Limpieza de membranas con bomba impulsada por aire.

Un módulo de membrana (5) que comprende un pluralidad de membranas porosas (6) y un dispositivo para proveer un flujo de fluidos en pulsos generado aleatoriamente,

donde dicho dispositivo incluye un aparato de bomba accionado por gas, caracterizado porque dicho aparato de bomba accionado por gas (11) es operativo en respuesta al suministro de gas presurizado a partir de una fuente de gas conectado al mismo para almacenar y liberar intermitentemente gas presurizado y el uso del gas presurizado para impulsar con el gas cantidades de líquido desde un reservorio o líquido para producir un flujo de fluido gas/líquido de dos fases en pulsos a lo largo de la superficie de dichas membranas para desalojar materiales causantes de la suciedad de las mismas, incluyendo dicho aparato de bomba impulsada por gas una cámara de almacenamiento de gas invertida (12) para almacenar dicho gas provisto por dicha fuente de gas y que tiene un extremo superior cerrado y un extremo inferior abierto (13) posicionados en dicho reservorio de líquido, un tubo elevador vertical (15) localizado dentro de dicha cámara de almacenamiento de gas (12) y que tiene una abertura de entrada (16) en comunicación de fluidez con dicho reservorio de líquido y un puerto de salida en comunicación de fluidez con dicho módulo de membrana, teniendo dicho tubo elevador una abertura (17) en comunicación fluida con dicha cámara de almacenamiento de gas posicionada para recibir dicho gas almacenado desde dicha cámara cuando el nivel de gas dentro de la cámara alcanza un nivel predeterminado e impulsar con gas el líquido a través de dicho tubo elevador (15) para descargar dentro de dicho módulo.

Limpieza de membranas con bomba impulsada por aire Campo técnico

La presente invención se relaciona con sistemas de filtración por membrana y, más particularmente, con aparatos y métodos relacionados para limpiar efectivamente las membranas utilizadas en tales sistemas por medio de flujo de fluido en pulsos.

Antecedentes de la invención La importancia de las membranas para el tratamiento de las aguas residuales está creciendo rápidamente. Es bien sabido que los procesos de membrana pueden utilizarse como un tratamiento terciario efectivo de las aguas residuales para proveer efluentes de calidad. Sin embargo, los costes de capital y operativos pueden ser prohibitivos. Con la aparición de procesos de membrana sumergida donde los módulos de membrana están sumergidos en un gran tanque de alimentación y el filtrado se recolecta a través de succión aplicada al lado del filtrado de la membrana o través de alimentación por gravedad, los biorreactores de membrana que comprenden procesos biológicos y físicos en una etapa prometen ser más compactos, eficientes y económicos. Debido a su versatilidad, el tamaño de los biorreactores de membrana pueden variar desde domésticos (tales como los sistemas de tanques sépticos) hasta los tratamientos de aguas residuales de comunidades y a gran escala. El éxito de un proceso de filtración por membrana depende principalmente de un método de limpieza de la membrana efectivo y eficiente. Los métodos de limpieza físicos utilizados comúnmente incluyen retrolavado (retropulso, retroflujo) , utilizando un permeado líquido o un gas o una combinación de los mismos, depuración o arrastre de la superficie de la membrana utilizando un gas en la forma de burbujas en un líquido. Típicamente, en sistemas de arrastre por gas, se inyecta gas, usualmente por medio de un ventilador, en un sistema líquido donde un módulo de membrana está sumergido para formar burbujas de gas. Las burbujas así formadas viajan entonces hacia arriba para depurar la superficie de la membrana retirando las sustancias causantes de la suciedad formadas en al superficie de la membrana. La fuerza de corte producida se basa principalmente en la velocidad inicial de las burbujas de gas, el tamaño de las burbujas y el resultante de las fuerzas aplicadas a las burbujas. Para potenciar el efecto de depuración, debe suministrarse más gas. Sin embargo, este método consume grandes cantidades de energía. Además, en un ambiente de alta concentración de sólidos, el sistema de distribución de gas puede bloquearse gradualmente por sólidos deshidratados o simplemente bloquearse cuando accidentalmente cesa el flujo de gas.

Adicionalmente, en un ambiente de alta concentración de sólidos, la polarización de la concentración de sólidos cerca de la superficie de la membrana se hace significativa durante la filtración cuando el filtrado limpio pasa a través de la membrana y se deja un contenidos de sólidos retenidos más alto, llevando a una resistencia incrementada de la membrana. Algunos de estos problemas han sido abordados mediante el uso de un flujo de dos fases para limpiar la membrana.

Se reivindica que sistemas de aireación cíclicos que proveen burbujas de gas en una base cíclica reducen el consumo de energía a la vez que proporcionan gas suficiente para depurar efectivamente la superficie de la membrana. Con el fin de proveer tal operación cíclica, tales sistemas requieren normalmente disposiciones de válvulas complejas y dispositivos de control que tienden a incrementar el coste inicial del sistema y los costes de mantenimiento subsiguientes de las disposiciones complejas de válvulas y conmutación requeridas. La frecuencia cíclica también está limitada por el funcionamiento de las válvulas mecánicas en sistemas grandes. Además, la aireación cíclica no se ha encontrado demasiado efectiva para depurar la superficie de la membrana.

Sería deseable proveer una operación eficiente en energía del proceso de arrastre sin necesidad de controlar la operación por medio de conmutación de válvulas complejas. También es preferible proveer un flujo gas líquido de dos fases que pase por la superficie de la membrana para proveer un proceso de arrastre más efectivo a la vez que minimiza los requerimientos de energía para tal proceso de limpieza.

Los siguientes documentos describen módulos de membrana convencionales con dispositivos para producir un flujo de fluido de impulsos para desalojar materiales causantes de la suciedad: WO2004/050221A; EP0344633A; US2005/006308A1; y US2006/201876A1.

Divulgación de la invención La presente invención, al menos en sus realizaciones, busca superar o al menos atenuar algunas de las desventajas de la técnica anterior o al menos proveer al publico con una alternativa útil.

De acuerdo con la invención, se proveen disposiciones de módulos de membrana y un método para retirar materiales causantes de la suciedad de la superficie de una pluralidad de membranas de fibras huecas porosas tal como se define en las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de los dibujos Se describirán ahora realizaciones preferidas de la invención, solamente a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes en los cuales:

La Figura 1 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de un módulo de membrana de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 2 muestra el módulo de la Figura 1 durante la fase de activación de pulsos;

La Figura 3 muestra el módulo de la Figura 1 después de la terminación de la fase de flujo gas/líquido de dos fases pulsada;

La Figura 4 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de un módulo de membrana de acuerdo con una segunda realización de la invención;

La Figura 5 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de un sistema de tratamiento de agua de acuerdo con una tercera realización de la invención;

La Figura 6 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de una disposición de módulos de membrana del tipo ilustrado en la realización de la Figura 1;

Las Figuras 7a y 7b son vistas en elevación transversales esquemáticas simplificadas de un módulo de membrana que ilustra los niveles de operación de líquido dentro del dispositivo de impulso de gas pulsado;

La Figura 8 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de un módulo de membrana del tipo mostrado en la realización de la Figura 1, que ilustra la formación de lodos en la bomba de pulsos impulsada por gas;

La Figura 9 es una vista en elevación transversal esquemática simplificada de un módulo de membrana que ilustra una realización del proceso de eliminación de lodos;

La Figura 10 es una gráfica del patrón de flujo de líquido pulsado y de la rata de flujo de aire suministrada con el tiempo; y La Figura 11 es una gráfica de la permeabilidad de la membrana que compara la eficiencia de limpieza utilizando un dispositivo impulsado por gas y un dispositivo impulsado por gas pulsado de acuerdo con la invención.

Descripción de las realizaciones preferidas Con referencia a los dibujos, las Figuras 1 a 3 muestran una disposición de módulo de membrana de acuerdo con una realización de la invención.

El módulo de membrana 5 incluye una pluralidad de haces de membranas de fibra hueca permeable montadas en y extendiéndose desde una cabeza de inmersión inferior 7. En está realización, los haces se dividen para proveer espacios 8 entre los haces 6. Será evidente que puede utilizarse cualquier disposición deseable de membranas dentro del módulo 5. Se prové un cierto numero de aberturas 9 en la cabeza de inmersión inferior 7 para permitir el flujo de fluidos a través de la misma desde la cámara de distribución 10 posicionada por debajo de la cabeza de inmersión inferior 7.

Un dispositivo 11 de bomba accionada por impulsos está provisto por debajo de la cámara 10 y en comunicación fluida con la misma. El dispositivo 11 de bomba impulsada por gas en pulsos incluye una cama de recolección de gas invertida 12 abierta en su extremo inferior 13 y que tiene una puerta de entrada de gas 14 adyacente a su extremo superior. Un tubo elevador central 15 se extiende a través de la cámara de recolección de gas 12 y está conectado en fluidez a la base de la cámara de distribución 10 y está vierto en su extremo inferior 16. El tubo elevador 15 está provisto... [Seguir leyendo]

1. Un módulo de membrana (5) que comprende un pluralidad de membranas porosas (6) y un dispositivo para proveer un flujo de fluidos en pulsos generado aleatoriamente, donde dicho dispositivo incluye un aparato de bomba accionado por gas, caracterizado porque dicho aparato de bomba accionado por gas (11) es operativo en respuesta al suministro de gas presurizado a partir de una fuente de gas conectado al mismo para almacenar y liberar intermitentemente gas presurizado y el uso del gas presurizado para impulsar con el gas cantidades de líquido desde un reservorio o líquido para producir un flujo de fluido gas/líquido de dos fases en pulsos a lo largo de la superficie de dichas membranas para desalojar materiales causantes de la suciedad de las mismas, incluyendo dicho aparato de bomba impulsada por gas una cámara de almacenamiento de gas invertida (12) para almacenar dicho gas provisto por dicha fuente de gas y que tiene un extremo superior cerrado y un extremo inferior abierto (13) posicionados en dicho reservorio de líquido, un tubo elevador vertical (15) localizado dentro de dicha cámara de almacenamiento de gas (12) y que tiene una abertura de entrada (16) en comunicación de fluidez con dicho reservorio de líquido y un puerto de salida en comunicación de fluidez con dicho módulo de membrana, teniendo dicho tubo elevador una abertura (17) en comunicación fluida con dicha cámara de almacenamiento de gas posicionada para recibir dicho gas almacenado desde dicha cámara cuando el nivel de gas dentro de la cámara alcanza un nivel predeterminado e impulsar con gas el líquido a través de dicho tubo elevador (15) para descargar dentro de dicho módulo.

2. Un módulo de membrana de acuerdo con la reivindicación 1 donde el flujo de fluido comprende burbujas de gas.

3. Un módulo de membrana de acuerdo con la reivindicación 2 donde dichas burbujas de gas son producidas por dicho dispositivo provisto con un suministro de gas.

4. Un módulo de membrana de acuerdo con cualquier reivindicación precedente donde el dispositivo para proveer el flujo de fluido en pulsos incluye adicionalmente un distribuidor en comunicación de fluidez con dicho dispositivo y el flujo de fluido en pulsos es distribuido a las membranas a través del distribuidor.

5. Un módulo de membrana de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde la pluralidad de membranas porosas comprende una pluralidad de membranas de fibra hueca porosa, estando dispuestas dichas membranas de fibra (6) en proximidad cercana una a otra montadas para evitar un movimiento excesivo, estando fijas las membranas de fibra a cada extremo en un cabezal, teniendo un cabezal una o más aberturas formadas en el mismo, donde el flujo gas/líquido de dos fases puede ser introducido para limpiar las superficies de dichas membranas de fibra hueca.

6. Un módulo de membrana de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde el suministro de gas es provisto por un tanque externo que contiene gas presurizado estando el tanque en comunicación de fluidez con el módulo de membrana y teniendo medio de control para proveer pulsos de gas generados aleatoriamente al módulo para formar un flujo de burbujas de gas para limpieza de las superficies de membrana.

7. Un módulo de membrana de acuerdo con la reivindicación 6 donde los medios de control comprenden un dispositivo de control de flujo de fluido posicionado en una entrada de gas/líquido al módulo de membrana y operable dependiendo del nivel de líquido en la entrada para proveer gas desde el tanque externo.

8. Un módulo de membrana de acuerdo con la reivindicación 6 donde el dispositivo está conectado en comunicación fluida con un distribuidor de fluido para distribuir de forma sustancialmente uniforme las burbujas de gas pulsadas hacia el módulo.

9. Un dispositivo de módulos de membrana, cada uno de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde se prové un dispositivo para proveer flujo de fluido en pulsos generado aleatoriamente para cada módulo.

10. Una disposición de módulos de membrana, cada una de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, donde se proporciona un dispositivo para proveer flujo de fluido en pulsos generado aleatoriamente para un cierto número de módulos.

11. Una disposición de módulos de membrana de acuerdo con la reivindicación 9 o reivindicación 10 donde el flujo de fluido en pulsos se genera aleatoriamente entre dichos dispositivos formando un patrón de distribución aleatorio.

12. Un método para retirar materiales causantes de la suciedad de una superficie de una pluralidad de membranas de fibra hueca porosa (6) montadas y extendiéndose longitudinalmente en una disposición dentro de un módulo de membrana (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, estando dispuestas dichas membranas de fibra hueca porosa en cercana proximidad una a otra y montadas para evitar un

movimiento excesivo entre ellas, comprendiendo el método de las etapas de proveer un flujo gas/líquido de dos fases en pulsos a través de las superficies de dichas membranas, sustancialmente uniforme entre cada una de dichas membranas de fibra hueca porosas en dicha disposición para limpiar la superficie de dichas membranas y remover sólidos acumulados dentro del módulo de membrana.

13. Un método para eliminar materiales causantes de la suciedad de la superficie de una pluralidad de membrana de fibra hueca porosa de acuerdo con la reivindicación 12 donde dicho flujo de gas/líquido de dos fases en pulso es producido por un dispositivo (11) provisto con un suministro esencialmente constante de gas.

14. Método para eliminar materiales causantes de la suciedad de la superficie de una pluralidad de membranas de fibra hueca porosa de acuerdo con la reivindicación 12 o reivindicación 13 donde el flujo gas/líquido de dos fases es aleatorio en magnitud y/o frecuencia y/o duración.