ES2273858T3 - Cartucho de fibras huecas, modulo laminar de fibras huecas que utiliza dicho cartucho y filtro de tipo deposito. - Google Patents

Abstract

Cartucho de membranas de fibras huecas (4) que comprende un haz de una serie de membranas de fibras huecas (3a), cuyos extremos están fijados por adherencia en capas de adherencia y fijación (11, 14), un cabezal de cartucho (12) fijado en la periferia del haz en un extremo para que no se permita paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera, y un aro de fondo fijado en la periferia del haz en el otro extremo, para que no se permita paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera, la parte hueca en el extremo de cada membrana de fibras huecas (3a) en el lado del cabezal del cartucho está abierto, la parte hueca en el extremo de cada membrana de fibras huecas (3a) en el lado del anillo de fondo está estanqueizada, y se dispone una serie de orificios pasantes (14a) en la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo y se disponen en el haz de membranas de fibras huecas (3a), que se caracteriza porque dicho cabezal de cartucho (12) y dicho aro de fondo (13) están conectados y fijados a una serie de barras o tubos (3b), en las que dichas barras o tubos (3b) se colocan en una parte interna del haz de fibras que se extiende en una distancia de un cuarto del diámetro del haz de fibras (3a) desde la superficie periférica del haz de fibras (3a) o se disponen para que se dispersen en el haz de fibras (3a).

Description

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Cartucho de fibras huecas, módulo laminar de fibras huecas que utiliza dicho cartucho y filtro de tipo depósito.

Sector técnico

La presente invención se refiere a un cartucho de filtrado que utiliza membranas de fibras huecas que se dispone en un aparato de filtrado de tipo depósito, un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente o un aparato de filtrado de tipo de inmersión, en el que el filtrado se lleva a cabo a presión o por succión. Más particularmente, la presente invención se refiere a un cartucho de membranas de fibras huecas utilizado en un aparato de filtrado para la eliminación de la turbidez y las bacterias de un gran volumen de agua de partida, tal como agua de río, agua de lago, agua subterránea, agua del mar, agua residual doméstica o agua residual industrial, o en un aparato de filtrado para la separación líquido/sólido en el tratamiento de fangos activados; y asimismo se refiere a un módulo para un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente, o un aparato de filtrado de tipo depósito que utiliza dicho cartucho de membranas de fibras huecas.

Antecedentes técnicos

La Patente JP-A-61-153104 da a conocer, como un cartucho convencional que utiliza membranas de fibras huecas, un cartucho que tiene la siguiente estructura: una serie de membranas de fibras huecas se alojan en un contenedor cilíndrico, ambos extremos de cada una de las membranas de fibras huecas están fijos al contenedor cilíndrico en la partes de adherencia y fijación superior e inferior, respectivamente, y el contenedor cilíndrico es un contenedor moldeado integralmente de manera que se extienda a los extremos superior e inferior de las membranas de fibras huecas. Las partes huecas de una gran cantidad de las membranas de fibras huecas están abiertas en la parte de adherencia y fijación superior del cartucho, pero están selladas en la parte de adherencia y fijación inferior, y una capa de adhesivo en la parte inferior de adherencia y fijación tiene una serie de orificios pasantes. Se forma una cámara de gas rodeada del contenedor cilíndrico bajo la parte de adherencia y fijación inferior.

Este cartucho de membranas de fibras huecas sirve para el filtrado bajo presión externa y se utiliza después de su instalación en una columna de filtrado. Cuando los materiales que se filtran se acumulan sobre las superficies externas de las membranas, disminuye la capacidad de filtrado de las membranas y, por lo tanto, se lleva a cabo, cada cierto tiempo, un procedimiento de lavado, para la eliminación de los materiales acumulados sobre las superficies de las membranas después del filtrado.

Para este procedimiento de lavado, se adopta un método llamado de burbujeo de aire, que comprende la introducción de un gas dentro del cartucho de membranas de fibras huecas a través de su parte inferior, en una columna de filtrado rellena con agua de partida, y la vibración de las membranas de fibras huecas en un fluido de gas y líquido mezclados para eliminar por pelado los materiales acumulados sobre las superficies de las membranas.

Sin embargo, en el cartucho de membranas de fibras huecas, en algunos casos, el burbujeo de aire no tiene un efecto de lavado suficiente, debido a que ambos extremos de cada una de las membranas de fibras huecas están fijados al contenedor cilíndrico, de manera que están limitadas la extensión y la vibración de las membranas de fibras huecas. Este fenómeno es remarcable y provoca problemas, en algunos casos, en una operación de filtrado a largo plazo, particularmente en los casos en los que el diámetro del cartucho es grande.

Por otra parte, la Patente JP-A-2000-157846 da a conocer un cartucho de membranas de fibras huecas que comprende un cabezal de cartucho y un aro de fondo al que se adhiere y fija el extremo de un haz de membranas de fibras huecas, en el que el cabezal de cartucho y el aro de fondo no están conectados ni fijos entre sí, y se dispone de una serie de orificios pasantes para la introducción de gas en la capa de adherencia y fijación del aro de fondo. Este cartucho de membranas de fibras huecas no tiene un contenedor cilíndrico y, por lo tanto, es ventajoso porque la extensión y vibración de las membranas de fibras huecas no están limitadas durante el burbujeo de gas, de manera que es fácil eliminar por pelado del cartucho los materiales suspendidos acumulados en las superficies de las membranas y descargar los materiales suspendidos eliminados.

Sin embargo, en este cartucho de membrana de fibras huecas, debe limitarse el caudal de suministro de gas, a efectos de impedir que el haz de membranas de fibras huecas se curve, debido al desplazamiento del aro de fondo durante el burbujeo de gas. Por otra parte, en los casos en los que a efectos de obtener un efecto de limpieza suficiente el burbujeo de gas se lleva a cabo repetidamente durante un periodo de tiempo largo, mediante la utilización de un gran volumen de gas, el haz de membranas de fibras huecas se dobla repetidamente, de manera que las membranas de fibras huecas en algunos casos se cortan. Por lo tanto, en cualquier caso, es difícil de llevar a cabo una operación de filtrado a largo plazo de forma estable.

La patente JP-A-10-137552 da a conocer un cartucho en el que la capa de adherencia y fijación superior y la capa de adherencia y fijación inferior están conectadas entre sí mediante la colocación de una columna de soporte en el centro de un haz de membranas. Este cartucho hace posible que se evite el doblado del haz de membranas de fibras sólidas durante el burbujeo de gas, mediante la colocación de la columna de soporte en el centro, pero implica los siguiente problemas: se obtiene un efecto de limpieza insuficiente debido a la baja eficiencia de contacto entre las burbujas y las membranas de fibras huecas, el cartucho tiene una resistencia insuficiente a la torsión que se produce durante la manipulación o el burbujeo de gas, y el cartucho es difícil de manipular, debido a que su parte de adherencia y fijación superior y/o inferior debe estar sujeta cuando se transporta el cartucho.

Además, la Patente WO98/28066 da a conocer un cartucho obtenido mediante la envoltura de la periferia de un haz de membranas con un elemento del tipo jaula perforada. Este cartucho tiene desventajas, dado que sólo se puede obtener un pequeño efecto de limpieza en el mismo, debido a que la vibración de las membranas de fibras huecas durante el burbujeo de gas es limitada, se necesita introducir un gran volumen de gas dentro de la misma a efectos de obtener un efecto de limpieza suficiente.

Características de la invención

La presente invención está destinada a dar a conocer un cartucho de membranas de fibras huecas, que facilite la eliminación por pelado de los materiales suspendidos acumulados sobre las superficies externas de las membranas de fibras huecas, mediante la introducción de un pequeño volumen de gas y mediante la extensión y/o vibración de cada membrana de fibras huecas tanto como sea posible en el momento del lavado por burbujeo de aire, y que permita la descarga fácil de los materiales suspendidos eliminados por pelado del cartucho de membranas de fibras huecas, y que haga posible llevar a cabo una operación de filtrado estable a largo plazo; y dar a conocer asimismo un módulo para un aparato de filtrado, que utilice dicho cartucho de membranas de fibras huecas.

Los presentes inventores han investigado profundamente a efectos de solucionar los problemas descritos anteriormente y, por consiguiente, han descubierto que un cartucho obtenido mediante la conexión y fijación de un cabezal de cartucho y un aro de fondo entre sí por medio de una serie de barras o tubos es adecuado para el propósito anterior, y que la utilización de membranas de fibras huecas que tienen un módulo de tensión específico hace posible obtener un efecto de lavado suficiente, mediante la utilización un pequeño volumen de gas. Sobre la base de este descubrimiento, se alcanzan los objetivos de la presente invención.

La presente invención se define según las reivindicaciones 1 a 15.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una ilustración en sección, que muestra una realización del cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención, soportado en un estado suspendido en un aparato de filtrado de tipo depósito.

La figura 2 es una vista a mayor escala de la parte principal, que muestra la estructura del aro de fondo de la parte adherencia y fijación del cartucho de membranas de fibras huecas mostrado en la figura 1.

La figura 3 es una ilustración esquemática del cartucho de membranas de fibras huecas conocido.

La figura 4 es una ilustración en sección, que muestra una realización del cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención fijado mediante suspensión desde una conducción colectora de agua tratada en un aparato de filtrado de tipo depósito.

La figura 5 es una ilustración en sección, que muestra una realización de un cuerpo envolvente que constituye un módulo utilizado en un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente.

La figura 6 es una ilustración en sección, que muestra una realización de un módulo utilizado en un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente, particularmente, un módulo obtenido mediante la acomodación del cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención, en el cuerpo envolvente mostrado en la figura 5.

La figura 7 es una ilustración en sección, que muestra un ejemplo de la posición de los orificios pasantes en la parte de adherencia y fijación del aro de fondo del cartucho de membranas de fibras huecas.

La figura 8 es una ilustración en sección, que muestra otro ejemplo de la posición de los orificios pasantes en la parte de adherencia y fijación del aro de fondo del cartucho de membranas de fibras huecas.

La figura 9 es una ilustración a mayor escala de la parte principal, que muestra una realización de la conexión de un cabezal de cartucho a la conducción de un aparato en la figura 4.

La figura 10 es una ilustración a mayor escala de la parte principal, que muestra una realización de la conexión de un cabezal de cartucho en el caso de la figura 8 a la conducción de un aparato.

La figura 11 es una ilustración a mayor escala de la parte principal, que muestra una realización de la conexión de un cabezal de cartucho a la conducción de un aparato utilizado en filtrado de tipo inmersión, que se lleva a cabo mediante la inmersión directa en agua de partida, seguida de filtrado mediante succión.

Mejor forma de llevara a cabo la invención

A continuación, se describen de forma concreta las realizaciones de la presente invención, con referencia a los dibujos.

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La figura 1 es una ilustración en sección que muestra una realización del cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención, soportado en un estado suspendido en un aparato de filtrado de tipo depósito. La figura 2, figura 7 y figura 8 son ilustraciones para explicar la estructura de la parte de adherencia y fijación inferior del aro de fondo del cartucho de membranas de fibras huecas. La figura 6 es una ilustración en sección que muestra una realización del cartucho de membranas de fibras huecas en un módulo utilizado en un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente. Las figuras 9 a 11 son ilustraciones en sección, que muestran realizaciones de la conexión de un cabezal de cartucho a la conducción de un aparato.

El cartucho de membranas de fibras huecas (4) de la presente invención comprende un gran número de membranas de fibras huecas (3a), tubos de conexión (3b), una capa de adherencia y fijación (11), un cabezal de cartucho (12), una capa de adherencia y fijación (14) y un aro de fondo (13).

En un extremo de un haz de membranas de fibras huecas (3a) y en un extremo de cada tubo de conexión (3b), se unen integralmente las membranas de fibras huecas entre sí con un adhesivo y se acoplan integralmente a la parte interna del cabezal del cartucho (12) para formar la capa de adherencia y fijación (11). Los extremos de las membranas de fibras huecas (3a) están abiertos en el lado del cabezal de cartucho (12).

En el otro extremo del haz de membranas de fibras huecas (3a) y en el otro extremo de cada tubo de conexión (3b), las membranas de fibras huecas se enlazan integralmente entre sí con un adhesivo y se acoplan integralmente a la parte interna del aro de fondo (13) para formar la capa de adherencia y fijación (14). Los extremos de las membranas de fibras huecas (3a) están estanqueizados en el lado del aro de fondo (13). Tal como se muestra en la figura 2, se forma una serie de orificios pasantes (14a) en la capa de adherencia y fijación (14), a efectos de introducir agua de partida o un gas para el lavado dentro del haz de membranas de fibras huecas y poner en contacto de forma efectiva el agua de partida o el gas con la superficie externa de cada una de las membranas de fibras huecas.

El diámetro del cartucho de membranas de fibras huecas (4) es de 30 mm a 800 mm, preferentemente, de 80 mm a 800 mm. La longitud del cartucho de membranas de fibras huecas (4) varía preferentemente de 300 mm a 3.000 mm.

En la presente invención, el cabezal de cartucho (12) y el aro de fondo (13) están conectados y fijados entre sí por medio de dos o más barras o tubos. Un cuerpo cilíndrico (28), tal como el del cartucho convencional mostrado en la figura 3, no está presente en la periferia del haz de membranas de fibras huecas (3a) entre el cabezal de cartucho (12) y el aro de fondo (13), y de forma sustancial a lo largo de este intervalo, están expuestas las membranas de fibras huecas. Aunque no está particularmente limitado a un método para la conexión del cabezal de cartucho y el aro de fondo entre sí mediante la serie de barras o tubos, las barras o tubos se fijan preferentemente mediante la introducción de las barras o tubos en la capas de adherencia y fijación tal como se describe anteriormente.

En los casos en los que el cabezal de cartucho (12) y el aro de fondo (13) no se conectan y fijan entre sí, el aumento del caudal de un gas o agua en el lavado mediante burbujeo de gas o descarga desplaza el aro de fondo para curvar el haz de membranas de fibras huecas, en los casos en los que el caudal excede un valor definido, a pesar de que el valor del caudal definitivo depende de la resistencia de las membranas de fibras huecas, el número de membranas de fibras huecas y de la longitud de las mismas.

En los casos en los que solamente se utiliza una barra o tubo para la conexión y fijación, el esfuerzo se centra en un punto y además, el cartucho tiene una resistencia insuficiente a la curvatura o a la torsión en la dirección lateral. Este fenómeno es remarcable y provoca problemas en una operación de filtrado a largo plazo, particularmente en los casos en los que el diámetro del cartucho es grande.

Con respecto al tamaño de las barras o tubos para la conexión y fijación, el diámetro equivalente de las barras o tubos varía desde 2 mm a 30 mm. En este caso, el diámetro equivalente se define tal como 4 x (área transversal del recorrido del flujo) / (circunferencia). La forma de la sección transversal de las barras o tubos para la conexión y fijación se selecciona entre polígonos (por ejemplo, triángulo, tetrágono y hexágono), una forma circular, un forma ovalada, una forma de hélice, una forma de C, una forma de estrella, etc. Preferentemente, las barras o tubos tienen, en particular, una forma circular de sección transversal. El número de las barras o tubos es de 2 a 30, aunque depende del área de la sección del cartucho y el número de fibras.

Aunque el tamaño y número del barras o tubos debe determinarse de manera que las barras o tubos puedan soportar una carga mecánica aplicada en el momento de la utilización o manipulación, preferentemente, éstos se minimizan tanto como sea posible, ya que, en los casos en los que el tamaño o número determinado es excesivo, las barras o tubos ocupan un área grande, dando como resultado un área de membrana reducida por unidad de área. Para la minimización, la posición de la serie de las barras o tubos es un factor importante. Es decir, las barras o tubos se disponen de manera que éstos puedan recibir uniformemente una fuerza aplicada desde abajo durante el burbujeo de gas o la descarga. Por ejemplo, las barras o tubos se disponen en intervalos regulares alrededor del haz de fibras o se disponen para que estén dispersados en el haz de fibras. Particularmente, en los casos en los que las barras o tubos se localizan en las proximidades de la periferia del haz de fibras, el cartucho se puede manipular sujetándolo por las barras o tubos, de manera que se mejora de forma considerable la facilidad de manipulación. Además, se puede asegurar una resistencia mecánica suficiente contra el doblado y la torsión, incluso si las barras o tubos ocupen solamente un área pequeña. Por lo tanto, es especialmente preferente disponer las barras o tubos en las proximidades de la periferia del haz de fibras. El término "las proximidades de la periferia" utilizado en la presente descripción significa una parte interna del haz de fibras que se extiende sobre una distancia de un cuarto el diámetro del haz de fibras desde la superficie de la periferia del haz de fibras.

Para la fijación de las barras o tubos para la conexión y fijación a la capa de adherencia (11) en el lado del cabezal de cartucho y la capa de adherencia (14) en el lado del aro de fondo, se pueden adoptar, por ejemplo, los siguientes métodos: un método de fijación de las barras o tubos con un adhesivo junto con el haz de membranas de fibras huecas; un método que realiza previamente orificios en el cabezal de cartucho y el aro de fondo, a efectos de insertar las barras o tubos para la conexión y fijación dentro de los orificios, insertando las barras o tubos para la conexión y fijación dentro de los orificios, y adhiriendo y fijando las barras o tubos junto con el haz de membranas de fibras huecas; y un método de fijación de las barras o tubos en la periferia del cabezal de cartucho y el aro de fondo. Son adecuados los métodos de
adherencia y fijación de las barras o tubos a las capas de adherencia y filtrado junto con las membranas de fibras huecas.

Con respecto a la membrana de fibras huecas (3a) utilizada en la presente invención, se pueden utilizar, desde el punto de vista del tamaño de poro, membranas de ósmosis inversa, membranas de nanofiltración, membranas de ultrafiltración y membranas de microfiltración.

Preferentemente, se selecciona una membrana de fibras huecas flexible tal como la membrana de fibras huecas (3a), debido a que provoca un efecto de lavado suficiente, incluso en un volumen de gas relativamente pequeño. Específicamente, el módulo de tracción de la membrana de fibras huecas es, preferentemente, no superior a 90 MPa y no inferior a 10 MPa, más preferentemente no superior a 70 MPa y no inferior a 10 MPa, aún más preferentemente no superior a 60 MPa y no inferior a 10 MPa. El módulo de tracción es un valor obtenido mediante la utilización del método de medición siguiente y es un valor medido para la membrana en utilización, especialmente, la membrana en un estado húmedo. En detalle, el módulo de tracción se determinó ejerciendo tracción sobre la membrana con un aparato de prueba de tracción en las condiciones de una distancia entre las mordazas de 50 mm y una velocidad de estiramiento de 200 mm/min, determinando una carga a una elongación del 100%, mediante la extrapolación desde una carga a una elongación del 0,1% y una carga en una elongación del 5%, y la división de la carga a una elongación del 100% por el área de la sección transversal de la membrana de fibras huecas.

Los materiales para la membrana de fibras huecas (3a) no están limitados particularmente y entre éstos se incluyen polisulfonas, poliéter sulfonas, poliacrilonitrilos, poliimidas, poliéter imidas, poliamidas, poliéter cetonas, poliéter éter cetonas, polietilenos, polipropilenos, poli(4-metilpentenos), copolímeros de etileno-alcohol vinílico, celulosas, acetatos de celulosa, poli(fluoruros de vinilideno), copolímeros de etileno-tetrafluoroetileno, politetrafluoroetilenos, etc. Se pueden utilizar también materiales compuestos de los mismos. De los materiales ejemplificados anteriormente, son preferentes los polietilenos, polipropilenos, copolímeros de etileno-alcohol vinilíco, celulosas, poli(fluoruros de vinilideno) y similares, debido a que éstos puede proporcionar fácilmente una membrana que tiene un módulo de tensión en el intervalo anterior.

Con respecto a la forma de la membrana de fibras huecas, se utilizan de forma adecuada membranas de fibras huecas que tienen un diámetro interno de 50 \mum a 3,000 \mum, preferentemente de 500 \mum a 2,000 \mum, y una proporción de diámetro interno al diámetro externo de 0,3 a 0,8.

Además, la membrana de fibras huecas tiene preferentemente ondulaciones. Cuando los materiales acumulados que se adhieren a las superficies externas de las membranas de fibras huecas se lavan mediante el burbujeo de gas, las superficies de las membranas de fibras huecas se frotan por contacto entre las membranas de fibras huecas o por contacto de las membranas de fibras huecas con la superficie de la pared interna de un cuerpo envolvente, de manera que, en algunos casos, la permeabilidad al agua se deteriora. En los casos en los que la membrana de fibras huecas tiene ondulaciones, el área de contacto se puede reducir, de manera que se puede reducir de forma considerable el deterioro de la permeabilidad al agua por la fricción. Además, en los casos en los que la membrana de fibras huecas tiene ondulaciones, las ondulaciones exhiben un efecto tal que los materiales acumulados limpiados de las superficies de las membranas son fáciles de descargar desde el haz de membranas.

Las formas de las ondulaciones, es decir, el grado de ondulación, se expresa en términos del grado de plisado del haz de membranas de fibras huecas. Preferentemente, el grado de plisado es inferior a 2,5 y no menor de 1,5. En los casos en los que el grado de plisado es menor que 1,5, la eliminación del fenómeno de la fricción y la descarga de los materiales acumulados no son suficientes. En los casos en los que el grado de plisado no es menor que 2,5, aparecen desventajas, por ejemplo, porque el diámetro externo del haz aumenta, dando como resultado un tamaño aumentado de las partes de adherencia y fijación del cartucho. El término "grado de plisado" utilizado en la presente descripción, significa una valor obtenido agrupando 1.000 membranas de fibras huecas para ponerlas en orden, enrollando una película de PET con un grosor de 200 \mum y una anchura de 40 mm, que tiene una balanza de muelle unida al extremo de la película, alrededor del haz de membranas de fibras huecas, midiendo la circunferencia del haz de membranas de fibras huecas mientras se aplica una carga de 1 Kg, ejerciendo tracción sobre la balanza de muelle, y calculando el valor mediante la siguiente ecuación:

Grado de plisado = (circunferencia [m] / \Pi )^{2} / ((diámetro externo de la membrana de fibras huecas [m])^{2} x número de membranas de fibras huecas)

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En el cartucho de la presente invención, las membranas de fibras huecas se fijan preferentemente en estado algo destensado. El estado de destensado se expresa en términos de la proporción de destensado descrita a continuación. La proporción de destensado es preferentemente del 0,1 al 10%, en particular, del 1 al 5%. En los casos en los que la proporción de destensado es menor que 0,1%, la vibración de las fibras huecas durante el burbujeo de gas está limitada, de manera que se refuerza la tendencia a disminuir del efecto de lavado de la superficie de la membrana. En los casos en los que la proporción de destensado es mayor que el 10%, la distancia entre las membranas de fibras huecas aumenta inútilmente, y por lo tanto disminuye la eficiencia de contacto con las burbujas, de manera que el efecto de lavado de la superficie de la membrana tiende a disminuir.

El término "proporción de destensado" significa un porcentaje obtenido mediante la medición de la distancia de deflexión (L2) del haz de membranas de fibras huecas en un estado que contiene agua que es debido al peso del propio haz, mientras se mantiene el cartucho horizontal, y dividiendo (L2) por la distancia (L1) entre las interfases de adhesivo (las superficies en el lado del centro del cartucho) del cabezal de cartucho y el aro de fondo, respectivamente, que se fijan por medio de las barras o tubos. La proporción de destensado se representa por la siguiente ecuación:

Proporción de destensado = (L2/L1) x 100

Con respecto al adhesivo utilizado en la presente invención, son preferentes materiales poliméricos tales como resinas epoxi, resinas de uretano, resinas de epoxiacrilato, resinas de silicona y similares. De estos, las resinas de uretano son especialmente preferentes debido a que su reacción se completa en un tiempo relativamente corto. En el cabezal de cartucho fijado mediante la utilización de un adhesivo de este tipo, la parte de adherencia y fijación debe tener una resistencia a la presión tal que la parte de adherencia y fijación pueda soportar una presión diferencial producida durante su utilización. Para este propósito, el adhesivo tiene preferentemente una dureza adecuada. Por otra parte, las membranas de fibras huecas se rompen en algunos casos en las interfases de adhesivo de las membranas, por la vibración durante el burbujeo de gas. Esta ruptura de la membrana se puede impedir mediante la utilización un adhesivo que tiene una blandura adecuada. Por lo tanto, a efectos de proporcionar una resistencia a la presión necesaria y suficiente para su utilización e impedir la rotura de la membrana, es preferente la utilización de un adhesivo que tiene unas características tales, que tiene una dureza de 30 D a 70 D en un intervalo de temperatura de trabajo. El término "dureza" utilizado en la presente descripción significa un valor medido 10 segundos después de presionar un medidor de dureza Shore contra la superficie, sustancialmente lisa, de una muestra. En los casos en los que este valor es mayor a 70 D, se refuerza la tendencia a que tenga lugar la ruptura de la membrana en las interfases de adhesivo con las membranas de fibras huecas. En los casos en los que el valor inferior a 30 D, la resistencia a la presión no es suficiente, de manera que la parte de adherencia y fijación se daña causando escapes en algunos casos.

Como un método para la adherencia, se adoptan métodos bien conocidos, tales como el método adherencia centrífuga, método adherencia en parado ("still-standing") y similares. En los casos en los que se desee mejorar la retracción por curado y la resistencia del adhesivo, se puede incorporar dentro del adhesivo ejemplificado anteriormente un material fibroso, tal como fibras de vidrio o fibras de carbono, o polvo fino de negro carbón, alúmina, sílice y similares.

Los materiales para el cabezal de cartucho (12), el aro de fondo (13) y las barras o tubos de conexión (3b) que se utilizan en la presente invención no están limitados particularmente y pueden ser los mismos o diferentes. Preferentemente, se utilizan como materiales resinas termoplásticas, acero inoxidable y materiales compuestos tales como fibra de plástico reforzada.

Como las resinas termoplásticas, se utilizan polisulfonas, poliéter sulfonas, poliimidas, poliéter imidas, poliamidas, poliéter cetonas, poliéter éter cetonas, polietilenos, polipropilenos, poli(4-metilpentenos), poli(fluoruros de vinilideno), copolímeros de etileno-tetrafluoroetileno, politetrafluoroetilenos, policarbonatos, copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (resinas ABS), éteres de polifenileno, etc. Como acero inoxidable, se utilizan SUS304, SUS316, etc.

El cabezal de cartucho (12) sirve no solamente como una parte de fijación para la suspensión del cartucho de membranas de fibras huecas (4) en un cuerpo envolvente modular para un aparato de filtrado de tipo depósito o un aparato de filtrado, tipo cuerpo envolvente, sino también como una parte de estanqueización para la separación entre agua de partida y agua filtrada. Por lo tanto, el cabezal de cartucho (12) se produce en una forma adecuada para la suspensión, la fijación y la estructura de un cierre estanco. Por ejemplo, se puede dotar en la periferia del cabezal de cartucho (12) de una diferencia de nivel, una ranura o una virola que se proyecta hacia afuera en la dirección del diámetro. Ejemplos adecuados de la forma del cabezal de cartucho se muestran en las figura 9 a la 11.

Aunque la forma de la sección en la dirección del diámetro del cabezal de cartucho (12) puede ser circular, cuadrada, hexagonal, oval o y similar, preferentemente es circular, desde el punto de vista de las propiedades de estanqueización entre el cabezal de cartucho (12) y una parte de adherencia y fijación para el mismo y de la facilidad de producción de un depósito de filtrado.

En la presente invención, los orificios pasantes (14a) dotados en la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo son orificios realizados en la propia capa de adherencia y fijación. Como el tamaño de los orificios pasantes, su diámetro equivalente varía preferentemente desde 2 mm a 30 mm, en particular, desde 5 mm a 25 mm. En los casos en los que el diámetro equivalente es menor que 2 mm, en algunos casos los materiales suspendidos en el agua de suministro se adhieren a los orificios pasantes taponándolos. Esta tendencia aumenta particularmente en el tratamiento de agua que contiene una elevada concentración de materiales suspendidos, tal como agua que se va a someter a tratamiento con fangos activos. Por lo tanto, preferentemente se ajusta el diámetro equivalente a 5 mm o más. En los casos en los que el diámetro equivalente es superior a 30 mm, la introducción uniforme de burbujas se vuelve difícil dentro de la totalidad del haz de membranas, de manera que la eficiencia de utilización de un gas tiende a disminuir. En la presente descripción, el diámetro equivalente se define como 4 x (área transversal del recorrido de flujo) / (circunferencia). La forma de los orificios pasantes puede ser cualquier tipo de polígono (por ejemplo, triángulo, tetrágono y hexágono), una forma circular, un forma ovalada, una forma de hélice, una forma de C, una forma de estrella, etc.

Aunque el número de los orificios pasantes depende del área transversal del cartucho y el número de fibras, es de 2 a 300 aproximadamente, preferentemente de 5 a 100, más preferentemente de 10 a 60.

Con respecto a la posición de los orificios pasantes en una cierta sección de adherencia y fijación, los orificios pasantes deben estar en el haz de membranas de fibras huecas. En los casos en los que los orificios pasantes se localizan en la parte externa del haz de membranas, el contacto entre las burbujas que suben desde los orificios pasantes y las membranas de fibras huecas no es suficiente, de manera que disminuye la eficiencia de utilización de un gas suministrado. Con respecto a la posición de los orificios pasantes, es especialmente preferente dispersar los orificios pasantes de manera que una o más membranas de fibras huecas estén presentes con toda certeza entre uno de los orificios pasantes y, como mínimo otro de los orificios pasantes. Es más preferente formar muchos de los orificios pasantes en la parte central del haz de membranas de fibras huecas. Por ejemplo, es preferente formar los orificios pasantes de manera que éstos estén dispersados en la sección de adherencia y fijación en las intersecciones de círculos multiplexados y líneas radiales, las intersecciones de las retículas, o en los vértices de un gran número de triángulos equiláteros. La figura 7 muestra una caso en el que los orificios pasantes se disponen de forma radial en el haz de membranas, y con respecto a un cierto orificio pasante, no todas las membranas de fibras huecas están necesariamente presentes entre un cierto par de orificios pasantes, pero una o más de las membranas de fibras huecas están presentes entre otro par de orificios pasantes. Mediante la disposición de espacios adecuados entre los orificios pasantes mediante la colocación descrita anteriormente, los materiales suspendidos eliminados por pelado se pueden descargar efectivamente a través de una entrada de agua de suministro después del burbujeo de gas, por ejemplo, en un módulo para un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente. La figura 8 muestra un caso en el que los orificios pasantes se localizan de manera que una o más de las membranas de fibras huecas están presentes entre cada par de orificios pasantes. Mediante una posición de los orificios pasantes de este tipo, se puede aumentar la eficiencia de utilización de un gas introducido, de manera que se puede obtener el efecto de lavado necesario incluso utilizando un pequeño volumen de un gas.

En la presente invención, el aro de fondo (13) sobresale preferentemente más allá de los extremos de las membranas de fibras huecas (3a) para formar una parte de faldón, y se fija preferentemente alrededor del haz de membranas de fibras huecas para formar una capa de gas (14b) rodeada por la capa de adherencia y fijación y el aro de fondo. Aunque la longitud del lado del aro de fondo (13) que sobresale desde los extremos de las membranas de fibras huecas depende del diámetro del cartucho, el volumen de gas suministrado y el diámetro y número de los orificios pasantes, preferentemente es de 5 mm a 200 mm, para impedir la dispersión y la pérdida del gas. En los casos en los que dicha parte es demasiado larga, la longitud total del cartucho es de forma no deseable larga, dando como resultado la formación de un espacio inútil. En los casos en los que dicha parte es demasiado corta, el gas suministrado al cartucho tiende a dispersarse y perderse en la dirección lateral sin introducirse efectivamente dentro de los orificios pasantes. Es posible abrir la parte inferior del faldón e introducir un gas por debajo de la parte inferior. También es posible unir una tapa extraíble para sellar la parte inferior del faldón, a la parte inferior y introducir un gas dentro de la capa de gas (14b) mediante la unión de un medio de suministro de gas directamente a la tapa y/o a la parte que sobresale que forma el parte de faldón.

La forma de sección en la dirección de diámetro del aro de fondo (13) puede ser circular, cuadrada, hexagonal, ovalada y similar. En los casos en los que el cartucho se coloca en un depósito filtrado, la forma de sección es preferentemente la misma que la del cabezal de cartucho, y es especialmente preferente una forma circular como la forma de sección.

El cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención se puede producir tal como se describe a continuación. Se ha insertado un haz de membranas de fibras huecas cuyas partes huecas se han tapado en un extremo del haz y tubos para conexión y fijación dentro de un cabezal de cartucho (12), y se introduce un adhesivo dentro del cabezal de cartucho (12) para adherir y fijar las membranas de fibras huecas las unas con las otras, y adherir y fijar los tubos para conexión y fijación y el haz de membranas de fibras huecas al cabezal de cartucho (12), para que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera. Se cortan conjuntamente las membranas de fibras huecas y la capa de adherencia y fijación para abrir los extremos de las membranas de fibras huecas.

Los otros extremos de las membranas de fibras huecas se insertan dentro de un aro de fondo junto con los tubos para conexión y fijación sin tapar sus partes huecas, y se coloca en el haz de membranas de fibras huecas una barra, tubo o placa predeterminada para la formación de los orificios pasantes (14a). A continuación, se introduce un adhesivo dentro del aro de fondo (13) para adherir y fijar las membranas de fibras huecas las unas con las otras y adherir y fijar los tubos para conexión y fijación y el haz de membranas de fibras huecas al aro de fondo (13). En este caso, las partes huecas en los extremos de las membranas de fibras huecas son estanqueizadas con el adhesivo al mismo tiempo. Posteriormente, la barra, tubo o placa para la formación orificios pasantes (14a) se extrae de la capa de adherencia y fijación para formar los orificios pasantes (14a).

También es posible lo siguiente: una barra, tubo o placa para la formación orificios pasantes (14a) se coloca en el haz de membranas de fibras huecas, seguido de adherencia y fijación, y el instrumento para la formación orificios pasantes (14a) se extrae, después de lo cual se fija un aro de fondo (13) alrededor de la capa de adherencia y fijación mediante adherencia o soldadura.

Se explica a continuación un ejemplo de aparato de filtrado de tipo depósito (la figura 1) que comprende los cartuchos de membranas de fibras huecas de la presente invención, suspendidos y fijados al mismo.

En la figura 1, el numeral (1) indica un aparato de filtrado de tipo depósito para el filtrado de un suministro de agua de partida, que se puede utilizar para tratamiento de agua en la reducción la turbidez y las bacterias de un gran volumen de agua de partida, tal como agua de río, agua de lagos, agua subterránea, agua del mar, agua residual doméstica o agua residual industrial.

El depósito de filtrado (2) del aparato de filtrado de tipo depósito (1) comprende un cuerpo principal del depósito (2a) y una tapa 2b, y un plato de partición (6) se fija sobre la pared interna del cuerpo principal del depósito (2a) a una altura predeterminada mediante soldadura o similar, para que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera. Se forma una cámara de agua de suministro (7) de un espacio formado por el cuerpo principal del depósito (2a) y el plato de partición (6). Se forma una cámara de agua tratada (10) por el plato de partición (6), la tapa (2b) y la junta (9).

Tal como se describe anteriormente, la parte interna del depósito de filtrado (2) se divide en las dos cámaras por el plato de partición (6) fijado en el depósito de filtrado (2), y cada cartucho de membranas de fibras huecas (4) de la presente invención se suspende en la cámara de agua de suministro (7) con uno de sus extremos sostenido mediante el plato de partición (6).

El plato de partición (6) que sostiene el cartucho de membranas de fibras huecas (4) suspendido del mismo tiene un grosor predeterminado, de manera que tenga una resistencia suficiente a efectos de soportar una carga aplicada por el cartucho de membranas de fibras huecas y la presión del agua. Se forma una serie de orificios pasantes (6a) para insertar el cartucho de membranas de fibras huecas (4) en posiciones predeterminadas del plato de partición (6).

En la parte inferior de cada orificio pasante (6a) del plato de partición (6), se forma una proyección (6b) que sobresale interno del orificio pasante (6a) en la dirección del diámetro, y el extremo inferior del cabezal de cartucho (12) dispuesto alrededor del extremo superior del cartucho de membranas de fibras huecas (4) se sostiene mediante la proyección (6b) para suspender y sostener el cartucho de membranas de fibras huecas (4). Como otra realización, es posible lo siguiente: se forma una virola que sobresale hacia afuera en la dirección del diámetro sobre el cabezal de cartucho, y su parte inferior se pone en contacto con la superficie superior del plato de partición (6) mediante una junta para suspender y sostener el cartucho de membranas de fibras huecas.

Un aro tórico (15) está dispuesto en una ranura (6c) formada sobre la superficie de la pared de la superficie de cada orificio pasante (6a) del plato de partición (6), y la superficie de la pared externa del cabezal de cartucho (12) se une al aro tórico (15) mediante soldadura de presión, de manera que el cabezal de cartucho (12) se une al plato de partición (6) de manera que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera. Se puede formar una ranura para ajustar el aro tórico (15) al mismo sobre el cabezal de cartucho (12).

La cara de borde superior del cabezal de cartucho (12) se ancla mediante un elemento de anclaje (16) dispuesto sobre la superficie de la pared de cada orificio pasante (6a) del plato de partición (6) para que sea extraíble, de manera que el cabezal de cartucho (12) se fija al plato de partición (6), y se aloja el cartucho de membranas de fibras huecas (4) de forma estable en el depósito de filtrado (2).

En la estructura anterior, durante la operación de filtrado que utiliza el aparato de filtrado de tipo depósito (1), la suministro de agua de partida dentro de la cámara agua de suministro (7), a través de una entrada de agua de suministro (2c), dispuesta en la parte inferior del cuerpo principal del depósito (2a) del depósito de filtrado (2), llena la cámara de agua de suministro (7) por medio de una bomba (no mostrada) y, a continuación, se conduce a la superficie periférica de cada membrana de fibras huecas (3a).

El agua de partida cerca de la periferia de cada membrana de fibras huecas (3a) se filtra bajo presión a través de la membrana de fibras huecas (3a) desde la parte externa hacia la parte interna, y el agua filtrada se introduce dentro de la cámara de agua tratada (10) a través del extremo superior abierto de la membrana de fibras huecas (3a). El agua filtrada alojada en la cámara de agua tratada (10) se extrae del depósito de filtrado (2) a través de una salida de agua tratada (2d) dispuesta en la parte superior de la tapa (2b).

Como otro método funcional, se puede adoptar un método que comprende llevar a cabo el filtrado mediante aspiración de aire en la cámara de agua tratada (10) a través de la salida de agua tratada (2d), por medio de una bomba de succión (no mostrada) para reducir la presión, mientras se llena la cámara de agua de suministro (7) con agua de partida.

Cuando las membranas de fibras huecas (3a) se someten a lavado a contracorriente con el agua filtrada, el agua filtrada se suministra a través de la salida de agua tratada (2d) y se permite que fluya hacia atrás dentro de la cámara de agua de suministro (7) para eliminar los materiales suspendidos (materiales que no pueden atravesar las membranas) acumulados sobre las paredes externas de las membranas de fibras huecas (3a), después de lo cual se descargan del depósito de filtrado (2) a través de la entrada de agua de suministro (2c).

Cuando las membranas de fibras huecas (3a) se someten a burbujeo de gas, en primer lugar, se suministra un gas a la cámara de agua de suministro (7) a través de una entrada gas (2f) dispuesta en la parte inferior del cuerpo principal del depósito (2a), con la cámara de agua de suministro (7) llena con agua de partida. El gas fluye como burbujas dentro de la cámara del agua de suministro (7) llena con el agua de partida, a través de una tobera (5a), y pasa a través de cada aro de fondo (13) y, a continuación, por los orificios pasantes (14a) de la capa de adherencia y fijación (14) para hacer vibrar a las membranas de fibras huecas (3a). De este modo, el gas despega los materiales suspendidos que se adhieren a las superficies de las membranas de fibras huecas (3a). El gas acumulado en la parte superior de la cámara de agua de suministro (7) se descarga desde el depósito de filtrado (2) a través de una salida de gas (2g) dispuesta en la parte superior del cuerpo principal del depósito (2a). En el burbujeo de gas mencionado anteriormente, dado que la capa de adherencia y fijación (11) sobre el lado del cabezal de cartucho y la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo están conectadas y fijadas entre sí por medio de un tubo de acero inoxidable (3b) en el cartucho de membranas de fibras huecas (4), el aro de fondo (13) no se mueve ni se desplaza desde una posición que corresponde a la tobera (5a) con independencia del caudal del gas, de manera que se puede llevar a cabo un lavado satisfactorio.

En la operación de burbujeo de gas anterior, se suministra, en primer lugar, por ejemplo, aire, gas nitrógeno o gas oxígeno, con la cámara agua de suministro (7) llena con el agua de partida, especialmente, con el agua de partida en reposo y depositada en la cámara de agua de suministro (7). Después del burbujeo de gas, la operación de lavado a contracorriente mencionada anteriormente se lleva a cabo para limpiar los materiales suspendidos eliminados por pelado tal como se describe anteriormente, con agua filtrada suministrada a través de la salida de agua tratada (2d). El agua filtrada que contiene los materiales suspendidos eliminados por pelado se descarga desde el depósito de filtrado (2) a través de la entrada de agua de suministro (2c) y se dispone en un depósito de agua residual (no mostrado).

Tanto la operación de burbujeo de gas como la operación de lavado a contracorriente se pueden llevar a cabo en primer lugar. Éstas se pueden llevar a cabo también al mismo tiempo. En los casos en los que el lavado a contracorriente y el burbujeo de gas se llevan a cabo al mismo tiempo, la fricción de las superficies de las membranas, que tiene tendencia a acompañar la vibración de las membranas de fibras huecas, se puede evitar de forma deseable. Preferentemente, las frecuencias de la operación de lavado a contracorriente y la operación de burbujeo de gas mencionadas anteriormente se determinan mientras se controla la estabilidad de la operación de filtrado.

Seguidamente, se explicará a continuación un ejemplo de aparato de filtrado de tipo depósito (la figura 4) que comprende el cartucho de membranas de fibras huecas suspendido desde una conducción colectora de agua tratada y fijada a la misma.

En la figura 4, cada cartucho de membranas de fibras huecas (3a) se suspende desde una conducción secundaria (18) y se fija a la misma, derivada desde una conducción colectora de agua tratada (17), mediante la utilización de una virola de cabezal de cartucho (12a) dispuesto alrededor del cabezal de cartucho (12) y una abrazadera (20) mediante una junta (19).

En la estructura anterior, durante la operación de filtrado que utiliza el aparato de filtrado de tipo depósito (1), la suministro de agua de partida, hacia adentro de una cámara de agua de suministro (7), a través de una entrada de agua de suministro (2c), dispuesta en la parte inferior del cuerpo principal del depósito (2a) de un depósito de filtrado (2) llena la cámara de agua de suministro (7) por medio de una bomba (no mostrada) y, a continuación, se conduce a la superficie periférica de cada membrana de fibras huecas (3a). El agua de partida cerca de la periferia de cada membrana de fibras huecas (3a) se filtra bajo presión, a través de la membrana de fibras huecas (3a) desde la parte externa hacia la parte interna, y el agua filtrada se introduce dentro de la conducción colectora de agua tratada (17) a través del extremo superior abierto de la membrana de fibras huecas (3a) y la conducción secundaria (18). El agua filtrada en la conducción colectora de agua tratada se descarga desde el depósito de filtrado (2) a través de una salida de agua tratada (2d) dispuesta en el cuerpo principal del depósito (2a).

El agua concentrada no filtrada a través de las membranas de fibras huecas (3a) se descarga desde el depósito de filtrado (2), a través de la salida de agua concentrada (2g) de una tapa (2b) dispuesta en la parte superior del depósito de filtrado (2).

Cuando las membranas de fibras huecas (3a) se someten a lavado a contracorriente con el agua filtrada, el agua filtrada se suministra a través de la salida de agua tratada (2d) y se permite que fluya hacia atrás dentro de la cámara de agua de suministro (7), para eliminar los materiales suspendidos (materiales que no pueden atravesar las membranas) acumulados sobre las paredes externas de las membranas de fibras huecas (3a), después de lo cual se descargan desde el depósito de filtrado (2) a través de la salida de agua concentrada (2g).

Cuando los cartuchos de membranas de fibras huecas (4) se someten a burbujeo de gas, en primer lugar se suministra un gas a la cámara de agua de suministro (7) a través de una entrada gas (2f) dispuesta en la parte inferior del cuerpo principal del depósito (2a), con la cámara de agua de suministro (7) llena con agua de partida. El gas fluye como burbujas hacia adentro de la cámara del agua de suministro (7) a través de una tobera (5a), y se conduce al lado de la periferia de cada membrana de fibras huecas (3a) desde el aro de fondo (13) a través de los orificios pasantes (14a) de la capa de adherencia y fijación (14) para agitar el agua en el haz de membranas de fibras huecas (3a) y hacer vibrar a las membranas de fibras huecas (3a). De este modo, el gas despega los materiales suspendidos que se adhieren a las superficies de las membranas de fibras huecas (3a). El gas que ha hecho vibrar a las membranas de fibras huecas (3a) se descarga desde el depósito de filtrado (2) a través de la salida de agua concentrada (2g) dispuesta en la tapa (2b).

Tanto la operación de burbujeo de gas como la operación de lavado a contracorriente se pueden llevar a cabo en primer lugar. Éstas se pueden llevar a cabo también al mismo tiempo. En los casos en los que el lavado a contracorriente y el burbujeo de gas se llevan a cabo al mismo tiempo, la fricción de las superficies de las membranas, que tiene tendencia a acompañar la vibración de las membranas de fibras huecas, se puede evitar de forma deseable. Preferentemente, las frecuencias de la operación de lavado a contracorriente y la operación de burbujeo de gas mencionadas anteriormente se determinan mientras se controla la estabilidad de la operación de filtrado.

En el proceso de burbujeo de gas mencionado anteriormente, dado que la capa de adherencia y fijación (11) sobre el lado del cabezal de cartucho y la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo están conectadas y fijadas entre sí por medio de un tubo SUS (3b) en el cartucho de membranas de fibras huecas (4), el aro de fondo (13) no se mueve ni se desplaza desde una posición que corresponde al tobera (5a) sin tener en consideración el caudal del gas, de manera que se puede llevar a cabo un lavado satisfactorio.

Seguidamente, se explica a continuación un ejemplo de módulo para aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente (figuras 5 y 6) que comprende el cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención suspendido y fijado en el mismo. El término "módulo" utilizado en la presente descripción, significa un conjunto que comprende un cuerpo envolvente que tiene, como mínimo, una entrada de agua de suministro y una parte terminal abierta dispuesta en la parte superior del cuerpo envolvente y un cartucho de membranas de fibras huecas, en el que el cartucho de membranas de fibras huecas se inserta en el cuerpo envolvente y se fija a la parte terminal abierta en la parte superior del cuerpo envolvente para que sea desmontable y para que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera.

El cuerpo envolvente (21a) tiene la entrada de agua de suministro (2c) en la parte inferior y un cabezal de cuerpo envolvente (21b) dotado de una tobera de agua concentrada (22), en la parte superior. El cabezal de cuerpo envolvente tiene una estructura de doble tubo en la que la pared interna del cabezal de cuerpo envolvente tiene aberturas en el cabezal que comunican con la tobera de agua concentrada (22) a través de un espacio formado en la parte interna de la pared exterior, entre la pared interior y la pared exterior. El cartucho se coloca en la parte interna de la pared interior.

El cartucho de membranas de fibras huecas de la presente invención se inserta dentro del cuerpo envolvente desde arriba y se fija al extremo superior del cabezal del cuerpo envolvente por medio de la arandela o virola (12a) del cartucho, mediante una junta o un aro tórico para que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera. La virola (12a) del cartucho y una tapa que tiene una salida de agua tratada (2d) se fijan entre sí a través de un aro tórico (25), de manera que no permitan el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera. El cabezal del cuerpo envolvente (21b), el collar (12a) y la tapa (24) se fijan integralmente por medio de una tuerca del cuerpo envolvente (23).

En la estructura anterior, durante la operación de filtrado que utiliza un aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente, la suministro de agua de partida dentro del cuerpo envolvente (21a), a través de una conducción de agua de suministro (no mostrada) y la entrada de agua de suministro (2c), llena el aro de fondo (13) por medio de una bomba y, a continuación, se conduce a la superficie periférica de cada membrana de fibras huecas (3a), a través de los orificios pasantes (14a).

El agua de partida cerca de la periferia de cada membrana de fibras huecas (3a) se filtra bajo presión a través de la membrana de fibras huecas (3a), desde la parte externa hacia la parte interna, y el agua filtrada se introduce dentro de la tapa (24) a través del extremo superior abierto de la membrana de fibras huecas (3a). El agua filtrada introducida dentro de la tapa (24) se extrae del aparato de tipo cuerpo envolvente a través de la conducción de agua filtrada (no mostrada) del aparato de tipo cuerpo envolvente y una salida de agua tratada (2d). El agua de partida conducida a la superficie periférica de cada membrana de fibras huecas (3a) se puede conducir parcialmente a la tobera de agua concentrada (22) a través de las aberturas en el cabezal (27) para devolverla al depósito de circulación o al depósito de agua de partida (no mostrado) del aparato, a través de una salida de agua concentrada (2g).

Cuando las membranas de fibras huecas (3a) se someten a lavado a contracorriente con el agua filtrada, el agua filtrada se suministra a través de la salida de agua tratada (2d) y se permite que fluya hacia atrás dentro del cuerpo envolvente (21a) para eliminar los materiales suspendidos (materiales que no pueden atravesar las membranas) acumulados sobre las paredes externas de las membranas de fibras huecas (3a), después de lo cual se descargan desde el cuerpo envolvente (21a) a través de las aberturas del cabezal (27) y la tobera de agua concentrada (22). Es posible descargar también el agua que contiene los materiales suspendidos, que se ha obtenido del lavado con el agua filtrada a la que se ha permitido fluir hacia atrás, a través de los orificios pasantes (14a) presentes en el aro de fondo (13) y la salida de agua de suministro (2c) en la parte inferior.

Cuando las membranas de fibras huecas (3a) se someten a burbujeo de gas, en primer lugar, se suministra un gas al aro de fondo (13) a través de una entrada de gas (no mostrada) dispuesta en una conducción conectada a la entrada de agua de suministro (2c) desde debajo, con el cuerpo envolvente (21a) lleno con agua de partida o con el agua filtrada. El gas suministrado pasa a través de los orificios pasantes (14a) de la capa de adherencia y fijación (14) mientras permanece en el parte de faldón dispuesto en la parte inferior del aro de fondo (13), para hacer vibrar a las membranas de fibras huecas (3a). De este modo, el gas despega los materiales suspendidos que se adhieren a las superficies de las membranas de fibras huecas (3a). Además, es posible llevar a cabo el lavado a contracorriente mencionado anteriormente de forma simultánea con el burbujeo de gas, y descargar los lavados desde el cuerpo envolvente a través de la tobera de agua concentrada (22). En este caso, se puede evitar de forma deseable la fricción de las superficies de las membranas, que tiene tendencia a acompañar la vibración de las membranas de fibras huecas.

A continuación, en caso necesario, se puede lleva a cabo el enjuague. El término "enjuague" utilizado en la presente descripción significa una etapa de descarga de los materiales suspendidos eliminados por pelado mediante el burbujeo de gas mencionado anteriormente, desde el cuerpo envolvente. Habitualmente, el enjuague se lleva a cabo introduciendo agua de partida a través de la entrada agua de suministro (2c) y descargándola a través de la tobera de agua concentrada (22).

En el burbujeo de gas mencionado anteriormente, dado que la capa de adherencia y fijación (11) sobre el lado del cabezal de cartucho y la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo están conectadas y fijadas entre sí por medio de un tubo de acero inoxidable (3b) en el cartucho de membranas de fibras huecas (4), el aro de fondo (13) no se desplaza con independencia del caudal del gas, de manera que se puede llevar a cabo un lavado satisfactorio.

A continuación, se describen ejemplos específicos haciendo referencia al cartucho de la presente invención.

Membrana de fibras huecas A

En un mezclador Henschel, se mezclaron un 23% en peso de sílice hidrofóbica que tiene un tamaño de partículas primario promedio de 0,016 \mum y un área de superficie específica de 110 m^{2}/g (Aerosil R-970, marca comercial, fabricado por Nippon Aerosil Co., Ltd.), un 30,8% en peso de ftalato de dioctilo y un 6,2% en peso de ftalato de dibutilo, seguido de adición a los mismos de un 40% en peso de PVdF que tiene un peso molecular promedio en peso de 242.000 (Kureha KF Polymer #1000, marca comercial, fabricado por Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), y éstos se mezclaron de nuevo en el mezclador Henschel.

La mezcla resultante se conformó en fibras huecas mediante la extrusión por fusión de la mezcla dentro de un baño de agua a 40°C a través del aire a una velocidad de 20 m/min, mediante la utilización un aparato de producción de fibras huecas obtenido equipando un extrusor de doble husillo de 30 mm de diámetro con orificios giratorios con forma de fibras huecas. El producto conformado se extrajo de forma continua a una velocidad de 20 m/min con una máquina de extracción del tipo banda esponjosa ("sponge belt") que tiene intersticios variables, se pasó a través de un baño de calentamiento controlado a una temperatura ambiental de 40°C, y a continuación se extrajo a una velocidad de 40 m/min con la misma máquina de extracción que anteriormente, para estirarse en una proporción de 2,0. Las membranas de fibras huecas resultantes se pasaron a través de un baño de calentamiento controlado a una temperatura ambiental de 80°C, y se enfriaron mediante su sujeción continua entre un par de rodillos desiguales dispuestos sobre la superficie de agua en un baño de agua de refrigeración, después lo cual las fibras estiradas se extrajeron a una velocidad de 30 m/min con una maquina de extracción de tipo de banda esponjosa para que retracción a 1,5 veces la longitud original de las fibras huecas, y se enrollaron como una madeja.

Posteriormente, se repitió tres veces la inmersión de las membranas de fibras huecas enrolladas en cloruro de metileno a 30°C durante 1 hora, para extraer el ftalato de dioctilo y el ftalato de dibutilo de las membranas, y a continuación se secaron las membranas. Posteriormente, las membranas de fibras huecas se sumergieron en una solución acuosa al 50% de etanol durante 30 minutos y, a continuación, en agua durante 30 minutos para que se humedecieran con agua, después de lo cual se repitió dos veces su inmersión en una solución acuosa al 5% de hidróxido sódico a 40°C durante 1 hora, para extraer la sílice hidrofóbica de las membranas, y se lavaron las membranas tratadas de este modo con agua caliente a 60°C durante 12 horas y a continuación se secaron.

Las membranas de fibras huecas obtenidas de este modo tuvieron un diámetro externo de 1,25 mm, un diámetro interno de 0,65 mm, una permeabilidad en agua pura de 6.000 litros/m^{2}/hora/0,1 MPa, un módulo de tensión de 19,6 MPa, y un grado de plisado de 1,68.

Membrana de fibras huecas B

Las membranas de fibras huecas A mencionadas anteriormente se trataron con calor en un horno a 140°C durante 2 horas. Las membranas de fibras huecas tuvieron un diámetro externo de 1,24 mm, un diámetro interno de 0,65 mm, una permeabilidad en agua pura de 5.300 litros/m^{2}/hora/0,1 MPa, un módulo de tensión de 40,2 MPa, y un grado de plisado de 1,72.

Membrana de fibras huecas C

Mediante el proceso descrito en la Publicación Internacional de Patente Número WO00/63122, se produjeron las membranas de fibras huecas hechas de PVdF del Ejemplo 1 de esta referencia. Estas membranas de fibras huecas tuvieron un módulo de tensión de 77,3 MPa y ondulaciones que corresponden a un grado de plisado de 1,74.

Membrana de fibras huecas D

Mediante el proceso descrito en la Publicación Internacional de Patente Número WO97/03677, se fabricaron las membranas de fibras huecas hechas de una polisulfona del Ejemplo 1 de esta referencia. Estas membranas de fibras huecas tuvieron un módulo de tensión de 100 MPa, fueron lisas sin ondulaciones y tuvieron un grado de plisado de 1,45.

Membrana de fibras huecas E

Mediante el proceso descrito en la Patente JP-A-03-42025, se fabricaron las membranas de fibras huecas hechas de polietileno del Ejemplo 1 de esta referencia. Estas membranas de fibras huecas tuvieron un módulo de tensión de 50 MPa, fueron lisas sin ondulaciones y tuvieron un grado de plisado de 1,47.

Ejemplo 1

Utilizando 6.400 membranas de fibras huecas B mencionadas anteriormente, se produjo un cartucho que se componía del cabezal de cartucho que tiene una virola tipo plano que se muestra en la figura 10, el aro de fondo con veintiséis orificios pasantes de 11 mm de diámetro y una proyección con una longitud de 40 mm, y se muestra en la figura 8, y dos tubos de acero inoxidable con un diámetro externo de 10 mm y un grosor de 1 mm. Los tubos se dispusieron en las posiciones más externas en un haz de membranas de fibras huecas tal como se muestra en la figura 8 y se adhirieron y fijaron a las membranas de fibras huecas mediante la utilización de una resina de uretano de dos componentes termocurables (SA-6330A2/SA-6330B5, una marca comercial, fabricado por SUNYURECK). El cabezal de cartucho y el aro de fondo se hicieron de ABS, y el adhesivo utilizado tuvo valores dureza Shore a 5°C y 40°C de 65 D y 40 D, respectivamente.

Los diámetros externos del cabezal de cartucho y el aro de fondo fueron de 167 mm y 150 mm, respectivamente. Los grosores de adhesivo en el cabezal de cartucho y el aro de fondo fueron de 65 mm y 30 mm, respectivamente. La longitud efectiva de las membranas de fibras huecas fue de 2.010 mm y la proporción de destensado de las membranas fue del 4%.

El cartucho se pudo cargar fácilmente sosteniéndolo por los dos tubos.

El cartucho se colocó en el cuerpo envolvente mostrado en la figura 5, y se unió una tapa al cartucho y al cuerpo envolvente utilizando una tuerca de cuerpo envolvente. En la junta, tal como se muestra en la figura 10, la tapa fue fijada con dos aros tóricos insertados entre el cuerpo envolvente y la tapa y el cabezal de cartucho, para que no se permita el paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera.

El módulo descrito anteriormente se colocó en un aparato de tipo cuerpo envolvente y se llevó a cabo un examen de filtrado utilizando agua del río Fuji como agua de partida. Las condiciones de operación se describen a continuación.

Volumen de agua filtrada: 2,7 m^{3}/m^{2}/día.

Volumen de agua concentrada: la mitad del volumen de agua filtrada.

Volumen de agua utilizada para el lavado a contracorriente: 1,5 veces el volumen de agua filtrada.

Velocidad de flujo de gas (aire): 0,3 ml/s/membrana de fibra

Volumen de agua utilizada para enjuague: 2 m^{3}/hora.

Ciclo de operación: Filtrado 28,5 min - lavado a contracorriente / burbujeo de gas (al mismo tiempo) 1 min - enjuague 0,5 min.

En el lavado a contracorriente, el agua para lavado a contracorriente fue suministrada después de la adición de hipoclorito sódico a la misma, en una proporción de 4 mg/litro.

Durante la operación, la presión a través de la membrana (en términos de su valor a 20°C; lo mismo aplicado en los otro ejemplos) después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 40 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue 40 a 45 KPa, todavía 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 8°C a 13°C, y el promedio de turbidez fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 2

Se produjo un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se utilizaron las membranas de fibras huecas C y el cabezal de cartucho con un collar tipo virola y se muestra en la figura 9. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 2%.

El cartucho de membranas de fibras huecas se colocó en el aparato de tipo depósito mostrado en la figura 4 y se llevó a cabo un experimento de filtrado. Las condiciones de operación se describen a continuación.

Volumen de agua filtrada: 2,4 m^{3}/m^{2}/día.

Volumen de agua concentrada: la mitad del volumen de agua filtrada.

Volumen de agua utilizada para el lavado a contracorriente: 1,5 veces el volumen de agua filtrada.

Velocidad de flujo de gas (aire): 0,3 ml/s/membrana de fibras.

Volumen de agua utilizada para enjuague: 3 m^{3}/hora.

Ciclo de operación: filtrado 28 min - lavado a contracorriente / burbujeo de gas (al mismo tiempo) 1 min - enjuague 1 min.

En el lavado a contracorriente, el agua para el lavado a contracorriente fue suministrada después de la adición de hipoclorito sódico a la misma, en una proporción de 4 mg/litro.

Durante la operación, la presión a través de la membrana después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 60 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue de 65 a 70 KPa, todavía 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 16°C, y la turbidez promedio fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 3

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se utilizaron las membranas de fibras huecas A, el cabezal de cartucho con un collar tipo virola y se muestra en la figura 9, y cuatro barras circulares de plástico reforzadas con fibras de 10 mm de diámetro. Las barras circulares se dispusieron en las posiciones más externas, respectivamente, que corresponden a un cuarto de la circunferencia de un haz de membranas de fibras huecas. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 5%.

El cartucho se pudo cargar fácilmente sosteniéndolo por dos de las barras circulares que se oponen entre sí.

Se llevó a cabo un experimento de filtrado que utiliza un aparato de filtrado de tipo depósito de la misma manera que en el Ejemplo 2.

Durante la operación, la presión a través de la membrana después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 40 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue de 40 a 45 KPa, todavía 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 14°C a 18°C, y el promedio de turbidez fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 4

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se utilizó el cabezal de cartucho con una rosca y mostrado en la figura 11, cambiando la longitud de proyección del aro de fondo a 100 mm, y se utilizó como adhesivo una resina de uretano termocurable de dos componentes (SA-6330A2/SA-6330B5, marca comercial, fabricado por SUNYU REC Co., Ltd.). Este adhesivo tuvo valores de dureza Shore a 5°C y 40°C de 52 D y 35 D, respectivamente. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 4%.

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Se llevó a cabo el filtrado por succión mediante la conexión del cartucho de membranas de fibras huecas a una conducción como la que se muestra en la figura 11, y la inmersión del mismo en un depósito de agua de partida. En la proyección del aro de fondo del cartucho, se dispuso un orificio pasante a una distancia de 10 mm desde el extremo inferior de la proyección, y se insertó y fijó una tobera para suministro de aire dentro de este orificio pasante, de manera que se puedo suministrar aire a la parte interna del parte de faldón. Las condiciones de operación se describen a continuación.

Volumen de agua filtrada: 2,7 m^{3}/m^{2}/día.

Volumen de agua utilizada para el lavado a contracorriente: 1,5 veces el volumen de agua filtrada.

Velocidad de flujo de gas (aire): 0,3 ml/s/membrana de fibras.

Ciclo de operación: filtrado 18 min - lavado a contracorriente / burbujeo de gas (al mismo tiempo) 1 min - drenaje 0,5 min - suministro de agua de partida 0,5 min.

(Es decir, en el ciclo, el filtrado se llevó a cabo durante un tiempo predeterminado y, a continuación, se llevaron a cabo al mismo tiempo el lavado a contracorriente y el burbujeo de gas, después de lo cual el líquido en el depósito de agua de partida se descargó desde el depósito, y se alimentó agua de partida al depósito de agua de partida para llenarlo, seguido del inicio del filtrado.)

Durante el filtrado, se alimentó de forma continua el mismo volumen de agua de partida al depósito de agua de partida que el de agua filtrada. En el lavado a contracorriente, el agua para lavado a contracorriente se suministró después de la adición a la misma de hipoclorito sódico en una proporción de 4 mg/litro.

Durante la operación, la cantidad de presión reducida mediante la succión, después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó los 50 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue de 50 a 55 KPa, todavía 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 16°C, y el promedio de turbidez fue de 5 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 5

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 4, excepto en que se dispusieron uniformemente, en el haz de membranas de fibras huecas, doscientos (200) orificios pasantes de 3 mm de diámetro en el aro de fondo. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 4%.

Se llevó a cabo un experimento de filtrado de la misma manera que en el Ejemplo 4. La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 16°C, y el promedio de turbidez fue de 5 ppm.

Durante la operación, la cantidad de presión reducida mediante succión, después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 50 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue de 55 KPa 500 horas después del lavado a contracorriente. A continuación, tendió a aumentar gradualmente, pero fue de 65 KPa todavía 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 6

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 2, excepto en que se cambiaron los diámetros externos del cabezal de cartucho y el aro de fondo a 90 mm y 78 mm, respectivamente, cambiando los grosores del adhesivo en el cabezal de cartucho y el aro de fondo a 30 mm y 20 mm, respectivamente, se utilizaron 1.600 membranas de fibras huecas B, y se utilizó como adhesivo una resina termocurable de uretano de dos componentes (KC-374/KN-575, marca comercial, fabricada por Nippon Poliurethane Industry Co., Ltd.). Se dispusieron seis orificios pasantes en posiciones separadas por 19 mm desde el centro del aro de fondo y que correspondían a un sexto de la circunferencia del aro de fondo. El adhesivo tuvo valores de dureza Shore a 5°C y 40°C de 50 D y 38 D, respectivamente. La longitud efectiva de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue de 940 mm y la proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 3%.

El cartucho de membranas de fibras huecas se colocó en el aparato de tipo depósito que se muestra en la figura 4 y se llevó a cabo un experimento de filtrado. Las condiciones de operación se describen a continuación.

Volumen de agua filtrada: 2,4 m^{3}/m^{2}/día.

Volumen de agua concentrada: la mitad del volumen de agua filtrada.

Volumen de agua utilizado para el lavado a contracorriente: 1,5 veces el volumen de agua filtrada.

Velocidad de flujo de gas (aire): 0,2 ml/s/membrana de fibras.

Volumen de agua utilizado para enjuague: 0,7 m^{3}/hora.

Ciclo de operación: filtrado 28 min - lavado a contracorriente / burbujeo de gas (al mismo tiempo) 1 min - enjuague 1 min.

En el lavado a contracorriente, el agua para el lavado a contracorriente fue suministrada después de la adición de hipoclorito sódico a la misma, en una proporción de 4 mg/litro.

Durante la operación, la presión a través de la membrana, después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 50 KPa 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, se volvió estable y fue de 55 a 60 KPa, incluso 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 16°C, y el promedio de turbidez fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 7

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 6, excepto en que se utilizaron las membranas de fibras huecas D. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 0,5%.

Se llevó a cabo un experimento de filtrado de la misma manera que en el Ejemplo 6.

Durante la operación, la presión a través de la membrana después del lavado a contracorriente aumentó gradualmente y alcanzó 40 KPa 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, aumentó gradualmente y alcanzó 90 KPa, 500 horas después del lavado a contracorriente y, a continuación, 140 KPa 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 16°C, y el promedio de turbidez fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 8

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se utilizaron membranas de fibras huecas E. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 3%.

Se llevó a cabo un experimento de filtrado de la misma manera que en el Ejemplo 1.

Durante la operación, la presión a través de la membrana después del lavado a contracorriente aumentó y alcanzó 80 KPa, 48 horas después del lavado a contracorriente. Posteriormente, aumentó gradualmente y alcanzó solamente 100 KPa, 500 horas después del lavado a contracorriente y, a continuación, solamente 130 KPa 1.000 horas después del lavado a contracorriente.

La temperatura del agua durante la operación fue de 12°C a 10°C, y el promedio de turbidez fue de 3 ppm.

Después de 1.000 horas de operación, se extrajo el cartucho y se observaron las membranas de fibras huecas y las partes de adherencia y fijación del cartucho, observando que no había ninguna anormalidad en ellas.

Ejemplo 9

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se llevó a cabo un examen de aceleración para evaluar la durabilidad del cartucho en el burbujeo de gas. Se utilizó el mismo operación ciclo que en el Ejemplo 1, excepto en que se cambió el tiempo de filtrado de la operación de filtrado del Ejemplo 1 a 2 minutos. La operación se llevó a cabo en un sistema cerrado mediante el retorno del agua filtrada, agua concentrada y agua de lavado para el lavado a contracorriente a un depósito de agua de partida. La temperatura del agua en el sistema se mantuvo a 5°C mediante refrigeración, asumiendo que la operación se lleva a cabo en el estado de baja temperatura del agua.

Después de repetir un ciclo que consiste en filtrado, lavado a contracorriente/burbujeo de gas y enjuague durante un periodo que corresponde a 5 años, en el caso de utilización del ciclo operación descrito en el Ejemplo 1, el cartucho se extrajo y se observó que no había ninguna anormalidad en las membranas de fibras huecas, las partes de adherencia y fijación del cabezal de cartucho, y similares.

Ejemplo Comparativo 1

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 2, excepto en que se utilizó el estructura del aro de fondo que se muestra en la figura 4 y la figura 6 de la Patente JP-A-10-137552, se dispuso un tubo de PVC de 25 mm de diámetro en el centro del cartucho y se utilizaron membranas de fibras huecas D. Los orificios pasantes del aro de fondo están abiertos a una distancia de 5 mm del tubo de PVC dispuesto en el centro y tenían una anchura de 10 mm. El área ocupada por un haz de membranas de fibras huecas fue la misma que en el Ejemplo 2. La proporción de destensado de las membranas de fibras huecas en el cartucho fue del 0,5%.

Dado que la parte central del cartucho no se podía sostener, el cartucho debe ser cargado inevitablemente por dos personas sosteniéndolo por el cabezal de cartucho y el aro de fondo, respectivamente.

En los casos en los que se llevó a cabo el mismo examen de filtrado que en el Ejemplo 2, utilizando dicho cartucho, la presión diferencial intermembranosa después del lavado a contracorriente aumentó rápidamente y alcanzó 300 KPa, 400 horas después del lavado a contracorriente, de manera que la operación se tuvo que detener inevitablemente.

Ejemplo Comparativo 2

Se fabricó un cartucho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se utilizó como adhesivo una resina termocurable de uretano de dos componentes (Coronate-4403/Nipporan-4221, una marca comercial, fabricado por Nippon Poliurethane Industry Co., Ltd.). El adhesivo tuvo valores de dureza Shore a 5°C y 40°C de 72 D y 28 D, respectivamente.

Se llevó a cabo un examen de aceleración para evaluar el durabilidad del cartucho en el burbujeo de gas de la misma manera que en el Ejemplo 9, para encontrar que las membranas de fibras huecas se rompieron en sus interfases de adhesivo causando fugas, en un punto temporal que corresponde a un año de repetición del ciclo de operación descrito en el Ejemplo 1.

Aplicabilidad industrial

El cartucho, el módulo para aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente que utiliza dicho cartucho, y el aparato de filtrado de tipo depósito que utiliza dicho cartucho de la presente invención permiten la operación de filtrado estable a largo plazo, debido a que maximizan la extensión y/o vibración de cada membrana de fibras huecas durante lavado por burbujeo de gas, facilitando el despegue de los materiales suspendidos acumulados sobre las superficies externas de las membranas de fibras huecas, incluso mediante la introducción de un pequeño volumen de un gas, y permitiendo la descarga fácil de los materiales suspendidos eliminados por pelado desde el cartucho de membranas de fibras huecas. Además, el cartucho de la presente invención es muy útil a efectos prácticos debido a que tiene una durabilidad suficiente para propósitos prácticos y es fácil de manipular, por ejemplo, en los casos en los que es soportado. El módulo para aparato de filtrado y el aparato de filtrado de tipo depósito que utilizan dicho cartucho son económicos, debido a que un cuerpo envolvente o un depósito, respectivamente, se pueden utilizar en los mismos, incluso en los casos en los que el cartucho se sustituye por uno nuevo.

Claims (15)

1. Cartucho de membranas de fibras huecas (4) que comprende un haz de una serie de membranas de fibras huecas (3a), cuyos extremos están fijados por adherencia en capas de adherencia y fijación (11, 14), un cabezal de cartucho (12) fijado en la periferia del haz en un extremo para que no se permita paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera, y un aro de fondo fijado en la periferia del haz en el otro extremo, para que no se permita paso de líquido ni hacia adentro ni hacia afuera, la parte hueca en el extremo de cada membrana de fibras huecas (3a) en el lado del cabezal del cartucho está abierto, la parte hueca en el extremo de cada membrana de fibras huecas (3a) en el lado del anillo de fondo está estanqueizada, y se dispone una serie de orificios pasantes (14a) en la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del aro de fondo y se disponen en el haz de membranas de fibras huecas (3a), que se caracteriza porque dicho cabezal de cartucho (12) y dicho aro de fondo (13) están conectados y fijados a una serie de barras o tubos (3b), en las que dichas barras o tubos (3b) se colocan en una parte interna del haz de fibras que se extiende en una distancia de un cuarto del diámetro del haz de fibras (3a) desde la superficie periférica del haz de fibras (3a) o se disponen para que se dispersen en el haz de fibras (3a).

2. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según la reivindicación 1, en el que el extremo de dicho aro de fondo (13) sobresale más allá de los extremos de las membranas de fibras huecas (3a).

3. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho cabezal de cartucho (12) tiene una virola (12a) en su periferia.

4. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el número de barras y tubos (3b) es 2 y dichas barras y tubos están dispuestos en una parte interna del haz de fibras que se extiende en una distancia de un cuarto del diámetro del haz de fibras (3a) desde la superficie periférica del haz de fibras (3a).

5. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según la reivindicación 1, en el que dichas barras y tubos (3b) se conectan y fijan a dicho cabezal de cartucho (12) y dicho aro de fondo (13), mediante adherencia a los mismos junto con las membranas de fibras huecas (3a) en las capas de adherencia y fijación (11, 14).

6. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las membranas de fibras huecas (3a) tienen ondulaciones.

7. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el módulo de tensión de la membrana de fibras huecas (3a) es inferior a 90 MPa y superior a 10 MPa.

8. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según la reivindicación 7, en el que el módulo de tensión de la membrana de fibras huecas (3a) no es mayor a 70 MPa y no es inferior a 10 MPa.

9. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las membranas de fibras huecas (3a) están es un estado destensado y la proporción de destensado no es mayor del 10% y no es inferior al 0,1%, en el que dicha proporción destensado se define mediante la siguiente ecuación:

proporción de destensado = (L2/L1) x 100

en el que L2 es la distancia de deflexión del haz de membranas de fibras huecas (3a) en un estado que contiene agua, que es debido al peso del propio haz, mientras se mantiene el cartucho horizontal, y L1 es la distancia entre las interfases de adhesivo del cabezal de cartucho (12) y el aro de fondo (13), que están fijados por medio de barras o tubos (3b).

10. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la serie de orificios pasantes (14a) dotados en la capa de adherencia y fijación (14) sobre la parte del anillo de fondo se colocan de manera que las membranas de fibras huecas (3a) están presentes entre los orificios pasantes (14a).

11. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha serie de orificios pasantes (14a) dotados en la capa de adherencia y fijación (14) sobre el lado del anillo de fondo tienen un diámetro interno de 2 a 30 mm.

12. Cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que un adhesivo que constituye dichas capas de adherencia y fijación (11, 14) es una resina de uretano que tiene unas características tales que su dureza Shore D es de 70 a 30, en un intervalo de temperatura de 5 a 40°C.

13. Módulo para aparato de filtrado de tipo cuerpo envolvente, que comprende un cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Aparato de filtrado de tipo depósito, que comprende un cartucho de membranas de fibras huecas (4), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

15. Aparato de filtrado de tipo depósito, según la reivindicación 14, en el que dicho cartucho de membranas de fibras huecas (4) está soportado en un estado suspendido.