DE10211788A1

DE10211788A1 - Einrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser

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Publication number: DE10211788A1
Application number: DE10211788A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-16
Filing date: 2002-03-16
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Einrichtung und Verfahren zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser aus salzigem Meerwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose. DOLLAR A Von einem Wasserfahrzeug, einer Plattform oder Küstenstation aus werden ein oder mehrere RO-Module mit ihren Membranfiltern, die mit Produktwasserbehältern gekoppelt sind, in solche Meerestiefe gebracht, dass der Auslösedruck für eine Umkehrosmose erreicht wird und die Entsalzung des Meerwassers ohne Energiezufuhr vor sich geht. DOLLAR A Die mit Trink- bzw. Produktwasser gefüllten Produktwasserbehälter werden durch eine Halte- und Bewegungseinrichtung bis zum Wasserfahrzeug gehoben, entleert und wieder für die Absenkung vorbereitet. DOLLAR A Um den Prozess effizient, kontinuierlich und ohne Unterbrechungen zu gestalten, sind die RO-Module mit den Produktwasserbehältern in einem unendlichen flexiblen Rohr eingebracht und werden durch die Halte- und Bewegungseinrichtung z. B. über die gesamte Länge des Wasserfahrzeuges gezogen und dann in die erforderliche Meerestiefe zur Produktwassergewinnung geführt. DOLLAR A Für die beschriebenen Einrichtungen und Verfahren entfällt der hohe Energie- und Materialaufwand, der für alle herkömmlichen Anlagen erforderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Trink- und Brauchwasser durch Entsalzung von Meerwasser nach dem Prinzip der Umkehrosmose.
Es ist ein Membranverfahren bekannt, das auf dem Prinzip der Umkehrosmose (Reverse-Osmosis-RO) beruht und in Anlagen mit Leistungen von 0,5 m³/Tag bis 60.0000 m³/Tag Trinkwasser erfolgreich umgesetzt wird. In Deutschland gibt es Anbieter von RO-Anlagen zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser oder verunreinigtem Wasser.
Beispielhaft sei das Erzeugnis der Firma ROCHEM angeführt.
In der OS DE 197 34 981 A1 (C 02 F 1/44) wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser beschrieben. Die RO-Modulanordnung muss eine ständige Drehbewegung um die eigene Achse ausführen, um die erforderliche Umspülung zu erreichen.
Das Produktwasser (Trink- bzw. Brauchwasser) wird über vielstufige Pumpen mit relativ ungünstigem Wirkungsgrad zum Produktwasserspeicher (Wasserfahrzeug, Plattform oder Küstenstation) hochgepumpt.
Dabei besteht die Verbindung zwischen RO-Modul und Speicher mindestens aus mehreren Funktionskomponenten wie Halteeinrichtung, Produktwasserrohr, Leitungskabel hoher Leistung für Pumpen und Signalkabel für hohem Meerwasserdruck. Die bekannten technischen Lösungen haben folgende Mängel, die durch die Erfindung beseitigt werden:

- ein wesentlicher Nachteil der herkömmlichen RO-Anlagen ist der hohe Energieaufwand von durchschnittlich 8 bis 10 kWh je Kubikmeter Reinwasser,
- insbesondere zur Erzeugung des RO-Druckes von 5,0 bis 8,0 MPA für eine mindestens 3fache Menge des Meerwassers auf der Rohwasserseite der Membranen
- die gewonnene Wassermenge in einer Zeiteinheit ist bei den meisten herkömmlichen Anlagen zu gering
- starke Verunreinigung der Membranen
- erschwerte Wartung und Reparaturarbeiten der Funktionskomponenten, die zur Hebung des Brauchwassers aus der Tiefe erforderlich sind
- großer Kostenaufwand

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, die sich auf die Einrichtung und das Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser bezieht dadurch gelöst, dass mindesten ein RO- Modul mit einem Produktwasserbehälter verbunden ist, der mit oder ohne Trennfolien ausgestattet ist, um die Umkehrosmose ohne Energiezufuhr zu unterstützen. RO-Modul und Produktwasserbehälter, die auch in einem unendlichen flexiblem Rohr angeordnet sind, werden durch eine Halte- und/oder Bewegungseinrichtung, die mit einem Signalelement versehen ist, in die Meerestiefe hinabgesenkt, die den erforderlichen Auslösedruck zur Umkehrosmose erzeugt.
An der Halte- und/oder Bewegungseinrichtung sind keine herkömmlichen Funktionskomponenten wie Pumpen, Halterungselemente für Wasserrohre oder mehrere Elektrokabel vorhanden, um die Umkehrosmose oder das Fördern des gewonnenen Produktwassers einzuleiten. Das im Produktwasserbehälter mit nach unten geführte Medium wird mit oder ohne Pumpe ausgeleitet. Der durch den Vorgang der Umkehrosmose gefüllte Produktwasserbehälter wird zum Leeren auf das Wasserfahrzeug, Plattform oder Küstenstation gehoben.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass einzelne, paarweise oder vielfach gekoppelte RO-Module verbunden mit Produktwasserbehältern, die mit Luft oder speziellem Gas unter normalem Luftdruck gefüllt oder leicht evakuiert sind, so weit abgesenkt werden, dass in der entsprechenden Wassertiefe der Auslöse- oder Betriebsdruck zur Umkehrosmose eintritt und ohne Energiezufuhr zur Produktwassergewinnung genutzt wird.
Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die mit RO-Modulen verbundenen Produktwasserbehälter durch eine hochfeste, biegeschlaffe und korrosionsbeständige Folie in mindestens zwei Kammern geteilt werden. Vor dem Absenken des RO-Moduls mit dem Produktwasserbehälter wird der Behälterteil, der nicht an das RO-Modul grenzt, mit Meerwasser gefüllt. In großer Wassertiefe wird er dann durch ein Pumpenelement geleert. Dadurch entsteht im anderen Teil des Produktwasserbehälters ein Unterdruck, der den Vorgang der Umkehrosmose verstärkt und das gewonnene Produktwasser über das RO-Modul aufnimmt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteh darin, dass die auf und abbewegten RO- Module und Produktwasserbehälter mit einer Begegnungseinrichtung versehen sind, damit sie im unruhigen Wasser störungsfrei aneinander vorbeigleiten während der Produktwasserförderung.
Vorzugsweise besteht ein Merkmal der Erfindung darin, dass RO-Module und Produktwasserbehälter in einer unendlichen Kette oder flexiblem Rohr angeordnet sind. Gegen Verdrillung wird die biegeschlaffe Kette über eine große Spannweite mit einer Halte- und/oder Bewegungseinrichtung, die auf dem Wasserfahrzeug, der Plattform oder Küstenstation angeordnet ist, gezogen und danach in die Wassertiefe hinabgeführt, die den Auslösedruck zur Umkehrosmose erzeugt. Es erfolgt eine kontinuierliche Produktwas Sergewinnung ohne Stillstand des Fördervorgangs zur Entleerung der Produktwasserbehälter.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Aufkonzentration des Meerwassers vor den Membranen der RO-Module vermieden wird durch die Hebe- und Senkbewegungen der Halte- und/oder Bewegungseinrichtung. Die RO-Module brauchen keine zusätzlichen Vorrichtungen mit Energiezufuhr für die nötigen Bewegungen zur optimalen Gewinnung von Produktwasser.
Die Erfindung wird an folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Paar von Produktwasserbehältern 1 mit der Membraneinheit der RO- Module 5 mit der Halte- 3 und Bewegungseinrichtung 6 an einem Wasserfahrzeug 2, einer Plattform oder Küstenstation.
Fig. 2 zwei gekoppelte RO-Module 5 mit Produktwasserbehältern 1, die die Trennfolie 5 enthalten.
Fig. 3 Wasserfahrzeug mit biegeschlaffer Kette 11 oder flexiblem Rohr mit integrierten RO-Modulen 5 und Produktwasserbehältern 1.
Das in Fig. 1 abgesenkte RO-Modul 5 unterliegt dem Umkehrosmosedruck und produziert das Produktwasser, das in dem annähernd unter Luftdruck oder leicht abgesenktem Druck stehenden Produktwasserbehälter 1 gespeichert wird.
Der mit dem RO-Modul 5 gekoppelte und gehobene Produktwasserbehälter 1 wird am Schiff entleert, gewartet und für eine neue Absenkung vorbereitet.
Für den gekoppelten wechselseitigen Prozess des "Hebens" und "Senkens" ist eine Haltevorrichtung 3 und eine Bewegungseinrichtung 6 vorgesehen, die auch eine Einheit bilden kann.
Der Füll- bzw. Störzustand des produzierenden RO-Moduls 5 kann über eine Signaleinrichtung 7 überwacht werden.
Gegen die durch Wind, Wellen und Strömung verursachten instationären Lasten auf die Gesamtanlage ist eine spezielle Begegnungseinrichtung 4 vorgesehen, die sichert, dass die RO-Module 5 mit den Produktwasserbehältern 1 sich nicht unzulässig verdrehen und bei der Auf- und Abbewegung aneinander schlagen.
In Fig. 2 wird der Produktwasserbehälter 1 durch eine hochfeste, flexible Folie 8 (z. B. Teflon) in zwei Kammern geteilt.
In der oberen Stellung des RO-Moduls 5 wird in die obere Kammer des Produktwasserbehälters 1 Meerwasser eingebracht. Dadurch wird das Produktwasser aus der unteren Kammer herausgedrückt.
In der unteren Stellung des RO-Moduls 5 wird das Meerwasser aus der oberen Kammer durch eine Pumpe 9 geringer Leistung ausgeschoben und damit eine Druckabsenkung zur Verstärkung der Umkehrosmose bewirkt und Raum für die Füllung mit Produktwasser in der unteren Kammer geschaffen, die an das RO-Modul 5 grenzt.
Die Vorteile des annähernd gleichgewichtigen Bewegens ohne Schwierigkeiten mit dem Auftrieb gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 wird durch die Notwendigkeit des Einsatzes eines Pumpenelementes 9 und des zugehörigen E-Leistungsstrangs 10 wieder ausgeglichen.
In Fig. 3 wird die biegeschlaffe unendliche Kette, die auch ein flexibles Rohr 11 sein kann durch die Halte- 3 und Bewegungseinrichtung 6 über der gesamten Länge des Wasserfahrzeuges 2, der Plattform oder Küstenstation geführt.
In dem flexiblen Rohr 11 sind die RO-Module 5 mit Produktwasserbehältern 1 angeordnet, die in die zur Umkehrosmose erforderliche Tiefe geführt werden.
Durch die extrem breite Führung des flexiblen Rohres 11 über das Wasserfahrzeug 2, die Plattform oder Küstenstation wird ein Verdrillen durch Strömung oder Wasserbewegung zu verhindert. Die Anordnung nach Fig. 3 ist bevorzugt mit Produktwasserbehälltern der Fig. 1 bestückt.
Die stetige Bewegung des flexiblen Rohres 11 durch die Tiefe von 500 bis 600 m sichert an der Membrane des RO-Moduls 5 die Zuführung von ständig frischem Meerwasser und verhindert hier die Aufkonzentration des Salzwassers, die sonst den Entsalzungsvorgang be- bzw. verhindert. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Produktwasserbehälter
2 Wasserfahrzeug, Plattform, Küstenstation
3 Haltevorrichtung
4 Begegnungseinrichtung
5 RO-Modul mit Membraneinheit
6 Bewegungseinrichtung
7 Signaleinrichtung
8 Trennfolie
9 Pumpenelement
10 E-Leistungsstrang
11 biegeschlaffe unendliche Kette

Claims

1. Einrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser mit RO-Modulen dadurch gekennzeichnet: dass mindestens ein RO-Modul (5) verbunden mit einem Produktwasserbehälter (1), ohne oder mit Trennfolie (8) zur Verstärkung der Umkehrosmose, durch eine Halte- (3) und 1 oder Bewegungseinrichtung (6) mit Signaleinrichtung (7) oder als unendliches flexibles Rohr (11) mit aneinandergereihten RO-Modulen (5) und Produktwasserbehälter (1) und ohne herkömmliche Funktionskomponenten für Wasser- und Energieleitungen in eine Wassertiefe hinabgeführt wird, die den zur Umkehrosmose erforderlichen Betriebsdruck zwischen der Meerwasser- und der Produktwasserseite am Modul (5) ohne zusätzliche Energiezufuhr auslöst, wodurch über die Membraneinheit des RO-Moduls (5) in den zuvor vom mitgeführten Medium entleerten Produktwasserbehälter (1) erzeugtes Produktwasser gedrückt und anschließend im Produktwasserbehälter (1) durch Halte- (3) und/oder Bewegungseinrichtung (6) zum Wasserfahrzeug (2), zur Plattform oder zur Küstenstation zum Entleeren gehoben und anschließend zur erneuten Gewinnung von Produktwasser wieder abgesenkt wird.

2. Einrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass einzelne, paarweise oder vielfach gekoppelte RO- Module (5) verbunden mit Produktwasserbehältern (1), die mit Luft oder speziellem Gas unter normalem Luftdruck gefüllt oder leicht evakuiert sind, so weit abgesenkt werden, dass in der entsprechenden Wassertiefe der Auslöse- oder Betriebsdruck zur Umkehrosmose eintritt und ohne Energiezufuhr zur Produktwassergewinnung genutzt wird.

3. Einrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet: dass die mit RO-Modulen (5) verbundenen Produktwasserbehälter (1) durch eine hochfeste, biegeschlaffe und korrosionsbeständige Folie (8) so in mindestens zwei Kammern geteilt werden, dass sich in großer Wassertiefe von der Membranseite des RO-Moduls her der Produktwasserbehälter (1) mit Produktwasser füllt, nach dem Hebevorgang sich entleert und beim Absenken mit Meerwasser gefüllt wird.

4. Einrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet: dass die durch eine Folie (8) geteilten Produktwasserbehälter (1) mit den RO-Modulen (5) in große Wassertiefe abgesenkt und durch ein Pumpenelement (9) auf der Seite geleert werden, die mit Seewasser vor dem Absenken gefüllt wurden und dadurch auf der anderen Behälterseite mit dem angrenzenden RO-Modul(5) Unterdruck zur Verstärkung der Umkehrosmose und Raum zur Aufnahme des Produktwassers erzeugt wird.

5. Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass die auf und abbewegten RO-Module (5) und Produktwasserbehälter (1) mit einer Begegnungseinrichtung (4) versehen sind zur störungsfreien Produktwasserförderung bei unruhiger See oder Meeresströmungen.

6. Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass eine gegen Verdrillung gesicherte biegeschlaffe unendliche Kette, oder flexibles Rohr (11) mit integrierten Modulen (5) und Produktwasserbehältern (1) über eine große Spannweite mit einer Haltevorrichtung (3) auf dem Wasserfahrzeug (2), der Plattform, der Küstenstation und durch die erforderliche Meerestiefe gezogen wird zur kontinuierlichen Produktwassergewinnung ohne Stillstand zum Entleeren der Produktwasserbehälter (1).

7. Einrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet: dass die Aufkonzentration des Meerwassers vor den Membranen der Module (5) vermieden wird durch die Hebe- und Senkbewegungen der Halte- (3) und/oder Bewegungseinrichtung (6).