BR112017002862B1 - Métodos para filtragem de fluido, sistema, aparelho e meio de armazenamento não transitório legível por computador - Google Patents
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Abstract
Um sistema de filtração pode compreender uma bomba de pressão configurada para aplicar uma pressão no fluido escoando entre uma primeira câmara e uma segunda câmara. O sistema de filtração também pode compreender um sensor de fluxo configurado para determinar pelo menos um parâmetro associado com o fluido escoando através de uma membrana depositada entre a primeira câmara e uma segunda câmara. O sistema de filtração pode compreender um sensor de pressão configurado para determinar leituras de pressão do fluido escoando da primeira câmara para a segunda câmara. O sistema de filtração pode compreender um sistema de gerenciamento de filtração configurado para fazer com que a bomba de pressão aplique uma pressão constante no fluido escoando através da membrana por um primeiro tempo predeterminado com base na leitura de pressão. O sistema de gerenciamento de filtração pode ser configurado para fazer com que a bomba de pressão inverta o fluxo de fluido através da membrana com base no pelo menos um parâmetro por um segundo tempo predeterminado.
Description
[001] O presente pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório N.° de Série 62/036.344, depositado em 12 de agosto de 2014, intitulado "Intelligent Flux Management System for Crossflow Membrane Systems" e Pedido Provisório N.° de Série 62/145.793, depositado em 10 de abril de 2015, intitulado, "Intelligent Fluid Filtration Management System", o conteúdo de cada pedido é aqui incorporado por referência.
[002] Na prática, a filtração pode ser amplamente classificada em seis categorias de separação: sólidos-gases, sólidos-líquidos, sólidos-sólidos, líquidos- líquidos, gás-líquidos e gás-gás. Tecnologias de filtração são usadas para separar contaminantes e materiais de valor agregado em uma ampla variedade de aplicações de processo, tais como combustível automotivo e aeroespacial e filtração de ar, filtração de ar para uso doméstico e industrial, concentração e esterilização de alimentos e bebidas, isolamento e purificação de moléculas farmacêuticas, terapêutica médica, como diálise renal e oxigenação do sangue, tratamento de água potável, purificação de processos industriais, tratamento de resíduos e remediação ambiental. Por exemplo, a filtração é o método mais importante e amplamente utilizado para a purificação da água, devido à sua capacidade de filtrar completamente e continuamente as impurezas por exclusão de tamanho, adsorção preferencial, e de difusão em larga escala (Howe e G. Tchobanoglous, Water Treatment: Principles e Design, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2a ed, 2005). Quase todas as instalações municipais e industriais de tratamento de água e esgoto, a maioria das instalações de tratamento de águas subterrâneas e grandes e pequenas instalações de dessalinização empregam alguma forma de filtração para remoção de material problemático, como microorganismos, argila, sedimento, óleo e outros solutos orgânicos e inorgânicos (Crittenden, J., et al. (2012) Water Treatment: Principles e Design, MWH, Hoboken, NJ, USA).
[003] Geralmente, a filtração de fluido constitui a separação e remoção de sólidos alvo dissolvidos e em suspensão a partir da água pelas velocidades relativas de passagem através de um meio de separação. Sistemas de filtração de fluido mais comumente incorporam as seguintes tecnologias de tratamento: Filtração de meios granulares (por exemplo, areia, antracite, granada, cascas de nozes, tecidos não tecidos e outros resíduos não reativos de biomassa), filtração de meios de permuta iônica, filtração de meios adsortivos (por exemplo, carbono ativado granular ou GAC, zeólitos, polímero e argilas orgânicas), filtração de meios reativos (por exemplo, filtração oxidativa verde, filtração de bio-areia, filtração de bio-GAC), filtração por membrana de baixa pressão (por exemplo, microfiltração e ultrafiltração) e filtração por membrana de alta pressão (por exemplo, nanofiltração e osmose inversa).
[004] A maioria dos processos de filtração é limitada pela acumulação de material removido em ou dentro do meio de filtro. Por exemplo, quando uma membrana é utilizada para filtrar impurezas a partir de uma amostra de água, o fluxo diminuirá gradualmente com o tempo à medida que a membrana fica entupida ou "suja" por partículas inorgânicas, matéria orgânica e/ou micro-organismos biológicos. As incrustações de membrana resultam frequentemente em um fluxo severo ou em um declínio da produção, afetando a eficiência do processo e a qualidade da água produzida. De fato, a obstrução do filtro e a sua atenuação continuam a ser o principal desafio operacional das tecnologias de filtração devido a efeitos dramáticos na qualidade do filtrado, mantendo o rendimento da filtração alvo, a eficiência energética e os danos do filtro.
[005] A obstrução do filtro é um fenômeno inevitável que ocorre durante a filtração, mas pode ser atenuado por estratégias de manutenção de rotina antes de ser necessária a substituição completa. Especificamente, as técnicas de manutenção de fluxos podem ser definidas como processos de sistema implementados para recuperar o fluxo de filtrado removendo sujeiras reversíveis e depósitos sobre ou dentro do filtro e/ou inibindo a sua futura deposição. As estratégias comuns de manutenção incluem formas variáveis de limpeza mecânica e química, tais como filtração por retrolavagem e limpeza química in situ (por exemplo, cáusticos, oxidantes/desinfetantes, ácidos, agentes quelantes e tensoativos) (Liu, C., et al. (2006) Membrane Chemical Cleaning:From Art to Science, Pall Corporation, Port Washington, NY 11050, USA). No entanto, cada resposta de manutenção pode afetar negativamente a eficiência do processo aumentando o tempo de inatividade do sistema, consumindo o produto de filtrado banalizado, consumindo produtos químicos de limpeza dispendiosos e danificando o filtro através de métodos de limpeza severos. Atualmente, essas técnicas de manutenção de filtros são implementadas usando critérios predeterminados de concepção - frequência, intensidade e duração - e não podem se adaptar em tempo real a variações espaciais e temporais dentro de um dado processo de filtração. Portanto, há uma necessidade de técnicas de controle de processo adaptativas para operar processos com base em filtração, a fim de otimizar a resposta de manutenção e minimizar o efeito da contaminação do filtro em requisitos de energia operacional e desempenho do ciclo de vida.
[006] Um esforço considerável está associado com a resposta à remoção e substituição de filtros expirados e pode resultar em tempo de inatividade do sistema significativo e custo. O tempo de vida útil de um módulo de filtro, meio filtrante, resina de permuta iônica ou carbono ativado granular é específico do local com base em condições ambientais e qualidade da água únicas para um determinado objetivo de tratamento. Portanto, maximizar a eficiência da instalação requer a necessidade de prever a vida útil de um módulo ou módulos com base na informação diretamente associada a um desempenho específico do(s) referido(s) módulo(s) em uma dada aplicação. Estas e outras deficiências são abordadas na presente divulgação.
[007] Deve ser entendido que tanto a descrição geral acima mencionada quanto a seguinte descrição detalhada descritas são exemplificativas e explicativas apenas e não são restritivas, tal como reivindicado. São proporcionados métodos e sistemas para o gerenciamento inteligente de filtração de fluido. Os métodos e sistemas podem monitorar um ou mais parâmetros associados com uma ou mais membranas de um sistema de filtração. Uma condição de um ou mais filtros pode ser determinada com base no um ou mais parâmetros monitorados do sistema de filtração. A condição pode compreender um ou mais de um amadurecimento próximo do filtro ou estado de prontidão de filtração, uma maturação de filtro detectada ou estado de prontidão de filtração, uma violação de integridade detectada, uma perda de permeabilidade próxima, uma perda de permeabilidade detectada e combinações dos mesmos e semelhantes. Um ou mais procedimentos de manutenção podem ser realizados com base na condição determinada. O um ou mais procedimentos de manutenção compreendem um ou mais de um procedimento de limpeza de filtro, um procedimento de isolamento de filtro, um procedimento de reparo de filtro, um procedimento de substituição de filtro e um procedimento de fixação de filtro.
[008] Em um aspecto, um sistema de gerenciamento de filtração pode monitorar pelo menos na vazão de filtrado de fluido durante a operação de pressão constante e uma mudança na pressão durante a operação de transferência de filtrado constante. Um mecanismo de incrustação pode ser determinado com base em, pelo menos, uma das mudanças na vazão do filtrado e na mudança da pressão. O mecanismo de incrustação pode ser determinado executando uma análise matemática da mudança na vazão de filtrado ou na mudança na pressão de acordo com um ou mais modelos de incrustação predeterminados. O um ou mais modelos de incrustação predeterminados podem compreender um ou mais de um modelo de Hermia, um modelo de Hermia modificado e um modelo de resistência em série. Um protocolo de limpeza pode ser selecionado com base no mecanismo de incrustação determinado. O protocolo de limpeza pode compreender a seleção de um método de limpeza e de um ou mais parâmetros associados com o método de limpeza
[009] Em um aspecto, um sistema de filtração pode compreender uma bomba de pressão configurada para aplicar uma pressão no fluido que escoa entre uma primeira câmara e uma segunda câmara. O sistema de filtração também pode compreender um sensor de fluxo configurado para determinar pelo menos um parâmetro associado com o fluido que escoa através de uma membrana depositada entre a primeira câmara e uma segunda câmara. O sistema de filtração pode compreender um sensor de pressão configurado para determinar leituras de pressão do fluido que escoa da primeira câmara para a segunda câmara. Além disso, o sistema de filtração pode compreender um sistema de gerenciamento de filtração configurado para fazer com que a bomba de pressão aplique uma pressão constante no fluido que escoa através da membrana por um primeiro tempo predeterminado com base na leitura de pressão. O sistema de gerenciamento de filtração pode ser configurado ainda para fazer com que a bomba de pressão inverta o fluxo de fluido através da membrana com base no pelo menos um parâmetro por um segundo tempo predeterminado.
[010] As vantagens adicionais serão apresentadas em parte na descrição que se segue ou podem ser aprendidas pela prática. As vantagens serão realizadas e alcançadas por meio dos elementos e combinações particularmente destacados nas reivindicações anexas. Deve ser entendido que tanto a descrição geral acima mencionada quanto a seguinte descrição detalhada a seguir são exemplificativas e explicativas apenas e não são restritivas, tal como reivindicado.
[011] As figuras anexas, que são incorporadas e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram modalidades e juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios dos métodos e sistemas:
[012] a FIG. 1 mostra uma representação esquemática representativa da operação de pressão de alimentação variável de vazão constante de um processo de membrana.
[013] A FIG. 2 mostra uma representação esquemática representativa da operação de fluxo variável de pressão constante de um processo de membrana.
[014] A FIG. 3 mostra um diagrama representativo de um sistema de gerenciamento de filtração.
[015] A FIG. 4 mostra os perfis de fluxo representativos durante a filtração para frente seguida por retrolavagem.
[016] A FIG. 5 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração no modo de treino.
[017] A FIG. 6 mostra um fluxograma representativo para o sistema de gerenciamento de filtração.
[018] A FIG. 7 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração no modo de treino.
[019] A FIG. 8 mostra um fluxograma representante para a operação no modo de controle de um sistema de gerenciamento de filtração.
[020] A FIG. 9 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração em resposta a uma mudança de etapa em fluxo.
[021] A FIG. 10 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração em resposta a uma mudança de pulso em fluxo.
[022] A FIG. 11 mostra uma representação esquemática representativa da resposta de um sistema de gerenciamento de filtração para um evento de pulso de duração tp.
[023] A FIG. 12 mostra um fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração.
[024] A FIG. 13 Mostra soluções para diferentes mecanismos de incrustação e uma curva de fluxo versus tempo submetida a um teste de ajuste para determinar um mecanismo de incrustação de partículas observado específico.
[025] A FIG. 14 mostra outro fluxograma que ilustra um exemplo de método para operar um sistema de gerenciamento de filtração.
[026] A FIG. 15 mostra resultados experimentais que utilizam um sistema de gerenciamento de filtração.
[027] A FIG. 16 mostra resultados experimentais que utilizam um sistema de gerenciamento de filtração.
[028] A FIG. 17 ilustra um exemplo de dispositivo de computação, em que os métodos e sistemas descritos podem operar.
[029] Vantagens adicionais da invenção serão apresentadas em parte na descrição que se segue e em parte serão óbvias a partir da descrição ou podem ser aprendidas pela prática da divulgação. As vantagens da divulgação serão realizadas e alcançadas por meio dos elementos e combinações particularmente destacados nas reivindicações anexas. Deve ser entendido que tanto a descrição geral acima mencionada quanto a seguinte descrição detalhada a seguir são exemplificativas e explicativas apenas e não são restritivas dos métodos e sistemas, tal como reivindicado.
[030] A presente divulgação pode ser compreendida mais facilmente por referência à seguinte descrição detalhada dos métodos e sistemas e dos Exemplos nela incluídos.
[031] Antes dos presentes compostos, composições, artigos, dispositivos, sistemas e/ou métodos serem divulgados e descritos, deve ser entendido que eles não estão limitados aos métodos sintéticos específicos, a menos que especificado de outra forma ou a determinados reagentes, a menos que especificado de outra forma, como tal pode, é claro, variar. Também deve ser compreendido que a terminologia empregada neste documento tem a finalidade de descrever aspectos particulares apenas e não se destina a ser limitante. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos neste documento também possam ser usados na prática ou teste da presente invenção, métodos exemplificativos e materiais preferenciais são agora descritos.
[032] Todas as publicações mencionadas neste documento são incorporadas neste documento por referência para divulgar e descrever métodos e/ou materiais em conexão ao qual as publicações são citadas. As publicações discutidas neste documento são fornecidas unicamente para sua divulgação antes da data de depósito do presente pedido. Nada neste documento deve ser interpretado como uma admissão de que a presente divulgação não é intitulada para antecipar tal publicação em virtude da divulgação anterior. Além disso, as datas de publicação fornecidas podem ser diferentes das datas de publicação reais as quais podem precisar ser confirmadas de forma independente.
[033] Como usado nesta especificação e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um" "uma" e "o/a" incluem referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Assim, por exemplo, a referência a "uma membrana", "uma válvula," ou "um sensor" inclui misturas de dois ou mais de tais membranas, válvulas, ou sensores, e semelhantes.
[034] Intervalos podem ser aqui expressos a partir de "cerca de" um valor particular e/ou a "cerca de" um outro valor particular. Quando tal intervalo é expresso, outro aspecto inclui de um determinado valor e/ou para o outro valor particular. Da mesma forma, quando os valores são expressos como aproximações, pelo uso do "cerca de" anterior, será compreendido que o valor particular forma um outro aspecto. Deverá ser entendido, adicionalmente, que os pontos finais de cada um dos intervalos são significativos tanto em relação ao outro ponto final quanto independentemente do outro ponto final. Compreende-se também que há inúmeros valores divulgados neste documento, e que cada valor também é divulgado neste documento como "cerca de" aquele determinado valor além do valor em si. Por exemplo, se o valor "10" é divulgado, então "cerca de 10" é também divulgado. Também é entendido que cada unidade entre duas unidades específicas também são divulgadas. Por exemplo, se 10 e 15 são divulgados, então 11, 12, 13 e 14 são também divulgados.
[035] Como usado aqui, o termo "opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância descrito posteriormente pode ou pode não ocorrer, e que a descrição inclui instâncias em que ocorre o referido acontecimento ou circunstância e instâncias onde isso não acontece.
[036] Tal como aqui utilizado, "fluido" se refere a qualquer substância que flui ou se deforma continuamente sob uma tensão de cisalhamento aplicada. Fluidos incluem, mas não estão limitados a, líquidos, gases, e plasmas.
[037] Tal como aqui utilizado, "filtro" se refere a qualquer barreira semipermeável ou dispositivo poroso para remover impurezas de um fluido. Um filtro de fluido pode incluir, mas não está limitado a, uma membrana ou uma peneira, um leito de meio embalado, um leito de meio fluidizado, um biorreator de membrana e um sistema de permuta iônica. Os mecanismos de separação por filtração incluem, mas não estão limitados a, exclusão de tamanho, adsorção, solução/difusão preferencial, atração/repulsão eletromagnética, atração/repulsão eletrostática, reação química ou uma combinação dos mesmos.
[038] Tal como aqui utilizado, "incrustação" se refere a uma deposição de matéria orgânica e inorgânica em uma superfície de filtro ou dentro de poros de filtro e um espaço vazio. A incrustação inclui, mas não está limitada a, uma deposição ou uma adsorção de partículas inorgânicas (por exemplo,., argilas, minerais, metais, etc.), hidrocarbonetos imiscíveis (por exemplo, óleo e graxa), moléculas orgânicas dissolvidas e precipitadas e bactérias ou algas no filtro do sistema de filtração de fluido aqui descrito.
[039] Tal como aqui utilizado, "corrente de alimentação" se refere a qualquer fluido aquoso ou não aquoso compreendendo solutos filtráveis e/ou material particulado.
[040] Tal como aqui utilizado, "corrente de permeado" se refere a qualquer fração da corrente de alimentação que tem sido dirigida através de um filtro por meio de um aparelho acionado por pressão ou filtração gravimétrica.
[041] Tal como aqui utilizado, "fluxo" se refere ao fluxo de fluido através de uma unidade de área de um filtro. O fluxo pode ser, mas não está limitado a, fluxo de permeado ou fluxo de empuxo.
[042] A menos que de outro modo expressamente indicado, de modo algum pretende-se que qualquer método aqui estabelecido seja entendido como requerendo que suas etapas sejam efetuadas em uma ordem específica. Assim, se a reivindicação do método não estabelece uma ordem a ser seguida por suas etapas ou não é de outra forma declarado especificamente nas reivindicações ou descrições que as etapas devem estar limitadas a uma ordem específica, de forma alguma pretende-se que uma ordem seja inferida, em qualquer aspecto. Isso vale para qualquer possível forma não expressa de interpretação, incluindo: questões de lógica em relação ao arranjo de etapas ou fluxo operacional; significado claro derivado da organização gramatical ou pontuação; e o número ou tipo de modalidades descritas na especificação.
[043] Entende-se que as composições divulgadas neste documento têm determinadas funções. São aqui divulgados determinados requisitos estruturais para efetuar as funções descritas, e entende-se que há uma variedade de estruturas que podem desempenhar a mesma função, que estão relacionadas com as estruturas divulgadas, e que estas estruturas irão tipicamente alcançar o mesmo resultado.
[044] Em um aspecto, os métodos e sistemas da divulgação referem-se a processos de filtração sob pressão que utilizam uma membrana como uma barreira de separação para remover solutos e partículas em suspensão de uma solução ou de uma suspensão. Em um aspecto, a membrana pode ser uma membrana semipermeável.
[045] As membranas semipermeáveis podem ser utilizadas para separar materiais dissolvidos ou dispersos de correntes de alimentação. O processo de separação pode envolver colocar uma solução de alimentação em contato com uma superfície da membrana semipermeável sob pressão de modo a afetar a permeação de uma fase de solvente através da membrana semipermeável enquanto a permeação dos materiais dissolvidos ou dispersos é impedida.
[046] As membranas semipermeáveis podem ser feitas de polímeros, cerâmicas ou metais. Estas membranas poliméricas, cerâmicas ou metálicas podem ser embaladas em elementos e módulos que têm muitas combinações possíveis (fatores de forma), tais como um módulo de folha plana, um módulo de placa e estrutura, um módulo de bobina em espiral, um módulo tubular, um módulo de fibra oca, combinações dos mesmos e semelhantes. Além disso, estas membranas semipermeáveis podem ser sintetizadas para apresentar uma ampla variedade de seletividade e permeabilidade, variando essencialmente da microfiltração (MF) e da ultrafiltração (UF) à nanofiltração (NF) e osmose inversa (RO).
[047] As membranas RO e NF podem compreender uma camada de discriminação de película fina fixada a um suporte poroso, coletivamente denominada como uma "membrana compósita". As membranas MF e UF também podem compreender um arranjo compósito. O suporte poroso pode fornecer resistência física, mas o suporte poroso pode oferecer pouca resistência ao fluxo devido à sua porosidade. Por outro lado, a camada de discriminação de película fina pode ser menos porosa e pode proporcionar o meio primário de separação de materiais dissolvidos ou dispersos. Por conseguinte, a camada de discriminação de película fina pode ser a principal responsável pela "taxa de rejeição" de uma dada membrana - a percentagem de um determinado material dissolvido ou disperso (por exemplo, soluto) rejeitado e "fluxo" - a taxa de fluxo por unidade de área na qual o solvente passa através da membrana.
[048] As membranas semipermeáveis variam em relação ao seu grau de permeabilidade a diferentes íons, bem como a compostos orgânicos e inorgânicos. Por exemplo, "membranas difusoras" (por exemplo, NF e RO) são relativamente impermeáveis a praticamente todos os íons, incluindo sódio e cloreto, bem como solutos não carregados com pesos moleculares acima de cerca de 200 Daltons. Por conseguinte, as membranas RO são amplamente utilizadas para a dessalinização de água salobra ou água do mar para fornecer água altamente purificada para uso industrial, comercial ou doméstico porque a taxa de rejeição de íons de sódio e cloro para membranas RO é geralmente superior a cerca de 90 por cento. Por outro lado, "membranas de baixa pressão" (por exemplo, MF e UF) podem ser relativamente porosas e, portanto, utilizadas para remoção de material coloidal e particulado (por exemplo, de cerca de 0,1 μm a cerca de 10 μm para MF e 0,01 μm a 0,1 μm para UF). MF e UF podem ser usadas em aplicações de tratamento tanto municipais como industriais para remoção de partículas e patógenos, pré-tratamento NF/RO, purificação por síntese química e semelhantes.
[049] As membranas MF e UF podem ser compostas de materiais inorgânicos ou poliméricos em uma variedade de geometrias. As membranas podem ser configuradas em várias configurações de módulos, tais como, por exemplo, uma configuração tubular, uma configuração de placa e estrutura, uma configuração de bobina em espiral, uma configuração de fibra oca, combinações dos mesmos e semelhantes. As membranas poliméricas MF e UF podem ser construídas a partir de vários polímeros, tais como, por exemplo, acetato de celulose, fluoreto de polivinilideno, poliacrilonitril, polipropileno, polissulfona e polietersulfona. As membranas poliméricas podem ser fabricadas de forma relativamente econômica com vários fatores de forma, mas podem ser limitadas a uma variedade de funcionamento estreita em relação ao pH modesto, à temperatura e às tolerâncias químicas. As membranas cerâmicas, feitas de materiais tais como alumina, zircônia e titânia, podem ser usadas em aplicações onde as condições ditarem que a operação a alta temperatura ou produtos químicos de limpeza rígidos podem ser necessários.
[050] As membranas MF e UF podem ser construídas com uma estrutura de poros simétrica para permitir o controle de incrustação in situ por retrolavagem ou retrofluxo. Tal como aqui utilizado, "retrolavagem" ou "retrofluxo" se refere à inversão da direção de fluxo de uma corrente de permeado aplicando uma diferença de pressão maior do que uma pressão de transmembrana de filtração direta, que pode ser acionada mecanicamente e/ou osmoticamente. A retrolavagem inclui, mas não se limita ao uso de um líquido permeado, água purificada ou um líquido permeado quimicamente aumentado pela adição de produtos químicos suplementares, tais como ácidos, cáusticos e/ou oxidantes.
[051] Em outro aspecto, o processo de gerenciamento de filtração de fluido inteligente pode ser utilizado com a utilização de uma membrana MF, uma membrana UF, uma membrana NF, uma membrana RO, uma membrana de osmose direta e uma membrana de osmose retardada à pressão sem revestimento de película fina. Além disso, o processo inteligente de gerenciamento de filtração de fluido pode ser empregado com o uso de uma cerâmica e uma membrana polimérica. Em ainda um outro aspecto, a membrana semipermeável é empregada em uma configuração tubular, uma configuração de placa e de armação, uma configuração de bobina em espiral, uma configuração de fibra oca ou uma configuração de biorreator de membrana.
[052] Em ainda um outro aspecto, o processo de gerenciamento de filtração de fluido inteligente pode ser utilizado com o uso de uma filtração não baseada em membrana, uma troca iônica, e sistemas de carbono ativado, tais como filtração em areia, filtração de meios mistos, permuta iônica, carbono ativado granular e sistemas críticos de filtração de cartucho e de bobina em espiral, devido aos mecanismos de filtração e manutenção do filtro espelhando os do aspecto baseado em membrana aqui descrito.
[053] A FIG. 1 ilustra um sistema de filtração de exemplo 100 que um sistema de gerenciamento de filtração 105 administra. Em um aspecto, a divulgação se refere a um sistema de filtração 100 compreendendo uma bomba de pressão 110 configurada para aplicar a pressão no fluido que escoa entre uma primeira câmara 115 e uma segunda câmara 120. o sistema de filtração 100 pode ainda compreender um sensor de fluxo 125, configurado para determinar, pelo menos, um parâmetro associado com o fluido que escoa através de uma membrana 130 depositada entre a primeira câmara 115 e a segunda câmara 120. o sistema de filtração 100 pode ainda compreender um sensor de pressão 135 acoplado à bomba de pressão 110 e o sensor de fluxo 125 e configurado para determinar uma leitura de pressão do fluido que escoa da primeira câmara 115 para a segunda câmara 120. Além disso, o sistema de filtração 100 pode compreender o sistema de gerenciamento de filtração 105 em comunicação com a bomba de pressão 110, o sensor de fluxo 125, e o sensor de pressão 135. o sistema de gerenciamento de filtração 105 pode ser configurado para fazer com que a bomba de pressão aplique uma pressão constante sobre o fluido que escoa da primeira câmara 115 para a segunda câmara 120 durante um primeiro tempo predeterminado com base na leitura da pressão do sensor de pressão 135. O sistema de gerenciamento de filtração 105 pode fazer com que a bomba de pressão 110 inverta o fluxo de fluido através da membrana 130 à pressão constante para um segundo período de tempo predeterminado com base no, pelo meno, um parâmetro.
[054] Os processos de filtração por membrana sob pressão, tais como a microfiltração (MF), a ultrafiltração (UF), a nanofiltração (NF) e a osmose inversa (RO), utilizam uma membrana semipermeável como barreira de separação para remover solutos e partículas em suspensão de uma solução ou uma suspensão líquida. A aplicação de uma diferença de pressão transmembranar (TMP) causa o fluxo do solvente através da membrana, enquanto retém os solutos ou partículas na alimentação.
[055] Uma taxa de fluxo de solvente puro (ou fluxo) através de uma membrana pode ser regulada pela equação de Darcy, que indica que o fluxo (taxa de fluxo volumétrico por unidade de área em corte transversal da membrana) é linearmente proporcional à diferença de pressão aplicada:
[056] Durante um processo de filtração, os solutos e partículas que são retidos pela membrana podem se acumular na superfície da membrana. O mecanismo de formação de concentração de soluto na superfície da membrana pode ser referido como polarização da concentração. O aumento da concentração de soluto na superfície da membrana pode levar a resistências adicionais em direção ao fluxo de solvente através da membrana. Estas resistências podem diminuir o fluxo de filtrado e permeado. Alguns mecanismos pertinentes de aumento da resistência e subsequente declínio do fluxo são resumidos na Tabela 1.
[057] A diversidade de mecanismos de declínio de fluxo pode levar a diferentes tipos de variação espaço- temporal do fluxo de permeado para diferentes tipos de elementos de membrana, módulos e sistemas de filtração por membrana. Cada mecanismo descrito na Tabela 1 pode resultar em um tipo diferente de dependência do tempo do comportamento do declínio de fluxo. Com o tempo, mais solutos podem acumular-se sobre a membrana. A acumulação de solutos pode aumentar a resistência global ao fluxo de solvente através da membrana, e causar uma diminuição no fluxo de filtrado com o tempo. Em muitos tipos de elementos e módulos de membrana de fluxo tangencial de escala comercial, tais como um módulo tubular, um módulo de placa e de estrutura, um módulo de bobina em espiral, um módulo de fibra oca ou um módulo de biorreator de membrana, a extensão da deposição de soluto na membrana pode variar espacialmente também. Consequentemente, juntamente com uma variação dependente do tempo de fluxo, também pode existir uma variação espacial localizada no fluxo ao longo de cada tipo de módulo ou elemento de membrana. Por exemplo, um perfil de perda de fluxo para membranas NF e RO pode ilustrar a incrustação orgânica de um elemento condutor. A incrustação orgânica do elemento de chumbo pode ser caracterizada por perda de fluxo gradual por formação de torta. Além disso, o perfil de perda de fluxo para membranas NF e RO pode ilustrar incrustações inorgânicas no elemento da cauda, que podem ser caracterizadas por perda de fluxo dramática e súbita por precipitação inorgânica e bloqueio completo dos poros.
[058] Diferentes mecanismos de declínio de fluxo, vários tipos de geometrias de módulos e elementos e complexas químicas de alimentação e composições em aplicações comerciais de processos de membrana podem tornar desafiador desenvolver um modelo mecânico geral de declínio de fluxo e incrustação de membrana que pode ser implementado como um algoritmo operacional e de controle de processo. O controle do processo de sistemas de filtração por membrana pode envolver a manutenção de uma vazão volumétrica constante a partir do sistema de filtração por membrana. Por outras palavras, um fluxo médio de permeado a partir de um módulo de membrana pode ser monitorado durante um processo. Se houver qualquer declínio na taxa de transferência, o algoritmo de controle pode aumentar a força motriz (como a TMP aplicada) para manter o fluxo em um ponto de ajuste desejado. Esta filosofia operacional ignora completamente qualquer um dos mecanismos de declínio de fluxo e é empregada para todos os tipos de processos de separação por membrana por pressão, que variam da microfiltração à osmose inversa e do tipo membrana (cerâmica ou polimérica).
[059] A FIG. 2 esquematicamente mostra a variação de uma pressão aplicada sobre um lado de alimentação da membrana de um elemento em relação ao tempo. A pressão aplicada é aumentada para manter um fluxo de permeado constante através do elemento de membrana. A pressão aplicada aumenta continuamente à medida que diferentes mecanismos de incrustação durante a filtração reduzem a permeabilidade global da membrana. Quando a pressão aplicada atinge um limiar máximo Pmax, durante um ciclo de filtração, tf, a filtração é parada e um mecanismo de limpeza de membrana é iniciado. Em algumas aplicações, o ciclo de filtração é sobre um temporizador fixo, com tf sendo constante entre ciclos consecutivos. Em tais casos, uma pressão máxima aplicada Pmax pode mudar entre os ciclos de filtração. O mecanismo de limpeza pode diferir dependendo de um tipo de elemento de membrana, bem como um processo de membrana, e pode variar de retrolavagem (BW), retrolavagem quimicamente potencializada (CEB), relaxamento de permeado (PR), pulsação de pressão (PP), limpeza por ar (AS), pulso químico (CP), inversão do fluxo de alimentação (FFR), limpeza no local (CIP), combinações dos mesmos e semelhantes. Após o desempenho do mecanismo de limpeza, a permeabilidade do elemento de membrana é parcialmente recuperada. A parte recuperada da permeabilidade é atribuída a incrustações reversíveis do elemento de membrana durante o ciclo de filtração, e a parte não recuperada da permeabilidade é devida a incrustações irreversíveis. Em um modo de funcionamento de passagem constante, uma parte da perda de permeabilidade irreversível do elemento de membrana pode também ser causada pela compactação do elemento de membrana devido à alta pressão durante o funcionamento. Além disso, a procura de energia do processo de filtração é dependente do tempo, uma vez que o aumento de pressão requer o aumento da potência do sistema de filtração.
[060] Num modo de operação de vazão variável de pressão constante, uma TMP pode ser inicialmente ajustada e o fluxo de permeado diminui com o tempo durante um ciclo de filtração devido a vários mecanismos de declínio de fluxo. Dois modos de operação podem ser possíveis: (i) modo de tempo de filtração fixo, onde o tempo de filtração para a frente, tf, é constante, e (ii) modo de queda de fluxo fixo onde o fluxo é permitido para atingir um valor mínimo, Jf, antes de o mecanismo de limpeza ser acionado. Após a limpeza, a recuperação do fluxo é muitas vezes incompleta devido à incrustação irreversível da membrana.
[061] A FIG. 3 ilustra um diagrama representativo representando uma operação de fluxo variável de pressão constante de um processo de membrana. O eixo vertical representa o fluxo. A região sombreada representa a perda irreversível de permeabilidade. Um modo de funcionamento de sistemas de filtração pode ser um modo de pressão transmembranar variável (TMP) de vazão constante (CT), no qual a pressão é gradualmente aumentada para manter uma vazão de permeado constante através de uma membrana. A implementação deste controle de processo pode exigir um dispositivo de medição de taxa de fluxo para registrar uma vazão e um mecanismo de controle de pressão para ajustar uma pressão de alimentação. Este tipo de controle de processo pode ter problemas de um circuito de controle de derivada integral proporcional (PID); nomeadamente, que o controle do processo pode ser reativo (mecanismo de controle de retorno), pode ser baseado em parâmetros constantes, não se baseia em mecanismos reais de declínio do fluxo de membrana e não proporciona controle ideal ou adaptativo.
[062] A partir de uma perspectiva de processo de membrana, um problema do circuito de controle de PID acima é com a determinação de um ponto de ajuste de fluxo. Se o ponto de ajuste de fluxo é um fluxo inicial, J0, a pressão pode aumentar muito acentuadamente durante as fases iniciais de filtração já que uma diminuição do fluxo pode ser bastante rápida durante estas fases. Tal aumento da pressão pode compactar uma membrana de forma bastante dramática.
[063] A segunda questão com o circuito de controle de PID no modo de operação de CT está relacionada com um aumento súbito da concentração de impurezas na alimentação. Quando um tal aumento atinge a membrana, o fluxo cai subitamente. Em resposta a um declínio de fluxo repentino, o circuito de controle de PID pode tentar aumentar a pressão para manter o fluxo constante. Em processos de membrana que operam em um regime controlado de transferência de massa, o fluxo pode não responder de forma linear com a pressão aplicada. Assim, a pressão pode ser aumentada de forma significativa para alcançar uma potencialização de fluxo relativamente pequena. Além disso, tal intensificação do fluxo pode vir ao custo de uma permeabilidade reduzida através da membrana, uma vez que um maior empuxo de permeação força mais soluto para uma superfície da membrana ou para encaixar nos poros da membrana, incrustando a membrana de forma mais agressiva. Em alguns casos, o aumento da pressão de alimentação pode potencializar a transferência de massa na membrana através do aumento da queda de pressão axial, o que faz com que o fluxo cruzado aumente. Assim, aumentar a pressão em resposta a um aumento repentino na concentração de soluto de alimentação não é uma abordagem prudente de controle de fluxo em processos de membrana.
[064] A diminuição do fluxo em um elemento de membrana pode ser uma manifestação de incrustação que ocorre durante um processo de filtração. O declínio do fluxo pode ser considerado como o indicador direto e inequívoco de incrustação de membrana e perda de desempenho. Se o declínio do fluxo puder ser monitorado durante uma operação de filtração comercial em grande escala, então esta informação pode ser adaptada para desenvolver uma arquitetura de controle e operacional para processos de membrana que podem inteligentemente: a) avaliar os mecanismos dominantes de incrustação durante um processo de filtração; b) aprender a desencadear mecanismos de limpeza automaticamente uma vez que um nível crítico de incrustação e declínio do fluxo é observado; c) adaptar-se ao regime operacional mais econômico para uma dada qualidade de água de alimentação e configuração do processo; d) responder dinamicamente a flutuações súbitas na qualidade da água de alimentação, fechando até mesmo o processo durante um aumento indesejado e catastrófico nos níveis de incrustação da água de alimentação; e) menor consumo de energia; f) ciclo automaticamente entre vários modos de manutenção do sistema, como retrolavagem e limpeza no local; g) prolongar a vida útil das membranas e otimizar o custo do tratamento de água; combinações dos mesmos; e semelhantes.
[065] O fluxo de permeado é engendrado pela pressão aplicada (força motriz) durante a filtração por membrana. Em outras palavras, a pressão aplicada é a causa e o fluxo é o efeito. Em um modo de operação de pressão constante (CP), a força motriz permanece constante e as variações de fluxo subsequentes são simplesmente manifestações de como as diferentes resistências de incrustação se acumulam ao longo do tempo, conduzindo a tal declínio do fluxo sob a influência da força motriz fixa. Em um modo de operação de vazão constante (CT), no entanto, a própria força motriz é alterada em resposta a variações no fluxo. A mudança na força motriz pode mudar a dinâmica do processo de regimes onde os mecanismos adicionais podem ser invocados sob uma pressão operacional diferente. Um exemplo comum desta alteração do mecanismo de incrustação é a transição entre o controle da pressão osmótica e o controle da camada de gel acima de uma diferença crítica de TMP durante alguns tipos de filtração de proteínas e polímeros. Abaixo da pressão limite, a solução de polímero não gelifica, e o mecanismo dominante de polarização de concentração é a acumulação de pressão osmótica. No entanto, se a pressão crítica para a concentração de gel for atingida, o mecanismo dominante de declínio do fluxo torna-se o crescimento de uma camada de gel.
[066] O modo de operação de pressão constante (CP) pode ser usado em uma arquitetura de controle de processo que depende do declínio do fluxo como um sinal chave. O modo de pressão constante pode evitar a alteração nas casualidades entre a pressão e o fluxo.
[067] Descreve-se aqui um aspecto do sistema de gerenciamento de filtração inteligente proposto que desencadeia um retrolavagem em um sistema de filtração compreendendo uma membrana sob um modo de operação de pressão constante. As divulgações aqui demonstram como seguir o padrão de declínio de fluxo pode permitir a coleta de informação pertinente sobre o comportamento de um sistema de filtração sob uma dada força motriz (TMP) e condições de alimentação, como essa informação pode ser utilizada para ajustar o desempenho do sistema de filtração, desencadeando a retrolavagem ou CIP em resposta a variações repentinas na vazão, e para diferenciar o modo de operação de CP de um modo de operação de CT. Contudo, outros sistemas de filtração são contemplados.
[068] Partindo do princípio de que um sistema de filtração por membrana começa a funcionar a um fluxo inicial de J0, o que corresponde a uma TMP inicial de ΔP0. Durante o ciclo de filtração para frente, o fluxo varia com o tempo e esta variação é registrada em intervalos de tempo fixos de Δt. Após um tempo de filtração para frente de tf, o ciclo de retrolavagem é iniciado. Durante a retrolavagem, uma porção do permeado coletado durante o ciclo de filtração é forçada a voltar através da membrana a partir do permeado para o lado de alimentação. O fluxo de retrolavagem, JBW, pode ser maior do que o fluxo de filtração para frente, mas a duração da retrolavagem, tBW, pode ser muito menor do que o tempo de filtração para a frente. Esta condição mobiliza os sólidos depositados da superfície da membrana e os arrasta para a alimentação de recirculação. Este tipo de lavagem pode ser utilizado durante as operações de filtração por membranas de base cerâmica.
[069] A FIG. 4 representa esquematicamente o perfil de fluxo versus tempo durante dois ciclos de filtração consecutivos com uma retrolavagem intermediária. O fluxo diminui com o tempo, e a produção cumulativa de permeado (ou filtrado) durante o ciclo de filtração é
onde Am é a área da membrana, e a expressão final baseia-se nas medições discretizadas do fluxo em intervalos de tempo fixos (não havendo intervalos N) integrados utilizando a regra trapezoidal.
[070] O volume total de permeado consumido durante a retrolavagem é
[071] A razão de retrolavagem é, então, definida como
[072] Para uma operação de filtração com retrolavagem, é desejável ter uma relação de retrolavagem tão pequena quanto possível, com alvos típicos de RBW <0,2. O vazão de água do produto da instalação de membrana é
[073] A taxa de declínio de fluxo durante o ciclo de filtração é determinada pela
[074] Se um dispositivo de medição do fluxo registra o fluxo em intervalos regulares, então, a taxa de declínio de fluxo pode ser representada em cada instante de tempo, ti (declínio instantâneo), conforme
[075] As equações (1) e (6) representam a integral e os derivados da mesma sequência de fluxo de permeado dependente do tempo, respectivamente.
[076] Pode-se ser tentado construir um algoritmo de controle de tipo derivado integral proporcional (PID) usando essas medições de fluxo sem mais escrutínio. Tal abordagem pode exigir a definição de um ponto de ajuste, que poderia ser um fluxo desejado, e com base no desvio de uma determinada medida de fluxo a partir do ponto de ajuste, ajustará uma variável de controle (geralmente a pressão aplicada), o que minimizará o desvio do fluxo do ponto de ajuste. Esta é a abordagem anteriormente referida como modelo de pressão variável de vazão constante (CT).
[077] Como discutido anteriormente aqui neste documento, o mecanismo de controle de PID sofre de dois problemas principais. Em primeiro lugar, a determinação do ponto de ajuste de fluxo. Se o ponto de ajuste de fluxo é o fluxo inicial, J0, a pressão irá aumentar muito acentuadamente durante as fases iniciais de filtração já que uma diminuição do fluxo pode ser bastante rápida durante estas fases. Tal aumento da pressão pode compactar uma membrana de forma bastante dramática. A segunda preocupação está relacionada a um aumento súbito da concentração de incrustação na alimentação, fazendo com que o fluxo sofra queda repentina. Nos sistemas de gerenciamento de filtração de PID, a pressão precisa ser aumentada significativamente para se conseguir uma potencialização relativamente pequena do fluxo. Isto por sua vez pode resultar em uma permeabilidade reduzida devido a incrustações aumentadas causadas pelo maior empuxo de permeação que força mais soluto à superfície da membrana.
[078] O modo de operação de pressão constante de vazão variável é um pouco diferente no âmbito do modo de operação de pressão variável de vazão constante se o consumo de energia do processo durante estes dois tipos de operação for considerado. o consumo de energia de um dado processo pode estar relacionado com a potência hídrica, fornecida por
[079] Para uma operação de pressão constante, J = J(t), enquanto que para uma operação de vazão constante, a diferença de TMP é uma função de tempo. A principal diferença na potência de saída do sistema de filtração operado nos dois modos é que para a operação de pressão constante, o consumo de energia não aumenta (permanece constante ou diminui) à medida que o fluxo diminui durante o ciclo de filtração; enquanto que para uma operação de vazão constante, o consumo de energia aumenta durante o ciclo de filtração. O aumento do consumo de energia durante a operação de CT está relacionado com a geração da força motriz adicional para empurrar o permeado a uma taxa constante através de uma barreira de filtração menos permeável.
[080] Na maioria dos elementos e módulos de membrana comerciais, a extensão da polarização da concentração, incrustação e deposição de partículas varia axialmente, ao longo do comprimento do módulo. Tais variações dão origem a diferentes graus de declínio de fluxo em diferentes locais do módulo ou elemento. A vazão do módulo representa um fluxo de permeado espacialmente medido ao longo do módulo multiplicado pela área da membrana. O fluxo de permeado local no módulo varia dependendo do mecanismo de incrustação. Na maioria das aplicações, a incrustação é mais grave nos locais a jusante do módulo, resultando em um fluxo inferior a partir destes locais. Em muitos destes módulos, o fluxo tangencial é empregado para limitar a extensão da incrustação. Em algumas aplicações, a inversão de fluxo de alimentação (FFR) pode ser utilizada para evitar a incrustação excessiva assimétrica de uma extremidade do módulo.
[081] Independentemente do mecanismo de incrustação da membrana em módulos comerciais, a maioria dos módulos e elementos são incrustados de forma assimétrica, e muitas vezes um elemento requer substituição quando apenas uma parte dele se torna irreversivelmente incrustado em grande medida. A incrustação de elementos de membrana assimétrica é um resultado das características de transferência de massa de sistemas de filtração de fluxo tangencial. É interessante explorar como o funcionamento de um elemento de membrana de escala comercial que emprega os modos de pressão constante de vazão variável e de pressão variável de vazão constante podem levar a diferentes graus de incrustação assimétrica do elemento.
[082] A incrustação inicia na extremidade a jusante da membrana, provocando uma perda de permeabilidade nestas regiões da membrana. A recuperação do filtrado diminui a partir destas regiões. Em uma operação de pressão constante, a permeação inferior aumenta o fluxo tangencial volumétrico durante um processo de estado estacionário. À medida que a velocidade de fluxo transversal aumenta, a perda de atrito axial também ocorre. Embora o aumento do fluxo cruzado seja benéfico para a transferência de massa e conduza à remoção de camadas de incrustação em alguns tipos de processos de membrana, um fluxo transversal mais elevado está geralmente associado a uma maior queda de pressão axial no módulo. Este processo é agravado durante o modo de operação de vazão constante, uma vez que o aumentar a pressão de condução global enquanto partes da membrana perdem a permeabilidade aumenta o componente de fluxo axial de forma mais agressiva. Deste modo, embora a produção de filtrado ou permeado a partir do módulo permaneça constante neste tipo de operação, a produção é em grande parte devido ao aumento da permeação a partir das regiões não incrustadas da membrana na borda de ataque dos elementos. A permeação mais elevada a partir destes locais aumenta o empuxo de permeação e, portanto, a acumulação de impurezas sobre estas partes da membrana. Finalmente, à medida que a membrana é estrangulada mas é imposta uma pressão motriz mais elevada na alimentação, o fluxo axial aumenta, aumentando a queda de pressão de atrito ao longo do módulo. O resultado global disto é um custo operacional mais elevado do processo de membrana quando operado no modo de pressão variável de vazão constante.
[083] Em um outro aspecto, fazer com que a bomba de pressão inverta a pressão constante com base no pelo menos um parâmetro compreende a comparação do pelo menos um parâmetro determinado com pelo menos um valor limite. Em ainda um outro aspecto, o pelo menos um parâmetro é um ou mais de uma velocidade de fluxo de fluido, uma taxa de mudança de velocidade de fluxo de fluido, um volume de fluido permeado através da membrana durante um período de tempo predefinido.
[084] Em um aspecto adicional, o sistema de filtração pode compreender adicionalmente um temporizador, configurado para, pelo menos, um de ajustar o tempo para aplicar a pressão constante e ajustar o tempo para inverter a pressão constante.
[085] Em um aspecto adicional, um ou mais do primeiro tempo predeterminado e do segundo tempo predeterminado é um valor constante. Em ainda um outro aspecto, um ou mais do primeiro tempo predeterminado e do segundo tempo predeterminado é determinado com base em uma fórmula predefinida.
[086] Em um outro aspecto, a pressão invertida é uma pressão constante.
[087] Em diversos aspectos, o sistema de filtração compreende uma bomba de pressão configurada para aplicar uma pressão no fluido que escoa entre a primeira câmara e a segunda câmara. A bomba de pressão fornece a pressão necessária para empurrar o líquido através da membrana, mesmo quando a membrana rejeita a passagem de impurezas através dela. A microfiltração e a ultrafiltração podem funcionar dentro do intervalo de cerca de 3 psi a cerca de 50 psi, o que é consideravelmente mais baixo do que as membranas de nanofiltração e osmose inversa (de cerca de 200 psi a cerca de 1200 psi).
[088] Em diversos aspectos, o sistema de filtração compreende um sensor de fluxo, configurado para determinar pelo menos um parâmetro associado com o fluido que escoa através de uma membrana depositada entre a primeira câmara e a segunda câmara. o sensor de fluxo de fluido pode ser concebido para indicar os fluxos instantâneos e médios registrados pelo sistema de filtração. Medições de fluxo temporal podem então ser usadas para calcular os termos de fluxo integral e derivativo necessários para o processo de controle.
[089] Em diversos aspectos, o sistema de filtração compreende um sensor de pressão. o sensor de pressão pode ser configurado para determinar uma leitura de pressão do fluxo de fluido através da membrana que separa a primeira câmara da segunda câmara. O sensor de pressão pode ser configurado de tal modo que um fluido a ser medido não é retido. Em um aspecto adicional, o sensor de pressão compreende uma membrana e uma seção de detecção de pressão, a qual detecta a pressão do fluido que escoa dentro da membrana. Em ainda um outro aspecto, o sensor de pressão é distinto e/ou separado da membrana.
[090] Em um aspecto, o sistema de filtração pode compreender um sistema de gerenciamento de filtração. Em um aspecto, o sistema de gerenciamento de filtração está em comunicação com a bomba de pressão, o sensor de fluxo, e o sensor de pressão. o sistema de filtração pode ser configurado para fazer com que a bomba de pressão aplique uma pressão constante no fluido que escoa da primeira câmara para a segunda câmara por um primeiro tempo predeterminado com base na leitura de pressão. Além disso, o sistema de gerenciamento de filtração pode fazer com que a bomba de pressão inverta a pressão constante durante um segundo período de tempo predeterminado com base no, pelo menos um, parâmetro. A pressão inversa pode fazer com que o fluxo do fluido se mova no sentido inverso através da membrana entre a primeira câmara e a segunda câmara. A pressão inversa também pode ser uma pressão constante.
[091] A FiG. 5 ilustra um método 500 de um sistema de gerenciamento de filtração. Na etapa 501 uma pressão constante pode ser aplicada no fluxo que escoa de uma primeira câmara para uma segunda câmara. Em um aspecto, a pressão constante, pode ser aplicada por uma bomba de pressão. Em um aspecto, uma membrana pode ser depositada entre a primeira câmara e a segunda câmara para permitir que o fluido permeie a membrana da primeira câmara para a segunda câmara.
[092] Na etapa 502, pelo menos um parâmetro pode ser determinado que está associado com o fluxo de fluido através da membrana da primeira câmara para a segunda câmara. Em um aspecto, um sensor de fluxo pode determinar o, pelo menos um, parâmetro. Em um aspecto, o pelo menos um parâmetro pode ser um ou mais de uma velocidade de fluxo de fluido, uma taxa de mudança de velocidade de fluxo de fluido, um volume de fluido permeado através da membrana durante um período de tempo predefinido, incrustação formada na membrana. Em um aspecto, a incrustação formada na membrana pode ser determinada por meio de medição da condutividade elétrica da membrana. Em um outro aspecto, a incrustação formada na membrana pode ser determinada através de exame visual in situ da superfície da membrana.
[093] Na etapa 503, a pressão constante, pode ser invertida com base em uma comparação do, pelo menos um, parâmetro determinado, a pelo menos um valor limite. Em um aspecto, o sistema de gerenciamento de filtração pode fazer com que a bomba de pressão inverta a pressão constante quando o valor limite foi atingido. Em um aspecto, a pressão invertida pode ser aplicada a um nível constante e pode ser determinada com base em uma fórmula predefinida. Em um aspecto, a pressão invertida pode ser aplicada por um período de tempo predefinido. O período de tempo predefinido pode ser com base em pelo menos um fator de medida. O fator pode ser medido em uma quantidade de incrustação construída sobre a membrana em cada ciclo. Depois da pressão inversa ter sido aplicada ao fluido durante o período de tempo predefinido, a pressão constante pode ser reaplicada na direção original do fluxo de fluido da primeira câmara para a segunda câmara.
[094] O controle de processo inteligente por um sistema de gerenciamento de filtração pode envolver algum aprendizado inicial da resposta do sistema de filtração a um dado estímulo (força motriz). Em processos de membrana, isto pode ser facilmente conseguido durante os primeiros ciclos de filtração operando o sistema de filtração a um TMP fixo e observando o comportamento de declínio de fluxo subsequente. Na primeira colocação em funcionamento de um sistema de filtração, as primeiras interações da água de alimentação com o sistema de filtração podem fornecer excelentes indicadores de como a água de alimentação pode contaminar a membrana e como os ciclos de filtração e de lavagem devem ser adaptados à água de alimentação específica. A aplicação de uma TMP predeterminada levará a um certo comportamento de declínio de fluxo no sistema de filtração, o qual pode ser registrado durante um período de filtração predeterminado antes de desencadear uma retrolavagem.
[095] Considere a implementação de um sistema de gerenciamento de filtração com quatro condições pré- ajustadas: A TMP inicial, que fornece o fluxo inicial, J0; o tempo de filtração para frente, tf,ini; a taxa de fluxo máxima admissível, JN/Jf; e a razão de retrolavagem, rBW. Se o declínio do fluxo durante este tempo de filtração inicial pré-ajustado produz uma relação de fluxo que é maior do que a razão de fluxo pré-ajustada, e seguindo a etapa de retrolavagem subsequente, o fluxo é novamente recuperado completamente para atingir o fluxo inicial J0, as condições pré-ajustadas são mantidas como adequadas para a operação em curso. No entanto, se a relação do fluxo alcança um valor inferior à taxa pré-ajustada JN/Jf antes de tf,ini, Então o ciclo de filtração para a frente for parado antes, e o novo tempo de filtração Tf <tf,ini é selecionado para o próximo ciclo de filtração.
[096] Quando o tempo de filtração é encurtado, a produção de filtrado será mais baixa durante o ciclo de filtração. Consequentemente, a taxa de retrolavagem irá se tornar mais elevada. Se a razão de retrolavagem for maior do que o limite pré-estabelecido, o processo será menos econômico, uma vez que produz uma menor quantidade de água ao longo de um ciclo. Para ajustar a taxa de retrolavagem, existem algumas opções, que podem incluir a modificação do tempo de retrolavagem e do fluxo de retrolavagem. Pode-se então alterar o fluxo de retrolavagem e executar um segundo ciclo constituído por uma etapa de filtração e lavagem para frente usando os parâmetros modificados a partir do primeiro ciclo.
[097] A FIG. 6 representa o diagrama de fluxo do processo de aprendizagem. O módulo de aprendizagem é um módulo de aquisição de dados e um comparador que mede o fluxo em tempo real, e o compara com os valores pré-ajustados (ou valores adquiridos nas etapas de treino anteriores). Os valores preajustados armazenados durante um dado ciclo de filtração são o fluxo inicial (J0,ini, que depende do ponto de ajuste de TMP), o tempo de filtração (tf,ini), e a razão de fluxo do ciclo de filtração anterior (rflux = JN/J0). Os valores predefinidos de fresagem são os parâmetros de retrolavagem, nomeadamente, o tempo de retrolavagem, o fluxo de retrolavagem e a taxa de retrolavagem. O módulo de aprendizagem registra os dados de fluxo versus tempo e executa os seguintes cálculos em tempo real dentro do módulo: 1. O integral do fluxo de acordo com a eq. (1) 2. O derivado do fluxo de acordo com a eq. (6) 3. A estimativa de erro avaliada como:
[098] onde Kp, Ki e Kd são os ganhos proporcional, integral e derivado, respectivamente. A estimativa de erro é usada para controlar o tempo de filtração e a configuração de TMP para a próxima operação de filtração. Deve notar-se que cada termo na Eq. (7) fornece uma representação mais realista dos mecanismos de redução de fluxo em um processo de filtração por membrana. O termo proporcional descreve a forma como o fluxo local se compara com o fluxo médio dos ciclos anteriores, o termo integral descreve como a produção cumulativa do ciclo de filtração de corrente até um tempo ti se compara com a produção total a partir do ciclo anterior, e o termo derivado descreve como a taxa de declínio de fluxo instantâneo no presente ciclo de filtração se compara com a taxa de declínio de fluxo global do ciclo de filtração anterior.
[099] A equação (7) é um algoritmo de controle de PID geral para controlar o desempenho de um sistema de filtração, e pode ser modificado para atuar como qualquer combinação de modos proporcional, integral e derivativo de controle do processo. Por exemplo, ajustando o ganho integral para zero, o processo pode ser definido como um controlador de PD. É também digno de nota que o algoritmo de controle de processo é definido de tal modo que os pontos de ajuste são atualizados após cada ciclo de filtração para refletir as características aprendidas do mecanismo de incrustação. Além disso, o processo de aprendizagem pode envolver tanto o ajuste da TMP aplicada ou o ajuste do tempo de filtração, ou uma combinação dos mesmos, para ajustar o ciclo de filtração. Em muitos casos, o ponto de ajuste de TMP inicial é escolhido durante a concepção de um sistema de filtração com uma membrana tal que a incrustação não é grave. A este respeito, pode-se usar o processo de aprendizagem para aumentar o ponto de ajuste de TMP. Quando o ponto de ajuste de TMP é ajustado, pode ser mais útil considerar as entradas derivadas, já que a pressão aplicada influencia diretamente a taxa de declínio de fluxo. Um TMP mais elevado conduz a uma taxa de declínio de fluxo mais rápida. Por outro lado, quando o tempo de filtração é ajustado, a ponderação deve ser atribuída a todos os três erros, ou seja, o fluxo instantâneo, a integral do fluxo (que fornece a vazão) e a derivada do fluxo.
[0100] O objetivo geral do processo de aprendizagem é identificar a cinética de declínio de fluxo para uma composição de água de alimentação fixa, mantendo todas as outras condições operacionais fixas. Os únicos parâmetros variados para ajustar os mecanismos de controle do processo são o TMP aplicado e o tempo de filtração. Em alguns casos, o fluxo de retrolavagem e tempos de retrolavagem pode também ser ajustado.
[0101] A FIG. 7 ilustra um método 700 de um sistema de gerenciamento de filtração de acordo com vários aspectos. Na etapa 701 uma pressão constante pode ser aplicada no fluxo que escoa de uma primeira câmara para uma segunda câmara durante um primeiro tempo predefinido. Uma membrana pode ser depositada entre a primeira câmara e a segunda câmara para permitir que o fluido permeie a membrana a partir da primeira câmara para a segunda câmara. Em um aspecto, o primeiro tempo predefinido pode ser um valor constante. Em um aspecto, o primeiro tempo predefinido pode ser um valor com base em uma fórmula predefinida.
[0102] Na etapa 702, a pressão constante pode ser invertida para um segundo tempo predefinido. Em um aspecto, o segundo tempo predefinido pode ser um valor constante. Em um aspecto, o segundo tempo pré-definido pode basear-se em uma fórmula predefinida. Na etapa 703, a pressão constante, pode ser reaplicada para o primeiro tempo predefinido.
[0103] A operação em modo de controle envolve a resposta a variações súbitas ou antecipadas de fluxo no sistema de filtração durante a operação, e a realização de uma retrolavagem ou CIP a intervalos necessários. O modo de controle é iniciado após alguns ciclos de treino, uma vez que o processo de TMP, o tempo de filtração para frente e os parâmetros de retrolavagem são estabelecidos. A equação de PID governante para este caso pode ser escrita como
onde, 
[0104] JAv,0 é o fluxo médio a partir da etapa de tempo anterior, Qf,0 é o volume de filtrado acumulado (integrante do fluxo) a partir da etapa de filtração anterior,
é a taxa de declínio de fluxo linearizado entre o início e o final da etapa de filtração anterior.
[0105] A FIG. 8 descreve o modo normal de operação. Durante a operação de modo de controle, o sistema de gerenciamento de filtração irá gravar o fluxo em intervalos de tempo regulares. Supõe-se também que uma vez que a TMP é estabelecida durante o período de treinamento, ela não vai estar mais variada durante a operação normal. Durante o funcionamento normal, o fluxo irá diminuir com o tempo seguindo o mesmo padrão aprendido pelo sistema de gerenciamento de filtração e, após um determinado intervalo de tempo, o ciclo de filtração será parado, iniciado o ciclo de filtração e depois o ciclo de filtração reiniciado após a retrolavagem. O processo de controle do tempo de filtração e da sequência de retrolavagem envolve a comparação do fluxo instantâneo, da derivada e do fluxo integrado (a produção) medida usando o dispositivo de monitoramento de fluxo em relação ao fluxo médio registrado pelo sistema de gerenciamento de filtração, e a produção cumulativa durante a etapa de filtração anterior, respectivamente. O controlador mede os erros para as componentes proporcional, derivado e integral, e determina a ação necessária. Por exemplo, quando a produção cumulativa durante o presente ciclo de filtração torna-se idêntica à produção cumulativa do ciclo anterior e a taxa média de declínio do fluxo do presente ciclo torna-se igual ao ciclo anterior, o sistema de gerenciamento de filtração desencadeia uma retrolavagem. Este é o modo normal de operação quando não há variação em qualquer outra entrada ou perturbação para o sistema de filtração.
[0106] A FIG. 9 ilustra um método 900 para operar um sistema de gerenciamento de filtração de fluido em resposta a uma mudança no fluxo de filtrado. Na etapa 901, uma pressão constante pode ser aplicada no fluxo que escoa de uma primeira câmara para uma segunda câmara. Em um aspecto, uma membrana é depositada entre a primeira câmara e a segunda câmara para permitir que o fluido permeie a membrana da primeira câmara para a segunda câmara.
[0107] Na etapa 902, um limite pode ser determinado para ser excedido em um sistema de filtração. Em um aspecto, o limite pode ser um limite baseado em um parâmetro tal como, mas não limitado a, uma ou mais de uma velocidade de fluxo de fluido, uma taxa de mudança da velocidade de fluxo de fluido, um volume de fluido permeado através da membrana durante um período predefinido, incrustação formada na membrana, combinações dos mesmos e semelhantes.
[0108] Na etapa 903, um processo de retrolavagem pode ser iniciado em resposta à determinação de que o limite foi excedido. Em um aspecto, o processo de retrolavagem pode ser aplicado por um período predefinido. Em um aspecto, o processo de retrolavagem pode compreender inverter a pressão constante. Em um aspecto, a pressão invertida pode ser um valor constante. Em um aspecto, a pressão invertida pode ser determinada com base em uma fórmula predefinida.
[0109] Se durante a operação, uma porção de incrustação se liga à membrana e, de repente, reduz seu fluxo, causando um declínio do passo no fluxo de permeado. O fluxo instantâneo medido e a taxa de declínio do fluxo mudarão imediatamente como resposta a esta mudança de etapa. A resposta integral (volume cumulativo) não será aparente imediatamente, mas se manifestará em várias medições subsequentes. O sistema de gerenciamento de filtração agora terá várias opções para responder à mudança de etapa, enquanto que a ação no final de um processo de decisão é parar o processo de filtração e acionar uma retrolavagem. No modo proporcional, o sistema de gerenciamento de filtração continuará registrando o fluxo e realizará a média do tempo, e uma vez que a média do tempo cai abaixo do fluxo médio do ciclo anterior, a retrolavagem será acionada.
[0110] No modo derivado, o sistema de gerenciamento de filtração irá gravar o derivado instantâneo, e o derivado linearizado significativo, representado como a Eq. (10)É discernível que a resposta derivada instantânea (a taxa de declínio de fluxo) será para indicar um grande erro (infinito para uma função de etapa), e uma resposta de controle baseada unicamente no erro derivativo instantâneo será muito abrupta. No entanto, o derivado linearizado como na Eq. (10) fornecerá um erro derivado mais modesto. Se esta derivada linearizada torna-se mais íngreme do que a derivada linear do ciclo de filtração anterior, então o processo pode acionar uma retrolavagem.
[0111] No modo integral, o sistema de gerenciamento de filtração continuará a calcular a produção cumulativa integrando o fluxo instantâneo. No entanto, a resposta integral não será usada para acionar a retrolavagem. Esta resposta é utilizada para calcular a razão de volume de retrolavagem, e para determinar se a retrolavagem foi eficaz, ou se a CIP deve ser invocada.
[0112] O sistema de gerenciamento de filtração responderá interrompendo o processo de filtração mais cedo, tornando a retrolavagem mais frequente e sob condições adversas persistentes (por exemplo, se a retrolavagem não pode aumentar o fluxo de retorno), para acionar uma CIP.
[0113] Deve notar-se que o sistema de gerenciamento de filtração pode não envolver a utilização da estimativa de erro de PID para modificar a TMP ou qualquer outro parâmetro no ciclo de filtração. Simplesmente continua a acumular o fluxo médio, a derivada média e o fluxo cumulativo e compará-los com os valores obtidos na etapa de filtração anterior. O processo para, então, a filtração quando o fluxo médio se torna igual ao fluxo médio no ciclo anterior, ou a taxa de declínio do fluxo torna-se maior do que a taxa média de declínio do fluxo na etapa anterior por algum múltiplo predeterminado. Este modo passivo de gerenciamento de fluxo permite que a membrana se recupere de qualquer evento de incrustação através da alteração da frequência do ciclo de retrolavagem. Ele não agrava a incrustação aumentando a TMP para recuperar o fluxo. A metodologia de controle de processo responde a qualquer perturbação do fluxo, interrompendo o processo de filtração em um momento anterior, limpando a membrana com mais frequência e se persistir uma condição adversa, interrompendo a filtração e desencadeando uma CIP.
[0114] A FIG. 10 ilustra um método 1000 para operar um sistema de gerenciamento de filtração em resposta a uma mudança de pulso no fluxo de filtração. Na etapa 1001, uma pressão constante, pode ser aplicada no fluido que escoa de uma primeira câmara para uma segunda câmara, em que a membrana é depositada entre a primeira câmara e a segunda câmara para permitir que o fluido permeie a membrana da primeira câmara para a segunda câmara.
[0115] Na etapa 1002, pelo menos um parâmetro pode ser determinado associado com o fluxo de fluido através da membrana da primeira câmara para a segunda câmara.
[0116] Na etapa 1003, pode ser iniciado um processo de desincrustação com base em uma comparação do pelo menos um parâmetro determinado com pelo menos um valor de limite. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de retrolavagem. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de limpeza química. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de pulsação de pressão. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de limpeza por ar. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de pulso químico. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de fluxo de alimentação inverso. Em um aspecto, o processo de desincrustação compreende um processo de limpeza no local.
[0117] Se o fluxo diminuir repentinamente e depois se recuperar depois de algum tempo (uma função de pulso), a resposta do sistema de filtração deve ser aumentar a frequência da retrolavagem, diminuir o tempo de filtração durante o pulso e, em seguida, recuperar gradualmente para uma frequência mais baixa de retrolavagem e etapas de filtração mais longas após as condições de operação originais serem restauradas. Tal condição pode ser desencadeada por incidentes, tais como um aumento na concentração de soluto de alimentação durante uma curta duração, e os mecanismos de controle de fluxo convencionais exacerbam a incrustação da membrana durante estes incidentes aumentando a TMP em resposta ao declínio do fluxo e agravando o processo de incrustação. No presente método, a operação de pressão constante não altera a força motriz para agravar a incrustação.
[0118] A FIG. 11 descreve uma sequência típica de ciclos de filtração durante um evento de pulso, o que desencadeia um declínio de fluxo mais nítido. A figura representa graficamente o fluxo no eixo vertical contra o tempo. Para demonstrar a situação de forma clara e explicar o conceito de gerenciamento inteligente do comportamento de declínio de fluxo, suponha que o comportamento de declínio fluxo é linear. Além disso, o fluxo varia em cada ciclo de filtração entre o fluxo inicial J0 e o fluxo final JN ao longo de cada ciclo de filtração, com retrolavagem com o restabelecimento do fluxo para o fluxo inicial depois de cada ciclo. Estas hipóteses simplificadoras podem ser relaxada para diferentes aplicações. Por exemplo, o fluxo de recuperação pode não ser completo depois de uma retrolavagem. Além disso, o comportamento de declínio de fluxo pode não ser linear. O fluxo médio durante cada ciclo de filtração é indicado pelos círculos, e tem um valor fixo JAv.
[0119] Suponha que um evento de pulso altere a taxa de declínio de fluxo em algum ponto durante o terceiro ciclo de filtração. A taxa mais rápida de declínio de fluxo devido a este evento de pulso faz com que a inclinação da curva de fluxo versus tempo seja mais acentuada. Nesta taxa diferente de declínio de fluxo, o fluxo mínimo JN é atingido anteriormente durante este ciclo. O fluxo médio deste ciclo é ainda JAv, embora o valor médio seja atingido anteriormente. Isto implica que o tempo de ciclo de filtração tf,3<tf,2. A produção cumulativa de filtração também é menor neste ciclo. Uma vez que o JN é atingido, a retrolavagem começa, e depois da retrolavagem do fluxo inicial do quarto ciclo, J0 é atingido. No entanto, no quarto ciclo, a taxa de declínio de fluxo é maior, e, consequentemente, o fluxo médio e JN são alcançados anteriormente em comparação ao ciclo anterior. Em outras palavras, tf,4 é menor que tf,3. Além disso, a produção cumulativa de filtrado também é mais baixa do ciclo de filtração 4. A incrustação acelerada devido ao evento de pulso faz com que a duração dos ciclos de filtração diminua, e a frequência dos ciclos de retrolavagem aumente.
[0120] No ciclo 5, o evento de pulso desaparece, e a taxa original de declínio de fluxo é restaurada. Isto imediatamente aumenta o tempo de filtração em comparação com o ciclo 4. No ciclo 6, os parâmetros originais do primeiro ciclo de filtração são restaurados. Deste modo, os eventos de impulsos que provocam o declínio acelerado do fluxo reduzem a duração dos ciclos de filtração e aumentam a frequência dos ciclos de retrolavagem. Embora isto diminua a produção de filtrado como uma resposta a qualquer tipo de perturbação que provoque a incrustação da membrana, o mecanismo impede que a membrana incruste irreversivelmente ou agressivamente.
[0121] A FIG. 12 ilustra um método 1200 de um sistema de gerenciamento de filtração. Na etapa 1201, pode ser monitorada pelo menos uma de uma alteração na vazão de filtrado de fluido durante a operação de pressão constante e uma mudança na pressão durante a operação de vazão de filtrado constante. Em um aspecto, monitorar uma mudança na vazão de filtrado de fluido pode compreender a medição do fluxo através de uma membrana ao longo de um período de tempo predefinido. Como um exemplo, a mudança no fluxo pode ser medida através de um sensor de fluxo. Em um aspecto, o monitoramento de uma mudança na pressão pode compreender medir a pressão durante um período de tempo predefinido. Como um exemplo, a alteração na pressão pode ser medida através de um sensor de pressão.
[0122] Na etapa 1202, um mecanismo de incrustação pode ser determinado com base em, pelo menos, uma das mudanças na vazão do filtrado e na mudança da pressão. Em um aspecto, a determinação de um mecanismo de incrustação pode compreender a execução de uma análise matemática da mudança no fluxo e/ou mudança na pressão de acordo com uma ou mais modelos de incrustação predeterminados. Como um exemplo, um ou mais modelos de incrustação predeterminados podem compreender um modelo de Hermia, um modelo de Hermia modificado ou um modelo de resistência em série. Em um aspecto, a determinação de um mecanismo de incrustação pode compreender a execução de uma análise matemática da mudança no fluxo e/ou mudança na pressão de acordo com uma ou mais modelos de incrustação predeterminados. Como um exemplo, um ou mais modelos de incrustação predeterminados podem compreender um modelo de Hermia, um modelo de Hermia modificado ou um modelo de resistência em série. Em um aspecto, o mecanismo de incrustação compreende um ou mais de polarização de concentração, adsorção orgânica de moléculas quimicamente ativas, incrustação devido à precipitação de sais e hidróxidos, bloqueio de torta e poro devido à deposição de partículas suspensas grandes ou partículas coloidais pequenas, formação de gel devido à deposição de macromoléculas inertes e de bio-incrustação devido à deposição e crescimento de organismos biologicamente ativos.
[0123] A equação 12 descreve um efeito de incrustação da membrana no declínio de fluxo como a acumulação de resistências que impedem o fluxo para uma determinada força motriz:
em que J é o fluxo de permeado através da membrana, ΔP é a força motriz da pressão transmembranar, μ é a viscosidade de fluido, Rtot é a resistência hidráulica total, Rm é a resistência da membrana intrínseca, Rcp é a resistência causada por polarização de concentração, Ra é a resistência causada por adsorção de soluto, Rp é a resistência causada por bloqueio de poro e formação de torta, e Rg é a resistência causada pela formação de gel de superfície.
[0124] Em um aspecto, a curva de fluxo-pressão pode ser uniformemente linear quando não ocorrem incrustações, uma vez que apenas a resistência intrínseca à membrana é um fator. No entanto, o início da incrustação pode refletir-se em uma alteração da inclinação de diferentes graus dependendo do mecanismo específico de incrustação e do seu efeito na resistência total adicionada ao fluxo de permeado. Por exemplo, um mecanismo específico de incrustação de partículas pode ser determinado ajustando a curva de fluxo versus tempo a uma série de modelos de incrustação pré- existentes seguindo a solução das Equações 13 e 14:
onde t é o tempo de filtração, k e n são constantes que caracterizam o processo de filtração e U ou é o volume de permeado variando V, ou a pressão transmembranar, ΔP dependendo da pressão de operação constante ou fluxo constante, respectivamente. Por conseguinte, através da representação gráfica d2t/dU2 contra dt/dU e a determinação do valor do índice de bloqueio N, mecanismos de bloqueio diferentes podem ser identificados a partir de uma única representação gráfica. A FIG. 13 mostra soluções para diferentes mecanismos de incrustação e uma única curva de fluxo versus tempo submetida a um teste de ajuste para determinar o mecanismo de incrustação de partículas observado específico (Maiti, Sadrezadeh et al. 2012). Além disso, pode ser utilizada uma equação geral para a filtração de fluxo cruzado modificando um modelo de Hermia empírico.
[0125]
onde Jp é o fluxo de permeado (m/s), t é o(s) tempo(s) de filtração, KCF é o coeficiente fenomenológico dependente do mecanismo de incrustação específica, Jpss é o fluxo de permeado em estado estacionário (m / s), e n é, novamente, o índice de bloqueio onde n = 2, 1,5, 1 e 0 para o bloqueio completo de poros, constrição intermediária de poros, bloqueio de poros padrão e filtração em torta/formação de gel, respectivamente. Um exemplo da avaliação da incrustação de membrana utilizando estes modelos é também visto em (Chang, Yang et al. "Assessing the fouling mechanisms of high-pressure nanofiltração membrane using the modified Hermia model and the resistance-in-series model” Separation and Purification Technology 79 (2011) 329-336). Deste modo, um processo de aprendizagem inteligente pode realizar uma análise de dados em tempo real das curvas de fluxo/pressão em função do tempo empiricamente para determinar o mecanismo de incrustação em vigor e o processo de limpeza mais eficaz e econômico a ser utilizado.
[0126] Na etapa 1203, um protocolo de limpeza pode ser selecionado com base no mecanismo de incrustação determinado. Em um aspecto, determinar o protocolo de limpeza pode compreender a seleção de um método de limpeza e de um ou mais parâmetros associados com o método de limpeza. Como um exemplo, o método de limpeza pode compreender um método de retrolavagem. Como um exemplo, um ou mais parâmetros podem compreender uma ou mais de uma pressão, uma duração, uma taxa de fluxo, uma temperatura, um aditivo químico específico e uma dose do aditivo químico específico. Em um aspecto, o aditivo químico específico pode compreender um ou mais de um ácido, uma base, um oxidante, um agente quelante e semelhantes.
[0127] Diferentes tipos de protocolo de limpeza podem ser empregados para controle de incrustação; no entanto, a eficácia de um dado protocolo de limpeza pode ser altamente dependente do contaminante a ser removido. A Tabela 2 emparelha os vários tipos de impurezas de membrana com a técnica de limpeza mais eficaz:
[0128] Tabela 2
[0129] Em um aspecto, sistemas de filtração selecionados, tais como NF e RO, sofrem de incrustações heterogêneas e dependentes espacialmente cujos efeitos não são efetivamente capturados através do monitoramento de dados do sistema em grande escala. Nestas aplicações, a modalidade do sistema de gerenciamento de filtração inteligente incluirá a comunicação com monitores de incrustação independentes estrategicamente implementados ao longo do sistema de filtração em grande escala. O monitoramento dos dados de desempenho dos monitores de incrustação fornecerá ao sistema inteligente de gerenciamento de filtração maior sensibilidade para responder a sinais iniciais de incrustação e declínio de fluxo.
[0130] Em um aspecto, um monitoramento e um teste diligentes do desempenho e da integridade do filtro podem ser vitais para desenvolver uma compreensão clara da vida útil remanescente do filtro e determinar quando a substituição será necessária. Por exemplo, um meio de ensaio de integridade de membrana para resposta de falha imediata pode compreender monitoramento visual durante testes de integridade direcionados. Uma captura de vídeo pode ser utilizada para monitoramento em tempo real de um ou mais elementos de membrana, detectando assim qualquer violação de integridade para elementos de membrana suspeitos.
[0131] Em um aspecto específico, o sistema de gerenciamento de filtração pode monitorar continuamente a qualidade do permeado de um ou mais elementos de membrana. Quando a integridade de uma membrana específica se torna em questão, o sistema de gerenciamento de filtração pode isolar um ou mais elementos para um teste de integridade bolha in situ. Uma vez que uma violação de integridade é detectada, o sistema de gerenciamento de filtração pode enviar um alerta apropriado e isolar uma ou mais membranas com defeito para manutenção, maximizando assim a velocidade de reparo e minimizando o impacto no desempenho geral do sistema de filtração. Estes sistemas e métodos divulgados podem também ser expandidos para incorporar outras métricas do sistema para diagnóstico em tempo real do sistema e resposta de manutenção no caso de falha do sistema de filtração devido a mau funcionamento do equipamento, fugas e semelhantes.
[0132] Em um aspecto, os métodos e sistemas podem executar uma análise de tendências em tempo real de um ou mais indicadores de desempenho medidos. Os métodos e sistemas podem monitorar diagnósticos operacionais de uma determinada instalação, como a vida remanescente de um filtro e a data de substituição esperada. Por exemplo, a análise de tendências em tempo real pode ser obtida pela análise das tendências da qualidade da água permeada para determinar se e/ou quando ocorre uma violação de integridade do sistema. Em um aspecto, uma análise de filtração e de regressão pode ser utilizada para extrapolar quando é atingida uma permeabilidade mínima predeterminada para um dado sistema de filtração. Uma vez que é determinado que uma violação de integridade legítima ocorreu, uma resposta instantânea e automática pode começar a minimizar o tempo de inatividade do sistema e evitar uma falha total do sistema. Em um aspecto, os sistemas e métodos divulgados podem ser aplicáveis para qualquer sistema de filtração independentemente da operação a fluxo constante ou pressão constante.
[0133] A FIG. 14 ilustra um método 1400 de um sistema de gerenciamento de filtração. Na etapa 1401, um ou mais parâmetros podem ser monitorados que estão associados com um ou mais filtros de um sistema de filtração. Em um aspecto, um ou mais parâmetros podem compreender uma pressão de transfiltro, um fluxo de permeado, uma turbidez de permeado, uma salinidade de permeado, um pH de permeado, uma salinidade de permeado, uma cor de permeado, uma dureza de permeado, uma concentração orgânica total de permeado, de um ou mais íons permeados predefinidos, concentração de uma ou mais moléculas orgânicas predefinidas. Muitos destes parâmetros podem ser medidos in situ, tais como o pH, salinidade, cor, e turbidez; no entanto, alguns podem exigir amostragem periódica e medição ex situ, tais como as concentrações de alvo inorgânico e moléculas orgânicas. Por exemplo, a cor e a turbidez podem ser medidas espectrofotometricamente seguindo a quantidade de luz que passa através de um permeado ou soluções de alimentação utilizando uma sonda integrada. Considerando que as concentrações alvo de constituintes inorgânicos e orgânicos podem ser medidas utilizando instrumentos independentes, tais como um espectrômetro de emissão ótica de plasma acoplado indutivamente, cromatografia gasosa com espectrômetro de massa e semelhantes.
[0134] Na etapa 1402, uma condição pode ser determinada de um ou mais filtros com base no um ou mais parâmetros monitorados. Em um aspecto, ao determinar a condição de um ou mais filtros com base em um ou mais parâmetros monitorados, uma análise estatística pode ser realizada com base no um ou mais parâmetros monitorados. Em um aspecto, a análise estatística pode compreender filtração e análise de suavização, regressão e análise de tendências. Como exemplo, a análise de filtração e suavização pode compreender análise de Wiener, análise de Kalman, análise de Butterworth, análise de Chebyshev, análise elíptica, análise de Bessel, análise gaussiana, análise da média móvel e análise Savitsky-Golay. Como um exemplo, a análise de regressão e de tendência pode compreender análise de regressão linear, análise de regressão múltipla, análise de regressão fatorial, análise de regressão polinomial, regressão de superfície de resposta, regressão de superfície de mistura, análise de variância unidirecional (ANOVA), análise ANOVA de efeito principal, análise ANOVA fatorial, análise de covariância, análise de homogeneidade de inclinações, análise de ajuste linear, análise de ajuste de mínimos quadrados, análise de teste de Kendell, análise de teste de declive de Sen, análise de tendência de etapa de Wilcoxon-Mann-Whitney, e semelhantes.
[0135] Em um aspecto, a determinação da condição do um ou mais filtros pode compreender estimar uma vida útil do um ou mais filtros. Em um aspecto, uma notificação pode ser enviada se o tempo de vida estimado estiver abaixo de um limite predefinido (por exemplo, dois dias). Como um exemplo, a comunicação pode incluir uma data de substituição estimada para um ou mais filtros. A condição de filtro pode ser monitorada em relação a propriedades de filtro específicas, tais como permeabilidade (por exemplo, pressão de transfiltro e taxa de fluxo de filtrado), grau de incrustação irreversível e teste de integridade. A condição do filtro também pode ser monitorada em relação aos parâmetros operacionais e métricas de desempenho, tais como pressão aplicada, manutenção de fluxo (por exemplo, manutenção mecânica e química, manutenção de limpeza no local) e qualidade do filtrado (por exemplo, turvação). O valor registrado em tempo real destas métricas é comparado com um valor de limite predeterminado para calcular o tempo de vida restante do módulo. As medições de permeabilidade podem ser registradas em tempo real e utilizadas em um modelo estatístico para extrapolar a tendência de permeabilidade prevista com o tempo. A quantidade de tempo prevista pelo modelo para o filtro atual para atingir a permeabilidade de limite é a vida útil do módulo restante. Quando o valor residual da vida útil atinge um limite predeterminado, o filtro pode ser substituído.
[0136] Em um aspecto, a determinação da condição do um ou mais filtros pode compreender estimar um tipo do um ou mais filtros. Como exemplo, o tipo de um ou mais filtros compreende uma membrana polimérica tubular, uma membrana de fibra oca, uma membrana de bobina em espiral, uma membrana cerâmica tubular, combinações das mesmas e semelhantes.
[0137] Em um aspecto, a condição do um ou mais filtros pode compreender uma violação de integridade próxima, uma violação de integridade detectada, uma perda de permeabilidade próxima e uma perda de permeabilidade detectada.
[0138] Na etapa 1403, um ou mais procedimentos de manutenção podem ser realizados com base na condição determinada. Um ou mais procedimentos de manutenção podem ser utilizados de acordo com a condição. Em um aspecto, o um ou mais procedimentos de manutenção podem compreender um procedimento de isolamento de filtro, um procedimento de reparação de filtro, um procedimento de substituição de filtro, um procedimento de fixação de filtro, combinações dos mesmos e semelhantes.
[0139] Em um aspecto, uma resposta a uma condição de filtro específica, quer causada por uma violação de integridade ou perda de permeabilidade, pode ser variada dependendo do tipo de filtro de um sistema utilizado. Por exemplo, quando ocorre falha de fibra para membranas de fibra oca, as membranas de fibra que falharam podem ser isoladas por inserção de pequenos pinos ou epóxi na(s) extremidade(s) da fibra quebrada ou podem ser permanentemente removidas do serviço. Como outro exemplo, as membranas de nanofiltração de bobina em espiral e de osmose inversa podem ser substituídas após falha. Considerando a alta frequência e os custos associados à falha e substituição do filtro, a detecção precoce de falhas e a preparação adequada podem ser altamente valiosas em práticas de substituição economicamente eficientes.
[0140] A FIG. 15 e FIG. 16 ilustram resultados experimentais utilizando o sistema de gerenciamento de filtração e os métodos aqui descritos. O controlador lógico programável foi programado para operar um sistema de filtração a uma pressão constante aplicada. O fluxo do sistema de filtração foi deixado decair naturalmente até ser atingido um mínimo pré-calculado, o que desencadearia então um procedimento de manutenção, por exemplo, retrolavagem de filtrado, tal como ilustrado na FIG. 15. Ao contrário dos processos de filtração convencionais que utilizam uma frequência de procedimento de manutenção predefinida, o sistema de gerenciamento de filtração pode ser adaptado às condições ambientais, permitindo que o desempenho do sistema de filtração determine o procedimento de manutenção apropriado, como um protocolo de limpeza. A FIG. 16 mostra como o sistema de gerenciamento de filtração é, portanto, capaz de se adaptar à variabilidade dramática em condições ambientais, tais como a qualidade e a temperatura da água de alimentação. Especificamente, as oscilações dramáticas na concentração de óleo e na temperatura da água podem resultar em perda significativa de fluxo durante a fase inicial de partida. Em resposta, o sistema de gerenciamento de filtração pode aumentar a frequência de retrolavagem, bem como o número de lavagens químicas, cada uma indicada como "limpeza no local" (CIP). O sistema de gerenciamento de filtração eventualmente estabilizou o desempenho da membrana após aproximadamente 24 horas de operação, o que resultou em declínio de fluxo e frequência de CIP minimizados.
[0141] Em um aspecto exemplificativo, os métodos e sistemas podem ser implementados em um computador 1701 como ilustrado na FIG. 17 e descrito abaixo. De modo semelhante, os métodos e sistemas divulgados podem utilizar um ou mais computadores para executar uma ou mais funções em um ou mais locais. A FIG. 17 é um diagrama de blocos que ilustra um ambiente operacional exemplificativo para executar os métodos divulgados. Este ambiente operacional exemplificativo é apenas um exemplo de um ambiente operacional e não se destina a sugerir qualquer limitação quanto ao escopo de uso ou funcionalidade da arquitetura de ambiente operacional. Nem o ambiente operacional deve ser interpretado como tendo qualquer dependência ou requisito relativo a qualquer um ou combinação de componentes ilustrados no ambiente operacional exemplificativo.
[0142] Os presentes métodos e sistemas podem ser operacionais com muitos outros ambientes ou configurações de sistemas de computação de propósito geral ou de propósito especial. Exemplos de sistemas de computação bem conhecidos, ambientes e/ou configurações que podem ser adequados para utilização com os sistemas e métodos compreendem, mas não estão limitados a computadores pessoais, computadores servidores, dispositivos portáteis e sistemas multiprocessadores. Exemplos adicionais incluem caixas descodificadoras, eletrônicos de consumo programável, PCs de rede, minicomputadores, computadores de ambiente central, ambientes de computação distribuída que compreendem qualquer um dos sistemas ou dispositivos acima, e semelhantes.
[0143] O processamento dos métodos e sistemas descritos pode ser executado por componentes de software. Os métodos e sistemas divulgados podem ser descritos no contexto geral das instruções executáveis em computador, tais como módulos de programa, executados por um ou mais computadores ou outros dispositivos. Geralmente, os módulos de programa compreendem o código de computador, as rotinas, os programas, os objetos, os componentes, as estruturas de dados e/ou semelhantes que executam tarefas particulares ou implementam tipos de dados abstratos particulares. Os métodos divulgados podem ser praticados em ambientes de computação distribuída e com base em grade, onde as tarefas são executadas por dispositivos de processamento remoto que estão ligados através de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuída, os módulos do programa podem estar localizados em um meio de armazenamento de computador local e/ou remoto, incluindo dispositivos de armazenamento de memória.
[0144] Além disso, um versado na técnica irá apreciar que os sistemas e métodos aqui descritos podem ser implementados por meio de um dispositivo de computação de uso geral, na forma de um computador 1701. O computador 1701 pode compreender um ou mais componentes, tais como um ou mais processadores 1703, uma memória de sistema 1712 e um barramento 1713, que acopla vários componentes do computador 1701 incluindo o um ou mais processadores 1703 para a memória do sistema 1712. No caso de múltiplos processadores 1703, o sistema pode utilizar a computação paralela.
[0145] O barramento 1713 pode incluir um ou mais dos vários tipos possíveis de estruturas de barramento, tais como um barramento de memória, controlador de memória, um barramento periférico, uma porta de gráficos acelerados, e um processador ou barramento local utilizando qualquer de uma variedade de arquiteturas de barramento. A título de exemplo, tais arquiteturas podem compreender um barramento Industry Standard Architecture (ISA), um barramento Micro Channel Architecture (MCA), um barramento ISA (EISA) avançado, um barramento local Video Electronics Standards Association (VESA), um barramento Accelerated Graphics Port (AGP), e uma Interconexão de Componentes Periféricos (PCI), um barramento PCI-Express, um PCMCIA (Personal Computer Memory Card Industry Association), um barramento em série universal (USB) e semelhantes. O barramento 1713, e todos os barramentos especificados nesta descrição, também podem ser implementados através de uma conexão de rede com ou sem fio e um ou mais dos componentes do computador 1701, tais como o um ou mais processadores 1703, um dispositivo de armazenamento em massa 1704, um sistema operacional 1705, software de processamento de dados 1706, dados de fluxo 1707, um adaptador de rede 1708, memória do sistema 1712, uma interface de entrada/saída 1710, um adaptador de vídeo 1709, um dispositivo de exibição 1711, e uma interface homem-máquina 1702, podem estar contidas dentro de um ou mais dispositivos de computação remota 1714a, b, c em locais fisicamente separados, conectados por meio de barramento desta forma, com efeito a implementação de um sistema totalmente distribuído.
[0146] O computador 1701 compreende, tipicamente, uma variedade de meios legíveis por computador. Exemplos de meios legíveis podem ser qualquer material disponível que é acessível pelo computador 1701 e compreende, por exemplo, e não pretende ser limitante, ambos os meios voláteis e não voláteis, meios removíveis e não removíveis. A memória do sistema 1712 podem compreender meios legíveis por computador sob a forma de memória volátil, tais como memória de acesso aleatório (RAM) e/ou memória não volátil, tal como memória de apenas leitura (ROM). A memória do sistema 1712 tipicamente pode compreender dados, tais como dados de fluxo 1707 e/ou módulos de programas, tais como o sistema operacional 1705 e o software de processamento de dados 1706 que são acessíveis a e/ou são operados por um ou mais processadores 1703.
[0147] Em um outro aspecto, o computador 1701 pode também compreender outro meio removível/não removível, volátil/não volátil de armazenamento de computador. O dispositivo de armazenamento em massa 1704 pode fornecer armazenamento não volátil de código de computador, instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programas e outros dados para o computador 1701. Por exemplo, um dispositivo de armazenamento em massa 1704 pode ser um disco rígido, um disco magnético removível, um disco óptico removível, cassetes magnéticos ou outros dispositivos de armazenamento magnéticos, cartões de memória flash, CD-ROM, discos digitais versáteis (DVD) ou outro armazenamento óptico, memórias de acesso aleatório (RAM), memórias de apenas leitura (ROM), memória de leitura programável apagável eletronicamente (EEPROM) e semelhantes.
[0148] Opcionalmente, qualquer número de módulos de programas pode ser armazenado no dispositivo de armazenamento em massa 1704, incluindo por meio de exemplo, um sistema operacional 1705 e software de processamento de dados 1706. Um ou mais do sistema operacional 1705 e do software de processamento de dados 1706 (ou alguma combinação dos mesmos) pode conter elementos de programação e o software de processamento de dados 1706. Dados de fluxo 1707 também podem ser armazenados no dispositivo de armazenamento em massa 1704. Dados de fluxo 1707 podem ser armazenados em qualquer de um ou mais bancos de dados conhecidos na técnica. Exemplos de tais bases de dados incluem, DB2®, Microsoft® Access, Microsoft® SQL Server, Oracle®, mySQL, PostgreSQL, e semelhantes. As bases de dados podem ser centralizadas ou distribuídas em vários locais dentro da rede 1715.
[0149] Em um aspecto, o usuário pode introduzir comandos e informações no computador 1701 através de um dispositivo de entrada (não mostrado). Exemplos de tais dispositivos de entrada compreendem, mas não estão limitados a, um teclado, dispositivo apontador (por exemplo, um mouse de computador, controle remoto), um microfone, um joystick, um digitalizador, dispositivos de entrada tácteis, tais como luvas e outros revestimentos de corpo, sensor de movimento e semelhantes. Estes e outros dispositivos de entrada podem ser ligados a um ou mais processadores 1703 através de uma interface homem-máquina 1702 que acoplada ao barramento 1713, mas pode ser conectado por outras estruturas de interface e barramento, como uma porta paralela, porta de jogo, uma porta IEEE 1394 (também conhecida como porta Firewire), uma porta serial, adaptador de rede 1708, e/ou um barramento serial universal (USB).
[0150] Em ainda outro aspecto, um dispositivo de exibição 1711 também pode ser conectado ao barramento 1713 através de uma interface, tal como um adaptador de vídeo 1709. É contemplado que o computador 1701 pode ter mais de um adaptador de vídeo 1709 e o computador 1701 pode ter mais do que um dispositivo de exibição 1711. Por exemplo, um dispositivo de exibição 1711 pode ser um monitor, um LCD (Liquid Crystal Display), diodo emissor de luz (LED), televisão, lente inteligente, vidro inteligente e/ou um projetor. Além do dispositivo de exibição 1711, outros dispositivos periféricos de saída podem compreender componentes, tais como alto-falantes (não mostrados) e uma impressora (não mostrado) que pode ser ligada ao computador 1701 através da interface de entrada/saída 1710. Qualquer etapa e/ou resultado dos métodos podem ser emitidos de qualquer forma para um dispositivo de saída. Tal saída pode ser qualquer forma de representação visual, incluindo, mas não limitada a, textual, gráfica, animação, áudio, táctil e semelhantes. O visor 1711 e o computador 1701 podem ser parte de um dispositivo ou dispositivos separados.
[0151] O computador 1701 pode operar em um ambiente de rede usando conexões lógicas a um ou mais dispositivos de computação remota 1714a, b, c. A título de exemplo, um dispositivo de computação remota 1714a, b, c pode ser um computador pessoal, estação de computação (por exemplo, estação de trabalho), computador portátil (por exemplo, laptop, celular, tablet), dispositivo inteligente (por exemplo, smartphone, relógio inteligente, rastreador de atividade, vestuário inteligente, acessório inteligente), dispositivo de monitoramento e/ou segurança, um servidor, um roteador, um computador de rede, um dispositivo par, dispositivo de borda ou outro nó de rede comum, e assim por diante. Conexões lógicas entre o computador 1701 e um dispositivo de computação remota 1714a, b, c podem ser feitas através de uma rede 1715, tal como uma rede de área local (LAN) e/ou uma rede de área ampla geral (WAN). Tais conexões de rede podem ser através de um adaptador de rede 1708. Um adaptador de rede 1708 pode ser implementado em ambientes com e sem fio. Tais ambientes de rede são convencionais e comuns em habitações, escritórios, redes de computadores corporativos, intranets e na Internet.
[0152] Para fins de ilustração, os programas de aplicação e outros componentes de programas executáveis, tais como o sistema operacional 1705 são aqui ilustrados como blocos discretos, embora seja reconhecido que tais programas e componentes podem residir em vários momentos em diferentes componentes de armazenamento do dispositivo de computação 1701, e são executadas por um ou mais processadores 1703 do computador 1701. Uma implementação de software de processamento de dados 1706 pode ser armazenada em ou transmitida através de alguma forma de meio legível por computador. Qualquer dos métodos descritos pode ser realizado por instruções legíveis por computador incorporadas em meios legíveis por computador. O meio legível por computador pode ser qualquer meio disponível que possa ser acessado por um computador. A título de exemplo e não pretendendo ser limitativo, o meio legível por computador pode compreender meios de armazenamento de computador e meios de comunicação. Os meios de armazenamento de computador podem compreender meios voláteis e não voláteis, removíveis e não removíveis implementados em quaisquer métodos ou tecnologia para armazenamento de informações, tais como instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programas ou outros dados. Meios de armazenamento de computador incluem exemplificativos podem compreender, RAM, ROM, EEPROM, memória flash ou outra tecnologia de memória, CD-ROM, discos digitais versáteis (DVD) ou outro armazenamento em disco óptico, cassetes magnéticos, fita magnética, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnéticos, ou qualquer outro meio que possa ser utilizado para armazenar a informação desejada e que pode ser acessado por um computador.
[0153] Os métodos e sistemas podem empregar técnicas de inteligência artificial (AI), tais como aprendizagem de máquina e aprendizagem interativa. Exemplos de tais técnicas incluem, mas não estão limitados a, sistemas especialistas, raciocínio baseado em casos, redes bayesianas, AI baseada em comportamento, redes neurais, sistemas fuzzy, computação evolutiva (por exemplo, algoritmos genéticos), inteligência de enxames (por exemplo, algoritmos de formigas) e sistemas inteligentes híbridos (por exemplo, Regras de inferência de especialistas geradas através de uma rede neural ou regras de produção da aprendizagem estatística).
[0154] Embora os métodos e sistemas tenham sido descritos em ligação com modalidades preferidas e exemplos específicos, não se pretende que o âmbito de aplicação seja limitado às modalidades particulares apresentadas, uma vez que as modalidades aqui indicadas são, em todos os aspectos, mais ilustrativas do que restritivas.
[0155] Enquanto aspectos da presente divulgação podem ser descritos e reivindicados em uma classe particular, tal como a classe de sistema, isto é apenas para conveniência e um perito na técnica vai compreender que cada aspecto da presente divulgação pode ser descrito e reivindicado em qualquer classe legal. A menos que de outro modo expressamente indicado, de modo algum pretende-se que qualquer método ou aspecto aqui estabelecido seja entendido como requerendo que suas etapas sejam efetuadas numa ordem específica. Assim, se a reivindicação do método não declara especificamente nas reivindicações ou descrições que os passos devem ser limitadas a um fim específico, de forma alguma pretende-se que uma ordem seja inferida, em qualquer aspecto. Isso vale para qualquer possível base não-expressa para a interpretação, nomeadamente em matéria de lógica em relação ao arranjo de etapas ou fluxo operacional, significado derivadas da organização gramatical ou de pontuação ou do número ou tipo de aspectos descritos na especificação.
[0156] Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente divulgação sem se afastar do espírito ou do escopo da divulgação. Outras modalidades da presente divulgação irão ser evidentes para os versados na técnica a partir da consideração o relatório descritivo e da prática dos métodos e/ou sistemas aqui divulgados. Pretende-se que a presente especificação e exemplos sejam considerados apenas exemplificativos, com um verdadeiro escopo do espírito da invenção sendo indicado pelas seguintes reivindicações.
Claims (17)
1. MÉTODO PARA FILTRAGEM DE FLUIDO, caracterizado por compreender: monitorar, durante um ciclo de filtragem corrente, um ou mais parâmetros associados com uma ou mais membranas de um sistema de filtragem, em que o ciclo de filtração corrente está associado a uma primeira pressão transmembranar e um primeiro tempo de filtração determinado com base em um ou mais ciclos de filtração de treino; determinar, durante o ciclo de filtragem corrente, que uma taxa de declínio de fluxo para o ciclo de filtragem corrente é maior do que uma taxa de declínio de fluxo para um ciclo de filtragem anterior com base em um ou mais parâmetros monitorados, em que o ciclo de filtração corrente está associado a uma segunda pressão transmembranar e um segundo tempo de filtração determinado com base em um ou mais ciclos de filtração de treino; e executar um ou mais procedimentos de manutenção com base na determinação de que a taxa de declínio do fluxo no ciclo de filtragem corrente é maior do que a taxa de declínio do fluxo no ciclo de filtragem anterior.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo monitoramento de um ou mais parâmetros compreender adicionalmente detectar variabilidade espacial na incrustação individual de pelo menos uma membrana de uma ou mais membranas.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais parâmetros compreenderem uma ou mais de uma queda de pressão do transfiltro, uma taxa de fluxo do filtrado, uma turbidez do filtrado, uma salinidade do filtrado, um pH do filtrado, uma cor do filtrado, uma dureza do filtrado, uma concentração orgânica total do filtrado, uma contagem microbiana do filtrado, uma contagem microbiana de alimentação, uma concentração de um ou mais filtrados predefinidos, alimentação ou íons do concentrado ou uma concentração de uma ou mais filtrado pré-definido, alimentação ou moléculas não iônicas do filtrado concentradas.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por pelo menos um parâmetro dos um ou mais parâmetros sendo monitorados ser monitorado em uma localização de extremidade frontal, uma extremidade traseira e uma localização de extremidade do filtrado e em que pelo menos um parâmetro dos um ou mais parâmetros do filtrado serem monitorado em uma ou mais das localizações de extremidade frontal, de extremidade traseira ou de extremidade do filtrado.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a determinação de uma condição de uma ou mais membranas com base nos um ou mais parâmetros monitorados através da realização de uma análise estatística baseada nos um ou mais parâmetros monitorados.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela condição das uma ou mais membranas compreender uma ou mais de uma maturação de filtro próxima ou estado de prontidão de filtragem, uma maturação de filtro detectada ou estado de prontidão de filtragem, uma quebra de integridade próxima, uma quebra de integridade detectada, uma perda de permeabilidade próxima ou uma perda de permeabilidade detectada.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais procedimentos de manutenção compreenderem um ou mais de um procedimento de limpeza de filtro, um procedimento de isolamento de filtro, um procedimento de reparo de filtro, um procedimento de substituição de filtro ou um procedimento de pinagem de filtro.
8. MÉTODO PARA FILTRAGEM DE FLUIDO, caracterizado por compreender: monitorar, para um ciclo de filtragem corrente, pelo menos uma de uma mudança na vazão do filtrado de fluido durante a operação de pressão constante ou uma mudança na pressão durante a operação de vazão do filtrado constante, em que o ciclo de filtração corrente está associado a um primeiro tempo de filtração determinado com base em um ou mais ciclos de filtração de treino; determinar um mecanismo de incrustação com base em uma ou mais de uma determinação que a mudança na vazão do filtrado para o ciclo de filtragem corrente é maior do que uma alteração na vazão do filtrado para um ciclo de filtragem anterior ou uma determinação de que a mudança na pressão para o ciclo de filtragem corrente é maior do que uma mudança de pressão para um ciclo de filtragem anterior, em que o ciclo de filtração anterior está associado a um segundo tempo de filtração determinado com base em um ou mais ciclos de filtração de treino e em que o primeiro tempo de filtração difere do segundo tempo de filtração; selecionar um protocolo de limpeza com base no mecanismo de incrustação determinado e executar um procedimento de limpeza de acordo com o protocolo de limpeza selecionado
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda: captura de vídeo de um ou mais elementos da membrana.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo monitoramento de uma mudança na vazão do filtrado compreender medir fluxo do filtrado ao longo de um período de tempo predefinido e em que o monitoramento de uma mudança na pressão compreende medir pressão ao longo de um período de tempo predefinido.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela determinação de um mecanismo de incrustação compreender realizar uma análise matemática da mudança no fluxo do filtrado ou a mudança na pressão de acordo com um ou mais modelos de incrustação predeterminados.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo mecanismo de incrustação compreender um ou mais de polarização de concentração, adsorção orgânica de moléculas quimicamente ativas, incrustação devido à precipitação de sais e hidróxidos, bloqueio de torta e poro devido à deposição de partículas suspensas grandes ou partículas coloidais pequenas, formação de gel devido à deposição de macromoléculas inertes ou de bio-incrustação devido à deposição e crescimento de organismos biologicamente ativos.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por um ou mais modelos de incrustação predeterminados compreenderem um ou mais de um modelo de Hermia, um modelo modificado de Hermia ou um modelo de resistência em série.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela seleção do protocolo de limpeza compreender selecionar um método de limpeza e um ou mais parâmetros associados com o método de limpeza.
15. SISTEMA, caracterizado por compreender: um dispositivo de computação configurado para executar qualquer um dos métodos, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 14; e um ou mais sensores de fluxo configurados para determinar um ou mais parâmetros.
16. APARELHO, caracterizado por compreender: um ou mais processadores; e memória armazenando instruções legíveis por computador que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que o aparelho execute qualquer um dos métodos, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.
17. MEIO DE ARMAZENAMENTO NÃO TRANSITÓRIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR, caracterizado por compreender instruções executáveis por processador que, quando executadas por um ou mais processadores de um dispositivo de computação, fazem com que o dispositivo de computação execute qualquer um dos métodos, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.
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