ES2353254T3

ES2353254T3 - Procedimiento de lavado.

Info

Publication number: ES2353254T3
Application number: ES97947659T
Authority: ES
Inventors: Fufang Zha; Warren Thomas Johnson; Robert James Mcmahon; Clinton Virgil Kopp; Thomas William Beck
Original assignee: Siemens Water Technologies Corp
Current assignee: Siemens Water Technologies Holding Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2011-02-28
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: EP1736234A2; US6555005B1; CN1244814A; US6969465B2; KR20000069628A; JP4804599B2; US20040145076A1; EP1736234A3; EP0952885B1; US20030178365A1; TW371272B; WO1998028066A1; AU721064B2; CA2275146C; JP2012066246A; NZ336455A; CA2639642A1; NZ510245A; EP0952885A4; AU5395798A

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA Y A UN PROCEDIMIENTO DE DECAPADO PARA QUITAR MATERIALES DE TAPONAMIENTO DE LA SUPERFICIE DE VARIAS MEMBRANAS POROSAS (9) QUE FORMAN UN MODULO FILTRANTE (4). SE FORMAN DESDE EL INTERIOR (10), POR UN PROCEDIMIENTO DIFERENTE A HACER PASAR EL GAS A TRAVES DE LOS POROS DE DICHAS MEMBRANAS, BOLAS DE GAS REPARTIDAS DE MANERA UNIFORME CON RELACION AL CONJUNTO DE MEMBRANAS POROSAS, PARA QUE LAS BOLAS PASEN DIRECTAMENTE A LAS SUPERFICIES DE LAS MEMBRANAS (9), PARA ALARGAR LOS MATERIALES DE TAPONAMIENTO. LAS MEMBRANAS (9) SE COLOCAN CERCA UNAS DE OTRAS Y SON MONTADAS DE MANERA QUE IMPIDAN UN MOVIMIENTO MUTUO EXCESIVO. LAS BOLAS PRODUCEN TAMBIEN VIBRACIONES Y UN FROTAMIENTO MUTUO DE LAS MEMBRANAS QUE MEJORA ADEMAS EL DECAPADO.

Description

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al uso de un sistema de burbujas de gas para retirar materiales de incrustación de la superficie de membranas usadas en sistemas de filtración y similares. 5

imagen1

TÉCNICA ANTERIOR

Se conocen una diversidad de sistemas de filtración de membranas y muchos de éstos usan sistemas presurizados que funcionan a altas presiones transmembrana (TMP) para producir una filtración eficaz y un alto flujo de filtrado. Estos sistemas son muy eficaces pero también caros en cuanto a su producción, funcionamiento y mantenimiento. También se han desarrollado sistemas más sencillos que usan disposiciones de membranas montadas 10 de manera libre en vertical en un tanque y que usan succión aplicada a las luces de las fibras para producir una TMP, sin embargo, en el pasado, se ha encontrado que estos sistemas son menos eficaces que los sistemas presurizados.

Ejemplos de tales sistemas conocidos se ilustran en la patente estadounidense 5.192.456 concedida a Ishida et al, la patente estadounidense n.º 5.248.424 concedida a Cote et al y la solicitud WO 97/06880 de Zenon Environmental Inc. 15

La patente de Ishida et al describe un aparato de tratamiento de lodos activados en el que se usa un flujo de aire para limpiar la superficie externa de la membrana filtrante. En esta disposición el soplador de aire usado para el tratamiento biológico de aguas residuales también se usa como fuente de agitación secundaria para limpiar la superficie de las membranas. Los módulos de membranas son de tipo placa. Las membranas también tienen una baja densidad de empaquetamiento y por tanto no tienen los problemas asociados con la limpieza de haces de fibras empaquetados 20 de manera apretada. Se burbujea aire desde abajo de los módulos y se suministra externamente desde la disposición de membranas.

La patente de Cotes et al describe de nuevo un sistema de limpieza de disposiciones de fibras. En este caso, las fibras están montadas en una madeja para obtener una forma de U invertida o disposición parabólica y el aire se introduce por debajo de la disposición para producir burbujas que entran en contacto con las fibras con una fuerza tal, 25 que mantienen las superficies relativamente libres de microorganismos que se han fijado y depósitos de partículas inanimadas. Las fibras pueden oscilar libremente ya que sólo están fijadas en cada extremo y esto ayuda a retirar depósitos en su superficie externa. Las burbujas del flujo de gas/aire se proporcionan desde una fuente externa del haz de fibras y se mueven generalmente de manera transversal a las longitudes de la fibra. Esto limita la profundidad del haz de fibras a la que puede limpiarse de manera eficaz. 30

La invención dada a conocer en la solicitud PCT n.º WO 97/06880 de Zenon Environmental, Inc. está estrechamente relacionada con la patente de Cote et al. En este documento las fibras no están limitadas y están dispuestas en vertical y dimensionadas para ser ligeramente más largas que la distancia entre las caras opuestas de los colectores en los que están montados los extremos de las fibras para permitir la oscilación y el movimiento independiente de las fibras individuales. Se airea la madeja con medios de distribución de gas que producen una masa 35 de burbujas que sirven para depurar la superficie externa de las fibras dispuestas en vertical a medida que suben hacia arriba a través de la madeja.

Nuestra propia solicitud de patente internacional Wo96/07470 describe un procedimiento anterior de limpieza de membranas que usa un retrolavado con gas para extraer material de las paredes de membrana aplicando una presión de gas al lado de filtrado de las membranas y descomprimiendo entonces rápidamente la carcasa que rodea el 40 lado de alimentación de las membranas. La alimentación se suministra a la carcasa mientras tiene lugar este retrolavado con gas para producir turbulencia y espuma alrededor de las paredes de membrana dando como resultado la extracción adicional de sólidos acumulados.

El documento US5209852 da a conocer un procedimiento para depurar membranas de fibras huecas en al menos un módulo de membranas de fibras huecas dispuesto en una columna filtrante de membranas de fibras huecas 45 en la que el módulo de membranas de fibras huecas incluye un gran número de fibras huecas que forman juntas haces en el mismo como las membranas de fibras huecas. En el proceso, la etapa de filtración de hacer pasar agua no tratada a través de los poros de las fibras huecas desde el exterior de las mismas al interior de las mismas para de este modo atrapar las partículas finas en las superficies externas de las fibras huecas va seguida por la etapa de depuración de producir burbujas en agua alrededor de las superficies externas de las fibras huecas para agitar el agua para que haga 50 vibrar las fibras huecas, exfoliando así las partículas finas atrapadas en las superficies externas de las fibras huecas. Esta depuración se realiza o bien en dos fases de una manera tal que se retiren partículas finas, duras, relativamente gruesas exfoliadas en la fase inicial de la etapa de depuración, seguida por una depuración de segunda fase, o bien llevando a cabo la etapa de depuración mientras se retiran simultáneamente las partículas finas, duras, relativamente gruesas exfoliadas en la fase inicial de la etapa de depuración. La etapa de depuración va seguida por la etapa de 55 drenaje de drenar las aguas residuales resultantes del sistema.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en particular a una pluralidad de membranas porosas dispuestas para formar un módulo de membranas dispuesto en un haz empaquetado de manera relativamente apretada. Estas membranas porosas pueden estar en forma de membranas de tipo placa o fibras tal como se describe en la técnica anterior.

La presente invención pretende superar o al menos reducir los problemas de la técnica anterior proporcionando 5 un sistema y un procedimiento eficaces y sencillos para retirar materiales de incrustación de la superficie de las membranas porosas mediante el uso de burbujas de gas.

Según un aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento de retirada de materiales de incrustación de la superficie de una pluralidad de membranas de fibras huecas porosas dispuestas en una disposición en un módulo de membranas que incluye una jaula que rodea la disposición para mantener las membranas muy 10 próximas entre sí y para evitar un movimiento excesivo entre las mismas, teniendo además el módulo un colector en el que está montado un extremo de cada una de las membranas, estando conectado el colector a una cámara de distribución y estando conectada la cámara de distribución a una fuente de gas, incluyendo el procedimiento proporcionar, desde el interior del módulo, mediante aberturas u orificios de distribución de gas en el colector en comunicación con la cámara de distribución, burbujas de gas en una distribución uniforme en relación con la disposición 15 de membranas porosas de modo que dichas burbujas se mueven más allá de las superficies de y hacen vibrar dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas, en el que dichas membranas están montadas en el colector de manera uniforme unas en relación con otras, y en el que dichas burbujas de gas se proporcionan a través de una lámina porosa usada junto con los orificios o a través de orificios de distribución de gas distribuidos de manera uniforme en dicho colector, proporcionando así una distribución uniforme de dichas burbujas en relación con la 20 disposición de membranas porosas.

Según un segundo aspecto, la presente invención proporciona un módulo de membranas que comprende una pluralidad de membranas porosas dispuestas en una disposición; una jaula que rodea la disposición para mantener las membranas muy próximas entre sí y para evitar un movimiento excesivo entre las mismas; un colector en el que está montado un extremo de cada una de las membranas, estando conectado el colector a una cámara de distribución y 25 estando adaptada la cámara de distribución para conectarse a una fuente de gas; y medios, incluyendo aberturas u orificios de distribución de gas en el colector en comunicación con la cámara de distribución, para proporcionar, desde el interior del módulo, burbujas de gas en una distribución uniforme en relación con la disposición de membranas porosas de modo que, en uso, dichas burbujas se mueven más allá de las superficies de y hacen vibrar dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas, en el que dicha distribución uniforme de burbujas de gas se 30 proporciona por una lámina porosa usada junto con los orificios de distribución de gas o formando los orificios de distribución de gas en el colector de manera uniforme en relación con las fibras de la disposición de membranas.

Las burbujas de gas se proporcionan desde el interior del módulo mediante aberturas u orificios de distribución de gas en el encapsulado usado para montar las membranas. Procedimientos adicionales para proporcionar burbujas de gas que no son según la invención son por ejemplo un tubo poroso ubicado dentro del módulo o un tubo o tubos 35 colocados para producir gas dentro del módulo, los tubos pueden estar en forma de un panal de tubos que contienen orificios que se encuentran dentro del módulo. Otro procedimiento para proporcionar burbujas de gas incluye crear gas in situ mediante generadores de ozono de tipo chispa o similares. A continuación se detallan tipos adicionales de provisión de gas.

La presente invención proporciona un procedimiento de retirada de materiales de incrustación de la superficie 40 de una pluralidad de membranas de fibras huecas porosas montadas y que se extienden longitudinalmente en una disposición para formar un módulo de membranas, estando dispuestas dichas membranas muy próximas entre sí y montadas para evitar un movimiento excesivo entre las mismas, comprendiendo el procedimiento las etapas de proporcionar, desde el interior de dicha disposición, con medios diferentes a hacer pasar gas a través de los poros de dichas membranas, burbujas de gas distribuidas de manera uniforme, siendo dicha distribución tal que dichas burbujas 45 pasan sustancialmente de manera uniforme entre cada membrana en dicha disposición para lavar la superficie de y hacer vibrar dichas membranas y retirar sólidos acumulados del interior del módulo de membranas.

De manera preferente, dichas membranas se montan en vertical para formar dicha disposición y dichas burbujas pasan generalmente en paralelo a la extensión longitudinal de dichas fibras. Preferiblemente, dichas burbujas de gas distribuidas de manera uniforme se proporcionan en el extremo inferior de la disposición. Opcionalmente, puede 50 usarse un retrolavado junto con el proceso de retirada para ayudar en la retirada de los sólidos de los poros de las membranas y la superficie externa de las membranas.

De manera preferente, las membranas comprenden fibras huecas porosas, estando fijadas las fibras en cada extremo en un colector, teniendo el colector inferior una pluralidad de orificios formados en el mismo a través de los que se introduce gas para proporcionar las burbujas de gas. Las fibras están normalmente selladas en el extremo inferior y 55 abiertas en su extremo superior para permitir la retirada de filtrado. Algunas de las fibras también pueden usarse para proporcionar burbujas de gas de lavado a la disposición alimentando gas a través de fibras seleccionadas de las fibras en la disposición. Las fibras están dispuestas preferiblemente en haces o disposiciones cilíndricas.

El filtrado se extrae normalmente de las fibras mediante la aplicación de succión aplicada a las mismas, sin embargo, se apreciará que puede usarse cualquier medio adecuado para proporcionar TMP. Puede usarse una lámina porosa junto con los orificios o por separado para proporcionar una distribución más uniforme de burbujas de gas. La lámina porosa también proporciona la ventaja añadida de evitar que entren sólidos en la cámara de distribución de suministro de aire. 5

Según un aspecto preferido adicional, la presente invención proporciona un módulo de membranas que comprende una pluralidad de fibras de membranas huecas porosas que se extienden longitudinalmente entre y están montadas en cada extremo en un cabezal de encapsulado respectivo, estando dispuestas dichas fibras de membrana muy próximas entre sí y montadas para evitar un movimiento excesivo entre las mismas, teniendo uno de dichos cabezales de encapsulado una disposición distribuida uniforme de orificios de aireación formados en los mismos y 10 estando montadas dichas fibras de manera sustancialmente uniforme en dicho un cabezal de encapsulado en relación con dichos orificios de aireación.

Según un aspecto adicional preferido, la presente invención proporciona un sistema de filtración que incluye un módulo de membranas según dicho segundo aspecto, en el que dicho módulo filtrante está colocado en vertical en un tanque que contiene líquido de alimentación que va a filtrarse, medios para aplicar una presión transmembrana a dichas 15 fibras en dicha disposición para hacer que el filtrado pase a través de los poros en dichas fibras y medios para suministrar de manera continua o intermitente un suministro de gas a dichos orificios de aireación para producir burbujas de gas que se mueven hacia arriba y de manera uniforme entre dichas fibras para lavar las superficies externas de las mismas.

Opcionalmente, cuando el módulo está contenido en un recipiente separado, se lleva a cabo un drenaje 20 periódico del recipiente después de la etapa de lavado para retirar los sólidos acumulados durante el proceso de lavado. Además del drenaje, pueden usarse otros procedimientos para la retirada de sólidos acumulados. Éstos incluyen purgar de manera continua la alimentación concentrada durante el ciclo de filtración o el desbordamiento en la parte superior del tanque bombeando la alimentación a la base del tanque a intervalos regulares a una velocidad suficiente como para producir el desbordamiento y la retirada de sólidos acumulados. Esto se realizaría normalmente al final de un ciclo de 25 retrolavado.

Debe entenderse que el término “gas” usado en el presente documento incluye cualquier gas, incluyendo aire y mezclas de gases así como ozono y similares.

Se apreciará que la invención descrita anteriormente puede aplicarse fácilmente a nuestros propios cartuchos filtrantes microporosos modulares tal como se usan en nuestros sistemas de microfiltración continua y descritos en 30 nuestra memoria descriptiva de patente estadounidense n.º 5.405.528 anterior. Estos cartuchos pueden modificarse proporcionando orificios de distribución de gas en el tapón inferior y proporcionando un distribuidor para suministrar gas a dichos orificios de modo que, en uso, el gas pasa a través de los orificios y forma burbujas de lavado que pasan hacia arriba a través del medio filtrante. En una disposición preferida, el medio filtrante está sellado en el extremo inferior y el filtrado se extrae a vacío desde el extremo superior mientras que el cartucho o cartuchos están colocados en un tanque 35 que contiene la alimentación.

Las realizaciones de la invención se describirán en relación con membranas de fibras microporosas, aunque se apreciará que la invención es igualmente aplicable a cualquier forma de módulo de membranas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Ahora se describirán realizaciones preferidas de la presente invención, sólo a modo de ejemplo, con referencia 40 a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista en sección transversal simplificada de una realización de un módulo de membranas según la presente invención;

la figura 2 muestra una representación en dos partes simplificada de la disposición de encapsulado del módulo de membranas; 45

la figura 3 muestra una vista ampliada de la base de encapsulado de la figura 2;

las figuras 4A y 4B muestran las formaciones de espiga en la parte anular de la base de encapsulado y la parte de émbolo de la base de encapsulado, respectivamente;

la figura 5 muestra un diagrama esquemático de un sistema de filtración que usa el módulo de membranas de la figura 1; 50

la figura 6 muestra una vista en sección transversal simplificada de una realización alternativa del módulo de membranas;

la figura 7 muestra una vista en sección transversal simplificada de una realización alternativa en cuanto a la alimentación de aire al módulo de membranas de la presente invención;

las figuras 8A y 8B muestran dos gráficos que ilustran el rendimiento de succión del módulo en diferentes condiciones;

la figura 9 muestra un gráfico de aumento de resistencia a lo largo del tiempo con una fase de succión de 30 minutos;

la figura 10 muestra un gráfico de aumento de resistencia a lo largo del tiempo entre retrolavados sin una 5 lámina porosa;

la figura 11 muestra un gráfico de aumento de resistencia a lo largo del tiempo entre retrolavados con la lámina porosa;

la figura 12 muestra un gráfico de cambios de resistencia a lo largo del tiempo con lavado con burbujas de gas a intervalos regulares pero sin retrolavado líquido de las membranas de fibras; 10

la figura 13 muestra un gráfico similar a la figura 12 que ilustra el efecto de lavado sin burbujas sobre la eficacia del retrolavado; y

la figura 14 muestra un gráfico similar a la figura 12 que ilustra el efecto de aplicar lavado con burbujas de gas sólo al lado externo del haz de fibras.

MODOS DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN 15

Haciendo referencia a la figura 1, el módulo 4 de membranas, según esta realización, comprende un haz o disposición cilíndrica de membranas 5 de fibras huecas que se extienden longitudinalmente entre cabezales 6, 7 de encapsulado superior e inferior. Un tamiz o jaula 8 rodea la disposición 5 y sirve para mantener las fibras 9 muy próximas entre sí y evitar un movimiento excesivo. Las fibras están abiertas en el cabezal 6 de encapsulado superior para permitir la retirada de filtrado de sus luces y selladas en el cabezal 7 de encapsulado inferior. El cabezal 7 de 20 encapsulado inferior tiene una serie de orificios 10 distribuidos de manera uniforme en el mismo para permitir que se suministre gas/aire a través de los mismos. Las fibras están fijadas de manera uniforme dentro de los cabezales 6 y 7 de encapsulado y los orificios 10 están formados de manera uniforme en relación con cada fibra 9 para proporcionar, en uso, una distribución uniforme de burbujas de gas entre las fibras.

Los orificios se forman como parte del proceso de encapsulado tal como se describe a continuación. Se ha 25 encontrado que la disposición de los orificios unos en relación con otros así como la disposición de fibras en relación con los orificios y entre sí afectan a la eficacia de lavado de las burbujas de gas.

La mala distribución de gas dentro del haz de fibras puede superarse mediante la distribución y el dimensionamiento adecuados de los orificios para garantizar que el flujo de burbujas alrededor de las fibras sea uniforme por el haz. En un haz cilíndrico de fibras empaquetadas de manera apretada se ha encontrado que la distancia 30 recorrida a través del haz por las burbujas introducidas hacia el centro del haz es mayor que la de aquéllas que se introducen hacia el extremo externo del haz, dando como resultado una mayor resistencia al flujo de burbujas en el centro del haz que en su borde o periferia.

Como se indicó anteriormente, un procedimiento para tratar la mala distribución de burbujas de gas es proporcionar una lámina porosa por los orificios para proporcionar una distribución de poros homogénea y por tanto un 35 flujo de gas uniforme. Otro procedimiento es proporcionar una distribución de tamaños de orificio en relación con la distribución de resistencia. Puesto que la velocidad de flujo (Q) de gas por unidad de área (A) es inversamente proporcional a la resistencia (R),

la relación entre el diámetro (d) de orificio y la resistencia se convierte en 40

usando la relación anterior es posible diseñar un tamaño de orificio y configuración de posición que compense las diferencias de resistencia dentro del haz. Por ejemplo, si la resistencia en el centro del haz es un 50% mayor que la de su periferia, el tamaño de orificio en el centro (dc) y en la periferia (dp) sería el siguiente para una distribución uniforme de gas: 45

Los procedimientos conocidos de formación de orificios requieren perforar orificios u otras formas de formación tras el encapsulado. Tales procedimientos tienen la desventaja de que requieren evitar las fibras/membranas cuando se perfora o similar para evitar daños. Esto impone limitaciones en la densidad de empaquetamiento de fibras y el tamaño

de orificio porque, cuando las fibras están empaquetadas de manera muy apretada, es muy difícil perforar orificios sin interferir con o dañar las fibras. Además, es difícil ubicar con precisión los orificios en relación con las fibras/membranas.

El proceso usado pretende superar o al menos reducir los problemas y las desventajas indicados anteriormente.

Se describe un procedimiento de formación de aberturas en un encapsulado de membrana para su uso en la 5 distribución de gas que comprende las etapas de:

proporcionar un molde para encapsular extremos de membrana, teniendo dicho molde previstas en el mismo formaciones para formar dichas aberturas durante el proceso de encapsulado;

colocar dichos extremos de membrana en dicho molde que se llena con un material de encapsulado curable;

permitir que dicho material de encapsulado se cure al menos parcialmente 10

y, desmoldar dichas membranas.

Preferiblemente, dichos extremos de membrana se distribuyen de manera uniforme en relación con dichas formaciones. En otro aspecto, la invención incluye un conjunto de membrana que incluye al menos un encapsulado de membrana formado según el procedimiento anterior.

Haciendo referencia a las figuras 2-4, se describirá el procedimiento preferido de formación de los orificios de 15 distribución de gas. Tal como se muestra en la parte derecha de la figura 2, el aparato de encapsulado (mostrado vacío) comprende un molde 20 de encapsulado montado en una plataforma 21 que puede moverse en vertical que se eleva y desciende mediante un cilindro 22 hidráulico. El centro de cada molde 20 está dotado de un émbolo 23 eyector que puede moverse en vertical operado por un cilindro 24 eyector hidráulico. Un anillo 25 o guía de fibras se ajusta alrededor de la periferia del molde para guiar y sujetar los extremos de las fibras durante el proceso de encapsulado así 20 como retener la mezcla de encapsulado, normalmente poliuretano, dentro del molde. Las fibras se mantienen dentro de un manguito 26 cuando se insertan en la guía 25. La base 20’ del molde 20 tiene una pluralidad de espigas 27 verticales que tienen la doble finalidad de ayudar a una distribución homogénea de los extremos de las fibras y formar los orificios de distribución de gas en el encapsulado. Las espigas están dimensionadas y distribuidas tal como se requiere para la correcta distribución de las burbujas de gas. Una forma de distribución de espigas se muestra en la figura 4. 25

En uso, la guía 25 se sitúa alrededor del molde 20 y el molde 20 se llena hasta el nivel requerido con material de encapsulado. Entonces se eleva la plataforma 21 para descender los extremos de las fibras dentro del molde 20. Normalmente se separan los extremos de las fibras antes de la inserción para garantizar la distribución homogénea y también se cortan para garantizar una longitud uniforme.

Una vez que el material de encapsulado se ha curado parcialmente, el encapsulado se extrae del molde 30 elevando la parte 23 de eyector central del molde. Normalmente se calienta el molde 20 para ayudar al curado. Si se desea, puede centrifugarse el molde 20 durante el proceso de encapsulado para ayudar a que el material de encapsulado penetre en las paredes de las fibras.

Este proceso da como resultado normalmente el sellado de los extremos de las fibras en este encapsulado, sin embargo, se apreciará que, cortando el encapsulado de manera transversal y apropiada, los extremos de las fibras 35 pueden abrirse para extraer el filtrado de las luces.

Un módulo 4 de prueba de este tipo se empaquetó con 11.000 fibras (de/di 650/380 m). Las luces de las fibras en el extremo inferior se bloquearon con poliuretano y se distribuyeron 60 orificios de 4,5 mm de diámetro dentro del haz de fibras. El extremo inferior se conectó a un conducto de aire sellado respecto a la alimentación.

La figura 5 ilustra la configuración de la unidad de prueba. El módulo 4 se dispuso en vertical en el tanque 15 40 de cilindro y el filtrado se extrajo del cabezal 6 de encapsulado superior mediante succión. Se introdujo aire en la parte inferior del módulo 4, produciendo burbujas de aire entre las fibras para eliminar los sólidos acumulados sobre las superficies de membrana. Para retirar los sólidos obstruidos dentro de los poros de membrana, se bombeó una pequeña cantidad de permeado a través de las luces de las fibras (retrolavado con permeado). Un procedimiento de operación fue ejercer una succión durante 15 minutos, a continuación una aireación durante 2 minutes y 15 segundos. Tras un 45 primer minuto de aireación, se introduce un retrolavado con permeado durante 15 segundos. El ciclo vuelve a la succión. Después de varios ciclos, se concentraron los sólidos en el tanque 15 de cilindro y se drenó el agua en el tanque 15 para retirar el retrolavado concentrado.

En la realización preferida mostrada en la figura 1, el gas/aire debe distribuirse de manera uniforme y fluir a través de los pequeños orificios 10 en el extremo inferior del módulo 4 de modo que las burbujas de aire puedan 50 producirse entre las fibras 9. Entonces las burbujas de aire fluyen hacia arriba produciendo una fuerza de cizallamiento para retirar los sólidos acumulados en las superficies de membrana. Si la resistencia alrededor de los orificios 10 es variable por la resistencia variable proporcionada por diferentes zonas del haz de fibras, el gas/aire tenderá a fluir a través de estos orificios asociados con una menor resistencia, dando como resultado un flujo de derivación a través de estos orificios. 55

En la fabricación de los módulos 4 de membranas, es deseable encapsular las fibras 9 en una distribución uniforme en relación con los orificios 10. Además, orificios más pequeños y en mayor número ayudarán a la distribución de gas/aire, aunque orificios demasiado pequeños reducirán el tamaño de burbuja y por tanto la fuerza de cizallamiento aplicada a la superficie externa de las fibras. Es preferible que el tamaño de los orificios se encuentre dentro del intervalo de 0,01 a 5 mm, aunque se apreciará que el tamaño y la posición de los orificios 10 variarán con el tamaño del 5 módulo, la densidad de empaquetamiento de las fibras, el diámetro de fibra, el tamaño de poro de las fibras y otros factores.

Otra manera de reducir la mala distribución de gas/aire es usar una capa de lámina porosa (no mostrada) que tenga un tamaño de poro mucho menor que los orificios 10. En este caso, la mayor caída de presión de aire será a través de la lámina porosa. Si la lámina porosa tiene poros distribuidos de manera uniforme, la distribución de aire a 10 través del extremo de aire del módulo tenderá a propagarse de manera homogénea.

Para mejorar adicionalmente la distribución de burbujas de aire, puede insertarse un tubo 16 poroso en el centro del módulo 4 cilíndrico. Cuando el aire pasa a través del tubo 16 poroso, produce burbujas uniformes que se reparten por la distribución de fibras extrayendo los sólidos en las paredes de membranas de fibras. Se apreciará que puede usarse más de un tubo poroso y que tales tubos pueden distribuirse por todo el haz. También podrían usarse 15 fibras de tamaño de poro grande o compuestas por material no tejido como tubos porosos dentro del haz. La figura 6 ilustra esta forma de módulo.

Haciendo referencia a la figura 7, puede alimentarse aire a una cámara 17 de distribución por debajo de los orificios 10 de aireación mediante un tubo de suministro que discurre desde por encima del tanque de alimentación hasta la parte inferior del módulo de membranas. Este tubo puede discurrir por el centro del módulo de membranas o 20 por el exterior. La cámara 17 de distribución también puede estar conectada a o formar parte de un distribuidor 18 inferior que puede usarse alternativamente para suministrar gas de aireación o como distribuidor de líquido para la retirada de líquido de retrolavado concentrado desde el tanque durante el drenaje o el retrolavado desde la parte inferior del módulo.

Las figuras 8A y 8B muestran los resultados de prueba del mismo módulo en diferentes condiciones indicadas 25 por varias zonas. Se drenó el agua en el tanque de cilindro cada 10 ciclos en las zonas 1 a 4. Así se calculó la tasa de descarga de residuos líquidos concentrados como el 3,2% del volumen de alimentación. Se hizo pasar la zona 5 bajo la descarga de residuos líquidos cada 3 ciclos a una tasa de 10,2% de la alimentación.

Las zonas 1 y 2 comparan el efecto de usar una lámina porosa en el extremo de aire sobre el rendimiento de succión para el módulo con un tamiz que rodea el haz de fibras. Inicialmente disminuyó rápidamente la presión de 30 succión (es decir, aumentó la TMP) porque el módulo era nuevo. A continuación, tanto la resistencia como la presión de succión tendieron a ser estables. En comparación, el aumento en la resistencia de succión fue más rápido tras retirar la lámina porosa tal como se ilustra en la zona 2. Estos resultados ilustran que el extremo de aire combinado con una lámina porosa ayuda a distribuir el aire entre las fibras.

El uso del tamiz 8 tiene un efecto doble sobre la filtración. La restricción del movimiento de las fibras mediante 35 el tamiz facilita la acumulación de sólidos durante la succión. Por otro lado, el espacio libre limitado entre las fibras reduce la coalescencia de las burbujas de aire, produciendo un mejor efecto de lavado. También se ha encontrado que la restricción del movimiento de las fibras junto con el movimiento de las burbujas de aire produce vibraciones de alta frecuencia en las fibras y un frotamiento entre las superficies de fibras empaquetadas de manera apretada lo que mejora adicionalmente la retirada de sólidos acumulados. Las zonas 3 y 4 en las figuras 8A y 8B representan los resultados 40 para los mismos módulos con y sin un tamiz.

Durante el funcionamiento en la zona 3 se observó cierta derivación de burbujas de aire. Esto se debió a una resistencia diferente alrededor de los orificios de aireación, especialmente en el borde en el que comparativamente había distribuidas menos fibras alrededor de estos orificios. Por tanto se usó una lámina anular porosa que cubría los orificios en el borde externo del cabezal de encapsulado inferior. Los resultados en la zona 4 muestran la mejora en 45 comparación con la zona 3.

La concentración de sólidos es un tema importante respecto a la tasa de incrustación y de filtración. Cuando se llevó a cabo un drenaje del tanque cada 10 ciclos, se acumularon rápidamente sólidos, lo que influyó en el rendimiento de filtración. Cuando se drenó el tanque cada 3 ciclos, se redujo significativamente el aumento en la resistencia de succión tal como se refleja en la zona 5. 50

También se investigó la frecuencia de retrolavado y de depuración con aire sobre el rendimiento de filtración. La figura 9 muestra el aumento de resistencia durante una succión de 30 minutos y a continuación el retrolavado y la depuración con aire. En comparación con el aumento de resistencia en la zona 5 en la figura 8, el aumento de resistencia fue más rápido cuando el tiempo de succión era más largo entre retrolavados.

Se llevaron a cabo pruebas a más largo plazo para comparar el efecto de una lámina porosa sobre el 55 rendimiento de succión. Las figuras 10 y 11 muestran el aumento de resistencia para más de 6 días de funcionamiento, con y sin la lámina porosa. Para el módulo no conectado a una lámina porosa, la resistencia de succión aumentó de manera lenta en aproximadamente un 20% durante 8 días, mientras que no hubo un aumento de resistencia obvio durante 6 días de funcionamiento cuando se usó una lámina porosa para mejorar la distribución de aire. Estos

resultados y el resultado mostrado en las zonas 1 y 2 en la figura 8 sugieren que una lámina porosa ayuda en la distribución uniforme de aire.

Las figuras 12-14 son gráficos que ilustran el efecto del lavado con burbujas sobre la eficacia del retrolavado. El lavado se llevó a cabo a intervalos regulares tal como muestra el aumento de la resistencia seguido por una disminución brusca en el momento de la fase de lavado. 5

La figura 12 muestra el efecto de no usar un retrolavado líquido junto con el lavado con gas. Al inicio del ensayo se usó un retrolavado líquido normal en el que el filtrado se bombea de vuelta a través de las luces de las fibras como un retrolavado líquido junto con el lavado con gas a lo largo del exterior de las fibras. Entonces se detuvo el retrolavado líquido y sólo se usó lavado con gas regular. Se encontró que incluso sin el retrolavado líquido podía alcanzarse una eficacia de retrolavado de aproximadamente un 90%. 10

La figura 13 muestra el efecto de la ausencia de lavado con gas durante la fase de retrolavado. De nuevo la parte inicial del ensayo usó un retrolavado líquido normal en el que el filtrado se bombea de vuelta a través de las luces de las fibras como un retrolavado líquido junto con el lavado con gas a lo largo del exterior de las fibras. Entonces se detuvo el lavado con gas entre aproximadamente las 9:15 y las 10:45. Tal como se muestra en el gráfico la eficacia de retrolavado disminuyó drásticamente desde aproximadamente el 96% usando lavado con gas hasta aproximadamente 15 el 41% sin lavado con gas. El retorno del lavado con gas mostró una mejora marcada en la eficacia del retrolavado.

La figura 14 ilustra el efecto del lavado completamente dentro del haz en comparación con un lavado únicamente de las fibras externas. De nuevo el inicio del ensayo muestra un régimen de retrolavado normal con retrolavado líquido y lavado con gas hasta aproximadamente las 9:00. Entonces se limitó el lavado con gas al exterior del haz de fibras. De nuevo, la eficacia del retrolavado se redujo drásticamente desde aproximadamente el 98% durante 20 el funcionamiento normal hasta el 58% con el lavado con gas restringido.

Las realizaciones se refieren a sistemas de filtración de membranas y normalmente a un sistema que usa succión para producir una presión transmembrana; sin embargo, se apreciará que el sistema de lavado es igualmente aplicable a cualquier forma de proceso de filtración de membranas de fibras, incluyendo sistemas de filtración presurizados. 25

El proceso y procedimiento de lavado pueden usarse junto con cualquier régimen de retrolavado convencional incluyendo el retrolavado líquido, retrolavado con gas a presión, combinaciones de ambos, así como con disposiciones de limpieza y dosificación químicas.

El proceso de lavado se usaría normalmente junto con la fase de retrolavado; sin embargo, también puede usarse de manera continua durante las fases de retrolavado y filtración. Pueden añadirse productos químicos de 30 limpieza tales como cloro al gas que proporciona las burbujas para ayudar adicionalmente en el proceso de lavado. Los sólidos retirados en el proceso de lavado pueden retirarse de manera intermitente o continua. Con una retirada continua de sólidos puede usarse un clarificador o similar. El clarificador puede usarse delante del módulo, en paralelo con el módulo o el módulo puede estar en el propio clarificador. En caso necesario, puede usarse dosificación química junto con el clarificador. 35

El sistema filtrante que usa un proceso de lavado de este tipo puede usarse para el tratamiento de residuos biológicos/aguas cloacales o en combinación con un biorreactor, lodos activados o un sistema similar.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de retirada de materiales de incrustación de la superficie de una pluralidad de membranas de fibras huecas porosas dispuestas en una disposición (5) en un módulo (4) de membranas que incluye una jaula (8) que rodea la disposición (5) para mantener las membranas muy próximas entre sí y para evitar un 5 movimiento excesivo entre las mismas, teniendo además el módulo un colector (7) en el que está montado un extremo de cada una de las membranas, estando conectado el colector (7) a una cámara (17) de distribución y estando conectada la cámara (17) de distribución a una fuente de gas, incluyendo el procedimiento proporcionar, desde el interior del módulo (4), mediante aberturas u orificios (10) de distribución de gas en el colector (7) en comunicación con la cámara (17) de distribución burbujas de gas en una distribución uniforme 10 en relación con la disposición (5) de membranas porosas de modo que dichas burbujas se mueven más allá de las superficies de y hacen vibrar dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas, en el que dichas membranas están montadas en el colector (7) de manera uniforme unas en relación con otras, y en el que dichas burbujas de gas se proporcionan a través de una lámina porosa usada junto con los orificios (10) o a través de orificios (10) de distribución de gas distribuidos de manera uniforme en dicho colector (7), 15 proporcionando así una distribución uniforme de dichas burbujas en relación con la disposición (5) de membranas porosas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que incluye montar dichas membranas unas en relación con otras para producir un efecto de frotamiento entre dichas membranas cuando se hacen vibrar.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que dichas membranas se montan en vertical 20 para formar dicha disposición (5) y dichas burbujas pasan generalmente en paralelo a la extensión longitudinal de dichas fibras.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dichas burbujas de gas distribuidas de manera uniforme se proporcionan en el extremo inferior de la disposición (5).
5. Módulo (4) de membranas que comprende una pluralidad de membranas de fibras huecas porosas dispuestas 25 en una disposición (5); una jaula (8) que rodea la disposición (5) para mantener las membranas muy próximas entre sí y para evitar un movimiento excesivo entre las mismas; un colector (7) en el que está montado un extremo de cada una de las membranas, estando conectado el colector (7) a una cámara (17) de distribución y estando adaptada la cámara de distribución para conectarse a una fuente de gas; y medios, incluyendo aberturas u orificios (10) de distribución de gas en el colector (7) en comunicación con la cámara de 30 distribución, para proporcionar, desde el interior del módulo (4), burbujas de gas en una distribución uniforme en relación con la disposición (5) de membranas porosas de modo que, en uso, dichas burbujas se mueven más allá de las superficies de y hacen vibrar dichas membranas para extraer materiales de incrustación de las mismas, en el que dicha distribución uniforme de burbujas de gas se proporciona por una lámina porosa usada junto con los orificios (10) de distribución de gas o formando los orificios (10) de distribución de gas en el 35 colector (7) de manera uniforme en relación con las fibras de la disposición (5) de membranas.
6. Módulo (4) de membranas según cualquiera de la reivindicación 5, en el que las fibras están selladas en el extremo inferior y abiertas en su extremo superior para permitir la retirada de filtrado.
7. Módulo (4) de membranas según la reivindicación 6, en el que las fibras están montadas de una manera sustancialmente tensa entre el colector (7) y un colector superior. 40