DE1442420A1

DE1442420A1 - Verfahren zum Gewinnen eines Produktes aus einer waessrigen Loesung durch umgekehrte Osmose und Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1442420A1
Application number: DE1965G0045479
Authority: DE
Inventors: Westmoreland Julius Charles
Original assignee: Gulf General Atomic Inc
Current assignee: Gulf General Atomic Inc
Priority date: 1964-12-21
Filing date: 1965-12-16
Publication date: 1968-10-31
Also published as: GB1081048A; SE323060B; DE1442420B2; FR1462578A; US3367504A; NO117358B; IL24796A; AT269755B; BE673853A; CH479323A; NL6516666A; DE1442420C3; ES320953A1

Description

GENERAL DYNAMICS CORPORATION

1 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. USA

Verfahren zum Gewinnen eines Produkts aus einer wäßrigen Lösung durch umgekehrte Osmose und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen, genauer gesagt auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Reinigen oder zum Anreichern eines gesuchten Produkts. Verfahren und Vorrichtung besitzen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, sie sind jedoch besonders nützlich für das Entsalzen von Brackwasser und Meerwasser.

Die Wichtigkeit des Problems, Trinkwasser aus Brackwasser oder Meerwasser zu gewinnen, ist seit langem erkannt, und

das Problem wird umso dringlicher, je mehr die Frischwasseryorräte abnehmen. Ein bemerkenswerter Erfolg wäre auch darin zu sehen,' bisher aride Wüstengebiete durch Bereitstellen von Wasservorräten in fruchtbare Gebiete zu verwandeln .

809806/0426

14Λ2Α20

Es sind "bereits die verschiedensten Methoden zum Entsalzen von Brackwasser oder Meerwasser vorgeschlagen und erprobt ι worden. So hat man salzhaltiges Wasser verdampft, jedoch ist diese Methode für die meisten Zwecke zu unwirtschaft- 4'

■ - - ■ ■ ■■■■■■■■ - -■ ■ i

lieh. Destillation durch Sonnenenergie erfordert im all- |

gemeinen ausgedehnte Baulichkeiten, die sehr kostspielig |

sind. Es sind auch verschiedene, auf Ionenaustausch beru- f

hende elektrische Methoden untersucht worden, haben sich 4

■ " ι

aber ebenfalls nicht als wirtschaftlich bei der Entsalzung -|

von Meerwasser erwiesen. Auf dem Prinzip der Osmose beru- J hende Methoden sind noch nicht in größerem Umfang erprobt :| worden. ° ■ . Ί

■ . ; - ..■■; I

Mit der Erfindung wird nun eine verbesserte Methode und eine verbesserte Vorrichtung zum Reinigen und zum Anrel-. ehern eines gesuchten Produkts angegeben. Speziell wird ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Reinigen von Wasser angegeben, wobei vom Prinzip der Osmose Gebrauch gemacht wird. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen zur Gewinnung von Reinwasser aus salzhaltigem Wasser durch umgekehrte Osmose (reverse osmosis), insbesondere soll auf diesem Wege Süßwasser aus Bra'ckwasser oder Meerwasser gewonnen werden.

Gemäß der Erfindung kann Süßwasser aus.Brackwasser oder Meerwasser gewonnen oder die Konzentration; eines gesuchten Produkts erhöht werden, indem nach dem Prinzip: der umge-

BAD ORIGINAL 809806/0426.

kehrten Osmose gearbeitet und als semipermeables Element eine Membran mit einem großen Verhältnis von Oberfläche zu Rauminhalt verwendet wird. Die gesamte Membraneinheit soll mit möglichst geringem Aufwand ausgetauscht werden können. Die weiteren Einzelheiten und besonderen Vorteile der Erfindung lassen sich aus der nachstehenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen erkennen, die folgendes darstellen:

Fig.1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung der Reinigungseinrichtung, bei der einzelne Teile weggebrochen sind; Fig.2: eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus einer Membran bei der Herstellung des -^embranelements der Fig.1 entsprechenden Reinigungseinrichtung j
Fig.3: einen vergrößerten Querschnitt eines Teils des

der Fig.2 entsprechenden Aufbaus der Membran; Fig.4: eine perspektivische Ansicht eines abgeänderten Aufbaus einer Membran und das Membranelement in einem frühen Stadium des Zusammenbaus zu einer erfindungsgemäßen Anlage;

Fig.5^: eine perspektivische Ansicht der zu Fig.4 gehörigen Membraneinheit und der Verbindungsleitungen;

Fig.6: eine kurvenmäßige Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem osmotischen Druck und der Konzentration von Feststoffen in gewöhnlichem Meerwasser.

809806/0426 '

Die Erfindung besteht aus einem Verfahren und einer Vorrichtung zur wirtschaftlichen Gewinnung von Süßwasser aus Brackwasser oder Meerwasser in größeren Mengen. Bei dem Verfahren wie bei der Vorrichtung wird von dem als umgekehrte Osmose bekannten Prinzip Gebrauch gemacht.

Osmotische Prozesse als solche sind bekannt. Osmose besteht in dem Diffusionsvorgang durch eine semipermeable • Membran, die normalerweise zwei Lösungen voneinander trennt; der Osmosevorgang wirkt in Richtung auf die Angleichung der Konsentrationen des Gelösten in den beiden Lösungen.· Eine ideale semipermeable Membran kann als Membran definiert werden, die eine endliche Durchlässigkeit für eine Komponente einer Lösung, beispielsweise für Wasser besitzt, während sie für eine andere Komponente der

Lösung, beispielsweise für Natriumchlorid, völlig undurchlässig ist. Normalerweise diffundiert bei der Osmose reines Wasser aus einer ersten Lösung mit niedrigerem Gehalt an Gelöstem durch die Membran in eine zweite Lösung mit hölerem Gehalt an Gelöstem.

Es ist möglich, die Diffusion des reinen Wassers durch die Membran zu vermindern, indem die zweite Lösung, die einen höheren Gehalt an Gelöstem aufweist, unter einem höheren Druck gegenüber dem Druck über der ersten Lösung gehalten wird. Die spezielle Druckhöhe, bei der die Diffusion durch eine ideale semipermeable Membran In ein· Eweite L$rung praktisch zum Erliegen kommt, ist der οemetische Druck. t

BADORiSfNAL ^! 809806/0426

Wenn der Druck über der zweiten Lösung liter den οsmotischen Druck der zweiten Lösung hinaus erhöht wird, setzt eine Diffusion In umgekehrter Richtung ein, und Wasser diffundiert durch die Membran in die erste Lösung; dieser Vorgang wird als umgekehrte Osmose bezeichnet, üqt spezielle, für das Sinsetaen der umgekehrten Osmose erforderliche Druck ist abhängig von der Art der beiderseits der semipermeablen Membran vorgesehenen Lösungen.

Osmose und umgekehrte Osmose können auch zwischen einer Lösung und einem Gas, etwa Luft, ablaufen. Wenn auf einer Seite einer geeigneten semipermeablen Membran Meerwasser und auf der anderen Seite eine gasförmige Atmosphäre-vorgelegt werden, beginnt die umgekehrte Osmose bei einem Druck von etwa 26,5 ata (35o pounds per square inch absolute) auf die Meerwassereeitβ, wobei dann reines Wasser durch die Membran diffundiert. Sine kurvenmäßige Darstellung des Zusammenhangs iwifoaen osmotieche» Druck und Proatatgeaalt an Feststoffen In gewöhnlichem Meerwasser zeigt die Fig.6. Diese Methode »vm Gewinnen von Süßwasser aus Meerwasser ist al· Verfahren st» Gewinnen kleiner Mengen Trinkwasser. fttrIfttfaUe, etwa bei Schiff sunf all en, in der USA-Patentschrift 3 060 119 beschrieben. Die dort angegebenen Verfahren und Vorrichtungen eignen sich jedoch nicht für die Gewinnung von SÜAwMier in Mengen, die über den Notbedarf hinausgehen. WIo bereits erwähnt, war eine gewerbliche Sutsung dor umgekehrten Oemost i\lr die Satsalsuag von Meerwasser bisher nicht aöglich.

801806/0428 bad original

Gemäß der Erfindung weist, wie in Fig.1 gezeichnet, eine Wasserreinigungsanlage 9 ©ine Membraneinheit 1Oj ein Gehäuse 11 für die Unterbringung der Einheit und eine Anordnung 12 zum Abziehen des fertigen Wassers auf.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Membraneinheit 1o und deren Herstellung. Die Membraneinheit 1o besitzt ein Mittelrohr 15» um das spiralig ein Membranelement 14 gewickelt ist, das eine Umhüllung 16 und ein Trenngitter 17 aufweist. Die Umhüllung 16 besteht aus einer ersten semipermeablen Membran 18 , einer zweiten semipermeablen Membran 2o und einer Schicht 24 aus Trägermaterial. Das Trenngitter 17 liegt neben der ersten semipermeablen.Membran 18 in dem Membranelement 14 (Figuren 2 und 3), wenn das Element jedoch um das Rohr 15 gewickelt ist und die fertige Membraneinheit 1 ο bildet (Fig.1), liegt das Gitter sowohl neben der semipermeablen Membran 18 wie neben der toenibran 2o. Die beiden Membranen 18 und 2o sind miteinander verklebt und bilden eine flüssigkeitsdichte Abdichtung längs der drei Kanten 26A, 26B, 26C an der Umhüllung 1β, während die vierte Kante 26D zum Anheften an das Eons¹ 15 unverschlossen bleibt.

Die die Umhüllung 16 bildenden semipermeablen Membranen und 2o bestehen im allgemeinen aus dünnen Schicht·η eines Materials mit vorgegebenen Durchlässigkeit »werten» Damit eine gute Wirkung erzielt wird, werden die Membranen 18

BAD ORIGINAL

809806/0426

- 1 - ι

■ §

pf r

.tt:

und 2o aus einem Material hergestellt, das gute Salzrückhaltung ermöglicht j ein derartjfjsesiMaterial ist zum Beispiel Zelluloseacetat.

Bestimmte andere PolymerisatioAsfrodukte, die auch Salze zurückhalten, sind entwickelt Worden, sie gestatten jedoch nur eine wesentlich geringere Süßwassermenge zu erzeugen als es bei der Verwendung von Membranen aus Zelluloseacetat möglich ist. Eines dieser Materialien ist ein Kopolymerisationsprodukt von Methylvinyläther und Maleinsäureanhydrid, . vermischt mit Polyvinylalkohol*■ Ein anderes derartiges Material ist Polyvinylmethylketon» Beide Materialien werden normalerweise auf eine Cellophanfolie aufgebracht.

Das Trägermaterial 24 kann vorzugsweise beträchtliche Drucke aushalten ohne zusammenzusinken oder zu kriechen. Das Trägermaterial muß ausreichend porös sein, so daß beim Abziehen des Wassers durch den Träger kein wesentlicher Druckfall auftritt, wie es später im einzelnen beschrieben ist.

Als Trägermaterial 24 kann In manchen Fällen Saumwoll- oder Wollfilz dienen. Wenn bei der Benutzung der Anlage Drucke von nicht mehr als 39 ata (5oo psia) auftreten, können als Trägermaterial auch vorteilhaft verschiedene faserartige Kunststoffe benutzt^wejrdejo., etwa Nylon, Polyester, Kunstseide, Kunstseide auf Viskose- oder Acrylsäurefasera, die durch die benuteten Flüssigkeiten nicht angegriffen werden und durch ein geeignetes MIttel benetzbar gemacht werden können.

809806/0426 ^o ORIG.NAL

Es wurde jedoch festgestellt, daß "bestimmte Kunstfaser-•materialien nicht benutzt werden können, wenn zu erwarten ist, daß der in der Reinigungsanlage 9 aufrechtzuerhaltende Druck höher ist als etwa 39 ata (5oo psia). Wenn Drücke bis zu etwa 12o ata (15oo psia) zu erwarten sind, empfiehlt es sich, ein relativ wenig zusammendrücktares Material, wie etwa Glasgewebe oder Sand zwischen Sieben passender Weite, anzuwenden.

Das Trägermaterial 24 stellt, wie erwähnt, einen Abflußweg für das gebildete Wasser dar. Das Trenngitter 17 andererseits bietet einen Strömungsweg für das zu reinigende Wasser. Das Trenngitter wird, wie in den Figuren 2 und 3· zu erkennen, zusammen mit der Umhüllung 16 um das Rohr 15 spiralig herumgelegt, um eine Trennung zwischen aüfeinanderfolgenden Spiralwindungen der Umhüllung 16 auf der Membraneinheit 1o herbeizuführen. Im Zusammenhang damit ist es in einigen Fällen möglich₅ ein wirkungsvolleres Arbeiten der Reinigungsanlage zu erreichen, indem man das zugeführte Wasser durch eine (nicht dargestellte) Einlaßleitung eintreten läßt, die in die Spiralwindungen der Trenngitters selbst hineinreicht. Wenn ein derartiger Aufbau gewählt wird, kann man das Meerwasser auf einer Spiralbahn einleiten, die der entspricht, längs welcher das erzeugte Wasser weggeführt wird, wobei die Größe der Berührungsfläche des Meer-' wassers mit den Membranen wesentlich vergrößert und die . Trennwirkung der Membraneinheit erhöht wird.

809806/0426

Bei der üblichen Anwendungsweise "bietet jedoch das Trenngitter 17 einen spiralförmigen Durchgang, durch den das zu reinigende Wasser in einer Richtung geleitet wird, die parallel zur Achse des Rohrs 15 und rechtwinklig zur Fließrichtung des erzeugten Wassers verläuft. Für die meisten Zwecke empfiehlt sich die Verwendung nicht gekrausten Materials von gitterartigem Aufbau, etwa eines gewebten Siebes, als Trenngittermaterial.

Wie in den Figuren 1 und 2 erkennbar, ist das Rohr 15 im wesentlichen hohl und mit einer Anzahl in axialer Richtung angeordneter Schlitze oder Löcher 32 an seinem Umfang versehen. ' Die nicht verschlossene Kante 26D der Umhüllung 16 wird an das Rohr 15 geklebt, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit dem Rohr herzustellen und die ■Fließverbindung zwischen den Löchern 32 und dem Inneren der Umhüllung 16 zu erreichen. Dazu wird, wie in Fig.3 dargestellt, die erste semipermeable Membran 18 an der einen Seite der axial ausgerichteten Löcher 32 an das Rohr geklebt, während die zweite semipermeable Membran 2o an der anderen Seite der

wird

axial ausgerichteten Löcher 32 angeklebt; die Membran 18. muß außerdem natürlich längs eines Abschnitts 26A^f der Kante 26a und längs eines Abschnitts 26C der Kante 26C zur Herstellung einer flussigkeitsdichten Verbindung an das Rohr geklebt werden. Auf diese Weise ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Innenseite der Umhüllung 16 und dem inneren Hohlraum des Rohrs 15 über die Löcher 32 hergestellt,

809806/0426

- Io -

Das * .hr 15 wird an seinem oberen Ende durch einen Stopfen 38 verschlossen, so daß die ins Rohrinnere geleitete Flüssigkeit nach dem unteren Rohrende geführt wird.

Damit die Klebungen so halfbar werden, daß sie den zu erwartenden Druckbelastungen standhalten, wird, wenn Zelluloseacetat als Membranmaterial benutzt wird, als Klebemittel zum Verkleben der Ränder 26A, 26B und 26c der Umhüllung und zum Anheften der Kante 26D an das Mittelrohr 15 ein modifiziertes Epoxydharz verwendet. Eine bevorzugte Mischung dieser Art besteht aus 3o Gewichtsteilen Gen-Epoxy 177 und 7o Gewichtsteilen Versamid 14o. Ein derartiges Klebemittel verträgt sich im allgemeinen mit allen benutzten Werkstoffen und netzt sie, wobei es eine widerstandsfähige Klebeverbindung schafft, wenn die Behandlung abgeschlossen'ist.

Das Gehäuse 11 wird vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen korrosionsbeständigen Material, etwa aus Polyvinylchlorid, hergestellt» Es besteht aus einer zylindrischen Außenwand 39 mit einer Kappe 4o, .die auf dem oberen Ende befestigt ist, und einem am unteren Ende befestigten Flansch 41 ο Kappe und Flansch sind an dem Zylinder durch Löten, Schweißen oder auf ähnliche Yfeise befestigt. .In der Kappenmitte ist eine Zuführungsleitung 42 vorgesehen, während sich in dem Zylinder 39 nahe dem Flansch 41 eine Auslaßlei-, tung 44 für Abwasser befindet.

9806/0426

An der Innenseite deg Zylinders-29 ist nahe seinem oberen Ende ein nach innen vorspringender Bund 45 angebracht. Über das obere Ende der Bembraneinheit 1o greift ein Ring 46 und stützt sich gegen die äußeren Schichten der Umhüllung 16 und das Trenngitter 17 ab. Eine Dichtung 47, vorzugsweise aus einem O-Ring bestehend, liegt zwischen dem Bund 45 und dem Ring 46, wenn sich die Membraneinheit 1o in Arbeitsstellung im Gehäuse 11 befindet, und wird dazwischen zusammengepreßt, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung herbeizuführen. Die Reinigungsanlage 9 wird dadurch in eine Zuleitungsabteilung 54 und eine Reinigungsabteilung 58 unterteilt. Das zu reinigende Wasser (das durch die Einlaßleitung 42 zugeführt wird) wird dadurch von der Zuleitungs ab teilung -54 aus nach unten durch die Fließwege des Trenngitters 17 hindurch in die ^einigungsabteilung 58 geleitet.

Die Reinigungsanlage 9 weist außerdem, wie besonders in Fig.1 erkennbar, eine Einrichtung 12 zum Abziehen des gewonnenen Wassers auf. Die Einrichtung 12 besteht allgemein aus einem Flansch 6o mit einem Ansatz 61 an seiner Innenseite und e44ier Auslaßleitung 62 für das gewonnene Wasser an der Außenseite j Auslaßleitung 62 und Ansatz. 61 sind miteinander Vaerbuaden. Ein Anschlußteil 63, ziB. ein Stück Gummischlauch, ist über das naoh außen zeigende Ende des Ansatzes 61 gezogen. Das Ansohlußteil 63 greift außerdem .über das offene Ende des Rohrs 15. Damit wird die Verbindung für den Flüssigkeitsablauf zwischen dem Rohrinneren 15

r . 809806/0426

■■■'..:■. - 12 - -■:■; ■■■ ; -

und 2o zu bewirken. Der Druck kann durch Verwendung einer (nicht gezeichneten) geeigneten Pumpe erreicht werden, die Meerwasser in die Reinigungsanlage 9 fördert, und durch Anbringen eines ebenfalls nicht eingezeichneten Druckregelventils in der Abwasserleitung 44 erzeugt werden, wodurch der Druck des Meerwassers in dem Reinigungsabteil 58 geregelt wird. Die Pumpe ruft vorzugsweise eine kon-.stante Strömung von Meerwasser durch die Reinigungsabteilung 58 hervorj die konstante Strömung ist für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts .der Salzkonzentration erforderlich. ·

Wie bereits erwähnt, diffundiert weitgehend gereinigtes Wasser durch die semipermeablen Membranen 18 und 2o, wenn das Meerwasser abwärts durch die Fließwege neben den Mem-

branen strömt. Dieses erzeugte Wasser diffundiert in das Trägermaterial 24. Beim Auf treffen auf das Trägermaterial 24 fließt das erzeugte Wasser 'auf einer insgesamt spiralförmigen Bahn durch das spiral ig aufgewickelte Trägermaterial 24, bis es das Ende 26D der Umhüllung 16 erreicht, das an das Rohr 15 geklebt ist. An dieser Stelle dringt das gewonnene Wasser durch die Löcher 52 in den Innenraum des Rohrs 15 ein.' Vom Rohrinnenraum aus fließt das gewonnene Wasser durch das offene Rohrende, durch die Einrich-

62 tung 12 zum Abziehen und durch die Äblaßleitimg für aas gewonnene Wasser ab. Vorzugsweise wird die Membrananlage. mit dem Rohr 15 vertikal aufgestellt, so daß das entsalzte

8 0 9 8 0 6/ 0 4 2 6'

Wasser unter Schwerkraftwirkung aus dem offenen Ende des Hohrs 15 ausfließt.

Da das gewonnene Wasser, wie erwähnt, das Trägermaterial 24 spiralig durchströmt, erfährt es einen Druckabfall von dem Punkt aus, an dem es anfänglich aus den semipermeablen Membranen 18 und 2o austritt, bis zu der Stelle, wo es das Rohr 15 erreicht. Wenn der ^engendurchsatz je Flächeneinheit der Membran im wesentlichen konstant ist, wird der Druckabfall dem Fließweg des Wassers proportional und umgekehrt proportional dem Quadrat des effektiven hydraulischen Durchmessers der Poren in dem Trägermaterial 24. Um den Druckabfall möglichst klein zu halten, sollte daher das Material 24 großräumige Poren aufweisen. Da andererseits das Trägermaterial aber auch als Träger für die Membranen 18 und 2o dient, dürfen die Poren nicht so groß sein, daß die Membranen in die Poren hinein und durch sie hindurch gedruckt werden. Gleichzeitig ist es zweckmäßig, eine Membraneinheit mit verhältnismäßig großer Membranfläche zu verwenden, wobei dann die Membranlänge möglichst groß ist.

Um die angegebenen Ziele zu erreichen, kann die in den Figuren 4 und 5 gezeichnete Ausführungsform einer Membrananordnung verwendet werden. Bei dieser Ausführung wird eine Anzahl Abflußröhren 7o verwendet, um den druckabfall auf einem vertretbaren Niveau, vorzugsweise bei 10$ des reinen Preßdrucks an den Membranen 18' und 20·, zuhalten. (Die den in den Figuren 1,2 und 3 schon gezeigten Bauelementen

809806/0426

-•14 -

ent sprechenden. Bauteile werden mit der "bisherig en Bezugszahl und einem zugefügten Strich (») bezeichnet.) Die Abflußrohren 7o berühren das Trägermaterial 24' innerhalb der ^embraneinheit 10'. Diese Abflußröhren weisen normalerweise eine Anzahl Schlitze 74 an ihrer Außenseite auf. Teilmengen des gereinigten Wassers werden daher durch die Abflußröhren 7o abgezogen, wenn das gewonnene Wasser durch das Trägermaterial 24' zu dem Zentralrohr 15' strömt. "Vorzugsweise werden die Abflußröhren 7ο aus Zellulosebutyrat gefertigt und an ihrem oberen Ende verschlossen.

In Fig.5 ist dargestellt, wie ein Rohrleitungsanschluß 76 benutzt wird, um gereinigtes Wasser von den Abflußrohren 7ο und dem Zentral rohr 15' in die Einrichtung 12' zum Wegführen von gewonnenem Wasser zu leiten. Die offenen Enden der Abflußröhren 7ο werden gebogen und durch ein Kupplungsstuet 78 geführt, das außen insgesamt Zylinderform und innen Kegelform aufweist. Die Röhren 7 ο sind in dem Kupplungsstück 78 so angebracht, daß ihre offenen Enden am Auslaßende des Kupplungsstücks liegen,und das Zentralrohr I5¹ liegt ebenfalls in dem Kupplungsstück. Dann wird Epoxydharz in das Kupplungsstück 78 und um die Röhren 7o und 15' gegeben, um Dichtung und Verschluß zu erreichen. Dann wird das Kupplungsstück 78 an das Gummis chlauohs tück 63 in gleicher Weise angeschlossen, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben worden ist.

80 9806/042 6

Es ist im allgemeinen empfehlenswert, mehrere Reinigungsanlagen nebeneinander zu benutzen, deren Zuflußleitungen mit der Pumpeinrichtung verbunden sind und deren Abflußleitungen zusammengefaßt sind, so daß ein Wasserentsalzungsgerät entsteht, das wesentliche Mengen entsalztes Wasser in gewerblich nutzbarem Umfang liefert.

Die zu verwendenden Membraneinheiten Io werden zweckmäßigerweise vorgefertigt, und die Verbindungen der verschiedenen Reinigungsanlagen untereinander sind so ausgeführt, daß sich die einzelnen Reinigungsanlagen leicht stillsetzen lassen, wodurch die einzelnen Membraneinheiten auch leicht

einei ausgetauscht werden können. Es ist zu erwarten, daß ein.Ersatz einzelnett Membraneinheit wegen der korrodierenden Wirkung der Salzlösungen nötig wird. Daher ist die beschriebene Konstruktion mit selbständigen Einheiten, die schnell und wirtschaftlich ausgetauscht werden können, besonders vorteilhaft. Die aus Einzeleinheiten bestehende Gesamt anlage, wie sie hier beschrieben ist, wird sich normalerweise als sehr dauerhaft und für viele Zwecke verwendbar erweisen. Die Unterhaltskosten werden ziemlich niedrig sein, wenn einq solche Gesamtanlage gebaut wird, weil nur eine einzelne Reinigungsvorrichtung, beispieleweise beim Unbrauchbarwerden einer Membran, betroffen ist, und weil ein Stillsetzen der ^üesamtanlage beim Auswechseln einer ^embranein» · he'it nicht erforderlich ist. Die Kosten für das Ersetzen einer Membraneinheit sind gering, wenn vorgefertigte Einheiten benutzt werden.

.809806/0426·

■ '■■ . -.-■■. - 16 - ■...-.. . ..■ ■ · ■■■-;.

Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung wurde eine Membrane inheit entwickelt, deren MemTDranumhüllung zwei Folien 22,5 x 117,5 cm (^:9"x 47") aus Zelluloseacetat aufwies. Die Zelluloseacetatfolien wurden hergestellt aus einer Lösung von Zelluloseacetat (Eastman Chemical No. 398-3). in einer .Mischung aus Wasser, Azeton und Magnesiumperchlorat. Die Folien wurden hergestellt durch Aufbringen der Lösung auf eine umlaufende 'Trommel, von der sie mit einer Stärke von etwa 0,1 mm abgenommen wurden. Die von der Trommel abgekehrte Folienfläche stellte eine Schicht dar, die frei von Poren war. Die Folien wurden so verwandt, daß-ihre porenfreien Flächen an das zufließende Wasser angrenzten. Diese Stellung" ist vorteilhaft, weil dadurch die Entfernung der Salze von den dem Zuflußwasser ausgesetzten Flächen erleichtert wird«

Das Trägermaterial der Umhüllung wies zwei -Schichten aus Dacron-Filz (Trevira-Filz), wie er unter dem Handelsnamen Selmatex gehandelt wird, auf, die durch zwei Lagen gewogenes Nylongewebe (Handelsbezeichnung Ρ4Σ) voneinander getrennt waren. ■ ·, _

Das Trenngitter der Membraneinheit enthielt Polyäthylen-"Slebe (Handelsname VEXAR). · *

Die semipermeatlen Membranen waren miteinander und die Umhüllung war an das Zentralrohr mit einem Klebemittel

09 8 0 6/0 425

geklebt, das aus einem Gemisch, von Epoxydharzen "bestand, und zwar aus 3o Gewichtsprozent Gen-Epoxy 177 (Handelsbezeichnung) und 7ο Gewiehtsprozent Versamid 14o (Handelsname) .

Das Zentralrohr bestand aus einem Rohr aus Zellulosebutyrat mit einem Außendurchmesser von 16 mm (5/8") bei 3 mm (1/8") Wandstärke. An seinem oberen Ende war das Rohr verschlossen, und mit 9 cam (3/8¹¹) Abstand waren längs des Rohres Löcher von 0,3 mm (0,o13") Durchmesser angebracht»

Die Membraneinheit steckte in einem aus Kupfer hergestellten Gehäuse. Als Zuflußwasser erhielt die Reinigungsanlage Leitungswasser mit einer Leitfähigkeit von 865 MikroSiemens /cm, was einem Gehalt an gelösten i'eststoffen von 7oo ppm entsprach. Dieses Wasser wurde der Zuflußabteilung zugeführt .(Druck 8 ata (1o3 psia), Temperatur 26⁰C (79⁰F)).

Aus dem Wasseräbzugsrohr wurden 47 ml/min gereinigtes Wasser abgenommen, und am Abwasserrohr wurde ein Zuflußwasserrückstand von 47 ml/min gemessen.

Das auf diese Weise gewonnene gereinigte Wasser besaß eine Leitfähigkeit von 38 MikroSiemens /cm, was einem Gehalt von etwa 3o ppm gelösten Stoffen entsprach.

Damit ist eine verbesserte Methode und ein vervollkommnetes Gerät für die Gewinnung von reinem Wasser aus Brackwässer oder Meerwasser beschrieben, einfach in Betrieb und Unter-

809806/0 425

■-■ 18

144242C

Wie schon erwähnt,·-kann die angegebene Vorrichtung bzw. das Verfahren auch, benutzt werden, um eine bestimmte wäßrige Lösung stärker zu konzentrieren. Hierfür wäre es nur erforderlich, eine Anordnung vorzusehen, mit der die vorher als Meerwasserrückstand bezeichnete stärker

ist
konzentrierte Lösung aufzufangen. In diesem Fall wäre das Reinwasser als Abfallprodukt aufzufassen, das ebenfalls aufgefangen und verwendet oder aber verworfen werden könnte, während die stärker konzentrierte Lösung, von der das Reinwasser abgezogen wurde, als das gesuchte Erzeugnis zurückbleiben würde. Eine derartige Vorrichtung ist entwickelt und erfolgreich eingesetzt worden.

Die zum Erhöhen der Konzentration benutzten Membranen hatten etwa 0,2 m (2 square feet) Oberfläche, die der wäßrigen Lösung gegenüberstanden. Die den Membraneinheiten zugeführte wäßrige Lösung bestand aus destilliertem Wasser, is dem QalGiumsulf^t bis aur Sättigung gelöst· war, Der der zugeführten Lösung auferlegte Druck variierte von 7,4 bis 8,1 kg/cm (98 to 1o2 psig), die Temperatur schwank te zwischen 27 und 32⁰G (80 und 90⁰E¹). Während des Durchlaufens durch die Membraneinheit fand eine wesentliche Zunahme des Calciumsulfatgehalts statt, die im allgemeinen mindestens 20$ ausmachte. Ein derart erhöhter Gehalt ließ den Sättigungswert übersteigen_p was zur Ausscheidung von Calciumsulfatkristallen führte* Es zeigte siehj, daß die ausgeschiedenen Kristalle nicht unbedingt an: den Mer.bran-

flachen hängenblieben, so daß die Diffusion durch die Memnicht behindert wurde_o '

09806/0 42,6

Der Fachmann ist in der Lage, die vorstehend "beschriebene Erfindung in mancher Hinsicht abzuändern; derartige Änderungen verlassen aber den Rahmen der Erfindung nicht, wie er in den Patentansprüchen festgelegt ist.

Patent anspräche;

809.80^/0426

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Gewinnen eines Produkts aus einer wäßrigen Lösung durch umgekehrte Osmose, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fließweg im' Zwischenraum · '".·' zwischen zwei semipermeabel en Membranen (18,2OJi_-J, die zusam·- ' · men eine Umhüllung (16) bilden, hergestellt wird, daß Sie zu behandelnde wäßrige Lösung mit den dem Fließweg abgewandten Außenflächen der Ömhüllung (16) in Kontakt gebracht und eineö den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Drucsk ausgesetzt wird, und daß der in den FlieSweg diffun- ^: dierende Bestandteil der wäßrigen Lösung aufgefangen wird»

:■■- £· ■ Verfahren nach Anspruch 1 * dadurch gekennzeichnet, ' daß auch der um. den in den Fließweg diffundierenden Bestand- " "r teil, verarmte Ee@t d§r wäßrigen LÖsling aufgefangen wird=, \

Anspruch 2 auf das Entsalzen von Meerwasser zxac Gewinnung von frinkwasser. .

4. Anwendung des Verfahreng nach Anspruch 2 zum Erhöhen der Konzentration defe'&el'Östea in einer wäßrigen .* Lösung. "" · ' ' . ■

ORIGINAL INSPECTED

80 9 80 6/0 426

5· Vorrichtung zur Ausübung der Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Umhüllung (16) vorgesehen ist, die aus zwei semipermeablen Membranen (18,2o) gebildet ist, welche mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und dadurch einen Fließweg bilden, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Außenseite der Umhüllung unter einem den osmotischen Druck der wäßrigen Lösung übersteigenden Druck diese Lösung zugeführt werden" kann, sowie daß eine Vorrichtung zum Auffangen des aus dem Fließweg ablaufenden Wassers vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden semipermeablen Membranen (18,2o) längs des größeren Teils ihrer Umrandung (26) miteinander verklebt sind und dadurch die Umhüllung (1,6) bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, 4aclurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (16) mehrfach zusammengefaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (16) in Form einer Spirale aufgewickelt ist und daß innerhalb der Umhüllung (16) ein poröses Trägermaterial (24) vorgesehen ist.

809806/0426

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auf fangen des aus dem Fließweg ablaufenden gereinigten Ifassers im Bereich des porösen Trägermaterials (24) untergebracht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein weitgehend hohles Rohrstück (15) mit einer Anzahl an seiner IJmfangsflache angebrachter Löcher (32) vorgesehen ist, daß das innerhalb der Umhüllung (16) untergebrachte Trägermaterial (24) ira wesentlichen den durch die Umhüllungen (16) gebildeten FlieSweg darstellt, und daß die Umhüllung (16) in Spiralform auf das Rohrstück( 15) gewickelt ist, so daß eine Fließverbindnag zwischen dem porösen Trägermaterial (24) und den i»öeliera (32) hergestellt ist,

11. Vorrichtung nach einem der Anspräche 8 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Umfangsflache des Rohrstücks -(15) angebrachten Löcher (32) in Richtung der Achse des Rohrstücks (15) ausgerichtet sind, daß im Bereich des Trägermaterials (24) eine Anzahl Röhren (7o) vorgesehen ist, die sämtlich mit auf der Umfangsflache gegeneinander versetzten Löchern (74) versehen sind, so daß eine Fließverbindung zwischen dem Trägermaterial (24) und den Innenräumen der Röhren (7o) hergestellt ist, und daB eine Einrichtung zum Auffangen des gereinigten Wassers aus den Röhren (7o) bzw. dem Rohrstück (15) vorgesehen ist.

809806/0426

t^ H42420

12. Vorrichtung- nach einem der Ansprüche 5 his 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckdichtes Gehäuse (11) zur Aufnahme der Umhüllung (16) vorgesehen ist, wobei das Gehäuse j 11) eine Zuführungs ab teilung (54) mit einer Zuführungsleitung (42), eine Eeinigungsab teilung (58) mit

(12) einer Abwasserauslaßleitung (44) und eine Einrichtung zum

Abziehen des gewonnenen Wassers mit einer Auslaßleitung (62) Aufweist, daß die in dem Gehäuse (11) untergebrachte Umhüllung (16) mit der Zuführungsabtellung (54) in Verbindung steht, daß eine Einrichtung zum Einleiten der wäßrigen Lösung durch die Zuführungsleitung (42) in die Zuführungsabteilung (54) vorgesehen ist, wobei ein den osmotischen { Druck übersteigender Druck anwendbar ist, imd daß eine '*' Itnrichtung zum überführen gereinigten fassers in die Einrichtung (12) zum Abziehen des gewonnenen Sfassers vorgesehen 1st»

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufnehmen "*§*${& gereinigten Wassers aus den Röhren (7o) und dem Hohrstück Xi * i (i5) duroh einen Rohrleitungsanschluß (76) gebildet ist.

ORIGINAL INSPECTED

809806/0426