WO2020169858A1 - Sistema y método para la concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua - Google Patents

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WO2020169858A1
WO2020169858A1 PCT/ES2020/070087 ES2020070087W WO2020169858A1 WO 2020169858 A1 WO2020169858 A1 WO 2020169858A1 ES 2020070087 W ES2020070087 W ES 2020070087W WO 2020169858 A1 WO2020169858 A1 WO 2020169858A1
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Luis Francisco Vilches Arenas
Fátima ARROYO TORRALVO
Constantino FERNÁNDEZ PEREIRA
Mónica RODRÍGUEZ GALAN
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Universidad de Sevilla
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention is included in the field of chemical and environmental technologies, and refers to a system and a method of high energy efficiency for the concentration of saline solutions (which can be generically referred to as brines) and / or recovery of the water contained therein.
  • brines can be generated in numerous industrial sectors, such as: deaeration plants, plants associated with drilling for the extraction of gas and oil, power generation plants, leather tanning plants, food canning and dressing plants. olives, salted, oil mills, curing hams and sausages, as well as all those that treat high volumes of water (decalcification, demineralization, reverse osmosis, etc.).
  • Freshwater scarcity is one of the most important current global challenges and represents a threat to the growth, security and balance of nations and ecosystems.
  • the supply of drinking water in many territories is becoming even more complicated with climate change.
  • One type of aqueous stream that is produced in a wide variety of processes are streams with high salinity (generically referred to as brines), which, in most cases, cannot be directly discharged into the receiving environment.
  • brines streams with high salinity
  • RO reverse osmosis
  • ED electrodialysis
  • FO direct osmosis
  • MD membrane distillation
  • OIAO osmotically assisted reverse osmosis
  • Electrodialysis applies an electric potential as a driving force to remove dissolved ions through ion exchange membranes. In contrast to RO membranes that reject all ions, ion exchange membranes selectively reject cations or anions.
  • ion exchange membranes selectively reject cations or anions.
  • EDR reversible electrodialysis
  • the polarity of the electrodes is frequently reversed to minimize fouling, so fewer pretreatments are required than with RO.
  • the problems of ED / EDR processes in brine treatment systems are due to high energy consumption. In addition, it is necessary to use a multi-stage configuration, which increases the cost of capital.
  • the feed water is heated and the difference in temperature between the hot feed water (typically 6 ° -9 ° C) and the cooler permeate side water creates a difference in fugacities of the driving steam. the flow of water vapor.
  • MD can be of interest due to its ability to treat high salinity feed waters that cannot be treated by RO. Additionally, MD can harness low-exergy thermal energy. When this low-exergy energy is available, MD techniques can reduce the carbon footprint relative to electricity-powered technologies.
  • the MD is modular, operates at low pressure and low temperature, and has a low propensity for fouling. However, when volatile contaminants are present in feed water, MD membranes do not retain volatile compounds, with the consequent deterioration of the quality of the product water and reduction of the efficiency of the process.
  • Direct Osmosis uses a difference in chemical potentials (osmotic pressures) as the driving force to pierce water through a semi-permeable membrane.
  • osmotic pressures water flows from the feed solution into a concentrated extraction solution (entrainment solution) of higher osmotic pressure.
  • thermolytic solutions such as ammonium-carbon dioxide (NH 3 / CQ2) solutions has allowed the incorporation of FO into ZLD systems. Because the NH 3 / GO2 extraction solution decomposes at a moderate temperature (approximately 60 ° C and atmospheric pressure), its regeneration can be done with low exergy energies, residual energies from processes and geothermal energy. .
  • FO fluorescence-on-dielectric
  • Another advantage of FO is that it operates at low pressure, resulting in layers of fouling on the membranes that are less compact and easier to clean than fouling on RO membranes. Consequently, fouling of FO membranes is more reversible than those of the RO process. This fact reduces the operating cost for fouling control, and extends the applicability of FO in ZLD systems to streams with high fouling potential.
  • Osmotically assisted reverse osmosis is a variant of traditional RO that allows water to be recovered from high salinity solutions at room temperature.
  • the feed is introduced into the high pressure chamber (of the order of 60 bar) of an RO module (generally of the spiral or flat type).
  • a current flows countercurrent with a salinity lower than the feed, but not negligible, as occurs with the permeate current in conventional RO.
  • This current can be called in Spanish a solution of swept.
  • a hydraulic pressure difference is established between the feed and sweep solutions which, when it is greater than the osmotic pressure difference between the two faces of the active membrane layer, causes a flow of water from the feed to the swept. Loss of water from the feed stream causes dilution of the sweep stream.
  • it can be established that:
  • the entire process consists of a series of successive stages of osmotically assisted RO with a last stage of conventional RO.
  • the number of pumping equipment (plus energy recovery units) and membrane units depends, among others, on the degree of concentration to be achieved and the pressures applied.
  • the osmotically assisted osmosis process allows the membrane units to operate with hydraulic pressures of the same order as those used in conventional desalination processes (50-70 bar), which means high energy efficiency.
  • the disadvantage of this technology is the investment cost of the N pump units, energy / pressure exchangers and membrane modules.
  • the critical variables of the OIAO process are the area of the membranes and the number of O ⁇ AO modules required for each type of brine.
  • the OIAO process involves high capital investment costs due to the use of various membrane modules, high pressure pumps and energy / pressure exchangers, so an optimized OIAO process should be aimed at achieving a small number of stages (eg: between 2 and 3 modules).
  • membrane and module cleanings and replacements contribute to operating costs, the dominant factor in operating costs is linked to energy consumption.
  • pretreatments are essential to reduce membrane fouling, especially in the case of high-salinity brines.
  • a first object of the present invention refers to a system for the concentration of aqueous solutions with water recovery that allows water to be recovered from said saline solutions, using at least one reverse osmosis module (OIM), by means of which it is concentrated and the water is recovered, through filtering and transfer sequence! of a certain amount of water between a series of reservoirs containing osmotic solutions of suitable concentrations.
  • OIM reverse osmosis module
  • the proposed invention makes it possible to overcome the maximum salt concentration limit imposed on the feed of a conventional reverse osmosis (RG) system for concentration of brines, using an economical and energy efficient system.
  • the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery comprises:
  • At least one reverse osmosis module comprising a concentrate side, a permeate side and a plurality of membranes
  • At least one first tank I containing a first osmotic solution where the first tank I is configured to concentrate the first osmotic solution from an initial concentration C'i to a final concentration C'f, greater than the initial concentration C 'i, due to the passage of said first osmotic solution through the concentrate side of! at least one reverse osmosis module;
  • At least one second tank 1-1 containing a second osmotic solution where the second tank 1-1 is configured to dilute the second osmotic solution from an initial concentration C ia to a first final concentration C f, less than the initial concentration G, due to the passage of said second osmotic solution through the permeate side of the ai minus one module of reverse osmosis; where the at least one reverse osmosis module is configured to carry out the permeation of a difference in mass of water Me-Ms corresponding to the difference between an initial mass of water Me in the first tank I and a final mass of water More of the first deposit I due to the concentration of the first osmotic solution from the initial concentration C'i enough the first final concentration C'f; where the at least second tank 1-1 is also configured to concentrate the second osmotic solution from the first final concentration C f to a second final concentration C ' 1 f, greater than the first final concentration G' 1 f, due to the step of said second o
  • system also includes:
  • the third reservoir I-2 containing a third osmotic solution, where the third reservoir I-2 is configured to dilute the third osmotic solution from an initial concentration C ' 2 i to a first final concentration C' ⁇ 2 f, less than the initial concentration C i_2 i, due to the passage of said third osmotic solution through the permeate side of the at least one reverse osmosis module, and
  • the at least one reverse osmosis module is also configured to carry out the permeation of a difference in mass of water Me'-Ms 'corresponding to the difference between an initial mass of water Me' in the second tank 1-1 and a final mass of water Ms' from the second reservoir 1-1 due to the concentration of the second osmotic solution from the first final concentration C f to a second final concentration C f.
  • the system comprises a control device configured to adjust to desired values the mass differences corresponding to the difference Me-Ms between the initial mass of water Me in the first tank l and the final mass of water Ms in the first tank I and to the difference Me'-Ms' between the dough starts! of water Me 'in the second tank 1-1 and the final mass of water Ms' from the second tank 1-1.
  • the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery further comprises:
  • the initial reservoir M is configured to concentrate the saline solution from an initial concentration C M i to a final concentration C M f, greater than the concentration starts! C M i, due to! passage of said saline solution through the concentrate side of the at least one reverse osmosis module, and to transfer to! first deposit I the difference (Meiw-Ms ⁇ ) between an initial mass Me 3 ⁇ 4 from a! minus an initial deposit and a final mass Ms, v, of the at least one initial deposit M; where the first tank I is also configured to dilute the first osmotic solution from the initial concentration C'i to the first final concentration C'f, less than the initial concentration!
  • the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery also comprises a pump B configured to pressurize the first osmotic solution contained in the first tank I or the second tank i-1 in the context of the sequential transfer! of water, or of the saline solution contained in the initial tank M up to a first hydraulic pressure (Pf) prior to its passage through the concentrate side of the at least one reverse osmosis module.
  • a pump B configured to pressurize the first osmotic solution contained in the first tank I or the second tank i-1 in the context of the sequential transfer! of water, or of the saline solution contained in the initial tank M up to a first hydraulic pressure (Pf) prior to its passage through the concentrate side of the at least one reverse osmosis module.
  • the at least one reverse osmosis module is also configured to send to the second tank, the difference in water mass Me-Ms corresponding to the difference between an initial mass! of water Me in the first tank I and a final mass of water Ms from the first tank i.
  • the at least one reverse osmosis module is also configured to send to the third tank the difference in mass of water Me'-Ms 'corresponding to the difference between an Initial mass of water Me' in the second tank 1-1 and a final mass of water Ms' of the second tank 1-1.
  • the control device is also configured to adjust to desired values the difference in mass MQ M -MS M , between the Initial mass Me, yi of the at least one initial deposit M and the final mass MS M of the at least one initial deposit M .
  • the permeate side of the air minus one reverse osmosis module is arranged in countercurrent or downstream with the concentrate side of the air minus one reverse osmosis module.
  • the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery further comprises a membrane refining unit AM configured to filter the contents of the third tank.
  • the system comprises at least a fourth tank, so that the second tank becomes the third tank and the third tank becomes the fourth tank, and thus the number of tanks necessary depending on the brine concentration is sufficient. from which you want to recover the water and the desired water concentration.
  • the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery optionally further comprises:
  • a set of separating elements configured to compartmentalize and separate the inlet and outlet streams of the tanks, thereby improving the effectiveness and efficiency of the process
  • control device controls a flow rate and a pressure of the pumps and the set of valves and the set of instruments to operate the plurality of membranes and the at least one reverse osmosis module.
  • a second object of the invention is a process for the concentration of aqueous saline solutions with water recovery carried out in the previous system, where the process comprises the following stages:
  • ai minus a third stage where the permeation of a difference in mass of water Me-Ms is carried out in the ai minus a module of reverse osmosis, difference in mass of water Me-Ms corresponding to the difference between an initial mass of water Me in the first tank I and a final mass of water Ms from the first tank I as a consequence of the at least one first stage;
  • the process for the concentration of aqueous solutions with recovery of water further comprises:
  • the method comprises at least a tenth stage where the pumping and pressurization in the pump of the first osmotic solution contained in the first tank I or the saline solution contained in the initial tank is carried out! M to a first hydraulic pressure (Pf) prior to its passage through the concentrate side of the at least one reverse osmosis module.
  • the method comprises! minus an eleventh stage where the a! minus one reverse osmosis module sends to the second tank, the difference in water mass Me-Ms corresponding to the difference between the initial mass of water Me in the first tank I and the final mass of water Ms in the first tank i.
  • the procedure comprises at least one twelfth stage where the at least one reverse osmosis module sends to the third tank, as opposed to the mass of water Me'-Ms 'corresponding to the difference between the initial mass of water Me' in the second tank 1-1 and the final mass of water Ms' from the second tank 1-1.
  • steps from the first to the sixth can be repeated as many times as necessary, depending on the concentration of brine to be treated.
  • the process for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention allows the plurality of membranes of the at least one reverse osmosis module to be subjected to increasingly dilute osmotic solutions, which causes a certain washing effect on them, improving the performance of the membranes.
  • the process also comprises a final filtering stage to refine the content of the third tank or last tank, depending on those necessary for the concentration or recovery of water objectives.
  • Figure 1 - Shows a scheme of the system for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention.
  • Figure 2. Shows a scheme of the system and method for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention where the first four stages of! method to subsequently carry out the fifth and sixth stages.
  • Figure 3 Shows a scheme of the system and method for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention where the seventh and eighth stages of the method are carried out.
  • Figure 4.- Shows a scheme of the system and method for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention where the final stage of the method is carried out.
  • Figure 5. Shows a method scheme for the concentration of aqueous solutions with water recovery of the present invention applied to an example to concentrate brines and recover water from them, applied to a ZLD system of wastewater by means of hybrid membrane systems .
  • FIG. 5 shows a scheme of the method for concentrating brines with water recovery, applicable to the recovery of water from the entrainment solution used in an osmosis process direct (FO).
  • the example contemplates a hybrid membrane process, which has been called FO + OISO, applied to a zero discharge system for industrial wastewater (ZLD) based on reverse osmosis technologies.
  • ZLD industrial wastewater
  • RO reverse osmosis
  • the application of reverse osmosis (RO) in ZLD systems is conditioned by two inherent limitations: fouling and fouling of the membranes and the higher level of salinity that can be treated.
  • the fouling of the membranes reduces the water permeability and the life of the RO membranes. This problem is particularly significant in ZLD systems.
  • the first stage of the FO + G1SG process consists of the concentration of the rejection of the RO operation (whose typical composition of major ions is presented in Table 1), from a concentration S1 (for example, 32 g / i of Total Dissolved Solids, STD) to S2 (for example, 175 g / i of STD) in an FO module, using as a stripping solution a NaCi solution that is diluted from a concentration Ce (for example 200 g / l ) down to a lower Cs concentration (e.g.
  • the diluted carryover solution is stored in a (transit) tank. Once a mass of Me kilograms of the diluted entrainment solution has been generated, it is unloaded and treated in batches in the OISO system.
  • this dilute entrainment solution (of concentration Cs) constitutes the saline solution described in the detailed description section of the invention (Me), which returns concentrated to a lung tank (returns a mass Ms, less than Me) with concentration Ce (greater than Cs, after Ms-Me kilograms of water have been transferred in the OISO unit).
  • the first phase of the OISO process consists of the regeneration of said solution from Cs to Ce.
  • the buffer tank allows the FO operation to be carried out continuously while the OISO operation is carried out in batches.
  • the recovery time of the 1.4 kg (“Me-Ms”) in the OISO unit depends on the water flow in the OISO unit (J ° iSO w, of the order of 1 -10 kg / m 2 -h, and its membrane area, Aoiso in m 2 ).
  • stages M-1 is equal to 5 (as shown in Table 2); but this number can be increased or decreased by varying the hydraulic pressures and the difference in osmotic pressures that are controlled by the concentration of osmotic solute and the flow rates at each stage.
  • the rejection of salts from this last phase is recycled to one or more of the osmotic solute deposits, depending on their solids balance.

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Abstract

La presente invención se engloba en el campo de las tecnologías química y medioambiental, y se refiere a un sistema y a un método de alta eficiencia energética para la concentración de soluciones salinas (que pueden ser denominadas de forma genérica como salmueras) y/o la recuperación del agua contenida en las mismas. Estas salmueras pueden generarse en numerosos sectores industriales, tales como: plantas desaladoras, plantas asociadas a las perforaciones para la extracción de gas y petróleo, plantas de generación de energía, plantas de curtidos de pieles, plantas de elaboración de conservas de alimentos, de aderezos de aceitunas, de salazones, almazaras, de curado de jamones y embutidos, así como todas aquellas que tratan elevados volúmenes de agua (descalcificación, desmineralización, osmosis inversa, etc.).

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES SALINAS ACUOSAS CON RECUPERACIÓN DE AGUA
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de las tecnologías química y medioambiental, y se refiere a un sistema y a un método de alta eficiencia energética para la concentración de soluciones salinas (que pueden ser denominadas de forma genérica como salmueras) y/o la recuperación del agua contenida en las mismas. Estas salmueras pueden generarse en numerosos sectores industriales, tales como: plantas desaiadoras, plantas asociadas a las perforaciones para la extracción de gas y petróleo, plantas de generación de energía, plantas de curtidos de pieles, plantas de elaboración de conservas de alimentos, de aderezos de aceitunas , de salazones, almazaras , de curado de jamones y embutidos, así como todas aquellas que tratan elevados volúmenes de agua (descalcificación, desmineralización, osmosis inversa, etc.).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La escasez de agua dulce es uno de ios desafíos mundiales actuales más importantes y representa una amenaza para el crecimiento, la seguridad y el equilibrio de las naciones y los ecosistemas. El suministro de agua potable en muchos territorios se está complicando aún más con el cambio climático. Un tipo de corriente acuosa que se produce en una amplia variedad de procesos, son las corrientes con una elevada salinidad (genéricamente denominadas como salmueras), que, en la mayoría de los casos, no puede ser vertida directamente al medio receptor. Para la gestión de estas corrientes no es siempre fácil encontrar una vía de gestión competitiva, existiendo diferentes alternativas, tales como la inyección profunda, las lagunas de evaporación, la obtención de productos valorizabies y el tratamiento de la salmuera mediante un sistema de vertido cero (ZLD, términos en inglés de“Zero Liquid Discharge”). De entre todas las opciones anteriores, destaca esta última, por su versatilidad, y por ser la más respetuosa con el medio ambiente, ya que prácticamente no produce vertido alguno. Esta tecnología genera por un lado un efluente de agua de elevada calidad que puede ser reutilizada en e! proceso productivo, y por otro se obtiene un producto salino cristalizado que puede ser valorizado.
En los últimos años, se ha producido una evolución en los sistemas de ZLD, de aquellos basados en procesos térmicos a procesos basados en membranas, siendo la osmosis inversa (RO), una de las tecnologías que se ba incorporado a los sistemas de ZLD para mejorar la eficiencia energética y reducir costes. Sin embargo, aunque la RO es más eficiente que la evaporación térmica, sólo puede aplicarse a unas aguas de alimentación con un rango de salinidad limitado. Por consiguiente, otras tecnologías emergentes de concentración de salmueras para tratar corrientes de mayor salinidad, tales como la electrodiálisis (ED), la osmosis directa (FO), la destilación con membranas (MD) y la osmosis inversa asistida osmóticamente (OIAO) se están incorporando como tecnologías alternativas en los sistemas de ZLD para concentrar las salmueras.
La electrodiálisis aplica un potencial eléctrico como fuerza motriz para eliminar ios iones disueltos a través de membranas de intercambio iónico. En contraste con las membranas de RO que rechazan todos ios iones, las membranas de intercambio iónico rechazan selectivamente cationes o aniones. En una variante de la ED, la electrodiálisis reversible (EDR), la polaridad de ios electrodos se invierte con frecuencia para minimizar el ensuciamiento, por lo que se requieren menos pretratamientos que con la RO. Los problemas de los procesos ED/EDR en los sistemas de tratamiento de salmueras, son debidos al elevado consumo de energía. Además, se hace necesario emplear una configuración multietapa, io que aumenta ei coste de capital·
En la destilación con membranas, el agua de alimentación se calienta y la diferencia de temperaturas entre el agua de alimentación caliente (típicamente 6Q-9Q°C) y el agua del lado de permeado más fría, crea una diferencia de fugacidades del vapor que impulsa el flujo de vapor de agua. En el tratamiento de las salmueras, la MD puede ser interesante debido a su capacidad para tratar aguas de alimentación de alta salinidad que no pueden ser tratadas por RO. Además, la MD puede aprovechar energía térmica de baja exergía. Cuando esta energía de baja exergía está disponible, las técnicas de MD pueden reducir la huella de carbono en relación con las tecnologías impulsadas con la electricidad. Además, la MD es modular y opera a baja presión y baja temperatura, y tiene una reducida propensión al ensuciamiento. Sin embargo, cuando hay contaminantes volátiles en el agua de alimentación, las membranas de MD no retienen los compuestos voiátiies, con el consiguiente deterioro de la calidad del agua producto y reducción de la eficacia del proceso.
La Osmosis Directa utiliza una diferencia de potenciales químicos (presiones osmóticas) como fuerza impulsora para per ear el agua a través de una membrana semipermeable. En osmosis directa, el agua fluye desde la solución de alimentación a una solución de extracción concentrada (solución de arrastre) de mayor presión osmótica. El desarrollo de soluciones termolíticas como las soluciones de amonio-dióxido de carbono (NH3/CQ2), ba permitido la incorporación de la FO a los sistemas de ZLD. Debido a que la solución de extracción de NH3/GO2 se descompone a una temperatura moderada (aproximadamente a una temperatura de 60 °C y presión atmosférica), su regeneración puede hacerse con energías de baja exergía, energías residuales de los procesos y energía geotérmica. Otra ventaja de la FO es que opera a baja presión, dando lugar a capas de ensuciamiento en las membranas que son menos compactas y más fáciles de limpiar que los ensuciamientos de las membranas de RO. En consecuencia, las incrustaciones de las membranas de FO son más reversibles que las del proceso de RO. Este hecho reduce el coste de operación para el control de incrustaciones, y extiende la aplicabilidad de la FO en los sistemas de ZLD a corrientes con alto potencial de incrustación.
La osmosis inversa asistida osmóticamente es una variante de la RO tradicional que permite recuperar agua a partir de soluciones de alta salinidad a temperatura ambiente. La alimentación se introduce en la cámara de alta presión (del orden de 60 bar) de un módulo de RO (en general de tipo espiral o piano). En el lado contrario (cámara de baja presión), fluye a contracorriente una corriente con una salinidad menor que la alimentación, pero no despreciable, como ocurre a la corriente de permeado en la RO convencional A esta corriente se le puede llamar en castellano solución de barrido. Entre las soluciones de alimentación y de barrido se establece una diferencia de presión hidráulica que, cuando es mayor que la diferencia de presión osmótica que hay entre las dos caras de la capa activa de la membrana, provoca un flujo de agua desde la alimentación hacia el barrido. La pérdida de agua de la corriente de alimentación provoca una dilución de la corriente de barrido. En función de la concentración de soluto con la que sale la solución de barrido diluida, puede establecerse que:
- si es menor de un cierto valor (p.e.: < 10 g/L de NaCI) puede enviarse directamente a una unidad de RO convencional que opere a presión moderada, o, - si es mayor, se trata como ¡a nueva alimentación de una segunda unidad para ¡o cual se hace necesaria otra presurización en una segunda unidad de bombeo.
Por tanto, el proceso completo consiste en una serie de etapas sucesivas de RO asistida osmóticamente con una última etapa de RO convencional. El número de equipos de bombeo (más recuperadores de energía) y de unidades de membrana depende, entre otros, del grado de concentración a alcanzar y de las presiones aplicadas. El proceso de osmosis asistida osmóticamente permite operar las unidades de membrana con presiones hidráulicas del mismo orden que las empleadas en procesos de desalación convencionales (50-70 bar), lo que supone una elevada eficiencia energética. La desventaja de esta tecnología es el coste de inversión de las N unidades de bombeo, intercambiadores de energía/presión y módulos de membrana.
Desde el punto de vista de la viabilidad técnico-económica del proceso, las variables críticas del proceso OIAO son el área de las membranas y el número de módulos de OíAO necesarios para cada tipo de salmuera. En general, el proceso de OIAO implica elevados costes de inversión en capital debido al uso de varios módulos de membranas, bombas de alta presión e intercambiadores de energía/presión, por lo que un proceso optimizado de OIAO debería Ir encaminado a conseguir un pequeño número de etapas (p.e.: entre 2 y 3 módulos). Además, si bien las limpiezas y las reposiciones de las membranas y de los módulos contribuyen a los costes de operación, el factor dominante de los costes de explotación va ligado al consumo de energía. En este proceso, los pretratamientos son esenciales para reducir el ensuciamiento de las membranas, en especial en el caso de salmueras de alta salinidad.
En la línea de los procesos de OIAO, en la bibliografía se encuentran patentes (US 9208061 B1 ; WO 2016/189438A1 ; US 2016/O339390A1 ; WO 2017/078844A2); y artículos técnicos (Desalination 421 , 2017, 3-11.) en los que se describe el tratamiento de corrientes acuosas salinas, usando múltiples unidades de osmosis inversa (RO) dispuestas en serie con concentraciones salinas decrecientes y al menos una unidad de osmosis inversa en una etapa final, en la que una parte del concentrado se recicla de nuevo ai lado del permeado o de salida de esa misma unidad para proporcionar un permeado mixto. El permeado mixto se pasa posteriormente al lado del permeado de la unidad de osmosis inversa previa. Este proceso se repite en cada una de ¡as etapas anteriores. Esto aumenta e! contenido de sal del líquido en el lado del permeado de cada etapa, reduciendo así ia concentración diferencial de ¡as membranas de osmosis inversa.
El sistema y el método para la concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua de ¡a presente invención, solventa todos ios inconvenientes anteriores
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un primer objeto de ia presente invención se refiere a un sistema para ¡a concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua que permite recuperar agua de dichas soluciones salinas, usando ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM), mediante el que se concentra y se recupera el agua, por medio del filtrado y traspaso secuencia! de cierta cantidad de agua entre una serie de depósitos que contienen soluciones osmóticas de concentraciones adecuadas. La invención propuesta permite superar el ¡imite de concentración salina máxima impuesta a ¡a alimentación de un sistema de osmosis inversa (RG) convencional de concentración de salmueras, empleando un sistema económico y eficiente energéticamente.
El sistema para ¡a concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende:
• al menos un módulo de osmosis inversa que comprende una lado de concentrado, un lado de permeado y una pluralidad de membranas;
• al menos un primer depósito I que contiene una primera solución osmótica, donde el primer depósito I está configurado para concentrar ¡a primera solución osmótica desde una concentración inicial C'i hasta una concentración final C'f, mayor que ¡a concentración inicial C'i, debido al paso de dicha primera solución osmótica por el lado de concentrado de! ai menos un módulo de osmosis inversa;
• al menos un segundo depósito 1-1 que contiene una segunda solución osmótica, donde el segundo depósito 1-1 está configurado para diluir la segunda solución osmótica desde una concentración inicial C i a una primera concentración final C f, menor que ¡a concentración inicial G ¡, debido al paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa; donde el al menos un módulo de osmosis inversa está configurado para llevar a cabo ¡a permeación de una diferencia de masa de agua Me-Ms correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua Me en el primer depósito I y una masa final de agua Ms del primer depósito I debido a la concentración de la primera solución osmótica desde la concentración inicial C'i basta la primera concentración final C'f; donde el al menos segundo depósito 1-1 está también configurado para concentrar la segunda solución osmótica desde la primera concentración final C f hasta una segunda concentración final C' 1f, mayor que la primera concentración final G' 1f, debido al paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa, y
donde el sistema comprende además:
al menos un tercer depósito I-2 que contiene una tercera solución osmótica, donde el tercer depósito I-2 está configurado para diluir la tercera solución osmótica desde una concentración inicial C' 2i a una primera concentración final C'~2f, menor que la concentración inicial Ci_2i, debido ai paso de dicha tercera solución osmótica por el lado de permeado del al menos un módulo de osmosis inversa, y
donde el al menos un módulo de osmosis inversa está también configurado para llevar a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua Me’-Ms’ correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua Me’ en el segundo depósito 1-1 y una masa final de agua Ms’ del segundo depósito 1-1 debido a la concentración de la segunda solución osmótica desde la primera concentración final C f hasta una segunda concentración final C f .
El sistema comprende un dispositivo de control configurado para ajustar a unos valores deseados las diferencias de masa correspondiente a la diferencia Me-Ms entre la masa inicial de agua Me en el primer depósito l y la masa final de agua Ms del primer depósito I y a la diferencia Me’-Ms’ entre la masa inicia! de agua Me’ en el segundo depósito 1-1 y la masa final de agua Ms’ del segundo depósito 1-1.
Opcionalmente, el sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende además:
• ai menos un depósito inicial M que contiene una solución salina, donde el depósito inicial M está configurado para concentrar la solución salina desde una concentración inicial CMi hasta una concentración final CMf, mayor que la concentración inicia! CMi, debido a! paso de dicha solución salina por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa, y para traspasar a! primer depósito I la diferencia (Meiw-Ms^) entre una masa inicial Me¾ del a! menos un depósito inicial y una masa final Ms¡v¡ del al menos un depósito inicial M; donde el primer depósito I está también configurado para diluir la primera solución osmótica desde ia concentración inicial C'i a la primera concentración final C'f, menor que ia concentración inicia! C'i, debido ai paso de dicha primera solución osmótica por el lado de permeado del al menos un módulo de osmosis inversa. Preferentemente, el sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende además una bomba B configurada para presurizar ia primera solución osmótica contenida en el primer depósito I o el segundo depósito i-1 en fundón del traspaso secuencia! de agua, o de ia solución salina contenida en el depósito inicial M hasta una primera presión hidráulica (Pf) previamente a su paso por ei lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa.
Opcionalmente, el al menos un módulo de osmosis inversa está también configurado para enviar al segundo depósito, la diferencia de masa de agua Me-Ms correspondiente a la diferencia entre una masa inicia! de agua Me en ei primer depósito I y una masa final de agua Ms del primer depósito i.
Opcionalmente, el al menos un módulo de osmosis inversa está también configurado para enviar ai tercer depósito la diferencia de masa de agua Me’-Ms’ correspondiente a ia diferencia entre una masa Inicial de agua Me’ en el segundo depósito 1-1 y una masa final de agua Ms’ del segundo depósito 1-1.
El dispositivo de control está también configurado para ajustar a unos valores deseados ia diferencia de masa MQM-MSM, entre la masa Inicial Me¡yi del al menos un depósito inicial M y ia masa final MSM del al menos un depósito inicial M.
Opcionalmente, el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa se encuentra dispuesto en contracorriente o ¡socorriente con ei lado de concentrado del ai menos un módulo de osmosis inversa. Opcionalmente, el sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende además una unidad de afino AM de membranas configurada para filtrar el contenido del tercer depósito.
Opcionalmente, el sistema comprende al menos un cuarto depósito, de manera que el segundo depósito pasa a ser el tercer depósito y el tercer depósito pasa a ser el cuarto depósito, y asi basta el número de depósitos necesarios en función de la concentración de la salmuera de la que se quiere recuperar el agua y de la concentración del agua deseada.
Para proporcionar un conocimiento de la realización de la invención, se describen ciertos detalles que estarían claros para un experto en la materia. Por ello, ios componentes que detallan la invención se especifican de una manera general. Por tanto, el sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende opcionalmente además:
un conjunto de tuberías de las líneas principales, recirculaciones y purgas, así como de válvulas;
• un conjunto de instrumentos, entre los que se pueden encontrar conductivímetros, medidores de nivel y caudalímetros, no estando limitados a los mismos;
• un conjunto de elementos separadores configurados para compartimeníar y separar las corrientes de entrada y salida de los depósitos con lo que se mejora la eficacia y eficiencia del proceso;
donde el dispositivo de control controla un caudal y una presión de las bombas y el conjunto de válvulas y el conjunto de instrumentos para operar la pluralidad de membranas y el ai menos un módulo de osmosis inversa.
Un segundo objeto de la invención es un procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua llevado a cabo en el sistema anterior, donde el procedimiento comprende las siguientes etapas:
a! menos una primera etapa donde se lleva a cabo la concentración de una primera solución osmótica en el a! menos un primer depósito I desde una concentración inicial G'i basta una concentración final C'f, mayor que la concentración inicial C'l, debido al paso de dicha primera solución osmótica por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa; al menos una segunda etapa donde se lleva a cabo la dilución de una segunda solución osmótica en el al menos un segundo depósito 1-1 desde una concentración inicial C í a una primera concentración final C f, menor que la concentración inicial C i, debido al paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de permeado del al menos un módulo de osmosis inversa;
ai menos una tercera etapa donde se lleva a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua Me-Ms en el ai menos un módulo de osmosis inversa, diferencia de masa de agua Me-Ms correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua Me en el primer depósito I y una masa final de agua Ms del primer depósito I como consecuencia de la al menos una primera etapa;
• ai menos una cuarta etapa donde se lleva a cabo la concentración de la segunda solución osmótica en el ai menos un segundo depósito desde la primera concentración fina! C f hasta una segunda concentración final C T, mayor que la primera concentración final G f, debido ai paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de concentrado del ai menos un módulo de osmosis inversa;
ai menos una quinta etapa donde se lleva a cabo la dilución de una tercera solución osmótica en al menos un tercer depósito I-2 desde una concentración inicial Ci_2i a una primera concentración final Ci_2f, menor que la concentración inicial 02ί, debido al paso de dicha tercera solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa;
ai menos una sexta etapa donde se lleva a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua Me’-Ms’ en el ai menos un módulo de osmosis inversa, diferencia de masa Me’-Ms’ correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua Me’ en el segundo depósito 1-1 y una masa fina! de agua Ms’ del segundo depósito 1-1 , como consecuencia de la al menos cuarta etapa,
Opcionalmente, el procedimiento para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua comprende además:
• ai menos una séptima etapa donde se lleva a cabo ia concentración de una solución salina M en el depósito inicial M, desde una concentración inicial CMi hasta una concentración fina! CMf, mayor que la concentración inicial CMi, debido al paso de dicha solución salina por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa; al menos una octava etapa de trasvase a el a! menos primer depósito I de la diferencia (MQM-M8 ) entre una masa inicial MQM del al menos un depósito inicial M y una masa final MSM del ai menos un depósito inicial M; y
al menos una novena etapa donde se lleva a cabo la dilución de la primera solución osmótica en el primer depósito i, desde la concentración inicial C'i a la primera concentración final C'f, menor que la concentración inicial C'i, debido al paso de dicha primera solución osmótica por el lado de permeado del al menos un módulo de osmosis inversa. Preferentemente, el procedimiento comprende ai menos una décima etapa donde se lleva a cabo el bombeo y la presurización en la bomba de la primera solución osmótica contenida en el primer depósito I o la solución salina contenida en el depósito inicia! M hasta una primera presión hidráulica (Pf) previamente a su paso por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa.
Opcionalmente, el procedimiento comprende a! menos una undécima etapa donde el a! menos un módulo de osmosis inversa envía al segundo depósito, la diferencia de masa de agua Me-Ms correspondiente a la diferencia entre la masa inicial de agua Me en el primer depósito I y la masa final de agua Ms del primer depósito i.
Opcionalmente, el procedimiento comprende ai menos una duodécima etapa donde el al menos un módulo de osmosis inversa envía ai tercer depósito, ¡a diferencia de masa de agua Me’-Ms’ correspondiente a ¡a diferencia entre la masa inicial de agua Me’ en el segundo depósito 1-1 y la masa final de agua Ms’ del segundo depósito 1-1.
Durante el envío de masa desde el primer ai segundo depósito o desde el segundo al tercer depósito respectivamente y así sucesivamente, el gradiente de concentraciones de soluto osmótico entre la solución de alimentación y la solución de barrido, debe mantenerse de forma que las diferencias de presiones osmóticas entre las soluciones de alimentación y de barrido (mf - p3 = DTG) sean inferiores a las diferencias de presiones hidráulicas (Pf - Ps =DR) aplicadas a dichas corrientes en la unidad de membranas, lo que producirá un flujo neto de masa (Jolsow) desde el primer depósito I al segundo depósito 1-1 , y de acuerdo con la siguiente expresión:
Jolsow - A·[DR-s Dtt] = A-[(Pf-Ps) - s ( m(Cfm)-m(Csm))] dónde, TT(Cfm) y Tr(Csm) son las presiones osmóticas a las concentraciones de soluto en la capa activa de la membrana (alimentación, Cfm y barrido, Csm), respectivamente; A es el coeficiente de permeabilidad del agua en las membranas, en m2 s/kg; y s: el coeficiente de reflexión (s<1). Nótese que si (Pf - Ps) es mayor que a[rr(Cfm) -p (CSm)], el flujo de agua será positivo.
Opcionalmente, las etapas de la primera a ia sexta pueden repetirse tantas veces como sean necesarias, en función de ia concentración de salmuera a tratar.
De esta manera, el procedimiento para ia concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de ia presente invención permite que la pluralidad de membranas del al menos un módulo de osmosis inversa se van sometiendo a soluciones osmóticas cada vez más diluidas, lo que provoca un cierto efecto de lavado en las mismas, mejorando ei comportamiento de las membranas.
Opcionalmente, el procedimiento comprende además una etapa final de filtrado de afino del contenido de tercer depósito o último depósito, en función de los que fueran necesarios para los objetivos de concentración o recuperación de agua.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de ¡as características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no ¡imitativo, se ha representado ¡o siguiente:
Figura 1 - Muestra un esquema del sistema para ¡a concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de la presente invención.
Figura 2.- Muestra un esquema del sistema y método para ¡a concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de la presente invención donde se llevan a cabo las cuatro primeras etapas de! método para posteriormente llevar a cabo ¡as etapas quinta y sexta. Figura 3 - Muestra un esquema del sistema y método para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de la presente invención donde se llevan a cabo la séptima y octavas etapas del método.
Figura 4.- Muestra un esquema del sistema y método para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de la presente invención donde se lleva a cabo la etapa final del método.
Figura 5.- Muestra un esquema método para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua de la presente invención aplicado a un ejemplo para concentrar salmueras y recuperar agua de las mismas, aplicada a un sistema de ZLD de aguas residuales mediante sistemas híbridos de membranas.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Un ejemplo de realización de la invención se presenta en la Fig. 5, en la que se muestra un esquema del método para concentrar salmueras con recuperación de agua, de aplicación a la recuperación de agua de la solución de arrastre utilizada en un proceso de osmosis directa (FO). El ejemplo contempla un proceso híbrido de membranas, que se ha denominado FO+OISO, aplicado a un sistema de vertido cero de aguas residuales industriales (ZLD) basado en tecnologías de osmosis inversa. La aplicación de la osmosis inversa (RO), en sistemas de ZLD está condicionada a dos limitaciones inherentes: el ensuciamiento e incrustaciones de las membranas y el nivel superior de salinidad que se puede tratar. El ensuciamiento de las membranas reduce la permeabilidad del agua y la vida útil de las membranas de RO. Este problema es particularmente significativo en los sistemas ZLD. Por ello, en los sistemas ZLD con RO es necesario un pretratamiento del agua de alimentación mediante procesos tales como: ablandamiento químico, ajuste del pH e intercambio iónico ó un proceso de membrana a baja presión, como la ultrafiltración (UF).Tras los pretratamientos y el proceso RO, la primera etapa del proceso FO+G1SG consiste en la concentración del rechazo de la operación de RO (cuya composición típica de iones mayoritarios se presenta en la Tabla 1), desde una concentración S1 (por ejemplo, 32 g/i de Sólidos Totales Disueltos ,STD) a S2 (por ejemplo, 175 g/i de STD) en un módulo de FO, empleando como solución de arrastre una solución de NaCi que se diluye desde una concentración Ce (por ejemplo 200 g/l) hasta una concentración menor Cs (por ejemplo, 175 g/l) con flujos de agua a través de ¡as membranas de FO que varían típicamente entre 5 y 15 kg/m2 h. En general, el rango de concentraciones Ce-Cs (200-175) g/í vendrá definido por el factor de concentración deseado. La solución de arrastre diluida se almacena en un tanque (de tránsito). Una vez generada una masa de Me kilogramos de la solución de arrastre diluida, se procede a su descarga y tratamiento por lotes en el sistema OISO. Por tanto, esta solución de arrastre diluida (de concentración Cs) constituye la solución salina descrita en el apartado de descripción detallada de la invención (Me), que vuelve concentrada a un tanque pulmón (vuelve una masa Ms, menor que Me) con concentración Ce (mayor que Cs, después de haberse transferido Ms-Me kilogramos de agua en la unidad de OISO).
Como ya se ha dicho, ios valores de Ce y Cs pueden elegirse, sabiendo que la cifra seleccionada afectará tanto al número de etapas necesarias como al área de membrana que se requerirá para realizar la operación de OISO. Se ha de cumplir que Ce/Cs = Ms/Me; por lo que a mayor diferencia entre Ce y Cs, Ms-Me también será mayor. En ei ejemplo que se describe, en ¡a unidad de tiempo correspondiente, por cada 11 ,4 kg de solución de arrastre diluida (Me de concentración 08=175 g/í), se generarán 10,0 kg de solución de arrastre concentrada (Ms de concentración Ce=200 g/l). Por tanto, en la unidad OISO será necesario transferir Me - Ms = 1 ,4 kg de agua.
Tabla 1. Composición de iones mayoritarios de ios rechazos de RO
Figure imgf000015_0001
Por tanto, la primera fase del proceso OISO consiste en la regeneración de dicha solución desde Cs hasta Ce. El tanque pulmón permite que la operación de FO se realice en continuo mientras que la operación de OISO se realiza por lotes. En el ciclo de operación del proceso FO+OISO el tiempo de recuperación de los 1 ,4 kg (“Me-Ms”) en la unidad OISO depende del flujo de agua en la unidad OISO (J°iSOw , del orden de 1-10 kg/m2-h, y de su área de membrana, Aoiso en m2).
Si se quiere realizar ei proceso de forma continua, el tiempo que tarda en recuperarse ios 1 ,4 kg de agua en el sistema OISO debe coincidir con el tiempo en el que se frasfieren dichos 1 ,4 kg de agua en la unidad de FO desde e! rechazo de la RO (Si en la Fig 5) hasta la solución de arrastre, lo que dependerá del flujo por unidad de área en la unidad de FO (JFOw en kg/m2-h y dei área de membrana de la unidad de FO AFO, en m2). Con esto quiere señalarse que ambos sistemas FO y OISO podrían acopiarse en una operación continua.
En la segunda fase de OISO en el ejemplo de aplicación, se procede a una serie de etapas sucesivas con objeto de ir pasando secuencialmente ios 1 ,4 kg de agua (“Me- Ms”) desde el depósito M-1 hasta el depósito 1. En todas las etapas, en la unidad de OISO el gradiente de concentraciones de soluto osmótico entre la solución de alimentación y la solución de barrido proporciona unas diferencias de presiones osmóticas entre ambas soluciones (DTG) que serán inferiores a las diferencias de presiones hidráulicas (p.e.: Pt - Ps =DR= 50 bar) aplicadas a dichas corrientes en la unidad de OISO. Con los datos elegidos para este ejemplo de aplicación, e! número de etapas M-1 resulta igual a 5 (tal como se muestra en la Tabla 2); pero este número puede aumentarse o reducirse variando las presiones hidráulicas y la diferencia de presiones osmóticas que se controlan con la concentración de soluto osmótico y los caudales en cada etapa.
Tabla 2: Rangos de presiones hidráulicas y osmóticas en ei proceso
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
En la tercera fase de OISO, el contenido del depósito 1 (Etapa 1=1) de concentración inferior a 10 g/l de NaCI (en este ejemplo de aplicación 9 g/l), se filtra en una unidad de osmosis inversa convencional operando a baja presión (unidad AM en ¡a descripción de la invención), con objeto de obtener un agua con un contenido de sólidos totales disueltos bajo, que constituiría el agua producto recuperada. El rechazo de sales de esta última fase se recicla a uno ó a varios de ios depósitos de solutos osmóticos, según el balance de sólidos de los mismos.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema para ¡a concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua caracterizado porque comprende:
• a! menos un módulo de osmosis inversa (OIM) que comprende una lado de concentrado, un lado de permeado y una pluralidad de membranas;
al menos un primer depósito (I) que contiene una primera solución osmótica, donde el primer depósito (I) está configurado para concentrar la primera solución osmótica desde una concentración inicial (C'i) basta una concentración final (C'f), mayor que ¡a concentración inicial (C'i), debido al paso de dicha primera solución osmótica por el lado de concentrado del ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM);
• ai menos un segundo depósito (1-1) que contiene una segunda solución osmótica, donde el segundo depósito (1-1) está configurado para diluir la segunda solución osmótica desde una concentración inicial (C i) a una primera concentración final (C f), menor que la concentración inicial (C i), debido ai paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM);
donde el ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM) está configurado para llevar a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua (Me-Ms) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me) en el primer depósito (I) y una masa de salida de agua (Ms) del primer depósito (i) debido a la concentración de la primera solución osmótica desde la concentración inicial (C'i) basta la primera concentración final (C'f);
donde el ai menos segundo depósito (1-1) está también configurado para concentrar la segunda solución osmótica desde la primera concentración final (C f) hasta una segunda concentración final (G f), mayor que la primera concentración final (C f), debido al paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa (OIM), y
donde el sistema comprende además:
• ai menos un tercer depósito (I-2) que contiene una tercera solución osmótica, donde el tercer depósito (i-2) está configurado para diluir la tercera solución osmótica desde una concentración inicial (C' 2¡) a una primera concentración final (C' 2f), menor que la concentración inicial (C¡ 2i), debido al paso de dicha tercera solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa (GÍM), y
donde el al menos un módulo de osmosis inversa (OIM) está también configurado para llevar a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua (Me’-Ms’) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me') en el segundo depósito (1-1) y una masa de salida de agua (Ms’) del segundo depósito (1-1 ) debido a la concentración de la segunda solución osmótica desde la primera concentración final (C f) hasta una segunda concentración final (C f).
2 Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según reivindicación 1 caracterizado porque comprende además:
® ai menos un depósito inicial (M) que contiene una solución salina, donde el depósito inicial (M) está configurado para concentrar la solución salina desde una concentración inicial (CMi) hasta una concentración final (CMf), mayor que la concentración inicial (CMi), debido ai paso de dicha solución salina por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa (OIM) y para traspasar al primer depósito I la diferencia (Meiw~Ms¡v entre una masa inicial Me¡vi del al menos un depósito inicial (M) y la masa final (MSM) del al menos un depósito inicial (M);
donde el primer depósito (I) está también configurado para diluir la primera solución osmótica desde la concentración inicial (C'i) a la primera concentración final (Oí), menor que la concentración inicial (C'i), debido ai paso de dicha primera solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM).
3 Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según reivindicación 2 caracterizado porque comprende además una bomba (B) configurada para presurizar la primera solución osmótica contenida en el primer depósito (I) I o el segundo depósito i~1 en función del traspaso secuencial de agua, o de la solución salina contenida en el depósito inicial (M) hasta una primera presión hidráulica (Pf) previamente a su paso por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa (OIM).
4 Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque, el al menos un módulo de osmosis inversa (OIM) está también configurado para enviar ai segundo depósito (1-1), la diferencia de masa de agua (Me-Ms) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me) en el primer depósito (I) y una masa de salida de agua (Ms) del primer depósito (I).
5. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque, el al menos un módulo de osmosis inversa (OIM) está también configurado para enviar al tercer depósito (i-2) la diferencia de masa de agua (Me’-Ms’) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me’) en el segundo depósito (1-1) y una masa de salida de agua (Ms’) del segundo depósito (1-1).
6. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el lado de permeado del a! menos un módulo de osmosis inversa (OIM) se encuentra dispuesto en contracorriente o isocorriente con el lado de concentrado del ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM).
7. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende además una unidad de afino (AM) de membranas configurada para filtrar el contenido del tercer depósito (I-2).
8. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende al menos un cuarto depósito, de manera que el segundo depósito (1-1) pasa a ser el tercer depósito (I-2) y el tercer depósito (I-2) pasa a ser el cuarto depósito.
9. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un dispositivo de control configurado para ajustar a unos valores deseados las diferencias de masa correspondiente a la diferencia (Me-Ms) entre la masa inicial de agua (Me) en el primer depósito (I) y la masa final de agua (Ms) del primer depósito (I) y a la diferencia (Me’-Ms’) entre la masa inicial de agua (Me’) en el segundo depósito (1-1) y la masa final de agua (Ms’) del segundo depósito (1-1).
10. Sistema para la eoneentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según reivindicaciones 2 y 9 caracterizado porque el dispositivo de control está también configurado para ajustar a unos valores deseados la diferencia de masa (MewMsM) entre la masa inicial (MQM) del al menos un depósito inicial (M) y ¡a masa final (MSM) del ai menos un depósito inicial (M).
11. Sistema para la concentración de soluciones acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 10 caracterizado porque comprende:
un conjunto de tuberías de las líneas principales, recirculaciones y purgas, así como de válvulas ;
un conjunto de instrumentos, entre los que se pueden encontrar conductivímetros, medidores de nivel y caudalímetros, no estando limitados a los mismos;
• un conjunto de elementos separadores configurados para compartimentar y separar las corrientes de entrada y salida de los depósitos;
donde el dispositivo de control controla un caudal y una presión de las bombas (B) y el conjunto de válvulas y el conjunto de instrumentos para operar la pluralidad de membranas y el al menos un módulo de osmosis inversa (OÍM).
12. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua llevado a cabo en el sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento comprende las siguientes etapas:
• ai menos una primera etapa donde se lleva a cabo la concentración de una primera solución osmótica en el al menos un primer depósito (i) desde una concentración inicial (C'i) basta una concentración final (C'f), mayor que ia concentración Inicial (C'i), debido ai paso de dicha primera solución osmótica por el lado de concentrado de! ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM);
• ai menos una segunda etapa donde se lleva a cabo la dilución de una segunda solución osmótica en el al menos un segundo depósito (1-1 ) desde una concentración inicia! (C ¡) a una primera concentración final (CMf), menor que la concentración inicial (C i), debido ai paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de permeado de! ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM);
al menos una tercera etapa donde se lleva a cabo la permeación de una diferencia de masa de agua (Me-Ms) en el ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM), diferencia de masa de agua (Me-Ms) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me) en el primer depósito (i) y una masa de salida de agua (Ms) de! primer depósito (I) como consecuencia de la ai menos una primera etapa;
® a! menos una cuarta etapa donde se lleva a cabo ¡a concentración de ¡a segunda solución osmótica en el ai menos un segundo depósito (i-1) desde la primera concentración final (Ci_1f) hasta una segunda concentración final (CMf), mayor que la primera concentración final (C f), debido al paso de dicha segunda solución osmótica por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa (OiM);
• ai menos una quinta etapa donde se lleva a cabo la dilución de una tercera solución osmótica en al menos un tercer depósito (1-2) desde una concentración inicia! (C' 2i) a una primera concentración final (G' 2f), menor que la concentración inicial (Ci_2i), debido al paso de dicha tercera solución osmótica por el lado de permeado del ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM);
® ai menos una sexta etapa donde se lleva a cabo ia permeación de una diferencia de masa de agua (Me’-Ms’) en el ai menos un módulo de osmosis inversa (OIM), diferencia de masa (Me’-Ms’) correspondiente a la diferencia entre una masa inicial de agua (Me’) en el segundo depósito (1-1) y una masa de salida de agua (Ms’) del segundo depósito (1-1), como consecuencia de la al menos cuarta etapa.
13. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua según reivindicación 12 caracterizado porque comprende además:
• ai menos una séptima etapa donde se lleva a cabo ia concentración de una solución salina en el depósito inicial (M), desde una concentración inicial (GMi) hasta una concentración final (CMf), mayor que la concentración inicial (CM¡), debido al paso de dicha solución salina por el lado de concentrado del al menos un módulo de osmosis inversa (OiM);
® al menos una octava etapa de trasvase a el a! menos primer depósito I de ia diferencia (MOM-MS ) entre una masa inicial Me¡yi del al menos un depósito inicial M y una masa final MSM del ai menos un depósito inicial M; y
® al menos una novena etapa donde se lleva a cabo la dilución de la primera solución osmótica en el primer depósito (I), desde la concentración inicial (C'i) a la primera concentración final (C'f), menor que la concentración inicial (C'i), debido a! paso de dicha primera solución osmótica por el lado de permeado de! al menos un módulo de osmosis inversa (OIM).
14. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua según reivindicación 13 caracterizado porque comprende a! menos una décima etapa donde se lleva a cabo ei bombeo y la presurización en la bomba de la primera solución osmótica contenida en ei primer depósito (i) o ia soiución salina contenida en el depósito inicial (M) hasta una primera presión hidráulica (Pf) previamente a su paso por ei lado de concentrado dei a! menos un módulo de osmosis inversa (OIM).
15. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14 caracterizado porque comprende al menos una undécima etapa donde el a! menos un módulo de osmosis inversa (OIM) envía ai segundo depósito, la diferencia de masa de agua (Me-Ms) correspondiente a ia diferencia entre ia masa inicial de agua (Me) en ei primer depósito (!) y ia masa de salida de agua (Ms) del primer depósito (I).
16. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15 caracterizado porque comprende a! menos una duodécima etapa donde ei al menos un módulo de osmosis inversa (OIM) envía al tercer depósito, la diferencia de masa de agua (Me’-Ms’) correspondiente a ia diferencia entre la masa inicial de agua (Me’) en el segundo depósito (1-1) y la masa de salida de agua (Ms’) del segundo depósito (1-1) .
17. Procedimiento de concentración de soluciones salinas acuosas con recuperación de agua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16 caracterizado porque comprende una etapa final de filtrado de afino dei contenido de tercer depósito (I-2).
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US20120037566A1 (en) * 2010-08-16 2012-02-16 Board of regents of the Nevada System of Higher Education, on Behalf of the University of Osmotically-assisted desalination method and system

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PETERS C. D. ET AL.: "OSMOTICALLY ASSISTED REVERSEOSMOSIS (OARO): FIVE APPROACHES TO DEWATERING SALINE BRINES USING PRESSURE-DRIVEN MEMBRANE PROCESSES", 14 February 2019 (2019-02-14), pages 1 - 13, XP055734776 *

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