ES2220113T3

ES2220113T3 - Sistema ciclico de aireacion para modulos de membrana sumergidos.

Info

Publication number: ES2220113T3
Application number: ES99947155T
Authority: ES
Inventors: Pierre Cote; Arnold Janson; Hamid Rabie; Manwinder Singh
Original assignee: Zenon Environmental Inc
Current assignee: GE Zenon ULC
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: AU765966C; DE69916479T2; EP1452493A1; EP2204353A3; KR100439436B1; KR20010083894A; CZ300382B6; ATE264272T1; HUP0103786A3; EP1119522B1; HU224463B1; AU765966B2; AU6073899A; CA2345682C; HUP0103786A2; EP1119522A1; CA2345682A1; PL214717B1; CZ20011236A3; JP2002527229A

Abstract

Un proceso para limpiar o inhibir la acumulación de suciedad de un módulo de membrana (20) que tiene una o más membranas de filtrado (6, 23) sumergidas en agua de depósito (18) en un depósito (12; 412; 512; 612), donde el módulo (20) funciona en un régimen de aireación en el que un flujo de gas produce burbujas (36) desde debajo de las membranas (23) en el agua de depósito eficaces para limpiar o inhibir la acumulación de suciedad de las membranas, y el flujo de gas se alterna en ciclos repetidos con una duración de no más de 120 segundos entre un caudal mayor y un caudal menor, siendo el caudal menor inferior a la mitad del caudal mayor.

Description

Sistema cíclico de aireación para módulos de membrana sumergidos.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a la filtración de líquidos y particularmente al uso de burbujas de aire de lavado producidas por un sistema de aireación para limpiar o inhibir la suciedad de membranas en un filtro de membrana sumergido.

Antecedentes de la invención

Las membranas sumergidas se usan para tratar líquidos que contienen sólidos para producir un líquido filtrado pobre en sólidos y un retentato no filtrado rico en sólidos. Por ejemplo, se usan membranas sumergidas para separar el agua substancialmente limpia del agua residual y para separar el agua potable del agua de un lago o un depósito.

Las membranas se disponen generalmente en módulos que comprenden las membranas y colectores unidos a las membranas. Los módulos se sumergen en un depósito de agua que contiene sólidos. Se aplica una presión transmembrana a través de las paredes de las membranas que hace que el agua filtrada atraviese las paredes de las membranas. Los sólidos son rechazados por las membranas y permanecen en el agua del depósito, que será tratada biológica o químicamente o drenada del depósito.

Se introducen burbujas de aire en el depósito mediante aireadores montados por debajo de los módulos de membrana y conectados mediante conductos a un soplador de aire. Las burbujas de aire ascienden a la superficie del agua del depósito y crean una corriente de aire que recircula el agua del depósito alrededor del módulo de membrana. Cuando el caudal de aire está dentro de un intervalo eficaz, las burbujas ascendentes y el agua del depósito lavan y agitan las membranas para inhibir la incrustación de los sólidos del depósito de agua en los poros de las membranas. Además, también hay una transferencia de oxígeno desde las burbujas al agua del depósito que, en aplicaciones de aguas residuales, proporciona oxígeno para el crecimiento de microorganismos. El soplador de aire generalmente funciona continuamente para minimizar la fatiga en los motores del soplador de aire y para proporcionar un suministro constante de aire para el crecimiento de los microorganismos, si así se desea.

Con los sistemas de aireación típicos, un operario aumenta el caudal de aire a los aireadores si se desea una mayor limpieza. Sin embargo, esta técnica fatiga las membranas y los motores del soplador de aire y aumenta la cantidad de energía usada, lo que aumenta significativamente los costes de operación del proceso. A la inversa, un operario típicamente disminuye el caudal de aire a los aireadores si se desea una menor limpieza. Sin embargo, con esta técnica, el caudal de aire a menudo está por debajo del intervalo eficaz, y no proporciona una limpieza eficaz. Como alternativa, algunos operarios reducen el caudal medio de aire proporcionando aire de manera intermitente. Este método permite tener un caudal de aire en el intervalo eficaz pero a expensas de los sopladores de aire, que se desgastan rápidamente cuando se conectan y desconectan frecuentemente. En muchos casos, la garantía del soplador de aire queda invalidada por dicha operación intermitente.

Otro asunto relacionado con los sistemas de aireación típicos es que hacen que el agua del depósito se mueva con un patrón de recirculación generalmente en estado estacionario. El patrón de recirculación incluye típicamente "zonas muertas", donde el agua del depósito no es alcanzada por el agua del depósito de recirculación y las burbujas. Las membranas en estas zonas muertas o las partes de las membranas en estas zonas muertas no se limpian eficazmente y pueden estar funcionando en un agua que tiene una mayor concentración de sólidos que la que tiene generalmente el agua del depósito. En consecuencia, estas membranas, o las partes afectadas de estas membranas, se ensucian rápidamente con sólidos.

Existe un problema relacionado en los módulos en los que se instalan membranas de fibra hueca con un pequeño grado de holgura para permitir que las membranas se muevan y se sacudan o para evitar que queden sólidos atrapados. El movimiento del agua del depósito en el depósito hace que las membranas holgadas asuman una posición cercana al estado estacionario, particularmente cerca de los extremos de las membranas, que interfiere con el movimiento útil de las fibras.

Otro asunto más relacionado con los sistemas de aireación convencionales es que los propios aireadores a menudo se ensucian con el tiempo. Aunque el suministro de aire esté conectado, la presión local de aire cerca del perímetro de los orificios del aireador es baja y a menudo permite que el agua del depósito se filtre dentro del aireador. Cuando se detiene la aireación de vez en cuando, por ejemplo, para lavado contracorriente, limpieza u otros procedimientos de mantenimiento, puede entrar más agua del depósito en el sistema de aireación. Una parte del agua del depósito que entra en el sistema de aireación se evapora allí, dejando depósitos de sólidos en el sistema de aireación. En aplicaciones de agua residual en particular, los sólidos depositados pueden reducir significativamente la eficacia del sistema de aireación o hacer que un operador cierre periódicamente la filtración para clarificar o substituir los aireadores.

La Publicación Japonesa Nº 7-185.271 describe un sistema de filtración que tiene dos o cuatro unidades de membrana separadas por tabiques. Un soplador introduce aire en los dispensadores de aire localizados por debajo de cada una de las unidades de membrana. Se proporciona una válvula para cada dispensador de aire entre el soplador y cada unidad de membrana. Cuando la filtración se detiene, las válvulas se abren y cierran para proporcionar 15 minutos de caudal de aire a cada uno de los dispensadores de aire por turno.

La Publicación Japonesa Nº 8-323.161 describe un sistema de filtración en el que una membrana plana se conecta a las salidas de permeado provistas a ambos lados de la membrana plana. Se proporcionan tubos de dispersión de aire debajo de cada mitad de la membrana plana. Los tubos de dispersión de aire debajo de cada mitad de la membrana plana están conectados a un soplador mediante una válvula electromagnética. Los tubos de dispersión de aire debajo de la otra mitad de la membrana plana están conectados al soplador mediante otra válvula electromagnética. Mientras se extrae el permeado de un primer lado de la membrana plana, se producen burbujas fuera del tubo de distribución de aire por debajo del otro lado de la membrana plana. Después, una capa de sólidos aglutinados se acumula en el primer lado de la membrana plana, la extracción del permeado se traslada al otro lado de la membrana plana y el primer lado de la lámina plana de membrana se airea hasta que se acumula una capa de sólidos aglutinados en el segundo lado de la membrana plana.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un régimen de aireación cíclico que se puede usar para airear módulos de membrana de ultrafiltración y microfiltración sumergidos en agua de depósito en un depósito. El proceso de la invención se define en la reivindicación 1. El sistema de aireación cíclico usa un conjunto de válvula y un controlador del conjunto de válvula para conectar un suministro de aire a una pluralidad de ramas distintas de una red de suministro de aire. Las distintas ramas de la red de suministro de aire se conectan a su vez a los aireadores localizados por debajo de los módulos de membrana. Mientras el suministro de aire funciona para suministrar un flujo de aire inicial estacionario, el conjunto de válvula y el controlador del conjunto de válvula fraccionan y distribuyen el flujo de aire inicial entre las distintas ramas del sistema de distribución de aire de manera que el flujo de aire a cada rama distinta se alterna entre un caudal mayor y un caudal menor en ciclos repetidos.

En una realización, el sistema de aireación cíclico se usa para proporcionar aireación intermitente a los módulos de membrana dispuestos en una pluralidad de zonas de filtración, cada una asociada con una rama distinta de la red de suministro de aire. El sistema de aireación cíclico se configura y se hace funcionar para proporcionar aireación durante un periodo predeterminado de tiempo a cada zona de filtración por turnos. En otras realizaciones, el sistema de aireación cíclica se usa para proporcionar aireación intensa a un grupo de módulos de membrana. En una de tales realizaciones, el sistema de aireación cíclico se configura y se hace funcionar para proporcionar aire a una rama de la red de suministro de aire alternando entre un caudal mayor y un caudal menor en ciclos de 120 segundos o menos. En otra de tales realizaciones, los aireadores asociados con una primera rama de la red de suministro de aire se entremezclan con aireadores asociados con una segunda rama de la red de suministro de aire. El flujo de aire al caudal mayor se alterna entre la primera y segunda ramas de la red de suministro de aire en ciclos de 120 segundos o menos.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá la presente invención haciendo referencia a las siguientes figuras.

La figura 1A es un dibujo esquemático de un reactor de membrana sumergido.

Las figuras 1B, 1C y 1D son dibujos de módulos de membrana de acuerdo con realizaciones de la presente invención.

La figura 2 es una vista en planta esquemática de un sistema de aireación de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 3 es una serie de gráficos que muestran el efecto de hacer funcionar una realización de la presente invención.

Las figuras 4A, 4B y 4C son dibujos esquemáticos de conjuntos de válvula y controladores de válvula de acuerdo con las realizaciones de la invención.

La figura 5 es una vista en planta esquemática de módulos de membrana y de un sistema de aireación de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 6 es una vista en planta esquemática de módulos de membrana y de un sistema de aireación de acuerdo con otra realización de la invención.

La figura 7A es una vista en planta esquemática de módulos de membrana y de un sistema de aireación de acuerdo con otra realización de la invención.

Las figuras 7B, 7C y 7D son representaciones en alzado de módulos de membrana y partes de un sistema de aireación de acuerdo con alternativas a la realización de la figura 7A.

Las figuras 8A y 8B son representaciones en alzado de módulos de membrana y partes de un sistema de aireación de acuerdo con una realización de la invención bajo la influencia de un sistema de aireación cíclico.

Las figuras 9A, 9B, 9C y 9D son dibujos de aireadores de acuerdo con una realización de la invención.

Las figuras 10A, 10B y 10C son gráficos que muestran los resultados de ensayos realizados en realizaciones de la invención que tienen dos grupos de aireadores.

La figura 11 es un gráfico que muestra los resultados de ensayos realizados en realizaciones de la invención que tienen un solo grupo de aireadores.

Descripción detallada de las realizaciones Descripción general

Haciendo referencia ahora a la figura 1A, se muestra la disposición general de un reactor 10. La descripción del reactor 10 en esta sección se aplica generalmente a diversas realizaciones que se describen a continuación hasta el punto de que no es inconsistente con la descripción de ninguna realización particular.

El reactor 10 tiene un depósito 12 que se llena inicialmente con agua de alimentación 14 mediante una entrada 16. El agua de alimentación 14 puede contener microorganismos, sólidos en suspensión u otra materia que se denominará sólidos de manera colectiva. Una vez en el depósito, el agua de alimentación 14 se convierte en agua del depósito 18 que puede tener concentraciones aumentadas de los diversos sólidos, particularmente cuando el reactor 10 se usa para tratar agua residual.

En el depósito están montados uno o más módulos de membrana 20 y tienen uno o más colectores 22 en comunicación fluida con el lado de permeado de una o más membranas 6. Las membranas 6 en los módulos de membrana 20 tienen un tamaño de poros en el intervalo de nanofiltración o microfiltración, preferiblemente entre 0,003 y 10 micrómetros.

Los módulos de membrana 20 están disponibles en diversos tamaños y configuraciones con diversas configuraciones de colector. Por ejemplo, las membranas 6 pueden ser fibras huecas encapsuladas en uno o más colectores 22 de manera que las luces de las fibras huecas estén en comunicación fluida con al menos un colector 22. Los colectores 22 pueden ser de cualquier forma conveniente, aunque típicamente tienen una cara rectangular o redonda por la que se unen a las membranas 6. Como alternativa, las membranas 6 pueden ser láminas planas que típicamente se orientan verticalmente en un par espaciado con los colectores 22 en los cuatro lados en comunicación fluida con la superficie interior resultante. Un módulo de membrana 20 puede tener una o más membranas de microfiltración o ultrafiltración 6 y se pueden unir entre sí muchos módulos de membrana 20 para formar módulos de membrana mayores, o conjuntos, aunque todas estas configuraciones se denominarán módulos de membrana 20.

Las figuras 1B, 1C y 1D ilustran módulos de membrana 20 preferidos que tienen madejas 8 rectangulares. En cada madeja 8 rectangular, las membranas de fibra hueca 23 se sostienen entre dos colectores 22 opuestos. Los extremos de cada membrana 23 están rodeados de resina de encapsulación para producir una conexión hermética entre el exterior de la membrana 23 y los colectores 22 manteniendo las luces de las membrana de fibra hueca 23 en comunicación fluida con al menos un colector 22. Las madejas 8 rectangulares pueden estar orientadas en un plano horizontal (figura 1B), verticalmente (figura 1C) u horizontalmente en un plano vertical (figura 1D). Típicamente, una pluralidad de madejas 8 rectangulares se unen conjuntamente en un módulo de membrana 20.

Aunque se ilustra una sola fila de membranas de fibra hueca 23 en cada madeja 8 rectangular, una madeja 8 rectangular típica tiene un conjunto de membranas de fibra hueca 23 con una anchura comprendida entre 2 cm y 10 cm. Las membranas de fibra hueca 23 típicamente tienen un diámetro externo comprendido entre 0,4 mm y 4,0 mm y se encapsulan a una densidad de empaquetamiento comprendida entre el 10% y el 40%. Las membranas de fibra hueca 23 tienen típicamente una longitud comprendida entre 400 mm y 1.800 mm y están montadas con una holgura entre el 0,1% y el 5%.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1A, el depósito 12 se mantiene lleno con agua de depósito 18 por encima del nivel de las membranas 6 en los módulos de membrana 20 durante la permeación. El agua filtrada denominada permeado 24 fluye a través de las paredes de las membranas 6 en los módulos de membrana 20 bajo la influencia de una presión transmembrana y se recoge en los colectores 22 para ser transportada a una salida de permeado 26 a través de una tubería de permeado 28. La presión transmembrana se crea preferiblemente mediante una bomba de permeado 30 que crea un vacío parcial en una tubería de permeado 28. La presión transmembrana puede variar para las diferentes membranas y las diferentes aplicaciones, pero típicamente está comprendida entre 1 kPa y 150 kPa. El permeado 24 también puede fluir periódicamente en una dirección inversa a través de los módulos de membrana 20 para ayudar en la limpieza de los módulos de membrana 20.

Durante la permeación, las membranas 6 rechazan los sólidos que permanecen en el agua de depósito 18. Estos sólidos se pueden retirar por varios métodos incluyendo digestión por microorganismos si el reactor 10 es un biorreactor o drenando el depósito 12 periódicamente o retirando continuamente una parte del agua del depósito 18, realizándose los dos últimos métodos abriendo una válvula de drenaje 32 en un conducto de drenaje 34 en el fondo del depósito.

Un sistema de aireación 37 tiene uno o más aireadores 38 conectados mediante un sistema de suministro de aire 40 y un colector de distribución 51 a una fuente de aire 42, que es típicamente uno o más sopladores de aire, y produce burbujas 36 en el agua de depósito. Los aireadores 38 pueden ser de diversos tipos incluyendo distintos aireadores, tales como aireadores con tapa o simplemente orificios perforados en conductos unidos o que forman parte del colector de distribución 51. Las burbujas 36 preferiblemente se hacen con aire, aunque se pueden hacer con otros gases tales como oxígeno o aire enriquecido con oxígeno, si fuera necesario.

Los aireadores 38 se localizan generalmente por debajo de los módulos de membrana 20. Si los módulos de membrana 20 están hechos de madejas 8 rectangulares que tienen membranas verticales de fibra hueca 23, los aireadores 38 se localizan preferiblemente para producir burbujas cerca de los bordes del colector inferior. Con madejas 8 rectangulares que tienen membranas de fibra hueca 23 en un plano vertical, los aireadores 38 se localizan preferiblemente para producir burbujas en una línea directamente por debajo del plano vertical. Con madejas 8 rectangulares que tienen membranas de fibra hueca 23 en un plano horizontal, los aireadores 38 se localizan preferiblemente para producir burbujas dispersas uniformemente por debajo del plano.

Las burbujas 36 agitan las membranas 6 impidiendo que se ensucien o limpiándolas. Además, las burbujas 36 también disminuyen la densidad local del agua de depósito 18 en o cerca de los módulos de membrana 20, creando un efecto de corriente de aire que hace que el agua de depósito 18 fluya hacia arriba pasando por los módulos de membrana 20. El efecto de la corriente de aire provoca un patrón de recirculación 46 en el que el agua de depósito 18 fluye hacia arriba a través de los módulos de membrana 20 y después hacia abajo a lo largo de los lados u otras partes del depósito. Las burbujas 36 típicamente explotan en la superficie y generalmente no siguen al agua de depósito 18 a través de las partes inferiores del flujo del patrón de recirculación 46. El agua de depósito 18 también puede fluir de acuerdo con, por ejemplo, el movimiento desde la entrada 16 al conducto de drenaje 34, pero tal flujo no invalida el flujo producido por las burbujas 36.

Las burbujas 36 tienen un diámetro medio comprendido entre 1 y 50 mm. Se cree que las burbujas individuales 36 grandes son más eficaces para limpiar o inhibir la acumulación de suciedad en las membranas 6, pero las burbujas 36 más pequeñas son más eficaces para transferir oxígeno al agua de depósito 18 y requieren menos energía para producir cada burbuja 36. Las burbujas 36 con un diámetro comprendido entre 3 mm y 20 mm y más preferiblemente entre 5 mm y 15 mm, son adecuadas para uso en muchas aplicaciones de agua residual. Las burbujas 36 en los intervalos que se acaban de describir proporcionan una limpieza eficaz de las membranas 6 y una transferencia de oxígeno aceptable al agua de depósito 18 sin provocar una formación de espuma excesiva del agua de depósito 18 en la superficie del depósito 12. Si el reactor 10 se usa para crear agua potable o para otras aplicaciones donde no se necesite transferencia de oxígeno, entonces se prefieren las burbujas entre 5 mm y 25 mm.

Las burbujas 36 pueden ser mayores que un orificio de un aireador 38 donde la burbuja 36 se crea de acuerdo con factores conocidos tales como la presión de aire y el caudal y la profundidad de los aireadores 38 por debajo de la superficie del agua del depósito 18. Si los aireadores 38 se localizan cerca del fondo de un gran depósito 12, tales como los utilizados en los trabajos de tratamiento municipal, se puede usar un aireador 38 con orificios entre 2 mm y 15 mm y preferiblemente entre 5 mm y 10 mm. La presión de aire suministrada (con respecto a la presión atmosférica) se determina típicamente por la altura del agua a la profundidad de inmersión de los aireadores 38 (aproximadamente 10 kPa por metro) más una presión adicional requerida para conseguir el caudal de aire deseado a través de los aireadores 38. Típicamente hay una caída de presión entre 5 mm y 100 mm de agua, y más típicamente entre 10 mm y 50 mm de agua, a través de los orificios de los aireadores 38. Las partes del sistema de aireación 37 localizadas a una distancia por debajo del fondo de los orificios de los aireadores 38 igual a la pérdida de presión generalmente carecen de agua del depósito cuando la fuente de aire 42 está en funcionamiento, aunque aún pueden filtrarse dentro del sistema de aireación 37 pequeñas cantidades de agua de depósito 18.

Sistema de aireación cíclico

Haciendo referencia ahora a la figura 2, se muestra un sistema de aireación cíclico 237 que tiene un suministro de aire 242 en comunicación fluida con un conjunto de válvula 254, estando controlado el conjunto de válvula 254 por un controlador de válvula 256. El conjunto de válvula 254 está en comunicación fluida con una red de suministro de aire 240 que tiene una pluralidad de ramas distintas cada una en comunicación fluida con diferentes colectores de distribución 251 en comunicación fluida con los conductos aireadores 238. También se pueden usar otros tipos de aireadores con las modificaciones adecuadas en los colectores 251 o en la red de suministro de aire, pero son preferibles los conductos aireadores 238. La tercera rama de la red de suministro de aire 240 y el tercer colector de distribución 251 se muestran con líneas discontinuas para indicar que el número de ramas distintas de la red de suministro de aire 240 y los colectores de distribución 251 pueden ser dos o más, pero preferiblemente no más de 15.

El suministro de aire 242 es una fuente de aire a presión, típicamente uno o más sopladores de aire, y proporciona un flujo de un gas a un caudal inicial al sistema de aireación cíclico. La mayoría de las veces el gas es aire, pero también puede ser oxígeno, aire enriquecido con oxígeno u ozono, o nitrógeno, en cuyo caso el suministro de aire 242 incluirá el equipo de oxigenación u ozonización, etc. además de un soplador de aire. Sin embargo, en este documento el término "aire" se usará para referirse a cualquier gas apropiado. La cantidad de aire proporcionada por el suministro de aire 242 se determina mejor sumando la cantidad de aire proporcionada a todos los conductos aireadores 238 (que se describen más adelante) servida por el suministro de aire 242. Es preferible que el suministro de aire 242 suministre una cantidad constante de aire a lo largo del tiempo.

El conjunto de válvula 254 y el controlador de válvula 256 se describirán con más detalle a continuación. Sin embargo, en términos generales, el conjunto de válvula 254 y el controlador de válvula 256 (a) fraccionan el flujo de aire desde el suministro de aire 242 entre las ramas de la red de suministro de aire 240 de manera que, en un punto en el tiempo, algunas de las ramas reciben un mayor caudal de aire y otras ramas reciben un menor caudal de aire y (b) cambian las ramas de la red de suministro de aire 240 que reciben los caudales mayores y menores de aire en ciclos repetidos.

En la figura 3 se ilustra un ejemplo. En cada una de las partes a), b) y c) de la figura 3, Rh indica un caudal mayor de aire; Rl indica un caudal menor de aire; y, el tiempo de 0 a t3 indica un ciclo que se repetiría. El ciclo se divide en tres periodos de tiempo substancialmente iguales, 0-t1; t1-t2 y t2-t3. En cada uno de estos periodos, una rama del sistema de suministro de aire 240 y su colector de distribución 251 asociado recibe aire a Rh mientras que los otros reciben aire a Rl. De manera similar, cada rama del sistema de suministro de aire 240 y su colector de distribución asociado 251 recibe aire a Rh durante un tercio del ciclo y a Rl durante dos tercios del ciclo.

Muchos de los conjuntos de válvula 254 que se describen a continuación se pueden usar para producir variaciones suaves en el caudal de aire al colector de distribución 251, pero es preferible que la variación sea bastante brusca como se sugiere en la figura 3. Los inventores han indicado que tal cambio brusco produce una corta explosión de burbujas 36 inusualmente grandes que parecen tener un efecto significativo de limpieza o de inhibición de la acumulación de suciedad. Los cambios bruscos a menudo producen también una punta de caudal de aire poco después de la transición de Rl a Rh que produce una subida de presión correspondiente. Esta subida de presión se debe mantener dentro de los límites de diseño del sistema de aireación cíclico 237 o proporcionar las válvulas de escape apropiadas, etc.

La cantidad de aire proporcionado a un colector de distribución 251 o rama de una red de suministro de aire 240 depende de numerosos factores, aunque está relacionada preferiblemente con la velocidad superficial del flujo de aire para el servicio de los conductos aireadores 238. La velocidad superficial del flujo de aire se define como el caudal de aire para los conductos aireadores 238 en condiciones estándar (1 atmósfera y 25 grados Celsius) dividido por el área de la sección transversal de aireación. El área de la sección transversal de aireación se determina midiendo el área que se airea eficazmente mediante los conductos aireadores 238. Las velocidades superficiales de flujo de aire entre 0,013 m/s y 0,15 m/s son las preferidas al caudal mayor (Rh). Los sopladores de aire para uso en aplicaciones de agua potable se pueden dimensionar hacia el extremo inferior del intervalo, mientras que los sopladores de aire usados para aplicaciones de agua residual se pueden dimensionar cerca del extremo superior del intervalo.

Rl es típicamente menor de la mitad de Rh y a menudo es un estado sin aire ni flujo. Dentro de este intervalo, el caudal menor de aire está influenciado por la calidad del agua de alimentación 14. Generalmente se prefiere un estado sin aire, pero con algo de agua de alimentación 14, las membranas de fibra hueca 23 se ensucian significativamente incluso en un corto periodo de aireación al caudal menor. En estos casos, se obtienen los mejores resultados cuando el caudal menor de aire se aproxima a la mitad del caudal mayor.

Haciendo referencia ahora a las figuras 4A, 4B y 4C, se muestran realizaciones alternativas del conjunto de válvula 254 y del controlador de válvula 256. En la figura 4A, un suministro de aire 242 sopla aire a una válvula de tres vías 292, preferiblemente, una válvula de bola, con sus dos orificios restantes conectados a dos colectores de distribución 251. Un controlador de válvula de tres vías 294 abre alternativamente una vía de aire hacia uno de los colectores de distribución 251 y después hacia el otro. Preferiblemente, hay un desplazamiento de fase de 180 grados de manera que la vía de aire hacia uno de los colectores de distribución 251 se abre mientras que la vía de aire hacia el otro colector de distribución 251 se cierra. La válvula de tres vías 292 se puede hacer funcionar mecánicamente mediante la manecilla 296 conectada mediante el conector 298 a una palanca 299 en el controlador 294 de la válvula de tres vías que es un equipo de accionamiento que gira a la velocidad de rotación necesaria para la palanca 299. Sin embargo, preferiblemente, el controlador 294 de la válvula de tres vías es una combinación de un microprocesador y un servo o solenoide que se puede configurar mucho más fácilmente para mover abruptamente la válvula de tres vías 292.

En la figura 4B, el suministro de aire 242 sopla aire dentro de un conector 261 que fracciona el caudal de aire dentro de una tubería de pequeño caudal 262 y una tubería de gran caudal 264. Se ajusta una válvula 266 en la tubería de pequeño caudal 262 de manera que el caudal en la tubería de pequeño caudal 262 es preferiblemente menor que la mitad del caudal en la tubería de gran caudal 264. Un controlador 268, preferiblemente un temporizador, un microprocesador o uno o más motores con uniones eléctricas o mecánicas a las válvulas que se describen a continuación, controla una válvula menor 270, que puede ser una válvula de solenoide o una válvula de bola de 3 vías y una válvula mayor 272, que puede ser una válvula de solenoide o una válvula de bola de 3 vías, de manera que para un primer periodo de tiempo (una primera parte de un ciclo), el aire en la tubería de pequeño caudal 262 fluye hacia uno de los colectores de distribución 251 y el aire en la tubería de gran caudal fluye al otro colector de distribución 251. Durante un segundo periodo de tiempo (una segunda parte de un ciclo), la válvula menor 270 y la válvula mayor 272 se controlan de manera que el aire en la tubería de pequeño caudal 262 fluye hacia el colector de distribución 251 mediante el conducto transversal 274 y el aire de la tubería de gran caudal 264 fluye al otro colector de distribución 251 mediante el conducto inverso 276.

En la figura 4C, el suministro de aire 242 sopla aire dentro de un soplador colector 260 conectado mediante válvulas satélite 284 a los colectores de distribución 251. Cada válvula 284 está controlada por un dispositivo satélite 280, típicamente un solenoide o un servomotor. Los dispositivos satélite se hacen funcionar mediante un microprocesador 282 programado para abrir y cerrar las válvulas satélite 284 de acuerdo con el sistema de operación descrito en esta sección y las siguientes realizaciones.

Uso de la aireación cíclica para proporcionar una aireación intermitente eficaz

A continuación se describirá el uso del sistema de aireación cíclico 237 para proporcionar una aireación intermitente eficaz haciendo referencia al siguiente sistema. Haciendo referencia a la figura 5, se muestra un sistema de aireación 237 que se usa para proporcionar aireación intermitente a seis módulos de membrana 20 (mostrados con líneas discontinuas) en un depósito de filtración 412. El depósito de filtración 412 tiene seis zonas de filtración (mostradas también con líneas discontinuas) correspondientes a los seis módulos de membrana 20. Como alternativa, las zonas de filtración se pueden proporcionar en depósitos diferentes con uno o más módulos de membrana 20 en cada depósito. Los módulos de membrana 20 se usarán para filtrar un agua superficial relativamente sin suciedad de manera que es adecuada la aireación intermitente.

La red de suministro de aire 240 tiene seis ramas distintas, cada una conectada a un colector 251 en una zona de filtración. Cada colector 251 está conectado a su vez a los conductos aireadores 238 montados generalmente por debajo de los módulos de membrana 20. El conjunto de válvula 254 y el controlador de válvula 256 se configuran y se hacen funcionar para proporcionar aire desde el suministro de aire 242 a la red de suministro de aire 240 en un ciclo de 7,5 minutos en el que se suministra aire al mayor caudal durante aproximadamente 75 segundos a cada rama de la red de suministro de aire 240, por turnos. Mientras que una rama de la red de suministro de aire 240 no está recibiendo aire al mayor caudal, recibe aire al menor caudal. En consecuencia, cada colector 251 recibe aire al mayor caudal durante 75 segundos de cada 7,5 minutos. Sin embargo, el funcionamiento del suministro de aire 242 es constante y se usa un suministro de aire dimensionado para un colector 251 para que sirva a dichos seis colectores de distribución.

Es preferible que el lavado contracorriente de los módulos de membrana 20 también se realice a su vez en los módulos de membrana, de manera que el lavado contracorriente de un módulo de membrana 20 tenga lugar mientras el módulo de membrana 20 se está aireando. Los módulos de membrana 20 se pueden lavar contracorriente más fácilmente cuando cada módulo de membrana 20 está servido por su propia bomba de permeado 30 y el aparato de lavado contracorriente asociado. En los grandes sistemas municipales, por ejemplo, los aparatos de permeación y lavado contracorriente están limitados típicamente a una capacidad de aproximadamente 8 a 11 Ml/d. En consecuencia, una planta de tamaño medio (es decir, en el intervalo de 40 Ml/d) tendrá varios módulos de membrana 20 servidos por conjuntos de aparatos de permeación y lavado contracorriente que se pueden controlar de manera individual. En algunas plantas, el lavado contracorriente se realiza en los módulos de membrana 20 por turnos para producir un suministro constante de permeado 24 sin tener en cuenta la aireación.

En un estudio piloto, fuera del alcance de la invención, realizado con agua de alimentación que tiene una turbidez de 3 ntu y un color de 3,9 tcu, por ejemplo, los inventores pudieron conseguir una permeabilidad sostenida aceptable de un módulo de membrana usando 75 segundos de aireación a un caudal mayor de 0,035 m/s de velocidad superficial cada 15 minutos y 15 segundos. Para el resto del ciclo no hubo aireación. Cada ciclo implicó 15 minutos de permeación a través de los módulos de membrana 20 y 15 segundos de lavado contracorriente. Los 75 segundos de aireación se temporizaron de manera que hubo 30 segundos de aireación antes del retropulso, aireación durante el retropulso y 30 segundos de aireación después del retropulso. El ensayo sugiere que si la aireación cíclica se temporiza para que coincida para cada colector de distribución 251 con el lavado contracorriente del módulo de membrana 20 asociado, entonces se puede dar servicio a aproximadamente 12 módulos de membrana 20 mediante un solo suministro de aire 242 como parte del sistema de aireación cíclico 237.

Uso de la aireación cíclica para proporcionar aireación intensa

A continuación se describe el uso del sistema de aireación cíclico 237 para proporcionar aireación intensa haciendo referencia a la siguiente realización, entendiéndose que la invención no se limita a esta realización. Haciendo referencia a la figura 6, se muestra un sistema de aireación 237 para uso para proporcionar aireación que se alterna entre dos conjuntos de módulos de membrana 20 (mostrados con líneas discontinuas) en un depósito de filtración 512. El depósito de filtración 512 tiene dos zonas de filtración (también mostradas con líneas discontinuas) que corresponden a los dos conjuntos de módulos de membrana 20. Como alternativa, las zonas de filtración se pueden proporcionar en depósitos diferentes con uno o más módulos de membrana 20 en cada depósito. Los módulos de membrana 20 se usarán para filtrar un agua superficial relativamente rica en suciedad o un agua residual de manera que es adecuada una aireación intensa.

La red de suministro de aire 240 tiene dos ramas distintas, estando conectada cada una a los colectores 251 en una zona de filtración. Cada colector 251 se conecta a su vez a los conductos aireadores 238 montados generalmente por debajo de los módulos de membrana 20. El conjunto de válvula 254 y el controlador de válvula 256 se configuran y hacen funcionar para proporcionar aire desde el suministro de aire 242 a la red de suministro de aire 240 en un ciclo corto en el que se suministra aire al mayor caudal durante la mitad del ciclo a cada rama de la red de suministro de aire 240. Mientras que una rama de la red de suministro de aire 240 no está recibiendo aire al mayor caudal, recibe aire al menor caudal.

El tiempo total de ciclo preferido puede variar con la profundidad del depósito de filtración 512, el diseño de los módulos de membrana 20, los parámetros de proceso y las condiciones del agua de alimentación 14 que se va a tratar, aunque preferiblemente es de al menos 10 segundos (5 segundos al mayor caudal y 5 segundos al menor caudal) siendo el depósito de filtración 512 un depósito municipal típico con una profundidad entre 1 m y 10 m. Un tiempo de ciclo de hasta 120 segundos (60 segundos al mayor caudal y 60 segundos al caudal reducido) puede ser eficaz, pero preferiblemente el tiempo de ciclo no sobrepasa los 60 segundos (30 segundos al mayor caudal y 30 segundos al caudal reducido) siendo el depósito de filtración 512 un depósito municipal típico.

Los inventores creen que unos ciclos tan rápidos crean un flujo transitorio dentro del agua de depósito 18. En particular, se crea o refuerza un efecto de corriente de aire cuando cambia el caudal de aire de Rl a Rh que provoca que el agua de depósito 18 se acelere. Sin embargo, poco después, la aireación y el efecto de la corriente de aire se reducen bruscamente, lo que provoca que el agua de depósito 18 se decelere. Con ciclos muy cortos, el agua de depósito 18 se acelera o decelera durante la mayor parte del ciclo y casi nunca se encuentra en estado estacionario. Se cree que se inhibe la formación de zonas inactivas en el agua de depósito 18 y que se potencia el movimiento beneficioso de las membranas de fibra hueca 23. Por ejemplo, las membranas de fibra hueca horizontal 23, como se muestra en las madejas 8 rectangulares de las figuras 1B y 1D, adquieren una forma generalmente cóncava hacia abajo durante la aireación en estado estacionario y experimentan un movimiento limitado en sus extremos. Sin embargo, con la aireación cíclica descrita anteriormente, la tensión de las membranas de fibra hueca 23 se libera cíclicamente y, en algunos casos, se pueden crear corrientes locales que fluyen hacia abajo durante breves periodos de tiempo. Los extremos de las membranas de fibra hueca horizontales 23 experimentan un movimiento más beneficioso y se ensucian menos rápidamente. Como los efectos beneficiosos se pueden relacionar con la creación de un flujo transitorio, también se cree que los factores que efectúan la aceleración de la columna de agua por encima de un conjunto de conductos aireadores 238, tales como la profundidad del depósito o el recubrimiento, pueden modificar los tiempos de ciclo preferidos indicados anteriormente.

Uso de aireación cíclica para promover el flujo horizontal

A continuación se describe el uso del sistema de aireación cíclico 237 para promover el flujo horizontal en el agua de depósito 18 haciendo referencia a la siguiente realización, entendiéndose que la invención no se limita a esta realización. Haciendo referencia a la figura 7A, se muestra un sistema de aireación 237 para uso en los módulos de membrana de aireación 20 en un depósito de proceso 612. Los módulos de membrana 20 se usarán para filtrar un agua superficial relativamente rica en suciedad o un agua residual de manera que es adecuada una aireación intensa.

La red de suministro de aire 240 tiene dos ramas distintas conectadas a dos colectores 251 distintos, ambos en una sola zona de filtración. Los colectores 251 se denominarán convenientemente colector 251a y 251b para distinguirlos. Los colectores 251 se conectan a conductos aireadores 238 de manera que los conductos aireadores 238 unidos al colector 251a se entremezclan con los conductos aireadores 238 unidos al colector 251b. Una de tales disposiciones se muestra en la figura 7A, en la que el colector 251a se conecta a los conductos aireadores 238 directamente por debajo de los módulos de membrana 20 mientras que el colector 251b se conecta a los conductos aireadores 238 desplazados horizontalmente localizados por debajo y entre los módulos de membrana 20. Haciendo referencia ahora a las figuras 7B, 7C y 7D, se muestra un conjunto de variaciones de la realización de la figura 7A. En la figura 7B, el colector 251a y el colector 251b se conectan a conductos aireadores 238 alternos desplazados horizontalmente localizados por debajo de los módulos de membrana 20. En la figura 7C, el colector 251a y el colector 251b se conectan a conductos aireadores 238 alternos desplazados horizontalmente localizados directamente debajo de los módulos de membrana 20 alternos. En la figura 7D, el colector 251a y el colector 251b se conectan a conductos aireadores 238 alternos desplazados horizontalmente localizados directamente debajo y entre los módulos de membrana 20 alternos. En cada uno de estos casos, se puede repetir el patrón cuando se usen más módulos de membrana 20.

Cada uno de los colectores 251a y 251b se conecta a una rama distinta de la red de suministro de aire 240 que a su vez se conecta a un conjunto de válvula 254. El conjunto de válvula 254 y un controlador de válvula 256 se configuran y se hacen funcionar para proporcionar aire desde un suministro de aire 242 hasta la red de suministro de aire 240 en un ciclo corto en el que se suministra aire a un mayor caudal durante una mitad del ciclo a cada rama de la red de suministro de aire 240. Mientras que una rama de la red de suministro de aire 240 no está recibiendo el caudal mayor de aire, recibe el caudal menor de aire. El caudal menor de aire es preferiblemente la mitad o menos del caudal mayor de aire y, cuando las condiciones lo permiten, el caudal menor de aire es preferiblemente un estado sin aire.

El tiempo de ciclo total puede variar con la profundidad del depósito de proceso 612, el diseño de los módulos de membrana 20, los parámetros de proceso y las condiciones del agua de alimentación 14 que se va a tratar, aunque preferiblemente es de al menos 2 segundos (1 segundo al mayor caudal y 1 segundo al menor caudal) y menos de 120 segundos (60 segundos al mayor caudal, 60 segundos al menor caudal) cuando el depósito de proceso 612 es un depósito municipal típico con una profundidad entre 1 m y 10 m. Sin embargo, preferiblemente, el tiempo de ciclo está comprendido entre 20 segundos y 40 segundos. Los ciclos cortos de 10 segundos o menos pueden no ser suficientes para establecer zonas de diferentes densidades en el agua de depósito 18 en un depósito profundo 12 donde tal tiempo es insuficiente para permitir que las burbujas de aire 36 se eleven una distancia significativa con respecto a la profundidad del depósito 12. Los ciclos largos de 120 segundos o más pueden hacer que partes de un módulo de membrana 20 no reciban burbujas 36 durante largos periodos de tiempo, lo cual puede tener como resultado una rápida acumulación de suciedad. Como se ha analizado anteriormente, los efectos beneficiosos de la invención se pueden relacionar con la creación de un flujo transitorio y se cree que los factores que efectúan la aceleración de la columna de agua por encima de un conjunto de conductos aireadores 238, tales como la profundidad del depósito o el recubrimiento, pueden modificar los tiempos de ciclo preferidos indicados anteriormente.

En esta realización, donde los conductos aireadores 238 conectados al colector 251a están entremezclados con los conductos aireadores 238 unidos al colector 251b, se crean áreas variables de mayor y menor densidad en el agua de depósito 18 dentro de una zona de filtración. Como se ha descrito anteriormente, lo inventores creen que estas variaciones producen un flujo transitorio en el agua de depósito 18. Sin embargo, cuando las áreas eficaces de aireación por encima de los conductos aireadores 238 unidos a las distintas ramas de la red de suministro de aire 240 son suficientemente pequeñas, los inventores creen que se crea un flujo transitorio apreciable en una dirección horizontal entre las áreas por encima de los conductos aireadores 238 unidos a las diferentes ramas de la red de suministro de aire 240. Haciendo referencia a las figuras 7A, 7B, 7C y 7D, los módulos de membrana 20 mostrados son preferiblemente del tamaño de una o dos madejas 8 rectangulares.

Como ejemplo, en las figuras 8A y 8B se muestran módulos de membrana 220 hechos con madejas 8 rectangulares con membranas de fibra hueca 23 orientadas verticalmente aireadas mediante un sistema de aireación cíclico 237 con conductos aireadores 238 localizados con respecto a los módulos de membrana 220 como se muestra en la figura 7D. En las figuras 8A y 8B, el grado de holgura de las membranas de fibra hueca 23 se exagera mucho para facilitar la ilustración. Además, sólo se ilustran dos membranas de fibra hueca 23 para cada madeja 8 rectangular vertical aunque, como se ha indicado anteriormente, una madeja 8 rectangular se podría construir realmente con muchas membranas de fibra hueca 23.

Con aireación en estado estacionario, es difícil estimular a las burbujas 36 para que penetren en las madejas 8 rectangulares verticales. La tendencia natural de las burbujas 36 es pasar a través de las áreas con menor resistencia, tales como alrededor de los módulos de membrana 220 o a través de las ranuras entre los módulos de membrana 220 y las membranas de fibra hueca 23 en el borde externo de las madejas 8 rectangulares verticales pueden tener significativamente más contacto con las burbujas 36. Además, el 10-20% superior de las membranas de fibra hueca 23 a menudo se ve forzado a adoptar una forma bien curvada por el efecto de la corriente de aire y sólo se mueve un poco. Una pequeña parte en la parte inferior de las membranas de fibra hueca 23 también puede estar bien curvada por la corriente que viaja alrededor del colector inferior 22. En estas zonas bien curvadas, las membranas de fibra hueca 23 se ensucian más rápidamente.

Sin embargo, con aireación cíclica, el aire al mayor caudal se alterna entre el colector 251a y el colector 251b. Cuando se suministra más aire al colector 251a, las membranas de fibra hueca 23 asumen una forma media como se muestra en la figura 8A con un primer patrón de recirculación local 380 como se muestra. Cuando se suministra más aire al colector 251b, las membranas de fibra hueca 23 asumen una forma media como se muestra en la figura 8B con un segundo patrón de recirculación local 382 como se muestra. Bajo la influencia de un sistema de aireación cíclico 237, las membranas de fibra hueca 23 alternan entre las posiciones mostradas en las figuras 8A y 8B. En consecuencia, disminuye el tamaño de la porción de las membranas de fibra hueca 23 que sólo se mueve un poco. La ciclación también crea un flujo inverso hacia dentro y hacia afuera de las madejas 8 rectangulares verticales que, según creen los inventores, hace que las burbujas 36 penetren más profundamente en las madejas 8 rectangulares.

Conductos aireadores

Haciendo referencia ahora a la figura 9A, se muestra un conducto aireador 238. El conducto aireador 238 tiene un cuerpo hueco alargado 302 que es una tubería circular que tiene un diámetro interno entre 15 mm y 100 mm. Una serie de orificios 304 perforan el cuerpo 302 permitiendo que el aire fluya hacia afuera del conducto aireador 238 para crear burbujas. El tamaño, número y localización de los orificios puede variar para una madejas 8 rectangular, por ejemplo, son adecuados 2 orificios (uno a cada lado) con un diámetro comprendido entre 5 mm y 10 mm situados cada 50 mm a 100 mm a lo largo del cuerpo 302 y que reciben un flujo de aire que da como resultado una pérdida de presión a través de los orificios de entre 10 y 100 mm de agua a la profundidad del conducto aireador 238.

El aire entra en el conducto aireador 238 por una entrada del aireador 306. En el extremo opuesto del conducto aireador 238 hay una salida 308. El punto mayor de la salida 308 se localiza por debajo del punto más bajo en la entrada del aireador 306 por una distancia vertical entre la mínima y la máxima pérdida de presión esperada de agua a la profundidad del conducto aireador 238 a través de los orificios 304. La mínima pérdida de presión de agua esperada a la profundidad del conducto aireador 238 a través de los orificios 304 es preferiblemente al menos tanta como la distancia entre la parte superior de los orificios 304 y el fondo interior del cuerpo 302. Una interfaz aire/agua 309 entre el aire en el conducto aireador 238 y el agua que rodea al conducto aireador 238 se localizará por debajo del fondo interior del cuerpo 302 pero por encima del punto superior de la salida 308. De esta manera, el agua de depósito 18 que entra en el conducto aireador 238 fluirá hacia la salida 308 y no se acumulará cerca de los orificios 304.

Haciendo referencia ahora a la figura 9B, se muestra otro conducto aireador 238 que se prefiere para el uso con agua de depósito 18 relativamente limpia. El cuerpo 302 tiene una sección transversal 302 rectangular pero está abierto por el fondo. El conducto aireador 238 puede ser un componente separado o integrado en los colectores 22 de un módulo de membrana 20, en cuyo caso el fondo de un colector inferior 22 puede servir como parte superior del cuerpo 302. El extremo del cuerpo 302 está tapado con una tapa 310 que de nuevo puede ser una parte de un colector 22. Con el fondo del cuerpo 302 abierto al agua de depósito 18, el agua de depósito 18 que se filtra dentro del conducto aireador 238 fluye de nuevo al agua de depósito 18. Para evitar que se formen burbujas 36 en el fondo del conducto aireador 238, los lados del cuerpo 302 se extienden por debajo del fondo de los orificios 304 por una distancia mayor que la pérdida de presión esperada a través de los orificios 304.

Haciendo referencia ahora a la figura 9C, se muestra otro conducto aireador 238 similar al conducto aireador 238 de la figura 9A, excepto por lo que se describe en este documento. Una camisa de goma 400, mostrada parcialmente cortada, cubre el cuerpo 302 y tiene rendijas 402 que se corresponden con los orificios 304. Las ranuras 402 se abren cuando el aire fluye dentro del conducto aireador 238 abriéndose a un tamaño mayor cuando se usa un mayor caudal de aire. En consecuencia, las ranuras 402 producen burbujas 36 más grandes al caudal completo y burbujas 36 más pequeñas al caudal de aire reducido. En aplicaciones de aguas residuales, el tamaño reducido de las burbujas 36 proporciona una mejora en la eficacia de transferencia de oxígeno al caudal de aire reducido.

Haciendo referencia ahora a la figura 9D, se muestra otro conducto aireador que es preferido para uso con agua de depósito 18 relativamente rica en sólidos. El cuerpo 302 es un tubo de 32 mm de diámetro. Los orificios 304 son de 8 mm de diámetro y se montan 30 grados por encima de la horizontal. Los orificios de drenaje 410, en el fondo del cuerpo 302 y típicamente de 16 mm de diámetro, permiten que la filtración del agua de depósito 18 se drene desde el cuerpo 302. Una tapa 411 cubre el extremo del cuerpo 302.

Los conductos aireadores 238 tales como los descritos anteriormente pueden admitir algo de agua de depósito 18, incluso con aire fluyendo a través de ellos, que se seca dejando una acumulación de sólidos. Sin embargo, cuando el suministro de aire se cambia entre colectores de distribución como se ha descrito anteriormente, el conducto aireador 238 se inunda y se vacía alternativamente. La humectación cíclica resultante de los conductos aireadores 238 ayuda a rehumedecer y retirar los sólidos que se acumulan en los conductos aireadores 238 o a evitar que el agua de depósito 18 se seque y los sólidos se depositen en los conductos aireadores 238. Si fuera necesario, esta inundación se puede estimular liberando aire del colector de distribución apropiado abriendo una válvula con ventilación a la atmósfera.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se refieren a módulos de membrana ZW 500 producidos por ZENON Environmental Inc. Cada ZW 500 tiene dos madejas rectangulares de membranas de fibra hueca verticales. Para el propósito de calcular velocidades superficiales, el área de la sección transversal de aireación para cada módulo de membrana ZW 500 es de aproximadamente 0,175 m^{2}. Todos los caudales de aire dados a continuación están en condiciones estándar.

Ejemplo 1

Un conjunto de módulos de membrana ZW 500 se hizo funcionar en una suspensión de bentonita con parámetros de proceso generalmente constantes excepto por los cambios en el flujo y en la aireación. Se controló la velocidad de acumulación de suciedad de las membranas para evaluar la eficacia de la aireación. Se suministró aireación al conjunto a caudales constantes de 204 m^{3}/h (es decir, 25,5 m^{3}/h por módulo) y 136 m^{3}/h, y de acuerdo con diversos regímenes de ciclación. En los ensayos con ciclo, se cicló un suministro total de aire de 136 m^{3}/h entre los aireadores localizados por debajo de los módulos y los aireadores localizados entre y al lado de los módulos en ciclos de las duraciones indicadas en la figura 10A. La aireación a 136 m^{3}/h en ciclos de 30 segundos (15 segundos de aire a cada conjunto de aireadores) fue aproximadamente tan eficaz como la aireación no cíclica a 204 m^{3}/h.

Ejemplo 2

Se ensayó el mismo aparato descrito en el ejemplo 1 con parámetros de proceso generalmente constantes excepto por las variaciones del caudal de aire indicadas en la figura 10B. En particular, el 70% del caudal total de aire de 136 m^{3}/h se cicló en un ciclo de 20 segundos de manera que cada grupo de aireadores recibió el 70% del caudal total de aire durante 10 segundos y el 30% del caudal total de aire durante 10 segundos. Como se muestra en la figura 10B, al ciclar el 70% del caudal de aire se produce una reducción de la velocidad de acumulación de suciedad a un elevado flujo de permeado en comparación con la aireación constante al mismo caudal total de aire.

Ejemplo 3

Se hicieron funcionar dos módulos de membrana ZW 500 para producir agua potable a partir de un suministro natural de agua de alimentación. Los parámetros de operación se mantuvieron constantes excepto por los cambios en la aireación. En primer lugar, los módulos se hicieron funcionar durante aproximadamente 10 días con aireación no cíclica a 25,5 m^{3}/h por módulo (para un caudal total del sistema de 51 m^{3}/h). Durante un periodo posterior de aproximadamente tres días, se cicló aire desde los aireadores próximos a un conjunto de módulos a los aireadores próximos a otro conjunto de módulos de manera que cada módulo se aireó a 12,8 m^{3}/h durante 10 segundos y después no se aireó durante un periodo de 10 segundos (para un caudal total del sistema de 12,8 m^{3}/h). Durante un periodo posterior de aproximadamente 10 días, los módulos se airearon de manera que cada módulo se aireó a 25,5 m^{3}/h durante 10 segundos y después no se aireó durante un periodo de 10 segundos (para un caudal total del sistema de 25,5 m^{3}/h). Durante un periodo posterior de aproximadamente 10 días, se restauró el caudal constante inicial. Como se muestra en la figura 10C, con una aireación tal que cada módulo se aireó a 25,5 m^{3}/h durante 10 segundos y después no se aireó durante un periodo de 10 segundos (es decir, una mitad del caudal total inicial del sistema), la permeabilidad de la membrana se estabilizó por encima de 250 l/m^{2}/h/bar, mientras que con un caudal no ciclado al caudal total inicial del sistema la permeabilidad de la membrana se estabilizó a sólo aproximadamente 125 l/m^{2}/h/bar.

Ejemplo 4

Se hicieron funcionar 3 unidades que contenían cada una 2 módulos de membrana ZW 500 a diversos caudales en un biorreactor de membrana. La unidad 1 tenía módulos que funcionaban a 26 l/m^{2}/h y 51 l/m^{2}/h. La unidad 2 tenía módulos que funcionaban a 31 l/m^{2}/h y 46 l/m^{2}/h. La unidad 34 tenía módulos que funcionaban a 34 l/m^{2}/h y 51 l/m^{2}/h. Las unidades se hicieron funcionar en primer lugar durante un periodo de aproximadamente 10 días con aireación no cíclica a 42,5 m^{3}/h por módulo (caudal total de aire del sistema de 85 m^{3}/h). La permeabilidad se redujo y se estabilizó entre 250 y 275 l/m^{2}/h/bar para la unidad 1, entre 200 y 225 l/m^{2}/h/bar para la unidad 2 y entre 150 y 175 l/m^{2}/h/bar para la unidad 3. Durante un segundo periodo de aproximadamente 14 días, se aplicó un caudal total de aire del sistema de 61,2 m^{3}/h durante 10 segundos a los aireadores por debajo de los módulos y después durante 10 segundos a los aireadores al lado de los módulos. En estas condiciones, la permeabilidad aumentó y se estabilizó entre 350 y 375 l/m^{2}/h/bar para la unidad 1 y entre 325 y 350 l/m^{2}/h/bar para las unidades 2 y 3.

Ejemplo 5

Se usó un conjunto de 6 módulos ZW 500 para tratar aguas residuales. Manteniendo otros parámetros de proceso generalmente constantes, se varió la aireación y se midió periódicamente la permeabilidad de los módulos como se muestra en la figura 11. En el periodo A, se suministraron 255 m^{3}/h de aire continua y uniformemente a los módulos. En el periodo B, se suministraron 184 m^{3}/h de aire durante 10 segundos a los aireadores por debajo de los módulos y después durante 10 segundos a los aireadores al lado de los módulos. En el periodo C se usó el mismo régimen de aireación, aunque se alteró el recubrimiento alrededor de los módulos. En el periodo D, se suministraron 184 m^{3}/h durante 10 segundos a los aireadores cerca de un primer conjunto de módulos y después durante 10 segundos a los aireadores cerca de un segundo conjunto de módulos. En el periodo E, se aplicaron 204 m^{3}/h de aire a todos los módulos uniformemente durante 10 segundos y después no se suministró aire a los módulos durante 10 segundos. En el periodo F, se aplicaron 306 m^{3}/h a todos los módulos uniformemente durante 10 segundos y después no se suministró aire a los módulos durante 10 segundos. En el periodo G, se aplicaron 153 m^{3}/h a los aireadores cerca de un primer conjunto de módulos y después durante 10 segundos a los aireadores cerca de un segundo conjunto de módulos.

Ejemplo 6

Se usó un solo módulo de membrana ZW 500 para filtrar un suministro de agua superficial. Manteniendo constantes otros parámetros del proceso, el módulo se hizo funcionar en diversos regímenes de aireación y su permeabilidad se registró periódicamente. En primer lugar el módulo se hizo funcionar con una aireación constante a (a) 20,4 m^{3}/h y (b) 25,5 m^{3}/h. Después de una disminución inicial de la permeabilidad, la permeabilidad se estableció a (a) aproximadamente 200 l/m^{2}/h/bar y (b) entre 275 y 300 l/m^{2}/h/bar respectivamente. En un primer experimento, se suministró aireación al módulo a 25,5 m^{3}/h durante dos minutos y después se desconectó durante 2 minutos. En este ensayo, la permeabilidad disminuyó rápidamente y no se pudo mantener a niveles aceptables. Sin embargo, en otro experimento, se suministró aireación al módulo a 25,5 m^{3}/h durante 30 segundos y después a 8,5 m^{3}/h durante 30 segundos. En este ensayo, la permeabilidad de nuevo descendió inicialmente pero después se estabilizó entre 275 y 300 l/m^{2}/h/bar.

Claims

1. Un proceso para limpiar o inhibir la acumulación de suciedad de un módulo de membrana (20) que tiene una o más membranas de filtrado (6, 23) sumergidas en agua de depósito (18) en un depósito (12; 412; 512; 612), donde el módulo (20) funciona en un régimen de aireación en el que un flujo de gas produce burbujas (36) desde debajo de las membranas (23) en el agua de depósito eficaces para limpiar o inhibir la acumulación de suciedad de las membranas, y el flujo de gas se alterna en ciclos repetidos con una duración de no más de 120 segundos entre un caudal mayor y un caudal menor, siendo el caudal menor inferior a la mitad del caudal mayor.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las burbujas (36) se producen a partir de los aireadores primero y segundo (238) y durante un primer periodo los segundos aireadores (238) reciben gas al caudal menor mientras que los primeros aireadores (238) producen burbujas (36) al caudal mayor, y durante un segundo periodo, los segundos aireadores (238) producen burbujas (36) al mayor caudal mientras que los primeros aireadores (238) producen burbujas (36) al menor caudal.

3. Un proceso de acuerdo con la invención 2, en el que los segundos aireadores (238) se entremezclan en un plano horizontal con los primeros aireadores (238).

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los ciclos repetidos tienen una duración comprendida entre 10 segundos y 60 segundos.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los ciclos repetidos tienen una duración comprendida entre 20 y 40 segundos.

6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el caudal menor es un estado sin gas.

7. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el caudal mayor se corresponde con una velocidad superficial comprendida entre 0,013 m/s y 0,15 m/s.

8. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el caudal mayor se proporciona durante aproximadamente la mitad de la duración del ciclo.

9. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el caudal de gas se alterna bruscamente entre el caudal mayor y el caudal menor.

10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo (20) comprende madejas de membranas de fibra hueca (23).