DISPOSITIVO PARA EL FILTRADO DE SUSTANCIAS CONTENIDAS EN LÍQUIDOS.

Dispositivo (1) para el fltrado de sustancias contenidas en líquidos mediante microfiltración,

ultrafiltración y nanofiltración con una serie de módulos de filtrado (2) a base de elementos de filtro (3) que están realizados como bolsas de membrana planas y rodeadas del líquido (17) que se trata de filtrar, estando dispuestos los elementos de filtro (3) paralelos y distanciados entre sí, y comunicados entre sí mediante orificios de descarga (8) y elementos de conexión (13), con una evacuación de perneado (11) en cada módulo de filtrado (2) y un colector de perneado (12) al que están conectadas las evacuaciones de perneado (11) de los módulos de filtrado (2) caracterizado porque en cada elemento de filtro (3) está encerrado entre dos membranas exteriores (4, 5) un elemento de drenaje (6) de una o varias capas, unido de modo adherente en toda la superficie por ambas caras con las membranas (4, 5), y porque el elemento del filtro (3) está dotado de uno o varios orificios de descarga (8) rodeados de zonas de superficie del elemento de filtro (3) de iguales dimensiones, estando situado cada orificio de descarga (8) en el centro de la zona de superficie que lo rodea

La invención se refiere a un dispositivo para el filtrado de sustancias contenidas en líquidos mediante microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración con una serie de módulos de filtrado a base de elementos de filtro que están realizados como bolsas de membrana planas y rodeadas del líquido que se trata de filtrar, estando dispuestos los elementos de filtro paralelos y distanciados entre sí, y comunicados entre sí mediante orificios de descarga y elementos de conexión, con una evacuación de permeado en cada módulo de filtrado y un colector de permeado al que están conectadas las evacuaciones de permeado de los módulos de filtrado.

Los sistemas de filtrado convencionales para la depuración de aguas residuales constan de una unidad de filtración con una carcasa de forma tubular o de cajón, abierta por arriba y por abajo, dentro de la cual están dispuestos varios elementos de filtro planos en posición vertical y paralela distanciados entre sí. Los intersticios entre los distintos elementos de filtro forman pasillos que pueden ser atravesados por el flujo. Los distintos elementos de filtro están realizados como cojines o cassettes, en las que una capa de drenaje flexible o una placa de filtrado rígida está rodeada por ambas caras por membranas de filtración.

El documento EP 0 707 884 A1 da a conocer un dispositivo para el filtrado y separación, especialmente de medios de flujo orgánicos biológicos mediante ósmosis inversa así como microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración, con una carcasa estanca a la presión, con una entrada para el medio de flujo y salidas para el retentado y el permeado, y una pluralidad de elementos de filtro alojados en la carcasa, distanciados entre sí, realizados a modo de un cojín de membrana, que están rodeados por el flujo del medio, estando dispuestas en la carcasa una pluralidad de pilas independientes de cojines de membrana, unas tras otras o junto a otras, estando las pilas rodeadas por el medio, unas detrás de otras o junto a otras.

El documento EP 0 129 663 A1 da a conocer un cojín de membrana para la desalinización del agua mediante ósmosis inversa, ultrafiltración, hiperfiltración, permeación de gases y similares, donde una capa de drenaje está dispuesta entre dos membranas exteriores, estando la capa de drenaje soldada con las membranas en la zona del borde, de forma continua y estanca a la presión.

El documento WO 03/037489 A1 describe un módulo de filtrado destinado a la depuración de aguas residuales con varias bolsas de membrana de filtrado que presentan por lo menos un orificio para el desagüe de su espacio interior, que están dispuestas en posición vertical, paralelas entre sí y preferentemente equidistantes, en un soporte rígido de tal modo que los espacios intermedios situados entre bolsas de membrana de filtrado contiguas puedan ser atravesadas intensivamente por el flujo de un líquido.

El documento WO 03/059494 describe un dispositivo de filtración en el que hay varios elementos de membrana alineados unos junto a otros, siendo los distintos elementos de membrana unos cojines de membrana que presentan un orificio de descarga para el filtrado. El orificio de descarga no se encuentra centrado en un extremo del cojín de membrana.

Los sistemas de filtrado conocidos comprenden o bien carcasas rígidas y/o cassettes de membrana rígidas, cuya fabricación y montaje es engorroso y costoso, que incrementan el espacio necesario para el módulo de filtrado, dificultan el flujo del líquido que se trata de filtrar y donde se depositan preferentemente las impurezas más gruesas, tales como p.ej. pelos y fibras, causando obstrucciones.

Durante el funcionamiento continuo de un sistema de filtrado, las partículas cuyo diámetro sea demasiado grande para atravesar los poros de la membrana quedan retenidos sobre la superficie de la membrana, y permanecen parcialmente adheridos. Debido a la acumulación de tales partículas a lo largo de períodos de tiempo prolongados se va formando una torta de filtro, que obstruye progresivamente las superficies de la membrana, reduciendo el rendimiento de filtrado del sistema. Dentro del marco del mantenimiento de la instalación se limpian periódicamente de modo mecánico las superficies de la membrana, retirando las tortas de filtro, p.ej. utilizando cepillos y chorros de agua. Debido a la carcasa que tienen los sistemas de filtrado conocidos se limita considerablemente el acceso a las superficies de las membranas, y con ello se dificulta la limpieza.

Además de utilizar la limpieza mecánica existe la posibilidad de liberar los poros de la membrana mediante lavado a contracorriente, es decir por inversión de la presión. En los sistemas de filtrado conocidos de tipo superficial no se emplea por lo general el lavado a contracorriente ya que por una parte entraña el riesgo de dilatar en exceso el elemento de filtrado y causar grietas en la membrana, y que es sensible a la tracción, y por otra parte se comprimen entre sí las membranas de elementos de filtrado contiguos, con lo cual bloquean el flujo de retorno e impiden el desprendimiento de la torta del filtro.

Algunos de los sistemas de filtrado conocidos adolecen además del inconveniente de que las tortas de filtro tienen un crecimiento local acelerado debido a una distribución irregular en el espacio de la presión diferencial a través de la membrana. La velocidad de crecimiento de la torta del filtro es directamente proporcional al caudal de volumen que atraviesa la membrana, y por lo tanto a la presión diferencial a través de la membrana. En cuanto a la presión del fluido, los sistemas de filtrado conocidos presentan tres zonas, que se designan como colector de entrada al filtro, espacio interior del elemento filtrante y descarga de permeado. Durante el funcionamiento se aplica una pequeña diferencia de presión (Pv -Pa > 0) entre el colector de entrada al filtro (Pv) y la descarga de permeado (Pa), mediante bombas de aspiración situadas en el lado de la descarga o bombas de presión situadas en el lado de la entrada, de modo que una parte del líquido que se trata de filtrar fluye desde el colector de entrada al filtro a través de la membrana a la descarga de permeado. En condiciones de funcionamiento normales la velocidad de flujo y la caída de presión en el colector de entrada del filtro y en la descarga de permeado son escasos, de modo que sobre los elementos filtrantes y los orificios de descarga actúan unas presiones esencialmente constantes Pv y Pa. Esto no es aplicable al espacio interior del elemento filtrante (Pi) donde el permeado fluye con rapidez, y además la velocidad de flujo aumenta hacia cada orificio de descarga. En consecuencia actúa en el espacio interior del elemento del filtro una presión estática Pi que depende del lugar, estando Pi entre Pa y Pv (Pa ≤ Pi ≤ Pv) y que va disminuyendo hacia cada orificio de descarga. El caudal de volumen de líquido que fluye a través de la membrana por unidad de tiempo y de superficie es proporcional a la presión diferencial a través de la membrana Pv -Pi. Por este motivo la torta del filtro crece más rápidamente en las zonas de elevada presión diferencial a través de la membrana, es decir cerca de un orifico de descarga, más que en zonas alejadas. Así por ejemplo la aspiración del borde dada a conocer en el documento WO 03/037489 A1 favorece el crecimiento de la torta del filtro en el borde del elemento del filtro, y con ello una disminución precoz del rendimiento de filtrado.

El objetivo de la presente invención es crear un dispositivo de filtración que sea de diseño sencillo y económico de fabricar, que ofrezca escasa resistencia al flujo y sea poco propenso a la obstrucción, y que durante el funcionamiento continuo se pueda limpiar y reparar con facilidad.

Este objetivo se resuelve por medio del dispositivo de filtración según la reivindicación 1, que de acuerdo con la invención está caracterizado porque en cada elemento del filtro está encerrado entre dos membranas exteriores un elemento de drenaje de una o varias capas, unido por ambas caras de modo adherente a la superficie de las membranas, y porque el elemento del filtro está dotado de uno o varios orificios de descarga rodeados por unas zonas del elemento del filtro con superficie de igual dimensión, estando situado cada orificio de descarga en el punto central de la zona de superficie que lo rodea.

La unión superficial por ambas caras entre el elemento de drenaje y las membranas exteriores impide que los elementos del filtro se hinchen, de...

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Dispositivo (1) para el fltrado de sustancias contenidas en líquidos mediante microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración con una serie de módulos de filtrado (2) a base de elementos de filtro (3) que están realizados como bolsas de membrana planas y rodeadas del líquido (17) que se trata de filtrar, estando dispuestos los elementos de filtro (3) paralelos y distanciados entre sí, y comunicados entre sí mediante orificios de descarga (8) y elementos de conexión (13), con una evacuación de perneado (11) en cada módulo de filtrado (2) y un colector de perneado (12) al que están conectadas las evacuaciones de perneado (11) de los módulos de filtrado (2) caracterizado porque en cada elemento de filtro (3) está encerrado entre dos membranas exteriores (4, 5) un elemento de drenaje (6) de una o varias capas, unido de modo adherente en toda la superficie por ambas caras con las membranas (4, 5), y porque el elemento del filtro (3) está dotado de uno o varios orificios de descarga (8) rodeados de zonas de superficie del elemento de filtro (3) de iguales dimensiones, estando situado cada orificio de descarga (8) en el centro de la zona de superficie que lo rodea.

Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud y la anchura del elemento de filtro (3) están en una proporción de número entero y porque cada orificio de descarga (8) está situado en la superficie del elemento de filtro (3) en el punto central de una zona de superficie cuadrada de iguales dimensiones.

Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de filtro (3) son flexibles.

Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de drenaje (6) consiste en uno o varios tejidos a base de hilos, filamentos o alambres de polímeros o metal, uno o varios géneros no tejidos de polímeros o de una combinación de estos tejidos y géneros no tejidos.

Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de drenaje (6) presenta una resistencia al flujo variable a lo largo de la superficie del elemento de filtro (3), donde la resistencia al flujo disminuye de forma continua o escalonada según disminuye la distancia a los orificios de descarga (8).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el espesor del elemento de drenaje (6) aumenta de forma continua o escalonada según disminuye la distancia a los orificios de descarga (8).

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de filtro (3) presentan una zona del borde (7) en el que las membranas exteriores (4, 5) y el elemento de drenaje (6) forman un conjunto estanco a la presión.

8. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de filtro (3) presentan una zona del borde (7) en el que las membranas exteriores (4, 5) están unidas entre sí de forma estanca a la presión.

9. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de filtro (3) presentan esquinas redondeadas (10).

10. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de filtro (3) están equipados con medios de fijación (23).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los medios de fijación (23) están realizados en forma de lazos.

12. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los medios de fijación (23) están realizados como orificios estancos a la presión.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque el módulo del filtro (2) está equipado con un bastidor (31) y porque los medios de fijación (23) están dispuestos en el bastidor (31).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el bastidor (31) va fijado en tres dimensiones y porque el colector de permeado (12) y la descarga de permeado

(11) están montados en el bastidor (31).

15. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada orificio de descarga

(8) está equipado por las dos caras exteriores del elemento de filtro (3) con sendos elementos de apoyo (15) de un polímero o de un metal.

16. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque los elementos de contiguos (3) están unidos entre sí de modo estanco a la presión mediante elementos de conexión (13), donde cada elemento de conexión (13) va conectado a dos orificios de descarga (8) opuestos entre sí en los elementos de filtro contiguos (3).

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque el elemento de conexión

(13) es de un polímero o de metal.

18. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque el orificio de descarga

(8) va cerrado por la cara exterior del primer elemento de filtro (3) del módulo del filtro

(2) de forma estanca a la presión por medio de una tapa (24).

19. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque el orificio de descarga

(8) va conectado a la descarga de permeado (11) por la cara exterior del último elemento de filtro (3) del módulo filtrante (2) de modo estanco a la presión.

20. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque el orificio de descarga

(8) está conectado de modo estanco a la presión a la descarga de permeado (11) por la cara exterior del último elemento de filtro (3) del módulo del filtros (2) mediante un elemento de conexión (25).

21. Dispositivo según las reivindicaciones 18 y 20, caracterizado porque la tapa (24) y el elemento de conexión (25) están acoplados entre sí de forma mecánica a través de un medio de montaje (28), ejerciendo el medio de montaje (28) una fuerza de tracción entre la tapa (24) y el elemento de conexión (25), que es perpendicular a la superficie de los elementos de filtro (3).

22. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque el medio de montaje (28) se compone de una varilla (29) y de dos tuercas (30), de metal o plástico, porque la varilla (29) presenta en ambos extremos roscas para las tuercas (30), porque la tapa

(24) y el elemento de conexión (25) están dotados cada uno de un orificio central para pasar con acoplamiento positivo la varilla (29), y porque el elemento de conexión (25) presenta varios orificios de paso (26) para la transferencia del permeado a la descarga de permeado (11).

23. Dispositivo según las reivindicaciones 16 a 22, caracterizado porque entre los

elementos de filtro (3) y los elementos de conexión (13), entre el primer elemento de filtro (3) y las tapas (24), y entre el último elemento de filtro (3) y la descarga de permeado (11) o los elementos de conexión (25) está situado en cada uno un elemento de junta (16) de un material elastómero.

24. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el orificio de descarga (8) tiene forma circular.

25. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento de apoyo (15) es un disco de forma anular.

26. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque el elemento de conexión

(13) es un tubo.

27. Dispositivo según la reivindicación 23, caracterizado porque el medio de sellado (16) es un disco de forma anular.

28. Dispositivo según la reivindicación 26, caracterizado porque el elemento de conexión

(13) de forma tubular presenta en ambos extremos frontales una prolongación cilíndrica (14), estando dimensionado el diámetro exterior de la prolongación (14) de tal modo que la prolongación (14) encaja con ajuste positivo en el elemento de apoyo (15) de forma anular, porque el diámetro interior de la prolongación (14) es igual al diámetro interior del elemento de conexión (13) y porque la longitud de la prolongación (14) es mayor que el espesor del medio de sellado (16) y menor / igual al espesor total del elemento de apoyo (15) y el medio de sellado (16).

29. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la descarga de permeado

(11) está equipada con un acoplamiento (18).

30. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el colector de permeado

(12) está formado a base de una conducción principal (22) y conducciones de conexión

(19) para los módulos del filtro (2).

31. Dispositivo según la reivindicación 30, caracterizado porque cada conducción de conexión (19) está equipada con una válvula (21) y un alojamiento de acoplamiento (20)

para el acoplamiento (18).

32. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de conexión

(13) es un tubo que en una superficie extrema presenta tres o más distanciadores (40) dispuestos equidistantes entre sí, porque la longitud de los distanciadores (40) está aproximadamente entre el 90 y 100% del espesor de los elementos de filtro (3), y porque alrededor de todos los orificios de descarga (8) de cada elemento de filtro (3) están dispuestos tres o más orificios distanciadores (41) para alojar con ajuste de precisión los distanciadores (40).

33. Dispositivo según la reivindicación 32, caracterizado porque la tapa (24) está equipada con tres o más distanciadores (40).

34. Dispositivo según la reivindicación 32, caracterizado porque el medio de montaje (28) está equipado con un distanciador para limitar la compresión de los elementos de filtro (3).

35. Dispositivo según la reivindicación 34, caracterizado porque el distanciador es un tubo envolvente que es atravesado por la varilla (29), estando dimensionada la longitud del tubo envolvente de tal modo que la compresión de los elementos de filtro (3) sea inferior al 10% cuando el tubo envolvente se amarra con acoplamiento de fuerza entre la tapa

(24) y el elemento de conexión (25).

36. Dispositivo según la reivindicación 34, caracterizado porque el distanciador comprende la varilla (29) y una primera y una segunda contratuerca, porque la primera y la segunda contratuerca están posicionadas sobre las roscas de la varilla (29), porque la primera contratuerca forma un tope para la tapa (24) y la segunda contratuerca un tope para el elemento de conexión (25), estando dimensionada la distancia entre la primera y la segunda contratuerca de tal modo que la compresión de los elementos de filtro (3) sea inferior al 10%.