ES2326024A1 - Procedimiento e instalacion para el tratamiento de liquidos por osmosis inversa. - Google Patents

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ES2326024A1 ES200930126A ES200930126A ES2326024A1 ES 2326024 A1 ES2326024 A1 ES 2326024A1 ES 200930126 A ES200930126 A ES 200930126A ES 200930126 A ES200930126 A ES 200930126A ES 2326024 A1 ES2326024 A1 ES 2326024A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01DSEPARATION
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Abstract

Procedimiento e instalación para el tratamiento de líquidos por osmosis inversa, que comprende hacer circular el líquido a tratar en sentido descendente a través de una cámara definida por una carcasa (1) que está abierta lateralmente en su zona media hacia un compartimento periférico (10) en el que van dispuestas membranas osmóticas (11) de filtrado, imprimiendo al líquido una velocidad angular, mediante tabiques radiales giratorios alrededor del eje vertical de la carcasa (1), para impulsar a dicho líquido contra las membranas osmóticas (11), a una presión superior a la osmótica. Mediante los mismos tabiques radiales se recupera, en la parte inferior de la carcasa (1), la energía del líquido que no alcanza el compartimento periférico 10.

Description

Procedimiento e instalación para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, especialmente aplicable al tratamiento de aguas, por ejemplo para desalación y/o depuración de aguas. La invención incluye también la instalación para la realización de dicho procedimiento.
Antecedentes de la invención
En los sistemas convencionales para desalación del agua del mar en instalaciones terrestres la recuperación de la energía sobrante del agua de rechazo se hace a través de transferencias, con cambios en los tipos de energía: de energía hidráulica a energía mecánica y tal vez eléctrica y viceversa. Cada vez que se cambia del tipo de energía hay, generalmente, un coeficiente de recuperación entre el 70% y 90% según los casos. Ello supone en todo el proceso de recuperación un rendimiento bajo.
En las instalaciones tradicionales, las membranas osmóticas mas utilizadas son las de espiral-cartucho, que se fabrican con una resistencia de unos 90 bares. y unas buenas propiedades de rechazo y de permeación.
También se fabrican membranas de fibra hueca que consisten en un haz de microtubos. Igualmente pueden citarse las membranas de placa, para aplicaciones especiales en ciertas industrias o depuraciones de agua. Han sido también utilizadas las membranas tubulares, actualmente en desuso.
Descripción de la invención
La presente invención tiene por objeto un procedimiento e instalación para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa con el que se consiga una transferencia inmediata de la energía sobrante permaneciendo en modo hidrodinámico alrededor de un solo eje, todo ello de modo que permita mejorar o reducir el coste energético de la ósmosis inversa.
Otro objeto de la invención es simplificar los sistemas tradicionales de tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, consiguiendo un abaratamiento del coste del m^{3} de líquido tratado, especialmente para tratamiento de aguas en instalaciones pequeñas, con caudales del orden de 10 a 100 m^{3} día.
De acuerdo con el procedimiento de la invención, el líquido a tratar se hace circular en sentido descendente a través de una cámara que está abierta lateralmente en su zona media hacia un compartimento periférico en el que van dispuestas membranas osmóticas de filtrado. A este agua que desciende a través de la cámara citada se le imprime una velocidad angular, de modo que sea impulsada la pared lateral de la cámara y hacia el compartimento periférico y contra las membranas osmóticas. La velocidad angular a imprimir al agua que desciende a través de la cámara será suficiente para que al menos parte de dicha agua adquiera una fuerza centrífuga suficiente para que incida contra las membranas osmóticas a una presión superior a la ósmosis. La energía del líquido que no alcanza el compartimento periférico y membranas es recuperada por los mismos medios encargados de imprimir la velocidad angular correntada al líquido que desciende a través de la cámara.
En el procedimiento de la invención las membranas osmóticas a utilizar serán de tipo tubular, pero con la superficie activa de la membrana en el exterior del cilindro y el soporte de acero en la parte interna.
La instalación para la realización del procedimiento descrito comprende una carcasa que define la cámara a través de la que se hace circular el líquido a tratar en sentido descendente. Dentro de esta carcasa va dispuesta una serie de tabiques radiales giratorios alrededor de un eje vertical, preferentemente coincidente con el eje de la carcasa. Estos tabiques imprimen al agua una velocidad angular que la impulsa hacia la pared de la carcasa.
Preferentemente la carcasa incluirá un tramo central de sección horizontal constante y tramos superior e inferior de sección decreciente a partir de dicho tramo central. Por ejemplo el tramo central puede ser de configuración cilíndrica y los tramos superior e inferior de configuración troncocónica, quedando el tramo superior rematado en una boca superior de entrada y el tramo inferior rematado en una boca inferior de salida. Por su parte el tramo central de la carcasa estará lateralmente abierto hacia un compartimento periférico en el que van dispuestas las membranas osmóticas, hacia las que es impulsada el agua para su filtrado.
Según se ha indicado anteriormente, las membranas osmóticas serán de configuración tubular, con la parte activa de la membrana en la superficie exterior del tubular, estando dispuestas verticalmente en el compartimento anular, desembocando inferiormente en un colector de recogida de agua permeada o filtrada. La membrana osmótica de configuración tubular incluirá una armadura interna sobre la que va dispuesta exteriormente dicha membrana.
Los tabiques radiales pueden ir fijados a la pared de la carcasa, siendo entonces la carcasa giratoria, a partir de un mecanismo de accionamiento.
También la carcasa puede ser fija y los tabiques radiales ir montados en una estructura giratoria dentro de la carcasa.
Los tabiques pueden discurrir a todo lo alto de la carcasa y en cualquier caso el diseño de los mismos deberá ser tanto mas adecuado y perfecto cuanto mayor sea el caudal que intervenga en el proceso. Estos tabiques pueden ser por ejemplo planos, discurriendo diametralmente y conteniendo el eje de giro. También los tabiques pueden ser de trazado radial curvo, de geometría cilíndrica paralela al eje de giro. La superficie curvada de cada tabique mantiene su forma cilíndrica a través de las zonas alta, media y baja de la carcasa. En la zona baja obliga a las partículas de agua, para un radio cada vez menor, a ceder energía al eje, actuando en esta parte como si de una turbina se tratara para la recuperación de energía cinética, mientras que en el tramo cónico superior se comunica al líquido la energía cinética giratoria que lo impulsará en la zona media hacia el compartimento anular.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra, de forma esquemática y a título de ejemplo no limitativo, una instalación para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, de acuerdo con el procedimiento de la invención, siendo:
La figura 1 una sección vertical de una instalación para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, constituida de acuerdo con la invención.
La figura 2 una sección diametral esquemática de la carcasa que define la cámara a través de la que se hace circular el agua en sentido descendente, incluyendo el compartimento anular y con secciones de los tabiques internos a diferentes alturas.
La figura 3 una perspectiva parcialmente seccionada de una de las membranas osmóticas tubulares utilizadas en la instalación de la invención.
Descripción detallada de un modo de realización
Para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, de acuerdo con el procedimiento de la invención, el líquido a tratar se hace circular en sentido descendente a través de una cámara en la que se imprime además a dicho agua una velocidad angular que la impulsa hacia un compartimento periférico en el que van dispuestas las membranas osmóticas de filtrado. La velocidad angular que se le imprime al agua que desciende a través de la cámara será suficiente para que al menos parte de dicha agua adquiera una fuerza centrífuga para incidir sobre las membranas osmóticas a una presión superior a la de ósmosis.
La instalación para llevar a cabo este procedimiento se representa en la figura 1 y comprende una cámara limitada por una carcasa 1 que esta compuesta, en el ejemplo representado, por un tramo central 2 de sección horizontal constante, por ejemplo de forma cilíndrica, y tramos superior 3 e inferior 4 de sección decreciente a partir del tramo central 2, siendo preferentemente estos tramos 3 y 4 de configuración cónica. El tramo superior 3 queda rematado en una boca superior 5 que queda en comunicación con un depósito 6 contenedor del líquido a tratar, con una válvula de paso 7. Por su parte el tramo inferior 4 queda rematado en su parte inferior en una boca 8 de salida, dotada también de válvula 9 de paso.
El tramo intermedio 2 va abierto lateralmente y queda en comunicación con un compartimento periférico 10 en el que van instaladas las membranas osmóticas 11, de configuración tubular, que desembocan inferiormente en un colector 12 para recogida del agua permeada o filtrada.
De acuerdo con el procedimiento de la invención, al líquido a tratar que desciende a través de la cámara definida por la carcasa 1 se le imprime una velocidad angular para impulsarla hacia el compartimento periférico 10 y contra las membranas osmóticas 11. Para ello, de acuerdo con la invención, dentro de la carcasa 1 van dispuestos tabiques, que pueden ser planos con disposición diametral, o bien ser de trazado radial curvo, con geometría cilíndrica paralela al eje de giro 13, figura 2, coincidente con el eje de la carcasa 1. Los tabiques pueden adoptar una configuración en espiral, tal y como se muestra en la figura 2, donde se representan tres secciones a diferente altura de los tabiques 14, una superior, a través de un punto intermedio del tramo superior 3, una intermedia, a través de un punto del tramo central 2, y otra inferior, a través de un punto intermedio del tramo inferior 4.
En los tramos superior 3 e intermedio 2 los tabiques 14 imprimirán al líquido que se trata una velocidad angular suficiente para que al menos parte del agua que circular en sentido descendente a través de la cámara que conforma la carcasa 1 adquiera una fuerza centrífuga para incidir contra las membranas osmóticas 11 con una presión superior a la de ósmosis.
Los tabiques 14 pueden ir fijados a la pared de la carcasa 1, en cuyo caso la carcasa será giratoria alrededor del eje 13 de la misma, para ello puede ir montada sobre rodamientos inferiores 15 y superiores 16 y relacionada con un mecanismo de accionamiento 17, cuyo eje 18 no será coincidente con el eje 13 de la carcasa 1. Esta disposición permitiría disponer dos carcasas 1 simétricas actuadas por el mismo mecanismo de accionamiento 17.
Los tabiques 14 pueden también ser independientes de la pared de la carcasa 1, estando entonces montados en una estructura giratoria dentro de la carcasa 1.
Según se muestra en la figura 3 las membranas osmóticas de estructura tubular, de acuerdo con la invención, comprenden, según se muestra en la figura 3, una armadura o soporte interno 20 sobre el que va dispuesta exteriormente la membrana osmótica 21.
La armadura 20 puede quedar rematada según el extremo inferior de la figura 3 por un tramo roscado 22 para su montaje en el compartimento 11 de la instalación, por ejemplo mediante casquillo 23 y tuerca 24.
En el tramo inferior 4 de la carcasa, con un radio cada vez menor en sentido descendente, se obliga a que el agua ceda su energía a los tabiques 14, actuando como una turbina para la recuperación de la energía cinética del agua que no ha sido filtrada, en los tubulares, hacia el exterior del compartimento periférico 10.
Las membranas osmóticas tubulares pueden estar dispuestas según una o varias coronas, dependiendo del margen de presiones en el espacio anular del compartimento 10 y que será función del incremento del radio de este compartimento y del régimen de revoluciones por minuto. En la parte interna del compartimento anular 10 se deberá sobrepasar la presión de ósmosis efectiva, mientras que en la parte externa, la presión deberá estar limitada por la resistencia mecánica de los tubulares, de modo que en las grandes instalaciones el número de coronas de tubulares 11 podrá ser mayor que en los aparatos pequeños. Las membranas osmóticas de tipo tubular al estar rodeadas por el medio líquido gozarán de una amortiguación de las eventuales vibraciones y presiones diferenciales. Por otra parte su posición en el espacio anular del compartimento 10 debe facilitar su manipulación para sustitución o limpieza. El agua permeada durante el funcionamiento de la instalación descenderá por el interior de cada tubular 11 hasta caer en el colector 12.
La disposición de la figura 1 permite, tal y como ya se ha indicado, con un mecanismo de accionamiento 17, por ejemplo a base de ruedas de engrane, accionar dos carcasas 1 dispuestas simétricamente, lo que permitirá duplicar la producción y asegurar el suministro en caso de reparación, limpieza o recambio de elementos de una de ellas. El accionamiento de la instalación puede llevarse a cabo por diferentes sistemas, por ejemplo por energía eólica directa.

Claims (10)

1. Procedimiento de tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, caracterizado porque comprende:
a) hacer circular el líquido a tratar en sentido descendente a través de una cámara que está abierta lateralmente en su zona media hacia un compartimento periférico en el que van dispuestas membranas osmóticas de filtrado; y
b) imprimir al líquido que circula en sentido descendente a través de la cámara una velocidad angular para impulsarla hacia el compartimento periférico y contra las membranas osmóticas, siendo dicha velocidad angular suficiente para que al menos parte del agua que ha de circular a través de la cámara adquiera una fuerza centrífuga suficiente para que incida contra las membranas osmóticas a una presión superior a la de ósmosis;
c) recuperar la energía del líquido que no alcanza el compartimento periférico y membranas por los mismos medios encargados de imprimir la velocidad angular al agua que desciende a través de la cámara.
2. Instalación para el tratamiento de líquidos por ósmosis inversa, caracterizada porque comprende una carcasa que define una cámara a través de la que se hace circular el líquido a tratar en sentido descendente, dentro de la que se aloja una serie de tabiques radiales giratorios alrededor de un eje vertical, que imprimen al agua una velocidad angular que la impulsa hacia las paredes de la carcasa; cuya carcasa comprende un tramo central de sección horizontal constante y tramo superior e inferior de sección decreciente a partir de dicho tramo central; estando el tramo superior dotado de una boca superior de entrada, y el tramo inferior de una boca inferior de salida, mientras que el tramo central esta lateralmente abierto hacia un compartimento periférico en el que van dispuestas membranas osmóticas hacia las que es impulsada el agua, para su filtrado.
3. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada porque la carcasa adopta una configuración de cuerpo de revolución, con cuyo eje es coincidente el eje de giro de los tabiques radiales.
4. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque el tramo central de la carcasa es de configuración cilíndrica y los tramos superior e inferior de configuración troncocónica.
5. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada porque las membranas osmóticas son de configuración tubular, con la parte activa de la membrana en la superficie exterior del tubular, quedando soportadas por una armadura interna, estando dichas membranas dispuestas verticalmente en el compartimento anular, desembocando inferiormente en un colector de recogida de agua permeada o filtrada.
6. Instalación según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque la carcasa es giratoria alrededor de su eje vertical y los tabiques radiales van fijados a la pared de dicha carcasa.
7. Instalación según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque la carcasa es fija y los tabiques radiales van montados en una estructura giratoria dispuesta dentro de dicha carcasa.
8. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada porque los tabiques discurren a todo lo alto de la carcasa.
9. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada porque los tabiques radiales son planos.
10. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque los tabiques radiales son de trazado radial curvo, con geometría cilíndrica paralela al eje de giro.
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