Módulo (5) de membranas que comprende: una pluralidad de membranas (6) porosas montadas,

al menos en un extremo, en una cabecera (8), teniendo dicha cabecera (8) varias aberturas (11) de distribución para distribuir un fluido al interior de dicho módulo (5), una cámara (10) de mezclado de extremo abierto construida y dispuesta para proporcionar una mezcla limpiadora mezclando burbujas de gas y líquido entre sí, teniendo dicha cámara (10) una base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación; estando dicha cámara (10) construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma; caracterizado por una fuente (12) de gas situada dentro de la cámara (10) de mezclado de extremo abierto, estando la fuente (12) de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de la cámara (10) de mezclado de extremo abierto en una dirección descendente desde encima de la base abierta; y medios para hacer fluir dicha mezcla limpiadora a lo largo de la superficie de dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un aparato y procedimientos relacionados para el uso de una cámara en asociación con módulos de filtración de membranas para proporcionar un flujo y distribución de fluido mejorado al interior de los módulos asociados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La importancia de membranas para el tratamiento de aguas residuales está creciendo rápidamente. Ahora se conoce ampliamente que pueden usarse procesos de membranas como tratamiento terciario eficaz de aguas negras y proporcionar un efluente de calidad. Sin embargo, el capital y coste de funcionamiento pueden ser prohibitivos. Con la llegada de procesos de membranas sumergidas en los que los módulos de membranas se sumergen en un gran tanque de alimentación y se recoge el filtrado mediante succión aplicada al lado de filtrado de la membrana, los biorreactores de membrana que combinan procesos biológicos y físicos en una fase prometen ser más compactos, eficaces y económicos. Debido a su versatilidad, el tamaño de los biorreactores de membrana puede variar desde el doméstico (tal como sistemas de tanque séptico) hasta el tratamiento de aguas negras a gran escala y de comunidad.

El éxito de un proceso de filtración de membranas depende en gran parte de emplear un procedimiento de limpieza de membranas eficaz y eficiente. Los procedimientos de limpieza física usados comúnmente incluyen lavado a contracorriente (retrolavado, flujo inverso) usando un permeado líquido o un gas, el rozado o frotado de superficie de membrana usando un gas en forma de burbujas en un líquido. Ejemplos del segundo tipo de procedimiento se ilustran en la patente estadounidense n.º 5.192.456 de Ishida et al, la patente estadounidense n.º 5.248.424 de Cote et al, la patente estadounidense n.º 5.639.373 de Henshaw et al, la patente estadounidense n.º 5.783.083 de Henshaw et al y la solicitud PCT n.º WO98/28066.

En los ejemplos mencionados anteriormente, se inyecta un gas, habitualmente por medio de un ventilador presurizado, al interior de un sistema de líquido en el que se sumerge un módulo de membranas para formar burbujas de gas. Las burbujas así formadas se desplazan entonces hacia arriba para rozar la superficie de membrana para eliminar las sustancias de incrustación formadas sobre la superficie de membrana. La fuerza de cizallamiento producida se basa en gran medida en la velocidad de burbujas de gas inicial, tamaño de burbuja y la resultante de las fuerzas aplicadas a las burbujas. La transferencia de fluido en este enfoque se limita a la eficacia del mecanismo de elevación de gas. Para mejorar el efecto de rozado, tiene que suministrarse más gas. Sin embargo, este procedimiento tiene varias desventajas: consume gran cantidad de energía, posiblemente forma flujo de espuma o niebla que reduce la zona de filtración de membranas eficaz, y puede ser destructivo para las membranas. Además, en un entorno de alta concentración de sólidos, el sistema de distribución de gas puede bloquearse gradualmente por sólidos deshidratados o simplemente bloquearse cuando el flujo de gas se interrumpe accidentalmente.

Para la mayoría de módulos de membranas capilares, las membranas son flexibles en el centro (dirección longitudinal) de los módulos pero tienden a ser más tensas y menos flexibles hacia ambos cabezales encapsulados. Cuando se usan tales módulos en un entorno que contiene altas concentraciones de sólidos suspendidos, los sólidos se atrapan fácilmente dentro del haz de membranas, especialmente en la proximidad de dos cabezales encapsulados. Los procedimientos para reducir la acumulación de sólidos incluyen la mejora de las configuraciones de módulo y distribución de flujo cuando se usa rozado con gas para limpiar las membranas.

La solicitud internacional anterior n.º WO 00/18498 describe el uso de una mezcla de gas y líquido para limpiar de manera eficaz la superficie de membranas. Las disposiciones y procedimientos descritos en el presente documento proporcionan otra manera sencilla de lograr un frotado eficaz de superficies de membranas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención, al menos en sus realizaciones, busca superar o al menos mejorar alguna de las desventajas de la técnica anterior o al menos proporcionar al público una alternativa útil.

Según un aspecto de la presente invención se proporciona un módulo de membranas que comprende: una pluralidad de membranas porosas montadas, al menos en un extremo, en una cabecera, teniendo dicha cabecera varias aberturas de distribución para distribuir un fluido al interior de dicho módulo, una cámara de mezclado de extremo abierto construida y dispuesta para proporcionar una mezcla limpiadora mezclando burbujas de gas y líquido entre sí, teniendo dicha cámara una base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación; estando dicha cámara construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma; caracterizado por una fuente de gas situada dentro de la cámara de mezclado de extremo abierto, estando la fuente de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de la cámara de mezclado de extremo abierto en dirección descendente desde encima de la base abierta; y medios para hacer circular dicha mezcla limpiadora a lo largo de la superficie de dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas.

En un aspecto alternativo, la presente invención proporciona un conjunto de módulos de membranas que incluyen una pluralidad de membranas porosas que se extienden en una matriz y montadas, al menos en un extremo, en una pluralidad de cabeceras respectivas, estando dichas cabeceras configuradas para proporcionar varias aberturas de distribución entre las mismas para distribuir un fluido limpiador al interior de dicho conjunto de módulos de membranas y a lo largo de una superficie o superficies de dichas membranas, caracterizado por una cámara situada debajo de dichas cabeceras, estando dicha cámara construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma, incluyendo dicha cámara: un extremo de base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación; un segundo extremo en comunicación de fluido con dichas aberturas de distribución; y una entrada de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de dicha cámara en una dirección descendente desde encima del extremo de base abierta, estando dicha cámara configurada para mezclar gas y líquido para producir dicho fluido limpiador y configurada además para distribuir dicho fluido limpiador a dichas aberturas de distribución.

En una forma de la invención, el fluido puede ser una mezcla de aire y líquido de alimentación.

El término líquido tal como se usa en el presente documento será familiar para los expertos en la técnica como que abarca la gama de otros materiales considerados habitualmente como alimentaciones líquidas, tales como suspensiones que contienen sólidos suspendidos o materia inorgánica en líquidos, suspensiones de biomasa en agua, agua que está turbia y similares, o mezclas de estas.

Preferiblemente, la cámara es alargada, es decir, preferiblemente, la longitud de dicha cámara es mayor que la requerida para proporcionar una carga estática, cuando la membrana se sumerge en un líquido y se introduce gas al interior de la cámara, equivalente a la pérdida de carga para hacer fluir el gas a dichas aberturas de distribución. Es decir, la longitud de la cámara debe ser suficiente para que todo el gas fluya desde la fuente o el colector de suministro a través de las aberturas de distribución en lugar del extremo abierto de la cámara.

Aunque se usa la expresión cámara de mezclado, también sería posible describir la cámara como una unión de mezclado.

En algunas realizaciones, la cámara se cierra de todos los lados. Sin embargo, si la cámara está dimensionada de manera suficiente, puede no ser necesario cerrar los lados. Solamente a modo de ejemplo, si el módulo de membranas o una matriz de módulos están en forma de una matriz lineal, con una pluralidad de cabeceras, entonces puede ser suficiente simplemente que la cámara se cierre a lo largo los dos lados más largos. Preferiblemente, el módulo de membranas está en forma de una matriz lineal extendida en la que la cámara tiene lados largos cerrados. Más preferiblemente, el módulo de membranas está en forma de una matriz lineal extendida en la que la... [Seguir leyendo]

1. Módulo (5) de membranas que comprende:

una pluralidad de membranas (6) porosas montadas, al menos en un extremo, en una cabecera (8), teniendo dicha cabecera (8) varias aberturas (11) de distribución para distribuir un fluido al interior de dicho módulo (5),

una cámara (10) de mezclado de extremo abierto construida y dispuesta para proporcionar una mezcla limpiadora mezclando burbujas de gas y líquido entre sí, teniendo dicha cámara (10) una base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación; estando dicha cámara (10) construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma;

caracterizado por una fuente (12) de gas situada dentro de la cámara (10) de mezclado de extremo abierto, estando la fuente (12) de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de la cámara (10) de mezclado de extremo abierto en una dirección descendente desde encima de la base abierta; y

medios para hacer fluir dicha mezcla limpiadora a lo largo de la superficie de dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas.

2. Módulo (5) de membranas según la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de membranas (6) porosas se extienden según una matriz y en el que dicha cámara (10) se sitúa debajo de dicha cabecera (8) e incluye un segundo extremo en comunicación de fluido con dichas aberturas (11) de distribución para distribuir dicha mezcla limpiadora a dichas aberturas de distribución para hacer fluir a lo largo de la superficie de dichas membranas.

3. Módulo de membranas según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la cámara (10) es alargada.

4. Módulo de membranas según la reivindicación 3, en el que la longitud de dicha cámara (10) es mayor que la requerida para proporcionar una carga estática, cuando la membrana se sumerge en un líquido y se introduce gas al interior de la cámara (10), equivalente a la pérdida de carga para que el gas fluya hacia dichas aberturas (11) de distribución.

5. Módulo de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara está cerrada por todos los lados.

6. Módulo de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cabecera o cabeceras (8) se montan en un colector (9) en forma de trébol.

7. Módulo de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cabecera o cabeceras (8) se montan en un colector (9) lineal, rectangular, cuadrado o hexagonal.

8. Módulo de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara (10) tiene una pluralidad de lados situados para formar una falda directamente bajo una cabecera (8) o pluralidad de cabeceras.

9. Conjunto de módulos (5) de membranas que incluyen una pluralidad de membranas (6) porosas que se extienden según una matriz y montadas, al menos en un extremo, en una pluralidad de cabeceras (8) respectivas, estando dichas cabeceras (8) configuradas para proporcionar varias aberturas (11) de distribución entre las mismas para distribuir un fluido limpiador al interior de dicho conjunto de los módulos

(5) de membranas y a lo largo de una superficie o superficies de dichas membranas (6), caracterizado por una cámara (10) situada debajo de dichas cabeceras (8), estando dicha cámara (10) construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma, incluyendo dicha cámara (10):

un extremo de base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación;

un segundo extremo en comunicación de fluido con dichas aberturas (11) de distribución; y

una entrada de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de dicha cámara en una dirección descendente desde encima del extremo de base abierta, estando dicha cámara configurada para mezclar gas y líquido para producir dicho fluido limpiador y configurada además para distribuir dicho fluido limpiador a dichas aberturas de distribución.

10. Conjunto de módulos de membranas según la reivindicación 9, en el que la cámara es alargada.

11. Conjunto de módulos de membranas según la reivindicación 10, en el que la longitud de dicha cámara (10) es mayor que la requerida para proporcionar una carga estática, cuando la membrana está sumergida

dentro de un líquido y se introduce gas al interior de la cámara (10), equivalente a la pérdida de carga para que el gas fluya hacia dichas aberturas (11) de distribución.

12. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la cámara (10) está cerrada por todos los lados.

13. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la cabecera o cabeceras (8) se montan en un colector (9) en forma de trébol.

14. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la cabecera o cabeceras (8) se montan en un colector lineal, rectangular, cuadrado o hexagonal.

15. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que la cámara (10) tiene una pluralidad de lados situados para formar una falda directamente bajo una cabecera o pluralidad de cabeceras.

16. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, cuando está dispuesto en forma de una matriz lineal extendida en el que la cámara (10) tiene lados largos cerrados.

17. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, en forma de una matriz lineal extendida en el que la cámara (10) tiene lados cortos sin cerrar.

18. Conjunto de módulos de membranas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una placa (30) de desviación o pieza en T ubicada en la entrada de gas para desviar el gas lejos de la fuente de líquido de alimentación.

19. Módulo de membranas según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, para su uso en un biorreactor de membranas en el que las membranas son fibras de membranas huecas que se extienden longitudinalmente entre y montadas en cada extremo en una cabecera respectiva, estando dichas fibras divididas en varios haces al menos en o adyacentes a su cabecera respectiva de modo que forman un espacio entre las mismas, teniendo una de dichas cabeceras dichas aberturas de distribución formadas en las mismas en comunicación de fluido con dicha cámara para proporcionar fluido limpiador dentro de dicho módulo de manera que, en uso, dicho fluido limpiador pasa por las superficies de dichas fibras de membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas.

20. Conjunto de módulos de membranas según la reivindicación 9 o la reivindicación 12, para su uso en un biorreactor de membranas que incluye una pluralidad de fibras de membranas huecas porosas que se extienden longitudinalmente entre y montadas en cada extremo en una pluralidad de cabeceras respectivas, estando dichas fibras de membranas dispuestas en una estrecha proximidad entre sí, estando dichas fibras divididas en varios haces al menos en o adyacentes a sus cabeceras respectivas de modo que forman un espacio entre las mismas, estando dichas cabeceras configuradas para proporcionar varias aberturas de distribución entre las mismas en comunicación de fluido con dicha cámara para proporcionar fluido limpiador dentro de dicho conjunto de módulos de membranas de manera que, en uso, dicho fluido limpiador pasa por las superficies de dichas fibras de membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas.

21. Módulo de membranas o conjunto según la reivindicación 19 o la reivindicación 20, en el que las fibras dentro del módulo tienen una densidad de empaquetamiento de entre aproximadamente el 5 y aproximadamente el 70%.

22. Módulo de membranas o conjunto según la reivindicación 21, en el que la densidad de empaquetamiento es de entre aproximadamente el 8 y aproximadamente el 55%.

23. Módulo de membranas o conjunto según una cualquiera de reivindicaciones 19 a 22, en el que dichas aberturas tienen un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1 a 40 mm.

24. Módulo de membranas o conjunto según la reivindicación 23, en el que dichas aberturas tienen un diámetro en el intervalo de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 25 mm.

25. Módulo de membranas o conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, que incluye un deflector (30) dentro de dicha cámara de mezclado configurado para desviar gas lejos de la fuente de líquido de alimentación.

26. Biorreactor de membranas que incluye un tanque que tiene medios para la introducción de alimentación al mismo, medios para formar un lodo activado dentro de dicho tanque, un módulo de membranas o un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores situado dentro de dicho tanque de modo que está sumergido en dicho lodo y dicho módulo de membranas dotado de medios para retirar el filtrado de al menos un extremo de dichas membranas de fibras.

27. Biorreactor de membranas según la reivindicación 27, en el que se proporciona una fuente adicional de aireación dentro del tanque para ayudar la actividad de microorganismos.

28. Biorreactor de membranas según la reivindicación 27, en el que el módulo de membranas está suspendido de manera vertical dentro del tanque y dicha fuente adicional de aireación está prevista bajo el módulo suspendido.

29. Biorreactor de membranas según la reivindicación 28, en el que la fuente adicional de aireación comprende un grupo de tubos permeables al aire.

30. Procedimiento de eliminación de un material de incrustación de una pluralidad de membranas (6) de fibras huecas porosas que se extienden longitudinalmente en una matriz para formar un módulo (5) de membranas y montadas, al menos en un extremo, en una cabecera (8), teniendo dicha cabecera (8) varias aberturas (11) de distribución para distribuir un fluido limpiador al interior de dicho módulo (5), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

proporcionar una cámara (10) construida y dispuesta para fomentar flujo ascendente de líquido de alimentación a través de la misma, incluyendo dicha cámara (10):

un extremo de base abierta en comunicación de fluido con una fuente de líquido de alimentación;

un segundo extremo en comunicación de fluido con dichas aberturas (11) de distribución; y

una entrada de gas construida y dispuesta para introducir gas al interior de dicha cámara en una dirección descendente desde encima del extremo de base abierta, estando dicha cámara configurada para mezclar gas y líquido para producir dicho fluido limpiador; y

hacer fluir dicho fluido limpiador desde la cámara (10) al interior de una base del módulo (5) de membranas, por lo que se obtiene un flujo ascendente de fluido limpiador a través de las aberturas de distribución y a través de superficies de las membranas (6) de fibras huecas, y por lo que se extraen materiales de incrustación de las superficies de las membranas (6) de fibras huecas porosas.

31. Procedimiento según la reivindicación 30, en el que dicha cámara es alargada y la longitud de dicha cámara

(10) es mayor que la requerida para proporcionar una carga estática, cuando el módulo se sumerge en un líquido y se introduce gas al interior de la cámara (10), equivalente a la pérdida de carga para que el gas fluya hacia dichas aberturas (11) de distribución.