IT8147646A1 - Unita' di dessalazione per sistema idrostatico di osmosi inversa. - Google Patents
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Description
" Unit? di dessalazione per sistema idrostati? co di osmosi inversa. "
Riassunto
Il sistema ? basato sull ' ottenimento della pressione necessaria per la dessalazione per osinosi inversa, attraverso un metodo fondamentalmente idrostatico .
Le membrane di osmosi inversa sono situato nella parte bassa di un tubo ad U, attraverso il (piale circola l ' acqua da dolcificare , per mezzo di una pompa sistemata nella parte pi? alta del ramo discendente e che attiva la circolazione . Attraverso il condotto ascendente della U flui sce l' acqua processata, da' eliminare, e che contiene una maggior quantit? di sali .
La lunghezza dei rami della U sar? tale che la pressione idrostatica che esiste nella parte inferiore , unitamente alla pressione originata dalla mandata della pompa di circolazione , sia esattamente quella necessari a per il verificarsi del fenomeno di osmo si inversa attraverso le membrane.
Per ottenere ci?, tutto l?impianto, meno la pompa di circolazione, viene sistemato in alloggiamenti sotterranei a sufficiente profondit?, che vengono costruiti al di sotto del livello di disponibilit? delle acque da trattare.
La disposizione di costruzione pi? semplice ? quella di un pozzo dotato, nella parte inferiore, di una galleria radiale dove sono alloggiati i moduli di osmosi inversa, a mo? di sala di processo.
Il sistema, che risparmia molta energia, presenta vantaggi per impiego con acque marine od ad alto contenuto di sali.
Concretamente, trattando acqua di mare, il consumo specifico di energia totale nel processo oscilla tra 2.5 e 2.7 Kw/m di acqua prodotta.
La presente invenzione si riferisce, in accordo con quanto espresso nel titolo della presente descrizione, ad una unit? di dessalazione che realizza la propria funzione utilizzando un sistema idrostatico di osinosi inversa.
Sono noti i problemi derivanti dalla scarsit? di acqua potabile o dolce, in alcune regioni della Terra, gravando sulle necessit? industriali ed agricole, e trasformandosi, inoltre, in problemi vitali (piando detta scarsit? rende dif ficile la stessa sopravvivenza umana .
Negli ambienti geografici in cui la disponibilit? di acqua ? quasi inesistente,, i problemi sono risolti mediante di stinti sistemi di de ssai azione di acque salmastre o marine.
I processi di dessalazione pi? usati , fino ad ora, sono quelli che utilizzano la via termica e che sono caratterizzati fondamentalmente da un eccessivo consumo di energia.
Per quanto riguarda l ' acqua marina, per ottenere un metro cubo di acqua pura, partendo da una disponibilit? illimi tata di acqua di mare, sono necessarie un minimo teorico termodinamico di 700 Kcal ( chilocalorie) , equivalenti a 0.14 Kwh ( chilowattore indipendentemente dal metodo usato .
Le diverse tecnologie termiche per avvicinarsi a queste cifre teoriche tendono a realizzare tutte le fasi del processo in modo che esse siano in ogni istante reversibili , cio? il pi? vicino possibile ad una membrana di stati di equilibrio . Tutto ci? presuppone l ' impiego di processi molto lenti e delicati che situano il sistema nel campo della pura teoria.
Affinch? i sistemi abbiano pratica applicazione, i processi devono essere accelerati , con una conseguente ampia deviazione della successione d-i stati di equilibrio e pertanto della reversibilit?. Tale deviazione rappresenta un grande incremento del consumo di energia necessaria per la realizzazione del processo .
Tra i si stemi tecnici , quello che occupa il pi? alto livello di consumo , ? rappresentato dalla produzione di acqua mediante sempli ce distillazione, che necessita 540. 000 Kcal . per metro cubo di acqua pura.
Un impianto dessalatore di acqua marina, di tipo termico doppio produttore cio? di acqua potabile e di energia elettrica, consuma circa 100.000 Kcal . per metro cubo di acqua prodotta in relazione , esclusivamente con la produzione di acqua, a questo consumo di Kcal . dovendo assommarsi quello relativo alla produzione di energia elettrica.
Opposti ai dessalatori termici sono i sistemi per osmosi inversa che hanno rendimenti pi? vicini alla condizione di equilibrio , consumando , durante il processo, una molto minore quantit? di energia, potendo raggiungere ordini di 4.000 Kcal . per metro cubo .
Le realizzazioni pratiche , per acqua di mare, all ' attuale livello industriale, potrebbero consumare tra le 9.500 e le 5.000 Kcal . , per la pi? piccola unit?, ? rispettivamente per le maggiori , dotate queste ultime di sistemi di recupero di energia nelle salamoie di restituzione.
Questi sistemi di osmosi inversa non sono stati ancora messi a punto e reali zzati nel campo delle ap plicazioni industriali ; e ci? specialmente nel trattamento di acqua ad alto tenore di sali , come nel caso dell ' acqua di mare . Questo , per lo meno , fino a pochi ssimi anni fa.
L 'unit? di dessalazione oggetto della presente i venzione ? inclusa tra i sistemi di osmo si inversa, e sendo capace di ridurre i consumi di energia fino ad un livello di 2 ,300 Kcal . per metro cubo , con rendimento ottimo per una realizzazione di carattere industriale .
Se tale ri sparmio di energia, che si avvicina al 50%, ha gi? in se ' grande importanza, con conseguente notevole diminuzione dei costi di produzione di acqua dolce per dessalazione, ha tuttavia una ancor maggior importanza specialmente nel periodo attuale in cui si deve far fronte ad una preoccup ante scarsit? di energi a ed al suo enorme incremento nel prezzo . Tali fattori coll ocano in una situazione molto critica gli impianti di dessalazione per vi a termica, nella loro qualit? di grandi consumatori di prodotti derivati dal petrolio.
Come ? noto, i processi di dessalazione per osmosi inversa sfruttano, fondamentalmente, il fenomeno fisico della pressione osmotica, secondo la quale, se due recipienti, uno pieno di acqua pura ed uno pieno di soluzione salina, sono in comunicazione, separati da una membrana semi-permeabile, attraverso di questa si stabilisce una corrente di acqua pura verso il recipiente pieno di soluzione.
Applicando una pressione crescente nel recipiente di soluzione, questa corrente continua ad esistere, con portata decrescente, fino a che la differenza di pressione tra i due recipienti assume un valore determinato. Tale valore ? in funzione della concentrazione della soluzione e della temperatura assoluta del liquido nel quale entra la corrente.
Se la pressione supera il valore citato, si produce il fenomeno di osmosi inversa, cio? il passaggio di acqua pura dal recipiente contenente la soluzione all'altro recipiente contenente acqua pura.
Supponendo che l?acqua abbia una temperatura costante durante il processo e, dato che la pressione minima necessaria ? proporzionale alla concentrazione salina, separandosi acqua pura dalla soluzione, queeta aumenter? la sua concentrazione e, pertanto, sar? necessario , di conseguenza, aumentare continuamente la pressione, se si desidera mantenere la corrente di acqua purificata.
Per ottenere un flusso continuo ad una certa pressione, ? necessario alimentare il recipiente di soluzione salina e purgare il sistema con una estrazione di soluzione concentrata.
Dato che la soluzione salina ? sotto pressione, per l ' estrazione dell ? acqua dispurgo o restituzione, ? sufficiente eliminare la soluzione concentrata situata in prossimit? della membrana, utilizzando una valvol a di controllo di portata, per mezzo della quale si ottiene il controllo dell a concentrazione massima dell a conversione del processo .
La citata conversione del processo di osmosi inversa si esprime come relazione tra il volume di a qua prodotto ed il volume dell ' acqua di alimentazion Per l ' acqua di mare , il fattore citato ? situato fra il 15 ed il 3 ($.
Il consumo reale di energi a, negli impianti di dessalazione per osmo si inversa, ? molto inferio re ri spetto a quello dei sistemi termici , secondo quanto detto precedentemente. Tuttavia, in dette uni t? dessalatri ei per osmosi inversa , il consumo princ pale di energia si produce nell a f ase di alimentazio . ne delle membrane o moduli, con la compressione della quantit? di acqua salata da trattare, con il che si ottiene, da un lato una portata in volume minore di acqua de ssalata, e dall'altro lato, in volume maggiore, una portata di acqua dispurgo ? salamoia, con la conseguente perdita di una quantit? di energia.
L'unit? di dessalazione di acqua per sistema idro stati co di osmosi inversa, che costituisce l' spetto della presente invenzione, ? stata particolarmente studiata per ottenere una riduzione considerevole dell'energia necessaria per l'alimentazione dei moduli che, come si ? detto precedentemente, costituisce il principale consumo per questi sistemi di osmosi inversa.
La caratteristica fondamentale dell'unit? dessalatrice della presente invenzione risiede nella utilizzazione di metodi idrostatici por sottomettere grandi portate di acqua salata alle grandi pressioni che necessitano, situando sotterraneamente i moduli osmotici propriamente detti.
Fondamentalmente, l'invenzione risiede nella disposizione di tre pozzi o tuhi verticali che raggiungono unL profondit? di circa 500 metri, essendo i tre tuhi collegati fra loro all'estremit? inferiore, dove alloggia il modulo od i moduli d? osmosi inversa.
Il tubo di ingresso dell'acqua di mare ed il tulio di uscita della salamoia, collegati direttamente all'estremit? inferiore, sono uniti, a tale quota, ad un modulo di osmosi inversa. A tale livello, l'acqua ritorna alla pressione relativa alla colonna sovrastante, mentre Inacqua pura ottenuta si raccoglie sul fondo di un deposito polmohato direttamente con 1 ? atmosfera.
Da quanto esposto, si deduce che l?energia necessaria per ottenere la pressione nella zona del modulo osmotico, corrispondente all'acqua di mare, ? minima, poich? necessita soltanto una pompa di circolazione che muova l'acqua, spostando la salamoia dalla zona di osmosi, senza per? che esista differenza di altezza di colonna fra il condotto di entrata ed il condotto di uscita, ed il consumo fondamentale di energia ? definito dalla pompa di estrazione che ha il compito di recuperare l'acqua dessalata dal deposito corrispondente ed elevarla alla superficie.
Si tratta, pertanto, di spostare i moduli osmotici fino ad una profondit? sufficiente tale che la pressione, dovuta alla colonna di acqua sovrastante, nella parte inferiore del tubo ad U, situato al di sotto del livello del mare, ed attraverso il quale circola l'acqua salata, sia sufficiente per la realizzazione del fenomeno di osmosi inversa, sostituendo cos? il processo convenzionale delle dessalazioni di questo tipo, che consiste nel pompaggio ad alta pressione del vo] urne totale di acqua salata da trattare per ottenere i valori necessari alla realizzazione del fenomeno di osmosi, per poi spurgare la salamoia, perdendo cos? la maggior parte dell'energia consumata nel pompaggio.
Anche se nella citata dessalazione si rende anche necessario un pompaggio, ? evidente che il consumo di energia necessaria per l?estrazione dell?acqua pura prodotta ? considerevolmente minore del consumo di energia necessaria per il pompaggio di tutta l'acqua salata, visto che es?ste una differenza fondamentale tra i volumi corrispondenti all?acqua prodotta ed a quella salata, dato che, come precedentemente detto, l'acqua prodotta non supera il 3 0u/? di quella trattata ?
Per completare la descrizione della presente invenzione, e per facilitarne la comprensione delle sue caratteristiche, si aggiungono, come complemento integrante della stessa, una serie di disegni che, con carattere esclusivamente illustrativo e non limitativo, rappresentano quanto segue:
la fig. 1 mostra una rappresentazione schematica in vista laterale, di una dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo l'invenzione ;
la fig. 2 mostra una possibile realizzazione pratica dello schema teorico di fig. 1, pure in vista laterale;
la fig. 3 mostra una sezione trasversale del pozzo illustrato nella realizzazione pratica di fig. 2;
la fig. 4 mostra una sezione della galleria di processo illustrata nella dessalatrice rappresentata nella fig. 2. , Riferendosi alle figure, ed in particolare alla fig. 1, si pu? osservare che la dessalatrice di acqua secondo l'invenzione si basa fondamentalmente nel disporre il modulo od i moduli osmotici 1 ad una profondit? 2 dell'ordine di circa 500 metri, essendo detto modulo osmotico collegato con la superf?cie mediante tre tubi o pozzi 3f 4 e 5.
I tubi 3 e 4 formano, nel loro insieme, un tubo ad U, tale che, nel tratto di unione che si trova al- -la quota pi? bassa, si situa il modulo osmotico 1, cos? che l'acqua salata 6 raggiunge il modulo 1, scendendo per il tubo 3, ?d una frazione di essa, vicina al 30% come precedentemente detto, attraversa la membrana del modulo e, dessalinizzata perfettamente, arriva al deposito ausiliario 7, mentre il resto della acqua salata, con una concentrazione di sali maggiore, risale per il condotto 4 arrivando alla zona 8 di scarico della salamoia.
Dato che non esiste differenza di livello fra il deposito di acqua salata 6 ed il deposito di scarico della s&lssoi& 8, par il uoviiaento dell ' acqua, all ' interno dei condotti 3 e 4, per eliminare la sala moi a che si forma continuamente, presso il modulo osmotico 1 , necessita un consumo minimo di energia assorbita da una pompa di circolazione 9 installata i un punto qualunque lungo il percorso dei condotti 3 e 4, e che di preferenza sar? sistemata nel condotto 3 , dove la concentrazione salina ? minore e, di conseguenza, sar? minore anche l ' aggressivit? dell ' acqua rispetto alla pompa.
Nonostante il citato consumo minimo di energia, all ' altezza- del modulo osmotico 1 si riesce ad avere la pressione necessaria af finch? possa prodursi il fenomeno di osmosi inversa, grazie alla colonna di acqua di altezza 2 .
L ' acqua prodotta od acqua dessalata, si riporta alla superfi cie per mezzo della pompa di trasferimento 10 ed attraverso il terzo condotto , situato all ' interno del terzo pozzo 5.
Evidentemente, il consumo di energia necessaria per pompare l'acqua dessalata contenuta nel deposito 17 ? in funzione dell?altezza 2 ed ? considerevolmente inferiore a quello che sarehhe necessario per ottenere la pressione adeguata nel modulo osmotico 1, se non esistesse la citata differenza di altezza 2 tra il modulo 1 ed i depositi 6 ed 8 per l'acqua salina pre-trattata e per lo scarico della salamoia.
Lo schema teorico rappresentato in fig. 1 pu? essere praticamente realizzato secondo guanto rappresentato nella fig. 2t nolla quale si rappresenta un pozzo unico 12 dove alloggiano i condotti 3, 4 e 5t corrispondenti rispettivamente all'acqua salata, alla salamoia ed all'acipua prodotta.
Al fondo del pozzo 12 esiste una galleria laterale 13 dove sono alloggiati i moduli osmotici 1, mentre il deposito 7, collettore dell'acqua dolcificata, ? situato a prolungamento dello stesso pozzo 12 . Esiste una tubazione 14 per la raccolta dell'acqua prodotta che collega le uscite dei moduli osmotici 1 e porta l'acqua fino al detto deposito collettore 7, La pompa di circolazione 9 ? alloggiata all'interno dell'edificio 13 che protegge l'imboccatura del detto pozzo 12. In esso sono montati : il condotto proveniente dal deposito 6 di acqua salata pretrattata ; il condotto 4 collegato alla sua estremit? al deposito 8 di estrazione della salamoia; il condotto 11- di recupero dell'acqua prodotta ed un ulteriore condotto 16 per l'eliminazione degli eventuali scarichi e filtrazioni, opportunamente raccolti in un pozzo 1 7 situato al fondo della galleria di trattamento 1.3 e dotato della corrispondente pompa 18 per la loro evacuazione all'esterno.
A completamento della struttura descritta, ? prevista, nel pozzo, l'esistenza di un montacarichi 19, di un condotto di ventilazione 2o per il servizio alla galleria di/fcratt amento 13, nell a quale detta distribuzione ? stata indicata con il numero 21, ed ? corrispondenti collegamenti elettrici 22.
Si ? previsto che tutti gli elementi alloggiati nel pozzo 12 ne occupino la periferia cos? da lasciar un ampio spazio centrale libero, che permetta il passaggio di pezzi pesanti.
La pompa 9 di circolazione dell'acqua salata e della salamoia ? stata localizzata in superficie, all'interno dell'edificio 13, essendo essa una pompa di grande portata e bassa prevalenza e, perci?, molto voluminosa. La sua posizione , inoltre, favorisce i moduli osmotici, con una pressione addizionale che si somma a quella idrostatica.
Tale di sposizione della pompa 9 permette la riduzione di alcuni metri dell ' atezza 2 di definizione della pressione idrostatica e, di conseguenza, della profondit? del pozzo e della lunghezza dei condotti .
In impi anti di grande portata, i condotti di discesa dell ? acqua di mare 3 e di risalita della salamoia 4 possono essere costituiti da pozzi separati che costituiscono essi stessi il condotto . In tal caso , l ' accesso al locale sotterraneo ed il passaggio di tutte l e altre tubazioni e servizi sarebbero alloggiati in un terzo pozzo centrale .
In piccoli impianti , si pu? realizzare un unico pozzo , non visibile durante il funzionamento , che, riempito di aoqua di mare attraverso la sua imboccatura superiore, alimenta il processo osmotico realizzato in una unit? sommersa?
Tale unit? sar? collegata alla superficie mediante una tubazione ombelicale, nel cui interno 3ono contenuti i condotti di estrazione di salamoia e di acqua dolci fi cata, e che polmone altres? , con l ' atmosfera, le uni t? osmoti che alloggiate nel fondo.
La citata tubazione serve anche per il passaggio dei collegamenti elettri ci di alimentazione delle pompe inferiori .
Da quanto esposto precedentemente, si deduce
Claims (6)
1. Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, caratterizzata dal fatto che, partendo da due serbatoi situati allo stesso livello, o condotti di alimentazione e resituzione, uno destinato a contenere od a convogliare l'acqua da addolcire, e l'altro destinato allo scarico della salamoia, si realizza un collegamento di comunicazione dirotta avente una configurazione ad U, lungo il quale si definiscono duo rami verticali , uno por la di scosa dell ' acqua salata, o l ' altro por la risalita della salamoia* nell ' estremit? inferiore del condotto ad U essendo situati i moduli di osmosi inversa,' tenendo presente che fra detti moduli di osmosi inversa ed il pelo libero dei depositi citati, esiste un dislivello tale per cui la colonna di acqua origina una pressione suffi ciente al prodursi del fenomeno di osmosi inversa/ t? acqua prodotta dai moduli scaricandosi in un deposito si stemato al fondo di un terzo condotto verti cale, attraverso il quale, per mezzo di una pompa, si scari -ca l ' acqua dolcificata; la citata estrazione potendo eff ettuarsi altres? per pompaggio diretto dalle bocche di uscita dei moduli stessi
2 . Dessalatrice di acqua per sistema idrostati co di osmosi inversa, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto di installare, nel condotto di entrata dell ' acqua salina e nella zona a quota pi? elevata di questo , una pompa di grande portata e piccola prevalenza, che stabilisc e il flusso di circolazione costante dell ' acqua , dal deposito di acqua salata a quello di salamoi a e che collabora con la propria colonna di acqua a fornire la pressione necessaria ai moduli osmotici, detta pompa potendo altres? essere situata nel condotto della salamoi a, in serie ai moduli, prescindendo da detta collaborazione.
3. Dessalatrice di acqua per sistema idraulico di osmosi inversa, secondo le rivendicazioni precedenti , caratteri zzata dal fatto che, secondo una realizzazione pratica preferita, il condotto di restituzione di salamoia ed il condotto di recupero dell ' acqua prodotta o dolcificata sono situati in un pozzo nel fondo del quale esi ste una o pi? gallerie radi ali , di tr t amento , nelle quali vengono montati i moduli osmotici , ed al di sotto delle quali si sistema il deposito collettore dell ' acqua prodotta, essendo prevista i? noltre, all ' interno del pozzo citato , l ' esistenza di un montacarichi , di una di scesa di aria di ventilazione e dei corri spondenti collegamenti elettri ci, alla estremit? opposta delle gallerie di processo essendovi un pozzetto di raccolta di acque residue, dotato della corrispondente pompa per la loro eliminazione e convogliamento, attraverso opportuna tubazione, alla superficie.
4. Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, in impianti di grande produzione, le condotte di discesa di acqua salina e di risalita di salamoia sono realizzate attraverso pozzi indipendenti nei quali i pozzi stessi costituiscono la condotta, mentre un terzo pozzo, polmonato con l'atmosfera, costituisce l'accesso alla zona sotterranea e provvede al passaggio del resto delle condutture e servizi.
5. Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che, per piccoli impianti, si prevede un unico pozzo, inaccessibile durante il funzionamento, che viene direttamente alimentato di acqua salina attraverso la bocca superiore e dove il processo osmotico avviene per mezzo di una uni t? sommersa, collegata alla superficie da una tubazion ombelicale che contiene , nel suo interno, i tubi di risalita di salamoia, di acqua dolcificata e polmona con l'atmosfera le unit? osmotiche del fondo.
6. Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo le rivendicazioni precedenti, sostanzialmente come descritta ed illustrata.
La presente invenzione si riferisce, in accordo con cpianto espresso nel titolo della presente descrizione, ad una unit? di dessalazione che realizza la propria funzione utilizzando un sistema idrostatico di osmosi inversa.
Sono noti i problemi derivanti dalla scarsit? di acqua potabile o dolce, in alcune regioni della Terra, gravando sulle necessit? industriali ed agricole, e trasformandosi, inoltre, in problemi vitali ?filando detta scarsit? rende dif ficile la stessa sopravvivenza umana.
Negli ambienti geografici in cui la disponibilit? di acqua ? quasi inesistente, i problemi sono risolti mediante distinti sistemi di dessalazione di acque salmastre o marine.
I processi di dessalazione pi? usati , fino ad ora, sono quelli che utilizzano la via termica e che sono caratterizzati fondamentalmente da un eccessivo consumo di energia.
Per quanto riguarda l ' acqua marina, per ottenere un metro cubo di acqua pura, partendo da una disponibilit? illimitata di acqua di mare, sono necessarie un minimo teorico termodinamico di 700 Kcal ( chilocalorie) , equivalenti a 0.14 Kwh ( chilowattore) , indipendentemente dal metodo usato .
Le diverse tecnologie termiche per avvicinarsi a queste cifre teoriche tendono a reali zzare tutte le fasi dal processo in modo che esse siano in ogni istante reversibili , cio? il pi? vicino possibile ad una membrana di stati di equilibrio . Tutto ci? presuppone l ' impiego di processi molto lenti e delicati che situano il si stema nel campo della pura teoria.
Affinch? i sistemi abbiano pratica applicazione, i processi devono essere accelerati , con una conseguent e ampia deviazione della successione di stati di equilibrio e pertanto della reversibilit? . Tale deviazione rappresenta un grande incremento del consumo di energia necessaria per la realizzazione del processo .
Tra i sistemi tecnici , quello che occupa il pi? alto livello di consumo , ? rappresentato dalla produzione di acqua mediante sempli ce distillazione, che necessita 540.000 Kcal ? per metro cubo di acqua pura.
Un impianto dessal atore di acqua marina, di tipo termico doppio, produttore cio? di acqua potabile e di energi a elettrica, consuma circa 100.000 Kcal . per metro cubo di acqua prodotta in relazione, esclusivamente con la produzione di acqua, a questo consumo di Kcal . dovendo assommarsi quello relativo alla produzione di energia elettrica.
Opposti ai dessalatori termici sono i si stemi per osmosi inversa che hanno rendimenti pi? vicini all a condizione di equilibrio , consumando , durante il processo , una molto minore quantit? di energia, potendo raggiungere ordini di 4.000 Kcal . per metro cubo .
Le reali zzazioni pratiche, per acqua di mare, all ' attuale livello industriale, potrebbero consumare tra le 9.500 e le 5.000 Kcal . , per la pi? piccola unit?, e ri spettivamente per le maggiori , dotate queste ultime di sistemi di recupero di energia nelle salamoi e di restituzione .
Questi sistemi di osmosi inversa non sono stati ancora messi a punto e realizzati nel campo delle ap -plicazioni industriali ; e ci? specialmente nel trattamento di acqua ad alto tenore di sali , come nel caso dell ' acqua di mare. Questo , per lo meno , fino a pochi ssimi anni fa.
L' unit? di dessalazione oggetto della presente invenzione ? inclusa tra i sistemi di osmo si inversa, essendo capace di ridurre i consumi di energi a fino ad un livello di 2 ,300 Kcal . per metro cubo , con rendimento ottimo per una realizzazione di carattere industriale.
Se tale risparmio di energia, che si avvicina al 50%, ha gi? in se' grande importanza, con conseguente notevole diminuzione dei costi di produzione di acqua dolce per dessalazione, ha tuttavi a una ancor maggiore importanza specialmente nel periodo attuale in cui si deve far fronte ad una preoccupante scarsit? di energia ed al suo enorme incremento nel prezzo . Tali fattori coll ocano in una situazione molto critica gli impianti di dessal azione per vi a termi ca, nell a loro qualit? di grandi consumatori di prodotti derivati dal petrolio.
Come ? noto, i processi di dessalazione per osmosi inversa sfruttano, fondamentalmente, il fenomeno fisico della pressione osmotica, secondo la quale, se due recipienti, uno pieno di acqua pura ed uno pieno di soluzione salina, sono in comunicazione, separati da una membrana semi-permeabile, attraverso di questa si stabilisce una corrente di acqua pura verso il recipiente pieno di soluzione.
Applicando una pressione crescente nel recipien-, te di soluzione, questa corrente continua ad esistere, con portata decrescente, fino a che la differenza di pressione tra i due recipienti assume un valore determinato. Tale valore ? in funzione della concentrazione della soluzione e della temperatura assoluta del liquido nel quale entra la corrente.
Se la pressione supera il valore citato, si produce il fenomeno di osmosi inversa, cio? il passaggio di acqua pura dal recipiente contenente la soluzione all?altro recipiente contenente acqua pura.
Supponendo che l'acqua abbia una temperatura costante durante il processo e, dato che la pressione minima necessaria ? proporzionale alla concentrazione salina, separandosi acqua pura dalla soluzione, questa aumenter? la sua concentrazione e, pertanto, sar? necessario, di conseguenza, aumentare continuamente la pressione, se si desidera mantenere la corrente di acqua purificata.
Per ottenere un flusso continuo ad una certa pressione, ? necessario alimentare il recipi ente di soluzione salina e purgare il sistema con una estrazione di soluzione concentrata.
Dato che la soluzione salina ? sotto pressione , per l ? estrazione dell ' acqua dispurgo o restituzione, ? sufficiente eliminare la soluzione concentrata situata in prossimit? della membrana, utilizzando una valvola di controllo di portata, per mezzo della quale si ottiene il controllo dell a concentrazione massima dell a conversione del processo .
La citata conversione del processo di osmosi inversa si esprime come relazione tra il volume di acqua prodotto ed il volume dell ' acqua di alimentazione . Per l ' acqua di mare, il f attore citato ? situato fra il 15 ed il 30%.
Il consumo reale di energia, negli impi anti di dessalazione per osmo si inversa, ? molto inferiore rispetto a quello dei sistemi termi ci , secondo quanto detto precedentemente . Tuttavi a, in dette unit? dessalatrici per o smosi inversa , il consumo principale di energia si produce nell a fase di alimentazione delle membrane o moduli, con la compressione della quantit? di acqua salata da trattare, con il che si ottiene, da un lato una portata in volume minore di acqua dessalata, e dall'altro lato, in volume maggiore, una portata di acqua dispurgo o salamoia, con la conseguente perdita di una quantit? di energia.
L'unit? di dessalazione di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, che costituisce l'apetto della presente invenzione, ? stata particolarmente studiata por ottenere una riduzione considerevole dell'energia necessaria per l'alimentazione dei moduli che, come si ? detto precedentemente, costituisce il principale consumo por questi sistemi di osmosi inversa.
La caratteristica fondamentale dell'unit? dessalatrice della presente invenzione risiede nella utilizzazione di metodi idrostatici per sottomettere grandi portate di acqua salata alle grandi pressioni che necessitano, situando sotterraneamente i moduli osmotici propriamente detti.
Fondamentalmente, l'invenzione risiede nella disposizione di tre pozzi o tubi verticali che raggiungono un;_ profondit? di circa 500 metri, essendo i tre tubi collegati fra loro all'estremit? inferiore, dove alloggia il modulo od i moduli di osmosi inversa? Il tubo di ingresso dell?acqua di mare ed il tubo di uscita della salamoia, collegati direttamente all?estremit? inferiore, sono uniti, a tale quota, ad un modulo di osmosi inversa. A tale livello, l?acqua ritorna alla pressione relativa alla colonna sovrastante, mentre l'acqua pura ottenuta si raccoglie sul fondo di un deposito polmonato direttamente con 1 ' atmosfera.
Da quanto esposto, si deduce che l'energia necessaria per ottenere la pressione nella zona del modulo osmotico, corrispondente all'acqua di mare, ? minima, poich? necessita soltanto una pompa di circolazione che muova l'acqua, spostando la salamoia dalla zona di osmosi, senza per? che esista differenza di altezza di colonna fra il condotto di entrata ed il condotto di uscita, ed il consumo fondamentale di energia ? definito dalla pompa di estrazione che ha il compito di recuperare l'acqua dessalata dal deposito corrispondente ed elevarla alla superficie.
Si tratta, pertanto, di spostare i moduli osmotici fino ad una profondit? sufficiente tale che la pressione, dovuta alla colonna di acqua sovrastante, nella parte inferiore del tubo ad U, situato al di sotto del livello del mare, ed attraverso il quale circola l'acqua salata, sia sufficiente per la realiz zazione del fenomeno di osmosi inversa, sostituendo cos? il processo convenzionale delle dessalazioni di questo tipo, che consiste nel pompaggio ad alta pressione del volume totale di acqua salata da trattare per ottenere i valori necessari alla realizzazione del fenomeno di osmosi , per poi spurgare la salamoia, perdendo co s? la maggior parte dell ' energia consumata nel pompaggio .
Anche se nella citata dessalazione si rende anche necessario un pompaggio, ? evidente che il consumo di energia necessaria per l ' estrazione dell ' acqua pura prodotta ? considerevolmente minore del consumo di energia necessari a per il pompaggio di tutta l ' acqua salata, vi sto che esiste una dif ferenza fondamentale tra i volumi corrispondenti all ' acqua prodotta ed a quella salata, dato che, come precedentemente detto , l ' acqua prodotta non supera il 30% di quella trattata *
Per completare la descrizione della presente invenzione, e per facilitarne la comprensione delle sue caratteristiche, si aggiungono , come complemento integrante della stessa, una seri e di disegni che, con carattere esclusivamente illustrativo e non limitativo , rappresentano quanto segue:
la fig. 1 mostra una rappresentazione schematica in vista laterale, di una dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo l'invenzione ;
la fig. 2 mostra una possibile realizzazione pratica dello schema teorico di fig. 1, pure in vista laterale;
la fig. 3 mostra una sezione trasversale del pozzo illustrato nella realizzazione pratica di fig. 2;
la fig. 4 mostra una sezione della galleria di processo illustrata nella dessalatrice rappresentata nella fig. 2.
Riferendosi alle figure, ed in particolare alla fig. 1, si pu? osservare che la dessalatrice d? acqua secondo l'invenzione si basa fondamentalmente nel disporre il modulo od i moduli osmotici 1 ad una profondit? 2 dell?ordine di circa 500 metri, essendo detto modulo osmotico collegato con la superficie mediante tre tubi o pozzi 3, 4 e 5.
I tubi 3 e 4 formano, nel loro insieme, un tubo ad U, tale che, nel tratto di unione che si trova alla ?piota pi? bassa, si situa il modulo osmotico 1, cos? che l'accjua salata 6 raggiunge il modulo 1, scendendo per il tubo 3, ed una frazione di essa, vicina al 30% come precedentemente detto, attraversa la membrana del modulo e, dessalinizzata perfettamente, arriva al depo sito ausiliario 7, mentre il resto della acqua salata, con una concentrazione di sali maggiore, risale per il condotto 4 arrivando alla zona 8 di scarico della salamoia.
Dato che non esiste differenza di livello fra il deposito di acqua salata 6 ed il deposito di scarico della salamoia 8, per il movimento dell ' acqua, all ' interno dei condotti 3 e 4, per eliminare la salamoia che si forma continuamente, presso il modulo osmotico 1 , necessita un consumo minimo di energia assorbita da una pompa di circolazione 9 installata in un punto qualunque lungo il percorso dei condotti 3 e 4, e che di preferenza sar? sistemata nel condotto 3 , dove la concentrazione salina ? minore e, di conseguenza, sar? minore anche l ' aggressivit? dell ' acqua rispetto alla pompa.
Nonostante il citato consumo minimo di energi a, all ' altezza del modulo osmotico 1 si riesce ad avere la pressione necessari a af finch? possa prodursi il fenomeno di osmosi inversa, grazie alla colonna di acqua di altezza 2 .
L ' acqua prodotta od acqua dessalata, si riporta alla superficie per mezzo della pompa di trasferimento 10 ed attraverso il terzo condotto , situato all ' interno del terzo pozzo 5.
Evidentemente, il consumo di energia necessaria per pompare l'acqua dessalata contenuta nel deposito 17 ? in funzione dell'altezza 2 ed ? considerevolmente inferiore a quello che sarebbe necessario per ottenere la pressione adeguata nel modulo osmotico 1, se non esistesse la citata differenza di altezza 2 tra il modulo 1 ed i depositi 6 ed 8 per l'acqua salina pre-trattata e per lo scarico della salamoia.
Lo schema teorico rappresentato in fig. 1 pu? essere praticamente realizzato secondo quanto rappresentato nella fig. 2, nella quale si rappresenta un pozzo unico 12 dove alloggiano i condotti 3, 4 e 5, corrispondenti rispettivamente all'acqua salata, alla salamoia ed all'acqua prodotta.
Al fondo del pozzo 12 esiste una galleria laterale 13 dove sono alloggiati i moduli osmotici 1, mentre il deposito 7, collettore dell'acqua dolcificata, ? situato a prolungamento dello stesso pozzo 12 . Esiste una tubazione 14 per la raccolta dell'acqua prodotta che collega le uscite dei moduli osmotici 1 e porta l'acqua fino al detto deposito collettore 7.
La pompa di circolazione 9 ? alloggiata all'interno dell'edificio 15 che protegge l'imboccatura del detto pozzo 12. In esso sono montati : il condotto proveniente dal deposito 6 di acqua salata pretrattata ; il condotto 4 collegato alla sua estremit? al deposito 8 di estrazione della salamoia; il condotto 11 di recupero dell'actjua prodotta ed un ulteriore condotto 16 per l'eliminazione degli eventuali scarichi e filtrazioni, opportunamente raccolti in un pozzo 17 situato al fondo della galleria di trattamento 13 e dotato della corrispondente pompa 18 per la loro evacuazione all'esterno.
A completamento della struttura descritta, ? prevista, nel pozzo, l'esistenza di un montacarichi 19, di un condotto di ventilazione 20 per il servizio alla galleria di/tratt amento l3,nella (juale detta distribuzione ? stata indicata con il numero 21, ed i corrispondenti collegamenti elettrici 22.
Si ? previsto che tutti gli elementi alloggiati nel pozzo 12 ne occupino la periferia cos? da lasciare un ampio spazio centrale libero, che permetta il passaggio di pezzi pesanti.
La pompa 9 di circolazione dell'acqua salata e della salamoia ? stata localizzata in superficie, all'interno dell'edificio 13, essendo essa una pompa di grande portata e bassa prevalenza e, perci?, molto voluminosa. La sua posizione , inoltre, favorisce i moduli osmotici, con una pressione addizionale che i somma a quella idrostatica.
Tale disposizi one della pompa 9 permette la riduzione di alcuni metri dell' atezza 2 di definizione della pressione idrostatica e, di conseguenza, dell a profondit? del pozzo e della lunghezza dei condotti .
In impianti di grande portata, i condotti di di scesa dell ' acq^ia di mare 3 e di risalita della salamoia 4 possono essere costituiti da pozzi separati che co stituiscono essi stessi il condotto . In tal caso, l ' accesso al locale sotterraneo ed il passaggio di tutte le altre tubazioni e servizi sarebbero allog-* giati in un terzo pozzo centrale .
In piccoli impianti , si pu? realizzare un unico pozzo , non visibile durante il funzionamento , che, riempi to di acqua di mare attraverso la sua imboccatura superiore, alimenta il processo osmotico realizzato in una unit? sommersa.
Tale unit? sar? collegata alla superficie mediante una tubazione ombelicale, nel cui interno sono contenuti i condotti di estrazione di salamoia e di acqua dolcificata, e che polmone altresi , con l ' atmosfera, le unit? osmotiche alloggiate nel fondo .
I-a citata tubazione serve anche per il passaggio dei collegamenti elettri ci di alimentazione delle pompe inferiori .
Da quanto esposto precedentemente, si deduce
RIVENDICAZIONI
1 . Dessalatrice di acqua per si stema idrostatico di osmosi inversa, caratterizzata dal fatto che, partendo da due serbatoi situati allo stesso livello , o condotti di alimentazione e resituzione, uno destinato a contenere od a convogliare l ' acqua da addolcire, e l ' altro destinato allo scarico della sal amoia, si realizza un collegamento di comuni cazione diretta avente una configurazione ad U, lungo il quale si definiscono due rami verticali , uno per la discesa dell ' acqua salata, e l ' altro per la ri salita della salamoi a, nell' estremit? inferiore del condotto ad U essendo situati i moduli di o smosi inversa, tenendo presente che fra detti moduli di osmosi inversa ed il pelo libero dei depositi citati , esiste un dislivello tale per cui la colonna di acqua origina una pressione suffi ciente al prodursi del fenomeno di osmosi inversa, l ? acqua prodotta dai moduli scaricandosi in un deposito sistemato al fondo di un terzo condotto verticale, attraverso il quale, per mezzo di una pompa, si scarica l ' acqua dolci ficata; la citata estrazione potendo effettuarsi altres? per pompaggio diretto dalle bocche di uscita dei moduli stessi .
2 . Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto di installare, nel condotto di entrata dell ' acqua salina e nella zona. a quota pi? elevata di questo , una pompa di grande portata e piccola prevalenza, che stabilisc e il flusso di circolazione costante dell ' acqua , dal deposito di acqua salata a quello di salamoi a e che collabora con la propria colonna di acqua a fornire la pressione necessaria ai moduli osmotici, detta pompa potendo altres? essere situata nel condotto della salamoia, in serie ai moduli , prescindendo da detta collaborazione.
3. Dessal atrice di acqua per sistema idraulico di osmosi inversa, secondo le rivendi cazioni precedenti , caratterizzata dal fatto che, secondo una realizzazione pratica preferita, il condotto di restituzione di salamoia ed il condotto di recupero dell ' acqua prodotta o dolci ficata sono situati in un pozzo nel fondo del quale esiste una o pi? gallerie radiali , di trattamento , nelle quali vengono montati i moduli osmotici , ed al di sotto dell e quali si sistema il depo- . sito collettore dell ' acqua prodotta, essendo prevista inoltre, all ' interno del pozzo citato , l ' esistenza di un montacarichi , di una discesa di ari a di ventilazione e dei corri spondenti collegamenti elettrici, all a estremit? opposta delle gallerie di processo essendovi un pozzetto di raccolta di acque residue, dotato della corrispondente pompa per la loro eliminazione e convogliamento , attraverso opportuna tubazione, alla superficie.
4. Dessal atrice di acqua per si stema idrostatico di osmosi inversa, secondo le rivendicazioni precedenti , caratterizzata dal fatto che, in impianti di grande produzione, le condotte di di scesa di acqua salina e di ri salita di salamoi a sono realizzate attraverso pozzi indipendenti nei quali i pozzi stessi costituiscono la condotta, mentre un terzo pozzo , polmonato con l ' atmosfera, costituisce l ' accesso alla zona sotterranea e provvede al passaggio del resto delle condutture e servizi.
5. Dessal atrice di acqua per si stema idrostatico di osmosi inversa, secondo le rivendi cazioni precedenti , caratterizzata dal fatto che, per pi ccoli impianti , si prevede un unico pozzo , inaccessibile durante il funzionamento , che viene direttamente alimentato di acqua salina attraverso la bocca superiore e dove il processo osmotico avviene per mezzo di una unit? sommersa, collegata alla superficie da una tubazione ombelicale che contiene , nel suo interno, i tubi di risalita di salamoia, di acqua dolcificata e polmona con l ' atmosfera le unit? o smotiche del fondo .
6. Dessalatrice di acqua per sistema idrostatico di osmosi inversa. La presente relazione ? costituita da quattordici pagine dattiloscritte su una sola facciata ed ? composta da un totale di trecentonovantacin que righe, inclusa la presente.
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