PROCEDIMIENTO PARA MONITORIZAR LAS BIOINCRUSTACIONES EN SISTEMAS DE SEPARACION CON MEMBRANA.

Un procedimiento de monitorización de bioincrustaciones en un sistema de separación con membrana que incluye una membrana capaz de separar una corriente de alimentación en al menos una primera corriente y una segunda corriente que comprende las etapas de:

proporcionar un agente fluorógeno;

añadir el agente fluorógeno a la corriente de alimentación;

proporcionar un fluorómetro para detectar la señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente;

hacer reaccionar el agente fluorógeno con al menos un microorganismo del sistema de separación con membrana;

formar un agente fluorógeno reaccionado;

usar el fluorómetro para medir la señal fluorescente de al menos uno del agente fluorógeno y del agente fluorógeno reaccionado en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente; y

monitorizar las bioincrustaciones del sistema de separación con membrana en base al cambio en la señal del agente fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de ambas señales medidas

Procedimiento para monitorizar las bioincrustaciones en sistemas de separación con membrana.

Campo de la invención

La presente invención se refiere de forma general a la separación con membrana y, de forma más particular, a procedimientos para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en los sistemas de separación con membrana.

Antecedentes de la invención

La separación con membrana, que usa una membrana selectiva, es una adición bastante reciente a la tecnología de separación industrial para procesar las corrientes líquidas, como por ejemplo la purificación del agua. En la separación con membrana, los constituyentes del influente habitualmente pasan a través de la membrana impulsados por fuerzas motrices en la corriente del efluente, dejando así atrás alguna porción de los constituyentes iniciales en una segunda corriente. Las separaciones con membrana que se usan habitualmente para la purificación del agua o para el procesamiento de otros líquidos incluyen microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF), ósmosis inversa (RO), electrodiálisis, electrodesionización, pervaporación, extracción con membrana, destilación con membrana, limpieza con membrana, aireación con membrana, y otros procedimientos. La fuerza motriz de la separación depende del tipo de la separación con membrana. La filtración con membrana impulsada por presión, también conocida como filtración con membrana, incluye microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, y emplea la presión como fuerza motriz, mientras que en la electrodiálisis y la electrodesionización se usa una fuerza motriz eléctrica. Históricamente, los procedimientos o sistemas de separación con membrana no se consideraban rentables para el tratamiento del agua debido a los impactos adversos que el ensuciamiento de las membrana, las incrustaciones de las membrana, la degradación de las membrana y similares tenían sobre la eficacia de la eliminación de solutos de las corrientes acuosas. Sin embargo, los avances en la tecnología han conseguido que ahora la separación con membrana sea una tecnología más viable comercialmente para tratar las corrientes acuosas y adecuadas para usar en los procedimientos industriales.

Además, los procedimientos de separación con membrana también son más prácticos para uso industrial, en particular para la purificación de agua natural o de aguas residuales. Esto se ha logrado mediante el uso de herramientas de diagnóstico o técnicas mejoradas para evaluar y monitorizar el rendimiento de la separación con membrana. El rendimiento de la separación con membrana, como por ejemplo la eficacia (por ejemplo flujo, permeabilidad de las membrana, recuperación del permeado, eficiencia energética, tiempo entre las limpiezas de las membrana o tiempo hasta realizar un ciclo de limpieza) y eficacia (por ejemplo, rechazo o selectividad) habitualmente se reducen debido a la incrustaciones en las membrana.

Los procedimientos de separación con membrana tienen tendencia a las incrustaciones con microbios, es decir bioincrustaciones. El desarrollo de microorganismos durante la separación con membrana es una preocupación constante en particular en corrientes acuosas que reúnen las condiciones óptimas para el el desarrollo microbiano. Las bioincrustaciones son particularmente perjudiciales para los sistemas de separación con membrana debido a que, una vez ha comenzado, la velocidad de multiplicación se acelera y las bioincrustaciones pueden facilitar también otros tipos de incrustaciones. Por ejemplo, las sustancias exopoliméricas ("EPS") o capa mucilaginosa de la biomasa puede atrapar y retener costras y otras partículas que de otro modo podrían ser extraídas del sistema de separación con membrana durante el funcionamiento. Además, una capa EPS gruesa también puede disminuir la turbulencia del flujo dentro de la membrana. Esto puede provocar un aumento en la concentración de la capa de polarización, que como es sabido contribuye a los fenómenos de ensuciamiento de las membrana.

El efecto inmediato y más obvio de las bioincrustaciones es disminuir el rendimiento de permeación de la membrana y/o elevar la caída de presión a través del elemento de la membrana en el lado de admisión y concentración de la membrana, que se denomina en el presente documento "presión diferencial". A presión constante, esto provoca una pérdida en la producción de permeado. Puede aumentarse la presión para mantener un flujo constante, pero esto aumenta el consumo de energía y acelera más la deposición de incrustaciones. Además, el funcionamiento continuado en estas condiciones (es decir, con pérdida de flujo de permeado, un aumento en la presión diferencial y un aumento en la fuerza motriz de presión) necesariamente requeriría un mayor número de limpiezas durante la vida útil de la membrana, disminuyendo así la vida de la membrana y potencialmente aumentando el coste del agua si se necesita una cantidad significativa de tiempo de parada debido a las limpiezas. Los efectos menos obvios incluyen menor rechazo de solutos, contaminación del permeado y deterioro de los módulos de las membrana, como por ejemplo biodegradación en las líneas de adhesión de las membrana. El artículo de revisión escrito por H.F. Ridgway & H. Fleming titulado "Membrane Biofouling" y que aparece en Water Treatment Membrane Processes, McGraw Hill, páginas 6,1 a 6,62, 1996, es relevante en este contexto.

En general, las bioincrustaciones se controlan usando biocidas y otros agentes de biocontrol, es decir, sustancias químicas que pueden inhibir el desarrollo microbiano al destruir la pared celular o los constituyentes celulares de los microorganismos. Los medios mecánicos y la radiación son otras posibilidades. Habitualmente se fomenta el uso intermitente de los biocidas dado que los biocidas pueden ser caros y tóxicos. Así, para evitar su derroche, es necesario una monitorización y análisis constantes del sistema de agua y de los parámetros de procesamiento de la membrana para determinar la cantidad adecuada de biocida para controlar el desarrollo microbiano.

Sin embargo, las técnicas de monitorización conocidas pueden no conseguir un nivel de sensibilidad, especificidad y/o exactitud adecuado con respecto a la monitorización de los efectos de las bioincrustaciones sobre la separación con membrana. Las técnicas de monitorización típicas incluyen mediciones de presión y flujo y toma de muestras puntuales para determinar la población microbiana. Con respecto a las mediciones de la presión, la monitorización generalmente se realiza evaluando los cambios en la presión diferencial por toda la longitud de la membrana. Con respecto a la medición del caudal, los medidores de caudal que generalmente se emplean en dichos sistemas adolecen de inexactitudes de calibrado, y por lo tanto necesitan un calibrado frecuente. Sin embargo, los cambios en la presión y el caudal no son necesariamente específicos de las bioincrustaciones, ya que pueden verse influidos por cualquier aumento adecuado de las costras, incrustaciones y/o constituyentes similares que pueden acumularse y permanecer en el sistema durante la separación con membrana. Como se ha descrito anteriormente, la capa de desarrollo microbiano puede potenciar otros tipos de incrustaciones dado que puede atrapar o retener las costras y otras partículas que en otras circunstancias serían extraídas del sistema durante la separación con membrana.

El documento US-A-6329165 describe un procedimiento para la monitorización tanto de las poblaciones de plancton como de microbios sésiles en un sistema de agua industrial mediante la adición de un compuesto de tinte fluorógeno mediante un procedimiento que supone añadir un tinte fluorógeno al sistema de agua y dejar que reaccione con los organismos planctónicos o microbios sésiles presentes, proporcionando medios para la medición de las señales fluorescentes del tinte fluorógeno presente en el sistema de agua, siendo la primera medición de la señal fluorescente la del tinte fluorógeno y siendo la segunda medición de la señal fluorescente la del tinte fluorógeno reaccionado, usando el medio de medición para cuantificar la señal fluorescente del tinte fluorógeno y la señal fluorescente del tinte fluorógeno reaccionado, calculando la proporción entre las señales respectivas del tinte reaccionado y el tinte, y monitorizando el cambio calculado para determinar el estado de las poblaciones de plancton y de microbios sésiles en el sistema de agua industrial. Sin embargo, el procedimiento reivindicado no se refiere a un sistema de separación con membrana que incluye una membrana capaz de separar una...

1. Un procedimiento de monitorización de bioincrustaciones en un sistema de separación con membrana que incluye una membrana capaz de separar una corriente de alimentación en al menos una primera corriente y una segunda corriente que comprende las etapas de:

proporcionar un agente fluorógeno;

añadir el agente fluorógeno a la corriente de alimentación;

proporcionar un fluorómetro para detectar la señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente;

hacer reaccionar el agente fluorógeno con al menos un microorganismo del sistema de separación con membrana;

formar un agente fluorógeno reaccionado;

usar el fluorómetro para medir la señal fluorescente de al menos uno del agente fluorógeno y del agente fluorógeno reaccionado en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente; y

monitorizar las bioincrustaciones del sistema de separación con membrana en base al cambio en la señal del agente fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de ambas señales medidas.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir del grupo constituido por un sistema de separación con membrana de flujo tangencial y un sistema de separación con membrana de caudal frontal.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir del grupo constituido por ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltración, microfiltración, electrodiálisis, electrodesionización, pervaporación, extracción con membrana, destilación con membrana, limpieza con membrana, aireación con membrana y sus combinaciones.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir del grupo constituido por ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltración y microfiltración.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno se selecciona a partir del grupo constituido por éster del ácido acético de ácido pireno-3,6,8-trisulfónico; diacetato de carboxifluoresceína, ß-D-galactopiranosida de 3-carboxiumbeliferilo; ß-D-glucuronida de 3-carboxiumbeliferilo; D-glucuronida de 9H-(1,3-dicloro-9,0-dimetilacridin-2-on-7 -ilo); 9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridin-2-on-7-ilo); ß-D-galactopiranosida de resorufina; di-ß-D-galactopiranosida de fluoresceína; di-ß-D-glucuronida de fluoresceína; ß-D-glucuronida de resorufina; difosfato de fluoresceína; resazurina; resazurina, sal sódica; fosfato de 4-metilumbeliferilo; ß-D-glucuronida de 4-metilumbeliferilo; fosfato de piranina; 1-fosfato del ácido piren-3,6,8-trisulfónico; y sus combinaciones.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno se selecciona a partir del grupo constituido por resazurina, fosfato de 4-metilumbefliferilo, fosfato de piranina y sus combinaciones.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno es resazurina.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación en una cantidad de aproximadamente 5 ppt a 500 ppm.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación en una cantidad de aproximadamente 0,5 ppb a 5 ppm.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación en una cantidad de aproximadamente 5 ppb a aproximadamente 500 ppb.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que las bioincrustaciones se monitorizan determinando la proporción entre la señal fluorescente del agente fluorógeno reaccionado y la señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, que además comprende determinar la velocidad del cambio de la proporción entre la señal fluorescente del agente fluorógeno reaccionado y la señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente para monitorizar las bioincrustaciones.

13. El procedimiento de la reivindicación 1 que además comprende la etapa de:

determinar la cantidad óptima de tratamiento de biocontrol basándose en el cambio en la señal del agente fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de ambas señales medidas; y

aplicar la cantidad óptima de tratamiento de biocontrol al sistema de separación con membrana.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el tratamiento de biocontrol se selecciona a partir del grupo constituido por biocidas, agentes de biocontrol, procedimientos de biocontrol y sus combinaciones.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que los biocidas se seleccionan a partir del grupo constituido por biocidas oxidantes, biocidas no oxidantes y sus combinaciones.

16. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que los agentes de biocontrol se seleccionan a partir del grupo constituido por biodispersantes, biodetergentes, agentes caotrópicos, tensioactivos, agentes quelantes, limpiadores enzimáticos y sus combinaciones.

17. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que los procedimientos de biocontrol se seleccionan a partir del grupo constituido por ultrasonidos, campos eléctricos y lavados a contracorriente con aire.

18. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los microorganismos se seleccionan a partir del grupo constituido por microorganismos plantócnicos, microorganismos sésiles y sus combinaciones.

19. El procedimiento de la reivindicación 1 que además comprende la adición de un marcador fluorescente inerte a la corriente de alimentación para monitorizar las bioincrustaciones en el sistema de separación con membrana en base al cambio en la señal del agente fluorógeno o del agente fluorógeno reaccionado con respecto a la señal del marcador fluorescente inerte.