BRPI0713837B1

BRPI0713837B1 - Dispositivo de filtração para remoção de partículas de um líquido

Info

Publication number: BRPI0713837B1
Application number: BRPI0713837-7A
Authority: BR
Inventors: Beckers Herman; Doyen Wim
Original assignee: Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek (Vito)
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2018-05-29
Also published as: AU2007278351A1; CA2658308A1; WO2008012221A2; CN101495217B; RU2426585C2; EP2043766B1; CA2658308C; CN101495217A; EP2043766A2; RU2009105793A; EP1882512A1; US20090321332A1; DE602007004856D1; WO2008012221A3; IL196696A0; BRPI0713837A2; PL2043766T3; ATE457820T1; ZA200900205B; AU2007278351B2

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO PARA REMOÇÃO DE PARTÍCULAS DE UM LÍQUIDO (51) Int.CI.: B01D 63/02; B01D 65/08; C02F 1/44 (30) Prioridade Unionista: 26/07/2006 EP 06117912.3 (73) Titular(es): VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK (VITO) (72) Inventor(es): HERMAN BECKERS; WIM DOYEN

1/11 “DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO PARA REMOÇÃO DE PARTÍCULAS DE UM LÍQUIDO

Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se a filtros de membrana capilar invertida para tratamento de água.

Estado da técnica [002] Os filtros para tratamento de água com membranas capilares de ultra ou micro filtração possuindo poros menores no seu diâmetro externo (denominadas “membranas capilares invertidas) filtram a água não tratada impondo uma pressão inferior no lado do diâmetro inferior (“lúmen). A água filtrada (permeato) flui do diâmetro externo em direção ao lúmen, mas a sujeira acumula-se no perímetro externo e é removida por jato de ar e/ou impulso de retorno. Isto requer um bom contato entre as bolhas de ar e a membrana capilar. Outros pontos de preocupação são evitar o acúmulo de sujeira arrastada e ter uma concepção que possa ser construída de um modo econômico. Já foram propostas diferentes concepções de módulos para lidar com estes requisitos.

[003] Na patente US 5,248,424 descreve-se um módulo de membrana capilar que consiste numa camada de membranas colocadas em ambas as extremidades num coletor que serve como um dispositivo de recolha de permeato. As membranas podem mover-se livremente e formar uma configuração em forma de um arco sobre um plano horizontal através de ambos os dispositivos de recolha. Uma desvantagem desta configuração é que a camada horizontal das membranas acumula sólidos em suspensão facilmente.

[004] A patente US 5,783,083 descreve um módulo de recolha de membrana capilar/fibras ocas onde ambas as

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 7/25

2/11 extremidades de fibra estão colocadas num dispositivo de recolha das quais, pelo menos, uma serve como coletor de permeato. As fibras formam uma meada cilíndrica vertical. O comprimento de fibra é 0,1% a 5% mais longo que a distância fixa entre ambos os dispositivos de recolha, para permitir que as fibras tenham um determinado deslocamento. O enxaguamento é feito soprando ar entre as fibras. Para garantir que as fibras estão a uma distância bem definida umas das outras, no dispositivo de recolha, as extremidades das fibras são fixas num suporte flexível e enroladas em espiral antes de serem colocadas num tubo. A colocação das fibras em ambos os dispositivos de recolha é quase idêntica, à exceção do caso de apenas um coletor ser utilizado como coletor de permeato, o lúmen das fibras apenas é aberto numa extremidade. Esta configuração possui o risco de acumular sujeira no dispositivo de recolha superior que impede a livre passagem e circulação do ar e água não tratada no topo do módulo.

[005] Para evitar o acúmulo de sujeira, a patente WO

02/22244 descreve uma meada vertical de membranas capilares que está colocada apenas na parte de fundo de um dispositivo de recolha. O lado de lúmen das extremidades das membranas capilares na parte de cima apenas é fechado colocando material. As membranas capilares estão soltas de modo a que não exista obstrução no topo para acumular a sujeira presente, proveniente da água não-tratada. A injeção de ar no dispositivo de recolha no fundo limpa as superfícies externas das membranas capilares (jato de ar).

[006] O objetivo do documento EP 0931582 é produzir um módulo de fibras ocas altamente integradas colocando as

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 8/25

3/11 extremidades de uma camada planar de fibras dentro de uma abertura de um tubo. Pelo menos um lado do lúmen das extremidades de fibra permanece aberto de modo a que o tubo sirva como coletor de permeato. A colocação é feita pela provisão de um vertedouro na periferia da abertura do dispositivo de recolha e pelo enchimento do vertedouro com um material de colocação, por exemplo, poliuretano. Cada camada é colocada num dispositivo de recolha separado.

[007] Diversas das concepções de módulos, anteriormente discutidas, possuem uma camada planar de membranas capilares ou de fibras ocas, que são normalmente feitas num processo contínuo. O documento EP 0931582 descreve uma técnica para produzir a referida camada através de um processo de preparação de tecido de malha de fibras ocas. No documento US 5,716, 689, as membranas são colocadas lado a lado e põem-se uma tira adesiva nas membranas numa distância fixa. Depois, as membranas são cortadas adjacentes a estas tiras e estas tiras são montadas num carpete de fibras ocas colocando as tiras conjuntamente em cada extremidade da membrana para formar uma laçada de fibras ocas.

Objetivo da invenção [008] A presente invenção pretende proporcionar uma nova concepção de módulo de filtração baseada em camadas verticais planares de membranas capilares que podem ser facilmente limpas por jato de ar e que são menos suscetíveis de acumular sujeira.

Sumário da invenção [009] A presente invenção refere-se a um dispositivo de filtração para remover partículas de um líquido, o referido dispositivo de filtração compreendendo um dispositivo de

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 9/25

4/11 recolha arranjado para coletar e remover permeato e uma pluralidade de conjuntos de membranas planares possuindo um lado superior e um lado inferior. O referido lado inferior está operacionalmente ligado ao referido dispositivo de recolha. Os referidos conjuntos de membranas planares compreendem, cada um deles, uma pluralidade de membranas capilares de micro ou ultra filtração invertidas, cada membrana capilar estendendo-se do referido lado inferior para o referido lado superior do citado conjunto de membrana planar. A referida pluralidade de membranas capilares forma um plano. As membranas capilares de cada conjunto de membranas planares estão (operacionalmente) ligadas a um dispositivo de recolha superior individual. Os dispositivos de recolha superiores de cada conjunto de membranas planares e a disposição dos conjuntos de membranas planares no lado inferior estão dispostos de modo a permitirem que um fluxo de bolhas de ar, água não tratada e partículas passem do referido lado inferior para o referido lado superior. O dispositivo de filtração da invenção reduz a formação de partículas no referido lado superior.

[010] As membranas capilares de um conjunto de membranas planares estão dispostas lado a lado. Como resultado, a pluralidade de membranas capilares formando um plano significa que as membranas capilares de um conjunto de membranas planares formam uma única linha. Por isso, as membranas capilares de um conjunto de membranas planares são dispostas numa única linha. Cada conjunto de membranas planares consiste numa única linha de membranas capilares. [011] O dispositivo de recolha é formado por uma única câmara de coletor. As membranas capilares da referida

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 10/25

5/11 pluralidade de conjuntos de membranas planares são ligadas conjuntamente no lado inferior ao referido dispositivo de recolha (ligadas à referida câmara de coletor).

[012] O dispositivo de filtração compreende um coletor superior individual para cada conjunto de membranas planares. Por isso, todas as linhas únicas de membranas capilares (todos os conjuntos de membranas planares) são conjuntamente ligadas ao dispositivo de recolha no lado inferior, mas cada linha única da membrana capilar (cada conjunto de membranas planares) é ligada a um dispositivo de recolha superior individual. As membranas capilares de um conjunto de membranas planares são ligadas, no lado superior, a um dispositivo de recolha superior individual. Os conjuntos de membranas planares podem ser ligados ao correspondente dispositivo de recolha superior operacionalmente ou de um modo puramente mecânico.

[013] Numa forma de realização particular, as membranas capilares estão fechadas no lado superior do conjunto de membranas planares. Numa forma de realização alternativa, as membranas capilares são mantidas abertas no lado superior e cada dispositivo de recolha superior está disposto para recolher e remover permeato.

[014] Numa forma de realização específica da presente invenção, o dispositivo de filtração compreende um fornecimento de ar disposto para proporcionar bolhas de ar entre os conjuntos de membranas planares. O fornecimento de ar está de um modo preferido, disposto sobre todo o seu comprimento. O fornecimento de ar está integrado ou colocado imediatamente por cima do dispositivo de recolha. O fornecimento de ar é de um modo preferido, proporcionado

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 11/25

6/11 entre todos os conjuntos de membranas planares.

[015] De um modo preferido, no dispositivo de filtração de acordo com a presente invenção, os dispositivos de recolha superiores de cada conjunto de membranas planares estão fixos a uma distância predeterminada uns dos outros.

[016] As membranas capilares podem possuir um diâmetro externo entre 0,4 e 5 mm. O dispositivo de filtração de acordo com a invenção compreende, de um modo preferido, entre 2 e 50, de um modo preferido, entre 2 e 20, e de um modo vantajoso entre 3 e 8 conjuntos de membranas planares.

Breve descrição dos desenhos [017] A Figura 1 mostra uma vista lateral de um módulo de membrana de filtração de acordo com a presente invenção.

[018] A Figura 2 mostra uma vista frontal do mesmo módulo.

[019] A Figura 3 mostra esquematicamente uma vista frontal de um aparelho para fabricar uma camada planar de membranas capilares. Pode encontrar-se uma vista lateral do mesmo aparelho na Figura 4.

Descrição detalhada da invenção [020] Divulgam-se membranas capilares adequadas para realizar a invenção no documento WO2006/053406. Contudo, a invenção não se limita à utilização destas membranas capilares específicas.

[021] As membranas capilares estão penduradas lado a lado para formarem uma camada vertical planar. Em resultado, uma camada vertical planar compreende membranas capilares dispostas numa linha única. Na presente invenção, cada linha única de membranas capilares deve ser vista como um conjunto de membranas planares.

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 12/25

7/11 [022] Num lado - o lado de fundo - diversas das tais camadas planares são colocadas conjuntamente num dispositivo de recolha, paralelas umas às outras. As extremidades de membranas permanecem abertas aqui, de modo a que o permeato seja recolhido e evacuado das membranas de todas as camadas em conjunto. No outro lado - o lado superior - cada camada planar (cada linha única) de membranas capilares possui um dispositivo de recolha superior individual. Aqui, o dispositivo de recolha também pode atuar como um coletor ou as extremidades podem ser fechadas. O espaço que permanece entre dois dispositivos de recolha superiores adjacentes permite que a água não tratada e as bolhas de ar passem facilmente.

[023] A presente invenção refere-se a um módulo de filtração submerso constituído por membranas capilares invertidas. A filtração é feita impondo uma pressão inferior ao lado de lúmen das membranas capilares.

[024] O funcionamento é melhor explicado por meio dos desenhos. Na figura 1 mostra-se uma vista lateral do módulo

1. As membranas 5 estão suspensas verticalmente e estão colocadas no lado de fundo num dispositivo 3 de recolha que atua como um coletor de permeato. As membranas 5 estão colocadas numa única linha (um plano) para formarem uma camada 2 planar. Na figura 1 são mostradas quatro das tais camadas 2 planares numa vista lateral. A referida camada planar pode ser melhor observada na camada planar na figura

2. As membranas numa camada planar estão posicionadas lado a lado com um pequeno espaço entre as duas membranas capilares adjacentes. O número de membranas num plano pode variar a partir de apenas umas poucas até mais do que mil, dependendo

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 13/25

8/11 do diâmetro da membrana, da distância entre duas membranas adjacentes e do comprimento da camada planar. O número de camadas planares pode variar de 2 a 50. No coletor de fundo as extremidades 13 de membrana estão abertas. A água filtrada (permeato) que é sugada através da parede de membrana flui através desta extremidade 13 inferior aberta para dentro de uma câmara 6 coletora. No coletor 3 existe uma abertura 18 num ou dois lados para evacuar o permeato. No local onde as membranas 5 entram, a vedação do coletor é feita pelo material 9 de colocação, por exemplo, uma resina de poliuretano, epóxi, polibutadieno ou material semelhante. A função dos suportes 7 é manter as membranas capilares juntas durante a produção, e impedir que a resina de colocação entre no coletor 6 de permeato durante a operação de colocação.

[025] Uma novidade essencial da invenção aqui apresentada é que na extremidade superior das membranas capilares as diferentes camadas planares das membranas são colocadas em dispositivos 4 de recolha individuais. As extremidades 14 superiores de membrana capilar podem ser fechadas por material 12 de colocação como mostrado nas figuras 1 e 2, mas também podem ser deixadas abertas para evacuar permeato, também no lado superior. Os espaços 15 deixados entre os diferentes dispositivos 4 de recolha e entre os corpos 16 externas de dispositivo de recolha dos dois coletores 1 adjacentes tornam possível que as partículas, que flutuam na água não tratada, circulem por intermédio do fluxo ascendente de água. A maioria das concepções de módulos existentes possuem áreas maiores no topo onde os fluxos de água não tratada e as bolhas de ar são insuficientes com, como consequência, a acumulação de partículas maiores. A patente

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 14/25

9/11

WO 02/22244 também possui aberturas no lado superior entre as membranas capilares, mas aqui as membranas estão soltas ao longo de todo o seu comprimento de modo que existe um elevado risco de acumulação, resultando também numa fraca acessibilidade para a ação de limpeza do fluxo das bolhas de ar e da água não tratada. Na nova concepção aqui apresentada, os coletores superiores estão montados a uma distância fixa, e. g., montando-os na estrutura de módulo principal com uma distância bem definida uns dos outros. Em resultado, existe uma distância bem definida entre duas camadas planares adjacentes. Isto mantém as membranas capilares individuais bem afastadas umas das outras de um modo fixo e controlável, resultando numa excelente acessibilidade para as bolhas de ar e água não tratada sem o risco de acumulação.

[026] Numa aplicação típica como os biorreatores de membrana (MBR), aplica-se um percurso às bolhas de ar para manter a água não tratada, fora dos capilares, em movimento e impedindo as partículas de se afundarem para o fundo do reservatório do biorreator de membrana. Este ar é soprado por baixo dos módulos, e limpa a superfície exterior das membranas capilares por efeito de arrastamento. Opcionalmente pode ser fornecido ar adicional soprando ar através das aberturas 11 de um tubo 10 de fornecimento de ar colocado entre as camadas planares dos capilares imediatamente acima do coletor 3 inferior. O número dos tubos de fornecimento de ar colocados pode variar de zero a um entre qualquer camada planar, como mostrado na figura 1.

[027] A nova concepção de coletor aqui apresentada compreende diferentes camadas planares de membranas capilares. Um método para fazer tais camadas planares de um

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 15/25

10/11 modo barato é apresentado no que se segue. Uma máquina para fazer isto está esquematicamente representada nas figuras 3 e

4. Um carretel (reel) 20 com a membrana 5 capilar enrolada está colocado na máquina 19 de produção de camada planar. Uma extremidade da membrana 5 está fixa à barra 24a ou 24b e a máquina 19 inicia a rotação. A membrana 5 está enrolada de um modo cilíndrico em torno de várias barras 23 e 24. Durante cada rotação o guia 21 de membrana desloca-se de uma distância fixa ao longo de uma barra guia 22, de modo que a membrana 5 seja depositada nas barras 23 e 24 de um modo muito preciso e controlável. No final, quando o guia 21 atinge a sua posição final, a máquina para e a outra extremidade da membrana vinda do carretel 20 é fixada a uma das barras 24a, 24b e é cortada. Depois, um suporte 25a respectivamente 25b com adesivo é posto nas barras 24a e 24b. Este suporte é, por exemplo, uma parte de uma placa feita de cloreto de polivinilo (PVC), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), polietileno (PE), polipropileno (PP) ou um material semelhante. O adesivo é, de um modo preferido, um adesivo que reage de um modo suficientemente rápido para permitir pequenos tempos de funcionamento, mas não demasiadamente rápido para conceder tempo suficiente ao operador para efetuar a colagem. Adesivos adequados podem ser, mas não estão limitados a resinas de poliuretano, epóxi ou polibutadieno, cola fundida quente ou cola. Uma vantagem de um adesivo tal como acima mencionado (e.g., um fundido quente) que pode ser aplicado com espessuras de até poucos milímetros, é que as aberturas entre as membranas 5 capilares e os suportes 25a e 25b podem ser fechadas quando se empurram estes suportes com fundido quente contra as barras 24a e 24b.

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 16/25

11/11

Para evitar a aderência do fundido quente às barras 24a ou 24b que fazem parte da estrutura do aparelho, pode colocar-se uma camada anti-aderência nestas barras ou pode colocar-se um suporte semelhante aos suportes 25a e 25b nas barras 24a e 24b antes do início. Depois, estes suportes adicionais também fazem parte do coletor 3 e são mostrados nas figuras 1 e 2 como o elemento 7. Quando o adesivo é suficientemente forte (e.g., para um fundido quente quando foi suficientemente arrefecido), as membranas 5 são cortadas entre as barras 24a e 24b e as membranas capilares de camada planar podem ser removidas e estão prontas para serem utilizadas na produção de módulos. De acordo com o mesmo principio, pode utilizar-se um aparelho com um carretel em vez de diversas barras 23 e

24.

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 17/25

1/3

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de filtração para remoção de partículas de um líquido, dito dispositivo de filtração compreendendo:

- um dispositivo de recolha (3) arranjado para recolher e remover permeato e formado por uma câmara coletora única (6);

- uma pluralidade de conjuntos de membranas planares (2) possuindo um lado superior (14) e um lado inferior (13), o referido lado inferior sendo operacionalmente ligado ao referido dispositivo de recolha (3), os referidos conjunto de membranas planares (2) compreendendo uma pluralidade de membranas capilares de micro ou ultrafiltrarão invertidas (5), cada membrana capilar estendendo-se a partir do referido lado inferior (13) para o referido lado superior (14) do referido conjunto de membranas planares (2); dito dispositivo sendo caracterizado pelo fato de compreender:

- cada conjunto de membranas planares (2) ser formado de uma linha única da pluralidade de membranas capilares de microou ultrafiltrarão invertidas (5); e

- o dispositivo de filtração (1) compreendendo ainda um dispositivo de recolha superior individual (4) para cada conjunto de membranas planares (5), sendo que os lados superiores (14) das membranas capilares do referido conjunto de membranas planares (2) estão ligados ao referido dispositivo de recolha superior individual (4), sendo que os dispositivos de recolha superiores (4) de cada conjunto de membranas planares (2) são fixados em uma distância predeterminada a partir uma da outra e sendo que o dispositivo de recolha superior (4) de cada conjunto de membrana planar (2), e a disposição do conjunto de membrana planar (2) no lado inferior (13) estão arranjados para

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 18/25
2/3 permitirem que um fluxo de bolhas de ar, água não-tratada e partículas passem do referido lado inferior (13) para o referido lado superior (14).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada dispositivo de recolha superior (4) estar disposto para recolher e remover permeato.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as membranas capilares (5) estarem fechadas no lado superior (14) do conjunto de membranas planares (2).
4. Dispositivo, reivindicações 1, de acordo com qualquer uma das 2 ou 3, caracterizado pelo fato de compreender um fornecimento de ar (10, 11) disposto para proporcionar bolhas de ar entre os conjuntos de membranas planares (2).
5. Dispositivo, de acordo com reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o fornecimento de ar (10, 11) ser arranjado sobre o comprimento total membranas planares (2).
6. Dispositivo, de dos conjuntos de das acordo com qualquer uma reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de o referido fornecimento de ar (10, 11) estar integrado com ou colocado imediatamente acima do coletor de dispositivo de recolha (3).
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de se proporcionar um fornecimento de ar (10, 11) entre todos os conjuntos de membranas planares (2).
8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de a pluralidade de conjuntos de membranas planares (2) compreender entre 2 e 50,

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 19/25

3/3 preferivelmente entre 2 e 20, e vantajosamente entre 3 e 8.
9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de as membranas capilares (5) possuírem um diâmetro externo entre 0,4 e 5 mm.

Petição 870180016810, de 01/03/2018, pág. 20/25

1/4