Máquina para filtración de líquidos con membranas cerámicas.

Máquina para filtración de líquidos a partir de membranas cerámicas mediante filtración tangencial que tiene forma de armario compacto con tres compartimentos,

uno donde está los filtros cerámicos y se realiza la filtración propiamente dicha, otro que sirve de depósito de recirculación y otro que alberga los diferentes aparatos para el funcionamiento del la misma.

Los filtros cerámicos son unas unidades, de acero u otros materiales como el plástico, de diferentes formas y dimensiones, con capacidad para albergar un número variado de membranas. Las membranas están sujetas por los extremos por unas piezas destinadas a la entrada y salida del líquido, realizando la recirculación por el interior de las membranas, que pueden ser de cualquier tipo conocido o unas especiales a base de pasta de diferentes arcillas.

MÁQUINA PARA FILTRACIÓN DE ÚQUIDOS CON MEMBRANAS CERÁMICAS.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el sector técnico, cnfocado a un uso medioambiental, dentro de los procesos de filtración tangencial con membranas cerámicas.

El objeto de la invención es la realización de un sistema de regeneración de ¡¡guas que rcaUce un tratamiento terciario para agw\s residuales, en estaciones que ya realizan depuración primari¡\ (retirada de sólidos) y secundaria (consurrtición biológica de materia orgánica) , devolviéndole de esta manera al agua las propied¡¡des neces¡lri¡\s para un uso determinado, según !¡\ legislación actual.

El objeto de la invención supone un campo de apUcación novedoso para las técnicas de ultra-filtración y micro-fiItracjón.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La invención que se presenta está basada en la filtración tangencial. Cuando se usa el término de procesos de filtración, se hace referencia a las operaciones de membrana de MF (microfiltración) , UF (ultrafiltnlción) , NF (nanofiltnlción) y 01 (ósmosis inversa) . Estas operaciones tienen en común la fuerza directora: una diferencia de presión a través de la membrana llamada presión transmembrana (PTM) , que propicia el desplazamiento del fluido hacia Jos puntos de menor presión.

Los primeros procesos de filtración con membrana mediante presión eran con filtración total. Este tipo de filtración consistía en hacer pasar toda el agua a través de la capa filtrante, produciéndose una recuperación total del agua de entrada. En el caso de las membranas tubulares y para el caso de la filtración total, la capa filtnmte se encuentra en el exterior del cuerpo de la membrana, quedando las sustancias retenidas en el exterior.

Este tjpo de filtración, sin embargo, tiene ciertas desventajas ya que requieren de elevadas presiones de trabajo llegando a los 70-80 bares de forma habitual, con el consiguiente coste energético que esto implica. Las membranas se colmatan rápidamente, bloqueando el funcionamiento del sistema de filtración y disminuyendo su vida útil, por lo que no permite efectuar filtraciones continuas.

Ante esto, surge la filtración tangencial que es la más utilizada en la actualjdad. En este caso, el flujdo a tratar fluye de forma tangencial a lo largo de la superficie de la capa filtrante, haciendo que los valores de presión requeridos no sean tan elevados. En este tipo de filtración la capa filtrante, se sitúa en el interior del cuerpo de la membrana, por donde cireuJa el fluido a una velocidad suficientemente elevada para intentar disminuir la probabilidad de que las partículas, microorganismos, erc. queden encajados en los poros de la membrana. Este tipo de filtración se puede considerar en cierto gmdo, auto-Umpiantc, ya que al circular el fluido tangcncialmcntc en el interior de la membrana, se puede llevar parte de las partículas que se han adherido a la capa filtrante. Sin embargo, para aqucUas partículas que se quedan adheridas, la rncmbnma se somete a procesos de limpieza como son los retro-lavados.

Al realizarse la filtración, el caudal de alimentación se distribuye en caudal permeado o filtrado y caudal rechazo. El caudal permeado es el caudal que ha traspasado la capa filtrante de la membrana y que se encuentra limpio de las impurezas filtradas por esta, el caudal rechazo es el resto de caudal de alimentación que no ha sido permeado. Habitualmente, parte de este caudal rechazo es recirculado como caudal de alimentación, para tener una mayor recuperación del agua tratada.

Las principales ventajas de la filtración tangencial respecto a la filtración total son la reducción del conswno de energía en términos de presión, simplificando I¡\s tecnologías de presión a implantar en estos procesos (esta disminución de costes energéticos, posibilita que las tecnologías de filtración sean una alternativa a otros métodos de se.paración físicos o químicos. Tan sólo se requieren valores elevados de presión ('n los procesos de filtración de ósmosis inversa) . El proceso de filtración tangencial, se puede considerar hasta cierto punto, auto-limpiant (', por lo que elevada durabilidad del sistema de filtración, al disminuir la colmatación producida en las membranas. También permite trabajar en filtración continua, pudiendo así trabajar con característkas de funcionamiento estables (ej. a caudal constante) y tratar el caudal de rechazo, ya sea recirculan te o dentro del mismo sistema de filtración como alimentación, o bien reutilizarlo o desviarlo hacia otros procesos.

Dentro del rango de filtración existente, I¡\ invención propuesta cubre la ultra-filtración (UF) y la micro-filtración (r-.'¡F) . La UF retiene los coloides, las partículas y las especies solubles de elevada mas¡\ molecular. Los virus, los cuales tienen tamaños entre 10 y 25 , um, son eliminados también con UF. Los poros de su s membranas tienen tamaños comprendidos entre 50 y ·100 ¡.lm. La aplicación de la MF se centra en la eliminación de la materia coloidal y bacterias de tamaño superior iI 100 , um. Los poros de las membranils de r-..¡F tienen diámetros de entre 0, 1 Y 1 l.Lm, los de UF van de O, I a 0, 0I , um.

En la actualidad las membranas cerámicas tubulares representan el tipo principal de membranas tnorgánicas. La formulación exacta de una membrana cerámica se encuentra patentada por diversas industrias fabricantes. Los materiales cerámicos base que intervienen en la formulación-síntesis de estas membranas son:

-Óxidos cerámicos (Ti02, Fe203, A1203, 2r0 2) . De éstos, la alúmina (A120 3) , óxido de alwninio casi puro, tiene unas buenas propiedades mecánicas y térmicas, y gracias a su precio relativamente bajo es de las cerámicas más usadas.

-Carburos (c, SiC, TiC, B4C) . Destacar, que el carburo de silicio alfa (SiC-a) es más duro y resistente al desgaste que la alúmina y tiene una excepcional resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas. Pero su coste, es unas tres veces más elevado que el de la alúmina por lo que no se U S¡\ tanto.

-Otros materiales cerámicas: nitruros (Si) N4 BN)

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Las propiedades de las membranas ccrámiG1S no dependen sólo de la composición exacta del material, sino también de su proceso de fabricación. En términos generales, sin embargo, las membranas que se comercializan en la actualidad, se caracterizan por las siguientes ventajas y desventajas:

Sus ventajas son:

· Gran resistencia al lavado qlÚmiCO, tanto al ácido como el básico. Est¡\ elevada resistencia química se debe a la estabilidad de sus enlaces químicos fuertes. Eso facilita I¡¡ limpieza de I¡\ membnma una vez ést¡\ ha colmat¡¡do debido al bioensuciado originado, favoreciendo así la reutilización de la membrana para nuevos usos.

· Buena estabilidad térmica. Las temperaturas de fusión de los materiales cerámicos son mu~' elevadas (1200--1400 o C) y también, lo son generalmente las temperaturas de servicio que pueden resistir en comparación con otros materiales como los polünéricos. A su vez las membranas de cerámica, son piezas de gran estabilidad dimensional, ya que sus diJataciones térmicas son pequeñas.

Como desventajas destacamos las siguientes:

· Su fragilidad. En los procesos de sintesis de las membranas, se introducen sustancias plastificantes para disminuir la fragilidad característica de los materiales cerámicos.

. Su elevado coste. Las membranas cerámicas actuales son costosas debido a su proceso de fabricación, en el que se requieren temperaturas elevadas de sinterización que lJegan a los 1800 o C y más. Esto hace que su campo de apUcación habitual sea reducido; usándose tradicionalmente en el campo de la industria nuclear para tratar debidamente sus ag uas de refrigeración, en el campo de la industria química para tratamientos de fluidos agresivos o de alta temperatura ya las industri¡\s farmacéutic¡\s y lácteas donde se precisa esteriliz¡\ción térmica.

· Los sistemas que se comercializan requieren complejos sistemas que envuelven a las membranas, lo que incrementa los costes y genera cierta dependencia de las marcas sumin.istradoras.

EXPLICACIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como fin evitar los diversos inconvenientes de los sistemas que existen en la ¡\ctualidad, el principal de ellos la excesiva carestía de los materiales que constituyen y soportan la membrana.

El objeto de la invención es también el de ofrecer por un lado un sistema de regeneración de aguas depuradas y por otro un sistema de filtración para líquidos en la industria agroalirncntaria, de manera que se pueda integrar en un proceso industrial.

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1. Máquina para filtración tangcndal de líquidos con forma de armario circundado y sustentado exteriormente por bastidor de tubo de acero o plásticos y cubierto con chapa, caracterizado por una disposición interior con tres departamentos, uno superior que alberga filtros de membranas necesarias, otro intermedio con función de depósito y otro inferior, donde se encuentran las bomb¡\s, motores y demás equipos para el correcto funcionamiento del mismo, con el conjunto de estos se rcaliza la filtración dcllíquido.

2. Filtro de membranas según la reivindicación 1, caracterizado por estar formada por dos piezas, una de admisión y otra salida de líquido, idénticas, fabricadas en acero, huecas y con capacidad de albergar una cantidad variable de membranas.

3. Filtro de membranas según la reivindicación 2, caracterizado por la utilización para su funcionamiento de los elementos tubulares porosos fabricados con una pasta cerámLca a base de arcilla, su diámetro exterior está comprendido entre 0, 03 y 0, 20 m y el espesor de la pared entre 0, 006 y 0, 02 m. y longitudes de hasta 1, 5 m.

4. Filtro de membranas cerámicas según la reivindicación 2 en la que se utiliza cualquier tipo de membrana cerámica del mercado caracterizado por la utilización para el funcionamiento del filtro de membranas cerámicas instaladas entre los sistemas de djstribución y recolección.

5. Filtro de membranas según la reivindicación 2 caracterizado por poseer los sistemas de distribución y recolección fabricados con materiales plásticos alimentarios o no, aceros inoxidables y otros acordes a las necesidades estructurales y técnicas de la función de soporte de la membrana que reaU zan.

6. Filtro de membranas según la reivindicación 2 caracterizado por tener de membran¡ls con umlS dimensiones comprendjd¡ls entre 32 y 110 mm de diámetro y una longitud comprendida entre 350 a 1000m.

7. Filtro de membran¡ls según la reivindiGlción 2 caracterizada por que l¡ls dos piezas huecas que componen el fi ltro de membranas y que sirven de soporte a las mismas admiten un número de membranas comprendido entre 4 y 1° membranas, bien sea de forma recta o circular y de sección prismática o circular.

8. ¡"taquina de filtración según la reivindicación 1 caracterizado por carecer del departamento-depósito de recirculación por ser sufidente el caudal permeado en el transcurso de paso de una sola vez del líquido y no son necesarias más veces.

9. Utilización de la máquina de filtración según la reivindicación 1 como sistema de depuración medj¡mte ultra y microfiltnloón con membranas cerámicas para realizar un proceso de depuración terciaria en estaciones depuradoras convencionales que realizan depuración primaria y secundaria con el objetivo de adecuar dichas estaciones depuradoras a la normativa vigente en materia de reutiliz¡\ción de agu¡\s tratadas.