DE2719907C2 - Verfahren zur Behebung der Konzentrationspolarisation bei submarinen Meerwasserentsalzungsanlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behebung der Konzentrationspolarisation bei submarinen, auf dem Prinzip der Umkehrosmose beruhenden Meerwas-Serentsalzungsanlagen unter Erzeugung einer Relativgeschwindigkeit zwischen den semipermeablen Membranen und dem sie umgebenden Meerwasser.

Bei der Umkehrosmose von Lösungen ergibt sich infolge des Entzugs des Lösungsmittels vor dem semipermeablen Membranen theoretisch stets eine Anreicherung des gelösten Stoffes, die sogenannte Konzentrationspolarisation.

Diese ist nachteilig, weil sie einen höheren Energieaufwand für die Stofftrennung erfordert und zu einer höheren Konzentration des gelösten Stoffes im Permeat führt. Auch die Funktion submariner, nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitender Entsalzungsanlagen kann durch diesen Umstand wesentlich beeinträchtigt werden, seitdem es in neuester Zeit der Membrantechnologie gelungen ist, eine beträchtliche Steigerung der spezifischen Permealflüsse zu erreichen.

Im Gegensatz zu Meerwasserentsalzungsanlagen an der Küste unterliegen in der Meerestiefe vorzusehende submarine, nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitende Anlagen, wie sie u. a. von B. C. Drude in Desalination, 2. S. 325 ff. (1967) bzw. »Meerestechnik« (mt. 1976, Nr. 5. Oktober, Seiten 145-149) beschrieben sind, keinerlei grundsätzlichen Einschränkungen in Hinsicht auf Größe, Gestalt, Anordnung und Raumbedarf der Membrankörper; daher lassen sie prinzipiell auch Membranen niedrigen spezifischen Flusses mit entsprechend großen Oberflächen zu. Bei dem ersten Konzept den sogenannten »Quellkorb«-Anlagen konnte man davon ausgehen, daß die natürlichen, auf Unterschieden der Konzentration, Temperatur und anderen Umständen beruhenden Bewegungen des Meerwassers in der Tiefe es angesichts der geringen bis dahin erzielten spezifischen Flüsse von wenigen cm pro Tag zu keiner Konzentrationspolarisation in störender Größe kommen lassen würden. Auch neuere Untersuchungen über die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen (Peters, Klapp und Drude, »Feasibility study on submarine units for reverse osmosis«, Proc. 5, Internat. Symp. on Fresh Water from the Sea, 4. S. 365 ff., Athen

1976) rechnen mit spezifischen Flüssen dieser Größenordnung.

In jüngster Zeit ist es jedoch gelungen, durch neue Werkstoffe und anderen Aufbau der Membranen das Mehrfache dieser Durchsätze zu erreichen (Riley u. a, »Spiral-wound poly (ether/amide) thinfilm composite membrane systems«, Proc I. Desalination Congress of the American Continent, Mexico City, October 1976, Elsevier Scient Publ. Co, Amsterdam, paper 11-1; Murayama u. a, ebendort, paper: IV-8). Zwar sind Membranen solcher Leistung, die eine entsprechende Verkleinerung der benötigten Membranflächen gestatten, bisher ausschließlich für Landanlagen vorgesehen und noch nicht mit dem Konzept submariner Entsalzungsanlagen in Zusammenhang gebracht worden; doch werden die natürlichen Tiefenströtnungen nicht mehr genügen, um die KonzentrationEpolarisation in erträglichen Grenzen zu walten.

Aus der Literaturstelle »Verfahrenstechnik^ (6, 1972 Nr. 1 Seiten 19—22) ist es bekannt, daß man die Konzentrationspolarisation durch Erzeugen einer Strömung an der Membran verhindern bzw. beseitigen kann.

Die bei Landanlagen einsetzbaren Geräte lassen sich jedoch für submarine Anlagen nicht verwenden, denn einerseits sind die Probleme bei der Installation, andererseits bei der Wartung wesentlich größer, und zwar aufgrund des Einsatzes in Tiefen zwischen 400 und lOOOm.

Ein weiterer Gesichtspunkt ist, daß submarine Entsalzungsanlagen sehr energiesparend arbeiten und damit die Einrichtungen, die zur Behebung der Konzentrationspolarisation angewandt werden sollen, nicht diesen wesentlichen Vorteil durch erhöhten Energiebedarf aufheben dürfen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dem man die Konzentrationspolarisation zwischen den semipermeablen Membranen und dem umgebenden Meerwasser bei submarinen Entsalzungsanlagen ohne zusätzlichen Energiebedarf beheben kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß man die natürlichen periodischen Bewegungen des Meerwassers in höheren Meeresschichten oder an der Meeresoberfläche durch konstruktive Elemente auf die submarine Anlage überträgt

Möglich ist es auch, die Bewegungen eines an der Meeresoberfläche befindlichen Fahrzeuges auf die submarine Anlage zu übertragen.

Bei diesem Verfahren wird die submarine Umkehrosmose Meeresentsalzungsanlage nicht am Meeresboden verankert, sondern in geeigneter Cinsatztiefe an einem an der Meeresoberfläche schwimmenden Körper oder einem Fahrzeug hängend angeordnet, z. B. in küstenfernen Gebieten, an einem der Rohstoffaufbereitung dienenden Schiff u. a.

Die submarine Entsalzungsanlage kann aber auch von einem Fahrzeug geschleppt werden, in dem auch das Süßwasser gespeici.ct wird, wobei durch das Zusammenwirken des durch den Zug der Verbindungsleitung bedingten Auftriebes und des im entgegengesetzten Sinne wirkenden Abtriebs infolge des Gewichts der Anlage im Meerwasser eine horizontale Bewegung der Anlag«; in der gewünschten Meerestiefe und eine genügende Um- oder Überspülung der Membranen erreicht wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behebung der Konzentrationspolarisation bei submarinen, auf dem Prinzip der Umkehr-Osmose beruhenden Meerwasserentsalzungsanlagen unter Erzeugung einer Relativgeschwindigkeit zwischen den semipermeablen Membranen und dem sie umgebenden Meerwasser, dadurch gekennzeichnet, daß man die natürlichen, periodischen Bewegungen des Meerwassers in höheren Meeresschichten oder an der Meeresoberfläche durch konstruktive Elemente auf die submarine Anlage überträgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung eines an der Meeresoberfläche befindlichen Fahrzeuges auf die submarine Anlage übertragen wird.