ES2600323T3 - Planta y proceso de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa - Google Patents

Planta y proceso de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa Download PDF

Info

Publication number
ES2600323T3
ES2600323T3 ES11159409.9T ES11159409T ES2600323T3 ES 2600323 T3 ES2600323 T3 ES 2600323T3 ES 11159409 T ES11159409 T ES 11159409T ES 2600323 T3 ES2600323 T3 ES 2600323T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
unit
performance
flow
pump
plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES11159409.9T
Other languages
English (en)
Inventor
Frieder Dornseifer
Raff Metz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
Original Assignee
KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201010012671 external-priority patent/DE102010012671A1/de
Application filed by KSB AG, Klein Schanzlin and Becker AG filed Critical KSB AG
Application granted granted Critical
Publication of ES2600323T3 publication Critical patent/ES2600323T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/12—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/06—Energy recovery
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/20—Power consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/24—Specific pressurizing or depressurizing means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/005—Processes using a programmable logic controller [PLC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/03—Pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/05—Conductivity or salinity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Planta de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa, con una bomba (1), una unidad de membrana (3), una unidad de recuperación de energía (6), al menos un sensor (10, 11, 12, 14, 15) y una unidad de valoración (7), donde la bomba (1) conduce un flujo de alimentación (2) a la unidad de membrana (3) y la unidad de membrana (3) separa el flujo de alimentación (2) en un flujo de permeado (4) y un flujo de rechazo (5), donde el valor real del rendimiento de la planta es el resultado de la relación entre el flujo de permeado (4) y el flujo de alimentación (2) y el flujo de rechazo (5) se conduce a la unidad de recuperación de energía (6), donde al menos un sensor (10, 11, 12, 14, 15) registra valores de medición y los transmite a una unidad de valoración (7), caracterizada porque un algoritmo implementado en la unidad de valoración (7) calcula por lo menos el rendimiento de la bomba (1) y de la unidad de recuperación de energía (6) y determina como valor de referencia un rendimiento óptimo que permite el funcionamiento de la planta con una demanda mínima de energía específica, donde la unidad de valoración (7) tiene registrada una relación funcional entre la demanda de energía específica, el rendimiento, la temperatura y el contenido de sal, y la unidad de valoración (7) determina mediante la presión osmótica y las pérdidas por rozamiento la presión de alimentación necesaria y el valor mínimo del consumo de energía mediante el algoritmo que calcula el mínimo de la demanda de energía específica como una función del rendimiento y la desviación del valor real respecto al valor de referencia, variando el rendimiento en función de esta desviación.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Planta y proceso de tratamiento de un Ifquido por osmosis inversa
La presente invencion se refiere a una planta y a un proceso para tratar un Ifquido por osmosis inversa, en el cual hay una bomba que conduce un flujo de alimentacion a una unidad de membrana que separa dicho flujo en un flujo de permeado y un flujo de rechazo, siendo el valor real del rendimiento de la planta igual a la relacion entre el flujo de permeado y el flujo de alimentacion, y el flujo de rechazo se conduce hacia una unidad de recuperacion de energfa, y en el cual hay al menos un sensor que capta valores de medicion y los envfa a una unidad de valoracion.
Para elaborar numerosos productos es necesario un tratamiento de lfquidos. En las plantas y procesos segun el concepto general de la presente invencion se emplean para ello metodos de separacion mediante membranas. Su ventaja especial reside en que funcionan sin aporte de calor y por tanto suelen ser energeticamente mas propicios que los procesos de separacion termica. En el proceso de separacion mediante membrana aparecen dos fracciones denominadas rechazo y permeado. En el proceso de separacion el flujo de rechazo es retenido por la membrana. La parte del lfquido que atraviesa la membrana se denomina permeado.
La separacion mediante procesos de membrana se ha implantado especialmente en la tecnologfa de los productos alimenticios, en la biotecnologfa y en la industria farmaceutica. Segun el tipo de membrana empleada se pueden separar selectivamente sustancias individuales o determinadas mezclas de sustancias.
Los metodos de separacion mediante membranas se distinguen en funcion de la fuerza de impulsion en que basa la separacion. En la presente invencion se trata de procesos impulsados a presion, con el uso preferente de agua como disolvente.
Una bomba conduce el lfquido por tratar, llamado flujo de alimentacion, a una unidad de membrana. Las unidades de membrana se pueden montar de forma modular, de manera que la planta se pueda adaptar gradualmente al volumen de un trabajo de separacion. La separacion tiene lugar mediante una membrana semipermeable. La bomba ejerce una presion sobre la membrana semipermeable, forzando el paso del disolvente y frecuentemente de una parte de las sustancias disueltas a traves de la membrana.
Mediante la eleccion de la membrana se puede ajustar el tamano de las sustancias retenidas. Segun el tamano de las moleculas retenidas se distingue entre microfiltracion, ultrafiltracion, nanofiltracion y osmosis inversa.
El empleo de la presente invencion resulta especialmente favorable para realizar una osmosis inversa, sobre todo para desalar agua de mar. Al bombear la disolucion concentrada a una presion superior a la presion osmotica las moleculas de agua se difunden a traves de la membrana, mientras que las sales disueltas son retenidas. Por tanto en un lado se concentra la solucion salina, mientras que en el otro se obtiene agua con bajo contenido de sales. Entre la presion de trabajo aplicada y la presion osmotica resultante se establece un equilibrio. Este proceso se llama osmosis inversa (en ingles Reverse Osmosis - RO) y se usa para desalar agua de mar.
La desalinizacion de agua de mar ofrece actualmente una buena posibilidad de proporcionar suficiente cantidad de agua potable a las regiones riberenas del mar pobres en agua dulce. A menudo se requieren pequenas estaciones de bombeo, pues existe una tendencia hacia plantas descentralizadas como aprovisionamiento autosuficiente de agua potable. La capacidad de produccion de la planta segun la presente invencion es preferiblemente inferior a 1000 m3 de permeado diarios. Se indica como rendimiento de la planta la relacion entre el flujo de permeado y el flujo de alimentacion. El valor real del rendimiento se puede determinar midiendo el flujo de permeado y el flujo de alimentacion.
Para que tenga lugar una osmosis inversa y se produzca suficiente cantidad de agua potable se debe aplicar una determinada presion de trabajo por el lado del agua de mar. Esta presion es proporcionada por una bomba de alta presion. Hay una gran variedad de bombas que pueden producir la presion necesaria, en particular las bombas de piston o de membrana y las bombas centnfugas.
Despues de abandonar la unidad de membrana el flujo de rechazo se conduce a una unidad de recuperacion de energfa que sirve para aprovechar la energfa potencial existente en dicho flujo. La reutilizacion de esta energfa permite reducir la demanda energetica de una planta desalinizadora de agua de mar. Para ello se usan muy distintas configuraciones de bombas y unidades de recuperacion de energfa. Una configuracion muy corriente consta de una bomba cebadora y un intercambiador de presion.
Los procesos de membrana para tratamiento de lfquidos estan frecuentemente automatizados. Mediante sensores se captan valores de medicion que se envfan a una unidad de valoracion. Los sensores son elementos transmisores o sondas. Las mediciones se captan como efectos ffsicos o qrnmicos y se transforman en magnitudes procesables, casi siempre en senales electricas. El concepto de sensor o captador de mediciones se entiende como una parte de un dispositivo de medicion que reacciona inmediatamente a una magnitud.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
La unidad de valoracion puede controlar componentes individuales de la planta. Como unidades de valoracion se pueden emplear reguladores comerciales corrientes, por ejemplo reguladores PID. Asimismo se puede utilizar un controlador logico programable (CLP)
La patente WO 2007/090406 A1 revela una planta de osmosis inversa para el suministro de agua dulce a partir de agua salada. Una bomba lleva el agua salada a la presion necesaria en una unidad de membrana. Despues de la unidad de membrana el flujo de rechazo atraviesa una unidad de recuperacion de presion conectada a una bomba. Mediante unos sensores de presion se mide la presion antes de la entrada del flujo de alimentacion y despues de la salida del flujo de rechazo de las unidades de membrana. En funcion de la diferencia de estas presiones se regula el numero de revoluciones de un motor conectado funcionalmente con la bomba y con la unidad de recuperacion de presion. En estas regulaciones de planta, correspondientes al estado tecnico, no se tienen en cuenta numerosos factores que influyen en el proceso de la osmosis inversa.
De la patente WO 2010/010243 A1 se conoce una planta desalinizadora de agua de mar por osmosis inversa que comprende una unidad de membrana de osmosis inversa, al menos una bomba de alta presion, un transductor segun el principio de intercambio de presion - que transmite la presion del concentrado saliente de la unidad de membrana a una parte del agua en proceso de tratamiento - y sensores para varios parametros del proceso. La planta posee ademas circuitos de regulacion para mantener los diversos elementos ajustables a un valor debido. La planta incluye igualmente un sistema de control secundario con una unidad de calculo programada que determina una combinacion de valores de referencia para el caudal de la bomba de alta presion, la relacion de mezcla del transductor y la tasa de conversion o rendimiento, basandose en las condiciones operativas detectadas mediante los sensores.
La construccion de esta planta es muy complicada porque se preven dos circuitos de regulacion. Uno de ellos controla que la planta funcione optimamente y el otro supervisa su operatividad.
La patente US 3,637,081 revela una planta de tratamiento de lfquidos con bombas de intercambio de presion para el control positivo de una purificacion de lfquidos por osmosis inversa sin problemas de corrosion y sobresaturacion.
El rendimiento de la planta solo puede variarse mediante laboriosos cambios del diametro de los platos o del tamano de las ruedas de engranajes, o utilizando un variador costoso.
De la patente DE 29 17 058 A1 se conoce un proceso de desalinizacion total o parcial de agua salina mediante el uso de la osmosis inversa. Los documentos wO 2010/010243, US 3,637,081 y DE 29 17 058 ya discuten un control del rendimiento para el funcionamiento energeticamente optimizado de las plantas de osmosis inversa.
La presente invencion tiene por objeto proporcionar una regulacion para el tratamiento de lfquidos mediante metodos de separacion con membranas, que contribuye a reducir mas los costes de proceso.
Este objetivo se resuelve segun la presente invencion mediante las caractensticas de las partes representativas de las reivindicaciones 1 y 8.
En la presente invencion la unidad de valoracion calcula el rendimiento optimo que permite hacer funcionar la planta con una minima demanda de energfa espedfica. En la presente invencion el rendimiento optimo se establece como valor de referencia para la demanda de energfa espedfica.
Como parametros determinantes de la demanda de energfa espedfica de la planta se recurre a la presion de alimentacion, las perdidas por friccion, el rendimiento de la bomba y de la unidad de recuperacion, el rendimiento de la planta y la retencion.
Para establecer una relacion funcional entre la demanda de energfa espedfica de la planta y el rendimiento se determina la curva de rendimiento de la bomba y de la unidad de recuperacion de energfa mediante un ensayo de funcionamiento y se expresa en funcion de la presion de alimentacion. La presion de alimentacion necesaria se determina mediante la presion osmotica y las perdidas por friccion. La presente invencion facilita una funcion para el consumo espedfico de energfa, que depende del rendimiento, de la temperatura y del contenido de sal.
En la presente invencion, para establecer la relacion funcional entre la demanda de energfa espedfica P’ de la planta y el rendimiento O se tiene en cuenta la curva de rendimiento qp de la bomba y la curva de rendimiento qT de la unidad de recuperacion de energfa. Las curvas de rendimiento se pueden determinar mediante una prueba de funcionamiento de la bomba y/o de la unidad de recuperacion de energfa al poner en marcha la planta, encontrando el rendimiento de la bomba y/o de la unidad de recuperacion de energfa para distintas presiones. El rendimiento de la bomba y de la unidad de recuperacion de energfa corresponde a la relacion entre la potencia emitida y la potencia absorbida. Para cada una de las distintas presiones se calcula idealmente un valor de potencia electrica, asf como un valor de potencia correspondiente a los datos hidraulicos. Como alternativa se preve el empleo de curvas de rendimiento de la bomba y/o de la unidad de recuperacion de energfa ya conocidas. La curva de rendimiento de la bomba se expresa preferiblemente con la formula
5
10
15
20
25
30
35
40
B
nP = 1 - A • p (ecuacion 1a),
en funcion de la presion de alimentacion p de la bomba, donde A y B se determinan numericamente de manera conveniente como coeficientes de rendimiento. A es un valor positivo y B un valor negativo. La curva de rendimiento de la unidad de recuperacion de energfa se expresa ventajosamente de manera parecida mediantes valores A y B iguales, pero en vez de la presion de alimentacion p se usa la presion de expansion Pe a lo largo de la unidad de recuperacion de energfa:
nT = 1 - A • Peb (ecuaciOn 1b).
En la relacion para la demanda de energfa espedfica P
P' =
®'Pr
r i \
-------(1 -<K).^-i7r
Vp P J
(ecuaciOn 1c)
se usa la curva de rendimiento qP de la bomba y la curva de rendimiento qT de la unidad de recuperacion de energfa. Ademas se tiene en cuenta la presion de rozamiento ApR en las tubenas y en la unidad de membrana. La presion osmotica al final de la unidad de membrana se tiene en cuenta mediante el termino
imagen1
Mediante la siguiente ecuacion, preferiblemente, se establece una relacion funcional entre la demanda de energfa especfica y el rendimiento:
imagen2
(Ecuacion
imagen3
En el coeficiente osmotico b se tiene en cuenta la temperatura T. Una relacion adecuada viene dada por la siguiente ecuacion:
b = b •
T
298 K
(Ecuacion 2).
Ad la retention de la membrana Rot viene dada por:
(ecuaciOn 1d).
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
A
Coeficiente de rendimiento [bar-b]
b
Coeficiente osmotico
b’
Constante osmotica (a 25°C)
B
Coeficiente de rendimiento [-]
k
Factor de seguridad [-]
P’
Demanda de energfa espedfica
Rtot
Retencion de la membrana [-]
T
Temperatura [K]
ApR
Perdidas de presion por rozamiento [bar]
O
Rendimiento [-]
pR
Densidad del rechazo
Wp
Porcentaje masico de sal en el permeado [% en peso]
WFa
Porcentaje masico de sal en la alimentacion [% en peso]
np
Rendimiento de la bomba [-]
nr
Rendimiento de la unidad de recuperacion de energfa [-]
p
Presion de alimentacion de la bomba [bar]
PE
Presion de expansion de la unidad de recuperacion de energfa [bar]
bar
% e.p.
bar
% e.p.
imagen4
imagen5
La unidad de valoracion calcula para esta funcion el rendimiento al cual la planta posee una demanda de ene^a espedfica.
La demanda de energfa espedfica P’ se refiere aqu al permeado.
En una forma de ejecucion especialmente ventajosa de la presente invencion el rendimiento vana con el volumen absorbido por la unidad de recuperacion de ene^a. Para ello se puede modificar la carrera y/o la camara de desplazamiento de la unidad de recuperacion de energfa. Tambien esta previsto variar el rendimiento mediante el volumen de desplazamiento de la bomba. Asf se usan preferiblemente bombas de desplazamiento en las cuales se vana la carrera y/o la camara de desplazamiento.
En una variante especialmente ventajosa de la presente invencion la unidad de valoracion halla el valor mmimo del consumo de energfa mediante un algoritmo que calcula el mmimo de la funcion por un calculo de valores extremos. Para hallar el rendimiento optimo en cuanto a la eficiencia energetica se deriva la demanda de energfa espedfica respecto al rendimiento y se efectua el calculo de los valores extremos.
En la presente invencion este rendimiento optimo determinado por el calculo de valores extremos sirve de valor de referencia para controlar la planta. En un paso siguiente la unidad de valoracion calcula la desviacion del valor real respecto al valor de referencia. En funcion de esta desviacion se regula el volumen desplazado por la bomba, en particular la carrera de la bomba y/o el volumen absorbido por la unidad de recuperacion de energfa, sobre todo la carrera de la unidad de recuperacion de energfa. En el caso de las bombas centnfugas el ajuste de los alabes de los rotores permite variar y/o regular el caudal volumetrico.
Ademas, en el caso de las bombas centnfugas y de las bombas de desplazamiento, el caudal volumetrico y/o la presion se puede regular mediante el numero de revoluciones de la bomba que acciona la bomba. A tal fin el motor va provisto preferiblemente de un convertidor de frecuencia que ademas sirve para proteger la membrana al poner en marcha la bomba.
En una forma de ejecucion especialmente ventajosa de la presente invencion se mide la temperatura y el contenido de sal en el flujo de alimentacion y los datos son transmitidos a la unidad de valoracion. La medicion tiene lugar preferiblemente con sensores colocados en una tubena de alimentacion antes de la bomba. La presion del lfquido antes de la bomba es claramente menor que despues de ella. Por lo tanto se pueden usar aparatos medidores de presiones bajas, cuyo precio es inferior al de los sensores, los cuales estan disenados para presiones elevadas.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En una forma de ejecucion especialmente ventajosa de la presente invencion se registra la presion del flujo de alimentacion a la entrada de la unidad de membrana. En este punto la bomba ha elevado el lfquido al nivel de presion necesaria para la osmosis inversa y todavfa no se han producido perdidas de presion. Tambien se puede medir la presion del rechazo a la salida de la unidad de membrana, antes de que el rechazo entre en la unidad de recuperacion de energfa. Las senales de los sensores se transmiten a la unidad de valoracion, la cual calcula la perdida de presion en la unidad de membrana como diferencia entre las dos presiones registradas.
En otra variante de la presente invencion la presion del flujo de rechazo tras la unidad de recuperacion de energfa se registra mediante un sensor y se transmite igualmente a la unidad de valoracion. De este modo se puede calcular el grado de recuperacion de energfa.
Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion se deducen de la descripcion de un ejemplo de ejecucion mediante figuras y de las propios figuras, donde
La fig. 1 muestra una representacion esquematica de la planta.
La fig. 2 es un diagrama en el cual esta representada la energfa espedfica en funcion del rendimiento para dos concentraciones distintas de sal en la alimentacion.
La fig. 1 muestra una representacion esquematica de una planta de tratamiento de agua de mar. Una bomba 1 lleva un flujo de alimentacion 2 a una unidad de membrana 3. La unidad de membrana 3 separa el flujo de alimentacion 2 en un flujo de permeado 4 y un flujo de rechazo 5. A continuacion el flujo de rechazo 5 se conduce hacia una unidad de recuperacion de energfa 6.
Un sensor 10 registra el contenido de sal y la temperatura del flujo de alimentacion 2 antes de la bomba 1. Ademas se puede medir la presion del lfquido antes de la bomba 1. Todos los valores medidos se transmiten a la unidad de valoracion 7. Una valvula de seguridad 16 impide que la presion antes de la unidad de membrana 3 alcance valores altos inadmisibles.
La unidad de valoracion 7 determina el rendimiento optimo al cual debena funcionar la planta. Para determinar el rendimiento real se puede medir asimismo el flujo de alimentacion 2 y el flujo de permeado 4 y trasmitir a la unidad de valoracion 7 los correspondientes valores. La unidad de valoracion 7 calcula el valor real del rendimiento como relacion entre el flujo de permeado 4 y el flujo de alimentacion 2. Ademas la unidad de valoracion 7 calcula mediante un algoritmo un rendimiento optimo como valor de referencia al cual se puede hacer funcionar la planta con una demanda minima de energfa. De la desviacion del valor real respecto al valor de referencia resulta una diferencia de regulacion.
El volumen absorbido por la unidad de recuperacion de energfa 6 se modifica por ejemplo mediante su carrera en funcion de esta diferencia de regulacion. Como alternativa o complemento tambien se puede modificar el volumen de desplazamiento de la bomba 1, por ejemplo mediante la carrera de la bomba 1, a fin de optimizar el rendimiento.
Asimismo se puede modificar el numero de revoluciones del motor 9. El motor 9 de la bomba 1 va provisto de un convertidor de frecuencia 8. La unidad de valoracion 7 esta conectada funcionalmente con el convertidor de frecuencia 8.
En la planta representada en la fig. 1 un sensor 11 registra la presion en la tubena del flujo de alimentacion 2 que va desde la bomba 1 hasta la unidad de membrana 3. Otro sensor 12 mide la presion en la tubena de evacuacion del flujo de rechazo 5 desde la unidad de membrana 3 hacia la unidad de recuperacion de energfa 6. La unidad de recuperacion de energfa 6 esta conectada funcionalmente con la bomba 1 mediante un elemento de union 13. Por medio de un sensor 14 se registra el contenido de sal y la presion en el flujo de permeado 4 que sale de la unidad de membrana 3. Otro sensor 15 mide la presion del flujo de rechazo 5 tras la unidad de recuperacion de energfa 6. A traves de la unidad de recuperacion de energfa 6 la presion desciende al valor de expansion pe.
El tratamiento de datos en la unidad de valoracion 7 tiene lugar continuamente durante el funcionamiento de la planta, segun el siguiente esquema:
1°) Antes de la entrada en la bomba 1 se analiza el agua de mar midiendo la temperatura T y el contenido de sal w. Los datos se transmiten a la unidad de valoracion 7.
2°) Mediante la temperatura T y el contenido de sal w mas un valor inicial de rendimiento O1 elegido libremente, de preferencia un valor entre el 30 y el 50%, se calcula la presion osmotica al final de la membrana.
3°) Teniendo en cuenta las perdidas de presion, se calcula la presion a la salida de la bomba 1. Si no se miden las perdidas de presion se puede suponer un determinado valor.
4°) El rendimiento de la bomba 1 y de la unidad de recuperacion de energfa 6 se calculan mediante un programa de la unidad de valoracion 7. Para ello hace uso de las curvas de rendimiento registradas en el programa.
5°) Todos los datos calculados se usan en la funcion derivada de la demanda de energfa espedfica. El programa emite un numero x.
5
10
15
20
25
30
6°) Si el numero x tiene un valor cercano a 0 en un entorno prefijado, el rendimiento es optimo y la valoracion prosigue en el paso 9°).
7°) Si el numero x es superior al entorno prefijado se rebaja ®1 y si el numero x es inferior al entorno prefijado se incrementa ®1.
8°) En caso de variacion de ®i se repite el proceso a partir del punto 2°).
9°) El rendimiento optimo se ha alcanzado. La unidad de valoracion ajusta el rendimiento calculado ®i por medio del volumen absorbido de la unidad de recuperacion de energfa 6.
10°) La planta sigue funcionando en el punto optimo hasta que vana el contenido de sal w o la temperatura T. Entonces se empieza de nuevo por el punto 1°). Si se miden las perdidas de presion y estas vanan tambien se empieza de nuevo por el punto 1°). Si al medir la presion previa se encuentran variaciones tambien se vuelve a empezar por el punto 1°).
La fig. 2 muestra la curva de la demanda se calculan con las condiciones lfmite
y con los coeficientes de rendimiento
segun la ecuacion 1.
El consumo espedfico de energfa tiene un valor mmimo del 40% aproximadamente para un rendimiento ®. A un contenido de sal WFa menor (TDS = 35000 mg/l) el consumo espedfico de energfa es menor que a un contenido de sal WFa mayor (TDS = 40000 mg/l). El valor mmimo del consumo espedfico de energfa vana unos 0,2 kWh/t cuando la concentracion total vana unos 5000 mg/l.
de energia especifica P de la planta para distintos rendimientos ®. Estos
wp = 400 mg/l;
Apr =3 bar;
Pr = 1 kg/l; k = 1,1;
b = 8 bar/% e.p.;
T = 298 K
A = 1,588 bar0,751;
B = -0,751

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Planta de tratamiento de un Kquido por osmosis inversa, con una bomba (1), una unidad de membrana (3), una unidad de recuperacion de energfa (6), al menos un sensor (10, 11, 12, 14, 15) y una unidad de valoracion (7), donde la bomba (1) conduce un flujo de alimentacion (2) a la unidad de membrana (3) y la unidad de membrana (3) separa el flujo de alimentacion (2) en un flujo de permeado (4) y un flujo de rechazo (5), donde el valor real del rendimiento de la planta es el resultado de la relacion entre el flujo de permeado (4) y el flujo de alimentacion (2) y el flujo de rechazo (5) se conduce a la unidad de recuperacion de energfa (6), donde al menos un sensor (10, 11, 12, 14, 15) registra valores de medicion y los transmite a una unidad de valoracion (7),
    caracterizada porque
    un algoritmo implementado en la unidad de valoracion (7) calcula por lo menos el rendimiento de la bomba (1) y de la unidad de recuperacion de energfa (6) y determina como valor de referencia un rendimiento optimo que permite el funcionamiento de la planta con una demanda minima de energfa espedfica, donde la unidad de valoracion (7) tiene registrada una relacion funcional entre la demanda de energfa espedfica, el rendimiento, la temperatura y el contenido de sal, y
    la unidad de valoracion (7) determina mediante la presion osmotica y las perdidas por rozamiento la presion de alimentacion necesaria y el valor mmimo del consumo de energfa mediante el algoritmo que calcula el mmimo de la demanda de energfa espedfica como una funcion del rendimiento y la desviacion del valor real respecto al valor de referencia, variando el rendimiento en funcion de esta desviacion.
  2. 2. Planta segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el rendimiento se modifica mediante el volumen absorbido por la unidad de recuperacion de energfa (6).
  3. 3. Planta segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque el rendimiento se modifica mediante el volumen de desplazamiento de la bomba (1).
  4. 4. Planta segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la unidad de valoracion (7) calcula el rendimiento optimo mediante un algoritmo, a partir de una relacion funcional.
  5. 5. Planta segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el contenido de sal y/o la temperatura del flujo de alimentacion (2) son registrados por sensores (10) y transmitidos a la unidad de valoracion (7), la cual determina el rendimiento optimo en funcion del contenido de sal y/o de la temperatura en el flujo de alimentacion (2).
  6. 6. Planta segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque un sensor (11) registra la presion en la tubena del flujo de alimentacion (2) que va desde la bomba (1) hasta la unidad de membrana (3) y otro sensor (12) registra la presion en la tubena de evacuacion del flujo de rechazo (5) desde la unidad de membrana (3) hacia la unidad de recuperacion de energfa (6), transmitiendo los valores de medicion a la unidad de valoracion (7) donde se calcula la perdida de presion en la unidad de membrana (3).
  7. 7. Planta segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la bomba (1) esta funcionalmente conectada con la unidad de recuperacion de energfa (6) mediante un elemento de union (13).
  8. 8. Proceso de tratamiento de un lfquido en el cual
    - una bomba (1) conduce un flujo de alimentacion (2) hacia una unidad de membrana (3),
    - una unidad de membrana (3) separa el flujo de alimentacion (2) en un flujo de permeado (4) y un flujo de
    rechazo (5), y el valor real del rendimiento de la planta es el resultado de la relacion entre el flujo de permeado (4) y el flujo de alimentacion (2),
    - el flujo de rechazo (5) de la unidad de membrana (3) se conduce a la unidad de recuperacion de energfa (6) y
    - al menos un sensor (10, 11, 12, 14, 15) registra unos valores de medicion y los transmite a una unidad de
    valoracion (7),
    caracterizado porque la unidad de valoracion (7) calcula por lo menos el rendimiento de la bomba (1) y de la unidad de recuperacion de energfa (6) y determina como valor de referencia un rendimiento optimo que permite que la planta funcione con una demanda minima de energfa espedfica, donde la unidad de valoracion (7) tiene registrada una relacion funcional entre la demanda de energfa espedfica, el rendimiento, la temperatura y el contenido de sal, y la unidad de valoracion (7) determina mediante la presion osmotica y las perdidas por rozamiento la presion de alimentacion necesaria y el valor mmimo del consumo de energfa mediante el algoritmo que calcula el mmimo de la demanda de energfa espedfica como una funcion del rendimiento y la desviacion del valor real respecto al valor de referencia, variando el rendimiento en funcion de esta desviacion.
  9. 9. Proceso segun la reivindicacion 8, caracterizado porque el rendimiento se modifica mediante el volumen absorbido por la unidad de recuperacion de energfa (6).
  10. 10. Proceso segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado porque el rendimiento se modifica mediante el volumen de desplazamiento de la bomba (1).
  11. 11. Proceso segun una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la unidad de valoracion (7) calcula el 5 rendimiento optimo mediante un algoritmo, a partir de la relacion funcional.
  12. 12. Proceso segun una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque la temperatura y/o el contenido de sal del flujo de alimentacion (2) son registrados por sensores (10) y transmitidos a la unidad de valoracion (7), la cual determina el rendimiento optimo en funcion de la temperatura y/o del contenido de sal en el flujo de alimentacion (2).
    10
  13. 13. Proceso segun una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque un sensor (11) registra la presion en la tubena del flujo de alimentacion (2) que va desde la bomba (1) hasta la unidad de membrana (3) y otro sensor (12) registra la presion en la tubena de evacuacion del flujo de rechazo (5) desde la unidad de membrana (3) hacia la unidad de recuperacion de energfa (6), transmitiendo los valores de medicion a la unidad de valoracion (7) donde
    15 se calcula la perdida de presion en la unidad de membrana (3).
ES11159409.9T 2010-03-24 2011-03-23 Planta y proceso de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa Active ES2600323T3 (es)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010012671 2010-03-24
DE201010012671 DE102010012671A1 (de) 2010-03-24 2010-03-24 Anlage und Verfahren zur Aufbereitung einer Flüssigkeit
DE102011005964 2011-03-23
DE102011005964A DE102011005964A1 (de) 2010-03-24 2011-03-23 Anlage und Verfahren zur Aufbereitung einer Flüssigkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2600323T3 true ES2600323T3 (es) 2017-02-08

Family

ID=44140894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES11159409.9T Active ES2600323T3 (es) 2010-03-24 2011-03-23 Planta y proceso de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2368624B1 (es)
DE (1) DE102011005964A1 (es)
DK (1) DK2368624T3 (es)
ES (1) ES2600323T3 (es)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2011333447A1 (en) * 2010-11-26 2013-06-20 Abb Research Ltd. System and method for operation of reverse osmosis units
DE102013218965A1 (de) 2013-09-20 2015-03-26 Ksb Aktiengesellschaft Membrantrennverfahren
FR3091316B1 (fr) * 2018-10-03 2020-12-04 Giraud Yves Echangeur de pression volumetrique a effet booster et mesure de debit integree, pour une installation de dessalement d'eau de mer
EP3921066B8 (en) * 2019-02-07 2024-02-21 Synauta Inc. Water treatment methods and apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3637081A (en) * 1970-04-09 1972-01-25 Puredesal Inc Liquid treatment system
DE2917058C2 (de) * 1979-04-27 1982-04-22 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach Ein- oder mehrstufiges Verfahren zur Entsalzung bzw. Teilentsalzung von Wasser unter Anwendung der Umkehrosmose
DE19922628C1 (de) * 1999-05-18 2001-05-03 Wilfried Schael Verfahren zur Steuerung einer Umkehrosmoseanlage
US7244357B2 (en) * 1999-05-25 2007-07-17 Miox Corporation Pumps for filtration systems
EP1986766B1 (en) 2006-02-10 2011-03-30 Danfoss A/S A liquid treatment apparatus
FR2933969B1 (fr) * 2008-07-21 2011-11-11 Degremont Installation de dessalement d'eau par osmose inverse

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011005964A1 (de) 2011-12-15
EP2368624B1 (de) 2016-08-10
EP2368624A1 (de) 2011-09-28
DK2368624T3 (en) 2016-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2600323T3 (es) Planta y proceso de tratamiento de un líquido por ósmosis inversa
US10427957B2 (en) Osmotic separation systems and methods
US10688409B2 (en) Feedback control optimization of counter-flow simultaneous heat and mass exchange
ES2277509B1 (es) Desaladoras de osmosis inversa independientes conectadas energicamente.
CN101481154B (zh) 综合利用太阳能进行海水淡化的方法及其装置
Zaviska et al. Using FO as pre-treatment of RO for high scaling potential brackish water: Energy and performance optimisation
US20130220581A1 (en) Forward osmosis with an organic osmolyte for cooling towers
US20130112603A1 (en) Forward osmotic desalination device using membrane distillation method
ES2747304T3 (es) Purificación de líquidos mediante ósmosis forzada, intercambio iónico y reconcentración
EP2313175B1 (en) Desalinization apparatus and method
US11707715B2 (en) Reverse osmosis system
JP5988032B2 (ja) 淡水製造装置およびその運転方法
MX2016015260A (es) Productos de silice a partir de fluidos geotermicos por osmosis inversa.
CN205340592U (zh) 一种反渗透膜片性能的快速评价装置
KR102190050B1 (ko) 정삼투 시스템의 성능을 개선하기 위한 시스템 및 방법
RU2006122444A (ru) Устройство получения воды очищенной и для инъекций
Pasqualin et al. Multi-stage nanofiltration for brine concentration: experimental and modelling study
JP6465301B2 (ja) 水の脱塩処理装置
US20220226782A1 (en) Systems and techniques for cleaning pressure membrane systems using a water-in-air cleaning stream
CN106457058B (zh) 具有破碎板的逆流液化气蒸发和冷凝设备
WO2013057328A1 (es) Desaladora de ósmosis inversa con sistema de recuperación de energía y su procedimiento
RU2006121054A (ru) Способ концентрирования водных растворов биологически активных веществ и установка для его реализации
ES2277262T3 (es) Sistema de bomba con convertidor de presion para osmosis inversa.
ES2619113A1 (es) Procedimiento de control de sistema combinado de ósmosis directa y nanofiltración u ósmosis inversa
CN205109418U (zh) 一种正渗透膜元件性能测试装置