Procedimiento de limpieza de una superficie de membrana o de mantenimiento de una superficie de membrana limpia durante un procedimiento de separación con membrana desde fuera hacia dentro,

comprendiendo el procedimiento aplicar impulsos de gas a presión en las proximidades inmediatas de la superficie de membrana, en el que dichos impulsos de gas se aplican en el lado de una superficie externa de la membrana (4), estando dicha superficie externa de la membrana en contacto con un sustrato que va a filtrarse, para formar un volumen aireado de sustrato, mientras que simultáneamente se realiza un procedimiento de separación, en el que dichos impulsos de gas tienen una longitud de impulso individual de 0,1 a 10 segundos, caracterizado por la etapa de aplicar los impulsos de gas a presión alternando entre un modo de pulsación a alta frecuencia y un modo de pulsación a baja frecuencia

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La incrustación de las superficies de membrana durante la filtración con membrana provoca con frecuencia una disminución en la producción de agua filtrada. Por consiguiente, tradicionalmente se emplean diversos medios para 5 mantener limpias las superficies de membrana y para reducir las tasas de incrustación. La mayoría de las técnicas de limpieza de membranas conocidas emplean el principio de aumentar el flujo transversal, es decir, el flujo en una dirección tangencial, del líquido que va a filtrarse respecto a la superficie de membrana que va a limpiarse. El aumento de flujo transversal provoca flujo turbulento y aumenta los esfuerzos cortantes a través de la superficie de membrana, desplazando de ese modo los sólidos acumulados sobre la superficie. 10

La eficacia de limpieza usando filtración de flujo transversal puede mejorarse adicionalmente si el flujo transversal consiste en una mezcla bifásica continua o cíclica de gas y líquido, con el gas dispersado en la fase líquida en forma de burbujas de gas cuyo tamaño oscila desde aproximadamente 0,1 mm hasta 10 mm. Por ejemplo, la aplicación de mezclas de gas-líquido bifásicas continuas se ilustra en el sistema de membrana sumergido descrito en la patente estadounidense n.º 5.639.373. El flujo bifásico provoca turbulencia adicional y agita mecánicamente la superficie de 15 membrana, dando como resultado un aumento del esfuerzo cortante a través de la superficie de membrana debido al aumento de la velocidad relativa entre la superficie de membrana y el líquido que va a filtrarse. Como resultado, aumenta la eficacia de limpieza de la superficie de membrana.

Alternativamente, el flujo de gas-agua bifásico cíclico descrito en la patente estadounidense n.º 6.245.239 aumenta la eficacia de limpieza de las membranas permitiendo que el líquido que va a filtrarse se acelere o decelere cíclicamente, 20 evitando por tanto zonas muertas en la masa de líquido, que son comunes en el flujo de gas-agua bifásico continuo. Las membranas pueden limpiarse también mediante la aplicación de impulsos de presión inyectados y ultrasonidos de baja frecuencia (Cheryan M.: Ultrafiltration and Microfiltration Handbook (1998) y Water Treatment Membrane Processes, Joel Mallevialle, Ed. (1996)). Todos estos procedimientos de limpieza son ventajosos porque pueden realizarse sin la necesidad de interrumpir el procedimiento de filtración con membrana. 25

Por el contrario, la limpieza de membranas usando retrolavado requiere que el procedimiento de filtración se interrumpa. El retrolavado implica bombear una corriente de permeado (líquido filtrado) a través de la pared de la membrana en sentido opuesto al sentido de flujo durante la filtración, desplazando de ese modo las partículas depositadas sobre la superficie de membrana. Para el retrolavado también puede usarse aire en lugar de permeado, tal como se describe por ejemplo en la patente estadounidense n.º 6.159.373 o el documento US-A-4.767.539. 30

El documento US 6.245.239 B1 enseña un sistema de aireación para agitar una membrana filtrante con el fin de eliminar partículas del lado externo (lado del sustrato) de la membrana. El sistema usa impulsos de gas, que se aplican al sustrato que va a filtrarse, siendo los impulsos de gas individuales preferiblemente de más de 10 segundos, seguido por intervalos sin impulsos de igual duración.

El documento US 2001/027951 A1 da a conocer un aireador para limpiar la superficie externa de una membrana filtrante 35 con impulsos de gas repetidos que tienen dos velocidades de flujo diferentes simultáneamente con la filtración. Las velocidades de flujo se varían en ciclos repetidos, ciclos que son de entre 10 segundos y 60 segundos de duración.

Estos procedimientos conocidos para la limpieza y/o el mantenimiento de superficies de membrana limpias tienen varias desventajas. Por ejemplo, una desventaja de aumentar la turbulencia y el esfuerzo cortante a través de una superficie de membrana aumentando la velocidad relativa del líquido filtrado con respecto a la superficie de membrana es que se 40 requieren cantidades significativas de energía. También supone un consumo significativo de potencia para generar la intensidad del campo ultrasónico requerida para llevar a cabo la limpieza con ultrasonidos de una superficie de membrana. Por consiguiente, tales procedimientos pueden no ser aplicables en casos en los que no pueden aplicarse velocidades relativas elevadas entre la superficie de membrana y el líquido que va a filtrarse.

Adicionalmente, los procedimientos de limpieza que usan flujo de gas/líquido continuo o cíclico bifásico, tal como se 45 describe, por ejemplo, en el documento US 6.245.239 B1, utilizan normalmente cantidades significativas de aire para la aireación y por tanto tales procedimientos pueden no ser aplicables en casos en los que es necesario mantener el líquido que va a filtrarse en condiciones anaerobias. Adicionalmente, el pequeño tamaño de las burbujas de gas y su movimiento no lineal pueden provocar una formación de espuma no deseable. Las pequeñas burbujas de gas pueden quedar atrapadas en la matriz de partículas sólidas presentes en la corriente de alimentación, flotar, y separarse del 50 grueso de la corriente de alimentación, dando como resultado una disolución de alimentación no homogénea.

Finalmente, la limpieza de una superficie de membrana mediante retrolavado con permeado o gas necesita la interrupción del procedimiento de filtración con membrana, dando como resultado por tanto un tiempo de parada y pérdida de productividad. El procedimiento de retrolavado es también adecuado sólo para ciertos tipos de membrana y configuraciones de membrana. Por ejemplo, las membranas de placas y bastidor no pueden someterse a retrolavado 55 porque la presión de retrolavado puede separar la membrana del bastidor de soporte.

Por consiguiente, sigue existiendo una necesidad en la técnica de un procedimiento de limpieza y de mantenimiento de superficies de membrana mejorado y económico, que pueda realizarse durante la filtración y que sea tan eficaz como procedimientos de limpieza conocidos, pero aplicable a una variedad de diferentes configuraciones de membrana, incluyendo aquéllas que se mantienen en condiciones anaerobias.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN 5

Se proporciona un procedimiento de limpieza de una superficie de membrana o de mantenimiento de una superficie de membrana limpia durante un procedimiento de separación con membrana desde fuera hacia dentro tal como se define en la reivindicación 1.

El procedimiento puede comprender filtrar un líquido que contiene al menos un sólido en suspensión para producir un permeado y someter a retrolavado la superficie de membrana con el permeado además de aplicar impulsos de gas a 10 presión que tienen una longitud de impulso individual de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10 segundos en las proximidades inmediatas de la superficie de membrana para formar un volumen aireado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

El sumario anterior, así como la siguiente descripción detallada de la invención, se entenderán mejor al leerse junto con los dibujos adjuntos. Para el fin de ilustrar la invención, en los dibujos se muestran realizaciones que se prefieren 15 actualmente. Debe entenderse, sin embargo, que la invención no se limita a las disposiciones e instrumentalidades precisas mostradas. En los dibujos:

la figura 1 es una representación esquemática de un conjunto de membrana que tiene membranas verticales para llevar a cabo el procedimiento según la invención;

la figura 2 es una representación esquemática de un conjunto de membrana que tiene membranas horizontales para 20 llevar a cabo el procedimiento según la invención;

la figura 3 es una representación esquemática de un aparato para llevar a cabo el procedimiento según la invención;

la figura 4 es un gráfico del flujo frente al tiempo para una membrana no limpiada;

la figura 5 es un gráfico del flujo frente al tiempo para una membrana limpiada usando un procedimiento de la invención;

la figura 6 es un gráfico del flujo frente al tiempo para una membrana limpiada usando un procedimiento de retrolavado 25 de la técnica anterior; y

la figura 7 es un gráfico del flujo frente al tiempo para una membrana limpiada usando otro procedimiento de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de limpieza de una superficie de membrana o de mantenimiento de una superficie de membrana limpia durante un procedimiento de separación con membrana desde fuera hacia dentro, comprendiendo el procedimiento aplicar impulsos de gas a presión en las proximidades inmediatas de la superficie de membrana, en el que dichos impulsos de gas se aplican en el lado de una superficie externa de la membrana (4), estando dicha superficie externa de la membrana en contacto con un sustrato que va a filtrarse, para formar un volumen aireado de sustrato, mientras que 5 simultáneamente se realiza un procedimiento de separación, en el que dichos impulsos de gas tienen una longitud de impulso individual de 0,1 a 10 segundos,

caracterizado por la etapa de

aplicar los impulsos de gas a presión alternando entre un modo de pulsación a alta frecuencia y un modo de pulsación a baja frecuencia. 10

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los impulsos de gas a presión se aplican alternando el modo de pulsación a baja frecuencia (a) y el modo de pulsación a alta frecuencia (b), que comprende respectivamente:

(a) inyectar los impulsos de gas a presión individualmente para una duración total de 0,1 a 1000 horas, siendo el intervalo entre los impulsos de 10 a 1000 segundos; y

(b) inyectar los impulsos de gas a presión en grupos que comprenden de 2 a 100 impulsos individuales para una 15 duración total de 10 a 1000 segundos, siendo el intervalo entre los impulsos individuales en los grupos del 50 al 300% de una longitud de impulso.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los impulsos de gas a presión presentan una presión de 0,69 a 6,21 bar y una velocidad de flujo de 34 a 500 m3/h por metro cuadrado de una sección transversal del volumen aireado.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la membrana (4) comprende al menos uno seleccionado del grupo 20 que consiste en fibra hueca, lámina plana, lámina tubular y capilar.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento mantener la membrana (4) con su eje longitudinal en vertical de manera que la superficie de membrana sea paralela a una dirección de flujo de gas procedente de los impulsos de gas a presión.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento mantener la membrana (4) con su eje 25 longitudinal en horizontal de manera que la superficie de membrana sea ortogonal a una dirección de flujo de gas procedente de los impulsos de gas a presión.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la membrana (4) comprende al menos una fibra hueca ortogonal a la dirección de flujo de gas procedente de los impulsos de gas a presión.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la aplicación de los impulsos de gas a presión a la superficie de 30 membrana se lleva a cabo mediante al menos un distribuidor (2) que tiene aberturas (6) de 0,2 a 7 mm situadas en un extremo inferior de la membrana (4) y orientadas con un ángulo de 0 a 80º con respecto a una dirección vertical, de manera que el sentido de flujo de gas procedente de los impulsos de gas es ascendente.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la membrana (4) se encuentra dentro de un recipiente (12) cerrado, presurizado, y el procedimiento de separación con membrana es uno seleccionado del grupo que consiste en 35 una separación con membrana frontal, una separación con membrana semifrontal, y una separación en la que un líquido que va a filtrarse fluye tangencialmente a través de la superficie de la membrana (4).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el líquido que va a filtrarse comprende un líquido de múltiples componentes que contiene al menos un sólido en suspensión.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, realizándose el procedimiento en un recipiente (12) cerrado que comprende 40 una fase líquida y una fase gaseosa.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además poner en contacto la membrana (4) con un líquido de limpieza o de lavado de manera contemporánea con la aplicación de los impulsos de gas a presión.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento de separación con membrana comprende una etapa de filtrado de un líquido que contiene al menos un sólido en suspensión para producir un permeado, y una etapa 45 de retrolavado de la superficie de membrana con el permeado.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, comprendiendo el procedimiento aplicar los impulsos de gas a presión simultáneamente con al menos una de las etapas de filtración y retrolavado.

15. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de retrolavado comprende aplicar un flujo de retrolavado de 20,4 a 136 l/m2h y una presión de retrolavado de 0,21 a 2,76 bar.

16. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la duración de la etapa de retrolavado es de 0,25 a 5 minutos.

17. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de retrolavado se efectúa tras la etapa de filtración.

18. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de retrolavado se realiza a intervalos de 10 a 1440 5 minutos.

19. Procedimiento según la reivindicación 13, comprendiendo el procedimiento inyectar los impulsos de gas a presión en grupos simultáneamente con la etapa de retrolavado.

20. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de retrolavado comprende aplicar el permeado como impulsos de flujo o presión. 10

21. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de retrolavado comprende además añadir al menos un producto químico de limpieza al permeado para el retrolavado de la superficie de membrana.