ES2925061T3 - Método para prevenir el crecimiento microbiano en la membrana de filtración - Google Patents

Método para prevenir el crecimiento microbiano en la membrana de filtración Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para prevenir el crecimiento microbiano en una membrana de filtración durante el proceso de desalinización. El método comprende que la membrana se expone a una baja concentración de ácido perfórmico mediante la introducción continua o intermitente de ácido perfórmico en la superficie de la membrana. Cuando se añade ácido perfórmico según la presente invención al flujo de agua, no hay una reducción significativa en el flujo de agua a través de la membrana. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para prevenir el crecimiento microbiano en la membrana de filtración
La invención se refiere a un método para prevenir el crecimiento microbiano en membranas de filtración y bioincrustaciones de membranas durante el proceso de desalinización de agua de mar o agua salobre. El crecimiento microbiano en las membranas de filtración y la contaminación biológica de las membranas se evita introduciendo una pequeña cantidad de ácido perfórmico en la superficie de la membrana. Al introducir una pequeña cantidad de ácido perfórmico en la superficie de la membrana, no se produce una reducción significativa del flujo.
La salinidad del agua de mar es de unos 30 - 50 g/l y la del agua salobre de 0,5 - 30 g/l. Para que el agua salina sea útil para el consumo humano o el riego, el agua debe ser desalinizada. La desalinización se refiere a varios procesos que eliminan al menos una cierta cantidad de sal y otros minerales del agua salada.
En desalinización se pueden aplicar varias tecnologías. Las tecnologías comúnmente aplicadas usan membranas y aplican ósmosis inversa. Las membranas pueden ser diferentes tipos de membranas de filtración, tales como membranas de ósmosis inversa o membranas de ultrafiltración. Una desventaja en el uso de membranas es que durante el funcionamiento, las membranas se ensucian gradualmente.
De acuerdo con la práctica actual, el sistema de desalinización usa biocidas oxidantes o no oxidantes como desinfectantes de acción rápida en el flujo de agua salina antes de la membrana para evitar el ensuciamiento de la membrana. Los agentes oxidantes típicos son compuestos clorados. Dichos oxidantes deben tener un efecto biosídico muy fuerte, ya que incluso un microbio vivo que llegue a la membrana puede causar la formación de biopelículas. Una desventaja de este sistema es que los biocidas oxidantes pueden dañar la membrana cuando entran en contacto con la superficie de la membrana. Se espera que ocurra daño a la membrana en particular, si la membrana se expone continuamente a un oxidante. Para evitar el daño de la membrana, generalmente se añaden reductores para neutralizar los biocidas oxidantes antes de que lleguen a la membrana.
El uso de oxidantes para la limpieza de membranas ha sido sugerido en algunas publicaciones de la técnica anterior. Por ejemplo, el documento JP2000117069 describe un procedimiento de limpieza intermitente en donde se incorpora un germicida oxidante que contiene ácido peracético, peróxido de hidrógeno y ácido acético al agua de retrolavado del módulo de membrana del filtro, y el retrolavado se realiza periódicamente durante 0,5 a 2 minutos cada 0,3 a 2 horas. Las membranas pueden tolerar este tipo de exposición a corto plazo que no es continua.
También el documento US 2007/0056904A1 describe un método de limpieza que utiliza peróxidos orgánicos o inorgánicos solubles en agua, p. ej., perácidos. La publicación sugiere la dosificación continua o intermitente de oxidantes al influjo, o una combinación de estas técnicas. La dosificación continua de oxidantes significa que los oxidantes se añaden continuamente durante un cierto período de tiempo corto, por ejemplo, 400 o 1500 segundos, como se describe en los ejemplos del documento US 2007/0056904A1. La publicación sugiere que preferiblemente se dosifiquen uno o más reductores (p. ej., bisulfito) en la entrada de agua para mejorar el rendimiento del compuesto de peróxido. Cabe señalar que el uso de bisulfito u otros reductores va en contra de las mejores prácticas en los procesos de desalinización.
Los documentos WO 2005/005028 A1 y JP 2005 154551 A describen el tratamiento de membranas con ácido perfórmico para controlar la bioincrustación o para la esterilización.
El documento WO 97/19594 A1 describe ácido perfórmico para esterilizar filtros de membrana, p. ej., para dispositivos médicos.
Aunque se han usado varios agentes que previenen el crecimiento microbiano, tales como oxidantes, para la limpieza de membranas, todavía existe la necesidad de un método mejorado para prevenir el crecimiento microbiano y la formación de biopelículas en las membranas.
Compendio
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método mejorado para la prevención del crecimiento microbiano en las membranas y la contaminación biológica de las membranas. En particular, es un objeto de la invención proporcionar un método que no dañe las membranas y que mantenga continuamente las membranas libres de crecimiento microbiano y bioincrustaciones.
En la presente invención se ha encontrado sorprendentemente que cuando se introduce una pequeña cantidad de ácido perfórmico en la superficie de la membrana de forma continua o intermitente, no hay una reducción significativa en el flujo o en el rechazo de sal.
Los inventores han descubierto que las cantidades efectivas en la desinfección son pequeñas en el caso de usar ácido perfórmico y que, sorprendentemente, se puede dejar que el biocida oxidante del ácido perfórmico (PFA) fluya y entre en contacto con la membrana de manera continua o intermitente durante la operación. de la membrana Este hallazgo proporciona beneficios significativos sobre la técnica anterior en la que se utilizan biocidas oxidantes como desinfectantes.
Por lo tanto, la presente invención proporciona un método para la prevención del crecimiento microbiano en la membrana de filtración y la contaminación biológica de las membranas durante el proceso de desalinización de agua de mar o agua salobre.
El método comprende que la membrana se expone a PFA mediante la introducción continua o intermitente de PFA en la superficie de la membrana, evitando así la adherencia de microorganismos a la superficie de la membrana y el inicio del crecimiento microbiano.
Cuando el crecimiento de microorganismos y la formación de biopelículas en las plantas de desalinización se controlan mediante la adición continua o intermitente de ácido perfórmico con fines de desinfección al agua que entra en contacto con las membranas, no es necesario neutralizar el oxidante con un reductor antes de que llegue a las membranas.
Más específicamente, el método según la presente invención se caracteriza por lo que se establece en la parte caracterizadora de la reivindicación 1 y el uso según la presente invención se caracteriza por lo que se establece en la parte caracterizadora de la reivindicación 6.
La presente invención tiene beneficios significativos sobre la técnica anterior. En primer lugar, el reductor que hoy en día se usa prácticamente siempre para neutralizar el oxidante no se necesita en absoluto. Esto simplifica el proceso y reduce la cantidad de diferentes productos químicos necesarios.
El segundo beneficio logrado es que el agente activo, PFA, llega realmente a la superficie de la membrana y controla el crecimiento del biofilm en el lugar donde las bacterias del biofilm intentan adherirse e iniciar la formación del biofilm. Este es un beneficio significativo en comparación con la práctica actual en la que el biocida oxidante activo nunca llega al lugar donde se espera que tenga lugar su función principal, es decir, el control de la biopelícula. Por el contrario, en la práctica actual, las personas deben confiar en la desinfección rápida realizada lejos del objetivo final y deben confiar en que la desinfección evitará la formación de biopelículas en la superficie de la membrana. La práctica actual no es tan efectiva como el control directo en el punto donde la biopelícula trata de emerger.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una comparación entre el flujo de permeado, A: control, B: con adición de PFA.
Descripción detallada del invento
Ahora se ha descubierto que se consigue un efecto excelente añadiendo ácido perfórmico de forma continua o intermitente a la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua durante el proceso de desalinización.
Por tanto, según la invención, se proporciona un método para la prevención del crecimiento microbiano en las membranas, en donde el oxidante no daña la membrana.
El agua a tratar por desalinización se refiere aquí en particular al agua salada que comprende un total de sólidos disueltos de 0,5 a 50 g/l, preferiblemente de 1 a 40 g/l.
El ácido perfórmico se puede añadir de forma continua o intermitente al flujo de agua que entra en contacto con la membrana de filtración. Es crucial que la adición se dirija sustancialmente a la misma fracción de agua, que posteriormente alcanza la membrana.
El PFA se puede añadir de forma continua o intermitente al mismo tiempo que la planta de desalinización está funcionando sin interrupción, lo cual es una ventaja significativa. “Introducción continua de ácido perfórmico en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua” significa que el ácido perfórmico se añade continuamente al agua que fluye que entra en contacto con la membrana de filtración.
Continuamente significa al menos 12 horas, en algunas realizaciones de al menos 18 horas, en algunas realizaciones de 24 horas, típicamente al menos una semana hasta, por ejemplo, 4 semanas, en algunas realizaciones hasta 8 semanas dependiendo de la duración del proceso. De hecho, la adición continua no tiene límite de tiempo superior; se interrumpe, cuando el proceso de desalinización se interrumpe por otros motivos.
Aunque no hay desventajas en la introducción continua de PFA en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua, el PFA también se puede introducir de forma intermitente.
Intermitentemente significa que puede haber interrupciones en la adición de ácido perfórmico. Por ejemplo, en algunos casos donde el potencial biológico de ensuciamiento de las membranas es solo moderado, se puede aplicar un tratamiento intermitente, es decir, durante todo el tiempo de funcionamiento del sistema de membrana de desalinización, la dosificación de PFA se puede activar y desactivar cíclicamente.
La interrupción en la adición de ácido perfórmico puede ser de 5 segundos a 4 horas, en algunas realizaciones de 5 minutos a 3 horas, en otras realizaciones de 10 minutos a 2 horas, típicamente de 15 minutos a 1 hora. La duración de la pausa en la adición de ácido perfórmico depende de qué tan alto sea el riesgo de bioincrustación que se ve afectado, por ejemplo, por la pureza del agua y la temperatura.
El número de pausas no está limitado. El número de pausas puede ser uno o más. El número de pausas depende de qué tan alto sea el riesgo de contaminación biológica. Por ejemplo, en los casos donde el potencial biológico de ensuciamiento de las membranas es bajo, el número de pausas puede ser mayor que en los casos en los que el potencial biológico de ensuciamiento de las membranas es alto.
El ácido perfórmico se introduce en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua en una cantidad tal que la concentración en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua es, según la invención, de 0,1 a 10 mg/l de PFA, en otras realizaciones de 0,2 a 5 mg/l. Según una realización preferida, se añade PFA en una cantidad tal que la concentración en el flujo de agua que entra en contacto con la superficie de la membrana es de 0,4 - 1 mg/l.
La temperatura durante el proceso puede ser de 10 a 40 °C, en algunas realizaciones de 20 a 25 °C.
El término flujo de agua se refiere aquí al caudal de agua a través de la membrana. Cuando la membrana de filtración se ensucia, el flujo disminuye. Cuando se añade ácido perfórmico según la presente invención al flujo de agua, no hay una reducción significativa en el flujo. El cambio de flujo es inferior al 15%, preferiblemente inferior al 10%, más preferiblemente inferior al 5%.
Según una realización particularmente preferida de la invención, se usa ácido perfórmico como una disolución de equilibrio. La disolución de equilibrio se puede hacer mezclando una solución de ácido fórmico con una solución de peróxido de hidrógeno y añadiendo ácido sulfúrico como catalizador.
El ácido perfórmico es capaz de matar de manera eficiente y rápida todo tipo de microorganismos formadores de biopelículas presentes en las aguas, tales como bacterias aeróbicas, bacterias anaeróbicas facultativas, bacterias reductoras de sulfato, bacterias formadoras de biopelículas, levaduras, mohos y protozoos, y prevenir su crecimiento. El PFA es capaz de matar, en particular, los microbios que nadan libremente en el agua. El efecto letal se basa en la capacidad de la PFA para alcanzar la superficie de la membrana de los microbios objetivo.
Los resultados de los experimentos mostraron claramente que no hay una reducción significativa en el flujo cuando se añade ácido perfórmico al agua durante el proceso de desalinización. Como consecuencia se reducen los costes, cuando no es necesario interrumpir el proceso de desalinización para la limpieza de la membrana de filtración. Además, las membranas funcionan de forma fiable y durante más tiempo. La invención se describirá ahora con más detalle por medio de los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1.
El flujo y el rechazo de sal de la membrana fresca se midieron antes y después del remojo. La membrana se colocó en una celda de lámina plana (Alfa Laval LabM20). Las condiciones de operación fueron, presión de alimentación 20 bar (para membrana de agua de mar 55 bar), sal (agua de mar sintética preparada según norma ASTM D1141), temperatura 25 °C. La medición del flujo se realizó durante 3 horas.
El remojo se realizó mezclando biocida con agua de mar sintética. La concentración del biocida añadido en el agua de mar sintética fue para PFA 14 y 84 mg/l como sustancia activa, para ácido peracético (PAA) 7, 18 y 35 mg/l como sustancia activa e hipoclorito de sodio 20 mg/l como sustancia activa sustancia. Se añadió PFA al agua de mar sintética como disolución de equilibrio con un contenido de PFA del 14% en peso, se añadió PAA como disolución de equilibrio con un contenido de PAA del 35% en peso e hipoclorito de sodio con una concentración del 15% en peso. El tiempo de remojo fue de 24 o 144 horas. La disolución de equilibrio de ácido perfórmico se preparó mezclando una relación en peso de 1:1 de una disolución que contenía 50% de peróxido de hidrógeno con una disolución que contenía 75% en peso de ácido fórmico, 12% en peso de ácido sulfúrico y 13% en peso de agua. Después del remojo, las membranas se colocaron nuevamente en la celda de lámina plana y se midió el rechazo de sal y el flujo en las mismas condiciones que antes del remojo.
Los datos de rechazo de fundente y sal antes y después del remojo se presentan en la Tabla 1. Puede verse que para la membrana empapada en ácido perfórmico las diferencias entre el fundente antes y después del remojo son inferiores al 15%, mientras que para otras membranas (empapadas en peracético e hipoclorito de sodio) las diferencias son superiores al 15%.
Tabla 1: Cambios en el flujo de la membrana empapada en ácido perfórmico, ácido peracético e hipoclorito.
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Los resultados de la Tabla 1 muestran que, sorprendentemente, el ácido perfórmico no dañó las membranas en comparación con los biocidas oxidantes hipoclorito de sodio o ácido peracético comúnmente utilizados.
Ejemplo 2.
El impacto de PFA en la membrana se estudió más a fondo mediante un experimento de filtración continua a escala de laboratorio. El tipo de membrana utilizada en el experimento fue membrana de agua salobre (FilmTec BW30LE). La filtración continua se ha hecho en paralelo. Desde un solo tanque de agua salobre, el agua se bombeaba a dos líneas paralelas con celdas de lámina plana que tenían una membrana de agua salobre similar. En una línea se añadió continuamente PFA a la alimentación y en otra línea (control) no se añadió PFA. Las condiciones de filtración fueron las siguientes: presión 15 bar, sal (sal marina): 2 g/l, temperatura: 20 °C, caudal: 48 l/h, velocidad de dosificación de PFA: 6,5 g/h disolución de equilibrio que tiene sustancia activa PFA concentración 14% en peso (= 19,8 ppm sustancia activa/l de agua salobre). El flujo y la conductividad del permeado y el concentrado se monitorearon y recolectaron a lo largo del tiempo (durante 30 días). La variación del flujo de permeado con el tiempo para ambos experimentos paralelos se presenta en la Fig. 1 y la Tabla 2.
Como se puede ver en la Fig. 1 B, donde se añadió PFA, los cambios en el flujo fueron pequeños, mientras que para la línea de control (sin PFA) el flujo disminuyó durante el período de prueba. Además, la membrana toleró el PFA que se puede ver en los valores de rechazo de sal en la Tabla 2.
Tabla 2. Flujo y Rechazo de sal para dos líneas de filtración paralelas.
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Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un método para la prevención del crecimiento microbiano en una membrana de filtración durante el proceso de desalinización de agua de mar o agua salobre, que consiste en exponer la membrana al ácido perfórmico mediante la introducción continua o intermitente de ácido perfórmico en el flujo de agua que entra en contacto con la superficie de la membrana, en donde la concentración del ácido perfórmico en el flujo de agua que entra en contacto con la superficie de la membrana es de 0,1 a 10 mg/l.
2. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la concentración de ácido perfórmico en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua es de 0,2 a 5 mg/lo de 0,4 a 1 mg/l.
3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde la concentración de ácido perfórmico en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua es de 0,4 a 1 mg/l.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la membrana se expone al ácido perfórmico introduciendo continuamente ácido perfórmico en la superficie de la membrana en contacto con el flujo de agua durante al menos 12 horas.
5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se usa ácido perfórmico como disolución de equilibrio, preferiblemente preparada mezclando disolución de ácido fórmico con disolución de peróxido de hidrógeno y añadiendo ácido sulfúrico como catalizador.
6. Uso de ácido perfórmico en la desalinización de agua de mar o agua salobre en contacto con la membrana de filtración durante el proceso de desalinización para la prevención del crecimiento microbiano sobre dicha membrana, que consiste en añadir ácido perfórmico al agua de mar o agua salobre en una cantidad de 0,1 a 10 mg/l, en donde la concentración de ácido perfórmico en el flujo de agua que entra en contacto con la superficie de la membrana es de 0,1 a 10 mg/l.
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