Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral.

Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral.



El ensuciamiento de las membranas de desalinización supone un grave problema para la industria del tratamiento del agua. Para identificar el nivel de ensuciamiento de las membranas se ha desarrollado un dispositivo que permite obtener muestras significativas de membranas para su análisis en laboratorio, sin necesidad de extraer, trasladar y sacrificar uno o varios elementos de membrana del sistema.

Su distribución en distintos puntos de una instalación permite llevar un control preventivo y correctivo del ensuciamiento.

Está compuesto por un tubo de plástico hueco perforado a su alrededor, que podrá ser abierto por sus dos extremos cuando sustituya al interconector con salida al exterior, o cerrado por uno de ellos cuando sustituya al tapón de un extremo del colector de permeado, una malla de permeado, una membrana polimérica, un espaciador y un plástico impermeable.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201301107.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE CADIZ.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LOPEZ RAMIREZ,Juan Antonio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D63/10 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 63/00 Aparatos en general para los procedimientos de separación que utilizan membranas semipermeables. › Módulos con membranas enrolladas en espiral.
  • B01D65/08 B01D […] › B01D 65/00 Accesorios u operaciones auxiliares, en general, para los procedimientos o aparatos de separación que utilizan membranas semipermeables. › Prevención del ensuciamiento de la membrana o de la polarización por concentración.

PDF original: ES-2540574_A1.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO DE MUESTREO EXTRAÍBLE PARA LA REALIZACIÓN DE AUTOPSIAS NO DESTRUCTIVAS EN MEMBRANAS DE CONFIGURACIÓN ESPIRAL.

SECTOR DE LA TÉCNICA.

El área científica al que se destina esta invención es en la ingeniería, más concretamente en el tratamiento del agua.

El sector industrial es el de la desalinizadón del agua, lo cual incluye cualquier tipo de industria que emplee sistemas de membranas en espiral para el tratamiento 10 del agua.

ESTADO DE LA TÉCNICA.

El ensuciamiento de las membranas es un problema importante en las tecnologías de membranas. El agua y los constituyentes de ésta están en contacto con las 15 membranas durante los procesos de filtración. Como consecuencia de ello algunos de estos constituyentes pueden adherirse reversible o irreversiblemente a la superficie de las membranas, por fenómenos de adsorción, precipitación, difusión, etc. El resultado es que la superficie, o parte de ella, es ocupada por estos materiales y se ve reducida, disminuyendo el área útil de filtración. Esta reducción 20 superficial se manifiesta de múltiples maneras, afectando a los parámetros de operación de la unidad: disminución de la producción, aumento del consumo energético, pérdida de la calidad del agua producida... Todo ello conduce en definitiva, a un incremento de los costes de producción.

La naturaleza físico-química y microbiológica del agua varía de una instalación a 25 otra, por lo cual es imposible señalar a un agente común de ensuciamiento, ya que depende de las características del agua a tratar. La mejor forma de poder reducir el problema de ensuciamiento en las membranas es conocer muy bien la naturaleza del agua y evitar las condiciones críticas que conducen a ello. Pero las

condiciones de operación aplicadas a la unidad de tratamiento vienen impuestas por aspectos relacionados con las necesidades de producción, calidad del agua, etc. Son estas condiciones y una buena o mala ejecución las que minimizan o intensifican el grado de ensuciamiento de las membranas. Una vez que las 5 membranas están sucias es posible aplicar sistemas y secuencias de limpieza para recuperar total o parcialmente las condiciones iniciales de las membranas. Aunque estas acciones pueden suponer grandes beneficios implican paradas técnicas y productivas y consumos de reactivos, lo que implica un vertido posterior y un impacto ambiental. Todo ello conlleva, en definitiva, pérdidas de producción y 10 aumento de costes.

Cuando se conoce perfectamente el agente que causa el ensuciamiento se le puede atacar de forma específica con determinados agentes de limpieza, pero cuando se desconoce su naturaleza se aplican agentes y secuencias de limpieza generalistas, las cuales no siempre consiguen el efecto buscado.

Desafortunadamente, la única forma que hay de saber cuáles son los agentes depositados sobre las membranas consiste en realizar autopsias de los elementos de membrana. Esta operación implica parar la unidad, abrir los contenedores de presión y extraer un elemento de membrana, o varios, y sacrificarlo para poder disponer de muestras que van a ser analizadas posteriormente en el laboratorio. 20 Lógicamente, esto implica tener que sustituir ese elemento de membrana por uno nuevo. Debido al diseño de los elementos de membranas (que solo pueden ser colocados avanzando en una única dirección) es necesario sacar todos los elementos por un extremo y volverlos a colocar en el mismo orden pero por el otro extremo. Una vez que el elemento de membrana extraído es conducido al 25 laboratorio para su análisis se abre para permitir la observación del interior y la extracción de muestras de la superficie de la membrana para su análisis, lo que implica su destrucción,

De todo lo anterior se deduce la necesidad de disponer de un sistema que facilite la realización de autopsias en tecnología de membranas para tratamiento de aguas, 30 que permitan conocer su nivel de ensuciamiento y los agentes depositados sobre

las membranas, sin producir un elevado consumo de tiempo y costes de sustitución de los elementos sacrificados, siendo este el objeto de la presente invención. En la actualidad se desconoce la existencia de dispositivos de estas características.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

El ensuciamiento de las membranas es intrínseco a su funcionamiento, en otras palabras es inevitable. Pero al menos puede ser minimizado con una buena gestión de la unidad de membranas. Para ello es imprescindible un buen seguimiento de los parámetros de operación del sistema y de la calidad del agua. Una desviación sobre las condiciones de diseño puede conducir a ensuciamientos que peijudican seriamente el funcionamiento de la unidad. El ensuciamiento y sus variantes (orgánico, inorgánico, coloidal, precipitaciones y microbiológico) pueden ser contrarrestados mediante la realización de limpiezas químicas, bien in situ o fuera del lugar de operaciones, pero en cualquier caso suponen la paralización de la unidad y la pérdida de producción. A veces, un diagnóstico tardío en el desarrollo de un ensuciamiento puede conducir a una situación irrecuperable por la tardanza de la respuesta y puede llegar a ser muy costoso para la propiedad de la instalación, con todos los peijuicios que ello conlleva. Pero incluso, una rápida respuesta basada en un diagnóstico erróneo puede ser aún peor pues podría ocasionar daños irreparables sobre las membranas. Es por ello, que se precisa un sistema fiable, sencillo y económico que solucione este tipo de situaciones ayudando a la gestión y adecuada toma de decisiones para prevenir y luchar contra el ensuciamiento y los problemas que genera.

La presente invención se refiere a un dispositivo de muestreo, que permite la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, de fácil colocación y extracción, que proporciona trozos de membranas representativos de lo que está ocurriendo dentro de una determinada unidad, permitiendo la realización de autopsias sin necesidad de destruir un elemento de membrana. La información que generan estas autopsias ayudará a la toma de las

decisiones más apropiadas sobre las secuencias y agentes de limpieza más idóneos para un buen control de la unidad de membranas.

El dispositivo objeto de la presente invención debe colocarse dentro de los contenedores de presión de las unidades de tratamiento de agua por membranas en 5 configuración espiral, como son la ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltradón, etc. Este dispositivo, de fácil colocación y extracción, incorpora un trozo de membrana para someterlo a análisis. Gracias a la configuración del dispositivo, la porción de membrana que lleva en su interior soporta las mismas condiciones que las membranas colocadas en la planta a estudio, por lo que es representativa de lo 10 que ocurre y puede ser sometida a análisis de autopsia para conocer el grado y el mecanismo de ensuciamiento que está experimentando la unidad. De esta forma el dispositivo facilita la toma de decisiones más adecuada. Una vez que se conoce lo que ocurre con esa membrana se elige la decisión más apropiada, que puede ser: no hacer nada, proceder a cambiar las condiciones de operación, realizar limpiezas 15 preventivas o correctivas, intensificar el pretratamiento, etc. En definitiva, permite gestionar más adecuadamente a la unidad de membranas.

Los elementos de membranas en configuración espiral se colocan en serie dentro de un contenedor cilindrico de presión que posee dos tapas, una en cada extremo, que sellan dicho contenedor, siendo solo atravesadas por los tubos que conducen 20 el agua a tratar, el agua tratada y el agua rechazada. Es preciso que uno de los extremos del colector de perneado de un elemento de membrana del extremo esté cegado o taponado para evitar la salida del agua tratada y su mezcla con las otras corrientes de agua, lo que estropearía el proceso. La colocación del dispositivo de muestreo se realiza sobre los tubos denominados colectores de permeado de los 25 elementos de membranas de los extremos de un contenedor de presión. No hay un modelo estandarizado en la forma de los contenedores de presión y en sus tapas de cierres, pudiendo estos presentar diversas formas. Sin embargo, suelen presentar un tubo de entrada de la alimentación por un extremo del contenedor de presión, que conduce el agua a tratar, y dos tubos de salida por el otro extremo o final, que 30 se corresponden con la salida del permeado (agua tratada) y el rechazo (agua

rechazada por la membrana). Por ello, el dispositivo de muestreo puede presentar dos formas distintas: en una de ellas cubre el colector de permeado y lo tapona de forma estanca para evitar mezclas de agua y en la otra, conecta el colector de permeado del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral que comprende:

a) Un tubo plástico hueco perforado a su alrededor, denominado soporte, que podrá ser abierto por sus dos extremos (3) cuando sustituya al interconector con salida al exterior, o cerrado por uno de ellos (4) cuando sustituya al tapón de un extremo del colector de perneado.

b) Una malla plástica muy tupida de forma rectangular, denominada malla de permeado (5), que irá colocada concéntricamente sobre el tubo de plástico hueco perforado y pegada sobre éste por sus extremos más cortos.

c) Un trozo rectangular de la membrana (6) que se desea estudiar, que se coloca concéntricamente sobre la malla de permeado e irá sujeta a ésta por sus extremos más cortos, mientras que por los extremos de mayor longitud va sujeta directamente sobre el soporte, asegurando estanqueidad y obligando al permeado a travesar la capa activa de la membrana

d) Una malla plástica, denominada espaciador (7), que se enrolla y pega por sus extremos más cortos, haciendo coincidir su unión con las de las capas anteriores.

e) Una capa de material plástico impermeable (8) que se enrolla y pega sobre el espaciador, haciendo coincidir su unión con las de las capas anteriores.

2. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación

1, caracterizado porque el diámetro interior del soporte debe ser ligeramente mayor que el diámetro externo del colector de perneado del elemento de membrana sobre el que se fijará taponándolo.

3. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación

2, caracterizado porque la extensión de la superficie agujereada del soporte será menor que la superficie de la membrana depositada sobre ellos y estarán comprendidos entre las uniones en forma de anillos de los pegamentos (22) que unen la membrana al tubo.

4. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación

3, caracterizado porque la estanqueidad entre el colector de perneado y el dispositivo se asegura mediante el uso de juntas tóricas (2) alojadas en el interior del soporte.

5. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación 1, caracterizado porque el lado más largo de la malla de permeado es ligeramente mayor que la longitud de la circunferencia externa del soporte usando la parte sobrante que se solapa para la unión.

6. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación 5, caracterizado porque la superficie de la malla de permeado cubre todas la superficie agujereada del soporte.

7. Dispositivo de muestreo extraíble para la realización de autopsias no destructivas en membranas de configuración espiral, según reivindicación 1, caracterizado porque la membrana empleada en el dispositivo puede ser del mismo modelo que el que se emplea en la instalación en estudio o de cualquier otro que se desee probar.

8. Procedimiento para la instalación del dispositivo en un sistema de membranas, según reivindicaciones 1 a 7, que comprende las siguientes etapas:

a) Abrir el contenedor por uno o ambos extremos.

b) Sustituir el interconector o el tapón que cierra el colector de perneado por el dispositivo de muestreo, fijándolo sobre el colector de perneado mediante el empleo de juntas tóricas.

c) Comprobar el sellado correcto de los colectores de permeado.

d) Cierre del extremo o extremos del contenedor de presión con la tapa o las tapas del mismo.

e) Comprobar la estanqueidad del sistema.

9. Uso del dispositivo, según reivindicaciones 1 a 8, para la obtención de muestras significativas de membranas para su análisis en laboratorio, sin necesidad de extraer, trasladar y sacrificar uno o varios elementos de membrana del sistema.

10. Uso del dispositivo según reivindicación 9, para conocer el estado de ensuciamiento de membranas en desalinizadoras de agua de mar, de aguas salobres y cualquier tipo de instalación industrial que desalinice agua mediante membranas de osmosis inversa o nanofiltración, pero también a aquellas unidades de ultrafiltración y microfiltración que empleen membranas en configuración espiral.

11. Uso del dispositivo, según reivindicaciones 9, colocándolo al principio de un contenedor de una primera, segunda o tercera etapa para obtener información sobre el tipo de ensuciamiento que se está produciendo sobre las primeras membranas.

12. Uso del dispositivo, según reivindicaciones 9, colocándolo al final de un contenedor de una primera, segunda o tercera etapa para obtener información sobre el tipo de ensuciamiento que se está produciendo sobre las últimas membranas.


 

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