Aparato de filtración de flujo cruzado con espaciador de alimentación de biocida.

Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado que comprende:

un tubo (20, 120) central perforado; y una membrana (21, 121) semipermeable arrollada en espiralalrededor del tubo central perforado, incluyendo la membrana semipermeable:

un soporte (22, 122) de permeado, una membrana (24, 124) adyacente al soporte de permeado y unespaciador (26, 126) de alimentación adyacente a la membrana, en el que el espaciador dealimentación comprende al menos un agente biocida,

caracterizado porque,

el espaciador (26, 126) de alimentación está formado a partir de un material polimérico mezclado conal menos un agente biocida seleccionado del grupo que consiste en un compuesto de amoniocuaternario, un derivado de silano y 5-cloro-2-(2,4-diclorofenoxi)fenol, a de aproximadamente el 0,01%a aproximadamente el 10% en peso, por medio de un procedimiento de extrusión para formar unaimpregnación homogénea con el al menos un agente biocida por todo el espaciador, comprendiendo elespaciador de alimentación un espesor de aproximadamente 508 μm a 1270 μm (de 0,020 a 0,050pulgadas).

Aparato de filtración de flujo cruzado con espaciador de alimentación de biocida

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere generalmente a aparatos de filtración de agua. En particular, la presente invención se refiere a un aparato de filtración de agua de flujo cruzado que incluye un espaciador de alimentación de biocida.

En el campo de la producción de agua potable, es decir, en el uso para tratamiento de agua, tal como purificación de agua y tratamiento de efluentes, están sustituyéndose la sedimentación por coagulación y filtración con arena convencionales por membranas de separación, y están usándose para mejorar la calidad del agua tratada. Los sistemas de filtración por ósmosis inversa son unos de los sistemas de membrana de separación más comunes para tratar el agua y mejorar la calidad del agua en general.

Aunque la ósmosis inversa es una técnica eficaz en el tratamiento de agua, la capacidad de retirar del agua partículas disueltas resulta costoso. Las bacterias contenidas en el agua de entrada se detienen por las membranas semipermeables de los sistemas de ósmosis inversa y en consecuencia, se acumulan en la superficie de las membranas. Las bacterias normalmente se multiplican cada de 30 a 60 minutos, y su crecimiento es logarítmico. Por ejemplo, una única célula bacteriana dará como resultado 16 millones de bacterias en 24 horas. El crecimiento explosivo de las bacterias da como resultado la contaminación de la membrana, lo que reduce el flujo de agua a través de la membrana y puede afectar de manera adversa a las propiedades filtrantes de la membrana.

Además, las membranas contaminadas requieren presiones de funcionamiento superiores, lo que a su vez aumenta los costes de funcionamiento y da como resultado una vida útil más corta de las membranas de filtro utilizadas en procedimientos de ósmosis inversa. Aunque se han realizado varios intentos para limpiar tales membranas contaminadas, limpiar las membranas de ósmosis inversa utilizando productos químicos requiere aproximadamente el 20% del tiempo de funcionamiento total de una instalación de ósmosis inversa, dando como resultado de ese modo una reducción drástica de la eficiencia global del procedimiento. Factores de contaminación convencionales para membranas de ósmosis inversa, ultrafiltración y microfiltración son normalmente de aproximadamente el 30%, el 80% y el 90%, respectivamente. La tasa de contaminación es una de las consideraciones más importantes en el diseño de una planta de tratamiento de agua que utiliza un procedimiento basado en membranas.

Las membranas contaminadas son difíciles de limpiar y reducen la calidad del agua del agua filtrada. Como resultado del crecimiento bacteriano sobre la membrana, se forma una biopelícula gelatinosa sobre la superficie aguas arriba de la membrana. La biopelícula es muy difícil de retirar, excepto a través del uso de oxidantes químicos fuertes que dañan la membrana. La biopelícula protege a las bacterias frente a procedimientos de limpieza y esterilización normales y conduce a un paso de las bacterias a través de la membrana. La penetración bacteriana también podría producirse por defectos en la membrana. Normalmente, las bacterias se detectan en el lado aguas abajo de la membrana en el plazo de 48 a 72 horas. El lado aguas abajo de la membrana se decolora apreciablemente o se ennegrece con el tiempo a medida que las bacterias colonizan el lado aguas abajo de la membrana y forman una biopelícula. Tal contaminación biológica también puede conducir a la formación de extremos localizados en el pH que pueden dañar adicionalmente la membrana. Por tanto, los filtros semipermeables convencionales, por sí solos, casi nunca proporcionan agua ultrapura (es decir, sin bacterias) . En muchos casos, los procedimientos de ósmosis inversa, ultrafiltración, nanofiltración y microfiltración deben ir seguidos de filtros de pulido para limpiar el agua de bacterias.

El problema de las membranas de filtro de agua que padecen biocontaminación se conoce en la técnica. Los intentos de encarar este problema incluyen añadir desinfectante, tal como cloro y cloramina, al agua. Sin embargo, las membranas de filtro, tales como membranas de poliamida compuestas, son muy susceptibles al daño por oxidación, de manera que la mayoría de los oxidantes, por ejemplo, cloro, no pueden utilizarse en procedimientos basados en membranas. Otro enfoque ha sido añadir alguna forma de aditivo antimicrobiano a la superficie de la membrana. Por ejemplo, la patente estadounidense nº. 6.540.915 concedida a Patil da a conocer la incorporación de diversos agentes antimicrobianos a una membrana polimérica adecuada para ósmosis inversa, ultrafiltración, nanofiltración y microfiltración. Sin embargo, las superficies de tales membranas son muy complejas y sensibles a los componentes del aditivo, y la introducción de tales productos químicos extraños (por ejemplo, agentes antimicrobianos) puede reducir el rechazo de sales y la permeabilidad de la membrana.

Los filtros de ósmosis inversa se fabrican también normalmente como o bien filtros de filtración de “extremo cerrado”

o bien filtros de filtración de “flujo cruzado”. Con la filtración de extremo cerrado, toda la disolución de alimentación (es decir, el agua que va a filtrarse) pasa a través del medio de filtro. Como resultado, todas las partículas y los solutos disueltos quedarán retenidos sobre o dentro del medio de filtro. Esto da como resultado una acumulación de torta de filtro (polarización de concentración) sobre la superficie del medio de filtro, que tiene un impacto en la eficiencia y eficacia globales del filtro de extremo cerrado y la biocontaminación del medio de filtro.

En la filtración de flujo cruzado, la disolución de alimentación está diseñada para fluir a través de una superficie del

medio de filtro a alguna presión (por ejemplo, una presión mayor que la presión osmótica de la disolución de alimentación) de manera que un porcentaje de la disolución de alimentación se conduce a través del medio de filtro. El método de filtración de flujo cruzado permite la filtración de la disolución de alimentación con un contenido en sólidos superior, ya que tales sólidos se lavarán a través de la superficie del medio de filtro en lugar de depositar sobre la misma, como en los procedimientos de filtración de extremo cerrado. Tal flujo de disolución de alimentación a través de un medio de filtro también tiene un impacto en cómo el medio de filtro de filtración de flujo cruzado se contamina en comparación con los filtros de extremo cerrado.

La solicitud de patente alemana nº. 10 2006 042 876 A1 da a conocer una membrana asimétrica y un espaciador, que comprende un recubrimiento biocida inorgánico para su uso como membrana de ósmosis inversa.

Se describe un cartucho de filtro antimicrobiano que comprende hilos impregnados con un agente biocida como 5cloro-2- (2, 4-diclorofenoxi) fenol que tiene un elemento de núcleo perforado envuelto con membranas microporosas por Gilbert Patrick y Arvind S. Patil en la solicitud de patente estadounidense nº. 5.868.933 A.

Además, la solicitud de patente japonesa nº. 2004 243 194 A da a conocer un aparato de desionización eléctrica, que está constituido por elementos de intercambio catiónico y aniónico dispuestos alternativamente entre una cámara de ánodo dotada de un ánodo y una cámara de cátodo dotada de un cátodo y que forman alternativamente cámaras de desalinización y cámaras de espesamiento divididas por estos elementos de intercambio, mientras que están unidos espaciadores antibacterianos a las cámaras de espesamiento.

Debido a la naturaleza de un diseño arrollado en espiral del filtro de flujo cruzado, tales filtros están diseñados normalmente para permitir sólo un flujo en un sentido a través del sistema. Como tal, el diseño arrollado en espiral del filtro no permite el lavado por contracorriente con agua o agitación con aire para limpiar su superficie y retirar los sólidos. Dado que los materiales acumulados no pueden retirarse de las superficies de las membranas, tales sistemas de filtro de flujo cruzado son susceptibles de contaminarse y perder la capacidad de producción. Por consiguiente, existe todavía una necesidad de un aparato de separación de agua, tal como un filtro de filtración de flujo cruzado de ósmosis inversa, que pueda encarar los problemas de biocontaminación en el tratamiento de agua... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado que comprende:

un tubo (20, 120) central perforado; y una membrana (21, 121) semipermeable arrollada en espiral alrededor del tubo central perforado, incluyendo la membrana semipermeable:

un soporte (22, 122) de permeado, una membrana (24, 124) adyacente al soporte de permeado y un espaciador (26, 126) de alimentación adyacente a la membrana, en el que el espaciador de 10 alimentación comprende al menos un agente biocida,

caracterizado porque,

el espaciador (26, 126) de alimentación está formado a partir de un material polimérico mezclado con

al menos un agente biocida seleccionado del grupo que consiste en un compuesto de amonio cuaternario, un derivado de silano y 5-cloro-2- (2, 4-diclorofenoxi) fenol, a de aproximadamente el 0, 01% a aproximadamente el 10% en peso, por medio de un procedimiento de extrusión para formar una impregnación homogénea con el al menos un agente biocida por todo el espaciador, comprendiendo el espaciador de alimentación un espesor de aproximadamente 508 !m a 1270 !m (de 0, 020 a 0, 050

pulgadas) .

2. Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado según la reivindicación 1, en el que el espaciador (26, 126) de alimentación comprende una configuración de malla.

3. Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado según la reivindicación 1, en el que el espaciador (26, 126) de alimentación comprende además al menos un agente biocida seleccionado del grupo que consiste en un detergente, un pigmento, un halógeno y un compuesto fenólico.

4. Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado según la reivindicación 1, en el que el espaciador (26, 30 126) de alimentación comprende además un metal precioso.

5. Dispositivo (10, 100) de filtración de flujo cruzado según la reivindicación 1, en el que el espaciador (26, 126) de alimentación comprende de aproximadamente el 0, 25% a aproximadamente el 0, 5% en peso de agente biocida.

6. Dispositivo (10) de filtración de flujo cruzado según la reivindicación 1, que comprende además una tapa

(30) de extremo que tapa tanto un extremo (12) de entrada como un extremo (14) de salida del dispositivo de filtración de flujo cruzado, comprendiendo la tapa de extremo: un cuerpo (32) generalmente cilíndrico y una parte (34) de extremo plana que tiene un orificio (36) central alineado con el tubo (20) central

perforado, y una pluralidad de aberturas (38) para permitir el paso de fluido a su través.