DE2159899A1

DE2159899A1 - Umgekehrte Osmose

Info

Publication number: DE2159899A1
Application number: DE19712159899
Authority: DE
Inventors: Sidney Dr.; Bloch Moshe Rudolf Dr.; Beer-Sheba Loeb (Israel)
Original assignee: The State of Israel, Prime Ministers Office, Jerusalem
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-06-22
Also published as: NL7116570A; GB1320429A; FR2120745A5; IL38187A0

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein Jun.

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Umgekehrte Osmose

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Konzentration von Lösungen durch umgekehrte Osmose, Ein Teil des konzentrier ten Produkts, das man an der Hochdruckseite der Membranen erhält, wird entnommen und zurück zu der Niedrigdruokseits gelei tet. Auf diese Weise wird dar osmotisch© Druckunterschied zwischen den Seiten mit hohem und niedrigem Druck vermindert und es wird möglich, Lösungen mit relativ hohen Konzentrationen herzustellen. Weiterhin wird die WirkiHigs- und Arbeitsweise der Membranen verbessert. Der nicht entnommene Teil der konzentrierten Lösung wird als. Produkt gewonnen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und Mittel, um Lösungen zu konzentrieren, indem man die Lösungsmittel daraus vorzugsweise durch Permeation durch eine permnelektive Membran, d.h. eine Membran, die die aufgelösten Stoffe gut zurückhält, leitet» Solch ein Verfahren wird irn allgemeinen als umgekehrte Osmose, Umkehrosmose oder auch als Rücklaufosmose bezeichnet*

Bei der umgekehrten Osmose dringen das Lösungsmittel und mög-

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licherweise ein Teil des gelösten Stoffes durch die Membran aus einer unter Druck stehenden lösung, die konzentriert werden soll und die im folgenden als "Speiselösung (Permeant Donorlösung)" bezeichnet wird, in eine nicht unter Druck, stehende Lösung, die im folgenden als "Produktlösung (durchgedrungene Lösung)" bezeichnet wird. ' ' '

Bei einem gegebenen umgekehrten Osmosesystem hängt die Wirkung von der Kapazität der Membran, aufgelöste Stoffe zurückzuhalten, ab. Man sollte ideale perfekte Membranen verwenden, d.h. Membranen, die im wesentlichen für den gelösten Stoffe impermeabel sind. Jedoch werden in der Praxis oft mangelhafte Membranen verwendet, deren Kapazität,den aufgelösten Stoff zurückzuhalten, weniger als 100 % ist und die oft niedriger als 85 °/o oder noch niedriger sein kann. In solchen Fällen tritt sowohl ein Lösungsmittelstrom als auch ein Strom an gelösten Teilchen durch die Membran,

Das erfindungsgemässe Verfahren und die damit erzielbaren Vorteile können am besten verstanden werden, wenn man zuerst die Antriebskräfte und den Fluss (Strömiüigsgesehwindigkeiten pro Einheitsfläche), die in der umgekehrten Osmose auftreten, "betrachtet . Mir die durch die Membi*an strömende Menge gilt an jedem Punkt der Membran

J_p = A(P -AlT)

worin J der Fluss des durchgehender! Materials (volumetrisch® Strömungsgeschwindigkeit pro Einheitsfläeiae), A der Durchdringungspermeabilitätskoeffizient,(p - AlTjdie Antriebskraft beim Durchdringen und P der hydraulische Druck, der auf dia Lösung' auf der Hochdruckseite der Membran wirkt (der hydraul!sehe Druck auf der Seite mit niedrigen« Druck äsr Membran, wird der Einfachheit halber als Hull betrachtet) wnä ATT die osmotisehe Druckdifferenz längs der Membran bedeuten.

Der Fluss an gelöstem Stoff J₈ (Strömungsgeschwindigkeit der

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Masse pro Flächeneinheit) steht mit der Antriebskraft für den gelösten Stoff ^Δ TT in folgender Beziehung:

J₀ = C ΔΤΓ (Gl. 2)

worin C der Permeabilitätskoeffizient des gelösten Stoffes bedeutet.

In der vorliegenden Anmeldung werden die folgenden osmotischen Drucke definiert und verwendet:

~n*d ⁼ osmotiseher Druck der Speiselösung

If = osmotiseher Druck des durch die Membran durchtretenden Materials

Jf = osmotiseher Druck der Produktlösung bzw. der durch die Membran hindurchgetretenen Lösung

In bekannten Umkehrosmoseverfahren ist das Medium auf der Membranseite mit niedrigem Druck statisch. Wenn die Membran, wie es oft der Fall ist, mangelhaft ist, wird das Medium an der Seite mit niedrigem Druck etwas konzentriert, bedingt durch die Anwesenheit des hindurchgedrungenen gelösten Stoffes. Der osmotische Druckunterschied ,Δ "ΓΓ längs der Membran bei irgendei- ^ nem Druck während des Betriebs beträgt in den bekannten umgekehrten Osmoseverfahren

Δ.7Γ bekannten Verfahren = ^d - "^p (Gl· 3)

worinTT^ und «Γ die zuvor gegebenen Definitionen besitzen.

Im allgemeinen ist es erforderlich, dass Membranen für die umgekehrte Osmose eine solche bemerkenswerte Kapazität besitzen, um den gelösten Stoff zurückzuhalten, dass "JJ" nicht einen klei nen Bruch, beispielsweise 0,15 vonTT*_d überschreitet, d.h., dass

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0,15 TT

worin ΤΓ _Ό und 7Πι die zuvor gegebenen Definitionen besitzen und dementsprechend gilt bei der bekannten umgekehrten Osmose: .

ΔΊΓ bekanntes Verfahren =TT_d (1-0,15 ^ 0,85 TT_d (Gl.5)

Wenn die Speiselösungen durch eine Membran oder einer Reihe von Membranen fliesst,wird sie im allgemeinen konzentriert und dementsprechend steigt A TTund erreicht allmählich einen maximalen Wert, wenn die maximale Konzentration erreicht ist. Nimmt man an, dass die konzentrierte Lösung eine 20$ige NaCl-Lösung wäre, so würde sie einen osmotischen Druck von 237 Atmosphären besitzen. Gemäss Gleichung 5 ergäbe dies einen Wert von Z± TT max. = 201 Atmosphären. Der erforderliche hydraulische Druck P wird durch die Antriebskraft der durchdringenden Lösung und durch die osmotische Druckdifferenz A,TTbestimmt. Y/enn gemäss den bekannten Verfahren bei der umgekehrten Osmose der kleinste Antriebsdruck, der ein Durchdringen ermöglicht, 40 Atmosphären beträgt, dann beträgt der erforderliche hydraulische Druck für die gesamte Vorrichtung 201+40=241 Atmosphären. Dieser Druck liegt v/eit über der Festigkeit der vorhandenen Membranen und daher sind extrem komplizierte und schwierige mechanische Vorrichtungen und unannehmbare Energieausgaben erforderlich. Lösungen, die solche hohen osmotischen Drucke besitzen, können mit den bekannten umgekehrten Osmoseverfahren daher nicht hergestellt werden.

Um dieses Verfahren zu verbessern, haben einige !Forscher vorgeschlagen, dass ATT (und damit P) erniedrigt werden könnte, wenn man den osmotischen Druck auf der Seite der Membran mit niedrigem Druck erhöhen könnte. Beispielsweise haben Morgan et al. (Morgan., A.I. et al. "Reverse Osmosis", Pood Technology 19, Nr. 12, Seiten 52-54, 1965) bei Untersuchungen zur

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Konzentration von Fruchtsäften vorgeschlagen, dass die hohen osinotischen !Druckunterschiede vermindert werden könnten, wenn man die äussere Seite der Trägerröhre aus porösen Glasfasern, die die Membran enthält, mit einer fremden gesättigten Zuckeroder Salzlösung badet bzw. umspült, und dass die Sättigung der Lösung aufrechterhalten wird, indem man, wie es erforderlich ist, V/asser verdampft. Dieses Verfahren ist sehr mühevoll und unwirksam, und zwar aus den folgenden Gründen: 1. Die Verwendung fremder Lösungen erfordert, wie die Forscher selbst angeben, die Durchführung einer zusätzlichen Betriebsstufe, d.h. man muss das Wasser, das von der fremden Lösung aufgenommen wird, verdampfen. 2. Die Lösung, die.mit der Oberfläche der Membran stromabwärts in Kontakt ist, ist nicht,.wie es erwünscht wäre, ™ die fremde Lösung,sondern die die Membran durchdringende Lösung da die Forscher eine Membran verwenden, die unter der wirkli-" chen Membran eine schwammförmige Schicht enthält und unter der schwammförmigen Schicht eine poröse Trägerröhre, und dadurch kann die fremde Lösung nicht mit der Membran in Kontakt kommen. Der osmotische Druck der Lösung, die in Kontakt mit der Membran ist, besitzt daher nicht den hohen Wert der fremden Lösung, wie es gewünscht wird, sondern den niedrigen Y/ert des hindurchtretenden Materials.

Die Beschränkungen der bekannten Verfahren zur Konzentration durch umgekehrte Osmose und der Bedarf für ein neues Verfahren | ergeben sich durch kürzlicHe Forderungen nach Vorschlägen (Request for Proposal, RFP) aus dem Büro von "Saline Water", Die ses ist der grösste Förderer der umgekehrten Osmose in den Vereinigten Staaten und daher kennt dieses Büro alle Ent- _

wicklungen auf dem umgekehrten Osmosegebiet.. Dieses Büro fordert: ".....Die Entwicklung neuer, vielversprechender Anlagen, mit denen man Abfallströme aus Entsalzungsanlagen von KüBtenwässern zu Salzlösungen, die 20 bis 25 fo gelöste

Salze enthalten, konzentrieren kann " (RFP-14-3O-2675,

wiedergegeben in Desalting Digest, April 1970).

Wird eine mangelhafte Membran verwendet, tritt, wie oben ange-

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geben, ein Fluss des gelösten Stoffes durch die Membran auf, der entsprechend Gleichung 2 oben direkt ^ TT proportional ist. In anderen Worten, die Kapazität der Membran, gelöste Stoffe zurückzuhalten, nimmt entsprechend der Erhöhung von Z\ "Tf ab. Entsprechend Gleichung 5 oben beträgt .Δ TF bei typischen bekannten Verfahren mindestens 85 $ des osaiotischen Drucks₍ der Speiselösung, 77"_d» und dementsprechend tritt bei den bekannten umgekehrten Osmoseverfahren ein bemerkenswerter Fluss gelöster Stoffe durch die Membranen auf.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes umgekehrtes Osmoseverfahren, bei dem eine konzentrierte Lösung und besonders eine mit hohem osmotischen Druck als Produkt erhalten wird. Solche Verfahren können beispielsweise bei der Herstellung stark konzentrierter lösungen aus Äbfalllösungen von Küstenwasserentsalzungsanlagen bei der Konzentration von Obstsaft,bei der Konzentration industrieller Lösungen, beispielsweise bei wärme— empfind lieh ei Materialien und ähnlieiien Verfahren verwendet werden.

Die Erfindung hat sieh insbesondere die Aufgabe gestellt, den erforderlichen hydraulichen Druck zu vermindern und die Kapazität dex· bekannten Membranen bei solchen Verfahren, wie sie oben erwähnt wurden, gelöste Stoffe zurückzuhalten, zu verbessern.

Gegenstand der Erfindimg ist ein Verfahren zur Konzentration von Be s chi ckungslösimgen durch umgekehrte Osmose. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daduroli gekennzeichnet, dass man eine Beschickungslösung längs einer Seite (der Seite mit hohes Druck) einer periaselektiven Ifercbrxn oder längs einer jeden Membran einer Reihe solcher .._:i^^.iaeii leitet, einen Teil der konzentrierten Lösung, die an. der Hochdrucksei to anfällt bzw. austritt, umleitet und ihn längs der umgekehrten Seite einer jeden Membran (der Hiedrigdruekseite) iin Gegenstrom zu der Stromrichtung auf der Hocndruckselte strömen lässt, als Produkt den nicht umgeleiteten Teil der- konzentrieisten Lösung, die

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an der Hochdruckseite anfällt, gewinnt und getrennt davon eine verdünnte Lösung, die an der Niedrigdruckseite anfällt, abzieht.

Gegenstand der Erfindung ist "weiterhin eine Vorrichtung, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Bie erfindungsgemässe Vorrichtung enthält ein Gehäuse, das mindestens eine permselektive Membran mit einer Seite mit hohem Druck, die im folgenden als Hochdruckseite bezeichnet wird, und einer Seite mit niedrigem Druck, die als Medrigdruckseite bezeichnet wird, enthält. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist ferner mit Pumpeneinrichtungen ausgestattet, um die Salzlösung unter Druck zu der Hochdruckseite zu pumpen. Weiterhin enthält sie Druckregulatoren und Ventile, um einen Teil der Salzlösung, die an der Hochdruckseite anfällt, umzuleiten und sie im Gegenstrom längs der Hiedrigdruckseite zu leiten. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt weiterhin Vorrichtungen, um den nicht-umgeleiteten Teil der Salzlösung und den umgeleiteten Teil der Salzlösung, der an der Uiedrigdruckseite anfällt, ab zunehmei..

Der Teil der konzentrierten Lösung, der an der Hochdruckseite anfällt und in die Niedrigdruckseite geleitet wird, und der -Teil,, der durch die Membran durchdringt und progressiv zügefügt wird, bilden die Speiselösung. Während der gegenläufigen Strömung zu der Lösung auf der Hochdruckseite wird die Speiselösung progressiv verdünnt, indem sie durch die Membran durchtritt. Daraus folgt, dass an beiden Seiten der Membran der Konzentrationswechsel dieselbe Sichtung be~ sitzt und dass an jedem Punkt durch und längs der Membran A ίί ( und ebenso Λ ΊΓmax.) kleiner ist als bei den bekannten Verfahren. Als Folge darauf ist für ein bestimmtes A ( Gleichung

1) J^ grosser und für ein gegebenes C (Gleichung 2) J kleiner y s

und dadurch ist die Kapazität der Membran, gelöste Stoffe zurückzuhalten, grosser als bei bekannten Verfahren.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen auf

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beispielhafte Y/eise näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Fließschema der erfindungsgemässen umgekehrten Osmoseanordnung ;

Fig. 2 ist ein Fließschema der erfindungsgemässen umgekehrten Osmoseanordnung zusammen mit einem System, das eine Lösung gewünschter Konzentration ergibt;

Fig. 3 ist ein Fließschema einer Entsalzungsanlage, bei der zwei erfindungsgemässe umgekehrte OsmoseanOrdnungen verwendet werden;

Fig. 4 zeigt eine Membran, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet v/erden kann.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist," wird eine Lösung 1 durch eine Pumpe 2 mit einem hydraulischen Druck P längs einer Reihe von Membranen 3 gepumpt, wo sie die durch die Membran durchdringende Lösung ist. Durch jede der Membranen 3 dringt die Lösung 4. Die fertigkonzentrierte Salzlösung, die als Gesamtsalzkonzentrat bezeichnet wird und die bei 5 austritt, wird durch ein Teilungsventil 6 in zwei Fraktionen ein Salzkonzentratprodukt-Btrom 7 und ein Salzkonzentratrückfuhrstrom 8 geteilt. Der letztere wird zu der Niedrigdruckseite der Reihen der Membranen 3 geleitet und man wählt eine solche Anordnung, dass ein nicht-gestörter gegenläufiger Strom zwischen der Speiselösung 1 (Hochdruckseite) und der Produktlösung 9 (Niedrigdruckseite) vorhanden ist, wobei die Produktlösung den Salzkonzentratrücklaufstrom 8, der progressiv mit dem durch jede Membran durchdringenden Material 4 vermischt v/ird , enthält.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, beträgt der osmotische Druck an der Niedrigdruckseite jeder Membran TT _r i*nd er besitzt an jedem Punkt der· Membran einen Wert, der unabhängig von und grosser als 7f~

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an jedem Punkt ist, da durch die Anwesenheit des hochkonzentrierten Salzkohzentratrücklaufstroms 8 vermischt "mit dem an dem Punkt durch die Hem-

bran durchgedrungenen Material eine relative Erhöhung des osmotischen Drucks im Vergleich mit dem des durchdringenden Materials alleine bewirkt,wird. Die Druckdifferenz ATT besitzt an jedem Punkt der Membran nunmehr einen Wert von

A Il erfindungsgemäss = "[F^ ~ IT _r (Gl. 6)

und vergleicht man Gleichung 6 mit Gleichung 3, so ist ersichtlich, dass bei der vorliegenden Erfindung Λ 7Γkleiner " ist als A. TT bei den bekannten Verfahren, da Tf grosser ist als 77" -η· ^)Ie Verminderung von A TT bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erniedrigung des hydraulischen Drucks P, der erforderlich ist, um eine bestimmte Antriebskraft (P-ATT) zu ergeben. ITimcit man an, dass das Verfahren der I¹Ig. 1 zur Konzentration eine Natriumchlorid lösung verwendet wird, wobei man eine 20>£ige ITaCl-Lösung erhalten will, so ist es durch geeignete Einstellungen des Teilungsventils 6 möglich, einen Maximalwert für ΑΤΓ von 61 Atmosphären zu erzielen. Nimmt man erneut an, dass die erforderliche Antriebskraft (P-Δ7Γ) 40 Atmosphären beträgt, so sind nur 101 Atmosphären hydraulischer Druck P erforderlich, verglichen mit den 241 At- | moSphären bei den bekannten Verfahren (vgl. oben). Die Zahl von 61 Atmosphären dient nur als Beispiel und gewünschtenfalls kann der osmotische Druckunterschied Δ1Γ weiter durch geeignete Eins bellung des Ventils 6 erniedrigt werden und auf diese Weise kann der erforderliche hydraulische Druck soweit wie- es gewünscht wird erniedrigt werden, wobei gleichzeitig das Verhältnis von Salzkonzentratrücklaufstrom 8 zu demGesamtsalzkonzentrat 5 erhöht wird.

Bai dem erfindungsgemässen Verfahren wird gleichzeitig die Wirkung einer bestimmten Sorte mangelhafter Membranen verbes- £5ert. Vergleicht man Gleichung 1 mit Gleichung 2, so ist ersichtlich, dass eine Verminderung des osmotischen Druckunter-

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schiede -Δ "Π" , den man ohne Verminderung der Antriebskraft (P-.Δ TT) erreicht, eine Verminderung in dem Salzgehalt des durchdringenden Materials ermöglicht, ohne dass eine Verminderung in dem durch die Membran durchtretenden Fluss auftritt, oder in anderen ¥/orten, durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Kapazität der Membranen, gelöste Stoffe zurückzuhalten, erhöht.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Vorrichtung erforderlich, die so angeordnet ist, dass man auf beiden Seiten der permselektiven Membran eine relativ ungestörte gegeläufige Strömung erzielt, d.h. die Membranen sollten gegenüber dem lösungsmittel permeabler sein als gegenüber den in der lösung enthaltenen gelösten Stoffen. Eine andere wünschenswerte Eigenschaft der Membran ist die, dass sie für das lösungsmittel eine hohe Durchgangsgeschwindigkeit besitzt, so dass die Gesamtmembranoberfläche, die in der Vorrichtung erforderlich ist, möglichst klein gehalten v/erden kann. Die oben angegebenen Erfordernisse für die Membran können so zusammengefasst werden, dass G niedrig und A hoch sein sollten ( Gleichungen 2 und 1),

Eine andere wünschenswerte Eigenschaft für eine bei der vorliegenden Erfindung verwendete Membran besteht darin_? dass die oben erwähnten Durchgangseigenschaften in dem ganzen Querschnitt der Membran einheitlich sein sollten, d.h. die Membran sollte isotropisch sein. Diese Eigenschaft ist wünschenswert (obgleich nicht wesentlich), so dass die ο smo ti sehen Drucke an beiden Seiten an jedem Punkt der Membran sich denen der Bulklösungen, die damit in Kontakt sind, nähern. Eine oft verwendete Membran für die umgekehrte Osmose enthält eine dichte Haut, die auf einer schwammigen Schicht auf der Medrigdruckseite angebracht ist. L^s durch die Haut durchtretende Material tritt durch diese schwammige Schicht, ohne dass eine weitere Trennung von gelöstem Stoff und Lösungsmittel stattfindet. Daher ist der osmotische Druck der lösung, die in Kontakt mit der Niedrigdruckgrenzfläche der Membranhaut ist, gleich

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dem der durchdringenden Lösung, TJ" , und nicht wie gewünscht gleich dem osmotischen Druck der Mischung .aus durchgedrungener Lösung und Konsentrat. Mit einer solchen Membran können einige der erfindungsgemässen Vorteile nicht vollständig ausgenutzt werden. Man kann jedoch eine solche Membran verwenden« Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte Loeb-Sourirajan-Membran (vgl. S. Sourirajan, Reverse Osmosis, Logos Press Ltd.).

Die Art, wie eine erfindungsgemässe Einheit verwendet werden kann, ist allgemein und schematisch in dem Fließschema in Fig. 2 dargestellt. Dort wird gezeigt, wie eine erfindungsgemässe Einheit 10 mit einer Beschickungslösung 11, die von der g Anlage 12 kommt, gespeist wird. Das Gresamtsalzkonzentrat, das bei 13 austritt, wird in einen Produktteil,der bei 14 entnommen wird und einen abgeteilten Salzkonzentratrücklaufteil, der bei 15 in die Einheit zurückgeführt wird, geteilt. Die verdünnte Lösung wird von der Einheit bei 16 entnommen und in die Anlage 12 zurückgeführt, aus der bei 17 ein anderes Produkt der Anlage entnommen wird.

Ie Art der Salzlösung, die aus der Anlage 12 entommen und in die Einheit 10 geführt wird, hängt-von der Art der Anlage 12 ab. Die Anlage 12 kann eine Entsaltzungsanlage für Meerwasser sein, wobei in einem solchen Fall die Salzlösung, die bei 11 entnommen wird, das Konzentrat des Verfahrens ist und das aus Gründen der Abfallbeseitigung weiter konzentriert werden muss. Die Anlage 12 kann ebenfalls eine Pulpanlage sein, bei der sowohl Sulfit- als auch SuIf at verfahr en zur Herstellung von Cellulosefaser«! verwendet werden und in einem solchen Fall dient die Einheit 10 zu Konzentrationen der verbrauchten Digestorlösung, um sie zum Wegwerfen aufzubereiten oder um sie anderweitig zu verarbeiten. - —

Die Anlage 12 kann ebenfalls eine Anlage zur Konzentration von Früchten oder Fruchtsäften sein, wobei man zuerst ein Konzentrat erhält, das weiter konzentriert werden muss. Dieses sind selbstverständlich nur Beispiele und allgemein ausgedrückt,

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kann man eine erfindungsgemässe Einheit mit anderen Anlagen verbinden, die eine Lösung liefern, die weiter konzentriert werden muss und die mittels umgekehrter Osmose konzentriert werden kann.

In Pig. 3 ist ein Fließschema einer spezifischen erfindungsgemässen Einheit dargestellt, wobei diese Einheit zusammen mit einer Entsalzungsanlage für Meerküstenwasser verbunden ist. Die natürliche Salzlösung wird bei 20 in eine bekannte Entsalzungsanlage von Meerwasser 21 eingeleitet, wobei aus dieser Anlage 21 eine entsalzte Produktlösung bei 22 und ein Konzentrat bei 23 abgegeben werden. Das Konzentrat wird über eine Pumpe 24 in die erfindungsgemässe umgekehrte Osmoseeinheit 25 gepumpt. Aus dieser wird die Produktlösung, die an der Niedrigdruckseite der Membran anfällt, entnommen und als Salzlösung 26 in die Entsalzungsanlage 21 zurückgeführt*

Bas Gesamtsalzkonzentrat, das an der Hochdruckseite der Membran anfällt, wird als 27 entnommen und ein Teil 28 davon wird abgeleitet und die Einheit 25 über ein Teilungsventil 29 zurüekgeleitet, während der nieht-abgeführte Teil bei 3Ö über einen Druckregulator 31 entnommen wird.

Um einen praktischen lall zu erläutern, nimmt man an^ dass die Kapazität der Membran, die gelösten Stoffe zurückzuhalten, 85 % beträgt und dass der wirksame Antriebsdruek 40 Atmosphären beträgt. Das Verhältnis an recyclisiertem Salzkonzentrat zu dem Gesamtsalzkonzentrat wird auf 1:3 eingestellt, Unter diesen Bedingungen werden durch die Leitung 20 in die Anlage

21 pro Tag 102,3 t (im folgenden als T/D bezeichnet, töns per day) Salzlösung, die 0,5 $ Salz enthält (alle Prozentgehalte sind durch das Gewicht ausgedrückt), geleitet und 100 T/D Wasser, das 0,05 f* Salz enthält* wird über die Leitung

22 entnommen. 25 T/D Salzlösung, die 3,68 fo Salz enthält, wird von der Anlage 22 entnommen und über die Pumpe 24 mit einem Druck von 101 Atmosphären ( ^TT = 61 Atmosphären und Antriebsdruek = 40 Atmosphären) gepumpt. Innerhalb der Anlage

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durchströmen durch die Membranen 21,66 Ψ/D Salzlösung, die 0,226 t Salz enthalten und werden in die Produktlösung abgegeben. 3,44 T/D Salzlösung, die 20 $ Salz enthält, wird über 24 entnommen und 1,14 T/D Salzlösung, die 20 ^σ/° Salz enthält, wird über die Leitung 28 in die Einheit 25 zurückgeführt, während 2,30 T/D Salzlösung mit einem Salzgehalt von 20 fo über die Leitung 30 als Produkt für die weitere Verwendung entnommen v/erden.

Man kann so sehen, dass man durch Kombination der erfindungsgemässen Anlage mit einer bekannten Entsalzungsanlage für ^

Küstenwasser eine Abfalllösung, die aus der Entsalzungsanlage für Küstenwasser 21 stammt und einen Salzgehalt.von 3,68 io enthalten kann, zu einem Salzgehalt von 20$, d.h.. ■ fast dem Sechsfachen, konzentrieren kann und dadurch wird ein wesentlicher Beitrag für die Lösung von Beseitigungsproblemen geleistet.

Bei der Herstellung einer 2O5»igen Salzlösung erfüllt die erfindungsgemässe _t Anordnung die Erfordernisse der Office of Saline Water EFP 14-30-2675, wie sie zuvor erwähnt wurden. Weiterhin gewinnt man durch den Entsalzungsanlagekomplex 97,75 io Frischwasser aus einer Beschickungssalzlösung, die 0,5 io Salz enthält und das durch die Leitung 22 abgegeben wird. { Wenn die Entsalzungsanlage 21 ebenfalls nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeiten würde, dann wäre die Leistungsfähigkeit der umgekehrten Osmoseanlage 21-25, wie sie in Fig. dargestellt ist, wesentlich höher als es von der Office of Saline Water Request for Proposal in einer anderen Anordnung gefordert wird: "....Mehrstufige Umkehrosmoseanlagen mit Produktisolierungen von mehr als 95 $, wenn sie mit Meerwasser bei Salzgehalten bis zu 5000 ppm betrieben werden". (RFP 14-30-2677, publiziert in Desalting Digest,. April 1970).

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer umgekehrten Osmoseeinheit dargestellt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die hier dargestellte Einheit enthält

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einen rostfreien Stahlkörper AO₉ von dem ein Teil abgebrochen ist und der mit zwei Rohrhülsen 41 und 42 aus Epoxyverguss— masse ausgerüstet ist. Das Gerät 40 enthält Öffnungen 43 und 44, um die unter Druck stehende Beschickungssalzlösung einzuführen bzw. um das gesamte Salzkonzentrat zu entnehmen. Eine erste axiale Öffnung 45 dient dazu, um den abgeleiteten Teil des Salzkonzentrats zurückzuführen und eine zweite axiale Öffnung 46 dient dazu, um die verdünnte Salzlösung von der Niedrig— druckseite der Membran zu entnehmen.

Angeordnet innerhalb des Körpers 40 sind eine Reihe kapillarer röhrenförmiger selbsttragender Membranen 46.

Während des Betriebs wird die Beschickungssalzlösung durch die Öffnung 43 eingeführt und fliesst innerhalb des Körpers 40 um jede der röhrenförmigen Membranen der Anordnungen 46, und zwar in einer Richtung von links nach rechts, bezogen auf Pig. 4« Das gesamte Salzkonzentrat wird über die Öffnung entnommen und ein Teil davon wird durch die Öffnung 45 zurückgeführt und in den inneren Raum von jeder der röhrenförmigen Membranen der Anordnungen 46 geleitet. Das Äussere dieser Membranen ist somit die Hochdruckseite und das Innere die Niedrigdruckseite. Die reeyclisierte Salzlösung strömt innerhalb der Röhren der Reihe 46 von rechts nach links, bezogen auf die Fig. 4 und sie wird progressiv mit dem durch die Membranen durchdringenden Material verdünnt. Die verdünnte Salzlösung wird schliesslich am Abnahmeende der Reihen 46 durch die Öffnung 47 entnommen.

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Claims

P atentansprüehe

· Verfahren zur Konzentrierung einer Beschickungslösung durch TJmkehranalyse, dadurch gekennzeichnet* dass man die Beschickungslösung längs einer Seite (Hochdruckseite} einer permselektiven Membran oder längs jeder einer Reihe solcher Membranen pumpt, einen Teil der konzentrierten Lösung, die an der Hochdruckseite austritt» umleitet und ihn längs der umgekehrten (anderen) Seite einer jeden Membran (Medrigdruckseite) gegenläufig zu dem Strom der Hochdruckseite leitet, als Produkt den nieht-umgeleiteten Teil der konzentrierten Lösung, die an der Hochdruckseite anfällt, entnimmt und getrennt davon die verdünnte Lösung, die an der Niedrigdruckseite austritt "bzw, anfällt, abtrennt.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungslösung ein Konzentrat aus einer bekannten Konzentrierungsanlage ist.

3» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält ein Gehäuse mit mindestens einer permselektiven Membran, die eine Hochdruckseite und eine Niedrigdruckseite besitzt* Pumpvorrichtungen, um Salzlösungen unter Druck zu der Hoehdruckseite zu pumpen, Druckreguliervorrichtungen und Ventile, um einen Seil der Salzlösung, die an der Hochdrückseite anfällt, umzuleiten und sie im Gegenstrom längs der liiedrigdruckseite zu führen und Entnahmevorrichtungen für den nicht-umgeleiteten Teil der Salzlösung und für den umgeleiteten Teil der Salzlösung, der an der liiedrigdruckseite anfällt*

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