ES2252305T3 - Filtro de membrana para el tratamiento de agua. - Google Patents

Abstract

Filtro de membrana para el tratamiento de agua con una pieza de cabeza (1), que presenta un espacio acumulador de permeado (2) con una salida de permeado (3), al menos un haz de fibras (4) de membranas capilares, que están fundidas con un extremo abierto hacia el espacio acumulador de permeado (2) en la pieza de cabeza (1) y que están cerradas en su otro extremo, y con una instalación de gasificación (8) con una boquilla (10), que presenta al menos un orificio de salida (11) para aire y que se extiende esencialmente en paralelo a las membranas capilares (5), en el que las membranas capilares (5), rodeadas por el agua bruta (6) a tratar, del haz de fibras (4) están fijadas en una superficie de conexión (7) de la pieza de cabeza (1) y se puede extraer líquido clarificado en las membranas capilares (5) hacia el espacio colector de permeado (2) y en el que la pieza de cabeza (1) contiene un canal de aire (16), en el que está conectada la boquilla (10) de la instalación de gasificación, caracterizado porque las membranas capilares (5) están fundidas con un extremo inferior abierto en la pieza de cabeza (1), que se puede bajar al agua bruta a tratar, porque la boquilla (10) está dispuesta dentro del haz de fibras (4) y en este caso está rodeada por las membranas capilares (5) fijadas en una empaquetaduras hermética en la pieza de cabeza así como cerradas en su extremo superior y porque el haz de fibras (4) termina en su extremo superior sin empotramiento móvil libremente en el agua bruta.

Description

Filtro de membrana para el tratamiento de agua.

La invención se refiere a un filtro de membrana para el tratamiento de agua con

una pieza de cabeza, que presenta un espacio acumulador de permeado con una salida de permeado

al menos un haz de fibras de membranas capilares, que están fundidas con un extremo abierto hacia el espacio acumulador de permeado en la pieza de cabeza y que están cerradas en su otro extremo, y

con una instalación de gasificación con una boquilla, que presenta al menos un orificio de salida para aire y que se extiende esencialmente en paralelo a las membranas capilares,

en el que las membranas capilares, rodeadas por el agua bruta a tratar, de haz de fibras están fijadas en una superficie de conexión de la pieza de cabeza y se puede extraer líquido clarificado en las membranas capilares hacia el espacio colector de permeado y en el que la pieza de cabeza contiene un canal de aire, en el que está conectada la boquilla de la instalación de gasificación. Las membranas capilares poseen un diámetro menor que 5 mm y presentan de una manera preferida una permeabilidad de membranas de microfiltración o de membranas de ultrafiltración. No obstante, no debe excluirse la utilización de membranas capilares para la ósmosis inversa o nanofiltración. Se prefieren membranas capilares en un intervalo de diámetro entre 0,5 y 3 mm. La fuerza de impulsión para la filtración de membrana es una presión diferencial, que se puede realizar a través de una reducción de la presión en el lado del permeado. Una reducción de la presión en el lado del permeado se ofrece especialmente cuando el filtro de membrana debe emplearse en la zona de inmersión y se suspende en una piscina que contiene el agua bruta, por ejemplo la piscina de activación de una instalación depuradora.

Se conoce a partir del documento JP-A-07185268 un filtro de membrana con las características descritas en el preámbulo de la reivindicación 1.

En un filtro de membrana conocido a partir del documento WO-A-9828066, las membranas capilares del filtro de membrana que se puede utilizar en el modo de funcionamiento de inmersión están empotradas por un extremo entre dos piezas de cabeza. En la pieza de cabeza inferior en el funcionamiento está conectada una instalación de gasificación. La otra pieza de cabeza superior contiene el espacio acumulador de permeado. Forma un cuerpo de desplazamiento, a través de cuya actuación se desplazan las burbujas de aire ascendentes hacia el lado exterior del haz de fibras de membranas. No se garantiza ya una gasificación efectiva en la zona superior del haz de fibras. Aquí tampoco son posibles o solamente reducidos movimientos de la membrana. Por lo tanto, se produce la formación de capas de cubierta de la membrana y sedimentos gruesos de suciedad en la zona superior del haz de fibras.

En el filtro de membrana conocido a partir del documento DE 198 11 945 A1, el haz de fibras de membranas capilares se introduce en un tubo envolvente resistente a la presión, que es atravesado por la corriente en la dirección longitudinal de las membranas capilares. Las membranas capilares están fundidas por un lado en un fondo de ataque de la corriente, que presenta una pluralidad de taladros distribuidos de una manera uniforme sobre la sección transversal para la circulación de agua bruta. Para impedir que en el lado exterior de las membranas capilares se formen capas de cubierta y se obstruyan los microporos de las membranas capilares, es necesaria una circulación uniforme a través del espacio del filtro de membrana con velocidad definida de la circulación. Para la mejora del intercambio de substancias, el agua bruta puede ser gasificada antes de la entrada en el espacio de filtro de membranas con aire. No se garantiza una distribución suficiente del aire dentro del haz de fibras. El aire es conducido con la circulación de agua bruta esencialmente en el exterior a lo largo del haz de membranas no presta ninguna contribución a la limpieza de la membrana.

La invención tiene el cometido de indicar un filtro de membrana para el tratamiento de agua, en el que se garantice una gasificación efectiva sobre toda la longitud del haz de fibras y se asegure un transporte de salida más efectivo de incrustaciones de la membrana, que se desprenden desde las superficies de la membrana.

Partiendo de un filtro de membrana de la estructura descrita al principio, se soluciona el cometido según la invención a través de las características descritas en la parte de caracterización de la reivindicación 1. El aire que sale desde la boquilla circula a través de haz de fibras desde el interior hacia el exterior y sale, en parte, en la dirección longitudinal de las membranas capilares. La alimentación de aire se realiza con preferencia de forma intermitente con el objetivo de limpiar las capas de cubierta, que se han formado durante la filtración de la membrana en la superficie de la membrana. La introducción de aire según la invención en el haz e fibras posibilita una limpieza sorprendentemente efectiva independientemente de la velocidad de la circulación del agua bruta. A este respecto, el filtro de membrana según la invención se puede emplear también en el modo de funcionamiento de inmersión.

La boquilla posee, por ejemplo, una sección en forma de tubo con taladros periféricos o está configurada como tobera de ranura anular, desde la que sale el aire radialmente o al menos con una componente de movimiento radial. A través del dimensionado de los taladros de salida o bien de las toberas de salida, el aire puede ser introducido de una manera selectiva en el haz de fibras. Se ha revelado también que es ventajoso que la boquilla presente una válvula de retención, que se cierra cuando se produce una caída de la presión de la alimentación de aire.

El haz de fibras está fijado en empaquetadura hermética en una superficie de conexión de la pieza de cabeza que, en el caso de un modo de funcionamiento de inmersión del filtro de membrana, no es atravesada por canales de circulación para el agua bruta. Las membranas capilares conectadas en su extremo libre se mueven, puesto que solamente están empotradas en un extremo en el agua bruta a filtrar. Para la limitación de los movimientos laterales del haz de fibras, se puede colocar un cesto sobre la pieza de cabeza. El cesto puede estar fabricado por barras o puede estar constituido, por ejemplo, también por un tubo provisto con orificios periféricos. La pieza de cabeza puede presentar, además, instalaciones de conexión para la fijación en un bastidor, que se puede bajar a una piscina que contiene agua bruta. En el marco de la invención está configurar la pieza de cabeza en forma de paralelepípedo, siendo realizada la salida de permeado por una superficie lateral estrecha o por el fondo. Varias de estas unidades pueden estar dispuestas a modo de un paquete de filtro unas adyacentes a las otras, estando conectadas las salidas de permeado de una manera convenientes a través de un conducto colector.

Si el filtro de membrana es empleado en el modo de funcionamiento de inmersión, no son necesarias instalaciones para un ataque de la corriente de las membranas capilares con agua bruta. Está también en el marco de la invención configurar el filtro de membrana con un espacio de filtro atravesad por la corriente de líquido. La circulación a través del espacio del filtro se lleva a cabo de una manera conveniente en la dirección longitudinal de las membranas capilares, entrando el agua bruta a través de taladros en la pieza de cabeza, que están dispuestos de una manera concéntrica alrededor de la instalación de gasificación, hasta el espacio del filtro. Las membranas capilares están fundidas en una superficie de conexión en forma de tubo entre la instalación de gasificación y los taladros de conducción de líquido en la pieza de cabeza. De acuerdo con otra configuración especialmente ventajosa, la superficie de conexión de la pieza de cabeza, en la que están fundidas en el lado extremo las membranas capilares que forman el haz de fibras, está configurada en forma de estrella, donde la superficie de conexión llena la superficie en forma de anillo entre la instalación de gasificación y los taladros que están dispuestos concéntricamente y se extienden hasta las zonas entre los canales de líquido. Según la invención, está previsto un haz de fibras, que contiene las membranas capilares en una empaquetadura hermética, siendo conducida el agua bruta por el lado exterior por delante del haz de fibra y siendo introducido aire dentro del haz de fibras. En todas las formas de realización, el haz de fibras está dispuesto verticalmente en el agua bruta, estando fijadas las membranas capilares en su extremo inferior en la pieza de cabeza y pudiendo moverse su extremo superior en la corriente de líquido. Las burbujas de aire están esencialmente en el interior del haz de fibras hacia arriba y no son arrastradas o sólo en una pequeña medida por el líquido que circula en el lado exterior por delante del haz de fibras.

En una forma de realización del filtro de membrana según la invención con un espacio de filtro atravesado por la corriente, la pieza de cabeza está conectada de forma desprendible de una manera conveniente con una envolvente en forma de tubo, que forma el espacio del filtro. En otra configuración está previsto, de acuerdo con la invención, que la pieza de cabeza se pueda conectar en el lado frontal alejado del haz de fibras con la envolvente en forma de tubo de otro filtro de membrana configurado de forma idéntica, y que la salida de permeado esté dispuesta en la periferia de la pieza de cabeza. En la forma de realización descrita, se pueden conectar varios filtros de membrana como unidades modulares unos detrás de otros en serie. De esta manera, se puede adaptar la superficie del filtro de una manera variable al caso de aplicación. Las salidas de permeado en la periferia de las piezas de cabeza se pueden conectar entre sí a través de un tubo colector.

De acuerdo con otra configuración según la invención, en la pieza de cabeza están conectados varios haces de fibras, estando asociada a cada haz de fibras una instalación de gasificación así como taladros atravesados por la corriente de líquido que rodean concéntricamente la instalación de gasificación. La pieza de cabeza presenta cámaras de distribución separadas para agua y aire, en las que desembocan taladros para agua y canales de aire, respectivamente. En la pieza de cabeza están conectadas cámaras, que contienen en cada caso un haz de fibras de membranas capilares y que son atravesadas por la corriente de agua bruta en la dirección longitudinal de las membranas capilares. La configuración posibilita un circuito en paralelo de haces de fibras en una disposición muy compacta.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de un único dibujo que representa un ejemplo de realización. Se muestra lo siguiente en representación esquemática:

Las figuras 1 y 2 muestran filtros de membrana según la invención para el tratamiento de agua, que se pueden emplear en el modo de funcionamiento de inmersión, en una sección longitudinal respectiva.

Las figuras 3 a 5 muestran un filtro de membrana según la invención con un espacio de filtro atravesado por la corriente de líquido.

Las figuras 6 y 7 muestran otras configuraciones del filtro de membrana según la invención.

A la estructura básica del filtro de membrana según la invención, representada en las figuras, pertenecen la pieza de cabeza 1, que presenta un espacio colector de permeado 2 con una salida del permeado 3, y al menos un haz de fibras 4 de membranas capilares 5, que están cerradas en un extremo y están abiertas en su otro lado con un extremo abierto hacia el espacio colector de permeado 2 en la pieza de cabeza 1. En las membranas capilares 5 se trata con preferencia de membranas de ultrafiltración o de membranas de microfiltración, cuyo diámetro es menor que 5 mm. De una manera preferida, las membranas capilares poseen un diámetro entre 0,5 y 3 mm. Las membranas capilares 5 están rodeadas por el agua bruta a tratar 6. La filtración se realiza en virtud de una presión diferencial a través de la membrana, que se puede generar a través de una sobrepresión en el lado del agua bruta y/o una presión negativa en el lado del permeado. El líquido clarificado circula en las membranas capilares 5 hacia el espacio colector de permeado 2.

Las membranas capilares 5 del haz de fibras 4 están fijadas en empaquetadura hermética en una superficie de conexión 7 de la pieza de cabeza, que está atravesada por canales de circulación para el agua bruta. Dentro del haz de fibras 4 está dispuesta una instalación de gasificación 8, desde la que sale aire. La alimentación de aire se lleva a cabo de una manera preferida de forma intermitente, con el objetivo de limpiar las capas de cubierta, que se han formado durante la filtración de la membrana en la superficie de la membrana. En la forma de realización representada en la figura 1, la instalación de gasificación 8 presenta una boquilla 10 sobresaliente, que está provista con al menos un orificio de salida de aire, que se extiende dentro del haz de fibras 4 esencialmente paralelo a las membranas capilares 5 y está conectado en un canal de aire 16 dispuesto en la pieza de cabeza 1. La boquilla 10 presenta una sección en forma de tubo con taladros periféricos 11, pero puede estar configurada también, por ejemplo, como tobera de ranura anular, desde la que sale el aire (9) con alineación radial. Las membranas capilares 5 fundidas en un extremo en la pieza de cabeza 1 son móviles libremente en su otro extremo cerrado y conducen bajo la acción de las turbulencias que predominan en el agua bruta y/o bajo la acción de las circulaciones que se producen en el agua bruta a movimientos laterales más o menos fuertemente marcados. Para la limitación de los movimientos laterales está colocado sobre la pieza de cabeza 1 un cesto 12, que está configurado en el ejemplo de realización como barras y anillos. Como cesto se puede emplear también un tubo, que puede estar provisto con aberturas.

En el ejemplo de realización de la figura 2 se indica que la pieza de cabeza 1 puede estar configurada como elemento en forma de paralelepípedo. En la dirección longitudinal de la pieza de cabeza 1 están dispuestas una pluralidad de instalaciones de gasificación 8, para introducir aire en el haz de fibras 4. El haz de fibras 4 está constituido por una empaquetadura hermética de membranas capilares 5. La pieza de cabeza 1 es adecuada para un modo de funcionamiento de inmersión y puede presentar instalaciones de conexión no representadas para la fijación en un bastidor, que se puede bajar a una piscina con agua bruta. La salida de permeado 3 está prevista en el lado frontal estrecho. A este respecto, se ve claramente que se pueden disponer una pluralidad de piezas de cabeza 1 en paralelo adyacentes entre sí.

En las formas de realización representadas en las figuras 3 a 7, el filtro de membrana presenta un espacio de filtro 14, que está atravesado por la corriente de agua bruta a tratar. El ataque de la corriente en el espacio de filtro 14 se realiza a través de taladros 15 en la pieza de cabeza 1, que están dispuestos concéntricamente alrededor de la instalación de gasificación 8. La figura 3 muestra la vista en planta superior sobre una pieza de cabeza 1, que presenta un canal 16 dispuesto centrado para la alimentación de aire y taladros 15 que rodean concéntricamente el canal de aire 16 para el agua bruta. La superficie de conexión 7 de la pieza de cabeza 1, en la que están fundidas en el lado extremo las membranas capilares 5 que forman el haz de fibras 4, está configurada en forma de estrella, estando rellena una superficie anular entre el canal de aire 16 y los taladros de conducción de líquido 15 y extendiéndose la superficie de conexión hasta las zonas entre los canales de líquido 15. A partir de la figura 3 se deduce también que las membranas capilares 54 están dispuestas en una empaquetadura muy hermética. El agua bruta es conducida esencialmente por delante del lado exterior del haz de fibras y circula en la dirección longitudinal de las membranas capilares 5. Además, el haz de fibras 4 es gasificado con aire desde el interior.

La figura 4 muestra una sección longitudinal a través del filtro de membrana en el plano de intersección A-A; en la figura 5 se representa la sección longitudinal en el plano de intersección B-B de la figura 3. A partir de las representaciones se puede deducir que la pieza de cabeza 1 está conectada de una manera desprendible con una envolvente en forma de tubo, que forma el espacio del filtro. La unión entre la pieza de cabeza 1 y la conexión de la envolvente 17 se puede realizar a través de cierres de sujeción rápida usuales no representados.

A través de una configuración adecuada de la pieza de cabeza 1 se pueden disponer varios filtros de membrana en serie unos detrás de tros, como se representa de forma esquemática en la figura 6. La pieza de cabeza 1 se puede conectar en el lado frontal alejado del haz de fibras 4 con la envolvente 17 en forma de tubo de otro filtro de membrana idéntico. La salida de permeado 3 está dispuesta en la periferia de la pieza de cabeza 1. Se entiende que las salidas de permeado del filtro de membrana se pueden conectar en un conducto colector común.

En la forma de realización representada en la figura 7, en la pieza de cabeza 1 están conectados varios haces de fibras 4, estando asociadas a cada haz de fibras 4 una instalación de gasificación 8 así como taladros 15 atravesados por la corriente de líquido, que rodean concéntricamente la instalación de gasificación. La pieza de cabeza 1 presenta cámaras de distribución 18, 19 separadas para agua y aire, en las que desembocan los taladros 15 para el agua bruta y canales de aire 16, respectivamente. En la pieza de cabeza 1 están conectadas de forma desprendible unas cámaras, que forman en cada caso un espacio de filtro 14 y contienen un haz de fibras 4 de membranas capilares 5 así como están recorridas por la circulación de agua bruta en la dirección longitudinal de las membranas capilares 5.

Claims (6)

1. Filtro de membrana para el tratamiento de agua con

una pieza de cabeza (1), que presenta un espacio acumulador de permeado (2) con una salida de permeado (3),

al menos un haz de fibras (4) de membranas capilares, que están fundidas con un extremo abierto hacia el espacio acumulador de permeado (2) en la pieza de cabeza (1) y que están cerradas en su otro extremo, y

con una instalación de gasificación (8) con una boquilla (10), que presenta al menos un orificio de salida (11) para aire y que se extiende esencialmente en paralelo a las membranas capilares (5),

en el que las membranas capilares (5), rodeadas por el agua bruta (6) a tratar, del haz de fibras (4) están fijadas en una superficie de conexión (7) de la pieza de cabeza (1) y se puede extraer líquido clarificado en las membranas capilares (5) hacia el espacio colector de permeado (2) y en el que la pieza de cabeza (1) contiene un canal de aire (16), en el que está conectada la boquilla (10) de la instalación de gasificación, caracterizado porque las membranas capilares (5) están fundidas con un extremo inferior abierto en la pieza de cabeza (1), que se puede bajar al agua bruta a tratar, porque la boquilla (10) está dispuesta dentro del haz de fibras (4) y en este caso está rodeada por las membranas capilares (5) fijadas en una empaquetaduras hermética en la pieza de cabeza así como cerradas en su extremo superior y porque el haz de fibras (4) termina en su extremo superior sin empotramiento móvil libremente en el agua bruta.

2. Filtro de membrana según la reivindicación 1, caracterizado porque sobre la pieza de cabeza (1) está colocado un cesto (12), que limita los movimientos verticales del haz de fibras (14).

3. Filtro de membrana según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la pieza de cabeza (1) presenta instalaciones de conexión para la fijación en un bastidor, que se puede bajar a una piscina que contiene el agua bruta.

4. Filtro de membrana según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la boquilla (10) presenta una sección en forma de tubo con taladros periféricos (11).

5. Filtro de membrana según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la boquilla (10) está configurada como tobera de ranura anular, desde la que sale radialmente aire.

6. Filtro de membrana según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la boquilla (10) presenta una válvula de retención, que se cierra cuando existe una caída de presión en la alimentación de aire.