MXPA01001379A - Metodo para reducir la incrustacion en sistemas de electrodesionizacion - Google Patents

Abstract

Se presenta un método y un aparato para inhibir la incrustación en un sistema de electrodesionización (10) o en un sistema combinado deósmosis inversa/electrodesionización (62, 10) para el tratamiento de agua y, más particularmente, para aumentar la tolerancia a la dureza en el agua alimentada a una unidad de electrodesionización (10) para inhibir la precipitación de los cationes metálicos contenidos en el agua alimentada y para aumentar la eficiencia del sistema de electrodesionización. El agua que se va a purificar se hace pasar a través de una unidad de electrodesionización )10), en la que una corriente concentrada que recicla (12) a través de los compartimientos de concentración (18) y compartimientos anódico y catódico (20, 22), contiene cantidades efectivas de un anti-incrustante para inhibir la precipitación de incrustacifones. Una o más unidades deósmosis inversa preliminares (62, 72, 74, 90, 100, 110, 120, 130, 140) en serie con la unidad de electrodesionización (10) recibe preferentemente una porción de los anti-incrustantes en el agua alimentada a la unidad deósmosis inversa (62) puede suplementarse y ajustarse. El electrólito puede suministrarse a la corriente concentrada (44) de la unidadde electrodesionización a partir de los productos de laósmosis inversa.

Description

MÉTODO PARA REDUCIR LA INCRUSTACIÓN EN SISTEMAS DE ELECTRODESIONIZACIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN (i) Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un método y un aparato para inhibir la incrustación en un sistema de electrodesionización o en un sistema combinado de osmosis inversa/electrodesionización para el tratamiento de aguas y, más particularmente, para aumentar la tolerancia a la dureza del agua alimentada a una unidad de electrodesionización para inhibir la precipitación de los cationes metálicos contenidos en el agua alimentada y para aumentar la eficiencia del sistema de electrodesionización. (ii) Descripción de la Técnica Relacionada La purificación del líquido se ha convertido en un asunto de gran interés en muchas industrias. En particular, el agua pura se utiliza para muchos propósitos industriales, tales como en procesos para producir chips de semiconductores, en plantas de fuerza, en la industria petroquímica y para muchos otros fines. Para reducir la concentración de iones en un líquido se han utilizado resinas de intercambio iónico, filtración por osmosis inversa y técnicas de electrodiálisis . Recientemente se ha utilizado con más frecuencia un aparato de electrodesionización para reducir la concentración de iones en un líquido. El término "electrodesionización" se refiere en general a un aparato y a un proceso para purificar líquidos que combina resinas de intercambio iónico, membranas de intercambio iónico y electricidad para purificar los líquidos. Un módulo de electrodesionización comprende arreglos alternados de membranas permeables a cationes y membranas permeables a aniones que entre ellas definen compartimientos. En los compartimientos alternados se proporcionan cuentas de resina de intercambio iónico. Esos compartimientos son conocidos como compartimientos de dilución. Los compartimientos que generalmente no contienen la resina de intercambio iónico son conocidos como compartimientos de concentración. Los iones migran desde los compartimientos de dilución a través de las cuentas de intercambio iónico y las membranas permeables a iones hacia los compartimientos de concentración por medio de la introducción de corriente. El líquido que fluye a través de los compartimientos de concentración se desecha o se recicla parcialmente y el líquido purificado que fluye a través de los compartimientos de dilución se recupera como producto 1íquido desmineralizado . La incrustación del equipo de electrodesionización es de particular interés, ya que reduce las eficiencias de las membranas y obstruye las superficies de los electrodos. Se ha encontrado que la incrustación se presenta en regiones localizadas del equipo de electrodesionización y, particularmente, aquellas en donde normalmente hay un pH elevado. Estas regiones incluyen aquellas que están en la superficie del lado de las membranas de intercambio aniónico de la cámara de concentrado, debido al flujo de iones hidroxilo que resulta del proceso regenerativo de dividir el agua en las cámaras de dilución. Las regiones localizadas de pH elevado también están normalmente presentes en la superficie del cátodo, debido al desprendimiento de hidrógeno gaseoso y a la concomitante producción de ion hidroxilo, de conformidad con la reacción de electrodo catiónico: 2e- + 2H20 = H2(gas) + 20H- Estas regiones localizadas de pH elevado proporcionan las condiciones en las que pueden formarse incrustaciones perjudiciales para el desempeño del dispositivo de electrodesionización. En general, estas incrustaciones se forman en presencia de cationes metálicos -polivalentes, tales como Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Fe3+, Al3+ y lo similar, que pueden precipitarse en condiciones locales de pH elevado como hidróxidos, sulfatos, fosfatos, óxidos y carbonatos, cuando se tiene la presencia de carbonatos, bicarbonatos o bióxido de carbono y como óxidos mezclados, tales como espinelas, carbonatos y fluoruros mezclados, cuando están presentes iones fluoruro. Debido a los bajos productos de solubilidad de estos compuestos, incluso cantidades trazas de estos cationes metálicos y contra aniones en las corrientes de concentrado serán suficientes para provocar la indeseable precipitación. Un método para reducir las incrustaciones en una unidad de electrodesionización se muestra en la publicación de patente Europea No. 0839762, en donde una corriente de concentrado recirculada es tratada por electrólisis para aumentar la acidez de la corriente de concentrado y, con ello, reducir las incrustaciones en la unidad de electrodesionización. Cada una de las publicaciones japonesas nos. 62168508 y 57171485 y la patente U.S. No. 3,003,940 muestran métodos de prevención de incrustaciones en unidades de electrodiálisis que comprenden inyección directa o la adición de un agente anti-incrustaciones . En la osmosis inversa, conforme el agua pasa a través de la membrana, impulsada por la diferencia de presión entre las corrientes de concentrado y permeado, la corriente de concentrado se va concentrando progresivamente y puede excederse el límite de solubilidad de las sales de los iones disueltos, lo que conduce a la precipitación de CaC03 y de otros sólidos como incrustaciones. Este mecanismo de formación de incrustaciones es fundamentalmente diferente del que ocurre en la electrodesionización, en donde las superficies de las membranas aniónicas (lado del concentrado) se mantienen activamente en un pH elevado, debido a la migración de iones hidroxilo de la división de agua en las cámaras de dilución. Para evitar el crecimiento de estas incrustaciones, se utilizan anti -incrustantes . Éstos actúan a través de varios mecanismos, que incluyen: a) inhibir la nucleación de las partículas de incrustación, normalmente con una cantidad sub-estequiométrica de anti-incrustante, comparada con los iones formadores de incrustación; b) inhibir el crecimiento de las partículas de incrustación, normalmente con una cantidad sub-estequiométrica de anti-incrustante, comparada con los iones formadores de incrustación; c) acomplejar en solución a los iones de la incrustración, reduciendo de esta manera la tendencia termodinámica (cambio en la energía de Gibbs) para la formación de la incrustación y, normalmente, utilizando una cantidad estequiométrica del anti-incrustante (agente quelante) , comparada con los iones formadores de incrustación. Debido a la concentración relativamente elevada de iones en el agua alimentada a la osmosis inversa típica, los efectos de a) y b) normalmente se efectúan mediante la introducción del anti-incrustante en la alimentación osmosis inversa. La reducción del pH en la alimentación a la osmosis inversa también se practica en forma común. El efecto neto es permitir la operación de los sistemas de osmosis inversa a una superior recuperación de lo que sería posible de otra manera. Aunque se conoce la adición de anti -incrustantes a la osmosis inversa, no es una práctica convencional añadir anti-incrustantes a las celdas de electrodesionización para reducir la formación de incrustaciones. Un artículo titulado "Studies on Polarity Reversal with Continuous Deionization" de Yoram Oren y colaboradores, publicado en Desalination, 86 (1992) 155 -172 by Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, establece que la formación de incrustación en la desionización continua, es decir, en la electrodesionización, puede reducirse al mínimo al reducir la concentración de calcio y magnesio (ablandamiento) o la acidificación, que reduce el pH en las áreas sensibles o la adición de anti-incrustantes para formar complejos con los iones calcio o magnesio o retrasar la precipitación. Sin embargo, adicionalmente se establece que todas estas soluciones añaden compuestos químicos indeseables al agua y requieren equipo para introducir los compuestos químicos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En su aspecto amplio, el método de la invención para inhibir la formación de incrustaciones en una unidad de electrodesionización para desionizar agua, que tiene un compartimiento anódico en un extremo de la unidad, un compartimiento catódico en el extremo opuesto de la unidad y una multitud de compartimiento de dilución que se alternan con compartimientos de concentración colocados entre los compartimientos anódico y catódico, comprende hacer pasar el agua de alimentación que será desionizada a través de los compartimientos de dilución; hacer pasar el agua o una solución acuosa para aceptar iones del agua alimentada a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico; aplicar un voltaje eléctrico entre el cátodo y el ánodo, con lo que los iones del agua alimentada migran hacia el agua o la solución acuosa en los compartimientos de concentración; recolectar y descargar la solución acuosa de los compartimientos anódico y catódico; recircular el agua o la solución acuosa de los compartimientos de concentración, como una corriente concentrada, a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico; e inyectar un anti-incrustante a la corriente concentrada que se recicla a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico en una cantidad efectiva para inhibir la formación de incrustación en los compartimientos de concentración y en el compartimiento catódico. La cantidad efectiva del anti -incrustante en la corriente concentrada está en el intervalo de 1 a 400 ppm y, puede seleccionarse del grupo que consiste de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido poliacrílico, derivados de ácidos poliacrílicos copolimerizados con sulfonatos, anti-incrustantes de tipo fosfonato, hexametafosfato de sodio, agentes acomplej antes EDTA y CDTA, agente quelante de ácido amido succínico, agentes biocidas no oxidantes, tipificados por bisulfito de sodio y combinaciones de los mismos. En un aspecto preferido de la invención, el método para purificar y desionizar agua para inhibir la formación de incrustaciones en la osmosis inversa de una unidad de electrodesionización en serie, en la que el agua que será purificada y desionizada pasa a través de la unidad de osmosis inversa para producir una corriente permeada y una corriente de descarga retenida y en la que la unidad de electrodesionización tiene un compartimiento anódico en un extremo de la unidad, un compartimiento catódico en el extremo opuesto de la unidad y una multitud de compartimientos de dilución que se alternan con compartimientos de concentración colocados entre los compartimientos anódico y catódico, comprende hacer pasar el agua de alimentación que será purificada y desionizada a través de la unidad de osmosis inversa; hacer pasar al permeado de la unidad de osmosis inversa a través de los compartimientos de dilución de la unidad de desionización; hacer pasar el agua o una solución acuosa para la aceptación de los iones del agua alimentada a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico; aplicar un voltaje eléctrico entre el ánodo y el cátodo, con lo que los iones del agua alimentada migran al agua o a la solución acuosa en los compartimientos de concentración; recolectar y descargar la solución acuosa de los compartimientos anódico y catódico; reciclar el agua o la solución acuosa de los compartimientos de concentración como corriente concentrada a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico; inyectar un anti-incrustante a la corriente concentrada que recicla a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico, efectiva para inhibir la formación de incrustaciones en los compartimientos de concentración y en el compartimiento catódico; sangrar, es decir, drenar, una porción de la corriente concentrada que contiene el anti-incrustante; y combinar y hacer pasar las porciones de la corriente sangrada que contienen una cantidad de anti-incrustante con el agua alimentada a través de la unidad de osmosis inversa, ajustando la cantidad de anti-incrustante en el agua de la unidad de osmosis inversa para proporcionar una cantidad efectiva de anti-incrustante para inhibir la formación de incrustaciones en la unidad de osmosis inversa y hacer pasar la corriente permeada a través de los compartimientos de dilución de la unidad de desionización. El agua alimentada puede someterse a osmosis inversa en una multitud de pasos, cada paso comprende una o más etapas, en donde el permeado de por lo menos una de las etapas o uno de los pasos se combina con la corriente concentrada para pasar a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catiónico para añadir a los mismos electrólito, aumentando de esta manera la conductividad eléctrica. El retenido de por lo menos una de las etapas, con excepción del primer paso de la osmosis inversa, puede combinarse con la corriente concentrada para pasar a través de los compartimientos de concentración. El anti-incrustante puede ser ácido sulfúrico en el intervalo de aproximadamente 500 a 0.5 ppm, ácido clorhídrico en el intervalo de aproximadamente 365 a 0.4 ppm o hexametafosfato de sodio en una cantidad dentro del intervalo de aproximadamente 5 y 200 ppm, de preferencia de aproximadamente entre 25 y 100 ppm. El anti-incrustante en el agua de la unidad de osmosis inversa se ajusta de preferencia en una cantidad en el intervalo de 1 a 75 ppm, efectivo para inhibir la incrustación en la misma. En una modalidad adicional de la invención, una porción del permeado se añade a la corriente concentrada que pasa a través de los compartimientos de concentración y a través de los compartimientos anódico y catódico para proporcionar electrólito a los mismos, con lo que se aumenta la conductividad eléctrica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El método y el aparato de la invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: la figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de una primera modalidad de la presente invención; la figura 2 es un dibujo esquemático de una unidad de electrodesionización de la presente invención, que incorpora la modalidad mostrada en la figura 1; la figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de una segunda modalidad de la presente invención, en conjunción con la modalidad mostrada en la figura 1; la figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de una tercera modalidad de la presente invención, en conjunción con la modalidad mostrada en la figura 1 ; la figura 5 es un diagrama de flujo esquemático de una cuarta modalidad de la presente invención, en conjunción con la modalidad mostrada en la figura 1; y la figura 6 es un diagrama de flujo esquemático de una quinta modalidad de la presente invención, en conjunción con la modalidad mostrada en la figura 1.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Los procesos de la presente invención serán descritos con referencia a los dibujos acompañantes. En general, la invención es aplicable a procesos de purificación de agua, que se efectúan utilizando una unidad de electrodesionización o con una unidad de electrodesionización y una unidad de osmosis inversa en serie . Refiriéndonos primero a la figura 1, la modalidad ilustrada de la presente invención comprende un proceso para purificar agua que incluye una unidad de electrodesionización 10, un circuito de recirculación 12 que tiene una bomba 14 para reciclar la solución concentrada, una línea de sangrado de concentrado 13 hacia el drenaje 15 y una línea de inyección 16 para inyectar anti-incrustantes ácidos desde la unidad de inyección 17 hacia los compartimientos de concentrado 18 y a los compartimientos anódico y catódico 20 y 22, respectivamente. Refiriéndonos ahora a la Figura 2, la unidad de electrodesionización 10, de conformidad con la presente invención, descrita en forma más detallada, comprende el compartimiento anódico 20 provisto con un ánodo 24 y el compartimiento catódico 22 provisto con un cátodo 26. Una multitud de membranas de intercambio catiónico 28 y membranas de intercambio aniónico 30 están dispuestas en forma alternada entre el compartimiento anódico 20 y el compartimiento catódico 22 para formar los compartimientos de dilución 32, definido cada uno por la membrana de intercambio aniónico 30 en el lado del ánodo y por una membrana de intercambio catiónico 28 en el lado del cátodo y compartimientos de concentración 18, definidos cada uno por una membrana de intercambio catiónico 28 en el lado del ánodo y por una membrana de intercambio aniónico 30 en el lado del cátodo. La solución de electrólito se suministra al compartimiento anódico 20 y al compartimiento catódico 22 por medio de las corrientes de flujo 36 y 38, respectivamente . El material de intercambio iónico, tal como por ejemplo, las cuentas de resina de intercambio iónico, designadas por el número 40, se suministran preferentemente en los compartimientos de dilución 32. Éstas pueden comprender ya sea resinas de intercambio aniónico o catiónico o una mezcla de las mismas, un lecho mixto, capas, fases continua/discontinua y lo similar, según se revela en la Solicitud PCT No. de Serie PCT/CA97/00018 , incorporada en la presente como referencia. Estos medios aumentan la purificación del agua al eliminar los iones indeseables mediante intercambio iónico. Además, estos medios facilitan la migración de los iones hacia las membranas 28 y 30 para la posterior permeación a través de las mismas, según se describirá más adelante. El agua que se va a tratar se introduce en los compartimientos de dilución 32 desde la corriente de suministro 42. De manera similar, el agua o una solución acuosa se introduce en los compartimientos de concentración 18 y en los compartimientos anódico y catódico 20 y 22, desde una corriente de suministro 44. Entre los dos electrodos se aplica un voltaje eléctrico predeterminado, con lo que los aniones en los compartimientos de dilución 32 permean a través de las membranas de intercambio aniónico 30 y hacia los compartimientos de concentración 18, en tanto que los cationes en las corrientes de los compartimientos de dilución 32 permean a través de las membranas de intercambio catiónico 28 y hacia los compartimientos de concentración 18. La migración de aniones y cationes antes mencionada se facilita adicionalmente por el material de intercambio iónico 40 que está presente en los compartimientos de dilución 32. Al respecto, impulsados por el voltaje aplicado, los cationes de los compartimientos de dilución 32 migran a través de las resinas de intercambio catiónico utilizando los mecanismos de intercambio iónico y, eventualmente, pasarán a través de las membranas de intercambio catiónico 28, que están en contacto directo con las resinas de intercambio catiónico. De manera similar, los aniones de los compartimientos de dilución 32 migran a través de las resinas de intercambio aniónico, utilizando los mecanismos de intercambio iónico y, eventualmente, pasan a través de las membranas de intercambio aniónico 30, que están en contacto directo con las resinas de intercambio aniónico. La solución acuosa o el agua introducida en los compartimientos de concentración 18 desde la corriente 44 y las especies aniónicas y catiónicas que posteriormente migran hacia estos compartimientos, se recolectan y retiran como una solución concentrada de la corriente de descarga 48, en tanto que una corriente de agua purificada se descarga de los compartimientos de dilución 32 como corriente de descarga 50.

En virtud de la corriente que fluye entre el cátodo 26 en el compartimiento catódico 22 y el ánodo 24 en el compartimiento anódico 20, el agua se ioniza en iones hidrógeno e hidroxilo. Los iones hidroxilo migran a través de la membrana de intercambio aniónico 30 y se concentran localmente en la superficie 52 del lado de la membrana de intercambio aniónico 30 del compartimiento de concentrado. Esto crea una región localizada de alto pH cerca de la superficie 52 de la membrana de intercambio aniónico 30, promoviendo de esta manera la formación de incrustaciones. En la superficie 54 del cátodo de la unidad de electrodesionización también se encuentran regiones localizadas de pH elevado. En este entorno, la reducción de agua para formar hidrógeno gaseoso, con la concomitante producción de ion hidroxilo, es termodinámicamente favorable. Como resultado, las condiciones cerca de la superficie 54 del cátodo también conducen a la formación de incrustaciones . Para evitar la formación de incrustaciones en las superficies 52 de la membrana de intercambio aniónico 30 y en la superficie 54 del cátodo, se proporciona un suministro de anti-incrustante 16 inyectando el anti-incrustante en la corriente concentrada del circuito de recirculación 12 para su alimentación al compartimiento de concentrado 18 y al compartimiento anódico 20 y al compartimiento catódico 22. Los anti-incrustantes pueden incluir ácidos sulfúrico y clorhídrico para reducir el pH; ácidos poliacrílicos, derivados de ácidos poliacrílicos (por ejemplo, copolímeros con grupos funcionales sulfonato) , anti-incrustantes de tipo fosfonato, hexametafosfato de sodio; agentes acomplej antes tales como EDTA, CDTA, ácido amido succínico y agentes quelantes similares; y agentes biocidas, preferentemente no oxidantes, tales como bisulfito de sodio y combinaciones de los mismos. Al respecto, el suministro de anti-incrustante 16 introduce una cantidad efectiva de anti-incrustante en la corriente de suministro 44 a los compartimientos de concentrado y a la corriente 38 de suministro de electrólito al cátodo para proporcionar una concentración en las corrientes que esté en el intervalo de 1 a 500 partes por millón (ppm) . Un intervalo de pH deseable para que la corriente de concentrado inhiba las incrustaciones en las unidades de electrodesionización es de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, proporcionado por de aproximadamente entre 500 y 0.5 ppm de ácido sulfúrico y por aproximadamente de entre 365 y 0.37 ppm de ácido clorhídrico. Una gama de concentración preferida para el hexametafosfato de sodio es de aproximadamente entre 5 y 200 ppm, con la mayor preferencia, en el intervalo de 25 a 100 ppm. Como resultado, el anti-incrustante circula tanto a través de los compartimientos de concentrado 18 como del compartimiento catódico 22, inhibiendo la formación de incrustaciones y, después de lo cual, se descarga a través de las corrientes 48 y 60, respectivamente, la corriente concentrada se recicla con la corriente de sangrado 61 alimentada a la unidad de osmosis inversa, que se describirá más adelante, o se envía para su desecho. Para recuperar y reciclar el anti-incrustante de los compartimientos de concentrado 18, la corriente de descarga 48 se hace recircular a través de la línea 12 con una solución de reposición que contiene anti-incrustante de la unidad de inyección 17 a través de la línea de alimentación 16 para suministrar en forma continua anti-incrustante a los compartimientos de concentrado 18 y al compartimiento anódico 20 y al compartimiento catódico 22. El anti-incrustante se utiliza así en forma más eficiente en el proceso de la presente invención al recuperar y reciclar la mayor parte del anti-incrustante no utilizado de la descarga de la unidad de electrodesionización 10. En la modalidad de la presente invención, que se ilustra en la Figura 3, la unidad de electrodesionización 10 se opera en serie con la unidad de osmosis inversa 62 para purificar agua. El agua que se va a tratar se suministra a la unidad de osmosis inversa 62 mediante la corriente de suministro 64, en donde el agua de suministro se separa en la corriente permeada 66 y la corriente retenida 68 por la membrana 70, bien conocida en la técnica, y se descarga al drenaje 72. La corriente permeada 66 se conecta a la corriente de suministro 42 para tratamiento adicional en la unidad de electrodesionización 10, en tanto que la corriente retenida 68 o se descarga al drenaje 72 o se utiliza con otros fines, tal como por ejemplo, en torres de enfriamiento. La deposición de incrustaciones también es un fenómeno que afecta en forma adversa la operación de la unidad de osmosis inversa 62. En la osmosis inversa, la sal se separa, por ejemplo, de una solución acuosa de sal al obligar al agua a fluir a través de una membrana hacia una fase de agua purificada, aplicando una presión mayor a la presión osmótica normal, superando de esta manera la tendencia natural del agua a fluir en la dirección opuesta. Como resultado, la solución salina se vuelve cada vez más concentrada. En este extremo, se excede el límite de solubilidad de las sales disueltas, lo que conduce a la precipitación de CaC03 y de otros sólidos como incrustaciones. Este mecanismo de formación de incrustaciones es fundamentalmente diferente del que ocurre en la electrodesionización, en donde las superficies (lado del concentrado) de las membranas aniónicas se mantienen en forma activa a un pH elevado, debido a la migración de iones hidroxilo provenientes de la disociación del agua en las cámaras de dilución; este pH elevado produce la incrustación. De manera ventajosa, una porción del anti-incrustante en la corriente de descarga 12 circulante de los compartimientos de concentrado 18 puede utilizarse en la unidad de osmosis inversa 62, por medio de la línea 65 conectada a la corriente de agua de suministro 64. La pérdida de anti-incrustante de la unidad de electrodesionización 10, se reduce de conformidad con esto, en tanto que en la unidad de osmosis inversa 62 se inhibe la formación de incrustaciones. En una modalidad adicional, el anti-incrustante de la descarga del compartimiento de concentrado en la línea 65 puede recargarse antes de la inyección a la unidad de osmosis inversa 36. Refiriéndonos a la Figura 3, una segunda unidad de inyección 67 de anti-incrustante puede proporcionarse corriente arriba de la entrada de la unidad de osmosis inversa 36 para la adición de una cantidad efectiva de anti-incrustante para suplementar al anti-incrustante de la corriente de descarga 34 del compartimiento de concentrado o para añadir un agente complementario . Están contempladas las variaciones adicionales a las modalidades ilustradas en la Figura 3 y no están limitadas a las mostradas. Por ejemplo, la corriente permeada 66 puede purificarse adicionalmente al pasar a través de una unidad de osmosis inversa adicional, que será descrita, o podría someterse a otros procesos de separación, tales como desgasificación u otros tratamientos químicos o combinaciones de los mismos, antes de la alimentación a la unidad de electrodesionización 10. Para aumentar la conductividad eléctrica en la unidad de electrodesionización 10 y, de esta manera, aumentar el flujo de corriente con un voltaje reducido, para reducir el consumo de energía, otra modalidad de la presente invención propone la desviación de una porción de la corriente permeada 66 de la unidad de osmosis inversa 62 hacia la unidad de electrodesionización 10, de tal forma que parte de la corriente permeada 69 se alimente a los compartimientos de concentrado 18. La corriente permeada 66 y la corriente de descarga retenida 68 contienen electrólitos, tales como iones de sales disueltos. La conexión de cualquiera de estas corrientes 66 ó 68 podría proporcionar la reposición de electrólito y agua en la corriente de suministro 44 al compartimiento de concentrado. De preferencia, la corriente de descarga retenida 68 no se conecta de esta manera, a menos que esta corriente de descarga retenida 68 esté relativamente libre de cationes polivalentes, compuestos orgánicos de elevado peso molecular y bacterias, la cual, de lo contrario, perjudicaría a la unidad de electrodesionización 10. Por lo tanto, si la corriente de suministro de agua 64 contiene dichas impurezas, la línea 69 de la corriente permeada 66, pero no de la corriente retenida 68, puede conectarse a la corriente de suministro 44 para la reposición de electrólito en los compartimientos de concentrado 18 de la unidad de electrodesionización. En una modalidad adicional de la presente invención, ilustrada en la Figura 4, el sistema de purificación de agua de la invención consiste de un sistema de osmosis inversa 70 de múltiples etapas en serie con una unidad de electrodesionización 10. El sistema 70 de osmosis inversa de múltiples etapas comprende dos etapas que consisten de las etapas primera y segunda de osmosis inversa, 72 y 74 respectivamente. El agua que se va a purificar se suministra a la primera unidad 70 de osmosis inversa mediante la corriente de suministro 76, junto con una porción de la solución de recirculación de concentrado de la línea 12 por medio de la línea 77 y se separa en una primera corriente permeada 78 y una primera corriente retenida 80 por los procesos de membrana que ocurren en la misma. La corriente retenida 80 se descarga hacia la segunda unidad de osmosis inversa 74 y se somete a los procesos de membrana de la misma, provocando la separación de la primera corriente retenida 80 en la segunda corriente permeada 82 y en la segunda corriente retenida 84. La segunda corriente permeada 82 se une a la primera corriente permeada 78 y se conecta a la corriente de suministro 42 a la unidad de electrodesionización 10 para tratamiento adicional . La segunda corriente retenida 84 o se descarga al drenaje 88 o se utiliza con otros fines, como por ejemplo, en torres de enfriamiento. Para proporcionar la reposición de electrólito en la alimentación al compartimiento de concentrado 18 de la unidad de electrodesionización 10, una sangría de la segunda corriente permeada 82, por medio de la línea 83, o de la corriente de suministro 42 para una combinación con las corrientes permeadas 78 y 82 a través de la línea 85, puede añadirse a la corriente de reciclado 44 hacia los compartimientos de concentrado 18. El anti-incrustante de la descarga del compartimiento de concentrado de la línea 77 puede recargarse mediante una segunda unidad de inyección 79 de anti-incrustante. Se comprenderá que el número de etapas de osmosis inversa del sistema de osmosis inversa no está limitado a dos y podría incluir cualquier multitud de etapas, denotadas en lo sucesivo como "n-etapas", de las cuales cada una contiene una unidad de osmosis inversa, para realizar la purificación y recuperación de agua en forma económica. Al respecto, las corrientes retenidas de las etapas 1 a (n-l) , se descargan sucesivamente en las siguientes etapas corriente abajo de osmosis inversa, de la 2 a la n, para tratamiento adicional. La corriente retenida de la etapa n se descarga al drenaje o se utiliza con otros fines que requieran de agua con una menor pureza. Cada una de las corrientes permeadas de las n-etapas se combinaría en otro cabezal que se conecta con la corriente de suministro 42 para la purificación adicional en la unidad de electrodesionización 10. De cualquiera de estas corrientes permeadas puede extraerse una sangría para la conexión a la corriente de suministro 44 de los compartimientos de concentrado para aumentar la conductividad eléctrica en la unidad de electrodesionización 10. Una modalidad adicional de la presente invención se ilustra en la Figura 5, en donde un sistema de osmosis inversa 88 comprende un sistema de múltiples pasos en serie de osmosis inversa que consiste de una multitud de unidades de osmosis inversa en serie, el número de pasos corresponde con el número de estas unidades de osmosis inversa, cada unidad de osmosis inversa efectúa la purificación adicional de la corriente permeada de la unidad de osmosis inversa precedente. En el ejemplo de esta modalidad representada de manera particular en la Figura 5, el número de estos pasos es de dos, que consisten de dos unidades de osmosis inversa 90 y 100 en serie. En esta modalidad, el agua que se va a purificar junto con el anti-incrustante de una porción de la solución de recirculación de concentrado de la línea 12 por medio de la línea 103 se alimenta a la corriente de suministro 92 hacia la unidad de osmosis inversa 90 y se separa en una primera corriente permeada 94 y una primera corriente retenida 96 mediante los procesos de membrana que ocurren en la misma. La primera corriente permeada 94 se descarga en la segunda unidad de osmosis inversa 100 para purificación adicional, en tanto que la corriente retenida 96 se descarga al drenaje. En la segunda unidad de osmosis inversa 100, la primera corriente permeada 94 se separa en la segunda corriente permeada 102 y la corriente retenida 104 mediante los procesos de membrana que ocurren en la misma. La segunda corriente permeada 102 se conecta a la unidad de electrodesionización 10 como una corriente de suministro 42 para purificación adicional. La corriente retenida 104 o se recicla nuevamente a la corriente de suministro 92, o se descarga al drenaje o puede utilizarse como electrólito. Mediante una segunda unidad de inyección 93 de anti-incrustante puede suministrarse anti-incrustante suplementario. Para suministrar la reposición de electrólito a los compartimientos de concentrado 18 de la unidad de electrodesionización 10, una sangría 95 ya sea de la primera corriente permeada 94 o una sangría 99 de la segunda corriente permeada 102, puede conectarse a la corriente de suministro 44 hacia los compartimientos de concentrado 18. La corriente retenida 104 de la segunda unidad 100 de osmosis inversa también puede ser utilizada, a través de la línea 105, para la reposición de electrólito, debido a que la corriente 104 ya ha sido sometida a la purificación en la primera unidad 90 de osmosis inversa y, por lo tanto, está relativamente libre de partículas, compuestos orgánicos y bacterias indeseables. Además, normalmente es preferible el sangrado de la segunda corriente retenida 104, en donde la concentración salina es superior y, por lo tanto, es más probable que aumente la conductividad en la unidad de electrodesionización 10. Se comprenderá que el número de pasos de osmosis inversa del sistema de osmosis inversa 88 no está limitado a dos y podría incluir cualquier multitud de pasos, de los cuales cada uno contiene una unidad de osmosis inversa y cada una tiene una o más etapas. Al respecto, las corrientes permeadas de los pasos se descargan cada una en una correspondiente unidad corriente abajo de osmosis inversa para tratamiento adicional . La corriente permeada del último paso se descarga en la unidad de electrodesionización 10 para purificación adicional, cada una de las corrientes retenidas de los pasos, con excepción del primer paso, o se recicla nuevamente a la corriente de entrada de la unidad de osmosis inversa del primer paso o se descarga al drenaje. Puede extraerse una sangría de cualquiera de las corrientes permeadas o de cualquiera de las corrientes retenidas, con excepción de la corriente retenida de la unidad de osmosis inversa del primer paso, para su conexión a la corriente de suministro 44 de los compartimientos de concentrado 18, para aumentar la conductividad en la unidad de electrodesionización 10. En una modalidad adicional de la invención, mostrada en la Figura 6, las corrientes retenidas de cada uno de los pasos puede descargarse hacia una unidad de osmosis inversa de segunda etapa para purificación adicional, produciendo una corriente permeada adicional que se une a una correspondiente corriente permeada proveniente del mismo paso para su purificación adicional en un paso de osmosis inversa corriente abajo o en la unidad de electrodesionización 10. Esta variante combina aspectos de cada uno de los procesos ilustrados en las Figuras 4 y 5 y comprende dos pasos que consisten de dos etapas cada uno, cada etapa tiene una unidad de osmosis inversa. Por lo tanto, el primer paso comprende de la primera etapa de osmosis inversa 110 y la segunda etapa 120 de osmosis inversa y el segundo paso comprende una tercera etapa 130 de osmosis inversa y la cuarta etapa 140 de osmosis inversa. El agua que se va a purificar, junto con una porción de la solución de reciclado de concentrado de la línea 12 por medio de la línea 115 y la unidad de inyección 113 de anti-incrustante suplementario se suministra a la primera unidad 110 de osmosis inversa mediante la corriente de suministro 112 y se separa en una primera corriente permeada 114 y una primera corriente retenida 116 mediante los procesos de membrana que ocurren en la misma. La corriente retenida 116 se descarga en la segunda etapa 120 de osmosis inversa y se somete a los procesos de membrana de la misma, provocando la separación de la primera corriente retenida 116 en la segunda corriente permeada 122 y en la segunda corriente retenida 124. La segunda corriente permeada 122 se une con la primera corriente permeada 114 para convertirse en la corriente de suministro 132 al segundo paso para tratamiento adicional en la tercera unidad 130 de osmosis inversa. La segunda corriente retenida 124 se descarga al drenaje. La corriente de suministro 132 entra a la tercera unidad 130 de osmosis inversa y se separa en la tercera corriente permeada 134 y en la tercera corriente retenida 136 mediante los procesos de membrana que ocurren en la misma.

La corriente retenida 136 se descarga en la cuarta etapa 140 de osmosis inversa y se somete a los procesos de membrana en la misma, provocando la separación de la tercera corriente retenida 136 en la cuarta corriente permeada 142 y en la cuarta corriente retenida 144. La cuarta corriente permeada 142 se une a la tercera corriente permeada 134 para conectarse con la corriente de suministro 42 para purificación adicional en la unidad de electrodesionización 10. La cuarta corriente retenida 144 o se conecta nuevamente a la corriente de alimentación 112 hacia la primera unidad 110 de osmosis inversa mediante la línea 145 o se descarga al drenaje. Para efectuar la reposición de electrólito en los compartimientos de concentrado 18 de la unidad de electrodesionización 10, una sangría ya sea de la primera corriente permeada 114, de la segunda corriente permeada 122, de la tercera corriente permeada 134, de la cuarta corriente permeada 142 o de la cuarta corriente retenida 144 o de combinaciones de las mismas, puede conectarse a la corriente de suministro 44 por medio de la línea 123 para alimentar los compartimientos de concentrado 18. Lo que tiene la mayor preferencia es la sangría de la segunda corriente permeada 122, a través de la línea 123, en donde la concentración salina es la más elevada y, por lo tanto, es más probable que aumenta la conductividad en la unidad de electrodesionización 10. Se comprenderá que el número de pasos de osmosis inversa y el número de etapas de osmosis inversa de la presente no están limitados cada uno a dos y, podrían incluir cualquier multitud de pasos, de modo que se obtenga una económica purificación y recuperación de agua. Las sangrías de cualquier corriente permeada o retenida de las unidades de osmosis inversa asociadas, con excepción de las corrientes retenidas del primer paso, pueden conectarse a la unidad de electrodesionización 10 para aumentar la conductividad de la misma. Se contemplan variaciones adicionales a las modalidades ilustradas en las Figuras 4, 5 y 6 y no están limitadas a las mostradas en dichas Figuras. Por ejemplo, antes de la conexión a la corriente de suministro 42 con los compartimientos de dilución 32 de la unidad de electrodesionización 10, las corrientes permeadas de la unidad o unidades de osmosis inversa pueden someterse a purificación adicional mediante procesos separados, tal como por ejemplo, desgasificación. Adicionalmente, el anti-incrustante no utilizado del circuito de circulación 12 de los compartimientos de concentrado 18 de la unidad de electrodesionización 10 se conecta preferentemente a las corrientes de suministro de la unidad de osmosis inversa para inhibir la formación de incrustaciones en la unidad de osmosis inversa y con cualesquiera otras unidades corriente abajo, en una forma similar a la modalidad representada en la figura 3. La presente invención proporciona varias ventajas importantes. Los agentes anti-incrustantes incluyen agentes de control de pH, agentes supresores de incrustación antibiovegetativa, agentes quelantes y lo similar, pueden ser utilizados en la unidad de electrodesionización en concentraciones superiores a las concentraciones que normalmente son viables en forma comercial, debido al confinamiento de los agentes dentro del sistema mediante reciclado dentro de la unidad de electrodesionización y el reciclado a una o más de las unidades de osmosis inversa en serie. Este reciclado de un flujo relativamente pequeño del fluido de la unidad de electrodesionización en el mayor flujo entrante a la unidad de osmosis inversa, resulta en una concentración convenientemente baja de anti-incrustante para la económica operación de la osmosis inversa. El uso selectivo del permeado de la osmosis inversa como reposición al circuito de reciclado hacia los compartimientos de concentración, utiliza la salinidad del permeado para aumentar la conductividad eléctrica y la eficiencia de las celdas con un aumento en el flujo de corriente a voltajes reducidos, reduciendo de esta manera los requerimientos de energía eléctrica sin necesidad y el costo de añadir sal al sistema en forma separada . Por supuesto se comprenderá que pueden efectuarse modificaciones a las modalidades de la invención descritas aquí, sin desviarse del alcance y campo de acción de la invención, según se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES ; 1. Un método para inhibir la formación de incrustaciones en una unidad de electrodesionización (10) para desionizar agua, que tiene un compartimiento anódico (20) provisto con un ánodo (24) en un extremo de la unidad (10), un compartimiento catódico (22) provisto con un cátodo (26) en el extremo opuesto de la unidad y una multitud de compartimientos de dilución (32) provisto con cuentas de intercambio de iones (40) alternados con compartimientos de concentración (18) , colocados entre los compartimientos anódico (20) y catódico (22) , los compartimientos de dilución (32) y de concentración (18) están definidos por arreglos alternados de membranas de intercambio catiónico (28) y de intercambio aniónico (30) que comprende: hacer pasar el agua de alimentación que será desionizada a través de los compartimientos de dilución (32) ; hacer pasar el agua o una solución acuosa para la aceptación de iones del agua alimentada a través de compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) ; aplicar un voltaje eléctrico entre el ánodo (24) y el cátodo (26) , con lo que los iones del agua alimentada migran hacia el agua o la solución acuosa en los compartimientos de concentración (18) ; recolectar y descargar la solución acuosa de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) ; reciclar el agua o la solución acuosa de los compartimientos de concentración, como una corriente concentrada (12) , a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) ; e inyectar un anti-incrustante en la corriente concentrada (12) que se recicla a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) en una cantidad efectiva para inhibir la formación de incrustaciones en los compartimientos de concentración (18) y en el compartimiento catódico (22) .
2. 2. Un método según la reivindicación 1, en el que la cantidad efectiva de anti-incrustante en la corriente concentrada está en el intervalo de 1 a 400 ppm.
3. 3. Un método según la reivindicación 2, en el que el anti-incrustante se selecciona del grupo que consiste de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido poliacrílico, derivados de ácidos poliacrílicos copolimerizados con sulfonatos, anti-incrustantes de tipo fosfonato y hexametafosfato de sodio, agentes acomplej antes EDTA y CDTA, agente quelante de ácido amido succínico, agentes biocidas no oxidantes tipificados por bisulfito de sodio y combinaciones de los mismos.
4. 4. Un método para purificar y desionizar agua que inhibe la formación de incrustaciones en una unidad de osmosis inversa (62), que comprende una o más etapas y en una unidad de electrodesionización (10) en serie, en la que el agua que será purificada y desionizada pasa a través de la unidad de osmosis inversa (62) para producir una corriente permeada (66) y una corriente de descarga retenida (68) y en el que la unidad de electrodesionización (10) tiene un compartimiento anódico (20) provisto con un anódo (24) en un extremo de la unidad (10) , un compartimiento catódico (22) provisto con un cátodo (26) en el extremo opuesto de la unidad (10) y una multitud de compartimientos de dilución (32) provistos con cuentas de intercambio iónico (40) alternados con compartimientos de concentración (18) , colocados entre los compartimientos anódico (20) y catódico (22) , los compartimientos de dilución (32) y los compartimientos de concentrado (18) están definidos por arreglos alternados de membranas de intercambio catiónico (28) y de intercambio aniónico (30) que comprende : hacer pasar el agua de alimentación que será purificada y desionizada a través de la unidad de osmosis inversa (62) ; hacer pasar el permeado (66) de la unidad de osmosis inversa (62) a través de los compartimientos de dilución (32) de la unidad de electrodesionización (10) ; hacer pasar el agua o una solución acuosa para la aceptación de iones del agua alimentada a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22); aplicar un voltaje eléctrico entre el ánodo (24) y el cátodo (26) , con lo que los iones en el agua de alimentación migran hacia el agua o la solución acuosa en los compartimientos de concentración (18) ; recolectar y descargar la solución acuosa de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) ; reciclar el agua o la solución acuosa de los compartimientos de concentración (18) , como una corriente concentrada (12) , a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) ; inyectar un anti-incrustante en la corriente concentrada (12) que se recicla a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22), efectivo para inhibir la formación de incrustaciones en los compartimientos de concentración (18) y en el compartimiento catódico (22); sangrar una porción (65) de la corriente concentrada (12) que contiene anti-incrustante; combinar y hacer pasar la porción del concentrado de sangrado (65) que contiene una cantidad de anti-incrustante con el agua de alimentación a través de la unidad de osmosis inversa (62) , ajustando la cantidad de anti-incrustante en el agua a la unidad de osmosis inversa (62) para proporcionar una cantidad efectiva de anti-incrustante para inhibir la formación de incrustaciones en la unidad de osmosis inversa (62) y hacer pasar la corriente permeada (66) a través de los compartimientos de dilución (32) de la unidad de electrodesionización (10) .
5. 5. Un método según la reivindicación 4, que ajusta el anti-incrustante en el agua a la unidad de osmosis inversa (62) en una cantidad en el intervalo de 1 a 75 ppm, efectiva para inhibir la incrustación.
6. 6. Un método según la reivindicación 5, en el que por lo menos una porción de la corriente de permeado (66) de una o más etapas se añade a la corriente concentrada (12) que pasa a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) para añadir a la misma electrólito, aumentando de esta manera la conductividad eléctrica.
7. 7. Un método según la reivindicación 4, que somete el agua alimentada (92) a las unidades de osmosis inversa a una multitud de pasos, cada paso comprende una o más etapas, en donde el permeado (102) de por lo menos una de las etapas o uno de los pasos se combina con la corriente concentrada (12) para pasar a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) para añadir a la misma electrólito, aumentando de esta manera la conductividad eléctrica.
8. 8. Un método según la reivindicación 7, en el que el retenido (104) de por lo menos una de las etapas, con excepción del primer paso de osmosis inversa, se combina con la corriente concentrada (12) para pasar a través de los compartimientos de concentración (18) y a través de los compartimientos anódico (20) y catódico (22) para añadir a la misma electrólito, aumentando de esta manera la conductividad eléctrica.
9. 9. Un método según la reivindicación 5, en el que el anti-incrustante se selecciona del grupo que consiste de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido poliacrílico, derivados de ácidos poliacrílicos copolimerizados con sulfonatos, anti-incrustantes de tipo fosfonato, hexametafosfato de sodio, agentes acomplej antes EDTA y CDTA, agente quelante de ácido amido succínico, agentes biocidas no oxidantes tipificados por bisulfito de sodio y combinaciones de los mismos.
10. 10. Un método según la reivindicación 1, en el que el anti-incrustante es ácido sulfúrico en el intervalo de aproximadamente 500 a 0.5 ppm o ácido clorhídrico en el intervalo de aproximadamente 365 a aproximadamente 0.4 ppm.
11. 11. Un método según la reivindicación 1, en el que el anti-incrustante es hexametafosfato de sodio en una cantidad en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 200 ppm.
12. 12. Un método según la reivindicación 1, en el que el anti-incrustante es hexametafosfato de sodio en una cantidad en el intervalo de aproximadamente 25 a aproximadamente 100 ppm. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se presenta un método y un aparato para inhibir la incrustación en un sistema de electrodesionización (10) o en un sistema combinado de osmosis inversa/electrodesionización (62, 10) para el tratamiento de agua y, más particularmente, para aumentar la tolerancia a la dureza en el agua alimentada a una unidad de electrodesionización (10) para inhibir la precipitación de los cationes metálicos contenidos en el agua alimentada y para aumentar la eficiencia del sistema de electrodesionización. El agua que se va a purificar se hace pasar a través de una unidad de electrodesionización (10), en la que una corriente concentrada que recicla (12) a través de los compartimientos de concentración (18) y compartimientos anódico y catódico (20, 22), contiene cantidades efectivas de un anti-incrustante para inhibir la precipitación de incrustaciones. Una o más unidades de osmosis inversa preliminares (62, 72, 74, 90, 100, 110, 120, 130, 140) en serie con la unidad de electrodesionización (10) recibe preferentemente una porción de los anti-incrustantes en la corriente concentrada (12, 44) . El anti-incrustante en el agua alimentada a la unidad de osmosis inversa (62) puede suplementarse y ajustarse. El electrólito puede suministrarse a la corriente concentrada (44) de la unidad de electrodesionización a partir de los productos de la osmosis inversa.