DE19734981A1

DE19734981A1 - Sea water desalination reverse osmosis process and module assembly

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Publication number: DE19734981A1
Application number: DE19734981A
Authority: DE
Original assignee: WATSCHINGER GERHARD DR 84359 SIMBACH DE
Current assignee: WATSCHINGER GERHARD DR 84359 SIMBACH DE
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 1998-06-04
Also published as: AT405825B; ATA145296A

Abstract

In a process and assembly to extract fresh water from salt water by reverse osmosis (RO), the RO module is lowered into the sea from e.g. a ship or platform to a sufficient depth (but above the sea bed) to be exposed to the necessary hydrostatic pressure. The novelty is that the RO module is made to rotate either continually or intermittently about its own axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 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 Umkehr osmose resultierende Produktwasser an der Produktwasserseite des RO-Moduls entfernt wird.The invention relates to a method and a device for the desalination of Sea water according to the principle of reverse osmosis (reverse osmosis), in which the Reverse osmosis seawater at a pressure above the osmotic pressure of the desalinating water subjected to operating pressure and that from reversal Product water resulting from osmosis on the product water side of the RO module Will get removed.

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 known plants and processes for desalination of sea water after The principle of reverse osmosis works according to the well-known scheme of RO systems, mostly seawater pretreated by filtration and chemical additives is brought to the required high pressure by suitable pumps, so that so that the RO modules can be loaded.

Da durch das RO-Modul nahezu reines Wasser hindurchtritt, tritt auf der druckbe aufschlagten Meerwasserseite des Moduls naturgemäß eine Erhöhung der Salzkon zentration in gleichem Maße auf. Diese stete Aufkonzentrierung wird nach der be kannten 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% des Meerwassers, womit ein effektiver Ausnutzungsgrad der Pumpleistung nur zu 80 bis 20% besteht.Since almost pure water passes through the RO module, open sea side of the module naturally an increase in salt con concentration to the same extent. This constant concentration is after the be known technology so that a part of the Sea water in a constant partial flow as a concentrate. Here goes the energy that is used to generate the pressure of this partial flow had to be lost, useless. Depending on how the system was designed, lies the uselessly derived partial stream at approx. 20 to 80% of the sea water, with which one there is only 80 to 20% effective utilization of the pump power.

Es sind nun Vorrichtungen bekannt, wie beispielsweise in der AT 375 058 beschrie ben, bei denen 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.Devices are now known, as described, for example, in AT 375 058 ben, at which this pressure of the partial flow by processing again can be used. The main disadvantage of this device is however, the relatively large amount of equipment in comparison to the relatively low effective efficiency of such systems.

Weiters sind in der DE 30 23 524 Anlagen beschrieben, bei denen für den Entsal zungsprozeß der vom Meerwasser ausgeübte hydrostatische Druck ausgenützt und das in geringe Meerestiefe von einem Schiff aus abgesenkte Modul relativ zum um gebenden Meerwasser bewegt wird. Diese Bewegung ist erforderlich, um die Bil dung von Ablagerungen und Verunreinigungen auf den Membranen des Moduls oder erhöhte Salzkonzentrationen an den Membranen zu vermeiden.Furthermore, DE 30 23 524 systems are described in which for desalination the hydrostatic pressure exerted by the sea water and the module lowered into a shallow sea from a ship relative to the um giving sea water is moved. This movement is required to formation of deposits and impurities on the membrane of the module or to avoid increased salt concentrations on the membranes.

Solche Anlagen, welche mit der Schleppenergie eines Schiffes bewegt werden, eig nen sich nur für die Gewinnung geringer Produktwassermengen, da der in der gerin gen Eintauchtiefe des geschleppten Moduls herrschende hydrostatische Druck für die Permeation größerer Wassermengen durch die Modulmembranen nicht ausreicht.Such systems, which are moved with the towing energy of a ship, are only suitable for the extraction of small amounts of product water, since the water in the hydrostatic pressure prevailing at the immersion depth of the towed module the permeation of larger amounts of water through the module membranes is not sufficient.

Zwecks Erzielung eines annehmbarem Wirkungsgrades arbeiten die RO- Entsalzungsanlagen bei Drücken von etwa 50-60 bar. Das Unterwassermodul muß also, soll entsalztes Produktwasser in einem größeren Maßstab gewonnen werden, in eine Wassertiefe von 500-600 m abgesenkt und dort natürlich auch, wie schon aus geführt, bewegt werden. Eine Bewegung des Moduls in solchen Tiefen durch Schleppen mit einem Schiff ist jedoch wegen des aus der Bewegung im Wasser re sultierenden Auftriebes am Modul ausgeschlossen und würde außerdem auf Grund der für die Bewegung des Schiffes aufzuwendenden Energie eine wirtschaftlich ver tretbare Gewinnung von entsalztem Produktwasser wegen der dadurch zusätzlich anfallenden hohen Kosten nicht zulassen.In order to achieve an acceptable level of efficiency, the RO Desalination plants at pressures of around 50-60 bar. The underwater module must thus, desalinated product water should be obtained on a larger scale, in a water depth of 500-600 m lowered and of course there, as already out led, moved. Movement of the module at such depths However, towing with a ship is re due to the out of motion in the water resulting buoyancy on the module is excluded and would also be due to an economically ver the energy to be used for the movement of the ship Pedalable extraction of desalinated product water because of the additional allow high costs incurred.

Die genannten, aus den bekannten Vorrichtungen zur Meerwasserentsalzung durch Reversosmose resultierenden Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß das in Meerestiefen von beispielsweise 400-600 m abgesenkte, im wesentlichen stationär gehaltene Modul zur Durchführung einer Drehbewegung um seine Vertikal achse ausgebildet ist, um durch die dadurch stattfindende Umspülung des Moduls Ablagerungen und/oder unerwünscht hohe Konzentrationen von Verunreinigungen bzw. NaCl an den Membranen zu vermeiden.The mentioned, from the known devices for desalination Disadvantages resulting from reverse osmosis are eliminated according to the invention by that the lowered at sea depths of, for example, 400-600 m, essentially stationary module for rotating around its vertical axis is formed to by the resulting flushing of the module Deposits and / or undesirably high concentrations of contaminants or to avoid NaCl on the membranes.

Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser, in dem das Meerwasser einer Umkehrosmose in wenigstens einem RO-Modul unter worfen und das aus der Umkehrosmose resultierende Produktwasser an der Pro duktwasserseite des RO-Moduls entfernt und zu einer auf einem Schiff oder einer schwimmenden Plattform untergebrachten Oberflächenstation hochgepumpt wird, wobei man den Betriebsdruck bzw. das erforderliche Druckgefälle zwischen der Meerwasserseite des RO-Moduls und der Produktwasserseite desselben erzeugt, in dem 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 erhöh ten Salzkonzentrationen am Modul einer verstärkten Umspülung mit Meerwasser ausgesetzt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, 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.Accordingly, the invention relates to a process for the desalination of sea water, in which is the seawater of a reverse osmosis in at least one RO module and the product water resulting from the reverse osmosis at the Pro Duct water side of the RO module removed and one on a ship or one floating platform housed surface station is pumped up, with the operating pressure or the required pressure drop between the Seawater side of the RO module and the product water side of the same, in which you have the RO module with the sea water at a sea depth in which the hydrostatic pressure corresponds to the desired operating pressure brings and the RO module in order to avoid deposits and increase salt concentrations on the module of an increased rinsing with sea water is exposed, which is characterized in that the lowered in depth and arranged in the sea water RO module arrangement for the purpose of Rinsing in a constant or intermittent rotation around your own Axis is offset.

Vorzugsweise wird die Drehbewegung durch die zum Hochpumpen des Produkt wassers eingesetzte Pumpe erzeugt, wobei die RO-Modulanordnung mit den Rohr zuleitungen durch einen Gleitflansch verbunden ist. Dabei wird ein Teil des Drehmoments bzw. Drehimpulses der von der Oberflächenstation aus mit Strom ge speisten, für das Hochpumpen des Produktwassers eingesetzten und ständig oder in Intervallen angetriebenen Pumpeinrichtung an die mit ihr starr verbundene RO- Modulanordnung übertragen und diese dadurch in Drehung versetzt. The rotary movement is preferably carried out by pumping up the product water used pump creates, the RO module arrangement with the pipe supply lines are connected by a sliding flange. Part of the Torque or angular momentum of the ge from the surface station with electricity dined, used for pumping up the product water and constantly or in Intervals driven pump device to the RO- rigidly connected to it Transfer module arrangement and thereby rotated.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer in das Meerwasser abgesenkten, im Meerwasser schwebend angeordneten RO-Modulanordnung und wenigstens einer tiefenverstellbaren Schlauch- und Rohrleitungseinrichtung zur Be förderung des Produktwassers zu einer auf einem Schiff oder einer schwimmenden Plattform untergebrachten Oberflächenstation und ist durch wenigstens eine der um ihre Vertikalachse wenigstens teilweise drehbaren RO-Modulanordnung zugeordne te, 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.A plant for carrying out the process consists of one in the sea water lowered RO module arrangement floating in seawater and at least one depth-adjustable hose and pipe device for loading conveying the product water to one on a ship or a floating one Platform housed surface station and is by at least one of the order assign their vertical axis at least partially rotatable RO module arrangement te, in operation part of their torque or angular momentum to that with the Hose and pipeline devices with freely connected RO Module arrangement transmitting and thereby the RO module arrangement in rotation displacing submersible submersible pump for pumping up the product water Surface station, being in the connection between RO module arrangement and Surface station a sliding flange connection known per se to enable the rotation of the module is provided.

Die Gleitflanschverbindung kann an einer beliebigen Stelle der Vertikalen Verbin dung zwischen Modulanordnung und Oberflächenstation vorgesehen sein, wie bei spielsweise 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 placed anywhere on the vertical connection be provided between the module arrangement and surface station, as in for example also in the vertical section of the hose and pipe devices, the extends above the sea water level to the surface station, so that the rotation of the RO module arrangement can be visually monitored.

Diese Gleitflanschverbindung stellt die hydraulischen und elektrischen Verbindun gen über entsprechende Gleitkupplungen und -kontakte von der Oberflächenstation zur RO-Modulanordnung her.This sliding flange connection provides the hydraulic and electrical connections via appropriate sliding couplings and contacts from the surface station for the RO module arrangement.

Durch periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe(n) kann diese Drehbewegung des Moduls intermittierend gestaltet werden, was beispielsweise dann der Fall sein wird, wenn das Produktwasser in zeitlichen Intervallen aus dem Modul zur Oberflä chenstation abgepumpt wird. This rotary movement can be prevented by switching the pump (s) on and off periodically of the module are designed intermittently, which may be the case, for example becomes, when the product water from the module to the surface is pumped out.

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, ist im erfindungsgemäßen Verfahren nicht gegeben, da im Zuge der ständigen oder intervallgesteuerten Rotation der RO-Modulanordnung um ihre Vertikalachse eine dauernde optimale Umströmung derselben mit Meerwasser stattfindet und da durch stets ursprüngliches Meerwasser an die Außenseite der RO-Module gelangt.The concentration of salts in front of the RO module, which is the case with conventional Attachments to the well-known phenomena of fouling and scaling and which mostly only be mitigated by chemical pretreatment of the sea water must not be given in the process according to the invention, since in the course of the constant or interval-controlled rotation of the RO module arrangement about its vertical axis there is a constant optimal flow of seawater around it and there always reaches the outside of the RO modules through original sea water.

Wenn beispielsweise Hochdruckkreiselpumpen zum Hochpumpen des entsalzten Wassers verwendet werden, so ist die Ausnutzung des Drehmoments oder Drehim pulses bzw. eines Teiles hiervon, welches die Pumpen beim Betrieb durch den Be trieb des Motors auf die RO-Modulanordnung übertragen, besonders wirksam, um die RO-Modulanordnung zu einer Rotation zu veranlassen.If, for example, high pressure centrifugal pumps to pump up the desalinated Water is used, so is the use of torque or torque pulses or a part thereof, which the pumps operate during operation by the Be drive the motor transferred to the RO module assembly, particularly effective to causing the RO module assembly to rotate.

Die verwendeten Leitungssysteme können aus metallischen Rohren oder aus Schläu chen bestehen, an deren Innen- oder Außenseite die entsprechenden Verbindungslei tungen für die Energiezufuhr angebracht sind, es ist jedoch aus Gründen des Preises und der Korrosionsbeständigkeit von besonderem Vorteil, zum mindesten überwie gend Kunststoffrohre oder Kunstoffschläuche zu verwenden.The pipe systems used can be made of metallic pipes or made of slack Chen exist, on the inside or outside of the corresponding connection lines are appropriate for energy supply, but it is for reasons of price and the corrosion resistance of particular advantage, at least to a large extent enough to use 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 Zwischen lagerung und gegebenenfalls Nachbehandlung des Reinwassers, sowie diverse Ein richtungen der Infrastruktur und des weiteren Betriebes auf sehr kostengünstige Art darauf untergebracht bzw. bereits vorhandene genutzt werden können.As surface stations z. B. Decommissioned ships and platforms serve, which are adapted that the large aggregates for energy supply, Manipulation space for pulling up the RO module arrangements, the intermediate storage and, if necessary, aftertreatment of the pure water, as well as various inputs directions of the infrastructure and the further operation in a very economical way can be accommodated on it or existing ones can be used.

Die Erfindung wird unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, in welcher ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anlage schematisch veranschaulicht ist. Dabei zeigt die einzige Zeichnungsfigur ein Beispiel einer Anlage, bei welcher zwei RO-Modulanordnungen von einem Schiff aus abgesenkte sind.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which schematically illustrates an example of a system according to the invention is. The only drawing figure shows an example of a system in which two RO module arrangements are lowered from a ship.

Bei dem in der Zeichnungsfigur gezeigten Beispiel einer Anlage werden auf einem aus gedienten und für die Zwecke der Meerwasserentsalzung wieder adaptierten und in Dienst gestellten Tankschiff 11 zwei RO-Modulanordnungen 4 mit einer durchschnittli chen Stundenleistung von 20 m³/h je Modulanordnung, welche mit mehrstufigen Unter wasserkreiselpumpen 5 verbunden sind, über an Deck des Schiffes angeordnete aufroll bare Kunststoffrohrverbindungen 9 in eine Tiefe von 580 m unter dem Meeresspiegel abgesenkt. Durch das Drehmoment der Pumpenmotoren der Unterwasserkreiselpumpen 5 wird eine Rotation der RO-Modulanordnungen 4, welche über eine Gleitflanschverbin dung 13 mit den Verbindungsrohren 9 verbunden sind, bewirkt wodurch eine gute Um strömung und Funktion der Module sichergestellt wird.In the example of a system shown in the drawing figure, two RO module arrangements 4 with an average hourly output of 20 m ³ / h per module arrangement, which with multi-stage, are used on a tanker 11 that has been used and adapted again for the purposes of seawater desalination and put into service Are connected under water centrifugal pumps 5 , lowered on the ship's deck bare plastic pipe connections 9 lowered to a depth of 580 m below sea level. By the torque of the pump motors of the submersible centrifugal pumps 5 , a rotation of the RO module arrangements 4 , which are connected via a sliding flange connection 13 to the connecting pipes 9 , causes a good flow and function of the modules to be ensured.

Die Anlage kann derart ausgelegt sein, daß das Meerwasser von einem Salzgehalt von 35000 mg/l auf einen Salzgehalt von durchschnittlich 420 mg/l entsalzt wird. Die insge samt erzielte Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Anlagen kann bis zu 45% betragen.The system can be designed such that the sea water has a salinity of 35000 mg / l is desalted to an average salt content of 420 mg / l. The total including energy savings compared to conventional, comparable systems can be up to 45%.

Claims

1. A method for 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, the operating pressure or the required pressure drop between the sea water side of the RO module and the product water side of the same being 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 in contact and wherein the RO module is exposed to increased sedimentation of seawater in order to avoid deposits and increased salt concentrations on the module, characterized in that the lowered and suspended in the seawater arranged RO module arrangement for the purpose of washing in a constant od it is set in a terminating rotary movement about its own axis.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rotary movement by transferring part of the torque or angular momentum of the Surface station powered by electricity for pumping up the Pro Pump water used and continuously or at intervals driven pump equipment device to the rigidly connected RO module device is generated.

3. Plant for performing the method according to claim 1 or 2, with a in the sea water lowered, floating in the sea water arranged RO module arrangement and at least one depth-adjustable hose and pipe Direction for transporting product water to one on a ship or one floating platform housed surface station, marked by at least one of the at least partially rotatable about its vertical axis RO module arrangement assigned, part of their torque or Angular momentum hanging freely with the hose and pipe equipment connected RO module arrangement transmitting and thereby the RO Submersible submersible pump set in rotation to the high pump pen of the product water to the surface station, whereby in the connection between RO module arrangement and surface station a slide known per se flange connection is provided to enable rotation of the module.

4. Plant according to claim 3, characterized in that the Gleitflanschverbin in the vertical section of the hose and pipe equipment, which is located above extends half of the sea water level to the surface station, is provided.