ES2985583T3 - Sistema de filtración y método para filtrar agua - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de filtración (20) que comprende un depósito (40) lleno al menos parcialmente con agua a filtrar y al menos un módulo de filtración (30), comprendiendo el al menos un módulo de filtración (30) al menos una membrana de filtración (10) para filtrar el agua que comprende un sustrato (12) atravesado por al menos un capilar (16), y al menos un tubo de filtrado (32) para extraer agua filtrada del depósito (40), estando dispuesto el al menos un módulo de filtración (30) en el depósito (40) de tal manera que la al menos una membrana de filtración (10) está sumergida al menos parcialmente en el agua a filtrar. El al menos un módulo de filtración (30) está diseñado y dispuesto de tal manera que el agua a filtrar fluye hacia el al menos un capilar (16) y desde el al menos un capilar (16) a través del sustrato (12) hacia el tubo de filtrado (32). La invención también se refiere a un método para filtrar agua por medio de un sistema de filtración (20) según la invención, en donde el agua a filtrar es aspirada hacia el al menos un capilar (16) y desde el al menos un capilar (16) a través del sustrato (12) hacia el tubo de filtrado (32) y desde el tubo de filtrado (32) hacia fuera del tanque (40). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de filtración y método para filtrar agua
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de filtración, que comprende un tanque lleno al menos parcialmente de agua a filtrar, y al menos un módulo de filtración, donde el al menos un módulo de filtración comprende al menos una membrana de filtro para filtrar el agua, y al menos una tubería de filtrado para extraer agua filtrada del tanque, donde el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que la al menos una membrana de filtro está sumergida al menos parcialmente en el agua a filtrar. La presente invención también se refiere a un método para filtrar agua por medio de un sistema de filtración de acuerdo con la invención.
Técnica anterior
El tratamiento de aguas es una de las aplicaciones más vitales de los procesos de filtración, los cuales experimentan así un gran interés no solo debido a la escasez global de agua, particularmente en áreas propensas a las sequías y contaminadas ambientalmente, sino también debido a la necesidad continua de suministros de agua potable y para el tratamiento de aguas residuales municipales o industriales. Típicamente, el tratamiento de aguas se basa en una combinación de diferentes métodos y tecnologías, que dependen del propósito previsto del agua limpia, así como de la calidad y grado del agua contaminada o no tratada.
Convencionalmente, el tratamiento de aguas se basa en etapas de tratamiento, tales como floculación, sedimentación y filtración en múltiples medios. En los últimos años, sin embargo, han surgido tecnologías de membrana tales como microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, proporcionando procesos de filtración más eficientes y fiables. Los procesos basados en membranas, tales como la microfiltración o la ultrafiltración, eliminan la turbidez provocada por sólidos en suspensión y microorganismos tales como patógenos como bacterias, gérmenes y virus del agua no tratada. Otras ventajas significativas de los procesos basados en membranas son que se requiere considerablemente menos tratamiento químico y ningún tratamiento térmico.
Las membranas habituales para la filtración son membranas de forma plana o membranas tubulares con uno o más capilares. Típicamente, tales membranas son semipermeables y separan mecánicamente el permeado o filtrado y el retenido del agua no tratada. Por tanto, las membranas de microfiltración y de ultrafiltración permiten que pase el permeado, por ejemplo agua, y retienen partículas en suspensión o microorganismos como retenido. En este contexto, los parámetros vitales de la membrana son, entre otros, la selectividad, la resistencia al ensuciamiento y la estabilidad mecánica. La selectividad está determinada principalmente por el tamaño de poro, especificado habitualmente en términos del límite de exclusión dado por el peso molecular nominal de corte (NMWC) en Dalton (Da). El NMWC se define normalmente como el peso molecular mínimo de una molécula globular retenida por la membrana al 90%. Por ejemplo, en ultrafiltración, el tamaño de poro nominal está comprendido entre 50 nm y 5 nm y el NMWC está comprendido entre 5 kDa y 200 kDa. En nanofiltración, el tamaño de poro está comprendido entre 2 nm y 1 nm y el NMWC está comprendido entre 0,1 kDa y 5 kDa. Así, mientras que la ultrafiltración ya filtra bacterias, virus y macromoléculas, produciendo agua con calidad potable, la nanofiltración produce agua parcialmente desmineralizada. En ósmosis inversa, el tamaño de poro nominal se reduce aún más, por debajo de 1 nm, y el NMWC se reduce por debajo de 100 Da. Por tanto, la ósmosis inversa es adecuada para filtrar incluso entidades más pequeñas, tales como sales o moléculas orgánicas pequeñas. Al combinar las diferentes tecnologías de filtración, se puede obtener una amplia variedad de acciones de filtración que se pueden adaptar a un propósito específico previsto.
Las membranas están embebidas normalmente dentro de un sistema de filtración que permite alimentar el agua no tratada y descargar el permeado y el concentrado. Para este propósito, los sistemas de filtración incluyen una entrada como alimentación en bruto y salidas para descargar tanto el permeado como el concentrado. Para membranas de forma tubular, existen diferentes diseños de sistemas de filtración.
En el documento WO 2006/012920 A1 se describe un sistema de filtración para membranas tubulares. Aquí, la membrana tubular incluye múltiples capilares, que están embebidos en un sustrato poroso. El líquido a filtrar fluye desde o hacia al menos un largo canal interior de los capilares para transportar el líquido a filtrar o el líquido filtrado. La membrana tubular está dispuesta en una carcasa tubular con una entrada y salidas para descargar permeado y concentrado. En particular, el permeado se descarga a través de una abertura de salida ubicada centralmente a lo largo del eje largo de la carcasa tubular.
Se conocen sistemas de filtración que usan módulos de filtración accionados por presión. En ellos, el agua a filtrar se introduce a presión con una sobrepresión en los módulos de filtración, de tal manera que el filtrado pasa por las membranas y sale de los módulos de filtración. Además, se conocen sistemas de filtración que comprenden tanques que se llenan con agua a filtrar. En ellos, los módulos de filtración se sumergen en el agua dentro del tanque. El agua se extrae del tanque con presión negativa, es decir, con presión que es menor que la presión atmosférica, a través de las membranas de los módulos de filtración.
El documento WO 2015/124492 A1 describe un módulo de filtración para filtrar fluidos, entre otros, agua. El módulo de filtración comprende un elemento de filtración que incluye un sistema de membrana y un tubo colector de permeado.
El sistema de membrana incluye varias membranas de filtro para microfiltración, ultrafiltración o nanofiltración, donde cada membrana de filtro comprende varios capilares.
El documento WO 2017/046196 A1 describe un sistema de filtración para filtrar líquido, entre otros, agua. El sistema de filtración comprende varios módulos de filtración que están conectados a tuberías de entrada para alimentar líquido a los módulos de filtración y a una tubería de salida para descargar filtrado de los módulos de filtración.
En el documento WO 2017/162554 A1 se describe un método para fabricar membranas de filtro. En él, un material de un sustrato y un fluido de perforación se alimentan a una hilera y las membranas de filtro se conforman como cordones en forma de tubo. La hilera está diseñada de tal manera que dentro del sustrato se conforman varios orificios que se extienden en una dirección axial. Dichos orificios forman capilares de las membranas de filtro.
El documento US 2011/0114551 A1 describe un módulo de membranas de fibra hueca sumergido que incluye una carcasa cilíndrica. Haces de membranas de fibra hueca se colocan verticalmente en la carcasa cilíndrica. La carcasa cilíndrica comprende una pared periférica que está compuesta parcialmente por un componente poroso que permite que el agua entre en la carcasa cilíndrica. El agua dentro de la carcasa cilíndrica es aspirada en dirección radial hacia el interior de las membranas de fibra hueca y sale de las membranas de fibra hueca en un lado frontal. Por lo tanto, las membranas de fibra hueca se usan como membranas de fuera a adentro.
El artículo “Submerged hollow fibre ultrafiltration as seawater pre-treatment in the logic of integrated membrane desalination systems” ("Ultrafiltración sumergida de fibras huecas como pretratamiento del agua marina en la lógica de los sistemas de desalinización de membrana integrada") de Gianluca Di Profio et al., Elsevier, Desalination 269 (2011), páginas 128 a 135, describe un sistema de ensayo para la filtración de agua de mar como pretratamiento para la desalinización. En él, las fibras huecas se orientan en una disposición vertical y se sumergen en un tanque que contiene agua de mar. La filtración se lleva a cabo en modo de fuera a adentro.
El documento WO 2015/124600 A1 describe un aparato de filtración para filtrar fluidos que comprende un compartimento superior, un compartimento de filtración y un compartimento inferior, donde el compartimento de filtración comprende una pluralidad de elementos de filtración dispuestos en paralelo.
La ficha de datos de Suez, "Water Technologies & Solutions fact sheet Zeeweed ZW 700B", (20170923), XP055502256 descargada de:
https://www.suezwatertechnologies.com/kcpguest/salesedge/documents/Fact%20Sheets Cust/Americas/English/ FSufZW700B-8060BevHoriz EN.pdf, (20180827) describe una membrana de ultrafiltración con una orientación de flujo de dentro hacia fuera.
El documento US2017/0209834 A1 describe un aparato que incluye un dispositivo de filtración que incluye un módulo de filtración para generar un filtrado a partir de una corriente de entrada.
El documento WO 2009/008463 A1 describe un aparato de separación de membrana que comprende una pluralidad de módulos de membrana de tipo de inmersión sumergidos en un tanque de tratamiento y una tubería de agua filtrada que se extiende desde un orificio de extracción de agua filtrada en el módulo de membrana.
Es un objeto de la invención proporcionar un sistema de filtración para agua con módulos de filtración que están sumergidos en el agua dentro de un tanque, que sea fácil de construir y de mantener y que tenga un gran caudal de agua filtrada.
Compendio de la invención
Este objeto se logra de acuerdo con la presente invención mediante un sistema de filtración de acuerdo con la reivindicación 1.
El sustrato de la membrana de filtro es poroso y semipermeable y separa mecánicamente el filtrado y el retenido. Por tanto, el sustrato de la membrana de filtro permite que pase el permeado, por ejemplo agua pura, y retiene partículas en suspensión o microorganismos como retenido. El sustrato de la membrana de filtro se puede fabricar de al menos un polímero, en particular al menos un polímero termoplástico soluble. El al menos un polímero puede seleccionarse de polisulfona (PSU), polietersulfona (PESU), polifenilensulfona (PPSU), cloruro de polivinilideno (PVDC), fluoruro de polivinilideno (PVDF), cloruro de polivinilo (PVC), poliacrilonitrilo (PAN), polifenilensulfona, poliariléter, polibenzimidazol (PBI), polieterimida (PEI), óxido de polifenileno (PPO), poliimida (PI), polietercetona (PEK), polieteretercetona (PEEK), acetato de celulosa y copolímeros compuestos de al menos dos unidades monoméricas de dichos polímeros. Preferiblemente, el al menos un polímero se selecciona de polietersulfona (PESU), polisulfona (PSU), cloruro de polivinilideno (PVDC), fluoruro de polivinilideno (PVDF), acetato de celulosa, poliacrilonitrilo (PAN) y copolímeros compuestos de al menos dos unidades monoméricas de dicho polímero. El polímero también se puede seleccionar de polímeros sulfonados seleccionados del grupo que consiste en poliariléter, polietersulfona (PESU), polisulfona (PSU), poliacrilonitrilo (PAN), polibencimidazol (PBI), polieterimida (PEI); óxido de polifenileno (PPO), fluoruro de polivinilideno (PVDF), poliimida (PI), polietercetona (PEK), polieteretercetona (PEEK), polifenilensulfona y copolímeros compuestos de al menos dos unidades monoméricas de dichos polímeros.
De acuerdo con la invención, el al menos un módulo de filtración está diseñado y dispuesto dentro del tanque de tal manera que el agua a filtrar fluye al interior del al menos un capilar de la al menos una membrana de filtro y desde el al menos un capilar a través del sustrato de la al menos una membrana de filtro al interior de la tubería de filtrado del al menos un módulo de filtración. El al menos un capilar forma una superficie interior dentro del sustrato. El sustrato tiene una superficie exterior que está dirigida hacia fuera y que rodea el sustrato. Por lo tanto, el agua a filtrar entra en el sustrato a través de dicha superficie interior, pasa a través del sustrato y el agua sale del sustrato a través de dicha superficie exterior.
El sistema de filtración de acuerdo con la invención tiene una gran densidad de empaquetamiento. Eso significa que, en comparación con otros sistemas de filtro, se pueden disponer más módulos de filtro dentro de la misma área en el tanque. Por lo tanto, se amplía el área de membrana de todo el sistema de filtración y se incrementa el caudal de agua filtrada.
Además, se puede realizar una operación de lavado a contracorriente para limpiar la al menos una membrana de filtro. El líquido del lavado a contracorriente puede extraerse del tanque, por ejemplo, por medio de una bomba de drenaje. También se puede realizar un drenaje capilar bombeando el agua desde el tanque. También se puede realizar lavado a contracorriente mejorado químico.
Preferiblemente, la al menos una membrana de filtro comprende varios capilares que penetran en el sustrato. En este caso, los varios capilares están separados entre sí por partes del sustrato. En particular, la membrana de filtro comprende siete capilares que están dispuestos unos junto a otros y que están rodeados por el sustrato. Cada capilar forma una superficie interior. Por lo tanto, un área activa del filtro definida como una suma de las áreas de las superficies interiores de todos los capilares dentro del sustrato es mayor que un área de salida definida como el área de la superficie exterior que rodea el sustrato.
La al menos una membrana de filtro del al menos un módulo de filtración tiene una forma cilíndrica, en particular una forma cilíndrica circular, que se extiende en una dirección axial. En este caso, el al menos un capilar también se extiende en la dirección axial. Preferiblemente, el al menos un capilar también tiene una forma cilíndrica, en particular una forma cilíndrica circular. Como se ha mencionado anteriormente, preferiblemente, la al menos una membrana de filtro comprende varios capilares que se extienden paralelos entre sí. En este caso, la longitud de los módulos de filtración se puede adaptar fácilmente a las dimensiones del tanque existente utilizando membranas de filtro que tienen extensión apropiada en dirección axial.
La al menos una tubería de filtrado del al menos un módulo de filtración se extiende en la dirección axial paralela a la al menos una membrana de filtro. En este caso, la al menos una tubería de filtrado es penetrada por aberturas que se extienden en una dirección radial de tal manera que el agua fluye desde la al menos una membrana de filtro a través de dichas aberturas al interior de la al menos una tubería de filtrado. Preferiblemente, la al menos una tubería de filtrado tiene una forma cilíndrica hueca que define un espacio hueco en su interior a través del cual se puede extraer el agua filtrada.
El al menos un módulo de filtración comprende una envuelta que se extiende en la dirección axial y que rodea la al menos una membrana de filtro y la al menos una tubería de filtrado en dirección circunferencial. En este caso, la envuelta se fabrica de un material que no es poroso y, por lo tanto, la envuelta no es permeable al agua. En particular, la envuelta también tiene una forma cilíndrica hueca que define un espacio hueco en su interior.
El al menos un módulo de filtración comprende al menos un elemento de sellado dispuesto dentro de la envuelta en una región cercana a un lado frontal de la al menos una membrana de filtro. En este caso, el elemento de sellado rodea la al menos una membrana de filtro y la al menos una tubería de filtrado en dirección circunferencial. El elemento de sellado se fabrica de un material que tampoco es permeable al agua, por ejemplo, una resina. Por lo tanto, el elemento de sellado impide que el agua fluya en la dirección axial, además de la al menos una membrana de filtro, al interior del espacio hueco de la envuelta del módulo de filtración.
Preferiblemente, el al menos un módulo de filtración comprende un elemento de sellado de este tipo en las dos regiones cercanas a los lados frontales de la al menos una membrana de filtro. Dichas dos regiones están dispuestas en extremos opuestos en dirección axial. Por lo tanto, el espacio hueco dentro de la envuelta está limitado por dichos dos elementos de sellado en dirección axial.
En este caso, al menos un lado frontal de la al menos una membrana de filtro está libre del elemento de sellado de tal manera que el agua puede entrar en el al menos un capilar de la al menos una membrana de filtro en la dirección axial. Por tanto, el agua solo puede entrar en el espacio hueco dentro de la envuelta del módulo de filtro entrando en el al menos un capilar y pasando a través del sustrato. Preferiblemente, ambos lados frontales de la al menos una membrana de filtro están libres del elemento de sellado de tal manera que el agua puede entrar en el al menos un capilar de la al menos una membrana de filtro en la dirección axial desde ambos lados.
El al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que el al menos un lado frontal de la al menos una membrana de filtro que está libre del elemento de sellado está en contacto con el agua. Eso significa que al menos dicho lado frontal de la al menos una membrana de filtro que está libre del elemento de sellado está sumergido en el agua. Preferiblemente, el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que ambos lados frontales de la al menos una membrana de filtro que están libres del elemento de sellado están en contacto con el agua.
De acuerdo con una realización ventajosa de la invención, el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que la dirección axial se extiende verticalmente.
En este caso, el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que la al menos una tubería de filtrado se extiende fuera del agua.
De acuerdo con otra realización ventajosa de la invención, el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que la dirección axial se extiende horizontalmente.
De acuerdo con una realización preferida de la invención, el al menos un módulo de filtración está dispuesto en el tanque de tal manera que la al menos una membrana de filtro está sumergida completamente en el agua. En este caso, el al menos un módulo de filtración está fijado de tal manera que se impide el movimiento dentro del tanque.
En el sistema de filtración se proporcionan varios módulos de filtración, estando conectadas las tuberías de filtrado de varios módulos de filtración a al menos una tubería colectora. En este caso, la tubería colectora es la única conexión entre los varios módulos de filtración. Por lo tanto, cuando se instala el sistema de filtración, los módulos de filtración pueden elevarse por separado para introducirlos en el tanque. Cuando todos los módulos de filtración están colocados en su sitio, los módulos de filtración se conectan a la tubería colectora común que puede estar dispuesta fuera del agua. Además, en caso de mantenimiento, sólo tiene que retirarse la tubería colectora y los módulos de filtración individuales pueden elevarse por separado para sacarlos del tanque.
Se proporciona una bomba de aspiración para aspirar agua del tanque a través de la tubería de filtrado del al menos un módulo de filtración. La bomba de aspiración está conectada a la al menos una tubería de filtrado del al menos un módulo de filtración o a la tubería colectora. La bomba de aspiración genera presión negativa, es decir, presión que es menor que la presión atmosférica, para aspirar agua del tanque a través de la al menos una tubería de filtrado y a través de la al menos una membrana de filtro.
Se pueden realizar pruebas de integridad presurizando el lado del filtrado de los módulos de filtración. Alternativamente, se puede hacer un vacío en el lado del filtrado de los módulos de filtración por medio de la bomba de aspiración. En este caso, no es necesario ningún equipo adicional para las pruebas de integridad. Además, la limpieza de las membranas de filtro puede realizarse llenando el tanque con agente de limpieza y aspirando el agente de limpieza a través de las membranas de filtro por medio de la bomba de aspiración. El agente de limpieza puede enviarse de vuelta al tanque.
Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método para filtrar agua con un gran caudal de agua filtrada donde el agua filtrada tenga gran calidad.
Este objeto de la invención se consigue mediante un método para filtrar agua por medio de un sistema de filtración de acuerdo con la invención. En él, el agua a filtrar se aspira al interior del al menos un capilar de la al menos una membrana de filtro, y desde el al menos un capilar a través del sustrato de la al menos una membrana de filtro al interior de la tubería de filtrado, y desde la tubería de filtrado del al menos un módulo de filtración al exterior del tanque.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de las realizaciones de la invención mencionadas anteriormente, así como de realizaciones adicionales de la misma, se hace referencia a la descripción de las realizaciones proporcionada a continuación en conjunto con los dibujos adjuntos que muestran:
Figura 1 una vista desde arriba proporcionada esquemáticamente en una membrana de filtro;
Figura 2 una vista en sección transversal proporcionada esquemáticamente en un módulo de filtración;
Figura 3 una vista semitransparente en perspectiva proporcionada esquemáticamente en un sistema de filtración de acuerdo con una primera realización; y
Figura 4 una vista semitransparente en perspectiva proporcionada esquemáticamente en un sistema de filtración de acuerdo con una segunda realización.
A continuación, se describirán realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos. Los dibujos solo proporcionan vistas esquemáticas de la invención. Números de referencia similares se refieren a partes, unidades o componentes correspondientes en todas las figuras a menos que se indique lo contrario.
Descripción de las realizaciones
La Figura 1 muestra una vista desde arriba proporcionada esquemáticamente en una membrana de filtro 10. La membrana de filtro 10 tiene una forma cilíndrica, en particular una forma cilíndrica circular, que se extiende en una dirección axial x. Un lado frontal 15 de la membrana de filtro 10 se extiende perpendicular a dicha dirección axial x. La membrana de filtro 10 comprende un sustrato 12 que es poroso y semipermeable. Por tanto, el sustrato 12 permite que pase el permeado, por ejemplo agua pura, y retiene partículas en suspensión o microorganismos como retenido. El sustrato 12 se puede fabricar de un polímero, en particular un polímero termoplástico soluble.
La membrana de filtro 10 comprende varios capilares 16 que penetran en el sustrato 12. En esta realización, la membrana de filtro 10 comprende siete capilares 16 que están dispuestos unos junto a otros y que están rodeados por el sustrato 12. En este caso, uno de los capilares 16 está dispuesto en el centro de la membrana de filtro 10 y los otros seis capilares 16 forman un hexágono regular. Los siete capilares 16 están separados entre sí por partes del sustrato 12. Los capilares 16 se extienden paralelos entre sí en la dirección axial x. En este caso, los capilares 16 también tienen una forma cilíndrica, en particular una forma cilíndrica circular.
Cada uno de los capilares 16 forma una superficie interior 13 dentro del sustrato 12. Dichas superficies interiores 13 están dirigidas hacia los centros de los capilares 16. El sustrato 12 forma una superficie exterior 17 que rodea el sustrato 12 que está dirigida hacia el exterior en una dirección radial. El agua a filtrar entra en el sustrato 12 a través de dicha superficie interior 13 de los capilares 16, pasa a través del sustrato 12, y el agua sale del sustrato 12 a través de dicha superficie exterior 17. Una suma de las áreas de las superficies interiores 13 de todos los capilares 16 dentro del sustrato 12 es mayor que un área de la superficie exterior 17.
La Figura 2 muestra una vista en sección transversal proporcionada esquemáticamente en un módulo de filtración 30 que se extiende sustancialmente en la dirección axial x. El módulo de filtración 30 comprende una envuelta 34 que se fabrica de un material que no es poroso y que no es permeable al agua. Por ejemplo, la envuelta 34 se fabrica de cloruro de polivinilo (PVC). La envuelta 34 tiene una forma cilíndrica hueca que se extiende en la dirección axial x y que define un espacio hueco en su interior.
El módulo de filtración 30 comprende además varias membranas de filtro 10 como la mostrada en la Figura 1 y una tubería de filtrado 32. Las membranas de filtro 10 y la tubería de filtrado 32 están dispuestas de tal manera que la envuelta 34 rodea las membranas de filtro 10 y la tubería de filtrado 32 en dirección circunferencial. En este caso, la tubería de filtrado 32 está dispuesta en un área central de la envuelta 34, y las membranas de filtro 10 rodean la tubería de filtrado 32. Pero también son posibles disposiciones diferentes de la tubería de filtrado 32 y las membranas de filtro 10.
Como ya se ha mencionado, las membranas de filtro 10 tienen una forma cilíndrica y se extienden en la dirección axial x. Ambos lados frontales 15 de las membranas de filtro 10 se alinean con los extremos frontales de la envuelta 34 en dirección axial. La tubería de filtrado 32 tiene una forma cilíndrica hueca que define un espacio hueco en su interior. La tubería de filtrado 32 también se extiende en la dirección axial x. Por tanto, la tubería de filtrado 32 se extiende paralela a las membranas de filtro 10. Un extremo frontal de la tubería de filtrado 32 se alinea con un extremo frontal de la envuelta 34 en la dirección axial x. El otro extremo frontal de la tubería de filtrado 32 sobrepasa la envuelta 34 en la dirección axial x.
El módulo de filtración 30 comprende elementos de sellado 36 que están dispuestos dentro de la envuelta 34 en las dos regiones cercanas a los lados frontales 15 de las membranas de filtro 10. Dichas dos regiones están dispuestas en extremos opuestos de la envuelta 34 en la dirección axial x. Cada uno de los elementos de sellado 36 rodea una las membranas de filtro 10 y la tubería de filtrado 32 en dirección circunferencial. Los elementos de sellado 36 se fabrican de un material que no es permeable al agua, por ejemplo, una resina. Por lo tanto, el espacio hueco dentro de la envuelta 34 está limitado por dichos dos elementos de sellado 36 en la dirección axial x.
El extremo frontal de la tubería de filtrado 32 que se alinea con el extremo frontal de la envuelta 34 en la dirección axial x también se cierra por medio del elemento de sellado 36. Dentro de una zona que está ubicada dentro de la envuelta 34 y en la dirección axial x entre los elementos de sellado 36, la tubería de filtrado 32 es penetrada por aberturas 38 que se extienden en una dirección radial. Por lo tanto, el agua que está ubicada en el espacio hueco dentro de la envuelta 34 puede fluir a través de dichas aberturas 38 al interior del espacio hueco dentro de la tubería de filtrado 32.
Los lados frontales 15 de las membranas de filtro 10 están libres de los elementos de sellado 36. Por lo tanto, el agua a filtrar puede entrar en los capilares 16 de las membranas de filtro 10 en los lados frontales 15 en la dirección axial x. El agua a filtrar fluye a continuación desde los capilares 16 a través de los sustratos 12 de las membranas de filtro 10 al interior del espacio hueco dentro de la envuelta 34. El agua también fluye desde el espacio hueco dentro de la envuelta 34 a través de las aberturas 38 al interior del espacio hueco dentro de la tubería de filtrado 32. El agua filtrada puede extraerse de la tubería de filtrado 32, por ejemplo, por medio de una bomba de aspiración.
Los elementos de sellado 36 impiden que el agua fluya en la dirección axial x, además de las membranas de filtro 10, al interior del espacio hueco de la envuelta 34 del módulo de filtración 30. De este modo, el agua solo puede entrar en el espacio hueco dentro de la envuelta 34 entrando en los capilares 16 de las membranas de filtro 10 y pasando a través de los sustratos 12. Por lo tanto, solo el agua que ha sido filtrada por las membranas de filtro 10 puede entrar en el espacio hueco dentro de la tubería de filtrado 32 y puede extraerse de la tubería de filtrado 32.
La Figura 3 muestra una vista semitransparente en perspectiva proporcionada esquemáticamente en un sistema de filtración 20 de acuerdo con una primera realización. El sistema de filtración 20 comprende un tanque 40 que se llena con agua a filtrar hasta un nivel de agua 50. El sistema de filtración 20 comprende además varios módulos de filtración 30 como el mostrado en la Figura 2. Cada uno de los módulos de filtración 30 comprende varias membranas de filtración 10 para filtrar el agua y una tubería de filtrado 32 para extraer el agua filtrada del tanque 40.
Los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que las membranas de filtro 10 están sumergidas completamente en el agua. Por lo tanto, los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que los lados frontales 15 de todas las membranas de filtro 10 están ubicados por debajo del nivel de agua 50. Por lo tanto, los lados frontales 15 de las membranas de filtro 10 están en contacto con el agua.
En esta primera realización, los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que la dirección axial x se extiende verticalmente. Los módulos de filtración 30 están dispuestos dentro de una línea. En este caso, las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30 se extienden por encima del nivel de agua 50 saliendo del agua.
Los módulos de filtración 30 están fijados en el tanque 40 de tal manera que se impide el movimiento dentro del tanque 40.
Las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30 están conectadas a una tubería colectora 42 a través de tubos de conexión 44. La tubería colectora 42 tiene una forma tubular y se extiende horizontalmente. Por lo tanto, la tubería colectora 42 se extiende perpendicular a las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30. En este caso, la tubería colectora 42 está dispuesta por encima del nivel de agua 50 y, por lo tanto, fuera del agua. La tubería colectora 42 es la única conexión entre los varios módulos de filtración 30 que están dispuestos en una línea.
Para la extracción de agua filtrada del tanque 40 se proporciona una bomba de aspiración que no se muestra aquí. La bomba de aspiración está conectada a la tubería colectora 42. La bomba de aspiración genera presión negativa, es decir, presión que es menor que la presión atmosférica, con el fin de aspirar agua a través de la tubería colectora 42, a través de las tuberías de filtrado 32 y a través de las membranas de filtro 10 fuera del tanque 40.
La Figura 4 muestra una vista semitransparente en perspectiva proporcionada esquemáticamente en un sistema de filtración 20 de acuerdo con una segunda realización. El sistema de filtración 20 comprende un tanque 40 que se llena con agua a filtrar hasta un nivel de agua 50. El sistema de filtración 20 comprende además varios módulos de filtración 30 como el mostrado en la Figura 2. Cada uno de los módulos de filtración 30 comprende varias membranas de filtración 10 para filtrar el agua y una tubería de filtrado 32 para extraer el agua filtrada del tanque 40.
Los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que las membranas de filtro 10 están sumergidas completamente en el agua. Los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que los lados frontales 15 de todas las membranas de filtro 10 están ubicados por debajo del nivel de agua 50. Por tanto, los lados frontales 15 de las membranas de filtro 10 están en contacto con el agua.
En esta segunda realización, los módulos de filtración 30 están dispuestos en el tanque 40 de tal manera que la dirección axial x se extiende verticalmente. Los módulos de filtración 30 están dispuestos dentro de varias líneas que se extienden paralelas entre sí. En este caso, las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30 se extienden por encima del nivel de agua 50 fuera del agua. Los módulos de filtración 30 están fijados en el tanque 40 de tal manera que se impide el movimiento dentro del tanque 40.
Las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30 que están dispuestas dentro de la misma línea están conectadas a una tubería colectora 42 a través de tuberías de conexión 44. Cada tubería colectora 42 comprende varios segmentos que están conectados entre sí mediante casquillos. Cada uno de los segmentos de la tubería colectora 42 tiene una forma tubular y se extiende horizontalmente. Por lo tanto, la tubería colectora 42 se extiende perpendicular a las tuberías de filtrado 32 de los módulos de filtración 30. En este caso, la tubería colectora 42 está dispuesta por encima del nivel de agua 50 y, por lo tanto, fuera del agua. Los segmentos de la tubería colectora 42 son la única conexión entre los varios módulos de filtración 30 que están dispuestos en una línea.
Como los módulos de filtración 30 están dispuestos dentro de varias líneas que se extienden paralelas entre sí, el sistema de filtración 20 también comprende varias tuberías colectoras 42 que se extienden paralelas entre sí. En este caso, cada una de las varias tuberías colectoras 42 comprende varios segmentos que están conectados entre sí mediante casquillos. Las varias tuberías colectoras 42 están conectadas a un recipiente de recogida 46. El recipiente de recogida 46 tiene una forma tubular y se extiende en una dirección perpendicular a las tuberías colectoras 42. El recipiente de recogida 46 también se extiende en una dirección perpendicular a las tuberías de filtrado 32. Un diámetro del recipiente de recogida 46 es mayor que un diámetro de las tuberías colectoras 42.
Para la extracción de agua filtrada del tanque 40 se proporciona una bomba de aspiración que no se muestra aquí. En esta segunda realización, la bomba de aspiración está conectada al recipiente de recogida 46. La bomba de aspiración genera presión negativa, es decir, presión que es menor que la presión atmosférica, para aspirar agua a través del recipiente de recogida 46, a través de la tubería colectora 42, a través de las tuberías de filtrado 32 y a través de las membranas de filtro 10 fuera del tanque 40.
Lista de números de referencia
10 membrana de filtro
12 sustrato
13 superficie interior
15 lado frontal
16 capilar
17 superficie exterior
20 sistema de filtración
30 módulo de filtración
32 tubería de filtrado
34 envuelta
36 elemento de sellado
38 abertura
40 tanque
42 tubería colectora
44 tubo de conexión
46 recipiente de recogida
50 nivel de agua
x dirección axial
Claims (7)
1. Sistema de filtración (20), que comprende
un tanque (40) lleno al menos parcialmente de agua a filtrar, y
al menos un módulo de filtración (30),
comprendiendo el al menos un módulo de filtración (30)
al menos una membrana de filtro (10) para filtrar el agua que comprende un sustrato (12) que es penetrado por al menos un capilar (16), y
al menos una tubería de filtrado (32) para extraer el agua filtrada del tanque (40),
donde el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que la al menos una membrana de filtro (10) está sumergida al menos parcialmente en el agua a filtrar,
donde:
- la al menos una tubería de filtrado (32) se extiende en la dirección axial (x) paralela a la al menos una membrana de filtro (10), donde la al menos una tubería de filtrado (32) es penetrada por aberturas (38) que se extienden en una dirección radial de tal manera que el agua fluye desde la al menos una membrana de filtro (10) a través de las aberturas (38) al interior de la al menos una tubería de filtrado (32),
- el al menos un módulo de filtración (30) está diseñado y dispuesto de tal manera que el agua a filtrar fluye al interior del al menos un capilar (16) y desde el al menos un capilar (16) a través del sustrato (12) al interior de la tubería de filtrado (32),
- la al menos una membrana de filtro (10) tiene una forma cilíndrica que se extiende en una dirección axial (x), extendiéndose también el al menos un capilar (16) en la dirección axial (x),
- el al menos un módulo de filtración (30) comprende una envuelta (34) que se extiende en la dirección axial (x) y que rodea la al menos una membrana de filtro (10) y la al menos una tubería de filtrado (32) en dirección circunferencial,
- el al menos un módulo de filtración (30) comprende al menos un elemento de sellado (36) dispuesto dentro de la envuelta (34) en una región cercana a un lado frontal (15) de la al menos una membrana de filtro (10), que rodea la al menos una membrana de filtro (10) y la al menos una tubería de filtrado (32) en dirección circunferencial,
- al menos un lado frontal (15) de la al menos una membrana de filtro (10) está libre del elemento de sellado (36) de tal manera que el agua puede entrar en el al menos un capilar (16) en la dirección axial (x), - el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que el al menos un lado frontal (15) de la al menos una membrana de filtro (10) que está libre del elemento de sellado (36) está en contacto con el agua y
se proporciona una bomba de aspiración para extraer agua del tanque (40) a través de la tubería de filtrado (32) del al menos un módulo de filtración (30),
- se proporcionan varios módulos de filtración (30), donde las tuberías de filtrado (32) de varios módulos de filtración (30) están conectadas a al menos una tubería colectora (42), donde la tubería colectora es la única conexión entre los varios módulos de filtración,
- la bomba de aspiración está conectada a la tubería colectora, la bomba de aspiración genera presión negativa, que es menor que la presión atmosférica, para aspirar agua a través de la al menos una tubería de filtrado y a través de la al menos una membrana de filtro fuera del tanque.
2. Sistema de filtración (20) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que
la al menos una membrana de filtro (10) comprende varios capilares (16) que penetran en el sustrato (12), donde los varios capilares (16) están separados entre sí por partes del sustrato (12).
3. Sistema de filtración (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que
el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que la dirección axial (x) se extiende verticalmente.
4. Sistema de filtración (20) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que
el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que
la al menos una tubería de filtrado (32) se extiende fuera del agua.
5. Sistema de filtración (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que
el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que
la dirección axial (x) se extiende horizontalmente.
6. Sistema de filtración (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el al menos un módulo de filtración (30) está dispuesto en el tanque (40) de tal manera que
la al menos una membrana de filtro (10) está sumergida completamente en el agua.
7. Método para filtrar agua
por medio de un sistema de filtración (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
donde el agua a filtrar es aspirada al interior de al menos un capilar (16) y
desde el al menos un capilar (16) a través del sustrato (12) al interior de la tubería de filtrado (32) y desde la tubería de filtrado (32) fuera del tanque (40).
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