AT405825B - METHOD FOR THE DESALINATION OF SEAWATER AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD - Google Patents
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Description
AT 405 825 BAT 405 825 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose (Reversosmose), bei dem das Meerwasser einer Umkehrosmose bei einem über dem osmotischen Druck des zu entsalzenden Wassers liegenden Betriebsdruck unterworfen und das aus der Umkehrosmose resultierende Produktwasser an der Produktwasserseite des RO-Moduls entfernt wird. 5 Die bekannten Anlagen und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser nach dem Prinzip der Reversosmose arbeiten nach dem bekannten Schema von RO-Anlagen, wobei meist durch Filtration und chemische Zusätze vorbehandeltes Meerwasser durch geeignete Pumpen auf den erforderlichen hohen Druck gebracht wird, so daß damit die RO-Module beaufschlagt werden können.The invention relates to a method and a plant for the desalination of sea water according to the principle of reverse osmosis (reverse osmosis), in which the sea water is subjected to a reverse osmosis at an operating pressure above the osmotic pressure of the water to be desalinated and the product water resulting from the reverse osmosis on the product water side of the RO module is removed. 5 The known systems and processes for the desalination of sea water according to the principle of reverse osmosis work according to the known scheme of RO plants, whereby sea water pretreated by filtration and chemical additives is brought to the required high pressure by suitable pumps, so that the RO Modules can be loaded.
Da durch das RO-Modul nahezu reines Wasser hindurchtritt, tritt auf der druckbeaufschlagten Meerwas-10 serseite des Moduls naturgemäß eine Erhöhung der Salzkonzentration in gleichem Maße auf. Diese stete Aufkonzentrierung wird nach der bekannten Technik damit auf einem konstanten Wert gehalten, daß man einen Teil des Meerwassers in einem konstanten Teilstrom als Konzentrat wieder ableitet. Dabei geht die Energie, welche für die Druckerzeugung dieses Teilstromes aufgewendet werden mußte, nutzlos verloren. Je nachdem, wie die Anlage ausgelegt wurde, liegt der nutzlos abgeleitete Teilstrom bei ca. 20 bis 80 % 75 des Meerwassers, womit ein effektiver Ausnutzungsgrad der Pumpleistung nur zu 80 bis 20 % besteht.Since almost pure water passes through the RO module, an increase in salt concentration naturally occurs on the pressurized seawater side of the module to the same extent. According to the known technique, this constant concentration is kept at a constant value in that a part of the sea water is discharged again as a concentrate in a constant partial flow. The energy that had to be used to generate the pressure of this partial flow is uselessly lost. Depending on how the system was designed, the uselessly derived partial flow is approx. 20 to 80% 75 of the sea water, which means that there is only 80 to 20% effective use of the pump power.
Es sind nun Vorrichtungen bekannt, wie beispielsweise in der AT 375 058 B dargestellt, daß dieser Druck des Teilstromes durch Abarbeitung teilweise wieder genützt werden kann. Der entscheidende Nachteil dieser genannten Vorrichtung ist jedoch der relativ große apparative Aufwand im Vergleich zu dem relativ geringen effektiven Wirkungsgrad solcher Anlagen. so Aus der DE 30 23 524 A1 sind Anlagen bekannt, bei denen für den Entsalzungsprozeß der vom Meerwasser ausgeübte hydrostatische Druck ausgenützt und das in die erforderliche Meerestiefe abgesenkte Modul relativ zum umgebenden Meerwasser bewegt wird, um die für den Entsalzungsprozeß benötigte Energie zu gewinnen. Diese Energie wird beispielsweise durch eine durch das vorbeiströmende Meerwasser angetriebene Propellerturbine geliefert, wobei die Entsalzungsvorrichtung durch ein sich auf der 25 Meeresoberfläche bewegendes Fahrzeug gezogen wird, um zu dieser Relativbewegung zwischen Meerwasser und Vorrichtung zu gelangen.Devices are now known, as shown, for example, in AT 375 058 B, that this pressure of the partial flow can be partially used again by processing. The decisive disadvantage of this device, however, is the relatively large outlay in terms of equipment in comparison with the relatively low effective efficiency of such systems. DE 30 23 524 A1 discloses plants in which the hydrostatic pressure exerted by the sea water is used for the desalination process and the module lowered into the required depth is moved relative to the surrounding sea water in order to obtain the energy required for the desalination process. This energy is supplied, for example, by a propeller turbine driven by the sea water flowing past, the desalination device being pulled by a vehicle moving on the surface of the sea in order to achieve this relative movement between the sea water and the device.
Das mit der Entsalzungsanlage erzeugte Produktwasser soll dabei mit einem Druck entsprechend dem an der Meerwasserseite herrschenden hydrostatischen Druck abgeführt werden.The product water generated with the desalination plant should be discharged at a pressure corresponding to the hydrostatic pressure prevailing on the seawater side.
Solche Anlagen, welche mit der Schleppenergie beispielsweise eines Segelschiffes als Pumpenantrieb 30 auskommen sollen, können nur für die Gewinnung geringster Mengen an Produktwasser in geringen Meerestiefen eingesetzt werden. Zur Erzielung eines halbwegs annehmbarem Wirkungsgrades muß nämlich bei einem Vielfachen des osmotischen Druckes und gewöhnlich bei etwa 50-60 bar gearbeitet werden. Das Unterwassermodul muß also, soll Produktwasser in einem größeren Maßstab gewonnen werden, in eine Wassertiefe von 500-600 m abgesenkt werden. Eine Bewegung des Moduls durch Schleppen beispielsweise se mit einem Boot oder Schiff ist in einem solchen Fall ausgeschlossen.Such systems, which are supposed to get by with the towing energy of, for example, a sailing ship as a pump drive 30, can only be used for the extraction of the smallest amounts of product water in shallow sea depths. To achieve a reasonably acceptable level of efficiency, a multiple of the osmotic pressure and usually around 50-60 bar must be used. The underwater module must therefore be lowered to a water depth of 500-600 m if product water is to be obtained on a larger scale. A movement of the module by towing it, for example, with a boat or ship is excluded in such a case.
Weiters wurden bereits auf der Basis der Reversosmose absatzweise arbeitende und für eine kontinuierliche Arbeitsweise ungeeignete Vorrichtungen zur Gewinnung von entsalztem Meerwasser vorgeschlagen.Furthermore, on the basis of reverse osmosis, batchwise working devices which are unsuitable for continuous operation have been proposed for the production of desalinated sea water.
So betrifft die WO 87/02348 A1 eine Vorrichtung zur absatzweisen Gewinnung kleiner Wassermengen durch Reversosmose, wobei die Vorrichtung in geringe Tiefe abgesenkt und nach kurzer Zeit wieder 40 hochgezogen und entleert wird. Dabei wird ein geringer hydrostatischer Druck ausgenützt, indem ineinander verschiebbare Kolben mit verschiedenen Kolbendurchmessern mit dem größeren Kolbendurchmesser an der Meerwasserseite zum Aufbau eines Druckdifferentials zwischen Meerwasserseite und Produktwasserseite des Moduls vorgesehen werden.For example, WO 87/02348 A1 relates to a device for batch-wise extraction of small amounts of water by reverse osmosis, the device being lowered to a shallow depth and being pulled up and emptied again after a short time. A low hydrostatic pressure is exploited by providing pistons with different piston diameters that can be pushed into one another and with the larger piston diameter on the seawater side to build up a pressure differential between the seawater side and the product water side of the module.
Gemäß der in der FR 2 484 391 A beschriebenen, zur Gewinnung geringer Süßwassermengen 45 absatzweise arbeitenden Vorrichtung wird eine Reversosmose erreicht, indem eine semipermeable Membran der in eine geringe Meerestiefe abgesenkten Vorrichtung einem über dem osmotischen Druck liegenden Druck des Meerwassers ausgesetzt und das durch die Membrane hindurchgetretene Süßwasser in einem dichten Behälter gesammelt wird, dessen Innendruck ursprünglich auf einen geringeren Wert eingestellt wurde. Das Süßwasser wird sodann aus dem an die Oberfläche gebrachten Behälter entnom-50 men.According to the device described in FR 2 484 391 A, which operates in batches to obtain small amounts of fresh water 45, reverse osmosis is achieved in that a semi-permeable membrane of the device, which is lowered into a shallow sea depth, is exposed to a pressure of the sea water which is above the osmotic pressure, and this through the membrane fresh water that has penetrated is collected in a sealed container, the internal pressure of which was originally set to a lower value. The fresh water is then removed from the container brought to the surface.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Anlage zur Entsalzung von Meerwasser, welche die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Unzulänglichkeiten, insbesondere ein Fouling und Scaling bzw. eine Konzentrationserhöhung von Salzen an der Meerwasserseite der Modulmembranen, vermeiden und dadurch einen weitgehend kontinuierlichen Betrieb ermöglichen. 55 Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser, indem das Meerwasser einer Umkehrosmose in wenigstens einem RO-Modul unterworfen und das aus der Umkehrosmose resultierende Produktwasser an der Produktwasserseite des RO-Moduls entfernt und zu einer auf einem Schiff oder einer schwimmenden Plattform untergebrachten Oberflächenstation hochgepumpt wird, wobei man den Betriebs- 2 ΑΤ 405 825 Β druck bzw. das erforderliche Druckgefälle zwischen der Meerwasserseite des RO-Moduls und der Produktwasserseite desselben erzeugt, indem man das RO-Modul mit dem Meerwasser in einer Meerestiefe, in welcher der hydrostatische Druck dem gewünschten Betriebsdruck entspricht, in Berührung bringt und wobei das RO-Modul zwecks Vermeidung von Ablagerungen und erhöhten Salzkonzentrationen am Modul einer verstärkten Umspülung mit Meerwasser ausgesetzt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß, die in die Tiefe abgesenkte und schwebend im Meerwasser angeordnete RO-Modulanordnung zum Zwecke der Umspülung in eine ständige oder intermittierende Drehbewegung um die eigene Achse versetzt wird.The aim of the present invention is to provide a method and a plant for the desalination of sea water, which avoid the shortcomings inherent in the known devices, in particular fouling and scaling or an increase in the concentration of salts on the sea water side of the module membranes, and thereby enable largely continuous operation . The invention thus relates to a process for the desalination of sea water by subjecting the sea water to reverse osmosis in at least one RO module and removing the product water resulting from the reverse osmosis on the product water side of the RO module and accommodating it on a ship or on a floating platform Surface station is pumped up, whereby the operating pressure 2 ΑΤ 405 825 Β or the required pressure drop between the sea water side of the RO module and the product water side of the same is generated by the RO module with the sea water at a sea depth in which the hydrostatic Pressure corresponds to the desired operating pressure, brings it into contact and the RO module is exposed to increased washing around with sea water in order to avoid deposits and increased salt concentrations on the module. The method is characterized in that the RO module arrangement, which is lowered and suspended in the seawater, is set in a constant or intermittent rotary movement about its own axis for the purpose of flushing.
Vorzugsweise wird die Drehbewegung durch Übertragung eines Teiles des Drehmoments bzw. Drehimpulses der von der Oberflächenstation aus mit Strom gespeisten, für das Hochpumpen des Produktwassers eingesetzten und ständig oder in Intervallen angetriebenen Pumpeinrichtung an die mit ihr starr verbundene RO-Modulanordnung erzeugt.The rotary movement is preferably generated by transferring a portion of the torque or angular momentum of the pump device, which is supplied with electricity from the surface station, is used for pumping up the product water and is driven continuously or at intervals to the RO module arrangement rigidly connected to it.
Weiters betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit einer in das Meerwasser abgesenkten, im Meerwasser schwebend angeordneten RO-Modulanordnung und wenigstens einer tiefenverstellbaren Schlauch- und Rohrleitungseinrichtung zur Beförderung des Produktwassers zu einer auf einem Schiff oder einer schwimmenden Plattform untergebrachten Oberflächenstation. Die Anlage ist durch wenigstens eine der um ihre Vertikalachse wenigstens teilweise drehbaren RO-Modulanordnung zugeordnete, im Betrieb einen Teil ihres Drehmoments bzw. Drehimpulses an die mit den Schlauch- und Rohrleitungseinrichtungen freihängend verbundene RO-Modulanordnung übertragende und dadurch die RO-Modulanordnung in Drehung versetzende Unterwassertauchpumpe zum Hochpumpen des Produktwassers zur Oberflächenstation, wobei in der Verbindung zwischen RO-Modulanordnung und Oberflächenstation eine an sich bekannte Gleitflanschverbindung zur Ermöglichung der Drehung des Moduls vorgesehen ist, gekennzeichnet.Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the above-mentioned method, with an RO module arrangement lowered into the sea water and floating in the sea water and at least one depth-adjustable hose and pipe device for conveying the product water to a surface station housed on a ship or on a floating platform. The system is by at least one of the RO module arrangement which is at least partially rotatable about its vertical axis and in operation transmits part of its torque or angular momentum to the RO module arrangement which is freely suspended from the hose and pipeline devices and thereby sets the RO module arrangement in rotation Submersible submersible pump for pumping up the product water to the surface station, wherein a known sliding flange connection is provided in the connection between the RO module arrangement and the surface station to enable the module to rotate.
Als Unterwassertauchpumpen werden vorzugsweise Hochdruckkreiselpumpen eingesetzt.High-pressure centrifugal pumps are preferably used as submersible pumps.
Durch periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe(n) kann die Drehbewegung der Modulanordnung intermittierend gestaltet werden, was beispielsweise dann der Fall sein wird, wenn das Produktwasser in zeitlichen Intervallen aus der Modulanordnung zur Oberflächenstation abgepumpt wird.By periodically switching the pump (s) on and off, the rotary movement of the module arrangement can be designed intermittently, which will be the case, for example, if the product water is pumped out of the module arrangement to the surface station at time intervals.
Die Gleitflanschverbindung kann an einer beliebigen Stelle der Vertikalen Verbindung zwischen Modulanordnung und Oberflächenstation vorgesehen sein, wie beispielsweise auch im vertikalen Abschnitt der Schlauch- und Rohreinrichtungen, der sich oberhalb der Meerwasserspiegels bis zur Oberflächenstation erstreckt, so daß die Drehbewegung der RO-Modulanordnung visuell überwacht werden kann.The sliding flange connection can be provided at any point of the vertical connection between the module arrangement and the surface station, such as, for example, also in the vertical section of the hose and pipe devices, which extends above the sea water level to the surface station, so that the rotational movement of the RO module arrangement is visually monitored can.
Diese Gleitflanschverbindung stellt die hydraulischen und elektrischen Verbindungen über entsprechende Gleitkupplungen und -kontakte von der Oberflächenstation zur genannten RO-Modulanordnung her.This sliding flange connection establishes the hydraulic and electrical connections via corresponding sliding couplings and contacts from the surface station to the above-mentioned RO module arrangement.
Die verwendeten Leitungssysteme können aus metallischen Rohren oder aus Schläuchen bestehen, an deren Innen- oder Außenseite die entsprechenden Verbindungsleitungen für die Energiezufuhr angebracht sind, es ist jedoch aus Gründen des Preises und der Korrosionsbeständigkeit von besonderem Vorteil, zum mindesten überwiegend Kunststoffrohre oder Kunstoffschläuche zu verwenden.The line systems used can consist of metallic pipes or hoses, on the inside or outside of which the corresponding connecting lines for the energy supply are attached, but it is particularly advantageous for reasons of price and corrosion resistance to use at least predominantly plastic pipes or plastic hoses.
Als Oberflächenstationen können z.B. außer Dienst gestellte Schiffe und Plattformen dienen, die adaptiert werden, daß die großen Aggregate zur Energieversorgung, Manipulationsraum für das Hochziehen der RO-Modulanordnungen, der Zwischenlagerung und gegebenenfalls Nachbehandlung des Reinwassers, sowie diverse Einrichtungen der Infrastruktur und des weiteren Betriebes auf sehr kostengünstige Art darauf untergebracht bzw. bereits vorhandene genutzt werden können.As surface stations e.g. Decommissioned ships and platforms are used, which are adapted so that the large units for energy supply, manipulation space for pulling up the RO module arrangements, intermediate storage and, if necessary, aftertreatment of the pure water, as well as various facilities of the infrastructure and further operation on it in a very cost-effective manner can be accommodated or existing ones can be used.
Gegenüber an der Oberfläche arbeitenden Anlagen ergeben sich durch den Umstand, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren nur das entsalzte Wasser hochgepumpt werden muß, entscheidende Vorteile. Das ist zum einen die wesentliche Energieeinsparung, zum anderen die Tatsache, daß nicht nur dem spezifischen Gewicht nach leichteres Wasser, sondern auch weniger korrosives Wasser gepumpt werden muß, was bei der bekannten Korrosivität des Meerwassers einen nicht unbeachtlichen Vorteil in der Lebensdauer der Pumpen bewirkt.Compared to systems working on the surface, the fact that only the demineralized water has to be pumped up by the process according to the invention results in decisive advantages. On the one hand, this is the essential energy saving, on the other hand, the fact that not only lighter water but also less corrosive water has to be pumped, which, given the known corrosiveness of sea water, has a not inconsiderable advantage in the service life of the pumps.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu ersehen, daß das Meerwasser in den entsprechenden Tiefen und fern der Küste im wesentlichen frei von den Verunreinigungen küstennaher Entnahmestellen ist. Für das Zurückhalten ev. auftretender kleiner Verunreinigungen, kann gegebenenfalls dem RO-Modul ein Vorfilter vorgeschaltet werden.Another advantage of the method is that the sea water in the corresponding depths and far from the coast is essentially free of the contaminants near the coast. A pre-filter can be installed upstream of the RO module to retain any small contamination that may occur.
Die Aufkonzentrierung an Salzen vor dem RO-Modul, welche bei herkömmlichen Anlagen zu den bekannten Erscheinungen des Fouling und Scaling führt und welche meist nur durch eine chemische Vorbehandlung des Meerwassers gemildert werden muß, bzw. ein Fouling oder Scaling sind im erfindungsgemäßen Verfahren nicht gegeben, da durch die ständige oder intervallgesteuerte Rotation der RO-Modulanordnung im gesamten um ihre eigene Achse eine verbesserte Anströmung und dadurch eine bessere Wirkung erzielt wird und im Zuge der Anströmung des Meerwassers an die RO-Module stets 3The concentration of salts upstream of the RO module, which leads to the known phenomena of fouling and scaling in conventional systems and which usually only has to be mitigated by chemical pretreatment of the sea water, or fouling or scaling are not given in the process according to the invention, since the constant or interval-controlled rotation of the RO module arrangement results in an improved inflow and therefore a better effect throughout its own axis, and always 3 in the course of the inflow of sea water to the RO modules
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RER | Ceased as to paragraph 5 lit. 3 law introducing patent treaties | ||
| ELJ | Ceased due to non-payment of the annual fee |