ES2180463T3 - Perfeccionamientos introducidos en la filtracion sobre membranas. - Google Patents

Abstract

Método de filtración sobre membranas, particularmente de micro- ultra-, nano-. o hiperfiltración de efluentes que contienen materias en suspensión, particularmente de agua, con miras a reducir la obturación de las membranas y mejorar la capacidad de filtración de estas, caracterizado porque consiste en añadir al efluente, antes de su paso por la indicada membrana, una dosis de un reactivo de coagulación que desestabiliza las materias coloidales en suspensión, que es del orden de 30 a 80 veces inferior a la dosis de reactivo de coagulación que anula el potencial Zeta.

Description

Perfeccionamientos introducidos en la filtración sobre membranas.

La presente invención se refiere a los perfeccionamientos introducidos en la filtración sobre membranas de efluentes que contienen materias en suspensión, particularmente agua, con miras a reducir o evitar la obturación de las membranas y mejorar la capacidad de filtración de éstas.

Se sabe que las membranas de filtración (

\hbox{micro-,}

ultra-, nano-, o hiperfiltración) son sensibles a la obturación por diferentes tipos de sustancias: sustancias disueltas como las materias orgánicas, sustancias en estado coloidal como los hidróxidos metálicos o, en general, sustancias en suspensión (en abreviatura MeS, Materias en Suspensión). La obturación conduce a una reducción muy importante de la capacidad de filtración de la membrana, no siendo siempre la baja de capacidad reversible, dependiendo considerablemente la eficacia de las limpiezas de membranas de diversos factores, tales como el tiempo de residencia efectivo del producto ensuciante sobre la membrana, su solubilidad relativa en los productos de limpieza y las interacciones químicas o físico-químicas entre el indicado producto ensuciante y la superficie de la membrana, siendo este último factor eminentemente variable en función de la composición química del polímero que constituye la membrana.

Además es conocido (ver particularmente el "Memento Technique de l'Eau" Tomo I, capítulo 3.1 y capítulo 4.1 - Editado por DEGREMONT 1989) que la coagulación facilita la eliminación de las materias en suspensión y coloidales. En particular el experto en la materia sabe que la coagulación por sales metálicas permite desestabilizar los coloides, precipitar ciertas materias orgánicas después de absorción, por ejemplo sobre hidróxidos metálicos. Para caracterizar este fenómeno, existen varias formas:

\bullet por ensayo de coagulación-floculación en recipiente de laboratorio con diferentes dosis de sal metálica y estimación, por ejemplo, de las velocidades de decantación.

\bullet por medición del potencial Zeta (pZ) y sobretodo de la evolución de dicho pZ, en función de las dosis de sal metálica añadidas, hasta determinar la dosis que anula el pZ y que corresponde por consiguiente al porcentaje de tratamiento requerido para obtener una coagulación óptima.

Estas dos formas conducen a definir una dosis de coagulante, llamada "dosis óptima de coagulación", que según la experiencia adquirida por el experto en la materia es la dosis que permite el mejor tratamiento de clarificación del agua en curso de tratamiento y que, por consiguiente asegurará las mejores condiciones de trabajo para la membrana (es decir las condiciones menos ensuciadoras).

El inconveniente de un tratamiento que utiliza esta dosis óptima de coagulación es que esta dosis es relativamente elevada y repercute en el coste operativo del tratamiento de clarificación, y también en el coste de inversión de los equipos correspondientes.

Por otro lado, es preciso notar que la mayor parte de los proveedores de membranas de nanofiltración y de osmosis inversa, imponen, so pena de rescisión de las garantías relacionadas con las membranas, de alimentarlas solo con un agua exenta o, cuando menos, con un contenido muy bajo en metales pesados, bi- o trivalentes, tales como los iones férricos, en particular.

Es así, como en la literatura, numerosas publicaciones mencionan la utilización o la inyección de sal(es) metálica(s) río arriba de los tratamientos sobre membranas. Hay que subrayar que estas publicaciones mencionan dosis próximas a la que anula el pZ o, cuando menos dosis elevadas, que se aproximan al 30% y más de la dosis llamada óptima para anular el indicado pZ.

La presente invención se ha fijado por objetivo aportar un procedimiento que permita minimizar o cuando menos reducir el atascamiento de las membranas y mejorar con ello la capacidad de filtración fortaleciendo la economía del procedimiento. Para llegar a este resultado los problemas técnicos a resolver son los siguientes:

\bullet aumentar notablemente el flujo específico de producción (l.h^{-1}.m^{-2} de membrana);

\bullet producir un mínimo de lodos (de hidróxidos por ejemplo) resultante del tratamiento de clarificación y sobretodo,

\bullet reducir la superficie de membranas a instalar para tratar un mismo volumen de agua.

La titular ha observado, de forma realmente sorprendente para el experto en la materia, que una dosis de reactivo de coagulación muy inferior a la dosis que anula el potencia Zeta del agua a tratar, permitía mejorar considerablemente la capacidad de filtración de la membrana.

Esta invención tiene por consiguiente por objeto perfeccionamientos introducidos en la filtración sobre membranas, particularmente de micro-, ultra-, nano- o hiperfiltración de efluentes que concentran materias en suspensión, particularmente agua, con miras a reducir la obturación de las membranas y mejorar con ello la capacidad de filtración, caracterizados porque consisten en añadir al efluente a filtrar, antes de su paso por las membranas, una dosis de un reactivo de coagulación que desestabiliza las materias coloidales en suspensión, que es del orden de 30 a 80 veces inferior a la dosis que anula el potencial Zeta.

Según un modo de realización ventajoso del procedimiento según la invención la indicada dosis de reactivo de coagulación es del orden de 40 a 60 veces inferior a la que anula el potencial Zeta.

El ámbito de aplicación de la invención es particularmente amplio. Se puede en efecto utilizarlo particularmente para tratar sobre membranas aguas de orígenes diversos tales como por ejemplo:

- aguas residuales urbanas, después de un tratamiento biológico y una separación que permite obtener menos de 20 mg/l de MeS;

- aguas que no necesitan eliminación previa de las materias orgánicas y cuyo contenido en Carbono Orgánico Total (COT) es inferior a 2 mg/l;

- aguas sin depurar de superficie, con bajo contenido en COT y fuerte carga coloidal y que contienen menos de 200 mg/l de MeS.

El procedimiento según la invención proporciona excelentes resultados cuando se aplica a membranas de diferentes formas (capilares, tubulares, planas, en espiral) con piel interna o externa, que presentan configuraciones variadas (en caja, sin caja y sumergidas en un estanque). La invención es adecuada igualmente en aplicaciones relevantes de riego de zonas recreativas, la reutilización de aguas usadas en fábricas y de forma más general, en el pretratamiento río arriba de instalaciones de desaladura por osmosis inversa.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción dada a continuación con referencia al dibujo adjunto y a los ejemplos de realización dados a continuación. En el dibujo:

- la figura 1 es una vista esquemática que ilustra la inyección de reactivo coagulante, por ejemplo una sal metálica, particularmente una sal de hierro, ante una membrana en caja en circulación y,

- la figura 2 es una vista igualmente esquemática que ilustra la inyección del reactivo coagulante ante una membrana sin caja, sumergida.

En las dos figuras se han designado los elementos idénticos o similares por las mismas referencias.

En el modo de realización representado en la figura 1, el reactivo coagulante se inyecta en 2 en el agua a tratar 1 y la mezcla de agua a tratar-reactivo coagulante se filtra sobre la membrana en caja 4. El sistema comprende un bucle de recirculación 5. La referencia 3 designa la salida del agua tratada.

En el ejemplo de realización ilustrado por la figura 2 el reactivo coagulante 2 se inyecta en el agua a tratar 1, filtrándose seguidamente la mezcla sobre la membrana 6, sin caja, sumergida en un estanque que contiene el agua a tratar. El agua tratada 3 es evacuada con la ayuda de una bomba.

Se dan a continuación dos ejemplos cifrados de realización con el fin de destacar los efectos técnicos y ventajas aportadas por la presente invención.

Ejemplo 1 Tratamiento de agua residual urbana

Se realizó un ensayo en tratamiento biológico de un agua residual urbana procedente de un bioreactor con membrana textil tal como se ha descrito en FR-A-2775911.

La calidad del agua a la salida del reactor fue la siguiente:

DCO total:	40 mg/l
DBO5 total	< 10 mg/l
MeS	5 mg/l
COT	6 mg/l

En ensayo de laboratorio la dosis que anula la potenciación Zeta (pZ) es de 140 mg/l de FeCl_{3} (expresada en Fe Cl_{3} puro). La dosis óptima de reactivo coagulante, evaluada en floculación en recipiente para reducir las materias orgánicas (evaluadas por la absorción de UV a 254 nm) es de 110 mg/l.

El caudal de agua tratada procedente del reactor de membrana textil era de 1 m^{3}/h. El flujo estabilizado a través de la membrana capilar de ultrafiltración era de 32 l.h^{-1}.m^{-2}. Cuando se utilizó una pequeña cantidad de reactivo coagulante, inyectando en línea 3 mg/l de Fe Cl_{3} (expresado en Fe Cl_{3} puro) el flujo estabilizado se estableció en 100 l.h^{-1}.m^{-2}.

El retrolavado se realizó con 5 mg/l de cloro durante 30 segundos cada 30 minutos y, de vez en cuando, por ejemplo una vez por mes, con ácido cítrico amoniacal. Las aguas de retrolavado se llevaron a la cabeza del reactor biológico con membrana textil.

En este ejemplo, para tratar 1 m^{3}/h, sin reactivo coagulante, se obtuvieron 35 l.h^{-1}.m^{-2} y se tiene por consiguiente necesidad de 28,5 m^{2} de superficie de membrana. Por el contrario, inyectando 3 mg/l de Fe Cl_{3} se obtuvieron 100 l.h^{-1}.m^{-2} y se tuvo entonces necesidad de 10 m^{2} de superficie de membrana. Esto representa una mejora de flujo de 285% y una economía de 18,5 m^{2} o sea un 65% de membrana menos.

La producción de lodo se evaluó en aproximadamente 8 mg/l con 3 mg/l de Fe Cl_{3} en lugar de 5 mg/l sin adición de reactivo coagulante, pero es sin embargo muy inferior a la producción que se obtendría con 125 mg/l de Fe Cl_{3} o sea más de 90 mg/l de lodo formado.

Esta claro que el ensayo indicado anteriormente y los resultados que permite obtener van en contra de la experiencia del experto en la materia y de las enseñanzas que puede sacar del estado anterior de la técnica. En efecto:

- el aumento de flujo de una membrana, por clarificación incompleta (con una dosis de coagulante claramente inferior a la dosis óptima de clarificación) y

- utilización de agentes coagulantes (particularmente sal férrica) en pequeñas cantidades cuando menos muy superiores a los contenidos habitualmente prohibidos por la gran mayoría de fabricantes y proveedores de membranas, están en perfecta contradicción con las rutinas de utilización de membranas corrientemente admitidas.

Se desprende de la lectura de la descripción dada anteriormente que la invención permite efectivamente limitar la obturación de las membranas mejorando considerablemente la capacidad de filtración de éstas, lo cual se traduce por ventajas económicas muy importantes, particularmente una disminución de la superficie de membrana a instalar para tratar un mismo volumen de agua.

Queda bien entendido que esta invención no se limita a los ejemplos de realización y/o de aplicación mencionada y/o descritos aquí sino que abarca todas las variantes.

Claims (2)

1. Método de filtración sobre membranas, particularmente de micro-, ultra-, nano-, o hiperfiltración de efluentes que contienen materias en suspensión particularmente agua, con miras a reducir la obturación de las membranas y mejorar la capacidad de filtración de éstas, caracterizado porque consiste en añadir al afluente, antes de su paso por la indicada membrana, una dosis de un reactivo de coagulación que desestabiliza las materias coloidales en suspensión, que es del orden de 30 a 80 veces inferior a la dosis de reactivo de coagulación que anula el potencial Zeta.

2. Método, caracterizado porque la indicada dosis es del orden de 40 a 60 veces inferior a la que anula el potencial Zeta.