DE1642450A1

DE1642450A1 - Reverse osmosis filter

Info

Publication number: DE1642450A1
Application number: DE19671642450
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr-Ing Junkermann
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1967-04-06
Filing date: 1967-04-06
Publication date: 1971-05-06
Also published as: FR1563313A; GB1217054A

Description

BABCOCKWERKEBABCOCK WORKS OBERHAUSEN (KH El N L) _? 14. Mär Z 19°7OBERHAUSEN (KH El NL) _? 14 Mar Z 19 ° 7

Sch/MuSch / Mu

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PATSIlÄIiiEIIüHPATSIlÄIiiEIIüH

filter für umgekehrte Osmosereverse osmosis filter

Die Erfindung "betrifft einen filter zur Süßwassergewinnung ^ aus Seewasser durch Anwendung der umgekehrten Osmose.The invention "relates to a filter for fresh water production ^ from sea water using reverse osmosis.

Unter dem physikalischen Begriff Osmose versteht man den Durchtritt eines Lösungsmittels durch halbdurchlässige Membranen _in eine Lösung, wobei die Lösung verdünnt wird.The physical term osmosis means the passage of a solvent through semipermeable Membranes _in a solution, whereby the solution is diluted.

Unter der umgekehrten Osmose soll der Durchtritt eines Lösungsmittels durch halbdurchlässige Membranen aus einer Lösung verstanden werden, wobei die Lösung eingedickt wird.Reverse osmosis should be understood to mean the passage of a solvent through semipermeable membranes from a solution, the solution being thickened.

Die Osmose kann umgekehrt werden, indem die Lösung unter "The osmosis can be reversed by adding the solution under "

einem Druck steht, der größer ist als der entsprechende osmotische Druck.stands at a pressure which is greater than the corresponding osmotic pressure.

Zur Süßwassergewinnung aus Seewasser durch Anwendung der umgekehrten Osmose können halbdurchlässige Membranen, z. B. aus Zellulose-Azetat, von wenigen hundertstein mm Stärke verwendet werden. Das Seewasser muß dabei mit einem Druck von mehr als 25 kg/cm , der also höher als der entsprechendeFor obtaining fresh water from sea water by applying the reverse osmosis can use semi-permeable membranes, e.g. B. made of cellulose acetate, a few hundred stone mm thick be used. The sea water must be at a pressure of more than 25 kg / cm, which is higher than the corresponding pressure

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osmotische Druck ist, gegen die Membranen gepreßt v/erden. Eine drucklose Entwässerung der entgegengesetzten !,lembranoberfläche an ihrer Auflage muß dabei gegeben sein. Süßwassermoleküle treten dann durch die Membrane hinduroh und können als Süßwasser gesammelt werden, wobei gleichzeitig das Seewasser eingedickt wird.osmotic pressure is pressed against the membranes. A pressureless drainage of the opposite!, Membrane surface at their edition must be given. Fresh water molecules then pass through the membrane and can collected as fresh water, with the sea water being thickened at the same time.

Aus G-ründen der Ersparnis der Anlagekosten zur Süßwassergewinnung ist eine möglichst kompakte Anordnung derselben erforderlich, wobei die Unterbringung großer !«lembranflächen bei gleichzeitiger Erfüllung der Voraussetzungen für die Durchführung der umgekehrten Osmose gegeben sein müssen.For reasons of saving the investment costs for fresh water production It is necessary to arrange them as compactly as possible, with the accommodation of large membrane surfaces with simultaneous fulfillment of the prerequisites for the implementation of the reverse osmosis must be given.

Es ist eine Versuchsanordnung zur Süßwassergewinnung bekannt geworden (1965 Saline tfater Conversion Report, US-Department of the Interior, Seite 193), "bei der die halbdurchlässigen Membranen auf beiden Seiten einer mit feinstkörnigem Sand belegten Folie abgestützt werden. Die so gebildete Doppelmembrane ist auf ein Süßwasserabzugsrohr, unter Zwischenlage eines Abstandshalters, gewickelt und bildet ein Membrane!ement. Die gebildeten Membranelemente sind in Paketen angeordnet und süßwasserseitig parallelgeschaltet. Bei dieser Anordnung ist der Zutritt des Seewassers zu den Membranen durch die eingewickelten zwischengelegten Abstandshalter nachteilig erschwert, so daß die Membranen vom Seewasser nur schlecht bespült werden. Darum sind die Membranelemente nur in kurzen Längen hergestellt. Ebenso nachteilig sind nur wenig Windungen mit geringer breite der Doppelmembran auf ein Süßwasserabzugsrohr einesAn experimental arrangement for fresh water extraction is known (1965 Saline tfater Conversion Report, US Department of the Interior, page 193), "when the semi-permeable Membranes are supported on both sides of a film covered with fine-grain sand. The double membrane formed in this way is wound on a freshwater drainage pipe with a spacer in between and forms a membrane element. The membrane elements formed are arranged in packages and connected in parallel on the freshwater side. With this arrangement the access of the seawater to the membranes is disadvantageously made more difficult by the wrapped spacers in between, so that the membranes are poorly washed by the seawater. That is why the membrane elements are only made in short lengths. Just as disadvantageous are only a few turns with a narrow width of the double membrane on a freshwater drainage pipe

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Lenibranelementes gewickelt, weil sonst innerhalb der Kapillaren zwischen kembran und Folie in dem Süßwasserstrom zum Abzugsrohr ein Druckanstieg erfolgen würde, der einen Teil der kembran unwirksam machen würde.Lenibran element wound because otherwise within the capillaries between membrane and film in the fresh water flow to the exhaust pipe there would be an increase in pressure which would render part of the membrane ineffective.

Infolge der begrenzten Abmessungen der einzelnen ilembraneleiiiente wird die Anordnung des Süßwasserfilters sowohl im Aufbau als auch in der Seewasser- und Süßwasserführung nachteilig kompliziert, weil bei Unterbringung genügender Membranilächen zur Süßwassergewinnung die aus kembranelementen bestehenden Pakete in mehreren Schichten innerhalb eines in Ringen unterteilten und mit Zugankern zusammengehaltenen Druckbehälters untergebracht sind.Due to the limited dimensions of the individual ilembrane elements the arrangement of the freshwater filter is disadvantageous both in structure and in the seawater and freshwater flow Complicated, because if there are enough membrane areas for fresh water extraction, those made up of membrane elements existing packages in several layers within one divided into rings and held together with tie rods Pressure vessel are housed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Filter zur Süßwassergewinnung aus Seewasser durch Anwendung der umgekehrten Osmose so zu gestalten, daß die beschriebenen Nachteile vermieden werden und die Wirtschaftlichkeit der Süßwassergewinnung verbessert wird.The object of the invention is to provide a filter for obtaining fresh water from sea water by applying the reverse To make osmosis so that the disadvantages described are avoided and the economy of fresh water production is improved.

Bei dem vorgeschlagenen Filter zur Süßwassergewinnung sind die Stützkörper für die halbdurchlässigen Membranen erfindungsgemäß starre Platten gleicher Form, an deren Oberflächen die iialbdurchlässigen Membranen angebracht sind, aus denen das Süßwasser von unterhalb der Membranen abgeleitet werden kann und so einzelne einfache Membranelemente gleicher Form bilden.In the proposed filter for obtaining fresh water, the support bodies for the semipermeable membranes are according to the invention Rigid plates of the same shape, on the surfaces of which the permeable membranes are attached, from which the Fresh water can be diverted from below the membranes and so individual simple membrane elements of the same shape form.

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BAD QRtGINAL.BATHROOM QRtGINAL.

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Durch die Starrheit des Stützkörpers können sich die feinen Bahnen zur Ableitung des Süßwassers, die aus Poren im Material oder aus Rillen an den Oberflächen bestehen, sowie die Kanäle innerhalb des Stützkörpers infolge des Druckes nicht verengen, und in dem Süßwasserabfluß kann keine Stauung auftreten. Durch die Plattenform gleicher G-röße der Stützkörper ist es möglich, die einzelnen Meinbranelemente zu Paketen zusammenzufassen, deren Membranoberflächen von dem Seewasser gut umspült werden. Darum ist die Baulänge der Membranelemente nicht mehr beschränkt, wodurch eine Unterteilung in mehrere Paketschichten überflüssig wird. Dieses erbringt den Vorteil, daß der Druckbehälter einfach ist, da dessen Unterteilung in Eingen überflüssig wird.Due to the rigidity of the support body, the fine paths for the drainage of fresh water, which come from pores in the Material or from grooves on the surfaces, as well as the channels within the support body as a result of the pressure do not constrict, and no stagnation can occur in the freshwater runoff. Due to the plate shape of the same size of the support body it is possible to combine the individual membrane elements into packages, the membrane surfaces of which differ from the Sea water must be flushed well. The overall length of the membrane elements is therefore no longer restricted, which means that they are subdivided becomes superfluous in several package layers. This has the advantage that the pressure vessel is simple because of Subdivision into Eingen becomes superfluous.

Innerhalb plattenförmiger Stützkörper aus porösem Material wird eine Stauung des Süßwasserstromes auch bei großflächigen Stützkörpern dadurch vermieden,, indem innerhalb des Stützkörpers längsbohrungen angebracht sind, so daß der Süßwasser-Strömungsweg von der Membrane bis zu den längsbohrungen innerhalb der feinen Bahnen der porösen Masse sehr kurz ist. Das Süßwasser wird aus den Längsbohrungen innerhalb des Stützkörpers gesammelt und durch das Süßwasserabzugsrohr abgeführt. Inside the plate-shaped support body made of porous material, the fresh water flow is blocked, even with large areas Support bodies thereby avoided, by being inside the support body Longitudinal bores are attached so that the fresh water flow path from the membrane to the longitudinal bores within the fine paths of the porous mass is very short. The fresh water is collected from the longitudinal bores inside the support body and discharged through the fresh water drainage pipe.

Bei starren plattenförmigen Stützkörpern, an dessen Oberflächen Querrillen eingeschnitten oder eingepreßt sind, wird eine Stauung des Süßwasserstromes auch bei großflächigen Stützkörpern dadurch vermieden, indem Längsrillen angebracht sind, so daß der Süßwasser-Strömungsweg von der Membrane bisIn the case of rigid plate-shaped support bodies, on the surfaces of which transverse grooves are cut or pressed in, is a congestion of the fresh water flow, even with large support bodies, is avoided by making longitudinal grooves are so that the fresh water flow path from the membrane to

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zu den Längsrillen innerhalb der feinen Bahnen der Querrillen sehr kurz ist. Das Süßwasser wird aus den Längsrillen gesammelt und durch ein Süßwasseräbzugsrohr abgeführt. TJm Einbuchtungen der Membranen in die Rillen infolge des Druckes zu vermeiden, können entweder die Längsrillen abgedeckt werden, oder die Längs-, gegebenenfalls auch die Querrillen, können mit feinkörnigem Sand ausgefüllt sein, so daß infolge der Rillentiefe der Strömungsquerschnitt ausreicht und der Sand innerhalb der Rillen genügend Halt hat.to the longitudinal grooves within the fine tracks of the transverse grooves is very short. The fresh water is collected from the longitudinal grooves and discharged through a freshwater extraction pipe. TJm indentations of the membranes in the grooves as a result of the pressure To avoid this, either the longitudinal grooves can be covered, or the longitudinal, possibly also the transverse grooves, can be filled with fine-grain sand, so that due to the depth of the groove, the flow cross-section is sufficient and the sand has enough grip within the grooves.

Wegen der Druckbeanspruchung wird für die Hohlräume zur Süßwasserableitung der runde Querschnitt bevorzugt.Because of the compressive stress, the round cross-section is preferred for the cavities for draining off fresh water.

Um die Membranen vor Zerstörung durch Berührung und Reibung zu schützen, sind an den Berührungsstellen Verstärkungen an die Membranen angeklebt. Die Verstärkungen können gleichzeitig als Abstandshalter dienen.In order to protect the membranes from being destroyed by contact and friction, reinforcements are provided at the contact points glued to the membranes. The reinforcements can also serve as spacers.

Die Membranelemente sind zu Paketen zusammengesetzt, deren Querschnitte die Form eines Parallelogrammes haben (Quadrat, Rechteck oder Rhombus), damit die Pakete dem runden Querschnitt des zylindrischen Teiles des Druckbehälters leicht angepaßt v/erden können. Insbesondere ist der rhombenförmige Querschnitt geeignet, wobei aus drei zusammengesetzten Paketen der Querschnitt eines gleichseitigen Sechseckes gebildet wird.The membrane elements are assembled into packages, the cross-sections of which have the shape of a parallelogram (square, Rectangle or rhombus), so that the packages easily adapted to the round cross-section of the cylindrical part of the pressure vessel v / can ground. In particular, the rhombic cross-section is suitable, consisting of three assembled packages the cross-section of an equilateral hexagon is formed.

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Der Druckbehälter eines Filters zur Süßwassergewinnung aus Seewasser ist dem chemischen Angriff des Seewassers ausgesetzt. Es ist im Wasserreinigungsbau bekannt, Stahlbehälter zu verwenden, die in ihrem Inneren mit einer Schicht ausgekleidet sind, die den chemischen Einflüssen gewachsen ist. Es wird vorgeschlagen, den Druckbehälter als an sich bekannten Spannbetondruckbehälter herzustellen, der innen mit einer
wasserdichten Schicht ausgekleidet ist, die vom Seewasser
φ chemisch nicht angegriffen wird. Der Druckbehälter aus Spannbeton hat gegenüber Druckbehältern herkömmlicher Art den
Vorteil der Billigkeit, der nicht werkstattgebundenen Herstellung und der beliebigen formgebung seines Innenraumes.The pressure vessel of a filter for extracting fresh water from sea water is exposed to the chemical attack of the sea water. It is known in water purification construction to use steel tanks which are lined on the inside with a layer that can withstand chemical influences. It is proposed to produce the pressure vessel as a known prestressed concrete pressure vessel, the inside with a
waterproof layer is lined by the lake water
φ is not chemically attacked. The pressure vessel made of prestressed concrete has the conventional type compared to pressure vessels
Advantage of cheapness, the non-workshop-related production and the arbitrary shape of its interior.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielhaft veranschaulicht. Es zeigen:The invention is illustrated by way of example with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 u. 2 die Form eines einzelnen starren Lembranelementes, Fig. 1 and 2 show the shape of a single rigid membrane element,

Fig. 't> den querschnitt eines Membrane lenient es , dessen Stützkörper aus porösem Material besteht,Fig. 'T> the cross-section of a membrane, the supporting body of which is made of porous material,

Fig. 4 den Querschnitt eines Membranelementes, dessen Stützkörper mit Killen versehen ist,Fig. 4 shows the cross section of a membrane element whose Support body is provided with grooves,

Fig. t? u. 6 den Querschnitt durch den Druckbehälter mit den darin angeordneten Membranelementen.Fig. T? u. 6 shows the cross section through the pressure vessel with the membrane elements arranged therein.

In Fig. 1 und 2 ist ein einzelnes Membranelernent dargestellt, wobei mit I das gesamte Membranelement, mit 2 der starreIn Fig. 1 and 2, a single membrane element is shown, where with I the entire membrane element, with 2 the rigid one

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plattenförmig Stützkörper, mit 3 die halbdurchlässige Liembrane und i:iit 4 das oüßwasserabzugsrohr bezeichnet sind. .Das Membran— element 1 ist zur Durchführung der umgekehrten Osmose im unter Druck stehenden Seewasser eingetaucht. Der Druck wirkt in Pfeilrichtung A auf die halbdurchlässigen Membranen 3, wobei Büßwasser durch die Membrane 3 hindurchtritt und durch das oüßwasserabzugsrohr 4 abgeleitet wird.plate-shaped support body, with 3 the semi-permeable Liembrane and i: iit 4 denotes the oüßwasserabzugrohr. .The membrane— element 1 is immersed in the pressurized seawater to perform reverse osmosis. The pressure works in the direction of arrow A on the semi-permeable membranes 3, with penal water passing through the membrane 3 and through the oüßwasserauszugrohr 4 is derived.

In Fig. 3 ist der Querschnitt eines plattenförmigen Membranelementes 1 dargestellt, dessen Stützkörper 2 aus einer Λ porösen starren Masse besteht und mit runden Längsbohrungen 5 versehen ist. Die Längsbohrungen 5 sind ihrerseits (in der Fig. 3 nicht dargestellt) durch Querbohrungen mit dem Süßwasserabzugsrohr 4 (in Fig. 1 u. 2) verbunden. Die Strömungswege des Süßwassers von der halbdurchlässigen Membran 3 durch den porösen und starren Körper 2 bis zu den Bohrungen 5 sind kurz, so daß ein merklicher Stau des Süßwasserstromes innerhalb des Stützkörpers nicht auftritt. An der Oberfläche der halbdurchlässigen Membrane 3 sind Verstärkungen 6 und 7 angebracht, die die Membranen vor Berührung und Zerstörung bewahren sollen und gleichzeitig als Abstandsstücke für die Paketbildung ciienen.In Fig. 3 the cross section of a plate-shaped membrane element 1 is shown, the support body 2 consists of a Λ porous rigid mass and is provided with round longitudinal bores 5. The longitudinal bores 5 are in turn connected (not shown in FIG. 3) by transverse bores with the fresh water discharge pipe 4 (in FIGS. 1 and 2). The flow paths of the fresh water from the semi-permeable membrane 3 through the porous and rigid body 2 to the bores 5 are short, so that a noticeable back-up of the fresh water flow within the support body does not occur. Reinforcements 6 and 7 are attached to the surface of the semi-permeable membrane 3, which are intended to protect the membranes from contact and destruction and at the same time serve as spacers for the formation of the package.

In Fig. .4 ist der Querschnitt eines Membranelementes 1 dargestellt, dessen Stützkörper 2 mit Querrillen 8 versehen ist, die in Längsrillen-9 münden. Die Längsrillen 9 stehen mit dem Süßwasserabzugsrohr 4 (Fig. 1 u. 2 - in der Fig. 4 nicht dargestellt) in Verbindung. Der Querschnitt der Hillen ö und 9 ist ausreichend, damit ein merklicher Stau desIn Fig. 4 the cross section of a membrane element 1 is shown, whose support body 2 is provided with transverse grooves 8 which open into longitudinal grooves-9. The longitudinal grooves 9 are with the fresh water discharge pipe 4 (Fig. 1 and 2 - not shown in Fig. 4) in connection. The cross section of the Hillen ö and 9 are sufficient for a noticeable congestion of the

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Süßwasserstromes vermieden wird. Um die halbolurchlässige Membran 3 infolge des Druckes A vor Einbuchtung in die Killen und damit vor schaden zu bewahren, können die Rillen mit feinkörnigem oand ausgefüllt sein.Fresh water flow is avoided. To the semi-permeable The grooves can prevent membrane 3 from indenting into the grooves and thus from damage as a result of the pressure A be filled in with fine-grained oand.

In den Fig. 5 und 6 ist mit "IO der Querschnitt aes Jjruckbeliälters gekennzeichnet, der mit einer Innenschicht 11 ausgekleidet ist. Die Membranelernente ι sind zu Paketen zusammengesetzt, aie einen rnombenformigen querschnitt hauen, Der Querschnitt dreier Pakete 12 ist ein gleichseitiges Sechseck. i)ie Pakete 12 können auch in einer Vielzahl querschnitt aus füll end zusammengesetzt werden (Figo 6).In FIGS. 5 and 6, "IO" denotes the cross section of a Jjruckbeliälters which is lined with an inner layer 11. The membrane elements are in packages put together, carving a rhombus-shaped cross-section, The cross section of three packets 12 is an equilateral hexagon. i) The packages 12 can also have a wide variety of cross-sections be put together from filling end (Figo 6).

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Claims

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1. Filter for obtaining fresh water from sea water by application reverse osmosis, characterized in that the supporting body (2) for the semi-permeable membranes (3) rigid panels are of the same shape.

2. Filter according to claim 1, characterized in that the supporting body (2) are made of porous material and in their interior cavities, preferably longitudinal bores (5), are arranged.

3. Filter according to claim 1, characterized in that | the support body (2) on their flat surfaces with transverse grooves

(6) are provided which open into longitudinal grooves (9).

4. Filter according to claim 3, characterized in that the grooves (8, 9) are filled with fine-grain sand.

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5. Filter according to claims 1 to 4, characterized in that that the membrane elements (1) with glued to the membranes friction protection (6, 7) are provided and to one or several packages (12) are assembled, the cross-sections of which are parallelograms.

6. Filter according to claim 5> characterized in that the cross-sections of the packages (12) are rhombuses and that the cross-section of three assembled packages is an equilateral hexagon.

7. Filter according to claims 1 to 6, characterized in that the pressure vessel (10) is a container made of concrete, the is lined with a waterproof inner layer (11).

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