ITMI20110732A1

ITMI20110732A1 - PLANT FOR THE TREATMENT OF WATER OR LIQUIDS IN GENERAL WITH SEMIPERMEABLE MEMBRANES FOR REVERSE OSMOSIS OR NANOFILTRATION.

Info

Publication number: ITMI20110732A1
Application number: IT000732A
Authority: IT
Inventors: Vecchi Angelo De
Original assignee: Vecchi Gaetano S R L De
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2012-11-03

Description

"IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO DELL'ACQUA O DI LIQUIDI IN GENERE CON MEMBRANE SEMIPERMEABILI AD OSMOSI INVERSA O A NANOFILTRAZIONE" "PLANT FOR THE TREATMENT OF WATER OR LIQUIDS IN GENERAL WITH SEMIPERMEABLE MEMBRANES WITH REVERSE OSMOSIS OR NANOFILTRATION"

Il presente trovato ha come oggetto un impianto per il trattamento dell'acqua o di liquidi in genere con membrane semipermeabili ad osmosi inversa o a nanofiltrazione . The present invention relates to a plant for treating water or liquids in general with semipermeable membranes with reverse osmosis or nanofiltration.

Come è noto, l'osmosi inversa e la nanof iltrazione sono tecniche di separazione per il trattamento di liquidi che si basano sul passaggio forzato del liquido da trattare attraverso una membrana semipermeabile . Queste tecniche sono usate prevalentemente per operare la rimozione dall'acqua di sali o di sostanze inquinanti, ma sono impiegate, anche se in misura minore, per il trattamento di altri liquidi, come ad esempio il latte e il vino. As is known, reverse osmosis and nanofiltration are separation techniques for the treatment of liquids which are based on the forced passage of the liquid to be treated through a semipermeable membrane. These techniques are mainly used to remove salts or pollutants from the water, but are used, albeit to a lesser extent, for the treatment of other liquids, such as milk and wine.

Negli impianti per il trattamento ad osmosi inversa o a nanofiltrazione dell'acqua, l'impianto viene alimentato con l'acqua da trattare che costituisce il cosiddetto "alimento" e che, mediante la membrana semipermeabile, viene separata in una parte che riesce ad attraversare la membrana, il cosiddetto "permeato", ed in una parte che non riesce ad attraversare la membrana, il cosiddetto "concentrato". Il permeato costituisce la parte che viene utilizzata, mentre il concentrato viene inviato ad uno scarico a perdere . In reverse osmosis or nanofiltration water treatment systems, the system is fed with the water to be treated which constitutes the so-called "food" and which, by means of the semipermeable membrane, is separated into a part that can cross the membrane, the so-called "permeate", and in a part that cannot cross the membrane, the so-called "concentrate". The permeate is the part that is used, while the concentrate is sent to a disposable drain.

Il trattamento dell'acqua per osmosi inversa o per nanof iltrazione, oltre a fornire un prodotto qualitativamente superiore rispetto a qualsiasi altro trattamento, è particolarmente apprezzato per acque con un elevato grado di salinità. The water treatment by reverse osmosis or by nanof iltration, in addition to providing a product of higher quality than any other treatment, is particularly appreciated for water with a high degree of salinity.

Un impianto ad osmosi inversa o a nanof iltrazione è tanto più efficiente quanto più permeato riesce a produrre compatibilmente con la salinità e la pressione di alimentazione dell 'acqua. A reverse osmosis or nanofiltration system is all the more efficient the more permeate it can produce, compatibly with the salinity and the water supply pressure.

La produzione del permeato, in questi tipi di impianti è direttamente proporzionale alla differenza di pressione tra l'alimento e il permeato, ovvero tra la pressione dell'acqua a monte della membrana e la pressione dell'acqua a valle della membrana. The production of permeate in these types of plants is directly proportional to the pressure difference between the food and the permeate, i.e. between the water pressure upstream of the membrane and the water pressure downstream of the membrane.

La produzione di permeato è legata anche alla salinità dell'acqua. In base alla salinità dell'acqua da trattare, si stabilisce il tasso di recupero che si potrà avere, ossia più l'acqua è salina, maggiore sarà la percentuale di concentrato a discapito del permeato. Normalmente, per acque di rete il tasso di recupero consigliato è circa 15-20%, questo significa che il permeato è il 15-20% dell'alimento. Permeate production is also linked to the salinity of the water. Based on the salinity of the water to be treated, the recovery rate that can be obtained is established, i.e. the more saline the water, the greater the percentage of concentrate to the detriment of the permeate. Normally, for mains water the recommended recovery rate is about 15-20%, this means that the permeate is 15-20% of the food.

Il tasso di recupero rappresenta un parametro molto importante per gli impianti ad osmosi inversa o a nanofiltrazione in quanto, lavorando con un tasso di recupero troppo alto in rapporto alla salinità dell'acqua, si può deteriorare la membrana semipermeabile. The recovery rate is a very important parameter for reverse osmosis or nanofiltration systems since, working with a recovery rate that is too high in relation to the salinity of the water, the semi-permeable membrane can be deteriorated.

Per aumentare le prestazioni di questi impianti, viene utilizzata una pompa che viene collegata con la sua aspirazione alla rete idrica o più generalmente ad una linea di adduzione dell'acqua da trattare e con la sua mandata all'ingresso della membrana. La pompa deve essere adeguatamente proporzionata in modo da alimentare la membrana con una prefissata pressione e portata per non rischiare il suo danneggiamento. Anche con membrane di modeste dimensioni occorrono pompe con portate da 200-300 1/h azionate da motori da 300-400 W di potenza. To increase the performance of these systems, a pump is used which is connected with its suction to the water mains or more generally to a water supply line to be treated and with its delivery to the membrane inlet. The pump must be adequately proportioned in order to feed the diaphragm with a predetermined pressure and flow rate in order not to risk its damage. Even with membranes of modest size, pumps with flow rates of 200-300 1 / h driven by 300-400 W motors are required.

Nell'uso domestico, ad esempio in impianti per il trattamento di acqua di rete normalmente disposti sotto il lavello della cucina, vengono utilizzate pompe di ridotta potenza per non sovraccaricare l'impianto elettrico dell'abitazione, mentre negli impianti di tipo professionale, ove la richiesta di acqua è di centinaia o di migliaia di litri al giorno, vengono utilizzate pompe di potenza elevata. In domestic use, for example in systems for the treatment of mains water normally arranged under the kitchen sink, pumps of reduced power are used to avoid overloading the electrical system of the home, while in professional systems, where the water demand is hundreds or thousands of liters per day, high power pumps are used.

Gli impianti che utilizzano pompe di elevata potenza richiedono anche costosi sistemi di sicurezza, sia elettrici che idraulici, per governare la pressione all'interno degli impianti che, solitamente, è di 10-12 bar, ma che a volte può superare anche i 20 bar. The systems that use high-power pumps also require expensive safety systems, both electrical and hydraulic, to control the pressure inside the systems which is usually 10-12 bar, but which can sometimes even exceed 20 bar. .

Gli impianti ad osmosi inversa o a nanof ritrazione sono generalmente dotati di un serbatoio di accumulo in pressione. Il serbatoio di accumulo ha la funzione di immagazzinare una scorta di permeato in pressione (solitamente a 4-5 bar) , da erogare immediatamente su richiesta, senza attendere la produzione istantanea di permeato da parte della membrana. Reverse osmosis or nano-retraction systems are generally equipped with a pressurized storage tank. The storage tank has the function of storing a supply of permeate under pressure (usually at 4-5 bar), to be dispensed immediately upon request, without waiting for the instantaneous production of permeate by the membrane.

L'utilizzo di un serbatoio di accumulo comporta una variazione della differenza di pressione tra l'alimento e il permeato a seconda del grado di riempimento del serbatoio di accumulo e cioè a seconda delle pressione che si viene a creare nel serbatoio di accumulo. In pratica, la pressione nel serbatoio di accumulo e quindi la pressione del permeato all'uscita della membrana cresce al crescere del grado di riempimento del serbatoio di accumulo. In sostanza, negli impianti che utilizzano un serbatoio di accumulo, la pressione nel serbatoio di accumulo si ripercuote sulla membrana facendo diminuire la differenza di pressione tra alimento e permeato e quindi facendo diminuire il rendimento dell’impianto in quanto una parte della potenza della pompa che alimenta la membrana viene spesa per vìncere la contropressione generata dal serbatoio di accumulo . The use of an accumulation tank involves a variation of the pressure difference between the food and the permeate according to the degree of filling of the accumulation tank, that is, according to the pressure that is created in the accumulation tank. In practice, the pressure in the storage tank and therefore the pressure of the permeate at the membrane outlet increases as the degree of filling of the storage tank increases. Basically, in systems that use an accumulation tank, the pressure in the accumulation tank affects the membrane by decreasing the pressure difference between feed and permeate and therefore decreasing the efficiency of the system as a part of the power of the pump that feeds the membrane is spent to defeat the back pressure generated by the storage tank.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti, realizzando un impianto per il trattamento dell'acqua o di liquidi in genere con membrane semipermeabìli ad osmosi inversa o a nanofritrazione che consenta alla membrana di lavorare con una differenza di pressione sostanzialmente costante e quindi di operare in condizioni ottimali. The aim of the present invention is to solve the above problems, realizing a plant for the treatment of water or liquids in general with semi-permeable membranes with reverse osmosis or nanofritration which allows the membrane to work with a substantially constant pressure difference and therefore to operate in optimal conditions.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un impianto ad osmosi inversa o a nanof ritrazione che consenta alla membrana di lavorare con una differenza di pressione sostanzialmente costante anche in presenza di un serbatoio di accumulo. Within this aim, an object of the invention is to provide a reverse osmosis or nano-retraction system which allows the membrane to work with a substantially constant pressure difference even in the presence of an accumulation tank.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare un impianto che, a parità di permeato prodotto, presenti consumi energetici inferiori rispetto a quelli degli impianti di tipo noto. Another object of the invention is to provide a plant which, with the same permeate produced, has lower energy consumption than those of known types of plants.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un impianto che possa utilizzare pompe di potenza notevolmente più bassa rispetto a quelle richieste dagli impiantì di tipo noto. A further object of the invention is to provide a system which can use pumps with considerably lower power than those required by known systems.

Un altro scopo ancora del trovato è quello di realizzare un impianto che risulti strutturalmente semplice e producibile con costi competitivi. Yet another object of the invention is to provide a plant which is structurally simple and can be manufactured at competitive costs.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un impianto per il trattamento dell'acqua o di liquidi in genere con membrane semipermeabili ad osmosi inversa o a nanofritrazione, comprendente un dispositivo filtrante a membrana semipermeabile presentante: un ingresso collegato ad un condotto di alimentazione del liquido da trattare, una prima uscita collegata ad un condotto dì scarico del permeato ed una seconda uscita collegata ad un condotto di scarico del concentrato, caratterizzato dal fatto di comprendere una pompa collegata con la sua aspirazione a detta prima uscita di detto dispositivo filtrante. This task, as well as these and other purposes which will appear better later, are achieved by a plant for the treatment of water or liquids in general with reverse osmosis or nanofritration semipermeable membranes, comprising a semipermeable membrane filter device having: a connected inlet to a supply pipe for the liquid to be treated, a first outlet connected to a permeate discharge pipe and a second outlet connected to a concentrate discharge pipe, characterized in that it comprises a pump connected with its suction to said first outlet of said filtering device.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, dell'impianto secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui l'unica figura illustra schematicamente l'impianto secondo il trovato. Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the system according to the invention, illustrated, by way of non-limiting example, in the accompanying drawings, in which the single figure schematically illustrates the plant according to the invention.

Con riferimento alla figura citata, l'impianto secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un dispositivo filtrante 2 a membrana semipermeabile che presenta un ingresso 3 collegato ad un condotto di alimentazione 4 del liquido da trattare o alimento e due uscite, rispettivamente: una prima uscita 5 collegata ad un condotto di scarico del permeato 6 ed una seconda uscita 7 collegata ad un condotto di scarico del concentrato 8. With reference to the aforementioned figure, the system according to the invention, generally indicated by the reference number 1, comprises a filtering device 2 with a semipermeable membrane which has an inlet 3 connected to a supply duct 4 for the liquid to be treated or fed and two outlets, respectively: a first outlet 5 connected to a permeate discharge pipe 6 and a second outlet 7 connected to a concentrate discharge pipe 8.

Il dispositivo filtrante 2 a membrana semipermeabile può essere costituito da un dispositivo filtrante a membrana semipermeabile di tipo noto. The semipermeable membrane filtering device 2 can be constituted by a known type of semipermeable membrane filtering device.

Secondo il trovato, l'impianto comprende una pompa 9 che è collegata, con la sua aspirazione, alla prima uscita 5 del dispositivo filtrante 2. According to the invention, the plant comprises a pump 9 which is connected, with its suction, to the first outlet 5 of the filtering device 2.

In sostanza, nell'impianto secondo il trovato, la pompa 9 è disposta lungo il condotto di scarico del permeato 6, anziché essere disposta lungo il condotto di alimentazione 4 come invece succede negli impianti di tipo noto. Basically, in the system according to the invention, the pump 9 is arranged along the permeate discharge duct 6, instead of being arranged along the supply duct 4 as is the case in known systems.

Preferibilmente, l'impianto secondo il trovato è provvisto di un serbatoio di accumulo 10 in pressione, di tipo noto, il cui ingresso è collegato al condotto di scarico del permeato 6 o meglio alla mandata della pompa 9. Preferably, the plant according to the invention is provided with a pressurized storage tank 10, of a known type, the inlet of which is connected to the permeate discharge duct 6 or better to the delivery of the pump 9.

La disposizione della pompa 9 lungo il condotto di scarico del permeato 6, nell'impianto secondo il trovato, consente di ottenere i seguenti vantaggi. The arrangement of the pump 9 along the permeate discharge duct 6, in the plant according to the invention, allows to obtain the following advantages.

Uno dei principali vantaggi è rappresentato dal fatto che, anche con una pompa 9 di potenza ridotta, si riesce a mantenere pressoché costante la differenza di pressione tra il condotto di alimentazione 4 e il condotto di scarico del permeato 6. In questo modo, il dispositivo filtrante 2 a membrana semipermeabile ha una resa ottimale . One of the main advantages is represented by the fact that, even with a pump 9 of reduced power, the pressure difference between the supply pipe 4 and the permeate discharge pipe 6 can be kept almost constant. In this way, the device filter 2 with semipermeable membrane has an optimal yield.

Una differenza di pressione sostanzialmente costante tra il condotto di alimentazione 4 e il condotto di scarico del permeato 6 oltre ad incrementare il rendimento riduce la quantità di concentrato . A substantially constant pressure difference between the supply duct 4 and the permeate discharge duct 6, in addition to increasing the efficiency, reduces the quantity of concentrate.

La differenza di pressione risulta sostanzialmente costante anche con l’utilizzo di pompe di potenza ridotta conseguendo un importante risultato per quanto riguarda il contenimento dei consumi energetici. The pressure difference is substantially constant even with the use of low-power pumps, achieving an important result as regards the containment of energy consumption.

La differenza di pressione assicurata dalla pompa 9 posta lungo il condotto di scarico del permeato 6 risulta sostanzialmente costante anche qualora il condotto di scarico del permeato 6 alimenti un serbatoio di accumulo 10 in pressione. In questa configurazione, l'impianto secondo il trovato risulta ancora più vantaggioso in termini di rendimento se confrontato con impianti di tipo tradizionale, come meglio apparirà in seguito. The pressure difference ensured by the pump 9 located along the permeate discharge duct 6 is substantially constant even if the permeate discharge duct 6 feeds an accumulation tank 10 under pressure. In this configuration, the plant according to the invention is even more advantageous in terms of efficiency if compared with plants of the traditional type, as will become clearer hereinafter.

Un ulteriore vantaggio dell'impianto secondo il trovato è quello di poter funzionare con una pressione di esercizio sensibilmente inferiore rispetto agli impianti di tipo noto. Grazie a questo fatto, risulta più semplice da realizzare e richiede minori oneri per quanto concerne i dispositivi di sicurezza. A further advantage of the plant according to the invention is that it can operate with a significantly lower operating pressure than conventional plants. Thanks to this fact, it is easier to make and requires less costs as regards the safety devices.

A titolo puramente indicativo, vengono riportati qui di seguito gli esiti di due prove comparative eseguite con un impianto A di tipo noto e con un impianto B secondo il trovato, rispettivamente senza serbatoio di accumulo (prima prova) e con serbatoio di accumulo (seconda prova) , con uno stesso dispositivo filtrante con membrana semipermeabile 2514 (lunghezza = 350 mm, diametro = 70 mm). Purely by way of indication, the results of two comparative tests carried out with a known type plant A and with a plant B according to the invention are reported below, respectively without storage tank (first test) and with storage tank (second test ), with the same filtering device with semipermeable membrane 2514 (length = 350 mm, diameter = 70 mm).

Le caratteristiche dei due impianti posti a confronto sono le seguenti. The characteristics of the two plants compared are the following.

Impianto A (di tipo noto) con pompa posta a monte del dispositivo filtrante a membrana semipermeabile : Plant A (known type) with pump placed upstream of the semipermeable membrane filtering device:

-Portata Pompa: 150 1/h - Pump flow rate: 150 1 / h

-Potenza del motore di azionamento della pompa: 187 W -Pump drive motor power: 187 W

-Pressione in ingresso al dispositivo filtrante: 10 bar - Inlet pressure to the filtering device: 10 bar

Impianto B (secondo il trovato) con pompa 9 posta a valle del dispositivo filtrante 2: System B (according to the invention) with pump 9 located downstream of the filtering device 2:

-Portata pompa: 60 litri/ora - Pump flow rate: 60 liters / hour

-Potenza del motore di azionamento della pompa: 24 W -Pump drive motor power: 24W

-Pressione in ingresso al dispositivo filtrante 2: 4 bar - Inlet pressure to the filtering device 2: 4 bar

Prima Prova (senza serbatoio di accumulo in pressione) : dopo un funzionamento di 1 minuto per entrambi gli impianti, si sono rilevati i seguenti risultati : First Test (without pressure storage tank): after a 1 minute operation for both systems, the following results were detected:

Produzione Impianto A: Production Plant A:

-3,28 litri di concentrato, pari al 84,5% dell'alimento (3,88 litri) -3.28 liters of concentrate, equal to 84.5% of the food (3.88 liters)

-0,60 litri di permeato, pari al 15,5% dell'alimento (3,88 litri) -0.60 liters of permeate, equal to 15.5% of the food (3.88 liters)

-consumo energetico di 3,11 IO<-3>kWh (11.196 J) Produzione Impianto B: -energy consumption of 3.11 IO <-3> kWh (11.196 J) Plant B production:

-2,34 litri dì concentrato, pari al 86,0% dell'alimento (2,72 litri) -2.34 liters of concentrate, equal to 86.0% of the food (2.72 liters)

-0,38 litri di permeato, pari al 14,0% dell'alimento (2,72 litri) -0.38 liters of permeate, equal to 14.0% of the food (2.72 liters)

-consumo energetico di 0,4 IO<-3>kWh (1.440 J) - energy consumption of 0.4 IO <-3> kWh (1.440 J)

Come si può rilevare, l'impianto A, di tipo noto, assicura una maggiore produzione di permeato, ma con consumi energetici per litro di permeato prodotto sensibilmente maggiori rispetto all'impianto secondo il trovato. As can be seen, plant A, of known type, ensures a greater production of permeate, but with significantly higher energy consumption per liter of permeate produced than the plant according to the invention.

Seconda Prova (con serbatoio di accumulo in pressione) : il permeato prodotto dai due impianti è stato convogliato nel serbatoio di accumulo finché in tale serbatoio di accumulo si è raggiunta una pressione di 3,5 bar. Si sono rilevati i seguenti risultati: Second Test (with accumulation tank under pressure): the permeate produced by the two plants was conveyed into the accumulation tank until a pressure of 3.5 bar was reached in this storage tank. The following results were found:

Produzione Impianto A: Production Plant A:

-7,84 litri di concentrato, pari al 92,3% dell'alimento (8,49 litri) -7.84 liters of concentrate, equal to 92.3% of the food (8.49 liters)

-0,65 litri di permeato, pari al 7,7% dell'alimento (8,49 litri) -0.65 liters of permeate, equal to 7.7% of the food (8.49 liters)

-Tempo impiegato: 2 minuti e 20 secondi. - Time taken: 2 minutes and 20 seconds.

-consumo energetico di 7,27 10<3>kWh (26.172 J) -energy consumption of 7.27 10 <3> kWh (26.172 J)

Produzione Impianto B: Production Plant B:

-5,00 litri di concentrato, pari al 88,8% dell'alimento (5,63 litri) -5.00 liters of concentrate, equal to 88.8% of the food (5.63 liters)

-0,63 litri di permeato, pari al 11,2% dell'alimento (5,63 litri) -0.63 liters of permeate, equal to 11.2% of the food (5.63 liters)

-Tempo impiegato: 2 minuti e 10 secondi - Time taken: 2 minutes and 10 seconds

-consumo energetico di 0,86 IO<-3>kWh (3.096 J) - energy consumption of 0.86 IO <-3> kWh (3.096 J)

Come si può rilevare, l'impianto B secondo il trovato risulta notevolmente più vantaggioso rispetto all'impianto A di tipo noto in quanto, a parità di permeato prodotto, consuma meno acqua e riduce drasticamente i consumi energetici. As can be seen, plant B according to the invention is considerably more advantageous than plant A of the known type since, with the same permeate produced, it consumes less water and drastically reduces energy consumption.

In pratica, l'impianto secondo il trovato, già vantaggioso per quanto riguarda i consumi energetici anche in assenza di serbatoio di accumulo, diventa ancora più vantaggioso quando si deve convogliare il permeato ad un serbatoio di accumulo che rappresenta la soluzione impiantistica maggiormente utilizzata. In practice, the plant according to the invention, already advantageous as regards energy consumption even in the absence of an accumulation tank, becomes even more advantageous when the permeate must be conveyed to an accumulation tank which represents the most widely used plant solution.

Si è in pratica constatato come l'impianto secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto risulta più vantaggioso rispetto agli impianti di tipo noto in termini di consumi energetici e di semplicità impiantistica. Inoltre, l'impianto secondo il trovato risulta ancora più vantaggioso in installazioni con serbatoio di accumulo in pressione del permeato. In practice it has been found that the plant according to the invention fully achieves the intended aim as it is more advantageous than conventional plants in terms of energy consumption and plant simplicity. Furthermore, the plant according to the invention is even more advantageous in installations with a pressure accumulation tank for the permeate.

L'impianto, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. The system thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, secondo le esigenze e lo stato della tecnica. In practice, the materials employed, so long as they are compatible with the specific use, as well as the dimensions, may be any according to the requirements and the state of the art.

Claims

1. Plant (1) for the treatment of water or liquids in general with reverse osmosis or nanofraction semipermeable membranes, comprising a filtering device (2) with a semipermeable membrane having: an inlet (3) connected to a supply duct (4) of the liquid to be treated, a first outlet (5) connected to a permeate discharge pipe (6) and a second outlet (7) connected to a concentrate discharge pipe (8), characterized in that it comprises a pump (9) connected with its suction to said first outlet (5) of said filtering device (2).

2. Plant (1), according to claim 1, characterized in that said pump (9) is connected with its delivery to the inlet of a permeate storage tank (10).