ES2333594T3 - Procedimiento para monitorizar las bioincrustaciones en sistemas de separacion con membrana. - Google Patents
Procedimiento para monitorizar las bioincrustaciones en sistemas de separacion con membrana. Download PDFInfo
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Abstract
Un procedimiento de monitorización de bioincrustaciones en un sistema de separación con membrana que incluye una membrana capaz de separar una corriente de alimentación en al menos una primera corriente y una segunda corriente que comprende las etapas de: proporcionar un agente fluorógeno; añadir el agente fluorógeno a la corriente de alimentación; proporcionar un fluorómetro para detectar la señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente; hacer reaccionar el agente fluorógeno con al menos un microorganismo del sistema de separación con membrana; formar un agente fluorógeno reaccionado; usar el fluorómetro para medir la señal fluorescente de al menos uno del agente fluorógeno y del agente fluorógeno reaccionado en al menos una de la primera corriente y la segunda corriente; y monitorizar las bioincrustaciones del sistema de separación con membrana en base al cambio en la señal del agente fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de ambas señales medidas.
Description
Procedimiento para monitorizar las
bioincrustaciones en sistemas de separación con membrana.
La presente invención se refiere de forma
general a la separación con membrana y, de forma más particular, a
procedimientos para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones
en los sistemas de separación con membrana.
La separación con membrana, que usa una membrana
selectiva, es una adición bastante reciente a la tecnología de
separación industrial para procesar las corrientes líquidas, como
por ejemplo la purificación del agua. En la separación con
membrana, los constituyentes del influente habitualmente pasan a
través de la membrana impulsados por fuerzas motrices en la
corriente del efluente, dejando así atrás alguna porción de los
constituyentes iniciales en una segunda corriente. Las separaciones
con membrana que se usan habitualmente para la purificación del
agua o para el procesamiento de otros líquidos incluyen
microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF),
ósmosis inversa (RO), electrodiálisis, electrodesionización,
pervaporación, extracción con membrana, destilación con membrana,
limpieza con membrana, aireación con membrana, y otros
procedimientos. La fuerza motriz de la separación depende del tipo
de la separación con membrana. La filtración con membrana impulsada
por presión, también conocida como filtración con membrana, incluye
microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa,
y emplea la presión como fuerza motriz, mientras que en la
electrodiálisis y la electrodesionización se usa una fuerza motriz
eléctrica. Históricamente, los procedimientos o sistemas de
separación con membrana no se consideraban rentables para el
tratamiento del agua debido a los impactos adversos que el
ensuciamiento de las membrana, las incrustaciones de las membrana,
la degradación de las membrana y similares tenían sobre la eficacia
de la eliminación de solutos de las corrientes acuosas. Sin embargo,
los avances en la tecnología han conseguido que ahora la separación
con membrana sea una tecnología más viable comercialmente para
tratar las corrientes acuosas y adecuadas para usar en los
procedimientos industriales.
Además, los procedimientos de separación con
membrana también son más prácticos para uso industrial, en
particular para la purificación de agua natural o de aguas
residuales. Esto se ha logrado mediante el uso de herramientas de
diagnóstico o técnicas mejoradas para evaluar y monitorizar el
rendimiento de la separación con membrana. El rendimiento de la
separación con membrana, como por ejemplo la eficacia (por ejemplo
flujo, permeabilidad de las membrana, recuperación del permeado,
eficiencia energética, tiempo entre las limpiezas de las membrana o
tiempo hasta realizar un ciclo de limpieza) y eficacia (por ejemplo,
rechazo o selectividad) habitualmente se reducen debido a la
incrustaciones en las membrana.
Los procedimientos de separación con membrana
tienen tendencia a las incrustaciones con microbios, es decir
bioincrustaciones. El desarrollo de microorganismos durante la
separación con membrana es una preocupación constante en particular
en corrientes acuosas que reúnen las condiciones óptimas para el el
desarrollo microbiano. Las bioincrustaciones son particularmente
perjudiciales para los sistemas de separación con membrana debido a
que, una vez ha comenzado, la velocidad de multiplicación se acelera
y las bioincrustaciones pueden facilitar también otros tipos de
incrustaciones. Por ejemplo, las sustancias exopoliméricas
("EPS") o capa mucilaginosa de la biomasa puede atrapar y
retener costras y otras partículas que de otro modo podrían ser
extraídas del sistema de separación con membrana durante el
funcionamiento. Además, una capa EPS gruesa también puede disminuir
la turbulencia del flujo dentro de la membrana. Esto puede provocar
un aumento en la concentración de la capa de polarización, que como
es sabido contribuye a los fenómenos de ensuciamiento de las
membrana.
El efecto inmediato y más obvio de las
bioincrustaciones es disminuir el rendimiento de permeación de la
membrana y/o elevar la caída de presión a través del elemento de la
membrana en el lado de admisión y concentración de la membrana, que
se denomina en el presente documento "presión diferencial". A
presión constante, esto provoca una pérdida en la producción de
permeado. Puede aumentarse la presión para mantener un flujo
constante, pero esto aumenta el consumo de energía y acelera más la
deposición de incrustaciones. Además, el funcionamiento continuado
en estas condiciones (es decir, con pérdida de flujo de permeado, un
aumento en la presión diferencial y un aumento en la fuerza motriz
de presión) necesariamente requeriría un mayor número de limpiezas
durante la vida útil de la membrana, disminuyendo así la vida de la
membrana y potencialmente aumentando el coste del agua si se
necesita una cantidad significativa de tiempo de parada debido a
las limpiezas. Los efectos menos obvios incluyen menor rechazo de
solutos, contaminación del permeado y deterioro de los módulos de
las membrana, como por ejemplo biodegradación en las líneas de
adhesión de las membrana. El artículo de revisión escrito por H.F.
Ridgway & H. Fleming titulado "Membrane Biofouling" y que
aparece en Water Treatment Membrane Processes, McGraw Hill, páginas
6,1 a 6,62, 1996, es relevante en este contexto.
En general, las bioincrustaciones se controlan
usando biocidas y otros agentes de biocontrol, es decir, sustancias
químicas que pueden inhibir el desarrollo microbiano al destruir la
pared celular o los constituyentes celulares de los
microorganismos. Los medios mecánicos y la radiación son otras
posibilidades. Habitualmente se fomenta el uso intermitente de los
biocidas dado que los biocidas pueden ser caros y tóxicos. Así, para
evitar su derroche, es necesario una monitorización y análisis
constantes del sistema de agua y de los parámetros de procesamiento
de la membrana para determinar la cantidad adecuada de biocida para
controlar el desarrollo microbiano.
Sin embargo, las técnicas de monitorización
conocidas pueden no conseguir un nivel de sensibilidad,
especificidad y/o exactitud adecuado con respecto a la
monitorización de los efectos de las bioincrustaciones sobre la
separación con membrana. Las técnicas de monitorización típicas
incluyen mediciones de presión y flujo y toma de muestras puntuales
para determinar la población microbiana. Con respecto a las
mediciones de la presión, la monitorización generalmente se realiza
evaluando los cambios en la presión diferencial por toda la longitud
de la membrana. Con respecto a la medición del caudal, los
medidores de caudal que generalmente se emplean en dichos sistemas
adolecen de inexactitudes de calibrado, y por lo tanto necesitan un
calibrado frecuente. Sin embargo, los cambios en la presión y el
caudal no son necesariamente específicos de las bioincrustaciones,
ya que pueden verse influidos por cualquier aumento adecuado de las
costras, incrustaciones y/o constituyentes similares que pueden
acumularse y permanecer en el sistema durante la separación con
membrana. Como se ha descrito anteriormente, la capa de desarrollo
microbiano puede potenciar otros tipos de incrustaciones dado que
puede atrapar o retener las costras y otras partículas que en otras
circunstancias serían extraídas del sistema durante la separación
con membrana.
El documento
US-A-6329165 describe un
procedimiento para la monitorización tanto de las poblaciones de
plancton como de microbios sésiles en un sistema de agua industrial
mediante la adición de un compuesto de tinte fluorógeno mediante un
procedimiento que supone añadir un tinte fluorógeno al sistema de
agua y dejar que reaccione con los organismos planctónicos o
microbios sésiles presentes, proporcionando medios para la medición
de las señales fluorescentes del tinte fluorógeno presente en el
sistema de agua, siendo la primera medición de la señal
fluorescente la del tinte fluorógeno y siendo la segunda medición de
la señal fluorescente la del tinte fluorógeno reaccionado, usando
el medio de medición para cuantificar la señal fluorescente del
tinte fluorógeno y la señal fluorescente del tinte fluorógeno
reaccionado, calculando la proporción entre las señales respectivas
del tinte reaccionado y el tinte, y monitorizando el cambio
calculado para determinar el estado de las poblaciones de plancton
y de microbios sésiles en el sistema de agua industrial. Sin
embargo, el procedimiento reivindicado no se refiere a un sistema
de separación con membrana que incluye una membrana capaz de separar
una corriente de alimentación en al menos una primera corriente y
una segunda corriente.
Para la toma de muestras puntuales,
habitualmente se toman muestras de agua de la corriente de
alimentación y de la corriente de salida. También pueden tomarse
muestras de la corriente de permeado para determinar si hay
contaminación en el permeado. Una técnica habitual supone extraer
una muestra, diluir la muestra, y aplicar la muestra a la
superficie de un medio de agar con nutrientes. Después de la
incubación durante de 24 a 28 horas, se controla la muestra para
determinar la presencia de microorganismos y, cuando sea apropiado,
se cuentan los organismos por medios manuales o de video. Una
variación de este procedimiento incluye extraer una muestra y
cultivarla durante un tiempo predeterminado y después observar el
medio de cultivo mediante nefelometría o turbidimetría. En otras
palabras, la presencia de microorganismos se revela por la opacidad
del medio de cultivo.
Un problema significativo asociado a la toma de
muestras puntuales es el desfase entre la extracción de la muestra
hasta que se completa el análisis para determinar el nivel de
actividad microbiológica en la muestra. Sobre este punto, el
desfase puede ser mayor cuando las muestras deben ser transportadas
a otro emplazamiento para su análisis, lo que puede retrasar aún
más la obtención de los resultados.
Otro problema asociado a la toma de muestras
puntuales es que puede infraponderar la actividad microbiológica
global en el sistema de agua industrial porque la toma de muestras
puntuales sólo es suficiente para proporcionar una indicación de la
actividad microbiológica planctónica, no la actividad sésil. Las
poblaciones microbiológicas planctónicas están vivas y se mantienen
suspendidas en el agua de un sistema de agua. Tal como se emplea en
el presente documento, el término "sésil" se refiere a
poblaciones de microorganismos que están vivos, pero inmóviles. Es
posible obtener una medición aceptable en la industria de las
poblaciones planctónicas mediante la toma de muestras puntuales
dado que los microorganismos plantócnicos están suspendidos en la
muestra de agua que se extrae y se analiza para determinar las
concentraciones de microorganismos. Por el contrario, las
poblaciones sésiles están fuertemente adheridas a las estructuras
del sistema y su presencia no puede medirse fácilmente extrayendo
una muestra de agua y haciendo análisis de esta muestra para
determinar los microorganismos. A este respecto, el nivel de
células planctónicas puede no estar relacionado directamente con el
de células sésiles del sistema de separación con membrana.
Por consiguiente, existe una necesidad de
monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en los sistemas de
separación con membrana en tiempo real donde las técnicas de
monitorización convencionales son generalmente complejas y/o pueden
adolecer de falta de sensibilidad, especificidad y/o exactitud
necesarias para monitorizar de forma adecuada las bioincrustaciones
de tal forma que pueda optimizarse el rendimiento de la separación
con membrana.
La presente invención proporciona procedimientos
para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en sistemas de
separación con membrana capaces de tratar corrientes de alimentación
adecuadas para usar en los procedimientos industriales. A este
respecto, puede utilizarse un agente fluorógeno para monitorizar el
desarrollo de microorganismos durante la separación con membrana
(es decir, para monitorizar las bioincrustaciones). Los presentes
solicitantes han descubierto que la técnica de monitorización
fluorescente de la presente invención puede realizarse con un alto
grado de sensibilidad, especificidad y/o exactitud con respecto a la
detección de bioincrustaciones, de tal forma que puede optimizarse
el rendimiento y la eficacia de la separación con membrana.
\vskip1.000000\baselineskip
Con esta finalidad, la presente invención
proporciona un procedimiento de monitorización de bioincrustaciones
en un sistema de separación con membrana que incluye una membrana
capaz de separar una corriente de alimentación en al menos una
primera corriente y una segunda corriente que comprende las etapas
de:
proporcionar un agente fluorógeno;
añadir el agente fluorógeno a la corriente de
alimentación;
proporcionar un fluorómetro para detectar la
señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la
primera corriente y la segunda corriente;
hacer reaccionar el agente fluorógeno con al
menos un microorganismo del sistema de separación con membrana;
formar un agente fluorógeno reaccionado;
usar el fluorómetro para medir la señal
fluorescente de al menos uno del agente fluorógeno y del agente
fluorógeno reaccionado en al menos una de la primera corriente y la
segunda corriente; y
monitorizar las bioincrustaciones del sistema de
separación con membrana en base al cambio en la señal del agente
fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de
ambas señales medidas.
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, una ventaja de la presente
invención es proporcionar procedimientos que utilizan un agente
fluorógeno para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en
los sistemas de separación con membrana. Otra ventaja de la
presente invención es proporcionar procedimientos que utilizan la
monitorización de los agentes fluorógenos para mejorar el
rendimiento de separación con membrana.
Otra ventaja de la presente invención es
proporcionar procedimientos para monitorizar el desarrollo
microbiano con selectividad, especificidad y/o exactitud en base a
la monitorización del agente fluorógeno añadido al sistema de
separación con membrana.
Todavía otra ventaja de la presente invención es
proporcionar una señal de control para añadir biocidas o agentes de
biocontrol para reducir las bioincrustaciones de los sistemas de
separación con membrana.
Todavía una ventaja adicional de la presente
invención es proporcionar procedimientos para monitorizar la
eficacia de los agentes de limpieza, biocidas y agentes de
biocontrol para reducir el tiempo de limpieza y aumentar el tiempo
entre las limpiezas.
En la descripción de las realizaciones
actualmente preferentes se describen, y se harán obvias
características y ventajas adicionales de la presente
invención.
La presente invención proporciona procedimientos
para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en los
sistemas de separación con membrana que son capaces de eliminar
solutos y/u otras impurezas de las corrientes de alimentación, como
por ejemplo corrientes de alimentación acuosas, que son adecuadas
para usar en numerosas aplicaciones industriales diferentes. Más
específicamente, los procedimientos de la presente invención pueden
monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en los sistemas de
separación con membrana en base a la monitorización de la actividad
de un agente(s) fluorógeno(s) que ha sido añadido a la
corriente de alimentación. A este respecto, las bioincrustaciones
debidas al desarrollo microbiano durante la separación con membrana
pueden evaluarse con un alto grado de selectividad, especificidad y
exactitud de tal forma que pueda optimizarse el rendimiento del
sistema de separación con membrana de forma eficaz.
Los procedimientos de la presente invención
pueden incluir una variedad de componentes diferentes y adecuados,
etapas de procedimiento, condiciones de funcionamiento y similares,
para monitorizar y/o controlar las bioincrustaciones en los
sistemas de separación con membrana. En una realización, el sistema
de separación con membrana de la presente invención incluye
sistemas de caudal tangencial y de caudal frontal. Durante los
sistemas de separación con membrana de caudal tangencial, la
corriente de alimentación puede tratarse en una dirección del flujo
que es sustancialmente paralela a la membrana del sistema de
separación. Con respecto a los sistemas de separación con membrana
de caudal frontal, la corriente de alimentación puede tratarse en
una dirección del flujo que es sustancialmente perpendicular a la
membrana del sistema de separación.
En general, los sistemas de separación con
membrana de la presente invención pueden tratar o purificar las
corrientes de alimentación dividiendo la corriente de alimentación
en corrientes separadas. En una realización, la corriente de
alimentación se separa al menos en una corriente primera y segunda,
como por ejemplo una corriente de permeado y una corriente de
concentrado. La corriente de alimentación puede contener diversos
solutos, como por ejemplo orgánicos disueltos, inorgánicos
disueltos, sólidos disueltos, sólidos suspendidos, similares o sus
combinaciones. Tras la separación de la corriente de alimentación en
el permeado y el concentrado, en los filtros de membrana por
ejemplo, la corriente de permeado contiene esencialmente una
concentración sustancialmente menor de solutos disueltos y/o
suspendidos con respecto a la corriente de alimentación acuosa. Por
otra parte, la corriente de concentrado tiene una mayor
concentración de solutos disueltos y/o suspendidos con respecto a
la corriente acuosa. En este aspecto, el permeado representa una
corriente de alimentación purificada, como por ejemplo una
corriente de alimentación acuosa purificada.
Debería entenderse que la presente invención
puede utilizarse con respecto a numerosos tipos de sistemas de
separación con membrana diferentes entre otros, por ejemplo,
sistemas de caudal tangencial y sistemas de caudal frontal, ósmosis
inversa, nanofiltración, ultrafiltración, microfiltración,
electrodiálisis, electrodesionización, pervaporación, extracción
con membrana, destilación con membrana, limpieza con membrana,
aireación con membrana y similares o sus combinaciones. La ósmosis
inversa, nanofiltración, ultrafiltración y microfiltración son los
sistemas de separación con membrana preferentes.
En la ósmosis inversa, la corriente de
alimentación habitualmente se procesa en condiciones de caudal
tangencial. En este aspecto, la corriente de alimentación fluye
sustancialmente paralelo a la superficie de la membrana de tal
forma que sólo una porción de la corriente de alimentación se
difunda a través de la membrana en forma de permeado. El caudal
tangencial habitualmente es grande para proporcionar una acción de
frotado que disminuya las incrustaciones sobre la superficie de la
membrana. Esto también puede disminuir los efectos de polarización
de la concentración (por ejemplo, concentración de solutos en la
capa límite de turbulencia reducida en la superficie de la
membrana, que puede aumentar la presión osmótica sobre la membrana y
por lo tanto puede reducir el caudal del permeado). Los efectos de
polarización de la concentración pueden inhibir el paso del agua de
la corriente de alimentación a través de la membrana en forma de
permeado, disminuyendo así la proporción de recuperación, por
ejemplo, la proporción de permeado a la corriente de alimentación
aplicada.
Los sistemas de ósmosis inversa pueden emplear
una variedad de de diferentes tipos de membrana. Dichos tipos de
elementos de membrana comerciales incluyen, sin limitación,
elementos de membrana de fibra hueca, elementos de membrana
tubulares, elementos de membrana de enrollado en espiral, elementos
de membrana de placas y marcos y similares, algunos de los cuales
se describen en más detalle en ``The Nalco Water Handbook, segunda
edición, Frank N. Kemmer ed., McGraw-Hili Book
Company, Nueva York, N.Y., 1988, en particular el capítulo 15
titulado "Membrane Separation". Debería entenderse que puede
usarse un único elemento de membrana en un sistema de filtración
con membrana dado, pero también pueden usarse numerosos elementos de
membrana dependiendo de la aplicación industrial.
Se describe un sistema de ósmosis inversa
habitual como ejemplo de filtración con membrana y más generalmente
de separación con membrana. La ósmosis inversa emplea principalmente
elementos enrollados en espiral, que están formados por capas
enrolladas de membrana semipermeables con espaciadores de la
alimentación y portadores de agua de permeado alrededor de un tubo
de recogida del permeado perforado central. Habitualmente, los
módulos se sellan con una envoltura de cinta y/o fibra de vidrio.
La construcción resultante tiene un canal que puede recibir un
caudal de admisión. La corriente de admisión fluye longitudinalmente
por toda la longitud del módulo de membrana y sale por el otro
extremo en forma de corriente de concentrado. Dentro del módulo, el
agua atraviesa la membrana semiporosa y queda atrapada en un canal
de permeado que fluye a un tubo de recogida central. De este tubo
fluye al exterior de un canal designado y es recogido.
En la práctica, los módulos de membrana están
apilados unos sobre otros, de un extremo al otro, con
interconectores que unen los tubos de permeado del primer módulo al
tubo de permeado del segundo módulo, y así sucesivamente. Estas
pilas de módulos de membrana se alojan en recipientes a presión.
Dentro del recipiente a presión el agua alimentada pasa al primer
módulo de la pila, que elimina una porción del agua en forma de agua
de permeado. La corriente de concentrado de la primera membrana se
convierte en la corriente de alimentación de la segunda membrana y
así sucesivamente por la pila. Las corrientes de permeado de todas
las membrana en la pila son recogidas en los tubos de permeado
unidos.
Dentro de la mayoría de los sistemas de ósmosis
inversa, los recipientes a presión están dispuestos en forma de
"etapas" o "pases". En un sistema de membrana en etapas,
las corrientes de concentrado combinadas de un banco de recipientes
a presión se dirigen a un segundo banco de recipientes a presión
donde se convierten en la corriente de alimentación para la segunda
etapa. Habitualmente, los sistemas tienen de 2 a 3 etapas con cada
vez menos recipientes a presión en cada etapa. Por ejemplo, un
sistema puede contener 4 recipientes a presión en una primera
etapa, cuyas corrientes de concentrado alimentan 2 recipientes a
presión en una segunda etapa, cuyas corrientes de concentrado a su
vez alimentan 1 recipiente a presión en la tercera etapa. Esto se
denomina esquema "4:2:1". En una configuración de membrana en
etapas, las corrientes de permeado combinadas de todos los
recipientes a presión de todas las etapas se recogen y se usan sin
posterior tratamiento de las membrana. Los sistemas de tapas
múltiples se usan cuando son necesarios grandes volúmenes de agua
purificada, por ejemplo para agua alimentada a una caldera. Las
corrientes de permeado del sistema de membrana pueden purificarse
además mediante intercambio iónico u otros medios.
En un sistema de pases múltiples, se recogen las
corrientes de permeado de cada banco de recipientes a presión y se
usan como alimentación para los posteriores bancos de recipientes a
presión. Las corrientes de concentrado de todos los recipientes a
presión se combinan sin ningún tratamiento posterior de cada
corriente individual. Se usan sistemas de pases múltiples cuando se
necesita agua de gran pureza, por ejemplo en la industria de
microelectrónica o farmacéutica.
Por los ejemplos anteriores, debería quedar
claro que la corriente de concentrado de una etapa de un sistema RO
puede ser la corriente de alimentación de otra etapa. Del mismo
modo, la corriente de permeado de un único pase de un sistema de
pases múltiples puede ser la corriente de alimentación de un pase
posterior. Un reto en los sistemas de monitorización como por
ejemplo los ejemplos de ósmosis inversa que se citan anteriormente
es que existe un número limitado de lugares en los que puede
realizarse el muestreo y la monitorización, en concreto en las
corrientes de alimentación, permeado y concentrado. En algunos
sistemas, pero no en todos, los puntos de muestreo "entre
etapas" permiten el muestreo/monitorización de la corriente del
concentrado de la primera etapa/corriente de alimentación de la
segunda etapa. Así mismo, puede haber puntos de muestreo similares
disponibles entre pases en los sistemas de pases múltiples.
Al contrario que con los sistemas de separación
con membrana mediante filtración de caudal tangencial, la
filtración convencional de los sólidos suspendidos puede realizarse
pasando un fluido de alimentación a través de un medio de
filtración o una membrana en una dirección sustancialmente
perpendicular. Esto de forma eficaz crea una corriente de salida
durante el ciclo de mantenimiento. Periódicamente, se realiza un
lavado a contracorriente haciendo pasar el líquido en una dirección
opuesta a la de alimentación, generando un efluente de lavado
contracorriente que contiene especies que han sido retenidas por el
filtro. Así, la filtración convencional produce una corriente de
alimentación, una corriente purificada y una corriente del lavado a
contracorriente. Este tipo de separación con membrana habitualmente
se denomina separación de caudal frontal y habitualmente se limita a
la separación de partículas suspendidas con un tamaño mayor de
aproximadamente un micrómetro.
Las técnicas de filtración de caudal tangencial,
por otra parte, puede usarse para eliminar las partículas más
pequeñas (generalmente de un tamaño de aproximadamente un micrómetro
o menos), coloides y solutos disueltos. Dichos tipos de sistemas de
separación con membrana de caudal tangencial pueden incluir, por
ejemplo, ósmosis inversa, nanofiltración, ultrafiltración,
microfiltración, electrodiálisis o similares. La ósmosis inversa
puede eliminar incluso las especies disueltas de bajo peso molecular
que sean al menos de aproximadamente 0,0001 a aproximadamente 0,001
micrómetros de diámetro mínimo, entre otras, por ejemplo, especies
iónicas y no iónicas, moléculas de bajo peso molecular,
macromoléculas o polímeros solubles en agua, sólidos suspendidos,
coloides, y sustancias tales como bacterias y virus.
En el procedimiento de caudal convencional de
monitorización de las bioincrustaciones, el caudal real del
permeado se lee directamente con un caudalímetro. Sin embargo, el
caudal real del permeado puede variar con respecto a la temperatura
de la corriente de alimentación, la fuerza motriz de la presión, los
solutos de la corriente de alimentación y los sólidos suspendidos
y, por supuesto, los diversos factores de que forman las
incrustaciones entre otros las bioincrustaciones. El caudal de
permeado normalizado habitualmente se considera que es un predictor
más sensible de problemas en un sistema de separación con membrana.
El caudal de permeado normalizado se determina mediante un simple
cálculo que elimina el efecto de la temperatura real del sistema y
las variaciones en la fuerza motriz y convierte las lecturas del
caudal de permeado reales en las que deberían ser si el sistema
estuviera funcionando a una presión estándar ("normal") y en
condiciones de presión y temperatura constantes, que habitualmente
son la fuerza motriz de arranque y a una temperatura específica como
por ejemplo 25ºC. Los cálculos por lo tanto incluyen un factor de
conversión de temperatura y un factor de conversión de la presión
para una membrana dada, que habitualmente se determinan de forma
empírica con una nueva membrana o las proporciona el fabricante de
las membrana. Otro procedimiento, denominado el procedimiento de
flujo de agua limpia se usa para medir el caudal de permeado real
usando agua limpia en las condiciones estándar de presión y
temperatura. Este procedimiento necesita para el aparato y hacer
pasar agua limpia a través del sistema para determinar las
incrustaciones y por lo tanto es muy inconveniente y lleva mucho
tiempo.
En el procedimiento de monitorización de
bioincrustaciones por presión diferencial convencional, se toma la
diferencia entre dos mediciones de la presión en dos lugares de la
corriente de alimentación/concentrado. La presión diferencial
habitual será la diferencia entre la presión de alimentación y la
presión del concentrado. Es una medición de las pérdidas en la
presión hidráulica a través de la membrana-elementos
de membrana de filtración en el lado de alimentación y concentrado
de la membrana y los colectores asociados. En la ósmosis inversa,
por ejemplo, otro procedimiento convencional preferido es medir la
presión diferencial en un único recipiente a presión donde es más
probable que se produzcan las bioincrustaciones, es decir, la
membrana frontal donde entra el agua alimentada. Cuando los canales
del caudal de alimentación/concentrado se taponan, la fuerza motriz
aumenta. La presión diferencial también depende del caudal de la
corriente de alimentación y de la recuperación porcentual. La
comparación exacta entre las lecturas de presión diferencial tomadas
en momentos diferentes requiere que la el sistema de filtración con
membrana esté funcionando con la misma recuperación porcentual y
caudal de alimentación en cada caso. En la práctica, la lectura de
la presión diferencial se toma sobre algún parámetro de producción
constante, como por ejemplo el caudal de permeado constante o la
presión constante.
Otro procedimiento para la detección de las
bioincrustaciones es el procedimiento destructivo de autopsia de la
membrana. Este incluye, después de abrir una membrana retirada del
aparato cortándola, inspección visual de su superficie, un análisis
microbiológico de la superficie de la membrana frotando la
superficie de la membrana, y análisis de la superficie para
determinar los depósitos mediante SEM/EDS, IR, microscopia
electrónica, ICP y técnicas similares de superficie análisis
superficial. Al comparar la naturaleza y cantidades relativas de
los diversos compuestos, elementos y organismos vivos, puede
realizarse una determinación cuantitativa de las bioincrustaciones
comparando con otros tipos de incrustaciones y suciedad.
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Los sistemas de separación con membrana y su
monitorización son únicos debido a las siguientes
consideraciones.
1. Los sistemas se construyen con una
flexibilidad limitada en lo que respecta a dónde puede realizarse la
monitorización y/o dónde pueden recogerse las muestras. Además, los
diferentes tipos de incrustaciones habitualmente están situados en
segmentos específicos de la membrana. Por ejemplo, las
bioincrustaciones habitualmente son predominantes en el extremo
inicial del sistema de membrana.
2. Los sistemas de separación con membrana
incluyen una capa de polarización de la concentración que se forma
según el agua atraviesa la barrera. Esta no aparece en otros
sistemas de tratamiento del agua, como por ejemplo los sistemas de
refrigeración de agua.
3. Debido a que es esencial que la superficie de
la membrana permanezca limpia, una cantidad relativamente pequeña
de bioincrustaciones o un precipitado fino puede provocar una
significativa pérdida de rendimiento. La pérdida de rendimiento en
una membrana es, por lo tanto, más sensible que un tratamiento de
refrigeración del agua. En este aspecto, la pérdida de rendimiento
en una membrana puede producirse con un grosor de película
apreciablemente inferior al necesario para que se produzca la
pérdida de transferencia de calor en un sistema de agua de
refrigeración. Además, debido a los canales de pequeño caudal, las
incrustaciones, cuando no se controlan o se eliminar temprano,
continuarán acelerándose y será más difícil, si no imposible,
limpiar la membrana para que vuelva a tener su rendimiento inicial.
Habitualmente esta tardanza en detectar las incrustaciones provoca
una vida más corta de la membrana.
4. Las películas semipermeables finas
(poliméricas, orgánicas o inorgánicas) son sensibles a la
degradación por las especies químicas, entre otras las sustancias
químicas que segrega el proceso de desarrollo celular y las
sustancias químicas. Los productos que se ponen en contacto con las
superficies de las membrana deben ser compatibles con la química de
la membrana para evitar dañar la superficie y así un rendimiento
peor.
5. Debe demostrarse que los tratamientos
químicos que se usan en los sistemas de membrana son compatibles
con el material de la membrana antes de usar. Los daños en las
sustancias químicas incompatibles pueden provocar una pérdida de
rendimiento inmediata y quizá la degradación de la superficie de la
membrana. Dichos daños inmediatos e irreversibles de un tratamiento
químico son muy poco habituales en los sistemas de refrigeración de
agua.
6. En los sistemas de separación con membrana,
hay una corriente de alimentación continua y al menos una corriente
de descarga continua. El tiempo de retención de un sistema de
separación con membrana es muy corto, es decir, del orden de unos
pocos segundos a unos pocos minutos.
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Basándose en estas diferencias, necesariamente
debe tenerse en cuenta un mayor número de factores y consideraciones
diferentes al desarrollar y/o poner en funcionamiento programas de
monitorización y control de bioincrustaciones que con otros
procedimientos de tratamiento del agua, como por ejemplo
procedimientos de tratamiento del agua por refrigeración. Por
ejemplo, para el uso eficaz en sistemas de membrana, se cree que el
agente fluorógeno debe ser capaz de respondes a una concentración
mucho menor de organismos que en otros sistemas de agua
industriales, entre otros los sistemas de refrigeración de agua. En
este aspecto, son necesarios límites de detección desde
aproximadamente 10^{4} unidades formadoras de colonias por
centímetro cuadrado (ufc/cm^{2}) cuando se aplican a los sistemas
de separación con membrana. Con unos límites tan bajos de detección,
la exactitud y reproducibilidad del procedimiento son habitualmente
muy bajas.
El corto tiempo de retención necesariamente
requiere un agente fluorógeno que pueda reaccionar con velocidad y
sensibilidad al procedimiento de desarrollo microbiano con el
limitado tiempo de retención asociado a la separación con membrana
comparado con otros sistemas de agua industriales, como por ejemplo
sistemas de refrigeración de agua que tienen tiempos de retención
habitualmente de horas.
Debido a la naturaleza de una corriente de
alimentación continua con un corto tiempo de retención en el sistema
de separación con membrana, la introducción del agente fluorógeno
queda restringida a la corriente de alimentación y la medición del
agente fluorógeno queda restringida a la corriente de salida ya que
el agente fluorógeno sale del sistema unos minutos después de su
introducción. Así, el sistema de separación con membrana proporciona
una medición casi inmediata de las bioincrustaciones después de la
introducción del agente fluorógeno. El agente fluorógeno no tiene
que introducirse más hasta un momento posterior cuando se considere
que la medición es necesaria de nuevo.
Como se ha descrito anteriormente, los
procedimientos de la presente invención emplean agentes fluorógenos
para monitorizar las bioincrustaciones provocadas por el desarrollo
microbiano con un alto grado de selectividad, sensibilidad y/o
exactitud de tal forma que pueda optimizarse el rendimiento de la
separación con membrana. Los organismos microbianos que
habitualmente se encuentran en los sistemas de agua industriales que
han podido detectarse y que responden a los procedimientos de
detección del presente procedimiento hasta ahora incluyen, pero sin
limitación, Pseudomonas, Bacillus, Klebsiella, Enterobacter,
Escherichia, Sphaerotilus y Haliscomenobacter.
Debería entenderse que el nivel de actividad
microbiana durante la separación con membrana está en función de
diferentes factores entre otros la población de organismos
microbiológicos de la corriente de alimentación, la cantidad de
oxigeno disuelto, temperatura, caudal del agua, presencia de
nutrientes microbianos y la eliminación de residuos microbianos.
Incluso en una única sección de biopelícula, la actividad microbiana
sésil, por ejemplo, puede variar a lo ancho y a lo largo de la
sección transversal dependiendo de estos factores. Se cree que la
respuesta del agente fluorógeno medida puede proporcionar una suma
total de la respuesta de los organismos microbiológicos
plantócnicos y sésiles de todo el sistema que estén en contacto con
la corriente de alimentación de la separación con membrana que
contiene el agente fluorógeno. Por lo tanto, incluso si el nivel de
actividad microbiana es inusualmente alto en una pequeña sección
del sistema de separación con membrana, pero bajo en cualquier otro
punto, la respuesta del agente fluorógeno puede ser baja. En este
aspecto, se cree que el procedimiento de la presente invención
puede detectar la media de los organismos microbiológicos del
sistema.
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En general, el agente fluorógeno añadido al
sistema de membrana debe ser una molécula o especie que sufra un
cambio en su señal fluorescente al interactuar con una amplia
población de organismos microbiológicos. Los expertos en la técnica
deberían apreciar que los factores ambientales, como por ejemplo el
pH y la temperatura, pueden afectar a la señal fluorescente y
deberían tenerse en cuenta y corregir en consecuencia. Los agentes
fluorógenos adecuados, incluyen, pero sin limitación,
éster del ácido acético de ácido
pireno-3,6,8-trisulfónico;
diacetato de carboxifluoresceína,
\beta-D-galactopiranosida
de 3-carboxiumbeliferilo;
\beta-D-glucuronida
de 3-carboxiumbeliferilo;
D-glucuronida de
9H-(1,3-dicloro-9,0-dimetilacridin-2-on-7
-ilo);
9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridin-2-on-7-ilo);
\beta-D-galactopiranosida
de resorufina;
di-\beta-D-galactopiranosida
de fluoresceína;
di-\beta-D-glucuronida
de fluoresceína;
\beta-D-glucuronida
de resorufina;
difosfato de fluoresceína;
10-óxido de
7-hidroxi-3H-fenoxazin-3-ona
(en lo sucesivo "resazurina");
10-óxido de
7-hidroxi-3H-fenoxazin-3-ona,
sal sódica (en lo sucesivo "resazurina, sal sódica");
fosfato de 4-metilumbeliferilo
(``4MUP');
\beta-D-glucuronida
de 4-metilumbeliferilo;
fosfato de piranina;
1-fosfato del ácido
piren-3,6,8-trisulfónico; y
sus combinaciones.
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Los agentes fluorógenos preferidos incluyen
resazurina, 4MUP, fosfato de piranina y sus combinaciones. El
agente fluorógeno más preferido es resazurina.
Los expertos en la técnica deberían apreciar que
los agentes fluorógenos o bien están disponibles comercialmente
(por ejemplo, la resazurina, sal sódica está disponible en (ALDRIC®
de Milwaukee, WI) o pueden sintetizarse usando procedimientos
reseñados en la bibliografía (como por ejemplo, es el caso del
fosfato de piranina).
El agente fluorógeno se añade a la corriente de
alimentación en una cantidad que pueda determinar la actividad
microbiana. En una realización, una cantidad eficaz de agente
fluorógeno varía en el intervalo de aproximadamente 5 ppb a
aproximadamente 500 ppm, preferentemente de aproximadamente 0,5 ppb
a aproximadamente 5 ppm, y más preferentemente de aproximadamente 5
ppb a aproximadamente 500 ppb. Cuando se añade la forma salina del
agente (por ejemplo, resazurina, sal sódica) al sistema de agua
industrial, el cálculo de ppm se basa en la cantidad activa del
agente fluorógeno presente.
En la práctica el coste del agente fluorógeno
también supone un límite máximo de la cantidad de agente fluorógeno
que se añade al sistema. Los factores adicionales que influyen la
adición del agente fluorógeno al sistema incluyen el tipo de agente
fluorógeno, la cantidad de líquido que se pierde y se repone
continuamente en el sistema de separación con membrana y el tipo de
fluidos contenidos en el sistema de separación con membrana.
En una realización, se prefiere que el agente
fluorógeno de la presente invención cumpla los siguientes
criterios:
1. No ser absorbido por la membrana en ninguna
cantidad apreciable;
2. No degradar la membrana ni perjudicar su
rendimiento ni alterar su composición de otra forma;
3. Ser detectable de forma continua o
semicontinua y poder realizar mediciones de la concentración que
sean exactas, repetibles y que puedan realizarse en el agua de
alimentación, el agua del concentrado, el agua del permeado u otros
medios adecuados o sus combinaciones;
4. Ser sustancialmente distinto a las especies
químicas que normalmente están presentes en el agua de los sistemas
de separación con membrana en los que puedan emplearse los
marcadores inertes;
5. Ser sustancialmente insensible a
interferencias, o sesgos provocados por las especies químicas que
normalmente están presentes en el agua de los sistemas de
separación con membrana en los que puedan emplearse los marcadores
inertes;
6. Ser sustancialmente insensible a cualquiera
de sus propias pérdidas específicas o selectivas potenciales del
agua de los sistemas de separación con membrana, entre otros
permeación selectiva de la membrana;
7. Ser compatible con todos los agentes de
tratamiento empleados en el agua de los sistemas de separación con
membrana en los que pueden usarse marcadores inertes, y de ese modo
no reducir su eficacia;
8. Ser compatible con todos los componentes de
su formulación; y
9. Ser relativamente no tóxico y
medioambientalmente seguro, no sólo en el entorno acuático ni en el
sistema de separación con membrana en el que puede usarse, sino
también al ser desechado.
\vskip1.000000\baselineskip
Debería apreciarse que la presente invención
sólo requiere que exista una única especie fluorógena al introducir
el agente fluorógeno siempre que la especie reaccione y pueda
medirse entre el punto de introducción y el punto de medición.
En una realización, los agentes fluorógenos
adecuados para usar en el procedimiento reivindicado actualmente
debe tener una señal fluorescente detectable antes de hacerlo
reaccionar con los microorganismos y también debe tener una señal
fluorescente diferente después de haber reaccionado con los
microorganismos.
Se cree, sin pretender comprometerse con la
teoría, que las enzimas sintetizadas por los organismos
microbiológicos vivos en las separación con membrana pueden actuar
sobre los agentes fluorógenos. Esta actividad provoca un cambio en
la señal fluorescente del agente fluorógeno. Al monitorizar la señal
fluorescente, puede monitorizarse la actividad microbiológica
durante la separación con membrana. Como se ha descrito
anteriormente, los procedimientos de la presente invención tienen
capacidad para monitorizar la actividad microbiológica de las
poblaciones planctónicas y sésiles, al contrario que los
procedimientos conocidos en la técnica.
En una realización, el agente fluorógeno puede
introducirse solo o combinado con otro agente para la separación
con membrana, como por ejemplo un marcador fluorescente inerte, un
agente de tratamiento, como por ejemplo inhibidores de la costra y
la corrosión, agentes similares y sus combinaciones. Por
"sustancias químicas y/o agentes de tratamiento" se quiere
decir, sin limitación, sustancias químicas de tratamiento que
mejoran el rendimiento del procedimiento de separación con
membrana, desincrustantes que retardan/previenen la deposición de
costra en las membrana, antincrustaciones que retardan/previenen las
incrustaciones en las membrana, biodispersantes y agentes que
inhiben el desarrollo microbiano, como por ejemplo biocidas y
sustancias químicas de limpieza que eliminan los depósitos sobre
las membrana.
Pueden medirse las señales del agente fluorógeno
fluorescentes, el agente fluorógeno reaccionado y el material
marcador fluorescente inerte de varias formas diferentes y
adecuadas, como por ejemplo mediante fluorómetros disponibles
comercialmente. Pueden usarse fluorómetros con filtros adecuados
para medir la señal fluorescente o las señales derivadas del agente
fluorógeno, el agente fluorógeno reaccionado y/o el marcador
fluorescente inerte.
La medición de la señal fluorescente tanto del
agente fluorógeno como del agente fluorógeno reaccionado es un
procedimiento conocido por una persona de experiencia en la técnica
de la fluorometría. Por ejemplo, las propiedades fluorescentes del
agente fluorógeno resazurina son notorias tanto en su estado sin
reaccionar como en su estado reaccionado en forma de
"resorufina". En una realización preferida, se toman muestras
del sistema de separación con membrana en lugares de tal forma que
no sea necesario tomar muestras puntuales para las mediciones
mediante los fluorómetros. Cuando los componentes de muestreo para
los fluorómetros están localizados dentro del sistema de separación
con membrana, este tipo de muestreo habitualmente se denomina
medición en línea.
Una medición en línea es una que se toma sin
interrumpir el caudal del sistema que se está midiendo. Debido a
que los componentes de la muestra para el fluorómetro(s)
están situados en línea cuando se realiza una medición en línea, la
muestra que están monitorizando refleja de forma exacta todo el
sistema de separación con membrana y, por lo tanto, la información
obtenida al llevar a cabo este procedimiento refleja de forma exacta
tanto las poblaciones de organismos microbiológicas planctónicas
como sésiles. La medición en línea solventa los problemas asociados
a la toma de muestras puntuales y la necesidad de extraer una
muestra de la corriente acuosa para su posterior análisis. También,
las formas reaccionadas y sin reaccionar de los agentes fluorógenos
se analizan en tiempo real, donde una lectura casi instantánea de la
fluorescencia de los dos agentes fluorógenos proporcionará una
indicación de la actividad microbiana.
Independientemente del hecho de que la medición
en línea sea la forma preferida de realizar el procedimiento de la
invención actualmente reivindicada, es posible realizar el
procedimiento de la invención actualmente reivindicada usando una
técnica de toma de muestras puntuales adecuada para obtener muestras
del sistema de agua industrial. Si se usa una técnica de toma de
muestras puntuales, debería necesariamente proporcionarse un
mecanismo para transportar la muestra puntual al fluorómetro en un
periodo de tiempo de duración razonable de tal forma que los datos
recibidos del fluorómetro reflejen de forma exacta el actual estado
del desarrollo microbiano del sistema de separación con
membrana.
Los ejemplos de fluorómetros que pueden usarse
en la práctica de esta invención incluyen los fluorómetros TRASAR®
350 y TRASAR® 8000 (disponibles en Ondeo Nalco Company de
Naperville, IL); el fluorómetro Hitachi F-4500
(disponible en Hitachi a través de Hitachi Instruments Inc. de San
Jose, CA); el fluorómetro JOBIN YVON FluoroMax-3
"SPEX" (disponible en JOBIN YVON Inc. de Edison, NJ); y el
espectrofotómetro Gilford Fluoro-IV o el SFM 25
(disponible en Bio-tech Kontron a través de Research
Instruments International de San Diego, CA). Los expertos en la
técnica deberían apreciar que la lista de fluorómetros no es
exhaustiva y se pretende únicamente que muestre ejemplos de
fluorómetros. En esta invención también pueden usarse otros
fluorómetros disponibles comercialmente y sus modificaciones. En
una realización, se usa una proporción entre las señales
fluorescentes como indicador de la actividad microbiana y así una
indicación de las bioincrustaciones durante la separación con
membrana. Al calcular la proporción, en vez de simplemente medir un
valor absoluto de señales fluorescentes, se obtiene una información
que es independiente de la concentración del agente fluorógeno. En
otra realización, la proporción puede aumentar la sensibilidad
debido al hecho de que los organismos microbiológicos convierten el
reactivo fluorógeno a agente fluorógeno reaccionado, donde el
aumento de la proporción se debe tanto al descenso en la señal
fluorescente del agente fluorógeno no reaccionado y al aumento en la
señal fluorescente del agente fluorógeno reaccionado (por ejemplo,
el producto). La proporción entre la señal fluorescente del agente
fluorógeno y la señal fluorescente del agente fluorógeno reaccionado
es:
proporción =
\frac{\text{señal fluorescente del agente fluorógeno
reaccionado}}{\text{señal fluorescente del agente
fluorógeno}}
\vskip1.000000\baselineskip
La proporción es un número sin unidades. La
proporción puede calcularse manualmente o con una calculadora y
programa de ordenador. Para mayor facilidad de uso, es preferible
que la proporción se calcule usando un programa de ordenador
apropiado de tal forma que puede calcularse de forma continua en
intervalos dados. La velocidad de cambio de la proporción puede
emplearse después para determinar la velocidad de aumento de las
bioincrustaciones.
En una realización, el material marcador
fluorescente inerte se usa para determinar la concentración del
agente fluorógeno presente y al saber esa concentración, es posible
manejar el sistema de forma que se introduzca un nivel deseado de
agente fluorógeno de forma exacta. Véase las patentes de Estados
Unidos n.º 4.783.314; 4.992.380 y 5.041.386.
El significado del término "inerte", tal
como se emplea el presente documento, es que un marcador
fluorescente inerte no se ve afectado de forma apreciable ni
significativa por ninguna otra sustancia química del sistema, ni
por los otros parámetros del sistema como por ejemplo actividad
microbiológica, concentración de biocida y concentración del
inhibidor de la costra. Para cuantificar lo que significa "no se
ve afectado de forma apreciable ni significativa", esta frase
quiere decir que un compuesto fluorescente inerte no presenta más
de un 10% de cambio en su señal fluorescente, en las condiciones que
normalmente se encuentran en los sistemas de agua industriales. Las
condiciones que normalmente se encuentran en los sistemas de agua
industriales son conocidas por las personas de experiencia
ordinaria en la técnica de los sistemas de agua industriales.
Los materiales marcadores fluorescentes inertes
adecuados para usar con los agentes fluorógenos que se usan en la
invención actualmente reivindicada deben tener la propiedad de que
su señal fluorescente especial sea detectablemente diferente de las
señales fluorescentes del agente fluorógeno. Esto quiere decir que
la señal fluorescente del agente fluorógeno y la señal fluorescente
del agente fluorógeno reaccionado deben ser ambas detectablemente
diferentes del material marcador fluorescente inerte.
Los materiales marcadores fluorescentes inertes
adecuados son los mono-, di- y tri- sulfonatonaftalenos, entre
otros sus sales solubles en agua; y los derivados sulfonados
conocidos de pireno, como por ejemplo ácido
1,3,6,8-pirenotetrasulfónico, junto con las sales
solubles en agua conocidas de todos estos materiales, y Acid Yellow
7 (Número del Chemical Abstract Service Registry
2391-30-2, para ácido
1H-benz(de)isoquinolin-5-sulfónico,
6-amino-2,3-dihidro-1,3-dioxo-2-p-tolil-,
sal monosódica (8Cl)).
En una realización, la presente invención
incluye un controlador (no se muestra) para monitorizar y/o
controlar las condiciones de operación o rendimiento del sistema de
separación con membrana en base a la fluorescencia del agente
fluorógeno, del agente fluorógeno reaccionado, y/o el marcador
fluorescente inerte cuantificables. En este aspecto, las
bioincrustaciones se controlan en el sistema de separación con
membrana midiendo el cambio en la señal del agente fluorógeno o del
agente fluorógeno reaccionado con respecto a la señal del marcador
fluorescente inerte y después comparando la proporción resultante
con la proporción correspondiente de la corriente de alimentación o
la proporción correspondiente en tiempo cero, es decir, justo
después de que se haya limpiado la membrana. El controlador puede
configurarse y/o ajustarse en una variedad de formas diferentes y
adecuadas.
Por ejemplo, el controlador puede ponerse en
contacto con el dispositivo de detección (no se muestra) para
procesar la detección señal (por ejemplo, filtro para el ruido de la
señal) para mejorar la detección de la señal
fluorescente(s)
derivada del agente fluorógeno, del agente fluorógeno reaccionado y/o del marcador fluorescente inerte. Además, el controlador puede ajustarse para que se comunique con otros componentes del sistema de separación con membrana. La comunicación puede ser o bien mediante cables (por ejemplo, cable de comunicación eléctrico), o bien una comunicación inalámbrica (por ejemplo, interfaz RF inalámbrica), una interfaz neumática o similares.
derivada del agente fluorógeno, del agente fluorógeno reaccionado y/o del marcador fluorescente inerte. Además, el controlador puede ajustarse para que se comunique con otros componentes del sistema de separación con membrana. La comunicación puede ser o bien mediante cables (por ejemplo, cable de comunicación eléctrico), o bien una comunicación inalámbrica (por ejemplo, interfaz RF inalámbrica), una interfaz neumática o similares.
En este aspecto, el controlador puede utilizarse
para controlar el rendimiento de la separación con membrana
determinando la cantidad óptima de tratamiento de biocontrol
necesaria. El "tratamiento bioquímico" incluye biocidas,
agentes de biocontrol, procedimientos de biocontrol y sus
combinaciones. Por ejemplo, el controlador puede comunicarse con un
dispositivo de alimentación (no se muestra) para controlar diversas
sustancias químicas para el control de bioincrustaciones o
dispositivos de control de bioincrustaciones o parámetros de
procesamiento. En una realización, el controlador es capaz de
ajustar la velocidad de alimentación del agente(s) de
biocontrol que se añade a la corriente de alimentación durante la
separación con membrana en base a la fluorescencia del agente
fluorógeno y del agente fluorógeno reaccionado que se midan. En otra
realización, la adición de agentes de biocontrol es controlada en
base a la determinación de la proporción entre el agente fluorógeno
reaccionado y el agente fluorógeno. En otra realización, la adición
de biocidas se controla en en base a la determinación de la
velocidad de cambio de la proporción entre el agente fluorógeno
reaccionado y el agente fluorógeno.
Una determinación de la fluorescencia del
agente(s) fluorógeno(s) en tiempo real permite evaluar
de forma inmediata la actividad microbiana así como la eficacia de
la actual dosificación del agente de biocontrol y/o la necesidad de
añadir más agente de biocontrol. La determinación en tiempo real de
la actividad biológica permite al procedimiento añadir agentes de
biocontrol según sea necesario. Cuando el estado de las
bioincrustaciones se conoce en tiempo real se evita añadir un
exceso de los agentes de biocontrol, superior a lo que es necesario
para controlar la actividad microbiana. Por lo tanto, los agentes de
biocontrol pueden administrarse a niveles eficaces determinados, lo
que consigue que se use la cantidad correcta. Además, puede
evaluarse la eficacia de una adición de agente de biocontrol en
tiempo real y la dosis puede aumentarse o disminuirse dependiendo
de la lectura en tiempo real.
Cuando el procedimiento de la invención
actualmente reivindicada se realiza en presencia de agentes de
biocontrol, deben realizarse ciertos ajustes. Las personas de
experiencia ordinaria en la técnica saben qué biocidas se usan en
los sistemas de separación con membrana. En una realización, los
biocidas se añaden como respuesta a niveles inaceptables de
actividad microbiana que incluyen biocidas oxidantes, biocidas no
oxidantes y sus combinaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Los biocidas oxidantes adecuados incluyen, pero
sin limitación:
BCDMH (92,5%, 93,5%, 98%), que es o bien
1,3-dicloro-5,5-dimetilhidantoína
y
1-bromo-3-cloro-5,5-dimetilhidantoína
(N.º de registro CAS 16079-88-2) o
una mezcla de los mismos;
lejías, entre otras las lejías
estabilizadas;
bromo, entre otros bromo estabilizado;
hipoclorito cálcico (N.º de registro CAS
7778-54-3) "Cal Hypo"
(68%);
cloro, entre otros cloro estabilizado
(8,34%);
H_{2}O_{2}/PAA (21,7%/5,1%) que es peróxido
de hidrógeno (N.º de registro CAS
7722-84-1)1 perácido acético
(N.º de registro CAS 79-21-0);
hipobromito;
ácido hipobromoso;
yodo;
organobromos;
NaBr (42,8%, 43%, 46%) que es bromuro
sódico;
NaOCl (10%,12,5%) que es hipoclorito sódico (N.º
de registro CAS 7681-52-9);
y sus mezclas.
\vskip1.000000\baselineskip
Los biocidas no oxidantes adecuados incluyen,
pero sin limitación, ADBAC Quat (10%, 40% (N.º de registro CAS
68391-0-5), 80%) cloruro de alquil
dimetilbencil amonio, también conocido como "quat";
ADBAC quat (15%)/TBTO (óxido de tributilestaño
5%);
ADBAC (12,5%)/TBTO (2,5%), (ADBAC Quat/bis óxido
de tributilestaño) (N.º de registro CAS
56-35-9);
carbamatos (30%), de la fórmula
T_{2}NCO_{2}H, donde T_{2} es un grupo alquilo
C_{1}-C_{10}; sulfato de cobre (80%);
DBNPA (20%, 40%), que es
2,2-dibromo-3-nitrilopropionamida
(N.º de registro CAS
10222-01-2);
DDAC Quat (50%) que es cloruro de didecil
dimetil amonio quat;
DPEEDBAC Quat (1%) que es
(2-(2-p-(diisobutil)fenoxi)etoxi)etildimetilo,
dimetilbencilo;
glutaraldehído (15%, 45%), N.º de registro CAS
111-30-8;
glutaraldehído (14%)/ADBAC quat (2,5%);
HHTHT - -
hexahidro-1,3,5-tris
(2-hidroxietil)-5-triazina
(78,5%);
isotiazolonas (1,5%, 5,6%) - una mezcla de
5-cloro-2-metil-4-isotiazolina-3-ona
(N.º de registro CAS 261 72-55-4) y
2-metil-4-isotiazolina-3-ona
(N.º de registro CAS 2682-20-4);
MBT (10%)- -bis tiocianato de
metileno;
poliquat (20%, 60%), un compuesto cuaternario
polimérico;
poliaminas y sus sales - - compuestos de
amina poliméricos;
temutilazina (4%,
44,7%)- -2-(terc-butilamino)-4-cloro-6-etilamino-5-triazina
(N.º de registro CAS 5915-41-3);
TMTT (24%)- - disulfuro de
tetrametiltiuram;
y sus mezclas.
\vskip1.000000\baselineskip
Otros tipos de agentes de biocontrol incluyen
biodispersantes, biodetergentes, agentes caotrópicos, tensioactivos,
agentes quelantes, limpiadores enzimáticos y otras sustancias
químicas que eliminan las bacterias o interfieren con los procesos
de adhesión bacteriana y de EPS y de colonización bacteriana.
También pueden usarse procedimientos de
biocontrol, como por ejemplo, los medios mecánicos para alterar la
integridad de la biopelícula entre otros ultrasonidos, campos
eléctricos, lavados a contracorriente con aire, etc.
Dado que los sistemas de membrana tienen tiempos
de retención muy cortos, la interferencia de los agentes de
biocontrol con el agente fluorógeno no supone ningún problema en la
mayoría de las aplicaciones prácticas, simplemente no aplicando el
agente de biocontrol durante la introducción del agente fluorógeno.
En la práctica, el agente de biocontrol puede añadirse solo de
forma intermitente.
Aunque a menudo se emplean sistemas de
separación con membrana para la purificación del agua, o el
procesamiento de las corrientes acuosas, los sistemas de la
presente invención no se limitan al uso de un influente acuoso. En
una realización, el influente puede ser otro fluido, o una
combinación de agua y otro fluido. Los principios de funcionamiento
de los sistemas de separación con membrana y los procedimientos de
la presente invención no dependen tanto de la naturaleza del
influente como para que la presente invención no pueda emplearse con
influentes que sean adecuados para la purificación del agua en un
sistema de separación con membrana dado. Las descripciones de la
invención anteriores que se refieren a sistemas acuosas pueden
aplicarse también a sistemas no acuosos y acuosos/no acuosos
mixtos.
\newpage
Las anteriores descripciones de la presente
invención algunas veces se refieren específicamente a influentes y
efluentes acuosos y al uso de un sistema acuoso para describir un
sistema de filtración con membrana y el funcionamiento de la
presente invención en ellos es ejemplar. Una persona de experiencia
ordinaria en la técnica, con las descripciones de la presente
memoria descriptiva, sabría cómo aplicar las descripciones
anteriores a sistemas de filtración con membrana no acuosos.
Debería entenderse que la presente invención es
aplicable a todas las industrias que puedan emplear los
procedimientos de separación con membrana. Por ejemplo, los
diferentes tipos de procedimientos industriales en los que puede
aplicarse el procedimiento de la presente invención generalmente
incluyen procedimientos de agua natural, procedimientos para aguas
residuales, procedimientos para aguas industriales, tratamiento del
agua municipal, procedimientos para alimentos y bebidas,
procedimientos farmacéuticos, fabricación de aparatos electrónicos,
operaciones para servicios públicos, procedimientos para pulpa y
papel, procedimientos para minería y minerales, procedimientos
relacionados con el transporte, procedimientos textiles,
procedimientos de chapado y metalúrgicos, procedimientos de
lavanderías y limpieza, procedimientos del cuero y encurtido y
procedimientos para pinturas.
En particular, los procedimientos para alimentos
y bebidas pueden incluir, por ejemplo, procedimientos para lácteos
para la producción de crema, leche parcialmente desnatada, queso,
productos lácteos de especialidad, aislados proteínicos,
fabricación de lactosa, suero, caseína, separación de la grasa y
recuperación de la salmuera del queso salado. Los usos relativos a
la industria de bebidas incluyen, por ejemplo, aclaramiento,
concentración o desacidificación de zumos de frutas, aclaramiento de
bebidas alcohólicas, eliminación del alcohol para las bebidas con
bajo contenido en alcohol, agua procesada; y los usos relativos al
refinado de azúcar, procesamiento de proteínas vegetales,
producción/procesamiento de aceite vegetal, molienda en húmedo del
grano, procesamiento de animales (por ejemplo, carne roja, huevos,
gelatina, pescado y pollo), recuperación de aguas de lavado,
desechos del procesamiento de alimentos y similares.
Los ejemplos de usos de aguas industriales
aplicados a la presente invención incluyen, por ejemplo, producción
de agua de caldera, purificación y reciclaje/reutilización del agua
de procesamiento, reblandecimiento de agua natural, tratamiento de
agua de refrigeración, recuperación del agua en los procedimientos
de fabricación de papel, desalinización de agua marina y salobre
para uso industrial y municipal, purificación de aguas
superficiales, naturales o potables entre otros, por ejemplo, uso
de membranas para excluir microorganismos dañinos del agua potable,
mejoramiento de agua reblandecida, biorreactores con membrana, aguas
de procedimientos de minería y minerales.
Los ejemplos de aplicaciones para el tratamiento
de aguas residuales con respecto a los procedimientos de
monitorización del marcador inerte de la presente invención
incluyen, por ejemplo, tratamiento de aguas residuales
industriales, sistemas de tratamiento de residuos biológicos,
eliminación de metales pesados contaminantes, mejoramiento de agua
efluente terciaria, aguas residuales oleosas, procedimientos
relacionados con el transporte (por ejemplo, agua de lavados de
vagones cisterna), residuos textiles (por ejemplo, tinte, adhesivos,
apresto, aceites para el desgrasado de lana, aceites para el
acabado de tejidos), residuos de chapado y metalúrgicos,
lavanderías, imprentas, cuero y encurtido, pulpa y papel (por
ejemplo, eliminación del color, concentración de sulfito líquido
diluido gastado, recuperación de lignano, recuperación de los
recubrimientos para papel), sustancias químicas (por ejemplo,
emulsiones, látex, pigmentos, pinturas, subproductos de reacciones
químicas), y tratamiento de aguas residuales municipales (por
ejemplo, alcantarillas, residuos industriales).
Otros ejemplos de aplicaciones industriales de
la presente invención incluyen, por ejemplo, procedimientos con
agua para enjuagado de semiconductores, producción de agua
inyectable, agua farmacéutica que incluye agua que se usa en la
producción/recuperación de enzimas y formulación de productos, y
procesos de pinturas de electrorrecubrimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Los siguientes ejemplos se pretende que sean
ilustrativos de la presente invención y que enseñen a una persona
de experiencia ordinaria cómo realizar y usar la invención. Estos
ejemplos no se pretende que limiten la invención ni su protección
en modo alguno.
\vskip1.000000\baselineskip
Se usó un sistema de membranas de prueba para
demostrar la monitorización del desarrollo de la biopelícula sobre
una membrana de ósmosis inversa. El sistema era una unidad de prueba
(cubeta de membranas SEPA CF) fabricada por Osmonics. La unidad
incluía una lámina plana nueva (es decir, limpia) de membrana que
medía 8,89 cm x 12,7 cm (3,5 pulgadas x 5 pulgadas). Se forzó agua
alimentada a 2,48 MPa (360 psig) en el canal de alimentación del
alojamiento de la membrana a a aproximadamente 150 mililitros por
minuto (ml/min). Al ir atravesando el agua alimentada la membrana
hacia el canal de salida del desecho, la presión forzaba las
moléculas de agua a través de la membrana al canal de permeado a
aproximadamente 15 ml/min. El agua de salida del canal de desecho
era de aproximadamente 2,48 MPa (360 psig). La caída en la presión
reseñada era la presión del canal de alimentación menos la presión
en el canal de desecho.
El caudal del permeado en porcentaje del caudal
de alimentación era del 10%, que es lo habitual para un elemento de
membrana de ósmosis inversa. El agua alimentada tenía una
conductividad de 3,9 miliSiemens/cm. El agua de permeado tenía una
conductividad de 0,2 miliSiemens/cm. La temperatura de
funcionamiento era de 25,6ºC (78ºF) y el pH era de 7.
En el sistema de membranas de prueba, se realizó
un sembrado de bacterias y, así, las bioincrustaciones microbiana
se iniciaron casi inmediatamente después de la siembra. El
experimento se realizó durante un periodo de aproximadamente 90 a
170 horas después de la siembra. Se midieron las variables afectadas
por las incrustaciones (por ejemplo, caudal de permeado, presión
diferencial entre el canal de alimentación y el canal de desecho, y
conductividad del permeado). La cuantificación microbiana
superficial de la membrana se realizó al final de la prueba.
Para demostrar el uso del agente fluorógeno, se
alimentó una solución de aproximadamente 2 ppm (partes por millón)
de resazurina a 3 ml/min en la corriente de alimentación (que tenía
un caudal de aproximadamente 150 ml/min) antes de que entrara en la
membrana del canal de alimentación durante un periodo de
aproximadamente cinco minutos. La concentración de resazurina
después de mezclar con el agua alimentada era de aproximadamente 40
ppb (partes por billón).
La medición de la fluorescencia se realizó en la
corriente de desecho con un fluorómetro en línea (Nalco TRASAR®
350) y con un fluorómetro de sobremesa (Jobin Yvon Spectrometer
Fluoro-MAX 3). El tiempo de retención de la
sustancia química resazurina en el sistema de membranas fue del
orden de aproximadamente un minuto. La medición de la fluorescencia
alcanzó un estado de equilibrio generalmente en aproximadamente tres
minutos después de iniciar la alimentación de la resazurina.
Periódicamente se repitió la alimentación feeding y medición del
agente fluorógeno cada 5 minutos durante el trascurso del
experimento.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra anteriormente en las Tablas 1 y
2, la proporción entre la fluorescencia del agente fluorógeno
reaccionado (por ejemplo, resorufina (Rf) y la fluorescencia del
agente fluorógeno (por ejemplo, resazurina (R)) aumentó con el
desarrollo y la acumulación microbianos durante el transcurso del
experimento. Debería entenderse que los valores para Rf y Rz en las
Tablas 1 y 2 representan una intensidad del la señal de
fluorescencia medida que corresponde a una cantidad del agente
fluorógeno reaccionado y del agente fluorógeno. Además, las Tablas
1 y 2 demuestran la existencia de una relación directa entre la
proporción y la las variables del rendimiento de la separación con
membrana medidas según el caudal de permeado, caída en la presión y
conductividad del permeado.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una prueba en lotes para cuantificar
la reacción entre la actividad microbiana y la resazurina, un
agente fluorógeno. La prueba se realizó en una solución de medio
mínimo que contenía 100 ppm de glicerol, 7 gramos/litro (g/l) de
K_{2}HPO_{4}, 0,1 g/l de MgSO_{4}\cdot7H_{2}O, 0,1 g/l
(NH_{4})_{2}SO_{4} y 0,5 g/l de citrato sódico. Se
inoculó un depósito de campo de una unidad de membranas de ósmosis
inversa en el medio y se dejó desarrollar. La solución después se
incubó a 30ºC en un agitador de matraces a una velocidad de
aproximadamente 200 revoluciones por minuto (rpm). Se recogieron
alícuotas de muestra usando una pipeta estéril en diferentes
intervalos de tiempo. Se analizaron las muestras recogidas en cada
tiempo para determinar la densidad óptica, la cuantificación
microbiana (a 8, 12 y 24 h) y se dejó que reaccionaran con
resazurina. La densidad óptica se midió según la absorbancia a 600
nm usando un espectrofotómetro Cintra. La cuantificación microbiana
se realizó con una extensión en placa sobre agar TGE después de ocho
diluciones seriadas de 1:10 con una solución de tampón de fosfato
estéril. En las pruebas de reacción con resazurina, se añadió a las
muestras 50 ppb de resazurina. Se recuperaron alícuotas de una
muestra de 3,5 ml a los tiempos de reacción de 1, 2, 3, 5, 10
minutos y después se filtraron a través de una jeringuilla estéril
de 0,22 micrómetros para detener la reacción. Posteriormente se
midió la fluorescencia de la resazurina y resorufina en estas
muestras reaccionadas. La respuesta de la resazurina se determinó de
acuerdo con la proporción de la fluorescencia entre resorufina y
resazurina. Las mediciones de la fluorescencia se realizaron a una
longitud de onda de excitación de 550 nm y unas longitudes de onda
de emisión de 583 nm y 634 nm, usando un fluorómetro Horiba Jobin
Yvon (modelo FluoroMax-3) con anchura de abertura de
2,5 nm (excitación) y 2,5 nm (emisión). La resazurina presentaba
una fluorescencia máxima a 634 nm y la resorufina a 583 nm.
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Tal como se demuestra en la Tabla 3, la
proporción de fluorescencia entre resorufina y resazurina aumentó
al aumentar el desarrollo microbiano según indicaba la densidad
óptica (absorbancia a 600 nm) y el recuento de células viables. La
proporción también aumentó al aumentar el tiempo de reacción entre
la muestra y resazurina, especialmente cuando la densidad
microbiana fue de aproximadamente 10^{6} ufc/ml o superior. Los
resultados muestran que la resazurina responde al desarrollo
microbiano de una biopelícula sobre la membrana.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una prueba en lotes para cuantificar
la relación entre la concentración de la dosis de resazurina y su
respuesta a diferentes niveles de densidades microbianas durante el
desarrollo microbiano. La prueba se realizó en una solución de
medio mínimo inoculada con un depósito de membrana de ósmosis
inversa (RO) de campo como se describe en el Ejemplo 2. La solución
se incubó a 30ºC en un agitador de matraces a una velocidad de 200
rpm. Se recogieron alícuotas de muestra usando una pipeta estéril en
diferentes intervalos de tiempo. Se analizaron las muestras
recogidas en cada tiempo para determinar la densidad óptica, la
cuantificación microbiana (excepto a tiempo 0 y a las 2 horas) y se
dejó que reaccionaran con resazurina. La densidad óptica y la
cuantificación microbiana se realizaron usando los mismos
procedimientos que se describen en el Ejemplo 2. En la prueba de
reacción con resazurina, las muestras añadidas fueron de 50 ppb, 500
ppb y 5000 ppb de resazurina. Se recuperaron alícuotas de muestras
de 3,5 ml después de una reacción de 1 minuto. Posteriormente se
midió la fluorescencia de la resazurina y resorufina en estas
muestras reaccionadas. La respuesta de la resazurina se evaluó de
acuerdo con la proporción de la fluorescencia entre resorufina y
resazurina. El procedimiento de las mediciones de la fluorescencia
se describe anteriormente en el Ejemplo 2.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como se indica en las Tablas 4 y 5, la
proporción de la fluorescencia entre resorufina y resazurina aumentó
al disminuir la dosis de resazurina a cada densidad de células
microbianas. Además, la dosis de la concentración de resazurina
presentaba una relación linear logarítmica con respecto a la
respuesta de la proporción de la fluorescencia en la muestra. El
cambio en la proporción también indicaba que 50 ppb de resazurina
eran más sensibles al desarrollo microbiano que 500 ppb y 5000 ppb
de resazurina. La proporción de la fluorescencia entre resorufina y
resazurina fue un orden de magnitud más sensible que la medición de
la densidad óptica.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta prueba evaluó la correlación entre la
respuesta de fluorescencia de resazurina y la biopelícula (células
sésiles) sobre una membrana de ósmosis inversa (RO). La prueba se
realizó en un sistema de células de flujo en lotes de 350 ml. El
sistema fue alimentado con medio mínimo y se inoculó con un depósito
de membrana de ósmosis inversa (RO) de campo como se describe en el
Ejemplo 2. La célula de flujo se hizo funcionar con un tiempo de
retención hidráulico de aproximadamente 14 h. Una bomba de
recirculación proporcionó el mezclado al sistema a 195 ml/min. Se
sumergieron rectángulos de membrana de RO de 7,62 cm x 2,54 cm (3
pulgadas x 1 pulgada) en la célula de flujo.
Las muestras de membrana se extrajeron
periódicamente para la cuantificación de los microbios sésiles y
para la prueba de respuesta a la resazurina. Una muestra de la
membrana se empapó en una solución de tampón de fosfato estéril
(PBS) en un tubo de ensayo de 45 ml para someterla a ultrasonidos
durante 5 minutos. Después una alícuota de la solución madre de la
muestra sometida a ultrasonidos se diluyó con PBS en ocho diluciones
seriadas de 1:10 antes de plaquear en una placa de agar de TGE. El
recuento de las placas viables representaba la densidad de células
sésiles de la membrana de RO. Se añadieron 40 ppb de resazurina
sobre la muestra de membrana sonicada en PBS durante un minuto.
Después se extrajo una alícuota de la muestra para comprobar la
fluorescencia en las mismas condiciones que se describen en el
Ejemplo 2. La proporción medida de la fluorescencia entre la
resorufina y la resazurina de la muestra de membrana sonicada
representaba la respuesta a los flóculos microbianos. Se extrajo
otra muestra de membrana y se empapó en 45 ml de PBS en un tubo de
ensayo. A la muestra se añadieron 40 ppb de resazurina durante un
minuto. Después se tomó una alícuota de la muestra para medir la
fluorescencia en las mismas condiciones que se describen en el
Ejemplo 2. La proporción de la fluorescencia asociada a esta
muestra representaba la respuesta a las biopelículas intactas sobre
la membrana de RO.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
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La Tabla 6 ilustra que la respuesta de la
resazurina aumenta al aumentar la densidad de las células sésiles
de la membrana de RO. La Tabla 7 demuestra además que la respuesta
de la resazurina es mayor en los flóculos que en las biopelículas
intactas.
Claims (19)
1. Un procedimiento de monitorización de
bioincrustaciones en un sistema de separación con membrana que
incluye una membrana capaz de separar una corriente de alimentación
en al menos una primera corriente y una segunda corriente que
comprende las etapas de:
proporcionar un agente fluorógeno;
añadir el agente fluorógeno a la corriente de
alimentación;
proporcionar un fluorómetro para detectar la
señal fluorescente del agente fluorógeno en al menos una de la
primera corriente y la segunda corriente;
hacer reaccionar el agente fluorógeno con al
menos un microorganismo del sistema de separación con membrana;
formar un agente fluorógeno reaccionado;
usar el fluorómetro para medir la señal
fluorescente de al menos uno del agente fluorógeno y del agente
fluorógeno reaccionado en al menos una de la primera corriente y la
segunda corriente; y
monitorizar las bioincrustaciones del sistema de
separación con membrana en base al cambio en la señal del agente
fluorógeno, o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de
ambas señales medidas.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir
del grupo constituido por un sistema de separación con membrana de
flujo tangencial y un sistema de separación con membrana de caudal
frontal.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir
del grupo constituido por ósmosis inversa, nanofiltración,
ultrafiltración, microfiltración, electrodiálisis,
electrodesionización, pervaporación, extracción con membrana,
destilación con membrana, limpieza con membrana, aireación con
membrana y sus combinaciones.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el sistema de separación con membrana se selecciona a partir
del grupo constituido por ósmosis inversa, nanofiltración,
ultrafiltración y microfiltración.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno se selecciona a partir del grupo
constituido por éster del ácido acético de ácido
pireno-3,6,8-trisulfónico; diacetato
de carboxifluoresceína,
\beta-D-galactopiranosida de
3-carboxiumbeliferilo;
\beta-D-glucuronida de
3-carboxiumbeliferilo; D-glucuronida
de
9H-(1,3-dicloro-9,0-dimetilacridin-2-on-7
-ilo);
9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridin-2-on-7-ilo);
\beta-D-galactopiranosida de
resorufina;
di-\beta-D-galactopiranosida
de fluoresceína;
di-\beta-D-glucuronida
de fluoresceína;
\beta-D-glucuronida de
resorufina; difosfato de fluoresceína; resazurina; resazurina, sal
sódica; fosfato de 4-metilumbeliferilo;
\beta-D-glucuronida de
4-metilumbeliferilo; fosfato de piranina;
1-fosfato del ácido
piren-3,6,8-trisulfónico; y sus
combinaciones.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno se selecciona a partir del grupo
constituido por resazurina, fosfato de
4-metilumbefliferilo, fosfato de piranina y sus
combinaciones.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno es resazurina.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación
en una cantidad de aproximadamente 5 ppt a 500 ppm.
9. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación
en una cantidad de aproximadamente 0,5 ppb a 5 ppm.
10. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el agente fluorógeno se añade a la corriente de alimentación
en una cantidad de aproximadamente 5 ppb a aproximadamente 500
ppb.
11. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que las bioincrustaciones se monitorizan determinando la
proporción entre la señal fluorescente del agente fluorógeno
reaccionado y la señal fluorescente del agente fluorógeno en al
menos una de la primera corriente y la segunda corriente.
12. El procedimiento de la reivindicación 11,
que además comprende determinar la velocidad del cambio de la
proporción entre la señal fluorescente del agente fluorógeno
reaccionado y la señal fluorescente del agente fluorógeno en al
menos una de la primera corriente y la segunda corriente para
monitorizar las bioincrustaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
13. El procedimiento de la reivindicación 1 que
además comprende la etapa de:
determinar la cantidad óptima de tratamiento de
biocontrol basándose en el cambio en la señal del agente fluorógeno,
o del agente fluorógeno reaccionado o una combinación de ambas
señales medidas; y
aplicar la cantidad óptima de tratamiento de
biocontrol al sistema de separación con membrana.
\vskip1.000000\baselineskip
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que el tratamiento de biocontrol se selecciona a partir del
grupo constituido por biocidas, agentes de biocontrol,
procedimientos de biocontrol y sus combinaciones.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que los biocidas se seleccionan a partir del grupo constituido
por biocidas oxidantes, biocidas no oxidantes y sus
combinaciones.
16. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que los agentes de biocontrol se seleccionan a partir del grupo
constituido por biodispersantes, biodetergentes, agentes
caotrópicos, tensioactivos, agentes quelantes, limpiadores
enzimáticos y sus combinaciones.
17. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que los procedimientos de biocontrol se seleccionan a partir del
grupo constituido por ultrasonidos, campos eléctricos y lavados a
contracorriente con aire.
18. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que los microorganismos se seleccionan a partir del grupo
constituido por microorganismos plantócnicos, microorganismos
sésiles y sus combinaciones.
19. El procedimiento de la reivindicación 1 que
además comprende la adición de un marcador fluorescente inerte a la
corriente de alimentación para monitorizar las bioincrustaciones en
el sistema de separación con membrana en base al cambio en la señal
del agente fluorógeno o del agente fluorógeno reaccionado con
respecto a la señal del marcador fluorescente inerte.
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