ES2987772T3 - Dispositivo y procedimiento para el tratamiento del agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para la desalinización del agua por purificar - Google Patents

Abstract

El presente documento propone un dispositivo para el tratamiento de agua (3) a depurar, concretamente agua dulce, salada o salobre, en particular para la desalinización de agua (3) a depurar, una unidad de ósmosis inversa para el tratamiento de agua (3) a depurar, concretamente agua dulce, salada o salobre, en particular para la desalinización de agua (3) a depurar, y un procedimiento para el tratamiento de agua a depurar, concretamente agua dulce, salada o salobre, en particular para la desalinización de agua (3) a depurar, utilizándose al menos un filtro para producir agua filtrada (10) o agua de alta pureza (5) (por ejemplo, agua potable), siendo al menos un filtro una unidad de filtrado (2) que, para producir agua filtrada (10), es atravesada en la dirección de flujo por el agua (3) a depurar y/o por agua filtrada (10), y en cuya unidad de filtrado, para conseguir una limpieza al menos parcial, se introduce el filtro 1. Dispositivo de ósmosis inversa (1) para la producción de agua de alta pureza (5) que comprende: un depósito de filtración de burbujas de gas (18) que puede ser atravesado por un medio gaseoso para la prelimpieza del agua (3) que se va a limpiar para la producción de agua filtrada (prelimpieza) (10), y/o un depósito de ósmosis inversa (1) que, para la producción de agua de alta pureza (5), es atravesado en la dirección de flujo por el agua (3) que se va a limpiar y/o por el agua filtrada (10), y que tiene al menos una membrana de ósmosis (14) que está rodeada por un depósito de presión (24). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para el tratamiento del agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para la desalinización del agua por purificar

Estado de la técnica

La invención se basa en un dispositivo para el tratamiento de agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para la desalinización de agua por purificar, según el tipo de la reivindicación 1, y un procedimiento para el tratamiento de agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para la desalinización de agua por purificar, según el tipo de la reivindicación 9.

Para el tratamiento del agua por purificar se utilizan filtros, ya que es necesario que el agua por purificar esté libre, en particular, de partículas gruesas, materias en suspensión y aromatizantes, cal, minerales, plaguicidas y nitrato. Si se quiere producir agua potable tratando el agua que se va a purificar, que puede ser agua dulce, salada o salobre, los requisitos de calidad del agua potable son muy elevados. El aumento del consumo de agua en todo el mundo está provocando su escasez, lo que hace que el agua potable escasee y se convierta en un bien muy valioso. Dado que el agua cubre más de dos tercios de la superficie terrestre, desde hace algún tiempo se está intentando producir agua potable a partir de agua de mar (agua salada). Para ello, es imprescindible desalinizar el agua de mar. Los procesos de desalinización del agua de mar para la producción de agua potable ya son tecnología de punta. El inconveniente es que consumen mucha energía, ya que requieren temperaturas muy altas o electricidad si el proceso se basa en la electrólisis.

Otra opción para producir agua potable es la desalinización del agua de mar por ósmosis inversa.

En la ósmosis inversa, el agua que se quiere purificar (agua dulce, salada o salobre) se presiona a alta presión a través de una membrana semipermeable con un diámetro de poro de 0,5 a 5 nm para vencer la presión osmótica. Esta actúa como un filtro y solo permite el paso de determinados iones y moléculas. El resultado es una separación de la solución original. El filtro de membrana puede utilizarse para retener sales, bacterias, virus, un exceso de cal y toxinas como los metales pesados. La presión osmótica aumenta con el incremento de la concentración de sales, lo que acabaría por paralizar el proceso. Por esta razón, en la desalinización del agua de mar por ósmosis inversa, el agua que se quiere purificar, por ejemplo, el agua de mar, se presiona a alta presión a través de una membrana de ósmosis, la membrana semipermeable, que solo deja pasar el agua ultrapura, que es entonces agua dulce o potable. La presión necesaria para ello es muy elevada y se sitúa en el rango de más de 50 bares para los dispositivos o membranas de ósmosis actualmente disponibles. Incluso puede alcanzar de 80 a 100 bares. Para generar esta presión en la desalinización del agua de mar por ósmosis inversa, por ejemplo, las bombas eléctricas tienen que empujar el agua de mar a través de la membrana de ósmosis inversa durante todo el día. El inconveniente es el elevado consumo de energía. Por ello, en el modelo de utilidad DE 20 2018 001 627 U1 se propone utilizar un silo alto de hormigón, en particular silos de hasta 100 metros de altura, que se llena con el agua por purificar, para generar la presión necesaria. La idea subyacente es que, además de la presión atmosférica normal (presión del aire), que es de aproximadamente 1 bar, un cambio en la profundidad del agua de 10 m provoca un cambio de presión de 1 bar. Por lo tanto, en el fondo del silo de 100 metros de altura lleno de agua, hay una presión ambiente de 11 bares, que resulta de la suma de la presión del aire y la presión del agua. El agua potable tiene una presión osmótica inferior a unos 2 bares; la presión utilizada para la ósmosis inversa del agua potable es de unos 3 a 30 bares, dependiendo de la membrana y de la configuración del sistema utilizado. Para la desalinización del agua de mar se necesita una presión de unos 50 a 80 bares, ya que el agua de mar tiene una presión osmótica mucho más elevada, de aprox. 30 bares, que el agua potable. La desventaja es que la presión adicional necesaria para la desalinización del agua de mar debe generarse mediante bombas que consumen mucha energía. Además, se necesita energía para bombear el agua de mar a los silos de hormigón de 100 metros de altura. Por lo tanto, en la solicitud de patente publicada DE 10 2012 213 214 A1 se propone un dispositivo y un procedimiento para la desalinización de agua, utilizando membranas de ósmosis, mediante el cual se puede desalinizar agua de manera fácil, eficiente y fiable o se puede obtener agua potable, ya que una membrana de ósmosis se hunde a una profundidad de agua de varios cientos de metros, preferentemente al menos 500 m o 800 m, y la presión del agua se aplica en el lado de entrada de la membrana de ósmosis y se dispone un volumen cerrado en el otro lado de la membrana de ósmosis, en donde detrás de la membrana de ósmosis predomina esencialmente la presión atmosférica y el agua desalinizada (agua ultrapura) se bombea a través de una tubería hasta la superficie del agua o hasta la tierra mediante bombas accionadas por animales de trabajo (por ejemplo, burros, caballos, camellos). Para evitar que la membrana de ósmosis se obstruya en muy poco tiempo, es necesario que cada unidad de ósmosis vaya precedida de una unidad de filtrado que filtre el agua que se va a purificar (por ejemplo, agua de mar), lo que da como resultado agua filtrada que se puede hacer pasar a través de la membrana de ósmosis. La desventaja es que la unidad de filtrado puede obstruirse con el tiempo. En tierra, esto no supondría un problema importante, ya que el filtro o la unidad de filtrado pueden cambiarse y limpiarse de nuevo en cualquier momento y con poco esfuerzo. Bajo el agua, la situación es completamente distinta. En este caso, elevar el sistema a la superficie, sustituir los filtros o la unidad de filtrado y reiniciar el sistema requiere un gran esfuerzo.

El documento US 2017/0209834 A1 divulga una unidad de ósmosis inversa y una unidad de filtrado aguas arriba que pueden controlarse de tal manera que la unidad de filtrado puede lavarse con agua procedente de la unidad de ósmosis inversa invirtiendo la dirección del flujo en la unidad de filtrado. El proceso de purificación del agua debe interrumpirse en el proceso.

El documento US 2007/0181496 A1 también da a conocer una unidad de ósmosis inversa en la que es posible enjuagar los módulos de microfiltración aguas arriba utilizando solución salina purificada, en cuyo caso la ósmosis inversa propiamente dicha debe interrumpirse para este proceso.

Los sistemas de ósmosis inversa se conocen de las publicaciones US 6139750 A, US 2015/307374 A1 y US 3456 802 A, que divulgan diferentes sistemas de prefiltración, por lo que en todos ellos solo se proporciona una dirección de flujo.

El objeto de la invención es, por lo tanto, proporcionar un dispositivo para tratar agua que se va a purificar, concretamente agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desmineralizar agua que se va a purificar, y un procedimiento para tratar agua que se va a purificar, concretamente agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desmineralizar agua que se va a purificar, mediante los cuales se superan las desventajas de la técnica anterior.

La invención y sus ventajas

El dispositivo según la invención para tratar agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desalinizar agua por purificar, con las características de la reivindicación 1 y el procedimiento según la invención para tratar agua por purificar, a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desalinizar agua por purificar, con las características de la reivindicación 9, tienen la ventaja, por el contrario, de que para producir agua filtrada o agua ultrapura (por ejemplo, agua potable) se requieren al menos dos unidades de filtrado y una unidad de ósmosis inversa, en donde la unidad de ósmosis inversa se coloca en el centro entre las dos unidades de filtrado, y las unidades de filtrado se montan en imagen especular a ambos lados de la unidad de ósmosis inversa, en donde el agua que debe purificarse o el agua filtrada por otro filtro fluye a través de una primera unidad de filtrado, que sirve para producir agua filtrada, en la dirección del flujo, en donde el agua filtrada puede separarse en agua concentrada y agua ultrapura mediante la unidad de ósmosis inversa, en donde el agua concentrada fluye hacia atrás a través de la segunda unidad de filtrado de imagen especular, que está dispuesta aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa en la dirección del flujo, y la dirección del flujo en la unidad de ósmosis inversa y en las unidades de filtrado puede invertirse, de modo que la segunda unidad de filtrado se carga filtrando el agua que debe purificarse y la primera unidad de filtrado se enjuaga libremente, con lo que puede prolongarse la vida útil de las unidades de filtrado.

El dispositivo según la invención puede utilizarse en tierra, en la superficie del agua y/o bajo el agua. Cuando se utiliza una unidad de filtrado en la que se puede invertir la dirección del flujo, se evita de forma fiable la obstrucción de la unidad de filtrado mediante la limpieza al menos parcial de la unidad de filtrado, ya que la dirección del flujo dentro de la unidad de filtrado se invierte para la limpieza al menos parcial de la unidad de filtrado, mediante la cual la unidad de filtrado se enjuaga libremente por medio de líquido, en particular por medio de agua a limpiar, agua prefiltrada, agua ultrapura y/o agua concentrada. Esto significa que la unidad de filtrado también puede limpiarse bajo el agua.

La estructura de un sistema para la desalinización de agua de mar según la invención, en particular un sistema para la desalinización de agua de mar según la invención, debe tener preferentemente una estructura modular. De este modo, la capacidad del sistema puede dimensionarse esencialmente por el número de módulos (unidades) similares y solo es necesario financiar a bajo coste los módulos de filtrado necesarios (por ejemplo, luz UV). A continuación se describen los principales componentes de un módulo.

De acuerdo con una forma de realización ventajosa del dispositivo según la invención, la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta al menos una membrana de ósmosis, en donde el agua filtrada por la unidad de filtrado es presionada y/o aspirada a través de la membrana o membranas de ósmosis a alta presión por medio de al menos una bomba, de modo que el agua filtrada puede separarse en agua ultrapura y agua concentrada. La pieza central puede ser la unidad de ósmosis inversa. Consta de láminas de membrana cilíndricas o apiladas que se inundan por fuera con agua que se va a purificar (agua dulce) o con salmuera ya enriquecida. El agua ultrapura separada (agua dulce) sale por el interior y se canaliza para su uso posterior, por ejemplo, al consumidor en la superficie del agua. La presión necesaria en el exterior de la membrana de ósmosis la proporciona la presión hidrostática ambiental a una profundidad de agua de 550 a 800 metros. Si no se dispone de suficiente profundidad de agua, la presión hidrostática ambiente puede aumentarse hasta los 55 a 80 bares necesarios mediante una bomba adicional. Cada uno de estos módulos contiene una bomba de baja presión que garantiza un flujo turbulento sobre las superficies de la película. Dos válvulas, que permiten controlar específicamente el caudal, regulan la entrada de agua dulce purificada (agua ultrapura) y la salida de salmuera enriquecida (agua concentrada). El agua dulce separada no está conectada al circuito de ósmosis en términos de caudal y, por lo tanto, no requiere ningún control de caudal.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, el líquido utilizado para limpiar al menos parcialmente la unidad de filtrado es, además del agua concentrada, agua que debe purificarse, agua filtrada y/o agua ultrapura.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, la segunda unidad de filtro, que está dispuesta en imagen especular y aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa en la dirección de flujo, se hace fluir hacia atrás con agua para purificar, agua filtrada y/o agua ultrapura además del agua concentrada. De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, la al menos una membrana de ósmosis está rodeada por un depósito presurizado.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta al menos una membrana de ósmosis y la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta una bomba (por ejemplo, bomba de baja presión) para generar un flujo turbulento en la membrana de ósmosis.

Con una anchura de canal constante, una viscosidad baja requiere una velocidad de flujo mayor y con una velocidad de flujo constante, una viscosidad baja requiere una anchura de canal menor para garantizar un flujo turbulento. El propio número de Raynolds se determina empíricamente para diferentes geometrías de flujo y permite evaluar la presencia de flujo turbulento. El núcleo de la idea de la patente es, por lo tanto: La membrana de ósmosis se construye bien en forma cilíndrica utilizando bandas largas, bien en forma apilada utilizando placas de membrana redondas. La presión en el exterior de las membranas está dada por la presión hidrostática ambiente a profundidad marina. Una bomba (bomba de baja presión) asegura un flujo circular con una velocidad de flujo tan alta que el flujo turbulento prevalece con seguridad entre las superficies vecinas de las membranas. Una vez que la salmuera pueda enriquecerse hasta alcanzar un contenido de sal de aproximadamente el 10 %, podrá separarse aproximadamente la mitad del agua dulce en forma de agua dulce. Con la tasa de separación estimada anteriormente de aprox. el 1,25 %, esto requiere aprox. 30 a 50 procesos de desbordamiento. Esto significa que toda el agua dulce debe pasar por la superficie de la membrana entre 30 y 50 veces para alcanzar el grado deseado de enriquecimiento de la salmuera hasta aproximadamente el 10 %.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, la al menos una unidad de ósmosis inversa tiene al menos una membrana de ósmosis y el agua por purificar y/o el agua filtrada por al menos un filtro se aplica a la al menos una membrana de ósmosis a una presión de más de 50 bar, en particular más de 80 bar.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa del dispositivo según la invención a este respecto, el agua por purificar y/o el agua filtrada por al menos un filtro se aplica a la presión requerida por medio de una bomba (por ejemplo, una bomba de alta presión). La presión se compone de la presión ambiental hidrostática más la presión adicional de la bomba. Esto permite realizar el diseño según la invención a cualquier profundidad de agua. Los límites están fijados por el funcionamiento en tierra con una presión de bomba de hasta 80 bar y el funcionamiento submarino a, por ejemplo, 800 m de profundidad de agua de teóricamente 0 bar.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del dispositivo según la invención, un filtro y/o una unidad de filtro constan de un filtro grueso y/o un filtro fino y/o un filtro absoluto y/o un filtro de carbón activado, según la disposición. Cada unidad de ósmosis debe alimentarse con agua prefiltrada (agua dulce muy pura, agua de mar purificada y salada). Por esta razón, se coloca preferentemente una unidad de filtrado antes de cada unidad de ósmosis. Esta consta esencialmente de un filtro grueso para retener impurezas gruesas, un filtro fino para retener impurezas de hasta un diámetro de aprox. 50 micrómetros y un filtro absoluto con un tamaño de poro de aprox. 0,2 micrómetros.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención para tratar agua por purificar, concretamente agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desalinizar agua por purificar, con al menos dos unidades de filtrado y una unidad de ósmosis inversa, en donde la unidad de ósmosis inversa está colocada centralmente entre las dos unidades de filtrado, y las unidades de filtrado están montadas en imagen especular a ambos lados de la unidad de ósmosis inversa, en donde una primera unidad de filtrado, que sirve para producir agua filtrada, es atravesada en la dirección del flujo por el agua que se va a purificar o por el agua filtrada por otro filtro, en donde el agua filtrada puede separarse en agua concentrada y agua ultrapura mediante la unidad de ósmosis inversa, en donde el agua concentrada fluye hacia atrás a través de la segunda unidad de filtrado invertida en espejo, que está dispuesta aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa en la dirección del flujo, y la dirección del flujo se invierte en la unidad de ósmosis inversa y en las unidades de filtrado, de modo que la segunda unidad de filtrado se carga filtrando el agua que se va a purificar y la primera unidad de filtrado se enjuaga y al menos una unidad de ósmosis inversa tiene al menos una membrana de ósmosis, en donde el agua filtrada a través de la unidad de filtrado se bombea y/o se absorbe a alta presión a través de la membrana o las membranas de ósmosis mediante al menos una bomba, de modo que el agua filtrada se separa en agua ultrapura y agua concentrada.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del procedimiento según la invención, la segunda unidad de filtrado, que está dispuesta en imagen especular y aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa en la dirección de flujo, se hace fluir hacia atrás con el agua que se va a purificar, agua filtrada y/o agua ultrapura además del agua concentrada.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del procedimiento según la invención, la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta al menos una membrana de ósmosis y se genera un flujo turbulento en la membrana de ósmosis de la al menos una unidad de ósmosis inversa mediante una bomba (por ejemplo, una bomba de baja presión).

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del procedimiento según la invención, la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta al menos una membrana de ósmosis y el agua por purificar y/o el agua filtrada por otro filtro se aplica a una membrana de ósmosis a una presión de más de 50 bar, en particular más de 80 bar. De acuerdo con otra forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención a este respecto, el agua por purificar y/o el agua filtrada por otro filtro se aplica con la presión requerida por medio de una bomba (por ejemplo, bomba de alta presión) o la al menos una unidad de ósmosis inversa presenta al menos una membrana de ósmosis y la membrana de ósmosis está dispuesta tan profundamente en el agua o en el mar que la presión del agua presente allí es suficiente para que pase a través.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa adicional del procedimiento según la invención, se utilizan un filtro y/o una unidad de filtro que comprenden al menos un filtro grueso, al menos un filtro fino, al menos un filtro absoluto y/o al menos un filtro de carbón activado. Es concebible que al menos un filtro y/o al menos una unidad de filtrado estén dispuestos aguas arriba y/o aguas abajo de un tanque de filtración de perlas de gas.

Otras ventajas y formas de realización ventajosas de la invención pueden deducirse de la siguiente descripción, las reivindicaciones y el dibujo.

Dibujos

Las formas de realización preferidas del objeto según la invención se muestran en los dibujos y se explican con más detalle a continuación. En ellos:

Fig. 1 muestra un esquema de la estructura básica de una unidad de ósmosis inversa,

Fig. 2 muestra un croquis de una unidad de filtrado,

Fig. 3 muestra un esquema del rebosadero de la unidad de ósmosis inversa.

Descripción de los ejemplos de realización

La Fig. 1 muestra un esquema de la estructura básica de un equipo de ósmosis inversa 1, que puede utilizarse preferentemente bajo el agua, en donde la Fig. 1 se reduce a bloques funcionales, que se describen con más detalle a continuación. La unidad de ósmosis inversa 1, de la que se puede prescindir cuando se trata de agua dulce, está situada en el centro entre dos unidades de filtrado 2 (módulos de filtrado), que están montadas con bridas en imagen especular a ambos lados de la unidad de ósmosis inversa 1.

El agua 3 que se va a purificar (agua salada, agua dulce, agua salobre) o el agua ya filtrada (prepurificada) por otro filtro fluye a través de una unidad de filtrado 2 en la dirección del flujo y se utiliza para producir agua filtrada, que se presiona y/o aspira a través de la membrana o membranas de ósmosis a alta presión por medio de al menos una bomba (por ejemplo, una bomba de alta presión), de modo que el agua filtrada pueda separarse en agua concentrada 4 y agua ultrapura 5. En esta dirección de flujo, la unidad de filtrado 2 contra la que se fluye purifica así el agua 3 que se va a purificar o el agua que ya ha sido filtrada (prepurificada) por otro filtro, preferentemente en varias etapas, hasta un grado de pureza que permite la ósmosis inversa. El agua 3 a purificar, el agua filtrada, el agua ultrapura 5 y/o el agua concentrada 4 fluyen en sentido inverso a través de la unidad de filtrado 2 en espejo, que está dispuesta a continuación de la unidad de ósmosis inversa 1 en el sentido de la corriente, es decir, preferentemente desde el filtro más fino al más grueso de una unidad de filtrado 2, y se depuran de este modo. En esta disposición, la inversión del flujo hace que una unidad de filtrado 2 se cargue filtrando el agua 3 que se va a limpiar y que una unidad de filtrado 2 se aclare. Esto debería aumentar significativamente la vida útil del filtro entre dos intervalos de mantenimiento en comparación con el funcionamiento con una sola unidad de filtro 2. La disposición geométrica o la capacidad de las tres unidades en un dispositivo funcional no está definida por el boceto de principio. La capacidad de un sistema está determinada por el funcionamiento en paralelo de módulos similares. El diseño simétrico de las unidades de filtrado 2 es, por lo tanto, una alternativa al estado de la técnica, ya que permite invertir la dirección del flujo en la unidad de ósmosis inversa 1. Por lo tanto, es posible embridar una unidad de filtrado 2 simétricamente a ambos extremos de la unidad de ósmosis inversa 1. Durante el funcionamiento, la unidad de filtrado 2 limpiará el agua de mar y la alimentará a la unidad de ósmosis inversa 1 en un estado purificado. La unidad de filtrado 2, que está dispuesta simétricamente, es impulsada hacia atrás, por ejemplo por la salmuera enriquecida de la unidad de ósmosis inversa 1, y vuelve a enjuagar los filtros. Esto debería aumentar drásticamente la vida útil de las unidades de filtrado 2.

La inversión de los números de referencia 3 y 4 indica la inversión del flujo.

La Fig. 2 muestra un esquema de la unidad de filtrado 2. La unidad de filtrado 2 se compone preferentemente de al menos tres módulos de filtrado en la dirección del flujo. El filtro grueso 6 podría ser, por ejemplo, un filtro de arena (por ejemplo, un filtro de sedimentos), que elimina las impurezas macroscópicas o las partículas gruesas del agua 3 que se va a limpiar. El segundo módulo, el filtro fino 7, elimina partículas con diámetros de hasta unos 50 micrómetros. Por último, el filtro absoluto 8 está formado por perlas de vidrio inertes hechas, por ejemplo, de rubí y/o cuarzo con un diámetro específico (por ejemplo, 127 mm) y puede filtrar de forma fiable partículas de suciedad con un diámetro de hasta aproximadamente 0,2 micrómetros.

El agua 10 filtrada por los módulos filtrantes se bombea a la unidad de ósmosis inversa mediante una bomba 11 de presión variable para igualar la presión hidrostática ambiental a la presión necesaria para fluir alrededor de la membrana de ósmosis.

Invirtiendo la dirección del flujo dentro de los módulos filtrantes en la dirección de flujo 12, los módulos filtrantes cargados con material filtrado pueden limpiarse mediante aclarado libre.

Preferentemente, una membrana de ósmosis podría basarse en grafeno, es decir, capas de carbono que, aunque sólo tienen un átomo de grosor, son extremadamente duras y tienen una excelente conductividad. El óxido de grafeno, un derivado químico que puede producirse por oxidación, podría utilizarse para la producción rentable y sencilla de la membrana de ósmosis. El óxido de grafeno se aplica como solución a un sustrato o material poroso, por ejemplo, creando una fina membrana. La capa dura de grafeno tiene agujeros tan pequeños (diámetro de poro de, por ejemplo, 1 nanómetro) que solo puede pasar el agua, pero no la sal. Para evitar que la membrana de óxido de grafeno se hinche debido al contacto con el agua, lo que permitiría el paso de sales más pequeñas a través de los poros, es concebible que se puedan colocar paredes finísimas de, por ejemplo, resina epoxi a ambos lados de la membrana para evitar el hinchamiento.

La Fig. 3 muestra un esquema del rebosadero en la unidad de ósmosis inversa 1. La ósmosis inversa tiene lugar en membranas cuya cara exterior está expuesta al agua 10 filtrada. El interior, en cambio, está en principio casi herméticamente cerrado. Pero solo casi, ya que el exterior y el interior están conectados por canales extremadamente finos que dejan pasar las moléculas de agua pero retienen los iones salinos, por ejemplo.

Esta difusión de las moléculas de agua del exterior al interior requiere una diferencia de presión considerable, del orden de 55 a 80 bares. El proceso de ósmosis inversa solo puede tener lugar si existe un flujo turbulento en el exterior de la membrana. De lo contrario, los poros que permiten la ósmosis inversa se obstruirán inmediatamente. Como la velocidad de separación del agua ultrapura 5 (agua dulce) es baja en comparación con el flujo másico que desborda, se utiliza también una bomba de circulación de baja presión 13 (bomba de baja presión), que se utiliza para el desbordamiento turbulento de la superficie exterior de la membrana de ósmosis inversa 6. El caudal másico que fluye sobre la membrana de ósmosis inversa 14 es un múltiplo, estimado en un factor de 30 a 50, del agua ultrapura purificada 5 suministrada. El agua ultrapura 5 separada (agua dulce) se extrae mediante una bomba de alta presión 15 (requisito de presión de hasta 80 bares) y se bombea a la superficie. El agua concentrada 4 sale de la unidad de ósmosis inversa 1 y se libera al medio ambiente, por ejemplo, al mar.

La membrana de ósmosis 14 de la unidad de ósmosis inversa 1 está rodeada por un depósito presurizado, en cuyo interior hay preferentemente una presión de 80 bares debido a la presión del agua que rodea el depósito presurizado o la bomba 11. Si la profundidad del agua es suficiente, la bomba 11 no es necesaria. Por lo tanto, la bomba 11 se utiliza si la presión del agua no es de 80 bar para compensar la diferencia que falta. La bomba 11 es absolutamente necesaria si el depósito presurizado debe funcionar en tierra o en el agua. El agua concentrada 4 sale de la unidad de ósmosis inversa 1 a través de una válvula (válvula limitadora de presión), que se abre a una presión de 77 bar, por ejemplo. El agua ultrapura 5 tiene una presión muy baja cuando sale de la unidad de ósmosis inversa 1, que eventualmente es de 0 bar. La conductividad eléctrica del agua ultrapura 5 se utiliza preferentemente para controlar la descarga de agua dulce de la unidad de ósmosis inversa 1, ya que la conductividad eléctrica es un indicador de la pureza del agua, de modo que una conductividad eléctrica baja indica un alto grado de pureza y una conductividad eléctrica más alta indica un menor grado de pureza.

Dependiendo del grado de contaminación y del contenido en sales del agua que se va a purificar, se puede prescindir, en caso necesario, de la unidad de ósmosis inversa 1, que puede funcionar en tierra, en el agua o bajo el agua, de modo que ya se puede disponer de agua ultrapura 5 mediante tratamiento por filtración de perlas de gas y/o utilizando la unidad de filtrado 2, que también puede disponer de un módulo de luz ultravioleta y/o un módulo de microplásticos y/o una centrifugadora para purificar el agua.

Lista de números de referencia

1 Unidad de ósmosis inversa

2 Unidad de filtrado

3 Agua por purificar

4 Agua concentrada

5 Agua ultrapura

6 Filtro grueso

7 Filtro fino

8 Filtro absoluto

9 Filtro de hoja

10 Agua filtrada

11 Bomba

12 Sentido de la corriente

13 Bomba de baja presión

14 Membrana de ósmosis, membrana de ósmosis inversa

15 Bomba de alta presión

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el tratamiento de agua por purificar (3), a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desalinizar agua por purificar (3), con al menos dos unidades de filtrado (2) y una unidad de ósmosis inversa (1), en donde la unidad de ósmosis inversa (1) está situada centralmente entre las dos unidades de filtrado (2), y las unidades de filtrado están montadas con bridas en imagen especular a ambos lados de la unidad de ósmosis inversa (1), en donde una primera unidad de filtrado (2), que sirve para producir agua filtrada (10), es atravesada en el sentido de la corriente por el agua (3) a purificar o por el agua (10) filtrada por otro filtro, en donde el agua filtrada puede separarse en agua concentrada (4) y agua ultrapura (5) por medio de la unidad de ósmosis inversa (1),

caracterizado porque

el agua concentrada (4) fluye en sentido inverso a través de la segunda unidad de filtrado (2), dispuesta en imagen especular aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa (1), pudiendo invertirse el sentido de la corriente en la unidad de ósmosis inversa (1) y en las unidades de filtrado (2), de forma que la segunda unidad de filtrado (2') se carga filtrando el agua por purificar (3) y la primera unidad de filtrado (2) se enjuaga.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14), en donde el agua (10) filtrada por la unidad de filtrado (2) es presionada y/o aspirada a través de la membrana de ósmosis (14) o de las membranas de ósmosis (14) a alta presión mediante al menos una bomba (11), de manera que el agua filtrada (10) puede separarse en agua ultrapura (5) y agua concentrada (4).

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2,

caracterizado porque

la segunda unidad de filtrado (2), dispuesta en imagen especular y aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa (1) en el sentido de la corriente, es atravesada en sentido inverso con agua por purificar (3), agua filtrada (10) y/o agua ultrapura (5) además del agua concentrada (4).

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y la al menos una membrana de ósmosis (14) está rodeada por un depósito a presión (24).

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta una bomba (13) para generar un flujo turbulento en la membrana de ósmosis (14).

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y el agua por purificar (3) en al menos una membrana de ósmosis (14) y/o el agua (10) filtrada por al menos un filtro se aplica a una presión superior a 50 bar, en particular superior a 80 bar.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6,

caracterizado porque

el agua por purificar (3) y/o el agua (10) filtrada por al menos un filtro se aplica a la presión requerida mediante una bomba (11).

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

una unidad de filtrado (2) consta de al menos un filtro grueso (6), al menos un filtro fino (7), al menos un filtro absoluto (8) y/o al menos un filtro de carbón activado (20).

9. Procedimiento para el tratamiento de agua por purificar (3), a saber, agua dulce, agua salada o agua salobre, en particular para desalinizar agua por purificar (3), con al menos dos unidades de filtrado (2) y una unidad de ósmosis inversa (1), en donde la unidad de ósmosis inversa (1) está situada centralmente entre las dos unidades de filtrado (2), y las unidades de filtrado están montadas con bridas en imagen especular a ambos lados de la unidad de ósmosis inversa (1), en donde una primera unidad de filtrado (2), que sirve para producir agua filtrada (10), es atravesada en el sentido de la corriente por el agua (3) a purificar o por el agua (10) filtrada por otro filtro, en donde el agua filtrada puede separarse en agua concentrada y agua ultrapura (5) por medio de la unidad de ósmosis inversa (1),

caracterizado porque

el agua concentrada (4) fluye en sentido inverso a través de la segunda unidad de filtrado (2), dispuesta en imagen especular aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa (1), pudiendo invertirse el sentido de la corriente en la unidad de ósmosis inversa (1) y en las unidades de filtrado, de forma que la segunda unidad de filtrado (2') se carga filtrando el agua por purificar (3) y la primera unidad de filtrado (2) se enjuaga.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9,

caracterizado porque

en al menos una unidad de ósmosis inversa (1), que presenta al menos una membrana de ósmosis (14), el agua (10) filtrada por la unidad de filtrado (2) es presionada y/o aspirada a través de la membrana de ósmosis (14) o las membranas de ósmosis (14) a alta presión por medio de al menos una bomba (11), de manera que el agua filtrada (10) se separa en agua ultrapura (5) y agua concentrada (4).

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10,

caracterizado porque

la segunda unidad de filtrado (2), dispuesta en imagen especular y aguas abajo de la unidad de ósmosis inversa (1) en el sentido de la corriente, es atravesada en sentido inverso con agua por purificar (3), agua filtrada (10) y/o agua ultrapura (5) además del agua concentrada (4).

12. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y se genera un flujo turbulento en la membrana de ósmosis (14) de la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) mediante una bomba (13).

13. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,

caracterizado porque

la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y el agua por purificar (3) y/o el agua (10) filtrada por otro filtro se aplica a una membrana de ósmosis (14) a una presión superior a 50 bar, en particular superior a 80 bar.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13,

caracterizado porque

el agua por purificar (3) y/o el agua (10) filtrada por otro filtro se aplica a la presión requerida por medio de una bomba (11) o la al menos una unidad de ósmosis inversa (1) presenta al menos una membrana de ósmosis (14) y la membrana de ósmosis (14) está dispuesta a tal profundidad en el agua o en el mar que la presión del agua allí presente es suficiente para que la atraviese.

15. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14,

caracterizado porque

se utiliza una unidad de filtrado (2), que consta de al menos un filtro grueso (6), al menos un filtro fino (7), al menos un filtro absoluto (8) y/o al menos un filtro de carbón activado (20).