SE530856C2 - Förfarande för att med låg energiförbrukning rena vatten medelst membrandestillering - Google Patents

Description

25 30 530! B55 MD kan användas inom många områden. Till exempel kan havsvat- ten làtas flöda längs med membranet och förångat vatten pas- sera genom membranet och tas om hand på andra sidan membranet för att användas som rent vatten. Därmed stannar alla ämnen, förutom rent vatten, kvar i det vatten som ska renas, här nedan kallat en vattenrest. Det finns flera användningsområ- den för membrandestillering. Det kan vara rening av avlopps- vatten, såväl som rening av vatten för användning inom indu- strier som kräver rent vatten, eller rening av vatten så att en väsentligen fast biprodukt blir kvar med oönskade ämnen.

Det finns dock ett problem med att rena vatten med MD följt av en avkokning, nämligen att energiförbrukningen är hög. Det åtgår mycket energi att avkoka vatten eftersom vattnets kok- punkt måste uppnås och kvarhàllas.

Föreliggande uppfinning löser detta problem.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfaran- de för rening av vatten innefattande membrandestillering, s.k. MD, vilken destille- i en membrandestillationsanordning, ring bringas att nyttja partialtryckdifferenser med hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vilket membran endast gasfor- migt rent vatten bringas att passera, varvid en vattenrest, med en förhöjd halt föroreningar, inte passerar membranet, och där vattenresten bringas att förflyttas till en avkok- ningsanordning, och utmärkes av, att ånga som bildas under avkokningen bringas att ledas till en första värmeväxlare, i vilken ångan värmeväxlas mot kallt vatten, som bringas att tillföras värmeväxlaren för kylning av ångan. så att ångan bringas att kondensera, ur vilken värmeväxlare uppvärmt vat- ten bringas att erhållas och av att kondenserad ånga bringas att tillföras vatten, som skall renas i membrandestillations- 10 15 20 25 30 53Û 356 anordningen, varvid det uppvärmda vattnet bringas att utgöra icke rent vatten, som bringas att tillföras membrandestilla- tionsanordningen.

Nedan beskrivs uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - fig. 1 visar schematiskt ett förfarande innefattande mem- brandestillering, avkokning och en värmeväxlare ur vilken uppvärmt vatten och kondenserad ånga bringas att tillföras vattnet som ska renas; - fig. 2 visar schematiskt ett förfarande innefattande två membrandestillationsanordningar, en avkokningsanordning och tre värmeväxlare ur vilka uppvärmt vatten bringas att tillfö- ras vattnet som ska renas; - fig. 3 visar schematiskt ett förfarande innefattande två membrandestillationsanordningar och två värmeväxlare ur vilka uppvärmt vatten bringas att tillföras vattnet som ska renas; - fig. 4 visar schematiskt ett förfarande innefattande mem- brandestillationsanordningar i ett system till vilket system ånga från en avkokningsanordning bringas att tillföras, där en värmeväxlare förefinns placerad till vilken rent vatten leds, ur vilken värmeväxlare värme från uppvärmt vatten bringas att tillföras icke rent vatten.

Föreliggande uppfinning avser således ett förfarande för rening av vatten innefattande membrandestillering l, s.k. MD, i en membrandestillationsanordning l. Destilleringen l bring- as att nyttja partialtryckdifferenser med hjälp av ett hydro- fobiskt membran genom vilket membran endast gasformigt rent vatten 2 bringas att passera. En vattenrest 4, med en förhöjd 10 15 20 25 30 530 855 halt föroreningar, passerar inte næmbranet. Vattenresten 4 bringas att förflyttas till en avkokningsanordning 3.

Figur 1 visar enligt uppfinningen att ånga 8 som bildas under avkokningen 3 bringas att ledas till en värmeväxlare 6 för att värma. upp icke rent vatten, 10. Värmeväxlaren 6 är av lämpligt kant slag. Ångan 8 bringas där att kondensera. Kon- denserad ånga 7 som frigörs vid kondensationen i värmeväxla- ren 6 bringas att tillföras vattnet som ska renas 10 i mem- brandestillationsanordningen 1.

Figur 2 visar enligt uppfinningen att flera membrandestilla- tionsanordningar la, lb är placerade i serie och där värme- växlare 61, 62 förefinns uppströms membrandestillationsanord- ningarna la, lb, genom vilka värmeväxlare 61, 62 kondenserad ånga 7a, 7b från värmeväxlaren 6 bringas att passera. Den kondenserade ångan 7a, 7b bringas att användas för uppvärm- ning av det vatten som bringas att tillföras membrandestilla- tionsanordningarna la, lb. Värmemediet är lämpligen vatten.

Efter det att den kondenserade ångan 7a, 7b har passerat värmeväxlarna 61, 62 bringas ett numera kallt rent vatten 100 att ledas och samlas som rent vatten utan föroreningar 2.

Dessutom kan kondenserad ånga 7c från värmeväxlaren 6 bringas att direkt ledas till rent vatten utan föroreningar 2.

Figur 3 visar enligt uppfinningen att icke rent kallt vatten ll bringas att tillföras värmeväxlaren 6 för kylning av ångan 8 ur vilken värmeväxlare 6 varmt vatten 12 bringas att erhål- las. Därmed bringas ångan 8 att kylas med det kalla vattnet ll varvid ett varmt vatten 12 erhålles. Det varma vattnet 12 bringas att utgöra icke rent vatten 10, som bringas att till- föras membrandestillationsanordningen la. 10 15 20 25 30 530 85.5 Inom ett flertal industrier värms vatten under industripro- cesser. Det kan vara inon1 pappersindustrin, stålindustrin, livsmedelsindustrin etc. Vatten från dessa industrier kan renas enligt föreliggande uppfinning. När det gäller till exempel ovan nämnda industriområden har vattnet redan en förhöjd temperatur innan reningen börjar.

Membrandestilleringen 1, avkokningen 3 och, värmeväxlaren 6 kan innefattas i ett Därmed kan icke rent slutet system. vatten 10 bringas att tillföras systemet och ut ur systemet kan dels rent vatten 2 och dels en Vattenrest 4 bringas att erhållas.

Enligt en utföringsform. kan avkokningsanordningen 3 värmas med hjälp av till exempel solstrålning. Till exempel riktar en reflektor 3. (ej visad) solljuset mot avkokningsanordningen Enligt ytterligare en utföringsform kan värmeväxlaren 6 pla- ceras innan membrandestillationsanordningen 1. Vattnet som ska renas 10 bringas således att värmas till en temperatur, 95°C. såsom 90 - Därmed bringas vattnet att passera membran- destillationsanordningen 1 eller flera membrandestillations- anordningar 1 i serie två eller flera gånger utan att vattnet som ska renas 10 behöver värmas däremellan. Antalet gånger som vattnet som ska renas 10 bringas att passera membrandes- tillationsanordningen 1 beror på mängden vatten som passerar genom membranet. När mängden vatten som passerar genom mem- branet per tidsenhet inte är tillräckligt effektiv erfordras att vattnet som ska renas 10 åter värms upp.

Enligt ytterligare en utföringsform bringas icke rent vatten 10 att tillföras ett förbehandlingssteg 5, se figur 1. Under 15 20 25 30 5310 B55 förbehandlingen 5 bringas det icke rena vattnet 10 att avga- sas eller behandlas på ett annat lämpligt sätt för att vatt- nets 10 egenskaper ska vara lämpliga inför membrandestille- ringen 1. Till exempel kan ytspänningshöjande medel tillsät- tas till avloppsvatten som ska renas. Avloppsvatten har van- ligtvis tvättmedelsrester kvar och därmed en för vatten sänkt ytspänningsnivå. Efter förbehandlingen 5 bringas vattnet 10 att tillföras membrandestilleringen 1. Vatten 10 bringas att passera næmbranet i ångfonn hos destilleringsanordningen 1 varvid rent vatten 2 i ångfas passerar næmbranet. Det rena vattnet 2 bringas att separeras från det slutna systemet.

Därefter bringas vattenresten 4 att föras till avkokningsan- ordningen 3 där vattenresten 4 bringas att kokas upp för att ytterligare ånga 8 ska bringas att avgå från vattenresten 4. Ånga 8 från avkokningsanordningen 3 bringas att föras till värmeväxlaren 6 hos vilken ångan 8 kondenserar och kondense- rad ånga 7 från kondensationen tas om hand och bringas att tillföras vattnet som ska renas 10 i membrandestillationsan- ordningen 1. Därmed erhålls ett förfarande som med låg ener- giförbrukning bringas att rena vatten.

Enligt ytterligare en annan utföringsform bringas vatten som har passerat membrandestilleringen 1 att passera membrandes- tilleringen 1 igen. Ett antal cykler innefattande denna des- tillering 1 bringas att pågå tills en önskad viskositet hos eller koncentrationsnivå av icke önskade ämnen hos vattnet 10, s.k. vattenrest 4, bringas att erhållas. Därefter bringas vattenresten 4 att föras vidare till avkokningsanordningen 3.

Enligt ytterligare en föredragen. utföringsform. bringas re- ningen att ske såsom beskrivits ovan. Figur 2 visar att där- utöver bringas ytterligare en membrandestillationsanordning lb att vara placerad i serie med den första membrandestilla- 10 15 20 25 30 ESÜ B55 tionsanordningen la. I detta fall bringas icke rent vatten 10 att tillföras membrandestillationsanordningen la. Vattenres- ten 4 från membrandestillationsanordningen la bringas att tillföras den i serie placerade membrandestillationsanord- ningen lb. Därmed bringas icke rent vatten lO att passera mer än en næmbrandestillationsanordning 1. innan vattenresten 4 bringas att föras till avkokningsanordningen 3.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsfornx bringas re- ningen att ske såsom beskrivits ovan, se vidare figur 2. När ånga 8 från avkokningsanordningen 3 bringas att föras till värmeväxlaren 6 kommer ångan 8 att kondensera och kondenserad ånga 7b bringas att föras till värmeväxlaren 62 för att värma vattenresten 4 som erhållits efter nænbrandestilleringen l.

Den kondenserade vid kondensationen ångan 7a som bildats bringas att tillföras en vårmeväxlare 61 genom vilken värme- växlare 6l icke rent vatten 10 bringas att passera före mem- brandestillationsanordningen la. Icke rent vatten 10 bringas att värmas i värmeväxlaren 6l. Vattenresten 4 som bringats att passera värmeväxlaren 62 bringas att tillföras membran- destillationsanordningen lb. I det här exemplet förefinns två stycken membrandestillationsanordningar la, lb vilka båda bringas att föregås av en värmeväxlare 61, 62.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforn1 bringas re- ningen att ske såsom beskrivits ovan, se figur 3. Därutöver bringas ånga 8 från avkokningsanordningen 3 att föras till värmeväxlaren 6. Kallt vatten ll bringas att tillföras värme- växlaren 6 för att bringa ångan 8 att kondensera. I och med att ångan 8 bringas att kondensera så höjs temperaturen hos det kalla vattnet ll till varmt vatten l2. Det varma vattnet l2 utgör det icke rena vattnet l0 som därefter direkt bringas att tillföras membrandestillationsanordningen la. Den konden- 10 20 25 30 EBÜ E56 serade ångan från ångan 8 som kondenserats hos värmeväxlaren 6 bringas att ledas till det rena vattnet utan föroreningar 2. Dessutom kan kondenserad ånga 7b bringas att ledas genom värmeväxlaren 62 för att värma upp vattenresten 4 ytterligare inför membrandestillationen lb. Därefter bringas det numera kalla rena vattnet 100 att ledas till rent vatten utan för- oreningar 2. Därutöver bringas rent vatten att avges till rent vatten utan föroreningar 2 efter membrandestillationerna la, lb.

Figur 4 visar, 8a-8d, enligt ytterligare en utföringsform, hur ånga som bildas vid avkokningsanordningen 3, kan tillföras vattnet i systemet. I det här fallet har en blandning av ånga 8a-8d och vatten i flytande form erhållit en täthet som är lägre än den för endast vatten i flytande form. Dessutom är åtminstone en del av systemet utsträckt i vertikal led. ”Ver- tikal” innebär även att en vinkel mot lodlinjen kan finnas.

Syftet med nämnda blandning är att åstadkomma cirkulation genonm att blandningen Ined lägre täthet stiger i. en första vertikal del i systemet. Ångan 8a-8d kondenseras allteftersom och omvandlas till vatten i flytande form igen. Tätheten sjunker allteftersonx ångan 8a-8d. kondenseras. Cirkulations- vattnet följer längs med systemet och sjunker i en andra vertikal del i systemet. Därmed erhålls en cirkulation i ett system som således inte behöver en pump för att pumpa runt vattnet i systemet. Ångan 8a-8d kan tillföras var som helst längs systemet, till exempel före värmning av vattnet som ska renas lO, före mem- brandestilleringen la, eller efter membrandestilleringen la men före den nästkommande membrandestilleringen lb. Därmed erhålls cirkulationen av vattnet i systemet vilken cirkula- tion beskrivits i stycket närmast ovan. 10 15 20 25 30 530 E55 Enligt en föredragen utföringsform tillförs ånga 8d till det renade vattnet 2 eftersom ångan 8 är ren från föroreningar.

Om ångan 8a-8c tillförs systemet innan reningen av vattnet är slutfört kommer den rena ångan 8 att framkalla cirkulationen av vattnet i systemet.

I det fallet ångan 8 tillförs systemet kan det rena vattnet 2 90°C, med om ångan inte skulle tillföras systemet över huvud taget. exempelvis hålla en högre temperatur, ca 50 - jämfört Då skulle temperaturen istället ligga omkring ca 40°C. Efter- som det rena vattnet utan föroreningar erhåller en högre temperatur än vad det icke rena vattnet 10 har bringas det rena vattnet 2 därefter att passera värmeväxlaren 61 varige- nom det icke renade vattnet 10 uppvärms.

Enligt en föredragen utföringsform bringas det rena vattnet utan föroreningar 2 som håller en högre temperatur än vatten- resten 4 att passera värmeväxlaren 62 för att värma vatten- resten 4 inför membrandestillationen lb.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är membrändes- tilleringen av typen membrandestillering med luftspalt, s.k. air gap membrane distillation (AGMD).

Ovan har ett antal utföringsförfaranden och användningar beskrivits. Emellertid kan membrandestilleringen la, lb, avkokningsanordningen 3 och värmeväxlarna 6, 61, 62 vara utformade på annat lämpligt sätt utan att uppfinningens grundtanke fràngás. ÉSQÛ 355 lO Föreliggande uppfinning är således inte begränsad till ovan- angivna utföringsförfaranden utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (4)

10 15 20 25 30 5313 355 ll Patentkrav

1. Förfarande för rening av vatten innefattande membrandes- (l), (1), vilken destillering (l) tillering s.k. MD, i_ en. membrandestillationsanordning bringas att nyttja partialtryck- differenser med hjälp av ett hydrofobiskt membran genom vil- ket membran endast gasformigt rent vatten (2) (4), inte passerar membranet, bringas att passera, varvid en vattenrest med en förhöjd halt för- oreningar, och där vattenresten (4) (3), under bringas att förflyttas till en avkokningsanordning k ä n n e t e c k n a t som bildas av att ånga (8) avkokningen (3) (6), som bringas att tillföras värmeväxlaren (6) bringas att ledas till en första värmeväxlare (ll), för kylning av i vilken ångan (8) värmeväxlas mot kallt vatten ångan (8) så att ångan (8) bringas att kondensera, ur vilken (10) och av att kondenserad ånga bringas att tillföras vatten, (10) (l), vid det uppvärmda vattnet bringas att utgöra icke rent (10), värmeväxlare (6) uppvärmt vatten bringas att erhållas SOm skall renas i membrandestillationsanordningen (10) som bringas att tillföras membrandestillations~ Vâlf* vatten anordningen (1).

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att avkokningsanordningen (3) bringas att värmas med hjälp av solstrålning.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att en reflektor bringas att rikta solljuset mot avkokningsanord- ningen (3).

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att membrandestilleringen är av typen mem- brandestillering med luftspalt, s.k. air gap membrane distil- lation.