BR112021012617A2

BR112021012617A2 - Dispositivo de filtração e método para operar um dispositivo de filtração

Info

Publication number: BR112021012617A2
Application number: BR112021012617-1A
Authority: BR
Inventors: Ayumi Mori; Atsushi Kobayashi; Kentaro Kobayashi
Original assignee: Toray Industries, Inc.
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-09-08
Also published as: CN113242758A; JP7388347B2; CN113242758B; EP3903912A1; EP3903912A4; JPWO2020138231A1; US20220111335A1; WO2020138231A1

Abstract

dispositivo de filtração e método para operar um dispositivo de filtração. é fornecido um aparelho de filtração que compreende um meio de controle de fluxo e um módulo de membrana de separação, em que o aparelho de filtração tem um meio de detecção de fluxo de líquido para detectar o fluxo de líquido em um local escolhido e um meio de controle externo para controlar o estado do meio de controle de fluxo. o meio de controle externo tem: uma etapa de definição de faixa alvo para definir uma faixa de fluxo alvo (a) que inclui um fluxo de líquido alvo no local escolhido; uma etapa de registro de estado de controle para registrar o estado (s) dos meios de controle de fluxo quando, após iniciar o fornecimento de um líquido sendo filtrado ou uma solução de contracorrente para o módulo de membrana de separação, o fluxo de líquido no local escolhido entra pela primeira vez na faixa de fluxo alvo (a); uma etapa de definição de estado para colocar o meio de controle de fluxo no estado (s) registrado pelo meio de registro de estado de controle; e uma etapa de controle de fluxo para manter o fluxo de líquido na faixa de fluxo alvo (a).

Description

“DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO E MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO” CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo de filtração e um método de operação do mesmo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A filtração usando uma membrana de separação é usada em vários campos, por exemplo, campos de tratamento de água, tal como produção de água potável, tratamento de purificação de água e tratamento de águas residuais, campos de fermentação envolvendo cultura de microrganismos e células cultivadas e campos da indústria de alimentos.

[003] À medida que uma operação de filtração usando a membrana de separação para filtrar um líquido a ser filtrado é continuada, é inevitável que depósitos se acumulem na superfície da membrana de separação de modo que o desempenho de filtração da membrana de separação seja deteriorado. Portanto, como um método para remover os depósitos na superfície da membrana de separação após a operação de filtração ser continuada por um certo período de tempo, uma operação de lavagem de refluxo em que um líquido de contracorrente é feito fluir de volta para a membrana de separação é fornecida. Ao realizar alternadamente a operação de filtração e a operação de lavagem de refluxo, é possível remover periodicamente os depósitos na superfície da membrana de separação de modo a manter o desempenho de filtração da membrana de separação.

[004] No entanto, uma vez que um estado da membrana de separação ou semelhante nem sempre é constante quando tal operação de filtração ou tal operação de lavagem de refluxo é iniciada, leva muito tempo para estabilizar uma taxa de fluxo do líquido dentro de uma faixa alvo após o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente começar a ser fornecido à membrana de separação, que foi problematizada.

[005] A este respeito, como uma técnica para estabilizar precocemente a taxa de fluxo de líquido após o início da operação, um método de reprodução de um estado de um dispositivo de controle quando uma taxa de fluxo de líquido foi estabilizada durante uma operação anterior por um tempo predeterminado no início de um próxima operação (Literatura Patentária 1), um método de realização de controle preliminar para definir um estado imediatamente antes do final de uma operação de controle anterior para ser um estado alvo antes do início de uma próxima operação de controle (Literatura Patentária 2), e semelhantes são revelados.

LISTA DE CITAÇÕES

[006] Literatura Patentária: Literatura Patentária 1: JP-A-2005-13797; e Literatura Patentária 2: JP-A-S61-236068.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[007] No entanto, os métodos convencionais para estabilização precoce da taxa de fluxo de líquido não podem exibir um efeito suficiente ou não podem ser aplicados de forma flexível quando, por exemplo, uma operação de filtração e uma operação de lavagem de refluxo, cujas taxas de fluxo alvo são significativamente diferentes umas das outras, são continuamente realizadas. Além disso, nos métodos convencionais, tem havido o problema de que a incrustação da membrana provavelmente prossiga, visto que a taxa de fluxo de líquido imediatamente após o início da operação é significativamente maior do que a taxa de fluxo alvo.

[008] Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo de filtração e um método de operação do mesmo, que não são facilmente afetados, mesmo quando há uma grande diferença entre as taxas de fluxo alvo, e podem estabilizar precocemente a taxa de fluxo de líquido após o início da operação, enquanto evita que a taxa de fluxo de líquido imediatamente após o início da operação se torne significativamente maior do que a taxa de fluxo alvo.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[009] A fim de resolver os problemas acima, a presente invenção fornece o seguinte dispositivo de filtração e um método de operação do mesmo.

[010] (1) Um dispositivo de filtração incluindo: uma unidade de controle de taxa de fluxo; um módulo de membrana de separação; uma unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido detectando uma taxa de fluxo de líquido em uma parte selecionada livremente; e uma unidade de controle externa controlando um estado da unidade de controle de taxa de fluxo, em que a unidade de controle externa inclui: uma etapa de definição de faixa alvo para definir uma faixa de taxa de fluxo alvo (A) que inclui uma taxa de fluxo de líquido alvo na parte selecionada livremente; uma etapa de registro de estado de controle para registrar um estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo quando a taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) após um líquido a ser filtrado ou um líquido de contracorrente começar a ser fornecido ao módulo de membrana de separação; uma etapa de definição de estado para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle; e uma etapa de controle de taxa de fluxo para controlar a taxa de fluxo de líquido para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo.

[011] (2) O dispositivo de filtração de acordo com (1), em que a faixa de taxa de fluxo alvo (A) está dentro de ± 10% em relação à taxa de fluxo de líquido alvo.

[012] (3) O dispositivo de filtração de acordo com (1) ou (2), em que a unidade de controle de taxa de fluxo é uma válvula e/ou uma bomba.

[013] (4) Um método para operar um dispositivo de filtração, o dispositivo de filtração incluindo uma unidade de controle de taxa de fluxo e um módulo de membrana de separação, o método incluindo: uma etapa de definição de faixa alvo para definir uma faixa de taxa de fluxo alvo (A) que inclui uma taxa de fluxo de líquido alvo em uma parte selecionada livremente; uma etapa de registro de estado de controle para registrar um estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo quando uma taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) após um líquido a ser filtrado ou um líquido de contracorrente começar a ser fornecido ao módulo de membrana de separação; uma etapa de passagem de líquido (I) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle e fornecer o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente ao módulo de membrana de separação; e uma etapa de passagem de líquido (P) para controlar uma taxa de fluxo, na qual o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente é fornecido ao módulo de membrana de separação, para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo pela unidade de controle de taxa de fluxo.

[014] (5) O método para operar um dispositivo de filtração de acordo com (4), em que o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente é interrompido após a etapa de registro de estado de controle ser concluída e o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente é iniciado na etapa de passagem de líquido (I).

[015] (6) O método para operar um dispositivo de filtração de acordo com (4) ou (5), em que a etapa de passagem de líquido (I) é continuada por 5 segundos ou mais.

[016] (7) O método para operar um dispositivo de filtração de acordo com qualquer um de (4) a (6), em que a faixa de taxa de fluxo alvo (A) está dentro de ± 10% em relação à taxa de fluxo de líquido alvo.

[017] (8) O método para operar um dispositivo de filtração de acordo com qualquer um de (4) a (7), em que a unidade de controle de taxa de fluxo é uma válvula e/ou uma bomba.

EFEITOS VANTAGENS DA INVENÇÃO

[018] De acordo com o dispositivo de filtração e o método de operação do mesmo da presente invenção, mesmo em um caso em que a operação de filtração e a operação de lavagem de refluxo, cujas taxas de fluxo alvo são muito diferentes entre si, são realizadas continuamente, o tempo até a taxa de fluxo de líquido ser estabilizada desde o início da operação pode ser significativamente reduzido sem ser afetado por isso. Além disso, a taxa de fluxo após o início da operação é impedida de ser significativamente maior do que a taxa de fluxo alvo para evitar o progresso da incrustação da membrana, estendendo assim o tempo de filtração.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[019] [FIG. 1] A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático que mostra um exemplo de um dispositivo de filtração da presente invenção.

[020] [FIG. 2] A Figura 2 é um fluxograma esquemático que mostra um exemplo de um dispositivo de controle externo da presente invenção.

[021] [FIG. 3] A Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra um exemplo de transição de taxa de fluxo de líquido da presente invenção.

DESCRIÇÃO DE FORMAS DE REALIZAÇÃO

[022] A seguir, uma forma de realização da presente invenção será descrita em detalhes com referência aos desenhos, mas a presente invenção não está limitada a eles.

[023] A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático que mostra um exemplo de um dispositivo de filtração da presente invenção. O dispositivo de filtração deste exemplo inclui uma válvula de controle (V1) e uma válvula de controle (V2) que servem como uma unidade de controle de taxa de fluxo, um módulo de membrana de fibra oca do tipo de pressão externa (doravante referido como “módulo de membrana de fibra oca”) (6) que serve como um módulo de membrana de separação, um medidor de fluxo (9) e um medidor de fluxo (8) que servem como uma unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido, um computador (13) e um computador (14) que servem como uma unidade de controle externa e um manômetro (5) e um manômetro (10) que servem como um unidade de detecção de pressão. Uma diferença entre o manômetro (5) e o manômetro (10) é monitorada como uma pressão transmembrana.

[024] A Figura 2 é um diagrama esquemático que mostra os fluxos de sinal de uma unidade de detecção de quantidade de líquido de fluido, a unidade de controle externa e a unidade de controle de taxa de fluxo. Uma taxa de fluxo de líquido em uma parte selecionada livremente detectada por uma unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido (21) (correspondendo ao medidor de fluxo (9) e ao medidor de fluxo (8) na Figura 1) é enviada para uma unidade de controle externa (22) (correspondendo ao computador (13) e ao computador (14) na Figura 1). Um cálculo é realizado na unidade de controle externa (22) e um sinal em relação a um estado de uma unidade de controle de taxa de fluxo (23) (correspondendo à válvula de controle (V1) e a válvula de controle (V2) na Figura 1) é enviado para a unidade de controle de taxa de fluxo (23).

[025] A unidade de controle externa (22) inclui uma etapa de definição de faixa alvo (24) para definir uma faixa de taxa de fluxo alvo (A) que inclui uma taxa de fluxo de líquido alvo na unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido (21), uma etapa de registro de estado de controle (25) para registrar um estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo (23) quando a taxa de fluxo de líquido detectada pela unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido (21) entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) após um líquido a ser filtrado começar a ser fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6), uma etapa de definição de estado (26) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo (23) para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle (25) e uma etapa de controle de taxa de fluxo (27) para controlar o estado da unidade de controle de taxa de fluxo (23) de acordo com a taxa de fluxo de líquido alvo.

[026] Os autores verificaram que, ao fornecer a unidade de controle externa (22), incluindo a etapa de definição de faixa alvo (24), a etapa de registro de estado de controle (25), a etapa de definição de estado (26) e a etapa de controle de taxa de fluxo (27), um tempo até a taxa de fluxo de líquido ser estabilizada a partir do início da operação quando um líquido a ser filtrado é filtrado pelo módulo de membrana de fibra oca (6) no dispositivo de filtração da presente invenção pode ser significativamente reduzido, enquanto o progresso da incrustação da membrana, causado pelo fato de que a taxa de fluxo de líquido torna-se mais alta do que um valor alvo imediatamente após o início da operação, pode ser evitado. Daqui em diante, um método de operação específico do dispositivo de filtração mostrado nas Figuras 1 e 2 será descrito.

[027] No dispositivo de filtração da presente invenção, o líquido a ser filtrado, que é armazenado em um tanque de líquido a ser filtrado (1), é fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) por uma bomba de abastecimento (2). O líquido a ser filtrado é filtrado por uma membrana de fibra oca contida no módulo de membrana de fibra oca (6) de um lado do líquido a ser filtrado da membrana de fibra oca (lado primário) para um lado do filtrado da membrana de fibra oca (lado secundário) e se torna um filtrado. O filtrado é enviado para um tanque de armazenamento de filtrado (7) através de um tubo de filtrado (11) e armazenado nele.

[028] Uma taxa de fluxo do líquido a ser filtrado fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) é monitorada pelo medidor de fluxo (9).

O grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1), que é um dispositivo de controle de taxa de fluxo, é controlado pelo computador (13). Uma parte do líquido a ser filtrado não é filtrada e é então circulada por uma bomba de circulação (3) e fornecida ao módulo de membrana de fibra oca (6) novamente.

[029] Após uma operação de filtração, a fim de remover a sujeira acumulada em uma superfície da membrana de fibra oca no módulo de membrana de fibra oca (6), uma operação de lavagem de refluxo do módulo de membrana de fibra oca (6) (doravante, referida como “operação de contracorrente”) é realizada. Na operação de contracorrente, um líquido de contracorrente armazenado no tanque de armazenamento de filtrado (7) é enviado por uma bomba de contracorrente (12) e fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) através do tubo de filtrado (11). O líquido de contracorrente é feito fluir de volta do lado do filtrado da membrana de fibra oca (lado secundário) para o lado do líquido a ser filtrado da membrana de fibra oca (lado primário) da membrana de fibra oca no módulo de membrana de fibra oca (6). Uma taxa de fluxo do líquido de contracorrente fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) é monitorada pelo medidor de fluxo (9). O grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1), que é a unidade de controle de taxa de fluxo, é controlado pelo computador (13).

[030] A operação de filtração e a operação de contracorrente são executadas repetidamente. O método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção, no caso de realizar uma pluralidade de ciclos, onde uma série de fluxos em que uma etapa de contracorrente é realizada após uma etapa de filtração é referido como um “ciclo”, será descrito em detalhes abaixo com um exemplo.

[031] Como a parte selecionada livremente no dispositivo de filtração, (p1) (não mostrado), que é uma parte alvo de medição de taxa de fluxo do medidor de fluxo (9), é selecionado. Em seguida, a faixa de taxa de fluxo alvo (A), que inclui a taxa de fluxo de líquido alvo, é definida em (p1) (etapa de definição de faixa alvo). Após a etapa de definição de faixa alvo ser realizada, a operação de filtração do dispositivo de filtração é iniciada. A etapa de definição de faixa alvo pode ser realizada após a operação de filtração ou a operação de contracorrente do dispositivo de filtração ser iniciada. Embora uma faixa de taxa de fluxo alvo (An) para a operação de filtração e uma faixa de taxa de fluxo alvo (Ar) para a operação de contracorrente sejam definidas individualmente neste exemplo, seus valores podem ser comuns.

[032] Durante a operação de filtração de um primeiro ciclo, ao mesmo tempo que o início da operação, o líquido a ser filtrado é fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) enquanto o grau de abertura da válvula de controle (V1) é controlado pelo computador (13) com base na taxa de fluxo medida pelo medidor de fluxo (9) (etapa de passagem de líquido (P)). Um método de controle pode ser qualquer método, desde que a taxa de fluxo no medidor de fluxo (9) caia dentro da faixa de líquido alvo (An), e o controle proporcional integral diferencial (PID) seja preferível do ponto de vista de convergência para a faixa de taxa de fluxo alvo (An).

[033] Depois de iniciar a etapa de passagem de líquido (P), a taxa de fluxo de líquido em (p1) é monitorada. Em seguida, um estado (Sn) da unidade de controle de taxa de fluxo (neste exemplo, o grau de abertura da válvula de controle (V1)) é registrado no computador (13) quando a taxa de fluxo de líquido em (p1) entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo predefinida (An) (etapa de registro de estado de controle). Aqui, o tempo em que a taxa de fluxo de líquido entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (An) refere-se a um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (An) por 1 segundo ou mais, de preferência um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente na faixa por 3 segundos ou mais, e mais preferencialmente um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente na faixa por 5 segundos ou mais.

[034] Vários métodos de registro do estado (Sn) no computador (13) são concebíveis, e tal método não é particularmente limitado, desde que o método seja capaz de registrar informações que são necessárias e suficientes para retornar a unidade de controle de taxa de fluxo ao estado (Sn) novamente.

[035] Após o estado (Sn) da unidade de controle de taxa de fluxo ser registrado na etapa de registro de estado de controle, a operação de filtração é encerrada após um tempo predeterminado. Depois disso, a operação de contracorrente do primeiro ciclo é realizada. Durante a operação de contracorrente do primeiro ciclo também, ao mesmo tempo que o início da operação, o filtrado é fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6), enquanto o grau de abertura da válvula de controle (V1) é controlado pelo computador (13) com base na taxa de fluxo medida pelo medidor de fluxo (9) (etapa de passagem de líquido (P)). Neste caso também, o método de controle do grau de abertura da válvula de controle (V1) pode ser qualquer método,

desde que a taxa de fluxo no medidor de fluxo (9) caia dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (Ar), e é preferível que o controle PID seja realizado pelo computador (13) do ponto de vista de convergência para a faixa de taxa de fluxo alvo (Ar).

[036] Após a etapa de passagem de líquido (P) ser iniciada, a taxa de fluxo de líquido em (p1) é monitorada. Em seguida, um estado (Sr) da unidade de controle de taxa de fluxo (neste exemplo, o grau de abertura da válvula de controle (V1)) é registrado no computador (13) quando a taxa de fluxo de líquido em (p1) entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (Ar) (etapa de registro de estado de controle). Aqui, o tempo em que a taxa de fluxo de líquido entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (Ar) refere-se a um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) por 1 segundo ou mais, de preferência um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente na faixa por 3 segundos ou mais, e mais preferencialmente um instante em que a taxa de fluxo de líquido entra continuamente na faixa por 5 segundos ou mais. Um método de registro do estado (Sr) também não é particularmente limitado.

[037] Após o estado (Sr) da unidade de controle de taxa de fluxo ser registrado na etapa de registro de estado de controle, a operação de contracorrente é encerrada após um tempo predeterminado. Depois disso, a operação de filtração de um segundo ciclo é realizada.

[038] Durante a operação de filtração do segundo ciclo, ao mesmo tempo que o início do fornecimento do líquido a ser filtrado para o módulo de membrana de fibra oca (6), a válvula de controle (V1) que serve como a unidade de controle de taxa de fluxo é ajustada para o estado (Sn), e o líquido a ser filtrado é fornecido ao módulo de membrana de fibra oca (6) (etapa de passagem de líquido (I)).

[039] Após a etapa de passagem de líquido (I) da operação de filtração do segundo ciclo ser realizada por um tempo predeterminado, o fornecimento do líquido a ser filtrado para o módulo de membrana de fibra oca (6) é trocado para o controle PID, e a operação de filtração é continuada (etapa de passagem de líquido (P)).

[040] Em uma série de fluxos para a operação de filtração a partir do primeiro ciclo para o segundo ciclo até o momento, o método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção é executado para a operação de filtração que inclui (1) a etapa de definição de faixa alvo para definir a faixa de taxa de fluxo alvo (An), (2) a etapa de registro de estado de controle para registrar o estado (Sn) da unidade de controle de taxa de fluxo, (3) a etapa de passagem de líquido (I) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (Sn), e (4) a etapa de passagem de líquido (P).

[041] Após um tempo predeterminado, a operação de filtração é finalizada e a operação de contracorrente do segundo ciclo é realizada.

Durante a operação de contracorrente do segundo ciclo também, ao mesmo tempo que o início da operação, a válvula de controle (V1) que serve como a unidade de controle de taxa de fluxo é ajustada para o estado (Sr), e o líquido de contracorrente é fornecido para o módulo de membrana de fibra oca (6) (etapa de passagem de líquido (I)). Após a etapa de passagem de líquido (I) da operação de contracorrente do segundo ciclo ser realizada por um tempo predeterminado, o fornecimento do líquido de contracorrente para o módulo de membrana de fibra oca (6) é trocado para o controle PID e a operação de contracorrente é continuada (etapa de passagem de líquido (P)).

[042] Em uma série de fluxos para a operação de contracorrente a partir do primeiro ciclo para o segundo ciclo até o momento, o método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção é executado para a operação de contracorrente que inclui (1) a etapa de definição de faixa alvo para definir a faixa de taxa de fluxo alvo (Ar), (2) a etapa de registro de estado de controle para registrar o estado (Sr) da unidade de controle de taxa de fluxo, e (3) a etapa de passagem de líquido (I) e a etapa de passagem de líquido (P) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (Sr).

[043] Conforme descrito acima, após o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente para o módulo de membrana de separação ser iniciado, o estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo é registrado quando a taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente no dispositivo de filtração entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) e é aplicado à etapa de passagem de líquido (I) subsequente, de modo que um controle de aumento seja facilitado no início da etapa de passagem de líquido (I), e a taxa de fluxo de líquido alvo estável possa ser alcançada em um estágio anterior.

[044] O método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção atinge um efeito particularmente preferível em um fluxo de um aspecto em que o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente é interrompido após a etapa de registro de estado de controle ser concluída e, em seguida, o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente é iniciado na etapa de passagem de líquido (I).

[045] Por outro lado, em um caso em que o estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo é registrado após um certo período de tempo ter decorrido desde que a taxa de fluxo de líquido entra dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) e é então aplicado à subsequente etapa de passagem de líquido (I), o controle de aumento durante a etapa de passagem de líquido torna-se difícil e leva muito tempo para atingir a taxa de fluxo de líquido alvo estável. Isto é devido a uma influência da incrustação de membrana da membrana de separação ou semelhante causado pelo intervalo de um certo período de tempo.

[046] Por exemplo, durante a etapa de registro de estado de controle da operação de filtração, quando a taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente entra dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) e, em seguida, um certo tempo decorre, a incrustação de membrana da membrana de separação progride, e o grau de abertura da válvula de controle (V1), que é a unidade de controle de taxa de fluxo, é aumentado de modo a ajustar a taxa de fluxo de líquido de acordo com a incrustação de membrana.

[047] Mesmo se o grau de abertura da válvula de controle (V1) nesta situação for registrado como o estado (S), o estado (S) não é adequado para a etapa de passagem de líquido (I) na operação de filtração subsequente em um caso em que a incrustação de membrana da membrana de separação é eliminada na operação de contracorrente subsequente. Como o grau de abertura da válvula de controle é excessivamente grande, a taxa de fluxo de líquido excede em muito a faixa de taxa de fluxo alvo. Como resultado, leva muito tempo para atingir a taxa de fluxo de líquido alvo estável. Além disso, a taxa de fluxo de líquido excessiva resulta em um ciclo vicioso no qual a incrustação de membrana da membrana de separação é mais provável de progredir.

[048] A Figura 3 mostra esquematicamente a transição (a) de uma taxa de fluxo de filtração na etapa de passagem de líquido (I) da presente invenção, a transição (b) de uma taxa de fluxo de filtração em um caso onde uma técnica convencional é aplicada e a transição (c) de uma taxa de fluxo de filtração em um caso em que o controle PID é realizado desde o início da operação de filtração sem realizar a etapa de passagem de líquido (I). Ao aplicar a etapa de passagem de líquido (I) da presente invenção, a taxa de fluxo de líquido alvo pode ser alcançada mais cedo, enquanto a taxa de fluxo após o início da operação pode ser impedida de aumentar significativamente.

[049] Após a etapa de passagem de líquido (P) do segundo ciclo ser realizada por um período de tempo predeterminado, a etapa de contracorrente pode ser encerrada e a operação de filtração e a operação de contracorrente de um terceiro ciclo e um quarto ciclo podem ser realizadas do mesmo modo. Além disso, a etapa de registro de estado de controle pode ser realizada durante cada uma dentre a operação de filtração e a operação de contracorrente do segundo ciclo, o estado (Sn) e o estado (Sr) podem ser registrados novamente e a operação de filtração e a operação de contracorrente do terceiro ciclo podem ser executadas aplicando esses estados.

[050] Quando a operação de filtração e a operação de contracorrente de um enésimo ciclo são realizadas na repetição dos ciclos conforme descrito acima, é preferível aplicar o estado (Sn) e o estado (Sr) registrados na etapa de registro de estado de controle realizada em um ciclo imediatamente anterior ((n-1)-ésimo ciclo) de modo a realizar o controle da taxa de fluxo com maior precisão.

[051] O grau de abertura do enésimo ciclo pode ser definido com base em uma tendência de vários ciclos imediatamente anteriores (por exemplo, vários ciclos de um (n-5)-ésimo ciclo para um (n-1)-ésimo ciclo) Por exemplo, quando graus de abertura de um grau de abertura Sn(n-5) do (n-5)- ésimo ciclo para um grau de abertura Sn(n-1) do (n-1)-ésimo ciclo da válvula de controle (V1) são plotados em relação ao número de ciclos e uma linha reta aproximada é desenhada por um método de mínimos quadrados, o grau de abertura Sn(n) do enésimo ciclo pode ser calculado com base na linha reta aproximada e definido como Sn. Neste caso, o Sn é preferencialmente previsto com base em três ou mais ciclos imediatamente anteriores.

[052] Tal método é eficaz, por exemplo, em um caso onde as propriedades do líquido a ser filtrado são rapidamente deterioradas ou melhoradas enquanto a operação é continuada. Em particular, em um caso onde as propriedades do líquido a ser filtrado são melhoradas, o método evita efetivamente que a operação seja realizada a uma taxa de fluxo superior a um valor alvo.

[053] O termo “parte selecionada livremente” selecionada na etapa de definição de faixa alvo não está limitado a uma parte no dispositivo de filtração e uma pluralidade de “partes selecionadas livremente” pode ser selecionada. Quando uma pluralidade de “partes selecionadas livremente” é selecionada, é necessário associar cada uma das partes com uma unidade de controle de taxa de fluxo correspondente. Por outro lado, mesmo se a “parte selecionada livremente” for uma parte, o estado (S) de uma pluralidade de unidades de controle de taxa de fluxo pode ser registrado na etapa de registro de estado de controle.

[054] Por exemplo, no dispositivo de filtração mostrado na Figura 1, além da válvula de controle (V1), a válvula de controle (V2), a bomba de abastecimento (2), a bomba de circulação (3) ou a bomba de contracorrente (12) também podem ser usadas como a unidade de controle de taxa de fluxo e o grau de abertura da válvula de controle (V2) e as saídas da bomba de contracorrente (12), da bomba de abastecimento (2) e da bomba de circulação (3) também podem ser registradas na etapa de registro de estado de controle como o estado (S). No caso da válvula de controle (V2), o grau de abertura é controlado pelo computador (14) com base em uma taxa de fluxo de líquido detectada pelo medidor de fluxo (8).

[055] No método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção, a etapa de passagem de líquido (I) de manutenção do estado (S) é de preferência continuada por 5 segundos ou mais, e mais preferencialmente continuada por 10 segundos ou mais. Ao continuar a etapa de passagem de líquido (I) por 5 segundos ou mais, o controle de aumento no início da etapa de passagem de líquido (I) é facilitado. Enquanto isso, a fim de realizar a etapa de passagem de líquido (P) em um estágio anterior, a etapa de passagem de líquido (I) é preferencialmente realizada por 60 segundos ou menos, mais preferencialmente 30 segundos ou menos, e ainda mais preferencialmente 20 segundos ou menos.

[056] A faixa de taxa de fluxo alvo (A) na etapa de definição de faixa alvo incluída no método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção está de preferência dentro de ± 20% em relação à taxa de fluxo de líquido alvo, mais preferencialmente dentro de ± 10%, e ainda mais preferencialmente dentro de ± 5%. Enquanto isso, uma vez que leva muito tempo antes que a taxa de fluxo entre pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) se a faixa de taxa de fluxo alvo (A) for muito estreita, é preferível que a faixa de taxa de fluxo alvo (A) seja ± 1% ou mais. Ao definir essa faixa, o controle de aumento no início da etapa de passagem de líquido (I) é ainda mais facilitado e a taxa de fluxo de líquido alvo estável pode ser alcançada em um estágio anterior.

[057] A unidade de controle de taxa de fluxo incluída no dispositivo de filtração à qual o método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção é aplicado é de preferência uma válvula e/ou uma bomba capaz de realizar o controle de taxa de fluxo mais facilmente com alta precisão.

[058] O módulo de membrana de separação incluído no dispositivo de filtração ao qual é aplicado o método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção não é particularmente limitado e qualquer configuração conhecida pode ser aplicada ao mesmo.

[059] A membrana de separação incluída no módulo de membrana de separação pode ser uma membrana orgânica ou uma membrana inorgânica, desde que a membrana permita a contracorrente e exemplos das mesmas incluem membranas orgânicas feitas de fluoreto de polivinilideno, polissulfona, polietersulfona, politetrafluoroetileno, polietileno ou polipropileno e membranas inorgânicas feitas de cerâmica. Uma membrana de separação feita de fluoreto de polivinilideno é preferível, uma vez que essa membrana de separação tem menos probabilidade de ser contaminada por substâncias orgânicas, é fácil de limpar e tem excelente durabilidade.

[060] Exemplos de um tipo de membrana de separação incluem uma membrana de microfiltração ou uma membrana de ultrafiltração com um diâmetro médio de poro de 0,001 µm ou mais e menos de 10 µm. Exemplos de uma forma da membrana de separação incluem uma membrana de fibra oca, uma membrana tubular, uma membrana de monólito e uma membrana pregueada. É preferível uma membrana de fibra oca com uma área de superfície de membrana maior em relação a um volume do módulo de membrana de separação.

[061] A membrana de fibra oca pode ser uma membrana de fibra oca do tipo de pressão externa que realiza a filtração de um lado externo para um lado interno das fibras ocas ou uma membrana de fibra oca do tipo de pressão interna que realiza a filtração do lado interno para o externo lado. A membrana de fibra oca do tipo de pressão externa é preferível uma vez que tal membrana de fibra oca do tipo de pressão externa tem menos probabilidade de sofrer de incrustação devido à turvação. A membrana de fibra oca do tipo de pressão externa tem de preferência um diâmetro externo de 0,5 a 3 mm. Quando o diâmetro externo é de 0,5 mm ou mais, a resistência do filtrado que flui na membrana de fibra oca pode ser controlada para ser relativamente pequena. Enquanto isso, quando o diâmetro externo é de 3 mm ou menos, o colapso da membrana de fibra oca causado pela pressão do líquido a ser filtrado pode ser evitado. A membrana de fibra oca do tipo de pressão interna tem, de preferência, um diâmetro interno de 0,5 a 3 mm. Quando o diâmetro interno é de 0,5 mm ou mais, a resistência do líquido a ser filtrado que flui na membrana de fibra oca pode ser controlada para ser relativamente pequena. Por outro lado, quando o diâmetro interno é de 3 mm ou menos, uma área de superfície de membrana maior pode ser assegurada.

[062] Um modo da filtração usando o módulo de membrana de separação cuja membrana de separação é a membrana de fibra oca pode ser filtração sem saída ou filtração de fluxo cruzado. No entanto, uma vez que uma quantidade de sujeira a ser aderida à membrana de separação é grande em um líquido a ser filtrado contendo uma alta concentração de uma substância orgânica, a filtração de fluxo cruzado, na qual uma força de cisalhamento do líquido circulante a ser filtrado é obtida, é preferível para remover a sujeira com eficácia.

[063] O dispositivo de filtração e o método de operação do dispositivo de filtração da presente invenção são adequadamente usados para filtrar um líquido a ser filtrado que tem uma alta taxa de aumento na pressão transmembrana durante um ciclo. Especificamente, a taxa de aumento na pressão transmembrana durante um ciclo é de 1 kPa/min ou mais, preferencialmente 1,5 kPa/min ou mais, e mais preferencialmente 2 kPa/min ou mais. Durante a filtração do líquido a ser filtrado com uma taxa de aumento de 1 kPa/min ou mais, a incrustação de membrana da membrana de separação progride rapidamente e, assim, o efeito da presente invenção torna-se notável.

[064] Exemplos do líquido a ser filtrado, que tem uma alta taxa de aumento na pressão transmembrana em um ciclo, incluem um líquido com uma turbidez de 20 NTU ou mais e um líquido com um carbono orgânico total (TOC) de 10 mg/l ou mais. Exemplos específicos destes incluem água de superfície altamente turva, água de esgoto tratada secundária, água residual de fábrica e líquido de fermentação biológica.

EXEMPLO PREPARAÇÃO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DE MICROFILTRAÇÃO DE FLUORETO DE POLIVINILIDENO

[065] 38 partes em massa de um homopolímero de fluoreto de vinilideno com um peso molecular ponderal médio de 41,7 x 104 e 62 partes em massa de γ-butirolactona foram misturadas e dissolvidas a 160 °C. A solução de polímero foi descarregada de uma fieira de um tubo duplo, sendo acompanhada por uma solução aquosa de 85% em massa de γ-butirolactona, que serve como um líquido para formar uma porção oca, e coagulada em um banho de resfriamento formado por uma solução aquosa de 85% em massa de γ-butirolactona a uma temperatura de 5 °C colocada a 30 mm abaixo da fieira de modo a preparar uma membrana de fibra oca de microfiltração de fluoreto de polivinilideno (doravante referido como PVDF). A membrana de fibra oca de PVDF obtida tinha um diâmetro externo de 1250 µm, um diâmetro interno de 800 µm e um diâmetro médio de poro de 0,3 µm.

PREPARAÇÃO DO MÓDULO DE MEMBRANA DE FIBRA OCA DE MICROFILTRAÇÃO DE PVDF DO TIPO DE PRESSÃO EXTERNA

[066] Cem membranas de fibra oca obtidas assim foram preenchidas em um invólucro cilíndrico de polissulfona com um diâmetro interno de 22 mm e um comprimento de 300 mm, e uma mistura incluindo uma resina epóxi do tipo F de bisfenol (LST868-R14, fabricada pela Huntsman Corporation) e um agente de cura à base de amina alifática (LST868-H14, fabricado pela Huntsman Corporation) com uma razão em massa de 100:30 foi vertido em uma porção de extremidade da caixa e curado para formar uma parte de enchimento (potting). Uma parte de enchimento também foi formada na outra extremidade do invólucro da mesma maneira, e as partes de enchimento foram cortadas em duas extremidades para abrir a porção oca da membrana de fibra oca, preparando assim um módulo de membrana de fibra oca de microfiltração de PVDF do tipo de pressão externa.

EXEMPLO 1

[067] O módulo de membrana de fibra oca de microfiltração de PVDF do tipo de pressão externa preparado foi usado como o módulo de membrana de separação para constituir o dispositivo de filtração mostrado na Figura 1.

[068] Neste dispositivo de filtração, um ciclo de uma operação de filtração de fluxo cruzado e uma operação de contracorrente foi repetido. Mais especificamente, a operação de filtração de fluxo cruzado foi realizada por 550 segundos com um fluxo de filtração alvo de 2,2 m 3/m2/dia usando um vinho não filtrado disponível comercialmente como o líquido a ser filtrado, e a operação de contracorrente foi realizada com um fluxo de contracorrente alvo de 3,0 m3/ m2/dia usando um filtrado da operação de filtração como o líquido de contracorrente. A velocidade linear da superfície da membrana durante a operação de filtração de fluxo cruzado foi ajustada para 1,5 m/s.

[069] Antes de realizar a operação de filtração do primeiro ciclo, (p1), que é a parte alvo de medição de taxa de fluxo do medidor de fluxo (9), foi selecionado como a parte selecionada livremente no dispositivo de filtração e uma faixa de ± 10% em relação ao fluxo de filtração alvo de 2,2 m3/m2/dia, incluindo o fluxo de filtração alvo de 2,2 m3/m2/dia, que é a taxa de fluxo de líquido alvo, foi definido como a faixa de taxa de fluxo alvo (A) (etapa de definição de faixa alvo).

[070] Durante a operação de filtração do primeiro ciclo, após o fornecimento do líquido a ser filtrado para o módulo de membrana de separação ter sido iniciado pelo controle PID, o grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1) foi registrado como o estado (S) quando um taxa de fluxo de líquido (fluxo de filtração) em (p1) entrou dentro da faixa de ± 10% em relação a 2,2 m3/m2/dia que é a faixa de taxa de fluxo alvo (A) (60 segundos após o início da operação de filtração) (etapa de registro de estado de controle).

[071] Durante a operação de filtração do segundo ciclo, o grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1) foi ajustado para o estado (S) registrado durante a operação de filtração do primeiro ciclo, o líquido a ser filtrado foi fornecido ao módulo de membrana de separação para 5 segundos (etapa de passagem de líquido (I)), e então o líquido a ser filtrado foi fornecido pelo controle PID (etapa de passagem de líquido (P)). Um tempo desde o início da operação de filtração do segundo ciclo até que a taxa de fluxo de líquido em (p1) entrou pela primeira vez na faixa de taxa de fluxo alvo (A) foi de 20 segundos, e a taxa de fluxo de líquido pôde, assim, ser estabilizada em um estágio precoce. A transição da taxa de fluxo de líquido foi como mostrado em (a) da Figura 3, em que a taxa de fluxo de líquido não se tornou significativamente maior do que a taxa de fluxo de líquido alvo.

EXEMPLO 2

[072] O dispositivo de filtração foi operado da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o período de tempo da etapa de passagem de líquido (I) foi alterado para 10 segundos. O tempo desde o início da operação de filtração do segundo ciclo até que a taxa de fluxo de líquido em (p1) entrou pela primeira vez na faixa de taxa de fluxo alvo (A) foi de 15 segundos, e a taxa de fluxo de líquido pôde, assim, ser estabilizada em um estágio precoce. A transição da taxa de fluxo de líquido foi como mostrado em (a) da Figura 3, em que a taxa de fluxo de líquido não se tornou significativamente maior do que a taxa de fluxo de líquido alvo.

EXEMPLO 3

[073] O dispositivo de filtração foi operado da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o período de tempo da etapa de passagem de líquido (I) foi alterado para 15 segundos. O tempo desde o início da operação de filtração do segundo ciclo até a taxa de fluxo de líquido em (p1) entrar pela primeira vez na faixa de taxa de fluxo alvo (A) foi de 20 segundos, e a taxa de fluxo de líquido pôde, assim, ser estabilizada em um estágio precoce. A transição da taxa de fluxo de líquido foi como mostrado em (a) da Figura 3, em que a taxa de fluxo de líquido não se tornou significativamente maior do que a taxa de fluxo de líquido alvo.

EXEMPLO 4

[074] O dispositivo de filtração foi operado da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o período de tempo da etapa de passagem de líquido (I) foi alterado para 20 segundos. O tempo desde o início da operação de filtração do segundo ciclo até que a taxa de fluxo de líquido em (p1) entrou pela primeira vez na faixa de taxa de fluxo alvo (A) foi de 25 segundos, e a taxa de fluxo de líquido pôde, assim, ser estabilizada. A transição da taxa de fluxo de líquido foi como mostrado em (a) da Figura 3, em que a taxa de fluxo de líquido não se tornou significativamente maior do que a taxa de fluxo de líquido alvo.

EXEMPLO COMPARATIVO 1

[075] O dispositivo de filtração foi operado da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o líquido a ser filtrado foi fornecido pelo controle PID desde o início da operação de filtração sem realizar a etapa de passagem de líquido (I) durante a operação de filtração do segundo ciclo. O tempo desde o início da operação de filtração do segundo ciclo até a taxa de fluxo de líquido em (p1) entrar pela primeira vez na faixa de taxa de fluxo alvo (A) foi de 60 segundos e, portanto, a taxa de fluxo de líquido não pôde ser estabilizada em um estágio precoce. A transição da taxa de fluxo de líquido foi como mostrado em (c) da Figura 3, e houve um caso em que a taxa de fluxo de filtração no início da filtração do segundo ciclo era significativamente maior do que a taxa de fluxo de líquido alvo.

EXEMPLO COMPARATIVO 2

[076] O dispositivo de filtração foi operado da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1) foi registrado quando 545 segundos se passaram após o início da operação de filtração durante a operação de filtração do primeiro ciclo, e o período de tempo da etapa de passagem de líquido (I) foi alterado para 10 segundos durante a operação de filtração do segundo ciclo. Durante a operação de filtração do primeiro ciclo, a taxa de fluxo de líquido (fluxo de filtração) em (p1) entrou na faixa de ± 10% em relação a 2,2 m3/m2/dia que é a faixa de taxa de fluxo alvo (A) após 60 segundos do início da operação de filtração como no Exemplo 1. No entanto, em comparação com aquele tempo, a incrustação da membrana de separação progrediu consideravelmente após o intervalo de 545 segundos desde o início da operação de filtração, e o grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1) era grande. Como resultado, uma vez que o grau de abertura de válvula da válvula de controle (V1) no início da operação de filtração do segundo ciclo era excessivamente grande, a transição da taxa de fluxo de líquido em (p1) desde o início da operação de filtração foi como mostrado em (b) da Figura 3, em que a taxa de fluxo foi significativamente excedida a faixa de taxa de fluxo alvo (A), então levou 55 segundos para entrar na faixa de taxa de fluxo alvo (A) novamente e, assim, a taxa de fluxo de líquido não pôde ser estabilizada em um estágio precoce.

[077] Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes com referência a uma forma de realização específica, será evidente para os técnicos no assunto que várias mudanças e modificações podem ser feitas sem se afastar do sentido e do escopo da invenção.

[078] O presente pedido é baseado no Pedido de Patente Japonesa No. 2018-242780, depositado em 26 de dezembro de 2018, e o conteúdo do mesmo é incorporado aqui como referência.

APLICAÇÃO INDUSTRIAL

[079] O dispositivo de filtração e o método de operação do mesmo da presente invenção são, de preferência, aplicados ao tratamento de filtração de um líquido a ser filtrado em vários campos, por exemplo, campos de tratamento de água, tais como produção de água potável, tratamento de purificação de água e tratamento de águas residuais, campos de fermentação envolvendo cultura de microrganismos e células cultivadas e campos da indústria de alimentos.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA

[080] 1 - Tanque de líquido a ser filtrado.

[081] 2 - Bomba de abastecimento.

[082] 3 - Bomba de circulação.

[083] 4 - Medidor de fluxo.

[084] 5 – Manômetro.

[085] 6 - Módulo de membrana de fibra oca.

[086] 7 - Tanque de armazenamento de filtrado.

[087] 8 - Medidor de fluxo.

[088] 9 - Medidor de fluxo.

[089] 10 – Manômetro.

[090] 11 - Tubo de filtrado.

[091] 12 - Bomba de contracorrente.

[092] 13 – Computador.

[093] 14 – Computador.

[094] V1 - Válvula de controle.

[095] V2 - Válvula de controle.

[096] V3 – Válvula.

[097] V4 – Válvula.

[098] 21 - Unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido.

[099] 22 - Unidade de controle externa.

[0100] 23 - Unidade de controle de taxa de fluxo.

[0101] 24 - Etapa de definição de faixa alvo.

[0102] 25 - Etapa de registro de estado de controle.

[0103] 26 - Etapa de definição de estado.

[0104] 27 - Etapa de controle de taxa de fluxo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, caracterizado por compreender: uma unidade de controle de taxa de fluxo; um módulo de membrana de separação; uma unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido detectando uma taxa de fluxo de líquido em uma parte selecionada livremente; e uma unidade de controle externa controlando um estado da unidade de controle de taxa de fluxo, e repetir um ciclo de filtração compreendendo pelo menos uma operação de filtração e uma operação de contracorrente várias vezes, em que a unidade de controle externa compreende: uma etapa de definição de faixa alvo para definir uma faixa de taxa de fluxo alvo (A) que inclui uma taxa de fluxo de líquido alvo na parte selecionada livremente; uma etapa de registro de estado de controle para registrar um estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo quando a taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) após um líquido a ser filtrado ou um líquido de contracorrente começar a ser fornecido ao módulo de membrana de separação; uma etapa de definição de estado para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle; e uma etapa de controle de taxa de fluxo para controlar a taxa de fluxo de líquido para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A), em que a operação de filtração e/ou a operação de contracorrente compreende:

uma etapa de passagem de líquido (I) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle e fornecer o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente ao módulo de membrana de separação; e uma etapa de passagem de líquido (P) para controlar uma taxa de fluxo, na qual o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente é fornecido ao módulo de membrana de separação, para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) pela unidade de controle de taxa de fluxo, e em que a unidade de controle de taxa de fluxo na etapa de passagem de líquido (I) no enésimo ciclo de filtração (n é um número natural sendo 2 ou mais) é definida para um estado registrado em (n-1)-ésimo ciclo de filtração pela unidade de controle de taxa de fluxo.

2. DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela faixa de taxa de fluxo alvo (A) estar dentro de ± 10% em relação à taxa de fluxo de líquido alvo.

3. DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela unidade de controle de taxa de fluxo ser uma válvula e/ou uma bomba.

4. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, caracterizado pelo dispositivo de filtração compreender: uma unidade de controle de taxa de fluxo; um módulo de membrana de separação; uma unidade de detecção de taxa de fluxo de líquido detectando uma taxa de fluxo de líquido em uma parte selecionada livremente; e uma unidade de controle externa controlando um estado da unidade de controle de taxa de fluxo, e repetir um ciclo de filtração compreendendo pelo menos uma operação de filtração e uma operação de contracorrente várias vezes,

em que a unidade de controle externa compreende:

uma etapa de definição de faixa alvo para definir uma faixa de taxa de fluxo alvo (A) que inclui uma taxa de fluxo de líquido alvo na parte selecionada livremente;

uma etapa de registro de estado de controle para registrar um estado (S) da unidade de controle de taxa de fluxo quando a taxa de fluxo de líquido na parte selecionada livremente entra pela primeira vez dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) após um líquido a ser filtrado ou um líquido de contracorrente começar a ser fornecido ao módulo de membrana de separação;

uma etapa de definição de estado para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle; e uma etapa de controle de taxa de fluxo para controlar a taxa de fluxo de líquido para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A),

em que a operação de filtração e/ou a operação de contracorrente compreende:

uma etapa de passagem de líquido (I) para definir a unidade de controle de taxa de fluxo para o estado (S) registrado na etapa de registro de estado de controle e fornecer o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente ao módulo de membrana de separação; e uma etapa de passagem de líquido (P) para controlar uma taxa de fluxo, na qual o líquido a ser filtrado ou o líquido de contracorrente é fornecido ao módulo de membrana de separação, para estar dentro da faixa de taxa de fluxo alvo (A) pela unidade de controle de taxa de fluxo,

o método compreendendo definir a unidade de controle de taxa de fluxo na etapa de passagem de líquido (I) no enésimo ciclo de filtração (n é um número natural sendo 2 ou mais) para um estado registrado em (n-1)-ésimo ciclo de filtração pela unidade de controle de taxa de fluxo.

5. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente ser interrompido após a etapa de registro de estado de controle ser concluída e o fornecimento do líquido a ser filtrado ou do líquido de contracorrente ser iniciado na etapa de passagem de líquido (I).

6. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pela etapa de passagem de líquido (I) ser continuada por 5 segundos ou mais.

7. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pela faixa de taxa de fluxo alvo (A) estar dentro de ± 10% em relação à taxa de fluxo de líquido alvo.

8. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pela unidade de controle de taxa de fluxo ser uma válvula e/ou uma bomba.

9. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizado pelo líquido a ser filtrado ter uma turbidez de 20 NTU ou mais.

10. MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizado pelo líquido a ser filtrado ter uma taxa de aumento na pressão transmembrana na operação de filtração de 1 kPa/min ou mais.