continua da solução de água salgada por um processo sequencial consecutivo continuo sem a necessidade de recipientes. O pedido de patente internacional publicado como WO 03/013704 A2 revela um aparelho de dessalinização de circuito fechado e um método para empregar pelo menos um recipiente para armazenar o concentrado recirculado. Por meio da adição de um segundo recipiente, o aparelho e o método podem ser adaptados para operar continuamente através da comutação, quando a dessalinização desejada for atingida, para um recipiente recentemente recarregado. O recipiente que contém o concentrado a ser descarregado é desconectado do circuito de dessalinização, aberto à pressão atmosférica, e seu conteúdo é substituído por uma carga fresca. 0 recipiente é, então, selado e pressurizado para ficar pronto para uma nova sequência de dessalinização. 0 pedido de patente internacional publicado como WO 02/098527 A2 descreve um sistema de osmose reversa com recirculação substancialmente total de concentrado, em que o concentrado é periodicamente expelido do sistema. Esse documento ensina um típico processo descontínuo de batelada no qual, ao final de cada ciclo de batelada, o concentrado no sistema é substituído com uma carga fresca enquanto a produção de material permeado é interrompida.A recent patent application WO 2005/016830 describes an apparatus for continuous CCD with a single container. The present patent application describes a novel inventive apparatus and method for continuous closed loop desalination of the saltwater solution by a continuous sequential process without the need for containers. International patent application published as WO 03/013704 A2 discloses a closed loop desalination apparatus and a method for employing at least one container for storing the recirculated concentrate. By the addition of a second container, the apparatus and method may be adapted to operate continuously by switching, when the desired desalination is achieved, to a newly refilled container. The container containing the concentrate to be discharged is disconnected from the desalination circuit, opened at atmospheric pressure, and its contents replaced by a fresh charge. The container is then sealed and pressurized to be ready for a new desalination sequence. International patent application published as WO 02/098527 A2 describes a reverse osmosis system with substantially total concentrate recirculation, wherein the concentrate is periodically expelled from the system. This document teaches a typical batch batch process in which, at the end of each batch cycle, the concentrate in the system is replaced with a fresh charge while the production of permeate material is interrupted.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO A presente invenção propõe um aparelho e um método para a dessalinização continua da solução de água salgada ou a alimentação de água salobra (daqui por diante a "alimentação") utilizando circuito fechado; em que o concentrado é reciclado por um dispositivo de circulação através de módulos paralelos que compreendem um ou mais elementos de membranas de RO semipermeáveis; o dispositivo de alimentação de carga fresca pressurizada para o dito circuito fechado para substituir o material permeado liberado, e o dispositivo de válvula para permitir a salmoura liberada do dito circuito fechado ao nivel desejado de recuperação sem interromper o processo de dessalinização. 0 aparelho e o método de acordo com a presente invenção para a dessalinização continua por um processo sequencial consecutivo opera sob pressão variável de fluxo constante e do fluxo de material permeado como resultado da pressão de impulsão liquida (NDP). A NDP, a diferença entre a pressão aplicada e a pressão osmótica, em cada estágio durante a operação do aparelho inventivo, é controlada acima de um valor minimo predefinido. 0 aparelho e o método de acordo com a presente invenção podem estar disponíveis em uma forma modular com a alimentação pressurizada centralmente criada e fornecida simultaneamente a mais de uma unidade modular. A forma modular do aparelho pode se aplicar a usinas de dessalinização de qualquer capacidade de produção. 0 aparelho e o método de acordo com a presente invenção podem conter componentes e peças comerciais, que são acionados sem exceder as suas especificações indicadas. 0 aparelho e o método de acordo com a presente invenção são caracterizados por desenhos baratos e simples com relativamente poucos componentes de potência, um número reduzido de elementos de membrana e baixa demanda de energia especifica sem nenhuma necessidade para a recuperação da energia. O método inventivo pode ser considerado especificamente atraente para a recuperação elevada de dessalinização (aproximadamente 75%-95%) da água salobra de baixa concentração, e neste contexto pode propiciar uma abordagem econômica para a remoção parcial de boro de materiais permeados de SWRO até o nivel aceitável (mais ou menos < 0,5 ppm).BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention proposes an apparatus and method for the continuous desalination of the saltwater solution or the saltwater feed (hereinafter the "feed") using closed loop; wherein the concentrate is recycled by a circulation device through parallel modules comprising one or more semipermeable RO membrane elements; the pressurized fresh charge feed device for said closed loop to replace the released permeate material, and the valve device to allow the released brine of said closed loop to the desired level of recovery without interrupting the desalination process. The apparatus and method according to the present invention for continuous desalination by a consecutive sequential process operates under constant pressure variable flow and permeate material flow as a result of the net impulse pressure (NDP). NDP, the difference between applied pressure and osmotic pressure, at each stage during operation of the inventive apparatus is controlled above a preset minimum value. The apparatus and method according to the present invention may be available in a modular form with centrally created pressurized feed simultaneously supplied to more than one modular unit. The modular form of the apparatus can be applied to desalination plants of any production capacity. The apparatus and method according to the present invention may contain commercial components and parts, which are operated without exceeding their stated specifications. The apparatus and method according to the present invention are characterized by inexpensive and simple designs with relatively few power components, a reduced number of membrane elements and low specific energy demand with no need for energy recovery. The inventive method may be considered specifically attractive for the high desalination recovery (approximately 75% -95%) of low concentration brackish water, and in this context may provide an economical approach for partial removal of boron from SWRO permeated materials to acceptable level (roughly <0.5 ppm).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura IA é um diagrama esquemático do aparelho inventivo para a dessalinização de circuito fechado com cinco módulos de cada um de três elementos de membrana (configuração M5E15) durante o modo de reciclagem de concentrado, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 1B é um diagrama esquemático do aparelho inventivo para a dessalinização de circuito fechado com cinco módulos de cada um de três elementos de membrana (configuração M5E15) durante o modo de descarga de concentrado, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 2A é um diagrama esquemático da unidade modular inventiva do aparelho para a dessalinização de circuito fechado com cinco módulos de cada um de três elementos de membrana (configuração M5A15) durante o modo de reciclagem de concentrado, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 2B é um diagrama esquemático da unidade modular inventiva do aparelho para a dessalinização de circuito fechado com cinco módulos de cada um de três elementos de membrana (configuração M5E15) durante o modo de descarga de concentrado, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma usina composta por cinco unidades modulares do aparelho inventivo, de cada um de cinco módulos e quinze elementos de membrana, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 4 é um gráfico que ilustra uma simulação das concentrações de TDS durante o processo de CCD de elevada porcentagem de recuperação, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 5 é um gráfico que ilustra uma simulação das concentrações de boro durante o processo de CCD de elevada porcentagem de recuperação, de acordo com uma realização preferida da presente invenção. A Figura 6 é uma simulação das concentrações de magnésio durante o processo de CCD de elevada porcentagem de recuperação, de acordo com uma realização preferida da presente invenção.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1A is a schematic diagram of the inventive closed loop desalination apparatus with five modules of each of three membrane elements (configuration M5E15) during concentrate recycling mode according to a preferred embodiment of the invention. present invention. Figure 1B is a schematic diagram of the inventive closed loop desalination apparatus with five modules each of three membrane elements (M5E15 configuration) during concentrate discharge mode, in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Figure 2A is a schematic diagram of the inventive modular unit of the closed loop desalination apparatus having five modules each of three membrane elements (M5A15 configuration) during concentrate recycling mode according to a preferred embodiment of the present. invention. Figure 2B is a schematic diagram of the inventive modular unit of the closed-loop desalination apparatus having five modules each of three membrane elements (M5E15 configuration) during concentrate discharge mode according to a preferred embodiment of the present. invention. Figure 3 is a schematic diagram of a plant comprising five modular units of the inventive apparatus each of five modules and fifteen membrane elements in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Figure 4 is a graph illustrating a simulation of TDS concentrations during the high recovery percent CCD process according to a preferred embodiment of the present invention. Figure 5 is a graph illustrating a simulation of boron concentrations during the high recovery percent CCD process according to a preferred embodiment of the present invention. Figure 6 is a simulation of magnesium concentrations during the high recovery percent CCD process according to a preferred embodiment of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A realização preferida do aparelho de RO inventivo na Figura IA compreende um sistema de dessalinização de circuito fechado com cinco módulos (Ml, M2, M3, M4 e M5) cada um de três elementos de membrana, entrada de alimentação (F), bomba de pressurização de alimentação (PP), bomba de circulação (CP), saida de efluente de salmoura (B) , a saida de material permeado (P) , uma válvula de três vias (V3) , dispositivos de monitoramento da condutividade da solução (CM(1) e CM(2)), e dispositivos de monitoramento da pressão(PM(1) e PM(2)). Na Figura IA, as linhas condutoras para a carga fresca, misturada ou não com o concentrado, são indicadas por linhas continuas, a linha condutora para a remoção da salmoura por uma linha pontilhada, e as linhas condutoras para a coleta de material permeado por linhas tracejadas. As direções de fluxo nas várias linhas são indicadas por setas. 0 volume do circuito fechado é derivado do volume do concentrado contido nos vasos de pressão, também conhecidos como módulos, e as tubulações e o volume de circuito fechado desejado são projetados com a seleção apropriada dos diâmetros das linhas da tubulação. A configuração ilustrada na Figura IA é aquela do modo de reciclagem de concentrado que é experimentado durante a maior parte do tempo neste aparelho inventivo. A dessalinização sequencial consecutiva continua no aparelho inventivo requer a substituição periódica do concentrado de salmoura por carga fresca no circuito fechado ao nivel desejado de recuperação de sistema e este modo breve de operação é ilustrado na Figura 1B. A rejeição da salmoura do circuito fechado é obtida ao desviar o fluxo de concentrado para o exterior através da válvula de três vias V3. 0 controle de todo o processo de dessalinização é obtido por meio da condutividade monitorada "online" com uma forma de sinal do CM(1) que manifesta o alcance do nivel desejado de recuperação desativando a reciclagem em favor da rejeição da salmoura; e analogamente uma forma de sinal do CM(2) que manifesta a conclusão da rejeição da salmoura reativando o modo de reciclagem.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The preferred embodiment of the inventive RO apparatus in Figure IA comprises a closed loop desalination system with five modules (M1, M2, M3, M4 and M5) each of three membrane elements, feed inlet (F ), feed pressurization pump (PP), circulation pump (CP), brine effluent outlet (B), permeate outlet (P), three-way valve (V3), conductivity monitoring devices (CM (1) and CM (2)), and pressure monitoring devices (PM (1) and PM (2)). In Figure IA, the conducting lines for the fresh load, mixed or not with the concentrate, are indicated by continuous lines, the conductive line for brine removal by a dotted line, and the conductive lines for the collection of material permeated by lines. dashed. The flow directions on the various lines are indicated by arrows. The closed loop volume is derived from the concentrate volume contained in the pressure vessels, also known as modules, and the piping and the desired closed loop volume are designed with the appropriate selection of pipe line diameters. The configuration illustrated in Figure 1A is that of the concentrate recycling mode that is experienced most of the time in this inventive apparatus. Continuous consecutive desalination in the inventive apparatus requires periodic replacement of the brine concentrate by fresh charge in the closed loop at the desired level of system recovery and this brief mode of operation is illustrated in Figure 1B. Closed-loop brine rejection is achieved by diverting concentrate flow out through the three-way valve V3. Control of the entire desalination process is achieved through monitored online conductivity with a CM (1) signal form that manifests the desired level of recovery by disabling recycling in favor of brine rejection; and similarly a CM (2) signal form that manifests the completion of brine rejection by reactivating the recycling mode.

Os dispositivos de monitoramento de pressão PM(1) e PM (2) no aparelho da invenção sob revisão fornece os meios para o controle da pressão especialmente durante o modo de rejeição de salmoura (Figura 1B) , com uma mudança mínima da pressão no sistema obtida por meio da atuação da válvula em resposta às variações na pressão indesejáveis "em linha". A unidade modular exibida na Figura 2 (A e B) não contêm nenhum dispositivo de pressurização e a finalidade da válvula de duas vias V2 neste desenho é permitir o isolamento de uma unidade modular específica para a manutenção e/ou o reparo sem interromper a operação das unidades restantes na disposição. Através de analogia com a Figura IA e a Figura 1B, as funções descritas pela Figura 2A e pela Figura 2B são de reciclagem e de rejeição de salmoura, respectivamente. A combinação de cinco unidades modulares ilustradas na Figura 2 (A e B) em uma usina de dessalinização, com seu dispositivo de pressurização de alimentação, é ilustrada na Figura 3. As cinco unidades modulares (MU-1, MU-2, MU-3, MU-4 e MU-5) na Figura 3 são centralmente alimentadas através da mesma linha condutora (F) com a alimentação pressurizada recebida de PP, e analogamente tais linhas condutoras são utilizadas para a coleta do material permeado (P) e para a remoção da salmoura (B) . O modo preferido de operação das usinas que compreendem unidades modulares pelo método da invenção é que sob condições de pressão constantes, embora a operação a uma pressão variável possa se tornar possível contanto que cada uma das unidades modulares na disposição também esteja equipada com um impulsionador de pressão variável por meio do que as variações de pressão desejadas são criadas distintamente por unidade modular.The pressure monitoring devices PM (1) and PM (2) in the apparatus of the present invention under review provide the means for pressure control especially during brine rejection mode (Figure 1B), with minimal system pressure change. obtained by actuating the valve in response to undesirable "in-line" pressure variations. The modular unit shown in Figure 2 (A and B) does not contain any pressurization devices and the purpose of the two-way valve V2 in this drawing is to allow isolation of a specific modular unit for maintenance and / or repair without interrupting operation. of the remaining units in the arrangement. By analogy with Figure 1A and Figure 1B, the functions described by Figure 2A and Figure 2B are recycling and brine rejection, respectively. The combination of five modular units shown in Figure 2 (A and B) in a desalination plant with its feed pressurization device is illustrated in Figure 3. The five modular units (MU-1, MU-2, MU- 3, MU-4 and MU-5) in Figure 3 are centrally fed through the same conductive line (F) with the pressurized feed received from PP, and similarly such conductive lines are used for collecting permeate material (P) and for brine removal (B). The preferred mode of operation of plants comprising modular units by the method of the invention is that under constant pressure conditions, although operation at a variable pressure may be made possible provided that each of the modular units in the arrangement is also equipped with a pressure booster. variable pressure whereby the desired pressure variations are distinctly created per modular unit.

Deve ficar compreendido que o desenho das realizações preferidas do aparelho da invenção e das unidades modulares de dessalinização mostrado na Figura 1 (A e B) e na Figura 3 é esquemático e simplificado e não deve ser considerado como limitador da invenção. Na prática, as unidades de dessalinização e Aparelho, de acordo com a invenção podem compreender muitas linhas adicionais, ramificações, válvulas, e outras instalações e dispositivos conforme necessário de acordo com requisitos específicos enquanto ainda permanecem dentro do âmbito da invenção e das reivindicações.It should be understood that the drawing of preferred embodiments of the apparatus of the invention and the modular desalination units shown in Figure 1 (A and B) and Figure 3 is schematic and simplified and should not be construed as limiting the invention. In practice, the desalination units and Apparatus according to the invention may comprise many additional lines, branches, valves, and other installations and devices as required according to specific requirements while still falling within the scope of the invention and claims.

Todas as realizações preferidas ilustradas nas Figuras 1 e 3 ilustram o aparelho de dessalinização básica e as unidades modulares compostas por cinco módulos (vasos de pressão) com três elementos de membrana por módulo, e isto para a finalidade de simplificação, clareza, uniformidade e conveniência de apresentação. Deve ficar compreendido que o desenho geral de acordo com a invenção não fica limitado nem confinado a cinco módulos por unidade modular e/ou aparelho e que o número de elementos de membrana por módulo não fica confinado a três. Especificamente, deve ficar compreendido que o aparelho e as unidades modulares de acordo com o método da invenção podem compreender n módulos (M(l), M(2), M(3).... M(n)). Do mesmo modo, deve ficar compreendido que cada módulo pode conter de acordo com o método da invenção m elementos de membrana (1E, 2E, 3E...... mE) . 0 âmbito da invenção não é confinado nem limitado ao desenho e à construção das usinas de dessalinização que compreendem cinco unidades modulares de acordo com a realização preferida descrita pela Figura 3. Deve ficar compreendido que as usinas de dessalinização de acordo com o método da invenção podem ser feitas a partir de qualquer número desejado de unidades modulares da invenção e que tais usinas também estão dentro do âmbito da presente invenção.All preferred embodiments illustrated in Figures 1 and 3 illustrate the basic desalination apparatus and modular units consisting of five modules (pressure vessels) with three membrane elements per module, and for the purpose of simplicity, clarity, uniformity and convenience. of presentation. It should be understood that the general design according to the invention is not limited or confined to five modules per modular unit and / or apparatus and that the number of membrane elements per module is not confined to three. Specifically, it should be understood that the apparatus and modular units according to the method of the invention may comprise n modules (M (1), M (2), M (3) .... M (n)). Likewise, it should be understood that each module may contain according to the method of the invention m membrane elements (1E, 2E, 3E ...... mE). The scope of the invention is neither confined nor limited to the design and construction of desalination plants comprising five modular units according to the preferred embodiment described in Figure 3. It should be understood that desalination plants according to the method of the invention may be made from any desired number of modular units of the invention and such plants are also within the scope of the present invention.

Os dispositivos de pressurização de alimentação para o aparelho e as usinas compostas de unidades modulares de acordo com o método da invenção podem compreender bombas de pressão constante de fluxo variável, ou bombas de pressão variável de fluxo constante, dependendo do modo desejado de operação do sistema projetado. Deve ficar compreendido que os dispositivos de pressurização de alimentação de acordo com a invenção podem compreender uma única bomba apropriada, ou ao invés disto diversas bombas apropriadas que são aplicadas simultaneamente em paralelo. A reciclagem de concentrado através do circuito fechado do aparelho e das unidades modulares do método da invenção é executada por sistemas de circulação. Deve ficar compreendido que os sistemas de circulação de acordo com a invenção podem compreender uma única bomba de circulação apropriada, ou ao invés disto diversas bombas de circulação, aplicadas simultaneamente em paralelo e/ou em linha.Feed pressurizing devices for apparatus and plants composed of modular units according to the method of the invention may comprise variable flow constant pressure pumps, or constant flow variable pressure pumps, depending on the desired mode of system operation. designed. It should be understood that the feed pressurization devices according to the invention may comprise a single suitable pump, or instead several appropriate pumps which are simultaneously applied in parallel. Recycling of concentrate through the closed loop of the apparatus and the modular units of the method of the invention is performed by circulation systems. It will be understood that the circulation systems according to the invention may comprise a single suitable circulation pump, or instead several circulation pumps, applied simultaneously in parallel and / or in line.

Será óbvio aos elementos versados na técnica que o método de dessalinização da invenção sob revisão pode ser operado em aparelhos de dessalinização de unidades modulares e/ou não modulares de desenhos diferentes, tal como já foi explicado a respeito dos aparelhos e/ou unidades da invenção, contanto que tais aparelhos e/ou unidades compreendam um circuito fechado de linhas condutoras com um ou mais módulos paralelos cada um dos quais com um ou mais elementos de membrana; sistemas de circulação; dispositivos de pressurização de alimentação; linhas de coleta de material permeado; linhas de remoção de salmoura; dispositivos de monitoramento da condutividade, e dispositivos de monitoramento da pressão.It will be apparent to those skilled in the art that the desalination method of the present invention may be operated on desalination apparatus of modular and / or non-modular units of different designs, as already explained with respect to the apparatus and / or units of the invention. provided that such apparatus and / or units comprise a closed loop of conductor lines with one or more parallel modules each with one or more membrane elements; circulation systems; feed pressurization devices; permeate collection lines; brine removal lines; conductivity monitoring devices, and pressure monitoring devices.

As vantagens oferecidas pelo método e pelo aparelho da invenção são tal como segue: - Desenhos simples sem bombas impulsionadoras em estágios e entre estágios. - Aparelho feito somente de componentes e peças comerciais duráveis. - Aparelho acionado sem exceder as especificações dos componentes. 0 método economiza no dispositivo de pressurização. - 0 método economiza nos elementos de membrana. - 0 método economiza na energia sem a necessidade de recuperação de energia. - 0 método economiza em despesas operacionais e em custos de manutenção. - 0 método resulta em material permeado de baixo teor de sal. - O método é apropriado para a remoção do boro de materiais permeados de SWRO.The advantages offered by the method and apparatus of the invention are as follows: Simple designs without stage and interstage booster pumps. - Appliance made of durable commercial parts and components only. - Device operated without exceeding component specifications. The method saves on the pressurization device. - The method saves on the membrane elements. - The method saves on energy without the need for energy recovery. - The method saves on operating expenses and maintenance costs. - The method results in low salt permeate material. - The method is suitable for the removal of boron from permeated SWRO materials.

Embora a invenção tenha sido descrita acima com respeito às realizações particulares, será óbvio aos elementos versados na técnica que mudanças e modificações podem ser feitas sem que se desvie da presente invenção em seus aspectos mais amplos e, portanto, as reivindicações anexas devem englobar dentro de seu âmbito todas essas mudanças e modificações que se enquadram dentro do caráter verdadeiro da invenção.While the invention has been described above with respect to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that changes and modifications may be made without departing from the present invention in its broader aspects and, therefore, the appended claims should encompass within the scope of the invention. its scope all these changes and modifications that fall within the true character of the invention.

EXEMPLO A realização preferida do método da invenção é exemplificada com uma recuperação elevada de dessalinização (85% - 95%) de uma alimentação de material permeado de SWRO típica com TDS de 391 ppm que contém B (1,2 ppm) e Mg (3,4 ppm) . Este exemplo ilustra, entre outros, a aplicação do método da invenção para a redução do nível de boro em materiais permeados de SWRO até um nível excetuado (<0,5 ppm) por padrões internacionais. 0 aparelho exemplificado é do desenho esquemático exibido na Figura 1 (A e B) com cinco vasos da pressão de 8" (módulos), cada um deles com três elementos de membrana. As especificações de desempenho sob as Condições de Teste (TC) dos elementos de baixa energia do tipo comercial considerados no contexto do aparelho exemplificado são tais como segue: Produção, 44 m3/dia; Alimentação, 2.000 ppm de NaCl;EXAMPLE The preferred embodiment of the method of the invention is exemplified by a high desalination recovery (85% - 95%) of a typical 391 ppm TDS SWRO permeate feed containing B (1.2 ppm) and Mg (3 , 4 ppm). This example illustrates, among others, the application of the method of the invention for reducing the level of boron in SWRO permeated materials to an exception level (<0.5 ppm) by international standards. The apparatus exemplified is of the schematic drawing shown in Figure 1 (A and B) with five 8 "pressure vessels (modules), each with three membrane elements. Performance specifications under Test Conditions (TC) of the low-energy commercial grade elements considered in the context of the exemplified apparatus are as follows: Production, 44 m3 / day, Feed, 2,000 ppm NaCl;

Pressão, 150 libras por polegada quadrada; Pressão de Acionamento Líquida (NP), 8,8 bars; Temperatura, 25°C; e Recuperação Máxima de Elemento (MER), 15,0%. O aparelho exemplificado é operado sob condições variáveis de pressão de NDP fixa (8,8 bars) na faixa de pressão sequencial consecutiva real para uma recuperação de 95% de 9,1 - 12,3 bars. 0 período de dessalinização sequencial consecutivo para a recuperação de 95% é de 6,0 minutos e a duração da substituição de salmoura por carga fresca leva aproximadamente 19 segundos. A recuperação modular fixa sob as condições operacionais acima especificadas é de 37,8% com um Fluxo de Elemento Médio (AEF) de 36,9 m3/dia, ou 83,9% do fluxo de elemento nominal sob TC. O volume de circuito fechado do aparelho exemplificado é de 122 litros, a vazão da bomba de pressurização (PP) é de 23,1 m3/h, e da bomba de circulação (PC) é de 38,0 m3/h. A energia específica calculada para a 95% de recuperação do aparelho exemplificado é de 0,45 kWh/m3, assumindo uma eficiência de 85% para PP e PC. A taxa da produção de dessalinização do aparelho exemplificado é de 23,1 m3/h ou 554 m3/dia ou 202.210 m3/ano com uma taxa de salmoura descartada de 1,2 m3/h ou 2 9 m3/dia. O desempenho simulado em computador do aparelho exemplificado exibido nas Figuras 4-6 presume a operação a um pH ~10 com uma rejeição de sal de 99,5% e uma rejeição de boro de 93,0%. A operação a um pH >10 com uma maior rejeição de boro é restringida pela presença de Mg, uma vez que o seu derivado Mg (OH)2 é altamente insolúvel (Ksp = 1,2 x 10”11 a 18 °C) . A Figura 4A mostra as porcentagens de concentrações de entrada e salda do módulo (TDS) como uma função da recuperação de dessalinização (máximo de 95%) a um pH ~10 no exemplo sob revisão e ilustra o efeito de forte diluição criado durante a dessalinização de circuito fechado. A qualidade dos materiais permeados recebidos no exemplo sob revisão como uma função da recuperação de dessalinização é desenhada na Figura 4B. As concentrações de boro de entrada e saída do módulo durante o processo exemplificado são reveladas na Figura 5A, e a qualidade dos materiais permeados recebidos com referência ao boro é indicada na Figura 5B. São dignas de nota as concentrações de boro dos meios permeados de 0,22, 0,24, 0,32 e 0,44 ppm no processo exemplificado durante as recuperações de dessalinização de 80%, 85%, 90% 5 e 95%, respectivamente, que estão abaixo do nivel recomendado de 0,5 ppm. As concentrações de magnésio de entrada e saída do módulo durante o processo exemplificado são reveladas na Figura 6A, e as porcentagens de solubilidade dos produtos [Mg2+] e [OH-] em referência ao Ksp de Mg(OH)2, indicado na Figura 6B, revelam um máximo de ~24% que significa que não ocorre nenhuma precipitação de hidróxido de magnésio durante o processo exemplificado.Pressure, 150 pounds per square inch; Net Actuation Pressure (NP), 8.8 bars; Temperature 25 ° C; and Maximum Element Recovery (MER), 15.0%. The exemplary apparatus is operated under variable conditions of fixed NDP pressure (8.8 bars) in the actual consecutive sequential pressure range for a 95% recovery of 9.1 - 12.3 bars. The consecutive sequential desalination period for 95% recovery is 6.0 minutes and the duration of fresh brine replacement takes approximately 19 seconds. Fixed modular recovery under the operating conditions specified above is 37.8% with a Mean Element Flow (AEF) of 36.9 m3 / day, or 83.9% of the nominal element flow under CT. The closed loop volume of the exemplified apparatus is 122 liters, the flow rate of the pressurization pump (PP) is 23.1 m3 / h, and the circulation pump (PC) is 38.0 m3 / h. The specific energy calculated for the 95% recovery of the exemplified apparatus is 0.45 kWh / m3, assuming an efficiency of 85% for PP and PC. The desalination production rate of the exemplified apparatus is 23.1 m3 / hr or 554 m3 / hr or 202,210 m3 / yr with a discarded brine rate of 1.2 m3 / hr or 29 m3 / hr. The computer simulated performance of the exemplified apparatus shown in Figures 4-6 assumes operation at pH ~ 10 with a 99.5% salt rejection and a 93.0% boron rejection. Operation at pH> 10 with greater boron rejection is restricted by the presence of Mg since its Mg (OH) 2 derivative is highly insoluble (Ksp = 1.2 x 10 11 at 18 ° C). Figure 4A shows percentages of module inlet and outlet concentrations (TDS) as a function of desalination recovery (maximum 95%) at pH ~ 10 in the example under review and illustrates the strong dilution effect created during desalination. closed circuit. The quality of permeate materials received in the example under review as a function of desalination recovery is drawn in Figure 4B. Input and output boron concentrations of the module during the exemplified process are shown in Figure 5A, and the quality of the permeate materials received with reference to boron is shown in Figure 5B. Noteworthy are the boron concentrations of 0.22, 0.24, 0.32 and 0.44 ppm permeate media in the exemplified process during desalination recoveries of 80%, 85%, 90% 5 and 95%, respectively, which are below the recommended level of 0.5 ppm. Input and output magnesium concentrations of the module during the exemplified process are shown in Figure 6A, and the solubility percentages of the products [Mg2 +] and [OH-] in reference to Mg (OH) 2 Ksp, shown in Figure 6B discloses a maximum of ~ 24% which means that no precipitation of magnesium hydroxide occurs during the exemplified process.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Apparatus for continuous sequential closed-loop desalination of a reverse osmosis salted water solution comprising: a closed-loop system comprising a desalination module (M) having an inlet, outlet of concentrate, a permeate output, or a plurality of desalination modules (M1, ..., Mn) having their respective outputs and inputs connected in parallel, and a concentrate recycling line connecting each concentrate output of one or more desalination modules ( M1, ..., Mn), each of said desalination modules (M1, ..., Mn) comprising one or more membrane elements; a feed inlet (F) for supplying a fresh saltwater solution load to the closed loop system, a feed pressurization pump (PP) in said supply line (F) for pressurizing the fresh saltwater solution charge in the closed loop system and to create back pressure to allow reverse osmosis desalination in the closed loop system and the replacement of permeate material with fresh charge; a circulation pump (CP) in said recycling line for recycling pressurized concentrate from each concentrate outlet to each inlet of one or more desalination modules (M1, ..., Mn); a permeate material conducting line (P) for collecting permeate material from at least one desalination module of said closed loop system; an effluent conducting line (B) connected to the concentrate recycling line to remove brine effluent from said closed loop system; a valve system (V3) in the downstream circulation pump recycling line (CP) and configured to divert the concentrate flow from the concentrate recycling line to the effluent line (B) to allow for periodic brine discharge from the closed loop system to a desired level of recovery without interrupting desalination; and a monitoring and control system including a first solution conductivity monitoring device (CM (1)) located on the concentrate recycling line upstream of the module outlet (s) to monitor the recovery level obtained, a second solution conductivity monitoring device (CM (2)) located on the effluent conducting line (B) to determine completion of brine rejection, a first pressure monitoring device (PM (1)) located on the concentrate recycling upstream of the first solution conductivity monitoring device (CM (1)) and downstream of the valve system (V3), as well as downstream of the pressurization pump (PP), and a second pressure monitoring device pressure (PM (2)) located in the downstream of the circulation pump concentrate line (CP) and upstream of the valve system (V3) to allow closed loop desalination desired continuous recovery process proceed in consecutive sequential steps under varying pressure conditions by switching from a concentrate recycle mode to a concentrate discharge mode when the desired recovery level is reached and by reactivating the concentrate recycle mode, a once the completion of the brine rejection is determined.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the modules (M1, ..., Mn) comprise one or more semipermeable membrane elements within a housing.

Apparatus according to one of claims 1 or 2, characterized in that said desalination modules (M1, ..., Mn) are grouped in parallel batteries, each of said parallel batteries comprising a plurality of said desalination modules. desalination (M1, ..., Mn).

Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pressurization device comprises one or more inline or parallel-driven pressurization pumps (PP).

Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plurality of circulation pumps (CP) are driven in parallel or in line.

INTEGRATED MODULAR LARGE SCALE DESALINATION CAPABILITY, comprising more than one apparatus as defined in any one of claims 1 to 5, and sharing the same pressurization device and conductive lines for the collection of permeate material and brine elimination.

METHOD FOR CONSEQUENTIAL SEQUENTIAL DESALINIZATION OF CONTINUOUS CLOSED CIRCUIT OF A REVERSE SALTWATER SOLUTION, occurring in an apparatus as defined in any one of claims 1 to 6, characterized in that it: concentrate recycling by recycling pressurized concentrate in the closed loop system through one or more desalination modules (M1, ..., Mn) while releasing permeate material from one or more desalination modules (M1, ..., Mn) and provides fresh pressurized saltwater loading to the closed loop system to replace the released permeate material; - measuring a recovery level obtained in the closed loop system by conductivity monitoring; - deactivating, without interrupting desalination, the concentrate recycling mode being replaced by the concentrate discharge mode upon reaching a desired recovery level in the closed loop system, rejecting the closed loop system brine while providing a load fresh pressurized saltwater to the closed loop system to replace the released brine; - Determination of release completion by conductivity monitoring in the effluent conduit line; and - reactivating the concentrate recycling mode once the brine rejection is complete, wherein a variable pressure is controlled controlled during said consecutive closed loop sequential desalination such that the difference between the applied pressure and the osmotic pressure during said closed loop desalination process is kept constant.

Method according to Claim 7, characterized in that said saltwater solution comprises any of: sources of drinking water; saline water sources; contaminated water sources; sources of saline and contaminated water; domestic effluent sources 20 clean; clean industrial effluent sources; clean effluents from cooling towers of central central air conditioning units; high boron SWRO permeated materials; or brackish water sources with a total salinity of up to 8,000 ppm.