ES2837923T3

ES2837923T3 - Método para operar una planta de ósmosis retardada por presión

Info

Publication number: ES2837923T3
Application number: ES14731386T
Authority: ES
Inventors: Boris Liberman
Original assignee: IDE Technologies Ltd
Current assignee: IDE Technologies Ltd
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: WO2014195854A1; JP2016525938A; EP3003987A1; DK3003987T3; US10155677B2; KR20160013215A; KR101785354B1; AU2014276442B2; EP3003987B1; CA2913799C; US20160083273A1; JP6340620B2; PL3003987T3; AU2014276442A1; CA2913799A1; GB201309873D0; GB2514776A

Abstract

Un método para operar una planta de ósmosis retardada por presión, comprendiendo la planta al menos un elemento de ósmosis (15) que tiene una membrana semipermeable (16), definiendo la membrana semipermeable (16) un lado de alimentación (21) y un lado de permeado (22) del elemento de ósmosis (15), comprendiendo el método, en un primer modo de operación, abrir una válvula de entrada de alimentación (23) para suministrar una corriente de alimentación (23a) que tiene una concentración relativamente alta de soluto a través de un puerto de entrada al lado de alimentación (21) en una configuración de flujo cruzado, abrir una válvula de entrada de corriente de permeado (29) para suministrar una corriente de permeado (28) que tiene una concentración relativamente baja de soluto a través de un puerto único (30) del lado de permeado (22) en una configuración de flujo de filtración sin salida, y abrir un válvula de salida de alimentación (26) para recibir una corriente de salida de alimentación desde el lado de alimentación (21) a través de un puerto de salida (26a) en el que el permeado ha pasado a través de la membrana semipermeable (16) desde el lado de permeado (22) al lado de alimentación (21); complementario, y en un segundo modo de operación, cerrar la válvula de entrada de alimentación (23) y abrir una válvula de alimentación de reextracción (25) para suministrar una corriente de reextracción (24) que tiene una concentración relativamente baja en comparación con la corriente de alimentación a través del puerto de entrada al lado de alimentación (21) del elemento de ósmosis, (15) de tal manera que la dirección de flujo de agua a través de la membrana semipermeable (16) se invierte con respecto al primer modo de operación, y se cierra la válvula de entrada de corriente de permeado (29) y se abre una válvula de salida de corriente de permeado (31) para recibir una corriente de salida de permeado a través del puerto único del lado de permeado (22), comprendiendo además el método realizar alternativamente el primer modo de operación, para realizar una etapa de producción, y realizar el segundo modo de operación, para reducir el ensuciamiento de la membrana semipermeable (16).

Description

DESCRIPCIÓN

Método para operar una planta de ósmosis retardada por presión

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para operar una planta de ósmosis retardada por presión, en particular, pero no exclusivamente, para su uso en la generación de energía.

Antecedentes de la invención

La ósmosis es un fenómeno conocido en el que el agua se mueve a través de una membrana semipermeable entre soluciones con menor y mayor concentración. En ósmosis directa ('FO'), donde la diferencia de presión hidráulica de las soluciones es cero, el agua pasa de la solución de menor concentración a la de mayor concentración. En ósmosis retardada por presión ('PRO'), donde se aplica presión hidráulica a la solución de mayor concentración en una cantidad que es mayor que cero y menor que la diferencia de presión osmótica de las soluciones, la velocidad de flujo de agua puede reducirse. Si se aplica suficiente presión al lado de mayor concentración, que es mayor que las diferencias de presión osmótica de las soluciones, el flujo de agua osmótica puede invertirse, denominado como ósmosis inversa ('RO') y el agua pasa a través de la membrana semipermeable desde la solución de concentración más alta a la más baja (punto de inversión de flujo). Estas técnicas han encontrado un uso en diversos campos, incluido el tratamiento del agua y la desalación. La ósmosis retardada por presión también se ha aplicado en la generación de energía, donde la diferencia de presión osmótica entre el agua de mar o la salmuera concentrada y el agua dulce se convierte en presión hidrostática en una solución de agua salada, y el aumento de la presión hidrostática se usa para accionar una turbina. La ecuación general que describe el flujo de agua en el proceso de membrana accionado por ósmosis en FO, RO y PRO es Jw = A (aAn - AP) donde Jw es el flujo de agua, A es la constante de permeabilidad al agua de la membrana, a el coeficiente de reflexión y AP es la presión aplicada. Para FO, AP es cero, para RO, AP > An y para PRO, An > AP.

Un elemento común para todas las tecnologías osmóticas mencionadas anteriormente es el uso de una membrana semipermeable que permite el paso del agua a través de la misma pero rechaza la mayoría de las moléculas o iones de soluto. Un problema persistente con los sistemas de ósmosis conocidos es el ensuciamiento de la membrana semipermeable. El ensuciamiento de la membrana se refiere a la posible deposición y acumulación de constituyentes en la corriente de alimentación en la superficie de la membrana y en general se clasifica en cuatro tipos principales: ensuciamiento coloidal, ensuciamiento orgánico, ensuciamiento/incrustaciones inorgánicas y bioensuciamiento. El ensuciamiento de la membrana es un problema global, que limita el flujo de operación de la membrana, aumenta el consumo de energía y requiere procedimientos periódicos de limpieza en el lugar de la membrana (CIP). Esto puede resultar en baja efectividad y alto coste, y agrega problemas ambientales relacionados con la eliminación de soluciones químicas CIP. Se han desarrollado diversas estrategias de prevención y limpieza basadas en la comprensión de los diferentes factores que afectan al proceso de ensuciamiento. Existe consenso en que la limpieza de membranas es la solución a largo plazo para eliminar el ensuciamiento y mantener el rendimiento de la membrana. Los métodos de limpieza incluyen métodos químicos y físicos. La limpieza química se usa más ampliamente, sin embargo, tiene enormes desventajas debido al tiempo de inactividad del sistema que detiene la producción, altos precios, problemas ambientales relacionados con la eliminación de desechos químicos y reduce la vida útil de la membrana.

Durante las últimas décadas, los procesos impulsados por presión, tales como la RO, han sido los dominantes. Varias aplicaciones emergentes basadas en FO pueden superar a la RO tanto económica como medioambientalmente. Entre los mismos, la PRO, que es un proceso obtenido de la FO y puede proporcionar una fuente de energía limpia y renovable. La FO usa el gradiente de presión osmótica (An) para accionar el transporte de agua a través de la membrana. En realidad, el An efectivo a través de la membrana es mucho más bajo que las diferencias de presión osmótica en bruto debido a la orientación de la membrana y los fenómenos de transporte asociados a la membrana: polarización de concentración externa e interna. La polarización de concentración externa (ECP) tiene un único componente en los procesos de membrana accionados por presión, denominada ECP concentrada y está localizada en el lado de alimentación de la capa activa. Durante el proceso de membrana accionado por ósmosis, la ECP concentrada se sigue por la ECP diluida. Los fenómenos de ECP tanto de concentración como de dilución reducen la fuerza de accionamiento osmótica neta efectiva. La FO se caracteriza por un flujo de permeado relativamente bajo y, por lo tanto, el efecto de la polarización externa es relativamente bajo.

La membrana semipermeable es asimétrica y tiene una densa capa activa de rechazo de iones soportada por una capa porosa. Cuando una solución de extracción está contra la capa activa, solo hay una ECP. Sin embargo, cuando la solución de extracción está contra la capa de soporte porosa, se produce una polarización de concentración interna diluida (ICP). Una orientación de membrana opuesta, en la que la solución de extracción se coloca contra la capa activa y la solución de alimentación contra la capa de soporte porosa se produce una IPC de concentración. El efecto de la ICP es perjudicial y reduce la fuerza de accionamiento osmótica neta efectiva entre las dos soluciones.

Tal y como se ha comentado anteriormente, el proceso de ensuciamiento es un proceso multifactorial. La configuración de flujo del proceso de membrana también puede afectar al proceso de ensuciamiento. Existen dos configuraciones de flujo principales de los procesos de membrana: flujo cruzado y filtración sin salida. En la filtración de flujo cruzado, el flujo de alimentación es tangencial a la superficie de la membrana, mientras que el permeado se dirige normal a la superficie de la membrana. En la filtración sin salida, la dirección del flujo de fluido es normal a la superficie de la membrana. La filtración sin salida suele ser un proceso tipo por lotes, donde toda la solución filtrante se alimenta a un dispositivo de membrana, que a continuación permite el paso de algunas partículas sometidas a la fuerza de accionamiento. La principal desventaja de la filtración sin salida es el gran ensuciamiento de la membrana y la polarización de concentración. El ensuciamiento se induce, en general, más rápido con fuerzas de accionamiento y flujo de agua más altos. La característica unidireccional de la filtración sin salida carece de cualquier efecto de limpieza de la membrana interna y se detiene por completo una vez que la membrana está completamente obstruida. Los dispositivos de flujo tangencial son más costosos y laboriosos, pero son menos susceptibles al ensuciamiento debido a los efectos de barrido y las altas velocidades de cizallamiento del flujo pasante. En un proceso de RO, la alimentación pasa a través de una configuración de flujo cruzado, mientras que en FO y PRO, la solución de extracción pasa a través de una configuración de flujo cruzado y la solución de alimentación pasa a través de una filtración sin salida. En este sentido, a alta corriente de alimentación, un sistema PRO sería muy propenso a efectos de ensuciamiento sin salida y, debido a los requisitos de limpieza, tendrá que trabajar en lotes con tiempos de inactividad prolongados.

La patente estadounidense número 7.658.852 de Liberman enseña unas ondas de limpieza por ósmosis directa en línea descargando pulsos de solución de alta salinidad ("DO-HS") a lo largo de la corriente de agua de alimentación en un sistema RO como una mejor alternativa a los procesos CIP conocidos. La limpieza DO-HS no interrumpe el proceso operativo del sistema. La onda de limpieza invierte localmente el proceso RO en un proceso FO y activa de manera efectiva cuatro efectos de limpieza sinérgicos en un corto período de tiempo de aproximadamente 20 segundos: (1) levantamiento de ensuciamiento; (2) barrido de ensuciamiento; (3) choque bioosmótico; y (4) choque de sal disuelta. La onda de limpieza crea un efecto local de flujo de reextracción a través de la membrana al cambiar instantáneamente el flujo cruzado a un flujo sin salida. Este efecto local se propaga en un patrón de ondas a lo largo de la membrana de tal manera que se limpia toda la membrana.

La patente estadounidense número 4.033.878 de Foreman y la patente estadounidense número 8.354.026 de Herron enseñan los sistemas PRO que usan una estructura de membrana y un diseño de sistema propietarios. Entre otras cosas, estas patentes enseñan un sistema que permite la configuración de flujo cruzado tanto para la solución de extracción como para la solución de alimentación. De manera adicional, se requiere un diseño especial de membrana en espiral para permitir que la FO tenga lugar ya que la estructura de la membrana en espiral convencional de RO no permite que la solución de alimentación en FO fluya en la envoltura. Estas patentes no enseñan ningún efecto de limpieza y, por lo tanto, son susceptibles de un tiempo de inactividad del sistema para limpieza y mantenimiento.

Otra técnica anterior relevante está representada por los documentos WO 2007/073207 y US 2012/0285886.

Existe la necesidad de desarrollar un sistema PRO que pueda practicar membranas espirales convencionales y pueda trabajar continuamente con interrupciones mínimas basándose en un proceso de limpieza interno confiable para minimizar los períodos de inactividad y maximizar la eficiencia.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para operar una planta de ósmosis reducida por presión, comprendiendo la planta al menos un elemento de ósmosis que tiene una membrana semipermeable, definiendo la membrana semipermeable un lado de alimentación y un lado de permeado del elemento de ósmosis, comprendiendo el método, en un primer modo de operación, abrir una válvula de entrada de alimentación para suministrar una corriente de alimentación que tiene una concentración relativamente alta de soluto a través de un puerto de entrada al lado de alimentación en una configuración de flujo cruzado, abrir una válvula de entrada de corriente de permeado para suministrar una corriente de permeado que tiene una concentración relativamente baja de soluto a través de un puerto único del lado de permeado en una configuración de flujo de filtración sin salida, y abrir una válvula de salida de alimentación para recibir una corriente de salida de alimentación desde el lado de alimentación a través de un puerto de salida en el que el permeado ha pasado a través de la membrana semipermeable desde el lado de permeado al lado de alimentación, y en un segundo modo de operación, cerrar la válvula de entrada de alimentación y abrir una válvula de alimentación de reextracción para suministrar una corriente de reextracción que tiene una concentración relativamente baja a través del puerto de entrada al lado de alimentación del elemento de ósmosis en una configuración de flujo cruzado de tal manera que la dirección de flujo de agua se invierta y pase a través de la membrana semipermeable desde el lado de alimentación hasta el lado de permeado, y cerrar la válvula de entrada de corriente de permeado y abrir una válvula de salida de corriente de permeado para recibir una corriente de salida de permeado a través del puerto único del lado de permeado, comprendiendo además el método realizar alternativamente el primer modo de operación, para realizar una etapa de producción, y realizar el segundo modo de operación, para invertir el flujo a través de la membrana y realizar una etapa de reextracción para reducir el ensuciamiento de la membrana semipermeable.

En el segundo modo de operación, el suministro de la corriente de reextracción que tiene una concentración relativamente baja al lado de alimentación puede comprender mezclar la corriente de alimentación que tiene una concentración relativamente alta con una corriente de dilución que tiene una concentración relativamente baja para producir la corriente de reextracción que tiene una concentración baja.

El método puede comprender cerrar la salida de alimentación en el segundo modo de operación.

La corriente de reextracción puede suministrarse desde una o ambas de la entrada de alimentación y la salida de alimentación.

El primer modo de operación, durante una etapa de producción, puede tener una duración en el intervalo de 200 segundos a 300 segundos y el segundo modo de operación, durante una etapa de reextracción, puede tener una duración en el intervalo de 20 segundos a 30 segundos.

La presión manométrica del vapor de alimentación y la presión manométrica de la corriente de reextracción pueden ser aproximadamente iguales.

La presión manométrica de la corriente de alimentación y la presión osmótica de la corriente de alimentación pueden ser aproximadamente iguales.

La presión manométrica de la corriente de alimentación puede ser más alta que la presión manométrica de la corriente de permeado para garantizar la integridad mecánica de la membrana.

La planta puede comprender una pluralidad de elementos de ósmosis.

La salida de alimentación de un primer elemento puede estar conectada a una entrada de alimentación de un segundo elemento.

El método puede comprender suministrar una corriente de permeado separada a cada uno de dichos elementos. Las presiones manométricas de las corrientes de permeado separadas pueden ser diferentes.

La pluralidad de elementos de ósmosis puede disponerse en un recipiente a presión.

La planta puede comprender una pluralidad de recipientes a presión, comprendiendo el método operar la planta de tal manera que algunos de los recipientes a presión operen en el primer modo de operación de producción y algunos de los recipientes a presión operen en el segundo modo de operación de reextracción.

El método puede comprender además generar energía suministrando una corriente de salida de alimentación desde la salida de alimentación cuando el elemento de ósmosis está en el primer modo de operación a una turbina.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la presente invención se describen ahora a modo de ejemplo únicamente haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que;

la figura 1 es una ilustración esquemática de una planta de energía PRO,

la figura 2 es una vista esquemática de un elemento de ósmosis que incorpora la presente invención, la figura 3 es una ilustración esquemática del elemento de ósmosis de la figura 2 en un primer modo de operación, la figura 4 es una ilustración esquemática del elemento de ósmosis de la figura 2 en un segundo modo de operación,

la figura 5 es una ilustración esquemática del elemento de ósmosis de la figura 2 en un segundo modo de operación alternativo,

la figura 6 es una ilustración esquemática de una pluralidad de elementos de ósmosis de la figura 2 en un recipiente de presión común,

la figura 7 es una realización similar a la figura 6 con un suministro de permeado alternativo,

la figura 8 es una ilustración esquemática de dos elementos conectados de la figura 6,

la figura 9 es una realización similar a la figura 6 con un suministro de permeado alternativo adicional, la figura 9a es una realización similar a la figura 6 con un suministro de permeado alternativo adicional más, y la figura 10 es una ilustración esquemática de una planta que comprende una pluralidad de recipientes de presión de la figura 6.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Haciendo referencia específica ahora a los dibujos en detalle, se hace hincapié en que los detalles mostrados son únicamente a modo de ejemplo y con fines de exposición ilustrativa de las realizaciones preferidas de la presente invención, y se presentan con el fin de proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invención. En este sentido, no se intenta mostrar detalles estructurales de la invención con más detalle de lo necesario para una comprensión fundamental de la invención, la descripción tomada con los dibujos pone de manifiesto para los expertos en la materia cómo pueden realizarse en la práctica las diversas formas de la invención.

Antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, debe entenderse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención puede aplicarse a otras realizaciones o puede practicarse o realizarse de diversas formas. También, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en el presente documento tienen el fin de describir y no deben considerarse limitantes.

Haciendo referencia ahora a la figura 1, en 10 se muestra una ilustración esquemática de una planta de energía PRO de la técnica anterior. El agua dulce y el agua de mar se introducen en las alimentaciones 11, 12, respectivamente, y pretratadas en elementos de pretratamiento apropiados 13, 14. El agua de mar y el agua dulce pretratadas se suministran a un elemento de ósmosis 15, donde el agua de la corriente de agua dulce pasa a través de la membrana 16 hacia la corriente de agua de mar, aumentando el exceso de presión hidráulica en la corriente de agua de mar. Aproximadamente un tercio de la corriente de agua de mar presurizada se suministra a una turbina 17, y aproximadamente dos tercios se devuelven, como se muestra por la conexión 18, a un intercambiador de presión 19, donde se presuriza la alimentación de agua de mar de entrada. El agua salobre resultante se descarga como se muestra en 20.

Haciendo referencia ahora a la figura 2, en 15 se muestra en general con más detalle un elemento de ósmosis. La membrana semipermeable mostrada en general en 16 divide el elemento de ósmosis en dos lados, un lado de alimentación 21 y un lado de permeado 22. Debería observarse que la figura 2 es estrictamente esquemática. En la práctica, el elemento de ósmosis 15 comprende un elemento envuelto en espiral en el que una membrana semipermeable multicapa está envuelta alrededor de un tubo central hueco y contenida dentro de un recipiente a presión, por ejemplo tal como se ha descrito anteriormente. El sistema se presenta en una forma mucho más simple en la figura 2 para mayor claridad en la descripción de las funciones esenciales de la invención.

Para suministrar al lado de alimentación 21, se muestra en general una corriente de alimentación en 23a, controlable como se ilustra en la conexión de válvula esquemática en 23 para la conexión a la entrada 23b del lado de alimentación. Una corriente de alimentación de reextracción se muestra en general en 24 controlable por la válvula 25. En 26 se muestra una válvula de salida de alimentación para producir una corriente de salida de alimentación 27. Convencionalmente, la entrada y la salida están localizadas en extremos opuestos del elemento de ósmosis 15 de tal manera que el agua de alimentación suministrada pase a lo largo de la longitud del elemento de ósmosis. Para suministrar el permeado al lado de permeado 22 del elemento de ósmosis 15, se muestra en general una corriente de permeado en 28 controlable por una válvula 29 para suministrar a una entrada de permeado 30. Para proporcionar una salida de permeado, se muestra en general una válvula de salida en 31. Preferentemente, se proporcionan sensores de presión para monitorizar las presiones dentro del elemento de ósmosis 15. La corriente de alimentación puede comprender agua de mar y la corriente de permeado puede comprender agua dulce.

La dirección del flujo a través de la membrana de permeado depende del equilibrio de la presión manométrica y la presión osmótica en cada lado de la membrana, el equilibrio de la presión, la presión de conducción neta ("NDP") viene dada por

NDP = PG^f- PO^f- PG^p + PO^p

donde PG^fes la presión manométrica de la solución de alimentación, PO^fes la presión osmótica de la solución de alimentación, PG^pes la presión manométrica de la alimentación de permeado y PO^pes la presión osmótica de la alimentación de permeado. Si la NDP es positiva, entonces se produce la ósmosis inversa y el permeado pasa desde el lado de alimentación 21 al lado de permeado 22. Si la NDP es negativa, entonces se produce la ósmosis directa y el permeado pasa desde el lado de permeado 22 a través de la membrana 16 semipermeable y al lado de alimentación 21.

El elemento de ósmosis puede operarse en dos modos de operación. Como se ilustra en la figura 3, en el primer modo de operación, también conocido como la etapa de producción, se produce una ósmosis directa u ósmosis de presión reducida y el aumento de presión se usa en la producción de energía. Las válvulas 23 y 26 están abiertas de tal manera que la alimentación fluya en una configuración de flujo cruzado y la válvula 25 está cerrada. Por consiguiente, la corriente de alimentación suministra una alimentación que tiene una concentración relativamente alta de sólidos disueltos al lado de alimentación 21, de tal manera que pase a lo largo del elemento de ósmosis 15 en una configuración de flujo transversal y salga a través de una salida de alimentación 26a y una válvula 26. El permeado, que comprende una solución de concentración relativamente baja, se proporciona a partir de la corriente de permeado 28, a través de la válvula abierta 29 y en la entrada 30. Resultará evidente que no hay salida desde el lado de permeado 22, de tal manera que todo el permeado suministrado al lado de alimentación 22 pasa a través de la membrana semipermeable 16 y al lado de alimentación 21 en una configuración de flujo de filtración sin salida. Por consiguiente, se suministra una corriente que comprende una solución que tiene una concentración reducida a alta presión desde la salida de alimentación 26a y puede usarse para la producción de energía como se ha tratado anteriormente. Idealmente, el manómetro de alimentación y las presiones osmóticas deben mantenerse aproximadamente iguales, de tal manera que PGf^ POf. Para evitar tensiones mecánicas en la membrana y mantener su integridad, la presión manométrica en el lado de alimentación de la membrana debería ser más alta que la presión manométrica en el lado de permeado de la membrana, es decir, PGf > PGp.

En este modo, a medida que la membrana semipermeable 16 se ensucia gradualmente debido a la polarización de la concentración externa e interna, se reduce el equilibrio de las presiones osmóticas a través de la membrana, reduciendo de este modo la presión de conducción neta y el flujo de agua. Si el primer modo de operación se realiza durante un tiempo suficiente, eventualmente, debido a la característica sin salida de la configuración de flujo de permeado y sus efectos asociados de polarización de concentración, se detendrá la difusión del agua a través de la membrana semipermeable 16. Las presiones dentro del elemento de ósmosis 15 pueden monitorizarse para detectar cuando la NDP ha caído a un nivel de umbral que indica un ensuciamiento de la membrana semipermeable 16, y el elemento de ósmosis se cambia a un segundo modo de operación.

Por consiguiente, para superar este problema, el segundo modo de operación, que es una etapa de reextracción, se realiza como se ilustra en la figura 4. La válvula 23 está cerrada y la válvula 25 está abierta. En este ejemplo, la válvula 26 también está abierta y la válvula 31 está abierta. La válvula 28 está cerrada. En consecuencia, y basándose en esta configuración de válvula, una corriente de alimentación de reextracción 24 suministra una corriente de, en este ejemplo, solución salina presurizada que tiene una concentración relativamente baja en comparación con la corriente de alimentación 23a, en el lado de alimentación 21 del elemento de ósmosis 15 en una configuración de flujo cruzado. No se suministra el permeado al lado de permeado 22, cuando la válvula 28 está cerrada. La válvula 31 está abierta de tal manera que el permeado pueda drenarse desde el lado de permeado 22 a través de la entrada 30 que ahora opera como salida. Haciendo referencia a la NDP en este modo de operación,

NDP = PGe - PO^b- PG^p + PO^p

donde PGb es la presión manométrica de la alimentación de reextracción y POB es la presión osmótica de la alimentación de reextracción. Para simplificar la transición entre el primer y segundo modo de operación, preferentemente PGf^ PGb. POB puede ser igual o menor que POp en el primer modo de operación. PGp-también será mucho menor ya que no se suministra el permeado al lado de permeado y solo se drena a través de la salida 30 y la válvula abierta 31. POp puede ser efectivamente relativamente alto como resultado del ensuciamiento y la fuerte concentración de polarización.

Por consiguiente, en esta segunda etapa de reextracción, el flujo de agua a través de la membrana se invierte y ahora fluirá desde el lado de alimentación de reextracción de concentración relativamente baja a través de la membrana semipermeable 16 hacia el lado de permeado 22. El flujo inverso del agua a través de la membrana semipermeable 16 eliminará, por lavado o de otra manera, iones de soluto y otro material de ensuciamiento atrapado en la membrana semipermeable y en su superficie, y el permeado resultante pasa a través de la válvula 31 y la salida de permeado 33. El flujo transversal de la alimentación de reextracción 24 desde la entrada 23a a la salida 26a también eliminará los iones de soluto de la superficie del lado de alimentación de la membrana semipermeable 16 mediante turbulencias y fuerzas de cizallamiento. Como la presión manométrica en el lado de permeado 22 es menor que la del lado de alimentación 21, entonces, incluso si las presiones osmóticas de la solución salina de reextracción y el permeado son aproximadamente iguales, la ósmosis seguirá produciéndose a través de la membrana semipermeable en una dirección inversa para activar los mecanismos de limpieza de la membrana. Las presiones en los elementos de ósmosis 15 pueden monitorizarse, y el segundo modo de operación puede finalizar cuando la presión osmótica en el lado del permeado cae al nivel deseado. Las válvulas pueden operarse para suministrar una corriente de alimentación y permear la corriente al elemento de ósmosis como se ha descrito anteriormente y reanudarse el primer modo de operación. Para optimizar la operación del segundo modo de operación, la presión manométrica y/o la presión osmótica de la corriente de reextracción pueden variarse según sea necesario.

En un segundo modo de operación alternativo, como se muestra en la figura 5, la válvula 26 también está cerrada de tal manera que nada de la alimentación de reextracción 24 pueda pasar a través de la salida de alimentación 26a. En esta alternativa, toda la alimentación de reextracción 24 debe pasar a través de la membrana semipermeable 16 y hacia el lado de permeado 22 en una configuración de flujo sin salida, eliminando de este modo los iones de la membrana semipermeable en el lado de permeado 22 de la membrana semipermeable 16. Esta alternativa puede ser deseable en circunstancias en las que, por ejemplo, el elemento de ósmosis 15 es el último de un tren de elementos de ósmosis como se describe a continuación.

En una alternativa adicional, las válvulas 23 y 25 pueden abrirse, de tal manera que la corriente de alimentación y la corriente de alimentación de reextracción 24 se suministren al lado de alimentación 21, dando como resultado una corriente suministrada que tiene una concentración más baja que la de la corriente de alimentación 23a. Como una alternativa adicional más, la corriente de reextracción puede suministrarse tanto en la entrada como en la salida del lado de alimentación 21. La corriente de reextracción puede ser esencialmente la misma que la corriente de permeado.

Si se desea, pueden incluirse otros aditivos de limpieza en la alimentación de reextracción 24 para mejorar la limpieza u otro mantenimiento de la membrana semipermeable 16.

Haciendo referencia ahora a la figura 6, se muestra en 40 un grupo que incluye una pluralidad de elementos de ósmosis. El grupo 40 tiene un recipiente a presión 41 dentro del cual están montados una pluralidad de elementos de ósmosis 15. El grupo 40 tiene un conjunto común de válvulas 23, 25, 26, 28, 31, para suministrar a cada uno de los elementos de ósmosis 15. Los elementos de ósmosis 15 están conectados en serie y el sistema en su conjunto puede operar como se ha tratado anteriormente haciendo referencia de la figura 2 a la figura 5. En una configuración alternativa mostrada en 40' en la figura 7, el suministro de permeado 32 puede conectarse por separado a cada elemento de ósmosis 15, y la presión de la corriente de permeado en cada elemento 15 puede controlarse por separado para adaptarse a las diferentes presiones osmóticas de la corriente de alimentación en cada elemento de ósmosis sucesivo 15. Una combinación de los grupos 40 de la figura 6 se muestra en combinación en la figura 8, donde la salida de alimentación 26a de un grupo está conectada a la entrada 23b del lado de alimentación de un segundo grupo 40. Las corrientes de permeado separadas P¹P²permiten que el permeado se suministre a diferentes presiones o concentraciones a diferentes grupos 40.

Como alternativa adicional, como se muestra en la figura 9, un recipiente a presión 41 se divide en dos subgrupos 42a, 42b mediante un tope de permeado 60, teniendo cada uno unas corrientes de permeado separadas 28a, 28b controlables a través de las válvulas 29a, 29b respectivamente pero con una corriente de alimentación común 23a. De este modo, el permeado puede suministrarse a diferentes presiones y/o concentraciones a los grupos corriente arriba y corriente abajo, 42a, 42b de acuerdo con las diferentes presiones osmóticas en el lado de alimentación 22 de cada elemento de ósmosis 15. En la figura 9a se muestra otra alternativa, en la que un recipiente a presión 41' comprende cuatro subgrupos esquemáticos mostrados en 42'a, 42'b, 42'c y 42'd, separados por los topes de permeado 61. Cada subgrupo tiene una entrada separada 30'a, 30'b, 30'c, 30'd, con válvulas asociadas 29'a-d, 31'a-d. Por consiguiente, cada subgrupo 42'a-d puede operarse como se ha descrito anteriormente, y suministrarse con una corriente de permeado a diferentes presiones (por ejemplo, 2, 4, 6 y 8 bares respectivamente).

Como se muestra en la figura 10, una pluralidad de tales sistemas 40 pueden combinarse en una planta común 50, alimentados desde un suministro de corriente de alimentación común 51 y un suministro de corriente de reextracción 52. La configuración mostrada en la figura 10 es específicamente ventajosa debido a que los sistemas 40 pueden operarse en diferentes modos. Por ejemplo, el elemento 40a puede operarse en el segundo modo de operación, para limpiar suciedad, mientras que los elementos 40b, 40c se operan en el primer modo de operación de producción. Proporcionando un número suficiente de elementos 40 y alternando los modos de operación del elemento de planta 40 en secuencia, resultará evidente que puede mantenerse un nivel de producción en general constante del sistema 50 mientras se evitan los problemas asociados con el ensuciamiento y el tiempo de inactividad del sistema. El tiempo de operación del primer modo de operación está aproximadamente en el intervalo de 100 a 500 segundos y preferentemente en el intervalo de 200 a 300 segundos. El tiempo necesario para eliminar el ensuciamiento y recuperar la membrana semipermeable 16 en el segundo modo de operación está aproximadamente en el intervalo de 10 segundos a 60 segundos y más preferentemente de 20 segundos a 30 segundos. En consecuencia, se verá que para una producción relativamente constante, un sistema 40 de cada grupo de diez debe estar en el segundo modo de operación de limpieza en un momento dado.

Aunque el método descrito en el presente documento se ha descrito específicamente haciendo referencia a la generación de energía PRO, será evidente que puede aplicarse en cualquier otro tipo de planta o sistema que use una membrana semipermeable para proporcionar una operación de ósmosis u ósmosis inversa.

En la descripción anterior, una realización es un ejemplo o implementación de la invención. Las diversas apariciones de "una realización", "una realización" o "algunas realizaciones" no se refieren necesariamente a las mismas realizaciones.

Aunque pueden describirse diversas características de la invención en el contexto de una única realización, las características también pueden proporcionarse por separado o en cualquier combinación adecuada. Por el contrario, aunque la invención puede describirse en el presente documento en el contexto de realizaciones separadas para mayor claridad, la invención también puede implementarse en una única realización.

Los significados de los términos técnicos y científicos usados en el presente documento deben entenderse comúnmente como por un experto en la materia a la que pertenece la invención, a menos que se defina lo contrario.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para operar una planta de ósmosis retardada por presión, comprendiendo la planta al menos un elemento de ósmosis (15) que tiene una membrana semipermeable (16), definiendo la membrana semipermeable (16) un lado de alimentación (21) y un lado de permeado (22) del elemento de ósmosis (15), comprendiendo el método, en un primer modo de operación, abrir una válvula de entrada de alimentación (23) para suministrar una corriente de alimentación (23a) que tiene una concentración relativamente alta de soluto a través de un puerto de entrada al lado de alimentación (21) en una configuración de flujo cruzado, abrir una válvula de entrada de corriente de permeado (29) para suministrar una corriente de permeado (28) que tiene una concentración relativamente baja de soluto a través de un puerto único (30) del lado de permeado (22) en una configuración de flujo de filtración sin salida, y abrir un válvula de salida de alimentación (26) para recibir una corriente de salida de alimentación desde el lado de alimentación (21) a través de un puerto de salida (26a) en el que el permeado ha pasado a través de la membrana semipermeable (16) desde el lado de permeado (22) al lado de alimentación (21); complementario, y en un segundo modo de operación, cerrar la válvula de entrada de alimentación (23) y abrir una válvula de alimentación de reextracción (25) para suministrar una corriente de reextracción (24) que tiene una concentración relativamente baja en comparación con la corriente de alimentación a través del puerto de entrada al lado de alimentación (21) del elemento de ósmosis, (15) de tal manera que la dirección de flujo de agua a través de la membrana semipermeable (16) se invierte con respecto al primer modo de operación, y se cierra la válvula de entrada de corriente de permeado (29) y se abre una válvula de salida de corriente de permeado (31) para recibir una corriente de salida de permeado a través del puerto único del lado de permeado (22), comprendiendo además el método realizar alternativamente el primer modo de operación, para realizar una etapa de producción, y realizar el segundo modo de operación, para reducir el ensuciamiento de la membrana semipermeable (16).

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que, en el segundo modo de operación, el suministro de la corriente de reextracción que tiene una concentración relativamente baja en comparación con la corriente de alimentación al lado de alimentación (21) comprende mezclar la corriente de alimentación que tiene una concentración relativamente alta con una corriente de dilución que tiene una concentración relativamente baja para producir la corriente de reextracción que tiene una concentración baja.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende cerrar la válvula de salida de alimentación (26) en el segundo modo de operación.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la corriente de reextracción se suministra desde una o ambas de la entrada de alimentación y la salida de alimentación.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer modo de operación tiene una duración en el intervalo de 100 segundos a 500 segundos.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el primer modo de operación tiene una duración en el intervalo de 200 segundos a 300 segundos.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo modo de operación tiene una duración en el intervalo de 10 segundos a 60 segundos.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el segundo modo de operación tiene una duración en el intervalo de 20 segundos a 30 segundos.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la presión manométrica del vapor de alimentación y la presión manométrica de la corriente de reextracción son aproximadamente iguales.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la presión manométrica de la corriente de alimentación y la presión osmótica de la corriente de alimentación son aproximadamente iguales.

11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la planta comprende una pluralidad de elementos de ósmosis, en el que la salida de alimentación de un primer elemento está conectada a una entrada de alimentación de un segundo elemento.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende suministrar una corriente de permeado separada a al menos dos de dichos elementos.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que las presiones manométricas de las corrientes de permeado separadas son diferentes.

14. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la pluralidad de elementos de ósmosis están dispuestos en un recipiente a presión.

15. Un método de la reivindicación 14, en el que la planta comprende una pluralidad de recipientes a presión, comprendiendo el método operar la planta de tal manera que algunos de los recipientes a presión operen en el primer modo de operación y algunos de los recipientes a presión operen en el segundo modo de operación.

16. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además generar energía suministrando una corriente de salida de alimentación desde la salida de alimentación cuando el elemento de ósmosis está en el primer modo de operación a una turbina.