Procedimiento y dispositivo para la purificación de un fluido acuoso.

Procedimiento para la purificación de un fluido, con la aplicación de módulos de membrana de nanofiltración o hiperfiltración enrollada en espiral dispuestos en serie,

dentro de al menos un tubo de presión, en el cual un fluido acuoso que ha de ser purificado es separado en permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado, en el que las sustancias que están presentes en el fluido acuoso, tales como partículas sólidas, bacterias, virus, y sustancias disueltas, tales como sales, sustancias orgánicas disueltas, pesticidas y similares, son eliminadas al mismo tiempo como dicho flujo de concentrado, en el cual las membranas son enjuagadas periódicamente con agua y un gas con fines de limpieza, caracterizado porque dicho procedimiento de limpieza comprende las siguientes etapas:

(i) dosificación de gas en dicha agua,

(ii) disolver dicho gas de la etapa (i) en dicha agua,

(iii) enjuague longitudinal de la membrana con dicha agua, en la cual de acuerdo con la etapa (ii) se ha disuelto de antemano un gas fácilmente soluble o una mezcla de gases solubles,

(iv) transferir dicho gas disuelto de la fase líquida a la fase gaseosa para eliminar las incrustaciones y el material particulado que se liberaron de las membranas, en el que el gas tiene una solubilidad en agua que es superior a 100 mg/l a 20 ºC y a presión atmosférica a nivel del mar, en el que en la etapa (i) el gas se dosifica en estado gaseoso en un tubo de derivación, en el cual la presión en el emplazamiento de la dosificación de gas es más elevada que la presión en la alimentación a la primera membrana.

Procedimiento y dispositivo para la purificación de un fluido acuoso.

La presente invención se refiere a un procedimiento y dispositivo para la purificación de un fluido acuoso con la aplicación de módulos de membrana enrollada en espiral, así como un dispositivo para la implementación de este procedimiento.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conoce la purificación de fluidos acuosos con la aplicación de membranas enrolladas en espiral, sobre todo del tipo de nanofiltración u ósmosis inversa (OI) /hiperfiltración, en la que tales membranas están dispuestas en serie en tubos de presión instalados horizontalmente.

Los dispositivos con membranas enrolladas en espiral que están dispuestas de acuerdo con el estado de la técnica en serie en tubos de presión instalados horizontalmente a menudo están precedidos por un pretratamiento extensivo, con el fin de impedir o limitar la contaminación grave de las membranas enrolladas en espiral. Tal pretratamiento a menudo consiste en microfiltración o ultrafiltración, si es necesario combinada con filtración rápida con arena y/o filtración con carbón activado.

Aparte de una purificación preliminar extensiva, también se aplica una purificación química frecuente con el fin de limpiar las membranas enrolladas en espiral. El procedimiento, de acuerdo con el estado de la técnica, es de enjuague longitudinal y recirculación con agua a la que se añaden productos químicos en el lado de alimentación de las membranas enrolladas en espiral.

También se conocen el dispositivo y procedimiento de la patente holandesa nº 1030142 para la purificación, más específicamente la desalinización de un fluido, más específicamente con la aplicación de un tubo de presión y un módulo de membrana enrollada en espiral.

El documento NL 1030142 describe un dispositivo para la purificación, más específicamente la desalinización de un fluido, en particular agua con la aplicación de un tubo de presión y un módulo de membrana enrollada en espiral, en el cual dentro del tubo de presión están instalados en paralelo y verticalmente varios módulos de membrana enrollada en espiral estándar.

De acuerdo con el procedimiento de la patente holandesa nº 1030142, se desaliniza un fluido, más específicamente agua, mediante el cual el fluido que ha de ser filtrado es dirigido hacia un tubo de presión, en el cual el fluido que ha de ser filtrado es dirigido a través de al menos dos módulos de membrana que están dispuestos en paralelo en el tubo de presión, creando mientras tanto un flujo de concentrado y un filtrado, y que después de la contaminación de los módulos de membrana los módulos de membrana son limpiados hidráulicamente, con agua y/o gas, mientras que se invierte el flujo durante la operación, y después se continúa de nuevo el procedimiento para la purificación.

DESVENTAJAS DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conoce la purificación de un fluido acuoso con la aplicación de membranas enrolladas en espiral, sobre todo del tipo de nanofiltración u ósmosis inversa, en la que tales membranas están dispuestas en serie en tubos de presión instalados horizontalmente. Al hacer eso se produce contaminación de las membranas y los espaciadores de alimentación. Esto concierne principalmente a la contaminación como resultado del descascaraillado, la bioincrustación, la adsorción de sustancias en la membrana y los espaciadores de alimentación, y la contaminación 50 como resultado de la acumulación de partículas en los espaciadores de alimentación.

Debido a la contaminación de los módulos de membrana, el uso de energía aumenta como resultado del bloqueo total o parcial de los canales de alimentación en el espaciador de alimentación. Como resultado de esto, aumenta la caída de presión por los espaciadores de alimentación. Aparte de eso, la caída de presión por la propia membrana 55 también aumenta como resultado de la contaminación de la superficie de la membrana.

En algunos casos, la caída de presión por los espaciadores de alimentación aumenta hasta tal punto que la distribución de agua de alimentación por la superficie de la membrana se vuelve problemática. En la práctica incluso ocurre, como resultado de la elevada caída de presión por los espaciadores de alimentación, que los módulos de

membrana resultan dañados mecánicamente, porque los módulos enrollados en espiral se deforman longitudinalmente. Este fenómeno se conoce como telescopiaje.

En el estado de la técnica la contaminación de las membranas enrolladas en espiral está limitada particularmente por la aplicación de una purificación preliminar extensiva de los fluidos acuosos que han de ser limpiados. Tal purificación preliminar a menudo concierne a membranas de microfiltración o ultrafiltración, a veces en combinación con filtración rápida con arena y/o filtración con carbón activado u otro tipo de filtración biológica. Las desventajas de tales purificaciones preliminares extensivas son costes más elevados y un mayor uso de productos químicos y energía.

Con el fin de eliminar la contaminación de las membranas y los espaciadores de alimentación que aún se produce, a pesar de la purificación preliminar extensiva, en el estado de la técnica se usan frecuentemente productos químicos para limpieza. Esto tiene la desventaja de un gran consumo de productos químicos, que ocasiona costes elevados y un impacto negativo extra sobre el medio ambiente.

La limpieza hidráulica de las membranas enrolladas en espiral con una mezcla de gas/agua tal como se conoce en el estado de la técnica, también conocida de la patente holandesa nº 1030142, también tiene desventajas. En la invención de acuerdo con el documento NL 1030142, la limpieza hidráulica con una mezcla de gas/agua sólo es posible cuando las membranas están conmutadas en paralelo. Esto es porque la proporción de gas/agua no puede regularse cuando diversos módulos están dispuestos en serie. Además, la distribución de gas es problemática cuando los módulos de membrana están dispuestos horizontalmente.

Como el enjuague con gas/agua de la patente NL 1030142 sólo es posible para membranas conmutadas en paralelo, este procedimiento sólo puede aplicarse en instalaciones nuevas cuando puede aplicarse una conmutación en paralelo de las membranas. Con este fin, en el documento NL 1030142 se propone un nuevo tipo de recipiente de presión. Sin embargo, en la práctica actual existen muchos problemas con la contaminación de la membrana en sistemas horizontales, en los cuales las membranas enrolladas en espiral están dispuestas en serie. Para esas instalaciones el documento NL 1030142 no ofrece ninguna solución.

Otro ejemplo de tecnología de la técnica anterior viene dado por el documento JP2004202409. Este documento desvela un procedimiento para la purificación de un fluido haciendo pasar agua a través de membranas enrolladas espiralmente en un tubo de presión que periódicamente son lavadas a contracorriente con una mezcla de gas/agua.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y dispositivo mejorados, en los cuales se 35 hayan mitigado las desventajas mencionadas anteriormente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Con este fin, la invención implica un procedimiento para la purificación de un fluido, especialmente un fluido acuoso, con la aplicación de módulos de membrana enrollada en espiral, caracterizado porque las sustancias suspendidas que están presentes en el fluido acuoso, tales como partículas sólidas, bacterias, virus, y sustancias disueltas (tales como sales) , sustancias orgánicas disueltas, pesticidas y similares, son eliminadas al mismo tiempo mientras que se aplica al menos un tubo de presión dispuesto horizontalmente con dos o más membranas de nanofiltración o hiperfiltración enrolladas en espiral dispuestas en él en serie, en el cual las membranas son enjuagadas 45 periódicamente con agua, en la cual se ha disuelto un gas o una mezcla de gases perfectamente disoluble, y en el cual se siguen las siguientes etapas:

(1) producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado y (2) enjuague longitudinal de la membrana con agua, en la cual se ha disuelto con antelación un gas o una 50 mezcla de gases perfectamente disoluble.

Ejemplos de fluidos acuosos para los cuales puede usarse la invención son agua de mar cruda o pretratada, agua superficial dulce o salobre, agua subterránea dulce o salobre, agua residual comunal o industrial, agua de proceso, etcétera.

Además de fluidos acuosos también pueden usarse fluidos no acuosos tales como fluidos orgánicos, por ejemplo un alcohol, etcétera.

En vista de un procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la purificación de un fluido, con la aplicación de módulos de membrana de nanofiltración o hiperfiltración enrollada en espiral dispuestos en serie, dentro de al menos un tubo de presión, en el 5 cual un fluido acuoso que ha de ser purificado es separado en permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado, en el que las sustancias que están presentes en el fluido acuoso, tales como partículas sólidas, bacterias, virus, y sustancias disueltas, tales como sales, sustancias orgánicas disueltas, pesticidas y similares, son eliminadas al mismo tiempo como dicho flujo de concentrado, en el cual las membranas son enjuagadas periódicamente con agua y un gas con fines de limpieza, caracterizado porque dicho procedimiento de limpieza comprende las siguientes etapas:

(i) dosificación de gas en dicha agua, (ii) disolver dicho gas de la etapa (i) en dicha agua, 15

(iii) enjuague longitudinal de la membrana con dicha agua, en la cual de acuerdo con la etapa (ii) se ha disuelto de antemano un gas fácilmente soluble o una mezcla de gases solubles, (iv) transferir dicho gas disuelto de la fase líquida a la fase gaseosa para eliminar las incrustaciones y el material particulado que se liberaron de las membranas, en el que el gas tiene una solubilidad en agua que es superior a 100 mg/l a 20 º C y a presión atmosférica a nivel del mar, en el que en la etapa (i) el gas se dosifica en estado gaseoso en un tubo de derivación, en el cual la presión en el emplazamiento de la dosificación de gas es más elevada que la presión en la alimentación a la primera membrana.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido acuoso es agua de mar cruda o pretratada, agua superficial dulce o salobre, agua subterránea dulce o salobre, agua residual comunal o industrial, agua de proceso, etcétera.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque el gas tiene una 30 solubilidad en agua que es superior a 500 mg/l a 20 º C y a presión atmosférica a nivel del mar.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el flujo de agua durante la etapa (iii) es superior al 50 % y, con preferencia, superior al 75 % del flujo de alimentación durante la producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque en la etapa (i) se dosifica al menos tanto gas como puede disolverse teóricamente a la temperatura real en el flujo de alimentación a la presión en la alimentación a la primera membrana.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque en la etapa (iii) se mantiene una contrapresión en el tubo de descarga de las membranas, en el cual esta contrapresión se reduce y aumenta alternativamente.

7. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque en la etapa (iii) la 45 contrapresión en el tubo de descarga de las membranas se reduce y aumenta alternativamente, y simultáneamente, pero al contrario, la presión en la alimentación a la primera membrana se aumenta y reduce con los mismos valores.

8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque en la etapa (iii) la dirección de flujo a través de los elementos de membrana es opuesta a la dirección de flujo en la etapa de 50 producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado.

9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el gas se dosifica en la alimentación durante la fase final de la producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado.

10. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque en la etapa de producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado o la etapa (iii) se dosifican inhibidores de incrustación, lejía, ácido, productos químicos desinfectantes o bactericidas, etcétera, a la alimentación a las membranas.

11. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque se usa como gas dióxido de carbono u otro gas o mezcla de gases adecuado.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque en la etapa de producción

de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado durante un periodo limitado, ajustable, se dosifica a la alimentación a las membranas un floculante que puede disolverse en un entorno ácido, preferentemente cloruro de hierro.

13. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque en la etapa (iii) 10 durante un periodo limitado, ajustable, se dosifican partículas a la alimentación a las membranas.

14. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 11-13, caracterizado porque el dióxido de carbono que se libera del agua de enjuague como gas libre se separa del agua de enjuague efluente y, a través de un sistema de canalización cerrado, se descarga a la atmósfera o se reutiliza.

15. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-14, caracterizado porque la etapa (v) se lleva a cabo por pérdida de carga hidráulica o relajación de presión.

16. Dispositivo (1) para la implementación del procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-15, 20 que está provisto de -uno o más tubos de presión (2) con dos o más elementos de membrana enrollada en espiral en ellos (3) colocados hidráulicamente en serie, -y en el cual los tubos de presión (2) están conectados con un tubo de alimentación común (4) con una bomba de alimentación (5) en él y una válvula de apertura/cierre (6) , -y en el cual en la descarga común (7) para el concentrado está incluida una válvula de control (8) ,

caracterizado porque

- un tubo de derivación (9) está conectado al tubo de alimentación común (4) , -y en el cual un recipiente de almacenamiento y dosificación de gas (10) , mediante una válvula dosificadora, está 35 conectado al tubo de derivación (9) , -y en el cual una válvula de control (13) está dispuesta en el tubo de derivación (9) aguas abajo de la válvula dosificadora (11) , -y en el cual una válvula de control (14) está dispuesta en la descarga para el agua de enjuague (15) .

17. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque entre la válvula dosificadora de gas (11) y la válvula de control (13) en el tubo de derivación (9) está incluido un dispositivo mezclador (12) .

18. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 16 o 17, caracterizado porque está provista una unidad de regulación para la dosificación de la cantidad correcta de gas, basándose en el flujo de fluido, la presión en el emplazamiento de la alimentación a la primera membrana y la temperatura del fluido en el emplazamiento de la dosificación de gas.

19. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 16-18, caracterizado porque está provista una unidad de regulación para mantener constante la presión en el emplazamiento de la dosificación de gas, en el cual la regulación mantiene constante la suma de la caída de presión por ambas válvulas de control (13) y (14) , y en el cual la regulación puede variar frecuentemente la caída de presión por las válvulas de control individuales (13) y (14) , y opuestas entre sí.

20. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 16-19, caracterizado porque el dispositivo está equipado con conexiones de tubos y válvulas, de manera que la dirección de flujo en la etapa (iii) puede invertirse comparada con la dirección de flujo en la producción de permeado bajo emisión simultánea y continua de concentrado.

21. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 16-20, caracterizado porque el tubo de presión (2â?) en el cual están incluidas en serie dos o más membranas enrolladas en espiral (3â?) , está provisto de una descarga (16) para el concentrado aproximadamente en mitad del tubo.