HU225090B1 - Treatment of water and apparatus for desalinating - Google Patents

Description

A találmány tárgya vízkezelő eljárás, oldott szilárd anyagok eltávolítására, amely eljárás során a tisztítandó vizet sóvisszatartó úton, fordítottozmózis-membránra vezetjük, és a membránt, a sóvisszatartó utat és a membránon áthaladó vizet fluktuáló mágneses térnek tesszük ki. A találmány tárgya továbbá sótalanítóberendezés, fordított ozmózis felhasználásával, membrán menti, hosszirányú sóvisszatartó úttal, és tisztítandó vizet a sóvisszatartó útba nyomó, vízbetápláló eszközzel.

Ismert, hogy a tengervíz és más sós vizek is sótalaníthatók, a bennük oldott szilárd anyagok leválaszthatók. Egy erre alkalmas eljárás az úgynevezett fordított ozmózis, amelyben a kezelendő vizet 2000-7000 kPa (20-70 bar) nyomással nyomják át egy összetett polimer anyagú, félig áteresztő sótalanítóbetéten. Ez a nyomás elegendő a víz természetes ozmotikus nyomása ellensúlyozására a membránon, és az ezzel ellentétes irányú folyadékátjutás kikényszerítésére. A tengervíz sótalanításához a fenti nyomástartomány felső értékei, más szilárd anyagot oldatban tartalmazó vizek kezelésére kisebb nyomásértékei szükségesek.

A sótalanítóbetéteknek alapjában két fajtája használatos.

Széles körben alkalmazzák a finomszálas betéteket, amelyekben hajszálvastagságú, kimenet felé nyitott csatornaüreges, összetett polimer csövecskék tömegét alkalmazzák, a csövecskék külső felületére, a sóvisszatartó térbe, a csövecskék közé nyomva a kezelendő vizet. A tiszta víz áthatol a hajszálcsövek falán, és a csőüregekből folyik ki.

A másikfajta sótalanítóbetét a összetett polimer anyagú, sík membránlemezek perforált csőmagra tekercselésével előállított, spirális betét. Minden szomszédos összetett polimer réteg közötti járatban vékony szálas távtartó rács van elrendezve, és a járatok funkciója rétegenként váltakozva sóvisszatartó út és szürtvíz-út. A sóvisszatartó utakban elrendezett rács további funkciója, hogy turbulens áramlásokat keltsen a kezelendő vízben. A spirál nyolc-tizenkét menetből áll, a sóvisszatartó utak a bemenet felé, a tisztavíz-utak a kimenet felé nyitottak.

A régebbi sótalanítóberendezésekben a finomszálas betéteket alkalmazták, az újabban üzembe állított sótalanítóberendezésekben egyre inkább a spirális sótalanítóbetéteket alkalmazzák. Bár jelenleg a spirális betéttel rendelkező berendezések kisebb számban üzemelnek, mint a finomszálas betéteket alkalmazó berendezések száma, ez a különbség csökken, és az várható, hogy a jövőben a spirális betétekkel működő berendezések fognak gyorsabban terjedni.

A sótalanítóberendezések nagy problémája a félig áteresztő membránok eltömődésének jelensége. Az eltömődésnek több oka van: egyik jelentős ok, hogy a membránok sóvisszatartó út menti polimer felületén lerakódások keletkeznek sóból és más, oldatból kiváló, szilárd anyagból, főként magnézium- és kalciumanyagokból. A nehezen oldódó sók és más szilárd anyagok részben kiválnak az oldatból, amikor a víz áthalad a membránon. A víz áthaladása miatt a sóvisszatartó oldalon megnő az oldat koncentrációja, és már nem képes oldatban tartani a szilárd anyagok egy részét.

Az eltömődés másik oka szerves eredetű. A kezelendő vízben algák, baktériumok és más szerves anyagok is vannak, amelyek a félig áteresztő membrán felületén szaporodnak. Az eltömődés harmadik oka a sótalanítóbetétbe nem kielégítő szűrés miatt a vízzel együtt bejutott szilárd szemcsék, amelyek lerakódnak a membrán felületén.

Az eltömődést elősegíti az a potenciálkülönbség, ami a polimer felület és a szerves anyagok között vonzerőt hoz létre. A polimernek negatív nettó töltése van, míg az algáknak, baktériumoknak és más szerves anyagoknak jellemzően pozitív nettó töltésük van, ezért ezek megtapadnak a membrán felületén, és ott kolóniákat alkotnak. Ugyancsak megtapadnak a membránon a tengervíz pozitív ionjai (kationjai), amelyek az oldott szilárd anyagok kiválásával keletkeznek.

Ismert jelenség, hogy az eltömődés és tisztavíz-átfolyás közötti összefüggés nem lineáris. Az áteresztési sebesség megkétszerezése az eltömődés több mint megkétszereződésével jár. Az eltömődés lecsökkenti a membrán vízáteresztő képességét. Nagymértékű eltömődés esetén a sótalanítóbetétet vegyileg tisztítják. A tisztított betéttel már nem érhető el az eredeti áteresztőkapacitás.

Amint említettük, a tisztítandó víz (oldat) turbulens áramlása akadályozza a polimer lapmembránok eltömődését. Ennek érdekében alkalmaznak turbulenciakeltő távtartó rácsokat a sóvisszatartó járatokban. A turbulens áramlás akadályozza polarizációs felületi réteg koncentrációját. A polarizációs felületi réteg közvetlenül a membránfelületen a legerősebb, ahol az oldat töménysége is a legnagyobb. Ez a réteg nemcsak akadálya a víz átengedésének, hanem segíti is a szilárd anyagok kiválását és lerakódását a felületen. Mindezeken kívül a felületi réteg megnöveli az ozmotikus nyomást is, amely a víz átbocsátása ellen hat. A távtartó rács által létrehozott turbulencia azonban csak részleges megoldást képes nyújtani az eltömődés problémájára.

Az eltömődés a finomszálas sótalanítóberendezések működtetésének legnagyobb problémája, mert a vízjáratok keresztmetszete rendkívül szűk. Emiatt a sóvisszatartó járatok hamar eltömődnek, csökkentik a sótalanítóbetét áteresztőkapacitását.

WO97/21630 szabadalmi bejelentésünkben már javasoltunk olyan megoldást, amelyben turbulencia gátolja a polarizációs felületi réteg koncentrációját.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése, eltömődésre kevésbé hajlamos, viszonylag nagy áteresztőképességű sótalanítóberendezés és betétek kialakításával, és e célra alkalmas eljárás kidolgozásával.

A feladat találmány szerinti megoldása vízkezelő eljárás, oldott szilárd anyagok eltávolítására, amely eljárás során a tisztítandó vizet sóvisszatartó úton, fordítottozmózis-membránra vezetjük, és a membránt, a sóvisszatartó utat és a membránon áthaladó vizet fluktuáló mágneses térnek tesszük ki, amely eljárás során kü2

HU 225 090 Β1 lönböző fázisú váltakozó áramokkal gerjesztünk a sóvisszatartó úton a vízben örvényáramokat keltő, egymást átlapoló mágneses erőterű, legalább két elektromágneses tekercset.

Előnyösen a sóvisszatartó út mentén egymástól adott távolságban elrendezett három tekercset háromfázisú árammal táplálunk.

A találmány szerinti megoldás másrészt sótalanítóberendezés, fordítottozmózis-membrán menti, hosszirányú sóvisszatartó úttal, és tisztítandó vizet a sóvisszatartó útba nyomó, vízbetápláló eszközzel, amely berendezésben a vizet átjáró és egymást átlapoló mágneses erőterű, legalább két elektromágneses tekercs van elrendezve egymástól meghatározott távolságban a sóvisszatartó út mentén, amely tekercsek kivezetéseire különböző fázisú váltakozó áramú áramforrás van kötve.

Előnyösen a berendezésnek hosszúkás háza van, amely házban hosszúkás sótalanítóbetét van elrendezve, amely sótalanítóbetétben számos sóvisszatartó utat határoló, félig áteresztő membrán van, az elektromágneses tekercsek a ház hossza mentén, egymástól adott távolságban vannak elrendezve.

Célszerűen a ház hossza mentén, egymástól adott távolságban, három elektromágneses tekercs van elrendezve, amelyek mindegyike egy háromfázisú áramforrás különböző fázisára van rákapcsolva.

Előnyösen a vízbetápláló eszköz egy háromfázisú motorral hajtott nyomószivattyú, amely motor fázistekercseivel sorba vannak kapcsolva egy háromfázisú áramforrás fázisaira kötött, elektromágneses tekercsek.

Célszerűen a motor fázistekercseivel sorba kapcsolt elektromágneses tekercsek frekvenciaszabályozott áramgenerátorra vannak csatlakoztatva.

Előnyösen a frekvenciaszabályozott áramgenerátor vezérlőbemenetére a nyomószivattyú kimenőnyomását érzékelő nyomásérzékelő van kötve, a szabályozás nyomásstabilizáló jellegű.

Célszerűen a sótalanítóbetét és a vízbetápláló eszköz között tárcsa alakú turbulens betét van elrendezve, a betáplált vizet nyomásesés árán a sótalanítóbetét felé irányított, a sóvisszatartó utakban turbulens áramokat okozó sugarakra osztó csatornácskákkal.

Előnyösen a tekercsek az üvegszál-erősítésű műgyanta falú, hengeres ház falába vannak beágyazva.

Célszerűen a tekercsek sugárirányban külső és belső gélréteggel együtt vannak a falba beágyazva.

Az alábbiakban, kiviteli példákra vonatkozó rajz alapján, részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra spirális betétes sótalanítóberendezés hosszmetszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti berendezés bemeneti része metszetben, a

3. ábra az 1. ábra szerinti berendezés kimeneti része metszetben, a

4. ábra sótalanítóbetét tengelyirányú nézete, az

5. ábra az 1. ábra szerinti berendezés tekercset tartalmazó falrészlete, metszetben, a

6. ábra a 4. ábra szerinti sótalanítóbetét rétegeinek elrendezése, metszetben, a

7. ábra elektromágneses tekercsek mágneses erőtereinek elrendezése, a

8. ábra finomszálas betétes sótalanítóberendezés vázlatos hosszmetszete, a

9. ábra a 8. ábra szerinti IX—IX metszet, a

10. ábra köpenylap kiterített állapotban, nézeti rajz, a

11. ábra más köpenylap kiterített állapotban, nézeti rajz.

Az 1. ábra szerinti 10 sótalanítóberendezés például tengervíz sótalanítására alkalmas. A 10 sótalanítóberendezés hengeres 12 háza mágnesesen semleges, nemfémes anyagú, célszerűen egy forgó, csőszerű, hengeres magra üvegszálas szövetből vagy fonatból tekercselt és műgyantával megkötött anyagú fal. Megkötéssel megszilárduló műgyantát a mag felületén is alkalmazunk, így a mag kihúzásával sima belső felületű 12 ház jön létre. A ház készítése során a mag fonattal betekercselt részének alját folyamatosan műgyanta fürdőben tartjuk, a fölösleges műgyantamennyiséget a tekercselés végén egy lehúzókéssel távolítjuk el a felületről. Az így készült 12 ház könnyedén ellenáll 7000 kPa-nál nagyobb belső nyomásnak is. A ház fejvégén peremes 16 motorral hajtott, peremes 14 nyomószivattyú van elrendezve, amely a kezelendő, sós vizet 5000-7000 kPa nyomással nyomja be a 12 házba. A 16 motor előnyösen egy háromfázisú, váltakozó áramú motor, a 14 nyomószivattyú előnyösen egy D10 hydracellszivattyú, amelyet a Warren Engineering of Minneapolis, Minnesota USA gyárt.

A 14 nyomószivattyú tárcsa alakú 20 fej közvetítésével, a 12 ház 18 véggyűrűjéhez van rögzítve (2. ábra). A 18 véggyűrű nyúlványa be van ágyazva az üvegszál-erősítésű, műgyanta falba, annak belső és külső 12.1, 12.2 falrétege közé. A beágyazás a 12 ház előállítása során történik meg. A 12 ház előállítása során előbb egy belső 12.1 falréteget készítünk, erre ráhúzzuk a 18 véggyűrűt, majd az üvegszál-erősítésű 12 ház előállítását folytatva, a 18 véggyűrű nyúlványára rálapolva, a falat külső 12.2 falréteg felvitelével megvastagítjuk. így a 18 véggyűrű a 12 ház integráns része lesz. A 18 véggyűrű hengeres nyúlványának külső felületén körbefutó 22 bordák vannak kialakítva, amelyek a nyomásállóságot növelik, a kapcsolatot megbonthatatlanná teszik.

A 18 véggyűrű homlokfelületében menetes zsákfuratok vannak kialakítva, amelyek a 20 fej rögzítésére szolgálnak. Ennek megfelelően a 20 fejben átmenő26 furatok vannak kialakítva, amelyeken átmenő28 csavarokkal van rögzítve a 20 fej a 12 ház 18 véggyűrűjéhez.

A 14 nyomószivattyú és a peremes 16 motor összeillő 32, 34 peremeiknél fogva, 30 csavarokkal van összerögzítve.

A 14 nyomószivattyú a 20 fejen 36 csavarokkal van rögzítve, amely 36 csavarok a 14 nyomószivattyú 38 karimáján átmenve, a 20 fej menetes 40 zsákfurataiba vannak becsavarozva. A 14 nyomószivattyú kimenőcsatornája a 20 fej 42 nyomócsatornájába torkol3

HU 225 090 Β1 lik, a 14 nyomószivattyú szívócsatornája a 20 fejben kialakított 44 szívóüregbe nyílik, amely 44 szívóüregbe sugárirányú 46 bemenőcsatorna nyílik.

A 20 fejnek a 14 nyomószivattyúval ellentétes oldalán hengeres 48 falnyúlványa van, amely 48 falnyúlvány belső, hengeres felületében belső 50 menet van kialakítva. Az 50 menetbe tárcsa alakú 52 turbulens betét van becsavarozva. Az 52 turbulens betét és a 20 fej homlokfelülete között 56 üreg van, amely 56 üreg a 42 nyomócsatornával van összenyitva.

Az 52 turbulens betét testében átmenő- 54 csatornácskák vannak kialakítva, meghatározott minta szerinti elrendezésben. Az 54 csatornácskák például körkörös minta szerint vannak kiosztva, de kialakíthatók sugárirányú vagy spirális vonalak mentén is.

A 20 fej 48 nyúlványának külső, hengeres felületében horony van kialakítva 58 O gyűrű számára, amely tömítettséget biztosít a 20 fej és a 12 ház belső felülete között.

A 12 ház másik végén (3. ábra) egy 62 bélésgyűrű van a 12 ház falának belső felületébe beágyazva, amely 62 bélésgyűrűbe egy összenyomható 64 rögzítőgyűrű van beugratva. A 62 bélésgyűrű beágyazása úgy kezdődik, hogy a 62 bélésgyűrűt felhúzzuk a mag megfelelő helyére, mielőtt az üvegszálfonat tekercselését megkezdenénk. A 62 bélésgyűrű fölött, a megfelelő falvastagság kialakítása után egy, a 12 ház külső felületén körbefutó 66 borda keletkezik. A 64 rögzítőgyűrű egy 60 véglapot támaszt meg kívülről a 12 házban, a belső nyomással szemben.

A 60 véglapban axiális irányú furatok: egy középponti, a kezelés eredményeként kapott sótalanított víz tisztavíz-kimeneti 68 furata, és a középtől távolabb egy a visszamaradt sóoldat kimeneti 70 furata van kialakítva. A 60 véglap a 12 házban tömítetten van elrendezve. A tömítést egyrészt egy a 60 véglap kerületén körbefutó 72 tömítésfészekben elrendezett U tömítés, másrészt egy ettől független 74 O gyűrű képezi.

A 12 házban 76 sótalanítóbetét van, a 12 ház 60 véglap felőli vége felől behelyezve. A spirális 76 sótalanítóbetét számos polimer rétegből és a rétegek közötti távtartó rácsokból áll, amelyek 78 gyűjtőcsőre történt szoros tekercseléssel vannak hengeres alakra hozva. A 76 sótalanítóbetét felépítését a későbbiekben még részletesen ismertetjük. A 78 gyűjtőcső kiálló vége a 60 véglap tisztavíz-kimeneti 68 furatában, tömítetten illeszkedik. A találmány szerinti célra alkalmas, ilyen spirális sótalanítóbetétet FT 30 megjelöléssel gyárt például a Filmtech Corporation, amely a Dow Chemical Company leányvállalata.

A 10 sótalanítóberendezés a fordított ozmózis elvén működik, amely fordított ozmózis elve részletesen ismertetve van, például az US 4277344 szabadalmi leírásban.

A henger alakú 76 sótalanítóbetét szorosan illeszkedik a 12 ház belső felületéhez. A 76 sótalanítóbetét mindkét végén 82 zárólapok (lásd még 4. ábrát is) vannak, amelyek kerületén 80 tömítésfészekben elrendezett U tömítés biztosítja a kerület menti zárást (2., 3. ábra).

A 4. ábra szerint a 76 sótalanítóbetét szürőmembrán- 86 rétegekből és 84 távtartókból álló, spirális tekercse a kerülete mentén, üvegszálas anyagú 86 rétegbe van burkolva, amely 86 réteg a két 82 zárólapot egymással összefogja. A 86 réteg olyan kerület menti, hengeres falat alkot, amely önmagában nem, csak a 12 ház belső falával támasztva képes ellenállni a belső nyomásnak. Az U tömítések megakadályozzák, hogy a 86 réteg és a 12 ház belső falfelülete között folyadékáram alakulhasson ki. A pókhálószerű 82 tárólapok külső és belső 88, 90 gyűrűit 92 küllők kötik össze (4. ábra), a 76 sótalanítóbetét középső 78 gyűjtőcsöve a belső 88 gyűrűn van átvezetve.

A 12 ház hossza mentén három elektromágneses 94, 96, 98 tekercs van elrendezve a 12 házzal koncentrikusan (1. ábra). A 94, 96, 98 tekercsek előnyösen be vannak ágyazva a 12 ház falába. Az 5. ábra egy a 12 ház falának készítése során tekercselt 98 tekercselrendezését mutatja a falban. Amikor elkészült a 12 ház vékony, belső 12.3 falrésze, akkor erre rátekercseljük a 94, 96, 98 tekercsek meneteit. A 12 ház falának gyártását ezután fejezzük be a vastagabb, külső 12.4 falrész létrehozásával. A 94, 96, 98 tekercsek menetei villamosán vezető anyagból, rézből vagy szénszálból készülhetnek. A menetek villamosán szigetelt vezetőből vannak tekercselve, így menetek között zárlat nem jöhet létre.

A 94, 96, 98 tekercsek védelmére puha 100, 102 gélrétegek szolgálnak, amely 94, 96, 98 tekercseket burkoló belső és külső 100, 102 gélrétegek a vezetőhuzal meneteivel együtt be vannak ágyazva a 12 ház falába, és védik a 94, 96, 98 tekercseket a 12 ház alakváltozásaitól és víz behatolásától. A belső 100 gélréteg felveszi a 12 ház belső túlnyomás hatására bekövetkező átmérőváltozásait, elnyeli az ezekből eredő, sugárirányú, feszítő erőket.

A 94, 96, 98 tekercsek külső 12.4 falrészbe beágyazott kivezetései a 12 ház fejrészéig vannak vezetve, ott egy közös csatlakozási pontig, amely lehet például egy 104 kapocslécdoboz (1., 2. ábra). A tekercsek kivezetéseire 106, 108 tápvezetékek vannak kapcsolva, amelyekkel a 94, 96, 98 tekercsek egy frekvenciaszabályozott 110 hajtásvezérlőhöz vannak csatlakoztatva. A 3. ábrán, egy lehetséges példaként, a 94 tekercs nem a 12 ház falába beágyazottam hanem a fal külső felületén elrendezetten van ábrázolva.

Az 1. ábra szerinti példában a 94, 96, 98 tekercsek egy háromfázisú 112 áramgenerátor vagy hálózat és a 16 motor frekvenciaszabályozott 110 hajtásvezérlője közé, sorosan vannak beiktatva, fázisonként egy-egy 94, 96, 98 tekercs. Ha a 94, 96, 98 tekercsek mágneses terét árnyékolni szükséges, a 12 házra árnyékolóharisnya húzható.

A háromfázisú 16 motor fázistekercseire kötött 110 hajtásvezérlő lehet például Allén Bradly (Rockwell Group) 1201 South Second Street, Milwaukee 53204 USA cég által forgalmazott 1336 plus típusú eszköz.

A 16 motor nyomástartó jellegű fordulatszám-szabályozása érdekében a 14 nyomószivattyú kimenőcsa4

HU 225 090 Β1 tornájába, azaz a 20 fej 42 nyomócsatornájába nyitott 116 csatornában 114 nyomásérzékelő van elrendezve, amelynek villamos 118 jelvezetéke (1. ábra) a frekvenciaszabályozott 110 hajtásvezérlő vezérlőbemenetére van kötve.

Az ábrázolt, egyetlen 76 sótalanítóbetét helyett a 12 házban alkalmazható kettő vagy három, egymás mögött elrendezett 76.1, 76.2 sótalanítóbetét is, amelyek mindegyikén átfolyik a kezelés alatt lévő víz. Mindegyik 76.1, 76.2 sótalanítóbetét körül lehet három 94, 96,98 tekercs elrendezve, de az 1. ábrán olyan megoldás van ábrázolva, ahol csak egyszer három tekercs van a 12 ház (a két sótalanítóbetét) hossza mentén elrendezve, és ezek közül a középső 96 tekercs áthidalja a két 76.1, 76.2 sótalanítóbetét egymás felőli végét, amely végek az 1. ábrán szaggatott vonalakkal vannak jelölve.

A 6. ábrán a spirális 76 sótalanítóbetét rétegszerkezetének részlete van feltüntetve, erősen nagyítva. A 76 sótalanítóbetétben 120.1...120.5 összetett polimer filmrétegek között 126, 132 rácsok vannak elrendezve, amely 126,132 rácsok közel járatokat alkotnak. A járatok váltakozva 122, 124 sóvisszatartó utak és 128,130 szűrtvíz-utak.

A 120.2 és 120.3 összetett polimer filmrétegek között első 122 sóvisszatartó út, a 120.4 és 120.5 összetett polimer filmrétegek között további 124 sóvisszatartó út van kialakítva, amely 122, 124 sóvisszatartó útban lévő 126 rácsnak turbulenciaképző szerepe is van. A126 rács anyaga például plasztikus műanyag, hosszirányú és keresztirányú, a keresztezés! pontokban összehegesztett szálakkal. A 126 rács alkalmazása másrészt megakadályozza a járat eltömődését.

A 120.1 és 120.2 összetett polimer filmrétegek között első 128 szűrtvíz-út, a 120.3 és 120.4 összetett polimer filmrétegek között további 130 szűrtvíz-út van kialakítva. A 128, 130 szűrtvízút-járatokban alkalmazott, távtartó 132 rácsnak nincs turbulenciaképző szerepe, viszont megakadályozza, hogy a membránok két oldala közötti nyomáskülönbség okozta alakváltozás elzárja a szűrtvíz-utakat. Egy 76 sótalanítóbetétben számos ilyen, membránnal elválasztott (a membránon átjutó víz számára összekötött) járatpár van kialakítva.

A 76 sótalanítóbetétben a 122, 124 sóvisszatartó utak a bemenet felőli oldalon nyitva vannak, és a 78 gyűjtőcső felé zárva vannak, ugyanakkor a 128, 130 szűrtvíz-utak a 78 gyűjtőcső felé vannak nyitva, és a bemenet felőli oldalon vannak zárva. így a kezelendő víz csak a 122, 124 sóvisszatartó utakba jut be, a 78 csőbe pedig csak szűrt, sótalanított víz juthat.

A 10 sótalanítóberendezés működési mechanizmusa nagyon összetett, teljes egészében a bejelentő előtt sem ismert. Az alábbi magyarázat gyakorlati megfigyeléseken alapul, és további, gyakorlati megfigyelésekre van szükség a még fel nem derített részletek megismeréséhez.

A spirális 76 sótalanítóbetét előállítása során a távtartó rácsokkal együtt tekercselt membránrétegeket szorosan, egyforma szorosan szükséges tekercselni a középponti 78 gyűjtőcsőre. Ez a belső menetek esetében nem jelent különösebb gondot, de a külsőbb meneteket egyre nehezebb ugyanolyan szorosra tekercselni. Egy hagyományos sótalanítóbetétben a házba benyomott, kezelendő víz közvetlenül a 2. ábra szerinti 134 térbe jut, minthogy az 52 turbulens betét alkalmazása ismeretlen. így nem is jön létre sugárirányú nyomáskülönbség a 134 tér különböző részei között, például a sugárirányban külső sóvisszatartó út bemenetén ugyanakkora a nyomás, mint a 78 gyűjtőcsőhöz közeli, középső sóvisszatartó út bemenetén. Minthogy a sótalanítóbetét külső menetei lazábbak, mint a belsők, ide nagyobb mennyiségű víz igyekszik behatolni, mint a szoros belső menetek közé.

Az 52 turbulens betét megfelelő elosztású 54 csatornácskái a bejövő vizet vízsugarakra osztják, amely vízsugarak az 54 csatornácskák kiosztásának megfelelő elosztásban és helyen, a 76 sótalanítóbetét bemenőoldali vége felé irányulnak. így elérhető, hogy a 76 sótalanítóbetét belső meneteibe nagyobb nyomással hatoljon be víz, mint a külső menetekbe. A 82 zárólapok 92 küllői olyan keskenyek, hogy a vízáramokat gyakorlatilag nem zavarják, és főként nem okoznak nyomásesést a 134 tér nyomásához képest, a 128, 130 szűrtvíz-utak bemenetén.

A tengervíz és kisebb mértékben más sós vizek is, oldott gázokat és hidrokarbonátokat tartalmaznak. Úgy véljük, hogy az 52 turbulens betét 54 csatornáin létrejövő, mintegy 200 kPa nyomásesés azt idézi elő, hogy ezeknek egy része (oxigén és szén-dioxid) buborékok formájában kiválik a sós oldatból. Minthogy ezek a buborékok nyomás alatt vannak, nagyon kicsi méretűek. Mégis, a hatásuk nagy abban, hogy akadályozzák polarizálórétegek képződését és koncentrálódását a membránfelületen, ezzel nagymértékben segítik a sótalanítóbetét működését.

Egy kísérletben a szűrésből visszamaradt sóoldatot visszavezettük abba a nagy tartályba, ahonnan a kezelendő vizet vettük, és ahol a friss és visszavezetett víz keveredhetett egymással. Ezt annak érdekében tettük, hogy adott mennyiségű vízzel több vizsgálatot végezhessünk el. Azt tapasztaltuk, hogy ahol a visszamaradt sóoldat visszafolyt a tartályba, ott a víz buborékos volt. Ahelyett, hogy a töményebb, visszamaradt sós víz lesüllyedt volna a tartályban, a beömlés helyétől kissé távolabb a felszínre emelkedett. A buborékokat megvizsgálva megállapítottuk, hogy azokat főként szén-dioxid és oxigén keveréke alkotja.

Az 52 turbulens betét 54 csatornácskáiból kiáramló vízsugarak egyenesen a sóvisszatartó utakba jutva, a sóvisszatartó utak vízáramában örvényléseket hoznak létre, amely örvénylések a fő áramlásirányt keresztező irányúak, így elhordják a membránfelületről a koncentráltan polarizált folyadékrészecskéket, ezzel akadályozva koncentrált töltésű felületi réteg létrejöttét. Természetesen ez a hatás csökken a járatok bemenetétől távolabbi helyeken.

A változó mágneses tér alkalmazásának hatása a folyamatra abban mutatkozik meg, hogy fenntartja ezt az örvényáramot a folyadékban, a sóvisszatartó utak teljes hossza mentén, így ez a koncentrált réteget szét5

HU 225 090 Β1 oszlató hatás nemcsak a bemenet környezetében érvényesül.

Amint már említettük, sok szennyező nettó töltése pozitív, amíg a összetett polimer félig áteresztő membrán nettó töltése negatív. így létrejönnek gyenge vonzerők a membrán és a szennyezők között. Úgy hisszük, hogy a mágneses tér alkalmazásával fenntartott örvénylő folyadékáram ellensúlyozni képes ezeket a vonzerőket, így a szennyezők nem tudnak megtelepedni a membrán felületén.

Előnyösnek találtuk azt, hogy a tekercsek mágneses terei átlapolják egymást. Az átlapolt mágneses tereket a 7. ábrán szemléltetjük. A 7. ábrán a 12 házzal koncentrikus két elektromágneses 96, 98 tekercs van feltüntetve, amelyek F1, F2 erőterei átlapolják egymást. Bár a 96, 98 tekercsek gaussban mérhető erőtere a 12 ház mentén, a két 96, 98 tekercs között változó, mágneses erőtér jelen van. A mágneses fluxus maximuma például 2000 gauss, a két 96, 98 tekercs közötti minimuma 1600 gauss. A 96, 98 tekercsek mágnese terei természetesen nincsenek azonos fázisban. A 7. ábrán feltüntetett 96, 98 tekercsek nem a ház részei, hanem a 76 sótalanítóbetétre vannak tekercselve, a külső 86 réteg alatt vagy fölött.

A bejelentők azt találták, hogy nagyon előnyös hatás érhető el úgy, hogy a 94, 96, 98 tekercseket 50 Hz-es, 380 V-os hálózati váltakozó árammal tápláljuk. Erről a bárki számára rendelkezésre álló hálózatról történik a 16 motor táplálása is, tehát ez van a 110 hajtásvezérlő bemeneti kapcsaira is csatlakoztatva. Azt találtuk továbbá, hogy a frekvenciaszabályozott, háromfázisú 110 hajtásvezérlő számára előtétfojtóként használhatók a mágnesező- 94, 96, 98 tekercsek, amelyek tehát ez esetben a 110 hajtásvezérlőn át sorba vannak kapcsolva a 16 motor fázistekercseivel. Ezzel a kapcsolással kisimulnak a frekvenciaszabályozásból eredő impulzuscsúcsok, csökken a szabályozásból adódó veszteség, és mintegy 2 amperrel csökken a 16 motor tényleges indítóárama.

Egy hagyományos sótalanítóberendezés 76 sótalanítóbetétjén mintegy 300 kPa nyomásesés keletkezik, így a 6000 kPa nyomással bepumpált víz mellett a sósvíz-kimeneti 70 nyílásban uralkodó nyomás mintegy 5700 kPa. A találmány szerinti 94, 96, 98 tekercsekkel váltakozó intenzitású mágneses teret előállítva, ez a nyomásesés nem jön létre, sőt a kimenőnyomás egy kissé meg is haladhatja a bemenőnyomást. Erre a jelenségre még nincs kielégítő magyarázatunk. Egy lehetséges magyarázat szerint a mágneses térből bevitt energia entrópianövekedést okoz. Egy másik lehetséges magyarázat szerint a sóoldat szolenoid magként viselkedik, amely magot a mágneses tér a kimenet irányába nyom.

A bejelentő gyakorlati kísérleteinek eredménye azt mutatja, hogy a tekercseken átfolyó áram által keltett, ciklikusan fluktuáló mágneses mezőnek sem az amplitúdója, sem a frekvenciája nem kritikus a hatás tekintetében. Kísérleteket folytattunk az 5 Hz-7000 Hz frekvenciatartományban, és a mágneses tér alkalmazása az egész tartományban növelte az átbocsátóképességet, és lassította az eltömődés folyamatát, azaz ritkábban fordult elő eltömődés.

Ha a tekercsek táplálása nem kompatibilis a 16 motor hajtásával áramellátás tekintetében, akkor a tekercseket külön áramforrásról szükséges táplálni. Az egyenfeszültségű áramforrás kimenőáramának szaggatásával képzett mágnesezőáramot is előnyös hatásúnak találtuk. A tekercsek táplálása tehát nemcsak szinuszos árammal, hanem például négyszögpulzusokkal is történhet.

A 8. és 9. ábrán finomszálas 136 sótalanítóberendezés van vázlatosan ábrázolva. A 136 sótalanítóberendezés 138 házának egyik végén van 140 tisztavíz-kimenete, másik végében van 142 visszamaradt sóval dúsított víz 142 gyüjtőkamrája, és annak 160 sóelvezető csatornája. A 140 tisztavíz-kimenet egy a 140 kimenetet 144 szűrőtértől elválasztó 146 fallal és a 138 ház 156 végfalával határolt 150 végkamrából vezet ki, amely 146 falban a külső kerületénél fogva, U alakban visszahajtott hajszálcsöves 148 szűrőszálak mindkét vége van befogva. A 148 szűrőszálak összetett polimer anyagú, fordított irányú ozmotikus membránok, amelyek csőnyílásai a 150 végkamrába nyitottak. A számos 148 szűrőszál mindegyike végig van vezetve a 146 válaszfaltól a 144 szűrőtér teljes hosszában, amely 144 szűrőtér másik végén egy 180°-os 152 hajtűkanyarral a 148 szűrőszál visszafordítva, vissza van vezetve a 146 válaszfalba, ahol mindkét vége tömítetten be van fogva.

A 146 válaszfalon és a 138 ház 156 végfalán áthatol egy, a 138 ház tengelyvonalában húzódó, a 144 szűrőtérben perforált bemenő- 154 cső, amelynek belső vége 158 dugóval le van zárva. A kezelendő vizet ezen a bemenő- 154 csövön át, nagy nyomással juttatjuk a 144 szűrőtérbe, az abban elrendezett 148 szűrőszálak külső felületére. Ez esetben a 148 szűrőszálak közötti tér képezi a korábbi példa szerinti sóvisszatartó utakat, járatokat. Ezek a járatok a kimenőoldali 142 gyűjtőkamrával kapcsolatban vannak, amely 142 gyűjtőkamrából 160 sóelvezető csatornán át van kivezetve a visszamaradt, tömény sóoldat.

A 8. és 9. ábra szerinti 136 sótalanítóberendezés önmagában ismert és a sótalanítóiparban széles körben használt berendezés.

Az önmagában ismert berendezés 162, 164, 166 tekercsekkel van kiegészítve, amely elektromágneses 162, 164, 166 tekercsek körülveszik a 148 szűrőszálak kötegét. A 162, 164, 166 tekercseknek ugyanaz a szerepük, mint az első példa szerinti 94, 96,98 tekercseknek. Ugyanúgy vannak árammal táplálva, és ugyanúgy örvényáramokat hoznak létre a sóvisszatartó járatok vízáramában.

A 10. ábrán egy a ház hengeres alakjára rásimítható, a tekercseket hordozó 168 köpenylap van ábrázolva. A 168 köpenylap 170 rögzítőelemekkel, például popszegeccsel vagy úgynevezett Velcro-eszközzel rögzíthető a ház külső rétegeként. A műanyag 168 köpenylap anyaga lehet megfelelően merev, mégis rugalmas, amely elengedve lényegében visszanyeri sík alakját. Másrészt a 168 köpenylap készíthető olyan anyagból is, amely nem alaktartó.

HU 225 090 Β1

A 168 köpenylap hengeres alakban belülre kerülő oldalán villamosán vezető anyagú 172 huzalok vannak rögzítve ragasztással vagy más módon. Az egymással párhuzamos, menetesen elrendezett 172 huzalok mindkét végén villamos 174 csatlakozó van szerelve, ahol a hengeres alakba hajtott 168 köpenylap egyik 172 huzaljának (az ábrán alsó) 174 csatlakozója a vele szomszédos 172 huzal másik (az ábrán felső) végén lévő 174 csatlakozóba csatlakozik villamosán, többmenetes tekercset alkotva.

A 168 köpenylap utólag is felszerelhető egy meglévő sótalanítóberendezésre, ezzel kiegészíthető az ismert berendezés úgy, hogy a találmány szerinti megoldás megvalósuljon, és előnyei érvényesüljenek. A 168 köpenylapon egynél több tekercs is kialakítható, illetve egy ház hossza mentén kettő vagy három 168 köpenylap is elrendezhető.

A „rágombolható” köpenylap a legkülönbözőbb sótalanítóberendezéseken alkalmazható, mert azok általában csőszerű házzal rendelkeznek - ha azok külső felületén nincs a köpenylap felhelyezését akadályozó szerelvény.

Bár az tűnik előnyösebb kialakításnak, ahol a tekercsek koncentrikusak a ház tengelyvonalával, erre merőleges, vagy ettől eltérő keresztirányú tekercsek is hatásosak. (11. ábra) Ilyen, keresztirányú tekercsek - spirális, sík 176 tekercsek formájában - kialakíthatók a 168 köpenylapokon. Célszerű a hengeres alakba tekercselt 168 köpenylap két egymással szemben fekvő helyén (a 11. ábrán kiterített köpenylapon egymás fölött) egy-egy sík 176 tekercset kialakítani, amely 176 tekercsek egymással sorba kapcsolhatók. A ház hosszirányára merőleges tekercsek nemcsak a házra rágombolható 168 köpenylapon, hanem a közvetlenül házon rögzítve is kialakíthatók.

Claims (11)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Vízkezelő eljárás, oldott szilárd anyagok eltávolítására, amely eljárás során a tisztítandó vizet sóvisszatartó úton, fordítottozmózis-membránra vezetjük, és a membránt, a sóvisszatartó utat és a membránon áthaladó vizet fluktuáló mágneses térnek tesszük ki, azzal jellemezve, hogy különböző fázisú váltakozó áramokkal gerjesztünk a sóvisszatartó út (122, 124) mentén elrendezett, a vízben örvényáramokat keltő, egymást átlapoló mágneses erőterű (F1, F2), legalább két elektromágneses tekercset (96, 98).
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sóvisszatartó út (122, 124) mentén egymástól adott távolságban elrendezett három tekercset (94, 96, 98; 162, 164,166) háromfázisú árammal táplálunk.
3. 3. Sótalanítóberendezés, fordítottozmózis-membrán menti, hosszirányú sóvisszatartó úttal (122, 124) és tisztítandó vizet a sóvisszatartó útba nyomó, vízbetápláló eszközzel, azzal jellemezve, hogy a vizet átjáró és egymást átlapoló mágneses erőterű (F1, F2), legalább két elektromágneses tekercs (96, 98) van elrendezve egymástól meghatározott távolságban a sóvisszatartó út (122, 124) mentén, amely tekercsek (96, 98) kivezetéseire különböző fázisú váltakozó áramú áramforrás van kötve.
4. 4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy hosszúkás háza (12) van, amely házban (12) hosszúkás sótalanítóbetét (76) van elrendezve, amely sótalanítóbetétben (76) számos sóvisszatartó utat (122, 124) határoló, félig áteresztő membrán van, az elektromágneses tekercsek (96, 98) a ház (12) hossza mentén, egymástól adott távolságban vannak elrendezve.
5. 5. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház (12) hossza mentén, egymástól adott távolságban, három elektromágneses tekercs (94, 96, 98; 162, 164, 166) van elrendezve, amelyek mindegyike egy háromfázisú áramforrás különböző fázisára van rákapcsolva.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a vízbetápláló eszköz egy háromfázisú motorral (16) hajtott nyomószivattyú (14), amely motor (16) fázistekercseivel sorba vannak kapcsolva egy háromfázisú áramforrás fázisaira kötött, elektromágneses tekercsek (94, 96, 98).
7. 7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a motor (16) fázistekercseivel sorba kapcsolt elektromágneses tekercsek (94, 96, 98) frekvenciaszabályozott áramgenerátorra (112) vannak csatlakoztatva.
8. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a frekvenciaszabályozott áramgenerátor (112) vezérlőbemenetére a nyomószivattyú (14) kimenőnyomását érzékelő nyomásérzékelő (114) van kötve, a szabályozás nyomásstabilizáló jellegű.
9. 9. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a sótalanítóbetét (76) és a vízbetápláló eszköz között tárcsa alakú turbulens betét (52) van elrendezve, a betáplált vizet nyomásesés árán a sótalanítóbetét (76) felé irányított, a sóvisszatartó utakban turbulens áramokat okozó sugarakra osztó csatomácskákkal (54).
10. 10. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tekercsek (94, 96, 98) az üvegszál-erősítésű műgyanta falú, hengeres ház (12) falába vannak beágyazva.
11. 11. A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tekercsek (94, 96, 98) sugárirányban külső és belső gélréteggel (100, 102) együtt vannak a falba beágyazva.