ES2213484B1

ES2213484B1 - Proceso de reconversion de membranas de osmosis inversa.

Info

Publication number: ES2213484B1
Application number: ES200300320A
Authority: ES
Inventors: Frco. Javier Alday Ansola; Juan Jose Rodriguez Gonzalez
Original assignee: MIXTA DE AGUAS DE LAS PALMAS S; Empresa Mixta de Aguas de las Palmas SA
Current assignee: MIXTA DE AGUAS DE LAS PALMAS S; Empresa Mixta de Aguas de las Palmas SA
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: ES2213484A1; WO2004069392A1; AU2003303899A1

Abstract

Proceso de reconversión de membranas de osmosis inversa. La invención proporciona un proceso para reconvertir membranas de ósmosis inversa obsoletas procedentes de plantas de desalinización de aguas o plantas similares, para su posterior utilización como filtros en el rango de la microfiltración en otro tipo de plantas de tratamiento como por ejemplo depuradoras de aguas residuales. El proceso consiste en la eliminación de la capa activa de la membrana, mediante el empleo de un producto decapante adecuado que no perjudique la capa microporosa de la membrana.

Description

Proceso de reconversión de membranas de ósmosis inversa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para reconvertir membranas de ósmosis inversa desechadas procedentes de plantas de tratamiento de aguas como por ejemplo plantas de desalación de aguas o similares, para su posterior reutilización en otro tipo de procesos de filtración en los que se requiere un menor grado de filtración, como por ejemplo puede ser una planta de depuración de aguas residuales urbanas.

Antecedentes de la invención

En la actualidad se fabrican y venden membranas específicas para microfiltración de fluidos construidas con diferentes materiales.

Las membranas de microfiltración orgánicas se fabrican con la configuración de fibra hueca o capilar, donde la alimentación se realiza por el centro de la microfibra, denominado lumen, y el producto o filtrado se recoge por el exterior, tal y como se muestra en la figura 1. Cada fabricante las instala en módulos con formas específicas, no normalizadas, que obliga a comprarles la instalación completa, con alguna excepción en la que se fabrican módulos susceptibles de ser montados en tubos de presión como los que se utilizan en la desalación por ósmosis inversa con membranas de configuración espiral.

Existen muchos tipos de procesos de filtración que se utilizan para acondicionar un fluido a unas condiciones requeridas, ya sea para su empleo directo o como pretratamiento de otro proceso. Una forma de clasificar estos procesos es por el mecanismo de retención de partículas. Así se clasifican, de forma general, en filtración superficial y filtración en profundidad.

En la primera, el filtro ofrece un obstáculo con huecos de un tamaño concreto, de forma que partículas de un tamaño inferior lo atraviesan y las de un tamaño superior quedan retenidas. Este mecanismo se llama retención mecánica.

En el caso de la filtración en profundidad se trata de un obstáculo con espesor, de forma que la retención de partículas se realiza, además, por la actuación de algún otro mecanismo, como son el contacto aleatorio, la sedimentación en el medio, el impacto, la adhesión, la adsorción química, la atracción electrostática, etcétera.

Otra forma de clasificar los procesos de filtración es por el tamaño de partícula que retienen, aunque los límites se solapan, tal como se puede apreciar en la figura 2.

En dicha figura aparece la ósmosis inversa no siendo rigurosamente un proceso de filtración ya que el mecanismo por el que atraviesa el disolvente la membrana semipermeable, aunque no se conoce exactamente, no responde a los mecanismos típicos de los procesos de filtración. Entre los procesos que aparecen en la figura 2 se encuentra la microfiltración, que es un proceso de filtración por membranas con un grado de selectividad entre 3 micras y 5 centésimas de micra.

El material empleado en la fabricación de buena parte de las membranas de microfiltración existentes en el mercado es una polisulfona y la configuración es capilar. Por otra parte, las membranas de ósmosis inversa más utilizadas en el sector de la desalación de agua se fabrican en configuración espiral y están compuestas por tres capas como se ha representado en la figura 3, una capa soporte (1) de poliester, sobre la que se coloca una capa de polisulfona microporosa (2) y, sobre ésta, se crea la capa activa semipermeable (3) mediante técnicas de polimerización con poliamidas aromáticas o poliéter-ureas.

El envejecimiento de las membranas de ósmosis inversa, a medida que se utilizan para la desalación de agua se manifiesta de dos formas, mediante una pérdida de semipermeabilidad y una pérdida de producción. En otras palabras, con el uso, las membranas dejan pasar cada vez mayor proporción de soluto o sales diluidas y, por otra parte, ofrecen más resistencia al paso del disolvente o agua. Esto obliga a la sustitución de membranas que han llegado a cierto grado de envejecimiento por membranas nuevas, creándose un residuo sólido formado por la membrana obsoleta.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por finalidad modificar las membranas de ósmosis inversas obsoletas procedentes de procesos de tratamiento de aguas como por ejemplo desalinización o procesos similares, con objeto de hacerlas aptas para otro tipo de proceso de filtración que permita por lo tanto reutilizar dichas membranas.

En particular, la invención se refiere al proceso de reconversión de las membranas de ósmosis inversa, el cual consiste en eliminar la capa activa que es la que ha perdido propiedades durante la utilización de la membrana en la planta de tratamiento, manteniendo la capa de microporosa y la capa soporte de poliéster.

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Para ello, es necesario seleccionar un producto decapante adecuado y comprobar que en la membrana reconvertida, tras el proceso de eliminación de la capa activa, la estructura de la capa de polisulfona queda en condiciones adecuadas para actuar como microfiltro.

Las membranas reconvertidas mediante el proceso objeto de la presente invención, son instaladas posteriormente en cualquier proceso donde se requiera una microfiltración, como por ejemplo es el caso del tratamiento terciario en plantas depuradoras de aguas residuales urbanas.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en las que se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- muestra una vista en sección transversal y una vista lateral de una fibra hueca o capilar de una membrana de microfiltración conocida en el estado de la técnica.

Figura 2.- muestra un esquema comparativo de los procesos de filtración conocidos en el estado de la técnica en función del tamaño de partícula que se retiene.

Figura 3.- muestra un corte transversal de una membrana plana de ósmosis inversa conocida en el estado de la técnica, que forma parte de los elementos o módulos de configuración espiral.

Figura 4.- muestra un diagrama comparativo de los resultados de los ensayos de filtración con filtros de 3 micras realizados al agua de alimentación a las membranas decapadas y al agua filtrada por las mismas, empleando como producto decapante el permanganato potásico. En el eje de abscisas se indica el número de medida o muestra, y en el eje de ordenadas la suciedad expresada en miligramos por litro.

Figura 5.- muestra un diagrama indicativo de la relación de los valores presentados en la figura 4 en forma de rendimiento y porcentaje.

Figura 6.- muestra un diagrama comparativo de las medidas de turbidez nefelométrica (NTU) realizadas al agua de alimentación a las membranas decapadas y al agua filtrada por las mismas. En el eje de las abscisas se indica el número de medida o muestra, y en el eje de ordenadas el grado de turbidez expresado en NTU (unidades de turbidez nefelométrica).

Figura 7.- muestra un diagrama indicativo de la relación de los valores presentados en la figura 6 en forma de rendimiento y porcentaje.

Realización preferente de la invención

Para la realización de los ensayos se construyó una planta experimental en una estación depuradora de aguas residuales urbanas, para tratamiento de las aguas provenientes del tratamiento biológico de la estación depuradora mediante tres procesos secuenciales: filtración de partículas mediante cartuchos filtrantes, microfiltración mediante las membranas obsoletas sin capa semipermeable y ósmosis inversa. De esta forma se podría comprobar el funcionamiento de las membranas decapadas según el proceso de la invención, así como su idoneidad como pretratamiento de un proceso de ósmosis inversa.

La primera parte de los ensayos consistieron en la obtención de un proceso de decapado o de eliminación de la capa activa semipermeable adecuado, para lo que se ensayaron diferentes soluciones en varias dosis y durante periodos de contacto variables.

Para la eliminación de la capa activa, se ensayaron diversos productos oxidantes, así como álcalis y disolventes comprobando que eran capaces de provocar el decapado de la membrana.

Concretamente, se ensayaron los siguientes productos: peróxido de hidrógeno, hipoclorito sódico, permanganato potásico, hidróxido sódico y acetona.

En cuanto al modo de producir el decapado se ensayaron tanto la inmersión de la membrana en una solución del reactivo como la recirculación de la solución a través del elemento de membrana con un caudal alrededor de
9 m^{3}/h.

Para evaluar la eficacia del decapado y comparar los diferentes ensayos realizados se ha definido un coeficiente de permeabilidad del elemento (CPE) como el cociente entre el caudal de producto (QP) y la presión de alimentación (PA) de un ensayo de caracterización del elemento después de decapado.

CPE = \frac{QP}{PA} \ 10^{4}

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En la tabla 1 se presenta un resumen comparativo de los diferentes reactivos utilizados y el valor del coeficiente de permeabilidad del elemento logrado después del decapado, en función de la dosis de dicho producto, tiempo de reacción y tipo de proceso empleado, ya sea recirculación o inmersión.

TABLA 1

Producto decapante	Dosis,	Tiempo reacción,	Modo de decapado	Coeficiente de permeabilidad
	mg/L	horas		del elemento (CPE), m^{3}/h/bar
H_{2}O_{2}	9100	92	Inmersión	25
H_{2}O_{2}	5460	2	Recirculación	67
NaClO	7440	91	Inmersión	34
NaClO	7440	1	Recirculación	81
NaClO	7440	2	Recirculación	85
NaClO	7440	7,5	Recirculación	527
KMnO_{4}	200	1	Recirculación	169
KMnO_{4}	200	4	Recirculación	221
KMnO_{4}	400	1	Recirculación	267
KMnO_{4}	600	1	Recirculación	372
KMnO_{4}	600	4	Recirculación	437
KMnO_{4}	800	1	Recirculación	352
KMnO_{4}	1000	93	Inmersión	86
KMnO_{4}	1000	1	Recirculación	458
KMnO_{4}	1200	1	Recirculación	433
KMnO_{4}	1200	4	Recirculación	488
KMnO_{4}	2000	1	Recirculación	384
NaOH	7680	1	Recirculación	1957

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De los tres oxidantes ensayados, peróxido de hidrógeno, hipoclorito sódico y permanganato potásico se puede concluir que con el último se logran los mejores resultados debido a que se emplea menor dosis y menor tiempo de tratamiento para un resultado concreto. Dicho de otra forma, se ha comprobado que con el permanganato se logra un proceso de decapado controlado, eliminando únicamente la capa activa de forma eficaz, en un tiempo conveniente, y sin alterar o modificar las otras dos capas para su posterior utilización como filtro en el rango de la microfiltra-
ción.

La segunda parte consistió en comprobar que las membranas decapadas eran capaces de retener sólidos en suspensión y, en caso de serlo, con qué rendimiento lo logran.

Para obtener una conclusión en esta parte, se alimentaron las membranas decapadas con agua procedente del secundario de la depuradora, directamente o previamente filtrada por cartuchos de selectividad variable a lo largo del periodo de ensayo: bobinados de 5 \mum nominales, extrusionados de 10 \mum nominales y plegados de 10 y 4 \mum nominales.

Durante un periodo se hicieron unos ensayos para comprobar el rendimiento de las membranas decapadas como filtros, consistentes en comprobar el contenido en sólidos en suspensión de tamaño superior a 3 \mum tanto en la alimentación como en el producto filtrado.

El resultado de estos ensayos se presenta en las figuras 4 y 5, en las que se puede ver que las membranas decapadas son capaces de retener partículas superiores a 3 \mum con un rendimiento superior al 83,1% y con un rendimiento medio del 94,7%.

Asimismo, se instaló un instrumento de medida de la turbidez nefelométrica, a través del cual se hicieron pasar secuencialmente ambos flujos de agua: alimentación a membranas decapadas y filtrada, cuyos resultados se presentan en las figuras 6 y 7. De una turbidez media en la alimentación de 3,14 NTU (unidades de turbidez nefelométrica) se obtiene un filtrado con una turbidez media de 0,14 NTU, lo que significa un rendimiento medio del 95,5%. Los valores extremos en alimentación fueron 0,85 y 20 NTU y en el filtrado 0,01 y 0,7 NTU.

La conclusión de esta segunda parte es que las membranas reconvertidas mediante el proceso de la invención, son capaces de filtrar satisfactoriamente y lo hacen dentro del rango de microfiltración.

Otros posibles productos decapantes pueden ser los siguientes: hidróxido potásico, dicromato potásico, hipoclorito sódico, peróxido de hidrógeno, ozono, acetona, etanol, benceno, cloruro de metileno, epiclorhidrina, ésteres, éteres de glicol, gasolina, nafta, heptano, hexano, queroseno, cetonas, metanol, tolueno, tricloroetano (metilcloroformo), trementina o xileno.

Claims

1. Proceso de reconversión de membranas de ósmosis inversa para su reutilización como microfiltros, que partiendo de membranas compuestas por una capa soporte, una capa intermedia microporosa y una capa activa semipermeable, se caracteriza porque consiste en la eliminación de dicha capa activa mediante la utilización de un producto decapante adecuado, manteniendo la capa microporosa en condiciones apropiadas para actuar como microfiltro.

2. Proceso según la reivindicación 1ª caracterizado porque el producto decapante consiste en una solución acuosa de permanganato potásico.

3. Proceso según la reivindicación 2ª caracterizado porque la concentración de la solución acuosa de permanganato potásico es al menos de 200 miligramos por litro.

4. Proceso según la reivindicación 3ª caracterizado porque el tiempo de reacción es de al menos 1 hora.

5. Proceso según la reivindicación 1ª caracterizado porque el producto decapante es una solución de un oxidante fuerte.

6. Proceso según la reivindicación 5ª caracterizado porque el oxidante fuerte se selecciona entre dicromato potásico, hipoclorito sódico, peróxido de hidrógeno u ozono.

7. Proceso según la reivindicación 1ª caracterizado porque el producto decapante es una solución de una base o álcali fuerte.

8. Proceso según la reivindicación 7ª caracterizado porque la base o el álcali fuerte se selecciona entre hidróxido sódico o hidróxido potásico.

9. Proceso según la reivindicación 1ª caracterizado porque el producto decapante es una solución de un disolvente orgánico.

l0. Proceso según la reivindicación 9ª caracterizado porque el disolvente orgánico se selecciona entre acetona, etanol, benceno, cloruro de metileno, epiclorhidrina, ésteres, éteres de glicol, gasolina, nafta, heptano, hexano, queroseno, cetonas, metanol, tolueno, tricloroetano (metilcloroformo), trementina o xileno.

11. Proceso según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el decapado se realiza por recirculación o por inmersión.