DE1517575A1 - Einrichtung zur Suesswassergewinnung nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Süßwasaergewirinung nach dem Prinzip der umgekehrten Oemose Die vorliegende x:rfin4ung betrifft eine Einrichtung zur DurchfUhrung eines VerZahrenn sur Gewinrung von Süßwasser aus aalzhaltigem Wasser noch dem bekannten Prinzip der umgekehrten Osmose. Für die Entsalzung von Meerwenser oder sonstigem nalzhaltigen Wasser hoher Konzentration wird ein solches Verfahren in der Praxis nicht v6rwendeti «a zur Durchführung verhältnismäßig hohe Drüqke notwendig sind, denen auch die aenipermeablen Wandungen oder Membr4gen ausgesetzt worden müssen. Weil die-ne den erforderlichen hohen DrVoken nicht längere Zeit standhalten, wird eine Einrichtung veseaohIggen, mit der es möglich ist, mit wesentlich geringeren Drgqkin Je Membrane auszukommen* Erfindungegemäß sind mehrere Osmosestufen kankadenförmig hintereinander geachaltetl wobei an jeder Stufe eine vorzugsweise 0 etwa gleiche Druckdifferenz anliegt und die Summe, dieser Druckdifferenzen dem benötigten Geaamtdruck entspricht.
• Diesen keakadenförmigen Einrichtungen liegt folgende Überlegung zugrunde: Wird nach dem Verfah ren der umgekehrten Osmone eine nalzhaltige Lösung durch eine geeignete semipermeable Membran hindurchgepreßt, so verringert eich.ihre usprüngllche Konzentration el auf den Wert c2- Voraussetzung ist, daß die Differenz ä p der Drücke pl und P2 die auf die Lösungen höherer und 'geringerer Konzentrationen einwirken, die Differenz der den Konzentrationen der Lösungen entsprechenden oamotiochen DrUcke 7j1' und f2 übersteigt, d.h. daß Ap > Nun Ist bei genUgender VerdtInnung der oamotische Druck ly einer aalzhaltigen Lösung ihrer Konzentration c proportional: 7j= k - c. Mithin tritt umgekehrte Oamone eing falle der Differenzdruck .ap > k c.
• ,'t#p kann also dadurch beliebig verringert werdeng daß man den Konzentrationaunterschied genügend klein wählt. Maßgebend für den Durchsetz des Lösungsmittels Ist der Betrag# um den die Druckdif f erenz «Z"p den Wert tnblT k o Ubersteigt, während .der Salztranaport durch die Membran bei gegebenem Druck der Größe,& c proportional ist, Auch bei großen Konzentrationsunterschieden, wie zwischen Meerwasser und Süßwasser,-kann die umgekehrte Osmose prinzipiell bei beliebig kleinem A p mittels einer Kaskaderianordnung durchgeführt werden, bei der durch n Bemipermeable Membranen eine Reihe von Räumen getildet werden, in denen L3sungen von ronoton abnehmender Konzentration unter monoton abnehmenden Drübken stehen. Sind die Korizentrationssprünge stets gleichiß c und beträgt die Druckdifferenz in zwei benachterten Räumen stets ap, ro ist bei- gleichen Almest3ungen uno I.1,aterialien auch der Durchsatz für alle Stufen gleich gro13. Oowohl die in jedem Raum enthallGene Lisungsnenge wie deren Konzentration Lleiten unverändert und tefinden sich in einem statilen Gleichgewicht. Da für di(. Fai*.'-tion jeder Otufe nu r die Differenz der Drücke wesentlich ist, ist es auch möglich, den in der gesamten Vorrichtung wirkenden Druck gleich -A r-, also telielig klein zu machen, lnder. man den Druck der durch eine Memtran durchgetretenen Lörung in dIer n-,icliE:teii.'&itufe mit ciner Druckluripe wieder jeweils um 4p erliblit. Dies ist auch der Grundgedanke der vorliegenden Erfi-naung, die mit Hilfe der Figuren 1 und 2 näher erläutert werden soll.
• In Figur 1 ist eine Einrichtung zur Entsalzung von Salzwasser hoher Konzentra tion. z. B. Meerwasser, mi t Hi li f e von drei einandergeschalteter. Kaskadekstufen dargestellt. Jede Stufe .st in einem Druckkessel 61 untergetracht, der im wesentlichen eine semil-ermeat--le Membran 6 enthält. Diese soll eine möglichst große Oberfläche haben, was hier durch eine

  .faltenbalgähnliche AusfUhrung angedeutet ist. Die einzel-

  nen Flächen dieser Membrane 6 sind dabei selbstverständlich.

  durch eine nicht dargestellte Stützkonetruktion noch Zuaätz-

  lich gehaltert. Über die Leitung 58 wird den salzhaltige Meer-

  wasser durch die ilumpe 50 angeneugt und der ernten Stufe zuge-

  führt. Im Unterschied zu den weiteren Stufen wird diesen Wasser

  durch die Osmoseeinrichtung hindurchgeführtf wobei ein Teil

  des Wassers durch die Membran in den Raum 63 gelangt und die

  entsprechend höher konzentrierte Sole über die Leitung 59 wieder

  dqm Meer zuströmt. Da diese Pumpe 50 nicht nur gen Syatemdruck

  an der ersten Membran aufrechterhalten muß, sondern auch für

  den wirklichen Transport einbr größeren Waenermenge gebraucht

  wirdv ist ihre Leistung höhar alt die der Pumpen 5 der fol-

  genden Stufen, die das teilweise entealzte Wasser au@ den

  Räumen 63 der Druckbehälter 61 über die Leitungen 55 ansaugen

  und über die Leitungen 56 den Raumetechnitten 62 der nächsten

  Stufe zufUhren. Am Ende der keikadenförtigen Anord'nun« wird

  nun dem unteren Raum 63 des leUten Druckkeueeln 61 Uber die

  Leitung 57 tattelstee Gebrauchem oder Trinkwasser abde(Uhrt.

  auch den (gleichen Printip erbottet da# AuafUhrur4abeteptel

  meh Ptglur 2, 4440 Jedoch bete$ 8404weie t440 in et»r

  den Ditterentdruck enteprecheadea Xaereattete oder Belavoauer-

  tiefe en«tordnut ist. In dtet« Folie keanen die Draobbehälter

  61 entfellen. Es worden vielmehr f«r J`ede ßtute Auebildunge-

  formen gegtomone wie ei* In 4ine0 *tobt vorverättentlichten

  Vorechleg fUr eine Einrichtun4 4%r WW$b4*rlt« CW»eo in der

  Tiefsee angegeben worden sind. Ihrer Form entsprechend seien diene Einrichtungen als Quellkörbe 2 bzw. 21 bezeichnet. Der ernte Quellkorb der Kankadenanordnung ist direkt vom Meer bzw. Salzwasser umgeben und besteht aus dem Druckkörper 4, an den die aemipermeablen Membranen z.B. in Gestalt vorstehender Rippen angeordnet sind.
• Das durch diene hindurchdrirgende teilentealzte Wasser 31 sammelt sich im Innenraum 42 den Druckkorbee 4t der über die druckfeste Leitung 41 mit den Laftraum oberhalb der WaaseroberfUche verbunden ist. Im Inneren den Behältern 4 befindet sich die Pumpe 5 und drückt das gesa»elte Wasser Uber.die elastische-Schlauch#eitung 52 zum zweiten Quellkorb 21. Diener ist von einer'drucklonen Hülle 53 Rogeben, deren Zwischenraum 54 zum eigentlichen Quellkorb 21-von einem Salzwasser der Konzentration den im Inneren dea'ersten Quellkorbes gesammelten Wassern gefüllt ist. Am Quellkorb 21 steht nun wieder'dieselbe Druckdifferenz an wie um Quellkorb 29 d.h. es herrscht,wiederum

  zwischen den äußeren Wasser# das *ich innerhalb der-ballonartigen

  Hülle 53 befindet und de» Vatwer V In Inneren diene$ Behälter*

  4 derselbe Konzentrotioneunterechied wie iin Quellkorb 2. Auch

  der I-menn» dtoooq tot wieder mit der At»eugUrt

  Oberhalb der vo:tbmWea,* wie ateh die Imen-

  Auxe sämtlicher neohfolgeaden Quellkörbe. Von dienen ist lodi4-

  lioh noch einer dargestellte dessen Aue«aM*leitung 52 an die

  Waaneroberfläohe zu einen nicht dergentellten Umwelbehälter

  führt. Diese Leitung-führt nun des entealzte Wasser, das für

  Trink- oder sonstige Zwecke weiterverwendet werden kann. Je nach dem Selzgehalt den den ersten Quellkörb 2 umgebenden W;oaers wird man mehr oderweniger derartig In Reihe geachaltete Quellkörbe 21 verwenden, deren aenipermetble Membranen alle dem gleichen Druckunterschied ausgesetzt sind. Dementsprechend ist auch der Konzentratfoneunterschied der Salzlöaungen außer- und innerhalb der Quellkörbe jeweils gleich. Gemäß dem Prinzip der umgekehrten Ogmoai wandert in stationären Betrieb einer derartigen Anlage lediglich Süßwasser niedrigen Salzgehalten von einem'Quellkorb zum anderen, to daß in den Zwischenstationen keine 341zebucheideeln,richtungen notwendig sind. PUr das Anlaufen einer derartigen Anlage ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, die Räume 42 und 54 jeweils mit vorbereiteten Salzlösungen entsprechender Konzentration zu versehen, und erst hernach zur Einschaltung der gesamten Anlage die in jedem Behälter 4 befindlichen Pumpen 5 anlaufen*zu lassen. Diese sind über Kabel 511 die zweckmäßligerwelee in den Belüftungileitungen 41 verlegt eindl, mit einer entsprechenden oberirdischen Stromquello verbunden.

  Die Erfindung ist aelbstverMändlich nicht auf die in.Pigur 1

  und 2 dargestellt« Anwendupgebeiapielt beaobrankte vielmehr

  können siNweigs aueb M*b iumert Atomr tenen ior An-

  Wendung gelangen. Alle inetOrwXwfor»a teich»is niob jedoch

  durch Merkmal* und Törtetlo mt die In folgemen noeti»le

  zugemengentellt einds

  Die einzelnen Membranen worden jeweils nur ein» Drucäa p aus-

  gesetzt, also nicht übermäßig stark zuaammengequetscht. Diene Drücke können beispielsweise bis zu 40 et betragen. Damit e#irden Nembrener wie sie aus DruckgrUnden nur für Preckwaoserentealzung geeignet sind* auch fUr die Meerwasserentealzung (wesentlich höherer Salzgehalt) verwendbar.
• Es können e.infache Pumpent und zwar bereitü für andere Zwecke vielfach benutzte und daher entsprechend billige Gerienfabrikate für geringe Förderhöhen Verwendung finden.
• Entsprechend der verhältnismißig niedrigen Druckdifferenz an den MemIranen k#innen auch die Behälter für entsprechend niedrige Drücke ausgelegt werden, was bei größeren Behältern von beträchtlichem technischen Vorteil ist.
• Bei aubmarinen Anlagen wird die Einsetztiefe auf einen Bruchteil der bisher notwendigen herabgesetzt# z.B. bei 5 Stufen von 1000 a auf 200,m. PUr die Durchführung den Verfahrene Ist

  a14o keine Tiefsee mehicerforderlich, auch Meerentiefen wie im

  SebtlftOtr 940#4@h- Die d10 Quällkbrbe «gebenden belloraartigen

  IIUII*n sind wootterundurohläust4 und können bei tich»nkende*n

Claims (2)

1. .PatentensprUche 1. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrene zur Gewinnung von Güßwasser selzhaltigem Wasser nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Osmosestufen knakadenförmig hintereinander geschaltet sind, wobei an jeder Stufe eine vorzugsweise etwa gleiche Druckdifferenz anliegt und die Stimme dieser Druckdifferenzen dem benötigten Gesamtdruck entspricht.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Gewinnung von Süßwasser nach dem Prinzip der umgekehrten Osmosee dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch semip#rmeable Wände getrennte Räume vorgesehen sind, in denen die Selzkonzentration in vorzugsweisegleich großen Schritten von derjenigen äes Rohwassers bis zu jener des Nutzwassers in monotoner Reihe abnimmt. 3. EInrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Stufe eine Ilumpe vorgeschaltet ist, die das Eingangswasservon seinem nieurigen Druck auf den benötigten.Stufendruck 1.ringt. 4. Einrichtung nach'Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Osmoseetufe in einem Druckbehälter untergebracht ist, der für den für jede Stufe vorgesehenen Druck bemessen ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 49 dadurch gekennzeichnetg daß jeder Druckkessel eine möglichst großflächige, raumsparend angeordhete, semipermeable Membran enthält. 6. Einrichtung nach Anspru"ch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel der ersten Stufe auf der Salzwaasereingangaseite mit einer Auaflußöffnung für das durch den Osmosevorgang aufkonzentrierte Salzwasser versehen ist. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 39dadurch gekennzeichnet, dlaß die Druckkessel durch Verlagerung der Kaskadenstufen in Wassertiefen entsprechenden Druckes für die erste Stuge gani#entfallen und für die folgenden Stufeh durch undurchlässige, flexible, z.B. ballonartigb Hüllen, ersetzt sind.