ES2425449A1 - Procedimiento para la desalación de agua - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la desalación de agua. Para desalar agua mediante ósmosis inversa en dos pasos con rendimiento energético mejorado. Comprende: presurización de un caudal de agua bruta (18) mediante unos primeros medios de presurización (1); desalación del caudal de agua bruta presurizada (10) en un primer módulo de desalación (4) dotado de primeras membranas semipermeables, obteniéndose un primer caudal de permeado (11); presurización del primer caudal de permeado (11); y desalación del primer caudal de permeado presurizado (16) en un segundo módulo de desalación (5). La presión aportada por los primeros medios de presurización (1) es superior a la necesaria según diseño en función de la edad y el estado de las primeras membranas semipermeables y de la temperatura del caudal de agua bruta (18), y se aporta de forma continua, evitándose la instalación de medios de control tales como variadores de frecuencia, en dichos primeros medios de presurización (1).

Description

5
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del tratamiento de agua, en concreto en el campo de la desalación de agua por
10 medio del método de ósmosis inversa en dos pasos. En particular, el objeto de la invención consiste en un procedimiento para la desalación de agua con elevado rendimiento energético.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
15 El proceso de desalación mediante ósmosis inversa es un proceso por el cual se hace pasar una corriente de agua bruta (agua marina o agua salobre) a través de un módulo de membranas semipermeables, obteniéndose una corriente de rechazo (o salmuera), con una concentración
20 salina superior a la de agua bruta, y una corriente de permeado (o agua desalada), con una concentración salina inferior a la del agua bruta.
En un proceso de desalación en varias etapas, se disponen sucesivos módulos de membranas semipermeables, donde la corriente de entrada de
25 cada módulo es la corriente de rechazo del módulo anterior. Asimismo, en un proceso de desalación en varios pasos se disponen sucesivos módulos de membranas semipermeables, donde la corriente de entrada de cada módulo es la corriente de permeado del módulo anterior.
El proceso de desalación comienza con la captación del agua bruta,
que es sometida a un pretratamiento, cuyo fin es adecuar el agua bruta a tratar a las condiciones de operación de las membranas, con el objeto de salvaguardar la integridad de las membranas y alargar su vida útil. La complejidad del pretratamiento depende principalmente de la calidad del agua
5 bruta, pudiendo estar dicho pretratamiento constituido por diferentes procesos, como la filtración, la decantación, etc.
Tras el pretratamiento, el agua bruta es presurizada y conducida hasta las membranas, obteniéndose una corriente de permeado y una corriente de
10 rechazo. La corriente de rechazo, con un alto contenido energético en forma de presión, suele ser utilizada para reducir el consumo energético de la instalación, por medio del uso de equipos de recuperación de energía tales como intercambiadores de presión.
15 Por su parte, si los parámetros de la corriente de permeado no cumplen con las condiciones requeridas, la totalidad o una parte de la corriente de permeado es nuevamente presurizada y conducida hasta un segundo paso, donde dará lugar a una segunda corriente de permeado y una segunda corriente de rechazo. Este procedimiento se puede repetir varias
20 veces, si bien dos o tres pasos suelen ser lo habitual. La solicitud de patente española ES2199654 (Empresa Mixta de Aguas de Las Palmas) describe el empleo de bombas intermedias entre las distintas etapas para aumentar el caudal de permeado, ajustando la presión en cada etapa de modo que la diferencia entre la presión hidráulica y la presión osmótica sea la misma en
25 cada etapa. Sin embargo, la aplicación del objeto de dicha solicitud se circunscribe únicamente al ámbito de la ósmosis por etapas y no por pasos, así como las condiciones de presión en cada etapa están diseñadas con objeto de equilibrar la producción de agua desalada en cada modulo y no para favorecer el ahorro energético en la planta.
Por otra parte, el ajuste del punto de operación de los diferentes bombeos implicados suele realizarse mediante el uso de variadores de frecuencia, que permiten modificar la frecuencia de trabajo de los motores de las bombas y, consecuentemente, la velocidad de giro de las bombas y el
5 punto de funcionamiento de dichas bombas. El empleo de dichos variadores implica una reducción en el rendimiento de la operación, puesto que introducen pérdidas relacionadas con los propios variadores y con los equipos eléctricos asociados.
10 En la solicitud de patente española ES2197766 (Empresa Mixta de Aguas de Las Palmas), se describe el empleo de un by-pass a la primera etapa para adaptar el caudal y la presión a los requerimientos de dicha etapa. Sin embargo, la aplicación del objeto de dicha solicitud se limita al ámbito de la ósmosis por etapas y no por pasos, así como solo se refiere a la primera
15 etapa.
El problema técnico que se plantea consiste en describir una
instalación y un procedimiento para la desalación de agua con un rendimiento
energético mayor que el de los sistemas incluidos en el estado de la técnica.
20
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un método para la desalación de agua bruta de origen salobre o marino, de rendimiento energético mejorado, 25 que presenta las siguientes fases: -presurización del caudal de agua bruta, mediante unos primeros medios de presurización;
-
conducción del caudal de agua bruta presurizada hacia un primer módulo de desalación, donde por ósmosis inversa a través de unas primeras 30 membranas semipermeables se obtiene un primer caudal de permeado, con
una salinidad menor que la del caudal de agua bruta, y un primer caudal de
rechazo, con una salinidad mayor que la del caudal de agua bruta; -presurización de la primera corriente de permeado, mediante unos
segundos medios de presurización; y
5 -conducción del primer caudal de permeado hacia un segundo módulo de desalación, donde por ósmosis inversa a través de unas segundas membranas semipermeables se obtiene un segundo caudal de permeado, con una salinidad menor que la del primer caudal de permeado, y un segundo caudal de rechazo, con una salinidad mayor que la del primer caudal de
10 permeado, donde la energía aportada por los primeros y los segundos medios de presurización es función respectivamente de la temperatura del caudal de agua bruta y del primer caudal de permeado, así como de la edad y el estado de las primeras y las segundas membranas semipermeables.
15 La invención se caracteriza porque los primeros medios de presurización aportan una presión determinada al caudal de agua bruta que es superior a la necesaria según diseño en función de la edad y el estado de las membranas semipermeables y de la temperatura del caudal de agua bruta. De manera preferente, los primeros medios de presurización aportan,
20 durante todo el periodo de operación, la máxima presión admisible al caudal de agua bruta. Esta presión se corresponde con las condiciones más desfavorables consideradas en el diseño, tanto de temperatura del caudal de agua bruta, así como de edad y estado de las primeras membranas semipermeables.
25 De manera preferente, el procedimiento de la invención incorpora la fase adicional de controlar la presión suministrada por los primeros medios de presurización, a través de una válvula dispuesta en el primer caudal de rechazo.
30
Por aportarse una presión superior a la presión de diseño en los primeros medios de presurización, se obtiene un primer caudal de permeado a mayor presión, con el que se alimenta el segundo módulo de presurización. Los segundos medios de presurización se adaptan a los cambios de presión
5 del primer caudal de permeado y suministran la presión de diseño requerida por las segundas membranas y, por tanto, varían su punto de operación en función de las condiciones y requerimientos del procedimiento. El control del punto de operación de los segundos medios de presurización se lleva a cabo preferentemente a través de un variador de frecuencia enclavado a un
10 caudalímetro dispuesto a la salida del segundo caudal de permeado. Dicho segundo módulo de presurización trabaja en condiciones de diseño, de modo que aporta al primer caudal de permeado la presión adecuada en función tanto de las condiciones de temperatura de dicho primer caudal de permeado, así como de la edad y el estado de las segundas membranas.
15 Esto implica que parte de la energía de presión aportada de más en los primeros medios de presurización se ahorra en los segundos medios de presurización, puesto que el primer caudal de permeado ya llega con mayor presión de la correspondiente a diseño.
20 Adicionalmente, por el hecho de tener los primeros medios de presurización trabajando continuamente en dichas condiciones de presión determinadas, se evita la instalación, en dichos primeros medios de presurización, de unos medios de control (preferentemente un variador de
25 frecuencia) lo cual reduce los costes de la instalación, así como evita las perdidas de rendimiento asociadas al funcionamiento de dichos medios de control.
De esta manera, el aumento en el consumo de energía que se 30 experimenta al operar los primeros medios de presurización a una presión
superior a la de diseño, se ve atenuado en parte por el aumento de rendimiento de dicha presurización debido a la supresión del los medios de control (preferentemente variador de frecuencia) que introducen pérdidas. Por otro lado, el consumo de los segundos medios de presurización se ve
5 considerablemente reducido al partir de una alimentación presurizada. Por tanto, el resultado global del procedimiento es un menor consumo energético asociado a los primeros y segundos medios de presurización en global y una reducción de la inversión.
10 DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto
de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de
acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se
15 acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.-Muestra una vista esquemática del procedimiento de la invención
20
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un método para la desalación de agua bruta de origen salobre o marino, de rendimiento energético mejorado, 25 que presenta las siguientes fases: -presurización del caudal de agua bruta (18), mediante unos primeros medios de presurización (1);
-
conducción del caudal de agua bruta presurizada (10) hacia un primer módulo de desalación (4), donde por ósmosis inversa a través de unas 30 primeras membranas semipermeables se obtiene un primer caudal de
permeado (11), con una salinidad menor que la del caudal de agua bruta (18), y un primer caudal de rechazo (12), con una salinidad mayor que la del caudal de agua bruta (18);
-
presurización del primer caudal de permeado (11), mediante unos 5 segundos medios de presurización (2); y
-
conducción del primer caudal de permeado presurizado (16) hacia un segundo módulo de desalación (5), donde por ósmosis inversa a través de unas segundas membranas semipermeables se obtiene un segundo caudal de permeado (14), con una salinidad menor que la del primer caudal de
10 permeado (11), y un segundo caudal de rechazo (15), con una salinidad mayor que la del primer caudal de permeado (11), donde la energía aportada por los primeros medios de presurización (1) y los segundos medios de presurización (2) es función respectivamente de la temperatura del caudal de agua bruta (18) y del primer caudal de permeado (11), así como
15 respectivamente de la edad y el estado de las primeras y las segundas membranas semipermeables.
La invención se caracteriza porque los primeros medios de presurización (1) aportan una determinada energía de presión al caudal de 20 agua bruta (18) que es superior a la necesaria según diseño en función de la edad y el estado de las membranas semipermeables y de la temperatura del caudal de agua bruta (18). De manera preferente, los primeros medios de presurización (1) aportan, durante todo el periodo de operación, la máxima presión admisible al caudal de agua bruta (18). Esta presión se corresponde
25 con las condiciones más desfavorables consideradas en el diseño de la instalación, tanto de temperatura del caudal de agua bruta (18), así como de edad y estado de las primeras membranas semipermeables.
El procedimiento de la invención incorpora la fase adicional de controlar 30 la presión suministrada por los primeros medios de presurización (1), a través
de una válvula (6) dispuesta en el primer caudal de rechazo (12).
Adicionalmente, el procedimiento de desalación comprende la fase de controlar la presión suministrada por los segundos medios de presurización
5 (2), a través de unos medios de control (3), tal que un variador de frecuencia (3), de modo que los segundos medios de presurización (2) aportan la energía de presión acorde a las condiciones de diseño. El variador de frecuencia (3) está enclavado a un caudalímetro (9) dispuesto a la salida del segundo caudal de permeado (14).
10 El procedimiento de desalación comprende la fase adicional de someter al primer caudal de rechazo (12) a una recuperación de energía de presión, mediante un equipo recuperador (7), transmitiendo energía de presión desde dicho primer caudal de rechazo (12) hacia un caudal de
15 realimentación (13) derivado del caudal de agua bruta (18), donde el caudal de realimentación (13) se toma aguas arriba de los primeros medios de presurización (1) y se devuelve aguas abajo de dichos primeros medios de presurización (1) a través de por ejemplo una bomba Booster (8).
20 Asimismo, el procedimiento de la invención comprende la etapa adicional de recircular al menos parte (17) del segundo caudal de rechazo (15) hacia el caudal de agua bruta (18), para aprovechar la menor salinidad de dicho segundo caudal de rechazo (15) respecto del caudal de agua bruta (18), donde la parte (17) del segundo caudal de rechazo (15) recirculado hacia el
25 caudal de agua bruta (18) se incorpora aguas arriba de los primeros medios de presurización (1). De manera preferente, la parte (17) de caudal de rechazo (15) recirculado hacia el caudal de agua bruta (18) es sustancialmente la totalidad del caudal de rechazo (15).

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Procedimiento para la desalación de agua bruta de origen marino o salobre por ósmosis inversa en al menos dos pasos, que comprende las 5 siguientes fases: -presurización del caudal de agua bruta (18), mediante unos primeros medios de presurización (1); -conducción del caudal de agua bruta presurizada (10) hacia un primer módulo de desalación (4), donde por ósmosis inversa a través de unas
    10 primeras membranas semipermeables se obtiene un primer caudal de permeado (11), con una salinidad menor que la del caudal de agua bruta (18), y un primer caudal de rechazo (12), con una salinidad mayor que la del caudal de agua bruta (18);
    -
    presurización del primer caudal de permeado (11), mediante unos 15 segundos medios de presurización (2); y
    -
    conducción del primer caudal de permeado presurizado (16) hacia un segundo módulo de desalación (5), donde por ósmosis inversa a través de unas segundas membranas semipermeables se obtiene un segundo caudal de permeado (14), con una salinidad menor que la del primer caudal de
    20 permeado (11), y un segundo caudal de rechazo (15), con una salinidad mayor que la del primer caudal de permeado (11), donde la energía aportada por los primeros medios de presurización (1) y los segundos medios de presurización (2) es función respectivamente de la temperatura del caudal de agua bruta (18) y del primer caudal de permeado (11), así como
    25 respectivamente de la edad y el estado de las primeras y las segundas membranas semipermeables; caracterizado porque los primeros medios de presurización (1) aportan de forma continua una presión al caudal de agua bruta (18) que es superior a la presión necesaria de diseño, que es función de la edad y el estado de las
    30 membranas semipermeables y de la temperatura del caudal de agua bruta
    (18).
  2. 2.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los primeros medios de presurización
    5 (1) aportan, durante todo el tiempo de operación, la máxima presión admisible al caudal de agua bruta (18), dicha presión se corresponde con las condiciones más desfavorables consideradas en el diseño de la instalación, tanto de temperatura del caudal de agua bruta (18), así como edad y estado de las primeras membranas semipermeables.
    10 3.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa adicional de controlar la presión suministrada por los segundos medios de presurización (2), a través de unos medios de control (3), de modo que los segundos
    15 medios de presurización (2) aportan la energía de presión acorde a las condiciones de diseño.
  3. 4.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende la
    20 etapa adicional de controlar la presión suministrada por los primeros medios de presurización (1), a través de una válvula (6) dispuesta en el primer caudal de rechazo (12).
  4. 5.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la
    25 reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa adicional de someter al primer caudal de rechazo (12) a una recuperación de energía de presión, mediante un equipo recuperador (7), transmitiendo energía de presión desde dicho primer caudal de rechazo (12) hacia un caudal de realimentación (13) derivado del caudal de agua bruta (18).
    30
  5. 6.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el caudal de realimentación (13) se toma aguas arriba de los primeros medios de presurización (1) y se devuelve aguas abajo de dichos primeros medios de presurización (1).
    5
  6. 7.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa adicional de recircular al menos parte (17) del segundo caudal de rechazo (15) hacia el caudal de agua bruta (18), para aprovechar la menor salinidad de dicho
    10 segundo caudal de rechazo (15) respecto del caudal de agua bruta (18).
  7. 8.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la parte (17) del segundo caudal de rechazo (15) recirculada hacia el caudal de agua bruta (18) se incorpora
    15 aguas arriba de los primeros medios de presurización (1).
  8. 9.-Procedimiento para la desalación de agua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la parte (17) de caudal de rechazo (15) recirculado hacia el caudal de agua bruta (18) es
    20 sustancialmente la totalidad del caudal de rechazo (15).
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