ES2401643B1

ES2401643B1 - Módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para la desalación de aguas salobres

Info

Publication number: ES2401643B1
Application number: ES201001375A
Authority: ES
Inventors: Yarob Tilouni Yosef
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2013-09-16
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: ES2401643R1; ES2401643A2

Abstract

Módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para desalación de aguas salobres.#El objeto de la presente es la implementación de un sistema de desalación para aguas salobres con aplicaciones varias. El módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para desalación de aguas salobres propuesto consta de un sistema de electrodiálisis reversible en el que las dos etapas hidráulicas y eléctricas se combinan en un único ?stack? o pila, de forma que, intercalando un segundo par de electrodos en el corazón del sistema, se duplican tanto las etapas hidráulicas como las eléctricas sin incrementar la superficie en planta ocupada por un sistema convencional de electrodiálisis. Con la presente invención se consigue un sistema en dos etapas compacto compuesto por un único elemento, incrementando el rendimiento de corte de sales de una pila de electrodiálisis convencional con la misma superficie de ocupación.

Description

Módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para desalación de aguas salobres

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de procesos de desalación de aguas, más concretamente en el relativo a la reducción del contenido en sales.

Estado de la técnica anterior

Actualmente, existen pilas de electrodiálisis en las que tiene lugar la separación de sales, constituidas por membranas, espaciadores, electrodos y piezas de sujeción y protección, dando lugar a un único paquete de membranas y un sistema de desalación en una única etapa.

Así, en el caso de necesitar aumentar la proporción de sales eliminada por el sistema, se hace necesario trabajar por etapas, tanto hidráulicas como eléctricas. De este modo se consigue suministrar un área suficiente de membrana y tiempo de retención para eliminar una fracción de sal especificada de la corriente desmineralizada.

La presente invención propone la disposición de dos etapas dentro de una misma pila de electrodiálisis, para conseguir las etapas de desalación necesarias que permitan llegar al valor perseguido de reducción de sales.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se encarga de la reducción del contenido en sales en aguas de distinta naturaleza mediante electrólisis en dos etapas.

Estas aguas pueden ser: aguas procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), aguas de tratamientos terciarios de depuración, aguas superficiales, aguas de galería y aguas procedentes de procesos industriales.

Gracias a la aplicación de dicho sistema, las aguas podrán ser usadas en: aplicaciones agrícolas, en consumo doméstico y procesos industriales, dependiendo de la procedencia de la misma y de la normativa de aplicación en cada caso.

El sistema que se propone consta de un sistema de electrodiálisis reversible en el que dos etapas hidráulicas y eléctricas se combinan en un único “stack” o pila, intercalando un segundo par de electrodos (elemento 4) en el corazón del sistema. Así, se duplican tanto las etapas hidráulicas como las eléctricas sin incrementar la superficie en planta ocupada, consiguiendo así un sistema en dos etapas compuesto por un único elemento, incrementando el rendimiento de corte de sales de una pila de electrodiálisis convencional, resolviendo los problemas de polarización, aumentos de presión y evitando problemas de limitaciones en la extracción de sales.

El agua de alimentación entra en la pila a través de los orificios verticales de sus extremos y va penetrando en los compartimentos de desmineralización a través de los canales dispuestos para ello en los espaciadores. De este modo, el caudal de entrada circula en paralelo solamente a través de los compartimientos de desmineralización. El concentrado lo hace de igual forma pero a través de los compartimientos de concentrado. Esto se consigue por la disposición de los espaciadores, los cuales se disponen alternativamente entre las membranas con dos orientaciones distintas, rotando 180º uno respecto al anterior, con lo que tendremos espaciadores de flujo de diluido, a través de los cuales sólo fluye el diluido, y espaciadores de flujo de concentrado, a través de los cuales sólo fluye el concentrado.

Observando el detalle del espaciador en la figura 3, se comprende que si giramos el mismo 180º, el caudal que éste dirigía hacia los compartimentos de diluido, irá ahora hacia los de concentrado, de ahí que la disposición de éstos sea siempre alternativa. Hay que destacar que el agua fluye sobre las membranas y no a través de ellas. A medida que el agua fluye sobre la superficie de la membrana, los iones son transferidos eléctricamente desde la corriente de desmineralizado a la de concentrado bajo la influencia del potencial aplicado.

La solución de los dos compartimientos de electrodos no se mezcla con las corrientes de desmineralizado y concentrado, y, al salir de la pila, es enviada a un desgasificador para expulsar los gases generados en la reacción.

Por tanto, hidráulicamente nos encontramos con tres circuitos independientes: el primero se encarga del lavado de los electrodos con una solución preparada y conduce la corriente eléctrica hasta las membranas externas de trabajo; el segundo, de diluido, y el tercero, de concentrado, pasan a través de los canales realizados con los separadores.

El fluido de trabajo se introduce en los compartimentos o cámaras a través de pequeños canales de distribución, alimentados por el canal principal, situados en el perímetro del paquete de membranas, y sale de estos por la cara opuesta en una disposición similar a la anterior. El fluido desmineralizado, desalinizado o diluido, se colecta mediante tuberías al igual que ocurre con el concentrado o salmuera. El circuito de salmuera funciona en bucle cerrado con un mínimo caudal de rechazo.

En la pila, existirá una unidad que se repite llamada "par de célula" que está constituida por una membrana de transferencia catiónica, un espaciador de flujo de agua desmineralizada, una membrana de transferencia aniónica y un espaciador de flujo de concentrado.

Los espacios entre las membranas representan las zonas de flujo de las corrientes desmineralizada y concentrada. Estas zonas o áreas de paso del agua están constituidas por separadores plásticos llamadas espaciadores. Están fabricados en polietileno de baja densidad y dispuestos en la pila de tal forma que todas las corrientes de flujo desmineralizado están unidas en un colector de entrada y otro de salida, lo mismo que ocurre con las de concentrado.

Para permitir las dos etapas dentro de la misma pila, se utilizará un elemento intermedio que estará configurado de tal manera que permitirá la colocación de ambos conjuntos y el paso de los distintos flujos de una etapa a la otra. Todo el conjunto quedará compactado por medio de los pernos y placas de sujeción superior e inferior dando lugar a la pila de electrodiálisis en dos etapas que se propone.

Descripción de los dibujos

Para facilitar la explicación, se acompaña la presente memoria de unos dibujos en los que se muestran los diferentes elementos que componen el sistema, según los principios de las reivindicaciones.

En los dibujos:

La figura 1 representa una vista en alzado, perfil y planta del módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para desalación de aguas salobres en la que se distinguen:

1 y 2- Tubería de entrada y salida de los distintos flujos (alimentación o diluido y concentrado) Estos canales se invertirán dependiendo de la polaridad dado que el sistema es reversible.

3- Tubería de entrada y salida del caudal de electrodos.

4 – Situación de electrodos en cada una de las etapas.

5 – “Stack” o pila de membranas y espaciadores para el proceso de electrodiálisis de la etapa 1.

6 - “Stack” o pila de membranas y espaciadores para el proceso de electrodiálisis de la etapa 2.

Además de estos elementos señalados, se observan el resto de elementos como son las placas de fijación, superior, intermedia e inferior, las varillas de fijación y el resto de elementos de ensamblaje.

La figura 2 representa una vista isométrica de la pila de electrodiálisis en dos etapas en la que se distinguen:

3- Tubería de entrada y salida del caudal de electrodos.

4 – Situación de electrodos en cada una de las etapas.

En la figura 3 se muestra un detalle de uno de los espaciadores entre membranas encargados de la distribución de los flujos de concentrado y diluido en el interior de la pila a través de cada una de las membranas que componen el sistema. Mediante la colocación de éstos girados 180º uno respecto a otro y entre las membranas, se consiguen crear cada uno de los canales de distribución de los flujos. El caudal de agua entrará por dos de cada cuatro agujeros destinados a ello y pasará a través de la malla que genera una turbulencia que favorece el fenómeno de electrodiálisis.

En la figura 4 se muestra un detalle de las membranas, la forma es similar en el caso de las membranas catiónicas y aniónicas. Cada una de ellas presenta una de sus esquinas cortadas para identificar la posición de las mismas durante el montaje de la pila.

En la figura 5 se detallan las placas soporte de los electrodos y los propios electrodos. La imagen A se corresponde con los soportes de electrodos altos y bajos, dónde el elemento 7 es la placa soporte fabricada en PVC y el elemento 8 es el electrodo. La imagen B se corresponde con los soportes de electrodos del elemento intermedio, ya que éste debe permitir el paso del flujo a la segunda etapa del sistema de electrodiálisis.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Módulo de electrodiálisis reversible en dos etapas para desalación de aguas salobres que comprende una unidad de electrodiálisis mediante membranas de intercambio iónico (catiónicas y aniónicas), espaciadores, 4 electrodos, 2 en los marcos soporte inferior y superior y otros 2 en el marco soporte intermedio, y placas de sujeción dispuestos de tal

5 manera que componen un sistema en dos etapas de desalación en una única pila.
2. Un sistema, según la reivindicación 1, en el que cada una de las etapas hidráulicas y eléctricas están compuestas de una unidad denominada paquete de membranas compuesto por un número definido entre 200 y 500 pares de membranas dependiendo del caudal a obtener compuestos por una membrana catiónica, un espaciador, una membrana aniónica y otro espaciador, que se colocarán entre los marcos de soporte que albergarán los electrodos y fijadas

10 mediante varillas de sujeción.
3. Un sistema, según la reivindicación 2, que se caracteriza por disponer de un marco soporte intermedio que separa la pila de membranas en dos etapas hidráulicas y eléctricas y que aloja los electrodos intermedios.

Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201001375

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 20.10.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : B01D61/50 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

US 3149062 A (JAN GOTTSCHAL AUKO et al.) 15.09.1964, 1-3

columna 3, línea 36 – columna 6, línea 32; figuras.

X

US 2987464 A (REUEL WILSON JOHN et al.) 06.06.1961, 1-3

columna 2, línea 17 – columna 4, línea 34; figuras.

A

GB 948915 A (SOUTH AFRICAN COUNCIL FOR SCIE) 05.02.1964, 1-3

página 3, línea 17 – página 6, línea 25; figuras.

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 16.05.2013

Examinador R. E. Reyes Lizcano Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201001375

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B01D, C02F Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201001375

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 16.05.2013

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones 1 a 3 Reivindicaciones SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1 a 3 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201001375

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

US 3149062 A (JAN GOTTSCHAL AUKO et al.) 15.09.1964

D02

US 2987464 A (REUEL WILSON JOHN et al.) 06.06.1961
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

En relación a la reivindicación independiente 1, el documento D01 divulga un módulo de electrodiálisis reversible de múltiples celdas adecuado para desalación de aguas salobres, que comprende una unidad de electrodiálisis mediante membranas de intercambio iónico (6, 8), espaciadores (4) entre las membranas, electrodos (2), dos en los marcos soporte inferior y superior (1) y otros dos en cada par de marcos soporte intermedios (10, 11), y unas placas de sujeción que unen estos diferentes componentes en una pila única (ver columna 6, líneas 10 a 25; figura 5). El documento D02 también divulga estas características técnicas (ver columna 3, líneas 2 a 9; figura 4). La diferencia esencial entre la reivindicación 1 y el documento D01, es que D01 no divulga que el módulo de electrodiálisis comprenda un solo marco soporte intermedio con dos electrodos. Sin embargo, se considera que el hecho de que el módulo de electrodiálisis comprenda un marco soporte intermedio con dos electrodos proporciona el mismo efecto técnico que el que comprenda un par de marcos soporte intermedios con dos electrodos. Un experto en la materia podría considerar como opción normal de diseño usar un marco soporte intermedio en lugar de un par. Por lo tanto, la reivindicación 1 no implica actividad inventiva a la vista del estado de la técnica conocido (art. 8.1 LP). En relación a las reivindicaciones 2 y 3, dependientes de la reivindicación 1, se considera que tampoco implican actividad inventiva según el art. 8.1 LP ya que el documento D01 (columna 3, líneas 45 a 50; figura 5) divulga que las múltiples celdas, separadas por pares de marcos soporte intermedios, se componen de un paquete de membranas compuesto por pares de membranas, compuestos por una membrana catiónica, un espaciador, una membrana aniónica y otro espaciador, colocados entre los pares de marcos soporte. El documento D02 también divulga estas características técnicas (ver columna 1, líneas 13 a 33).

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4