MX2012010665A - Metodo para producir agua fresca. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para producir agua fresca que obtiene agua fresca por suministrar agua sin purificar a una unidad de membrana semipermeable. El método para producir agua fresca suministra una mezcla de agua sin purificar y agua con diferentes concentraciones de solutos en esta agua sin purificar de acuerdo a la velocidad de flujo de agua fresca de la unidad de membrana semipermeable y/o cambia en la presión de operación de la unidad de membrana semipermeable.

Description

METODO PARA PRODUCIR AGUA FRESCA Campo de la Invención La presente invención se relaciona a un método para producir agua fresca y un aparato para producir agua fresca, usando una membrana semipermeable para producir agua fresca a partir de varios tipos de agua sin purificar, como una combinación de agua de mar y agua de río, agua subterránea o de desecho tratada. Con más detalle, se relaciona a un método para producir agua fresca y un aparato para producir agua fresca, usando una membrana semipermeable, capaces de ahorrar en costo de instalación y costo de operación, en un aparato para producir agua fresca, que produce agua fresca a partir de varios tipos de agua sin purificar.

Antecedentes de la Invención Con el deterioro de agua ambiental que está creciendo recientemente en un problema serio, llega a ser más importante que nunca tecnología de tratamiento de agua, y la tecnología de tratamiento de agua que utiliza una membrana de separación es ocupada muy .ampliamente. En el Medio Oriente en el cual la fuente de agua es extremadamente pobre y la fuente térmica por petróleo es muy rica, el método de desalinación térmico ha sido convencional y principalmente puesto en uso práctico como tecnología de tratamiento de agua de desalinación de agua de mar. Sin embargo, en área diferente ef.:234299 al Medio Oriente, en el cual la fuente térmica no es rica, se emplea el proceso de desalinación usando una membrana semipermeable (particularmente membrana de osmosis inversa) teniendo poca energía necesaria, y muchas plantas son construidas y operadas prácticamente en las Islas del Océano Caribeño y el área mediterránea.

Particularmente, en años recientes, está llegando a ser aplicada tecnología para recuperar energía en alta eficiencia a partir de drenaje concentrado que tiene energía de presión generada en desalinación, y adicionalmente, llega a ser posible producir agua fresca a partir de agua de mar por tecnología de recuperación de energía.

Las instalaciones de desalinación que usan membranas de osmosis inversa tienen un objeto para obtener constantemente una cantidad generalmente necesaria de agua como producto. Por lo tanto, se realiza la operación en la cual se controla el número de operación de una unidad de membrana semipermeable y presión de operación de una unidad de membrana semipermeable de acuerdo a una concentración y una temperatura de agua sin purificar. Específicamente, en el caso que una concentración de agua sin purificar se incrementa, se incrementa la presión de operación para compensar el incremento de presión osmótica, y en el caso que la temperatura de agua sin purificar es incrementada, ya que la permeabilidad de agua de una membrana semipermeable es incrementada, la presión de operación se reduce, por lo mismo manteniendo una cantidad dada de agua producto.

Adicionalmente, en el caso donde la cantidad de agua producto es tratada para mantener como anteriormente, fluctúa la calidad de agua producto. Por ejemplo, en el caso donde la temperatura de agua sin purificar se incrementa y la presión de operación se reduce, la calidad de agua empeora bastante. Adicionalmente, en el caso de recuperar energía a partir del drenaje concentrado, el intervalo de presión apropiado de un aparato de recuperación de energía es restringido, y hay un problema que en el caso donde la presión se desvía del punto de presión designado por fluctuación de presión de operación, la eficiencia de recuperación de energía es disminuida.

En vista de lo anterior, para mantener la calidad de agua producto y la presión de operación en un cierto intervalo, el documento de patente l propone un método en el cual ya que la permeabilidad de agua de una membrana semipermeable aumenta en el caso que se incrementa la temperatura de agua sin purificar, el número de operación de una unidad de membrana semipermeable es reducida para mantener la presión de operación, y el método es puesto en uso práctico. Sin embargo, el método tiene el problema que cuando el número de operación es reducido, aumenta la carga por área de membrana semipermeable, llevando a provocar fácilmente el daño a la membrana. Como un método para solucionar el problema, el documento 2 de patente propone un método en el cual se mezcla el agua sin purificar con agua sin purificar de alta temperatura separada en un condensador de una planta de energía a partir de la misma agua sin purificar para mantener una constante de temperatura.

Por otra parte, la producción de agua fresca por una membrana semipermeable usando agua de mar como agua sin purificar es excelente en energía como se compara con un método de desalinación térmico. Sin embargo, ya que la producción es un proceso de presión alta debido a la alta presión osmótica de agua de mar, la energía requerida es grande como se compara con el proceso de purificación de agua usando agua de río como agua sin purificar. Por esta razón, se ha puesto recientemente en práctica las instalaciones de producción de agua fresca que purifican' tratan agua residual y agua de desecho, y recuperan agua tratada con una membrana semipermeable (Documento 1 no patente) . Adicionalmente, se propone un sistema de reducción de costo de energía por usar agua de mar y agua de río juntas (documento 2 no patente) o usando agua de mar y agua residual y agua de desecho juntas (documento 3 no patente) .

Documentos de la Técnica Anterior Documento de patente Documento 1 de patente: JP-A-2001-239134 Documento 2 de Patente: JP-UM-A- -137795 Documento no patente Documento 1 no patente: A. J. Van Gottberg et al., "World's Largest Membrane-based Water Reuse Project", Proc . IDA World Congress, Bahama, 2003.

Documento 2 no patente: J. S.S Chin et al., "Increasing Water Resources through Desalination in Singapore: Planning for Sustainable Futur" , Proc. IDA World Congress, Dubai, 2009.

Documento 3 no patente: "Kobelco Eco-Solutions Co., Ltd, and other three companies, model proyect of Ministry of Economy, Trade and Industry, demonstration triáis i Shunan-shi" (en línea), Marzo 5 de 2009, Nippon Suido Shinbun Co., (búsqueda el 2 de julio, 2009) , internet <URL: http : //www. suido-gesuido.co. jp/blog/suido/2009/03/post_2780.html> Sumario de la Invención Problemas a resolver por la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir agua fresca a bajo costo, en el cual en el método para producir agua fresca se usa una membrana semipermeable, que mezcla y reutiliza varios tipos de aguas sin purificar, puede ser mantenida la cantidad de agua producto estabilizada y calidad de agua producto mientras se reduce el costo -de instalación, particularmente especificaciones requeridas para una alta bomba de presión de una membrana semipermeable y una unidad de recuperación de energía de concentrado por suprimir un pequeño intervalo de control de operación.

Medios para Solucionar los Problemas Con el fin de solucionar el problema mencionado anterior, la presente invención se relaciona a las siguientes modalidades 1 a 7. (1) Un método para producir agua fresca, el método que incluye alimentar agua sin purificar a una membrana semipermeable para obtener agua fresca. en el cual se alimenta agua que tiene una concentración de soluto diferente de aquella del agua sin purificar y se mezcla con el agua sin purificar de acuerdo a cambios de una velocidad de flujo de agua fresca de la unidad de membrana semipermeable y/o presión de operación de la unidad de membrana semipermeable. (2) Un método para producir agua fresca, el método que incluye mezclar por lo menos dos tipos de agua sin purificar que tiene diferentes concentraciones de soluto, seguido por alimentar a una unidad de membrana semipermeable, por lo mismo obteniendo agua fresca, en el cual una proporción de mezclado de por lo menos dos tipos de agua sin purificar es controlada de acuerdo a cambios de una velocidad de flujo de agua fresca obtenida con la unidad de membrana semipermeable y/o presión de operación de la unidad de membrana semipermeable . (3) El método para producir agua fresca de acuerdo a (2), en el cual la proporción de mezclado de los por lo menos dos tipos de aguas sin purificar es controlada de tal forma que la velocidad de flujo del agua fresca de la unidad de membrana semipermeable y la presión de operación de la unidad de membrana semipermeable es mantenida dentro de un intervalo dado . (4) El método para producir agua fresca de acuerdo a (2) ó (3) , en el cual, entre los por lo menos dos tipos de aguas sin purificar, por lo menos un tipo de las mismas es agua de mar, agua de río, agua subterránea, agua residual, agua de desecho o aguas tratadas de las mismas. (5) El método para producir agua fresca de acuerdo a (4) , en el cual el agua tratada es un filtrado o un concentrado. (6) El método para producir agua fresca de acuerdo a cualquiera de (1) a (5) , en el cual la energía de presión de un concentrado de la membrana semipermeable es recuperada usando un aparato de recuperación de energía del tipo de turbina o del tipo de bomba inversa.

Ventaja de la Invención De acuerdo a la presente invención, en el método para producir agua fresca usando una membrana semipermeable en el cual varios tipos de agua sin purificar son mezcladas y utilizadas, el agua sin purificar y agua que tiene una concentración diferente son mezcladas de acuerda a una temperatura y una concentración de agua sin purificar, y la proporción de mezclado es cambiada, donde la variación de carga de presión a una alimentación de bomba de presión alta a una unidad de membrana semipermeable es suprimida, y adicionalmente, la eficiencia de recuperación de energía puede ser mantenida alta, el costo de instalación puede ser reducido y puede ser producida agua fresca con pequeña energía.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es un diagrama de flujo esquemático que muestra una modalidad del método para producir agua fresca de acuerdo a la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama de flujo esquemático que muestra otra modalidad del método para producir agua fresca de acuerdo a la presente invención.

La Figura 3 es un diagrama de flujo esquemático que muestra otra modalidad del método adicional para producir agua fresca de acuerdo a la presente invención.

La Figura 4 es un diagrama de flujo esquemático que además muestra otra modalidad del método para producir agua fresca de acuerdo a la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Las modalidades deseables de la presente invención son descritas posteriormente con referencia a las figuras. Sin embargo, debe ser entendido que el alcance de la presente invención no está limitada a aquellas.

Un ejemplo de un aparato para producir agua fresca aplicable a la presente invención es mostrado en la Figura 1. El aparato para producir agua fresca mostrado en la Figura 1 tiene una linea que puede mezclar y alimentar segunda agua sin purificar Ib a la primera agua sin purificar la, y el agua sin purificar Ib puede ser mezclada con el agua sin purificar la como sea necesario. La mezcla resultante es entonces enviada a una unidad de pretratamiento 4 por una bomba de alimentación de agua sin purificar 3 a través de un tanque de agua sin purificar 2. El agua pretratada es una vez almacenada en un tanque intermediario 6, y se obtiene el agua fresca a través de una unidad de membrana semipermeable 8 por una bomba de alta presión 7. El agua fresca obtenida es almacenada en un tanque de agua fresca 10. Por otra parte, un concentrado de la unidad de membrana semipermeable 8 es recuperado por energía por una unidad de recuperación de energía 9, y entonces descargado como un drenaje concentrado 11 fuera del sistema. Se proporcionan una válvula 5a y una válvula 5b para controlar la velocidad de flujo de la primera agua sin purificar la y la segunda agua residual Ib, respectivamente.

La aplicación de la presente invención por el aparato para producir agua fresca mostrada en la Figura 1 es descrita posteriormente .

La primer agua sin purificar la y la segunda agua sin purificar Ib tienen diferentes concentraciones y se ajusta una concentración después del mezclado por su proporción de mezclado. La proporción de mezclado puede fluctuar de 0 a 100% dependiendo de la concentración y temperatura. Es decir, el agua sin purificar la y el agua sin purificar Ib son generalmente alimentadas solas, y aquellas aguas sin purificar pueden ser mezcladas solamente cuando sea necesario. El agua sin purificar mezclada es pasada a través de un pre- tratamiento, y entonces separada en agua fresca y un concentrado por una unidad de membrana semipermeable . La calidad y cantidad de agua obtenida como agua fresca por pasar a través de la unidad de membrana semipermeable 8 varía dependiendo de la temperatura y una concentración de agua alimentada por membrana semipermeable (agua pretratada de agua sin purificar mezclada) . La permeación de un solvente (agua) y un soluto en la membrana semipermeable es generalmente expresada por las siguientes ecuaciones.

Jv=Lp(AP-n (Cm)) ) Js=P(Cm-Cp) (Cm-Cp)/(Cf-Cp)=exp Cp=Js/Jv (4) ??=a??, a5?µ25/µ (5) ?=($??25?µ25/µ?(273.15+T)/(298.15) (6) Cf : Concentración de agua de alimentación a la membrana semipermeable (mg/1) Cm: Concentración en superficie de membrana de agua de alimentación a la membrana semipermeable (mg/ml) Cp: Concentración de permeado (mg/1) Js: Flujo de permeación de soluto (kg/m2/s) Jv: Flujo de permeación de agua (m3/m2/s) k: coeficiente de transferencia de masa (m/s) Lp: coeficiente de permeabilidad de agua pura (m3/m2/Pa/s) LP2S : Coeficiente de permeabilidad de soluto en 25°C (m3/m2/Pa/s) P: Coeficiente de permeabilidad de soluto [m/s] P25: Coeficiente de permeabilidad de soluto a 25°C [m3/m/Pa5] T: Temperatura (°C) a: Coeficiente de variación por condiciones de operación (-) ß: Coeficiente de variación por condiciones de operación (-) ??: presión de operación (Pa) µ: Viscosidad (Pa.s) µ25: Viscosidad en 25°C (Pa.s) p: Presión osmótica (Pa) En la fórmula (1) , la presión osmótica p es incrementada con incrementar una concentración Cm en superficie de membrana de agua de alimentación a la membrana semipermeable. Por ejemplo, en el caso de una substancia no iónica, la presión osmótica puede ser lógicamente calculada por n=C /MvrxRx (273.15+T) (en la cual Mw es un peso molecular, y R es una constante de gas) . Adicionalmente , la viscosidad µ de agua es incrementada con disminuir la temperatura. El coeficiente de permeabilidad de agua pura Lp disminuye por aquellos, y el flujo de permeación Jv de agua disminuye. Cuando la concentración Cf del agua de alimentación a la membrana semipermeable incrementa y adicionalmente, la temperatura se incrementa, el flujo de permeación Js de un soluto se incrementa y se deteriora la calidad de agua (concentración de agua de permeación) Cp de agua de producto.

Para manejar estos problemas, la presión de operación ?? ha sido convencionalmente elevada cuando la concentración Cf de agua de alimentación a la membrana semipermeable se incrementa y la temperatura de agua se incrementa. Para esto, aumenta Jv y disminuye Cp. Por otra, parte, cuando la concentración Cf de agua de alimentación a la membrana semipermeable se incrementa y la temperatura de agua se incrementa, la presión de operación ?? es reducida.

El método de operación de la presente invención está caracterizado porque la presión de operación ?? no es cambiada básicamente, y la concentración Cf del agua de alimentación a la membrana semipermeable es cambiada por cambiar la proporción de mezclado de agua sin purificar. Es decir, cuando la temperatura de agua sin purificar disminuye, la proporción de mezclado de agua sin purificar es cambiada para así reducir la concentración Cf de agua de alimentación a la membrana semipermeable, y la presión osmótica p se reduce para compensar disminución en permeabilidad debido a incremento en viscosidad provocado por disminución en temperatura con incremento en presión efectiva (??-p) por reducción de la presión osmótica p, por lo mismo manteniendo la presión de operación ?? constante y manteniendo la cantidad de agua producto constante.

Adicionalmente, el concentrado de la unidad de membrana semipermeable tiene alta energía de presión a tal grado que la pérdida de presión de flujo (general y aproximadamente 0.1 a 0.5 MPa) disminuye de la presión de operación ?? en la unidad, y cercana a ??. Sin embargo, un aparato para recuperar energía de presión a partir de esto no tiene por tanto amplio intervalo de presión de alta eficiencia. Por ejemplo, a pesar de que la eficiencia de recuperación es 80% en 5 MPa, cuando la presión es 3 MPa, la eficiencia de recuperación disminuye a 50%. Por esta razón, la tecnología de aplicación de presión a un lado de permeacion de una unidad de membrana semipermeable para mantener presión en un lado de alimentación de agua alto, por lo mismo incrementando eficiencia de recuperación de energía es propuesta como se describe en JP-A-2001-46842. Sin embargo, un cierto grado de pérdida de energía es inevitable en el momento de aplicar presión a un lado de permeacion, y la tecnología lleva al problema que la resistencia de presión es requerida en el lado de permeacion. Por aplicar la presente invención, la fluctuación de presión de recuperación de energía llega a ser pequeña, y puede ser realizada eficiencia de recuperación de energía alta estabilizada constantemente .

Aplicar la presente invención puede estrechar puntos de presión designados de una bomba de presión alta y una unidad de recuperación de energía que ocupa una porción muy grande en costo de instalación, y adicionalmente, hace innecesario usar un invertidor que es un sistema de control de presión de una bomba de alta presión. Esto hace posible reducir bastante el costo de la instalación.

Para aplicar la presente invención, la primera agua sin purificar y la segunda agua sin purificar no son particularmente limitadas siempre y cuando difiera una concentración que afecta la presión osmótica. Por ejemplo, el agua de mar y agua de mar concentrada, cada una tiene alta concentración, agua de río, agua subterránea, agua residual, agua de desecho, o sus aguas tratadas, cada una que tiene una concentración menor que aquella del agua de mar, y aguas tratadas de aquellas que pueden ser usadas. Ejemplos del agua tratada incluyen un filtrado y un concentrado. Como se muestra en la Figura 3, cuando se usa drenaje concentrado formado en la unidad de membrana semipermeable 8b como una de las aguas sin purificar, el drenaje concentrado generalmente descargado fuera del sistema puede ser utilizado efectivamente, y esto es efectivo. En este caso, el drenaje concentrado puede ser agua sin purificar concentrada alta y puede ser agua sin purificar concentrada baja. Sin embargo, en cada caso, la diferencia de temperatura es preferentemente grande desde el punto de vista de disminuir la fluctuación de presión que es la esencia de la presente invención.

Específicamente, por ejemplo, el cambio de temperatura de agua de mar en el mar alrededor de Japón es alrededor de 10 a 30°C, y la viscosidad en invierno (10°C) es aproximadamente 1.6 veces que en verano (30°C) . Aunque dependiendo de las características de una membrana semipermeable y condiciones de operación, en el caso que no ocurra cambio en características en la membrana semipermeable, es posible operar en una presión efectiva (presión de operación- presión osmótica) de 5 bares en verano, 8 bares o más de la presión efectiva son requeridas con el fin de obtener la misma cantidad de agua de producción en invierno. Aquí, si la presión osmótica se reduce para compensar los 3 bares incrementados, puede ser suprimida la fluctuación de presión de operación. Específicamente, por ejemplo, si solamente agua de mar que tiene concentración TDC (sólidos disueltos totales) de 3.5% (presión osmótica: aproximadamente 28 bares) se usa como primera agua sin purificar en verano y agua de río que tiene concentración TDS de 0.2% en peso es mezclada en una cantidad de aproximadamente 10% como segunda agua sin purificar en invierno, se reduce la presión osmótica a aproximadamente 25 bares, y puede ser compensado el incremento de 3 bares en invierno .

Adicionalmente , se prefiere que la temperatura de la segunda agua sin purificar difiera de aquella de la primera agua sin purificar, y aquellas aguas sin purificar son mezcladas como para relajar el cambio de temperatura. Es decir, por ejemplo, agua de enfriamiento de una planta de energía y agua residual y aguas de desecho que han sido sometidas a tratamiento biológico tienen una temperatura incrementada por el tratamiento biológico. Por lo tanto, cuando aquellas aguas son mezcladas como la segunda agua sin purificar en lugar de agua de río, se compensa la disminución de temperatura en invierno, y puede ser reducida la proporción de mezclado. Por otra parte, a partir del punto de vista de suprimir incremento de temperatura en verano, cuando se usa agua de mar como la primera agua sin purificar y agua subterránea o agua del subsuelo como la segunda agua sin purificar, puede ser suprimido el incremento de temperatura .

Como se describe anteriormente, por aplicar la presente invención, puede ser hecha constante la presión de operación de una unidad de membrana semipermeable y la fluctuación de carga a una bomba de presión alta puede ser suprimida, y adicionalmente, la resistencia de presión a incrementarse y similares puede ser suprimido.

En el caso de recuperar energía de presión a partir de drenaje concentrado de una unidad de membrana semipermeable usando un aparato de recuperación de energía como se describe anteriormente, puede ser operado la presión del aparato de recuperación de energía bajo la presión óptima designada o sucesivamente, y esto puede contribuir a ahorrar energía.

El aparato de recuperación de energía aplicado en la presente no es particularmente limitado, y el tipo de bomba inverso, tipo de turbina, tipo de cargador turbo, tipo de intercambio de presión y similares puede ser usado. Cuando se usan una bomba inversa que tiene intervalo de presión óptima estrecha y un aparato de recuperación de energía del tipo rueda Pelto, la presente invención es particularmente efectiva.

La unidad de membrana semipermeable aplicable a la presente invención no es particularmente restringida, pero para facilitar el manejo, se usa preferentemente una unidad producida por poner el tipo de membrana de fibra hueca o membrana semipermeable tipo de membrana plana en un caso para preparar un elemento de separación de fluido y montar el elemento en un recipiente de presión. En el caso de formar una membrana semipermeable tipo de membrana plana, el elemento de separación de fluido es generalmente uno en el cual una membrana semipermeable es enrollada espiralmente alrededor de una tubería central cilindrica que tiene muchos agujeros perforados, junto con un material de paso de flujo (neto) , y ejemplos del producto comercialmente disponible de los mismos incluyen elementos de membrana de osmosis inversa Serie TM700 y Serie T 800, fabricados por Toray Industries, Inc. Adicionalmente , un elemento de separación de fluido puede constituir la unidad de membrana semipermeable, o una pluralidad de elementos de separación de fluido pueden ser conectados en serie o en paralelo para constituir una unidad de membrana semipermeable.

Los materiales de polímero como polímero de acetato de celulosa, poliamida, poliéster, poliimida un polímero de vinilo pueden ser usados como el material de la membrana semipermeable. La estructura de membrana puede ser una membrana asimétrica que tiene una capa densa en por lo menos una superficie de la membrana y que tiene microporos que tienen un tamaño de poro grande gradualmente hacia el lado interno de la membrana a partir de la capa densa o hacia otra superficie, y puede ser una membrana compuesta que comprende la membrana asimétrica y capa funcional muy delgada formada por otro material en la capa densa de la membrana asimétrica.

En la unidad de membrana semipermeable, se concentra el agua de alimentación. Por lo tanto, un inhibidor de escala, un ácido y un álcali pueden ser agregados al agua de alimentación de las unidades de membrana semipermeables respectivas con el fin de evitar la precipitación a escala por concentración y para ajustar el pH. La adición del inhibidor de escala es preferentemente realizado en un lado corriente arriba que el ajuste de pH con el fin de ejercer el efecto de adición. Adicionalmente , es preferido que justo después de la adición de los químicos, sea proporcionado un mezclador en línea y una puerta de adición es directamente contactada con flujo de agua de alimentación, por lo mismo evitando el cambio rápido de concentración y cambio de pH cercano a la puerta de adición.

El inhibidor de escala es un material que forma un complejo junto con un metal, iones metálicos y similares en una solución y solubiliza un metal o una sal de metal, y pueden ser usados polímeros o monómeros orgánicos e inorgánicos. Los polímeros sintéticos como ácido poliacrílico, poliestireno sulfonado, poliacrilamida y polialilamina, y polímeros naturales como carboximetilcelulosa, quitosan y ácido algínico pueden ser usados como los polímeros orgánicos. El ácido etilendiamintetraacético y similares pueden ser usados como los monómeros. Adicionalmente, el polifosfato y similares pueden ser usados como los inhibidores de escala inorgánico. De aquellos inhibidores de escala, polifosfato y ácido etilendiamintetraacético (EDTA por sus siglas en inglés) son particular y preferentemente usados desde los puntos de vista de fácil disponibilidad, fácil operación como solubilidad y costo. El polifosfato significa un material del tipo ácido fosfórico inorgánico polimerizado que tiene dos o más átomos de fósforo en la molécula y enlazados por un metal alcalino, un metal alcalino térreo, un átomo de fosfato y similares, como se representa por hexametafosfato de sodio. Ejemplos representativos del polifosfato incluyen pirofosfato de tetrasodio, pirofosfato disódico, tripolifosfato sódico, tetrapolifosfato sódico, heptapolifosfato sódico, decapolifosfato sódico, metafosfato sódico, hexametafosfato de sodio y sus sales de potasio.

Por otra parte, ácido sulfúrico, hidróxido de sodio e hidróxido de calcio son usados generalmente como el ácido y el álcali. Adicionalmente, ácido clorhídrico, ácido oxálico, hidróxido de potasio, bicarbonato de sodio, hidróxido de amonio y similares pueden ser usados. Sin embargo, con el fin de evitar el incremento de un componente a escala en agua de mar, no son usados preferentemente calcio y magnesio.

En la presente invención, una unidad de tratamiento en la cual la remoción de substancia suspendida y esterilización son realizados de acuerdo a la calidad y similares de las aguas de alimentación respectivas puede ser aplicada como la unidad de pretratamiento 4 del agua de alimentación antes de alimentar a la unidad de membrana semipermeable 8.

Por ejemplo, aplicación de filtración de arena, membrana de microfiltración y membrana de ultrafiltración es efectiva como la unidad de pretratamiento 4 en el caso que la substancia suspendida en el agua de alimentación debe ser removida. En este caso, si muchos de los microorganismos como bacteria y algas están presentes, se agrega un desinfectante preferentemente. El cloro es usado preferentemente como el desinfectante. Por ejemplo, un gas de cloro o hipoclorito de sodio es agregado al agua de alimentación en una cantidad como para estar dentro de un intervalo de 1 a 5 mg/1 como cloro libre. La membrana semipermeable puede no tener durabilidad química a un desinfectante específico, dependiendo del tipo de membrana semipermeable. En tal caso, el desinfectante es agregado preferentemente en el lado corriente arriba del agua de alimentación, y el desinfectante es desintoxificado preferentemente cerca al lado interno del agua de alimentación de la membrana semipermeable. Por ejemplo, en el caso de cloro libre, se mide su concentración, y se controla la cantidad de adición de gas de cloro o hipoclorito de sodio en base al valor de medición o se agrega un agente de reducción como sulfito hidrógeno de sodio.

En el caso que el agua sin purificar de alimentación contenga bacterias, proteínas, componentes orgánicos naturales y similares diferentes a la substancia suspendida, es efectivo agregar floculantes como el cloruro de polialuminio, sulfato de aluminio y cloruro de hierro (III) . El agua de alimentación floculada es entonces precipitada con una placa inclinada, seguido por filtración de arena o filtración con una membrana de microfiltración que comprende una pluralidad de membranas de fibras huecas en haces, o una membrana de ultrafiltración, donde el agua de alimentación adecuada para pasar a través de una unidad de membrana semipermeable en una etapa subsecuente puede ser formada. Particularmente, es preferido dosificar floculantes, para ajustar el pH para así ser fácilmente floculado.

En el caso de usar la filtración de arena en un pretratamiento, la filtración de gravedad de sistema descendente espontáneo puede ser aplicada, y puede ser aplicada filtración de presión en la cual se empaca un tanque de presión con arena. Como la arena empacada puede ser usada arena de componente sencillo pero pueden ser combinadas antracita, arena de sílice, granate, piedra pómez y similares con la misma para mejorar la eficiencia de filtración. La membrana de microfiltración y la membrana de ultrafiltración no son particularmente limitadas, y una membrana plana, una membrana de fibra hueca, una membrana tubular, un tipo de pliegue y cualesquiera otra formas pueden ser usadas apropiadamente . El material de la membrana no es particularmente limitado, y pueden ser usados poliacrilonitrilo, polifenilensulfona, polifenilensulfuro sulfona, fluoruro de polivinilideno, polipropileno, polietileno, polisulfona, alcohol polivinílico, acetato de celulosa, y materiales orgánicos como cerámicas. El sistema de filtración puede usar cualquiera de un sistema de filtración de presión de agua de alimentación de filtración bajo presión y puede ser aplicado un sistema de filtración de succión de filtración por succionar un lado de permeación. Particularmente, en el caso de un sistema de filtración de succión, son particularmente aplicados una membrana de microfiltración seguido por coagulación y un reactor de membrana (MBR por sus siglas en inglés) , en el cual una membrana de microfiltración o una membrana de ultrafiltración se sumerge en el tanque de coagulación o un tanque de lodo activado.

Por otra parte, en el caso que muchos materiales orgánicos solubles son contenidos en el agua de alimentación, aquellos materiales orgánicos pueden ser descompuestos por la adición de un gas de cloro o clorito de sodio, pero puede ser removido por realizar fluctuación de presión o filtración de carbón activado. En el caso que muchos materiales inorgánicos solubles sean contenidos, se agrega un agente quelante como un polielectrolito orgánico o hexametafosfato sódico, o los materiales inorgánicos son intercambiados con iones solubles usando una resina de intercambio de iones o similares. Adicionalmente, cuando el hierro y/o manganeso están presentes en un estado soluble, son usados preferentemente un método de filtración de oxidación de aireación, un método de filtración de oxidación de contacto y similares.

La membrana de nanofiltración puede ser usada antes a un pretratamiento para el propósito de remover previamente iones específicos, polímeros y similares y operando el aparato de producción de agua fresca en la presente invención en alta eficiencia.

En la Figura 1, el tratamiento es realizado por la unidad de pretratamiento 4 después de mezclar la primera agua sin purificar y la segunda agua sin purificar. Sin embargo, es una modalidad preferida que la primera agua sin purificar y la segunda agua sin purificar antes del mezclado sean independientemente sometidos a los pretratamientos adecuados, respectivamente, como se muestran en la Figura 2.

Modalidades Preferidas de la Invención Ejemplo de referencia Usando un aparato de producción de agua fresca que muestra su diagrama de flujo en la Figura 4, se almacena el agua de mar (concentración de solutos total: 3.4% en peso, temperatura de agua: 25°C, pH 8.0) cerca de Ehime Factory of Toray Industries, Inc. en el primer tanque de agua sin purificar 2a, y se filtra el agua residual con un módulo de membrana de fibra hueca HFU-2020 (área de membrana efectiva. 72 m2) , fabricado por Toray Industries, Inc, como la unidad de pretratamiento 4a en la velocidad de flujo de 3 m3/h, y se almacena en el tanque intermediario 6. En este caso, la válvula de alimentación 5 del ' segundo tanque de agua sin purificar 2b está totalmente cerrada, de tal forma que solamente se alimenta la primera agua de alimentación. El agua de mar es alimentada en la velocidad de flujo de 2 m3/h a la unidad de membrana semipermeable 8 que consiste de 6 elementos de membrana de osmosis inversa TM810 en serie, fabricada por Toray Industries, Inc., del tanque intermediario 6 y se produce el agua fresca en la proporción de recuperación de 40%. Como un resultado, la cantidad de agua fresca producida es 0.8 m3/h, la presión de operación es 60.3 bares, y la concentración TDS de un permeado es 115 mg/1.

Ejemplo Comparativo El aparato de producción de agua fresca mostrado en la Figura 4 es operado bajo las mismas condiciones como en el ejemplo de referencia, excepto que la temperatura de agua de mar es 15°C. Como un resultado, la presión de operación es 71.9 bares y la concentración TDS de un permeado es 73 mg/1. De esta forma, se incrementa la presión de operación como se compara con aquella del ejemplo de referencia.

Ejemplo Se almacena agua fresca obtenida por la unidad de membrana semipermeable 8 en temperatura de agua de mar de 15°C en el tanque de agua sin purificar 2b, y la segunda agua sin purificar en la presente invención es simulada. 1.6 m3/h de la primera agua sin purificar (agua de mar pretratada) pretratada en la misma forma como en el ejemplo de referencia y 0.4 m3/h de la segunda agua sin purificar son mezcladas (concentración del agua mezclada en este caso es 2.7% en peso) , y se alimentan a la unidad de membrana semipermeable 8, y la operación se realiza en la misma forma como en el ejemplo de referencia. Como resultado, la presión de operación es 61.3 bares y la concentración TDS del permeado es 53 mg/1. De esta forma, la operación puede ser realizada bajo la misma presión como en el Ejemplo de referencia incluso en baja temperatura.

Aunque la presente invención ha sido descrita con más detalle y para referencia a las modalidades específicas, es aparente para un experto en la técnica que varias modificaciones o cambios pueden ser hechos sin alejarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Esta solicitud se basa en la solicitud de patente Japonesa No. 2010-057113 presentada el 15 de Marzo de 2010, la descripción de la cual es incorporada en la presente para referencia.

Aplicabilidad industrial El objeto de la presente invención se relaciona a un método para producir agua fresca y un aparato para producir agua fresca, usando una membrana semipermeable que utiliza agua sin purificar como agua de mar, agua de río, agua subterránea y drenaje tratado, y puede proporcionar un método para producir agua fresca a bajo costo, que puede mantener cantidad de agua de producción estabilizada y calidad de agua de producción mientras se reduce el costo de instalación, especificaciones particularmente requeridas para una bomba de alta presión de una membrana semipermeable y una unidad de recuperación de energía de un concentrado por mezclar aguas que tienen diferentes concentraciones como sea necesario, por lo mismo suprimiendo un intervalo de control de operación.

Descripción de números y signos de referencia la, Ib y le; agua sin purificar 2, 2a, 2b y 2c : tanque de agua sin purificar 3, 3a, 3b y 3c,· bomba de alimentación de agua sin purificar 4, 4a, 4b y 4c ; unidad de pretratamiento 5a y 5b: válvula 6 : tanque intermediario 7 : bomba de alta presión 8 : unidad de membrana semipermeable 9 : unidad de recuperación de energía 10.: tanque de agua fresca 11: drenaje concentrado Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (5)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para producir agua fresca, caracterizado porque comprende mezclar por lo menos dos tipos de agua sin purificar que tienen diferentes concentraciones de solutos, seguido por alimentar a una unidad de membrana semipermeable, por lo mismo obteniendo agua fresca en donde una proporción de mezclado de por lo menos dos tipos de aguas sin purificar es controlada de tal forma que una proporción de flujo de agua fresca obtenida con la unidad de membrana semipermeable y/o presión de operación de la unidad de membrana semipermeable es mantenida dentro de un intervalo dado.

2. El método para producir agua fresca de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque entre los por lo menos dos tipos de agua sin purificar, por lo menos un tipo del mismo es agua de mar, y otro es por lo menos un tipo de agua sin purificar.

3. El método para producir agua fresca de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el agua tratada es un drenado concentrado formado en otra unidad de membrana semipermeable .

4. El método para producir agua fresca de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la presión de operación de la unidad de membrana semipermeable es básicamente constante.

5. El método para producir agua fresca de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la energía de presión de un concentrado de la membrana semipermeable es recuperada usando un aparato de recuperación de energía del tipo de turbina o del tipo de bomba inversa.