ES2278851T3 - Metodo para recuperar el rendimiento de un elemento de membrana por osmosis inversa. - Google Patents

Abstract

Un método para recuperar el rendimiento de un elemento de membrana de ósmosis inversa con una capa de recubrimiento de poliamida, después de una operación de dicho elemento, comprendiendo: cargar el elemento de membrana de ósmosis inversa en un recipiente a presión incluido en un separador de membrana, y poner en contacto el elemento de membrana de ósmosis inversa con una disolución acuosa de cloro libre que contiene un bromuro.

Description

Método para recuperar el rendimiento de un elemento de membrana de ósmosis inversa.

La presente invención se refiere a un método para recuperar el rendimiento de un elemento de membrana de ósmosis inversa para reducir la concentración de un soluto en una disolución.

Algunas membranas de ósmosis inversa (membranas RO), de acuerdo con la tecnología convencional, tienen rendimientos excelentes en desalinización, permeabilidad al agua y separación de sustancias iónicas. Sin embargo, las membranas de ósmosis inversa convencionales no pueden proporcionar un rechazo suficiente de materiales orgánicos no electrolíticos, tal como alcohol isopropílico (IPA) o sustancias (por ejemplo, boro) que no se disociarán en una región neutra.

Además, el rendimiento (por ejemplo, rechazo de sales) de una membrana de ósmosis inversa convencional se deteriorará debido al cambio del rendimiento con el tiempo o al hinchamiento de la membrana de ósmosis inversa, causada por los productos químicos utilizados para limpiar la membrana. Para recuperar temporalmente el rechazo de sales, el elemento de membrana de ósmosis inversa se pone en contacto con una disolución acuosa de un polímero como el polivinilmetiléter, ácido tánico o similares, de tal forma que se adsorba el polímero en la superficie de la membrana de ósmosis inversa o se bloquee la superficie de la membrana de ósmosis inversa con el polímero.

Sin embargo, puesto que los polímeros se adsorben físicamente o bloquean la superficie de la membrana de ósmosis inversa en la técnica convencional, los polímeros se desorberán de la superficie de la membrana con el tiempo. Alternativamente, los polímeros se pueden desorber debido a los productos químicos utilizados en la limpieza de la membrana. Por lo tanto, es difícil mantener el rendimiento del elemento de la membrana de ósmosis inversa durante un período de tiempo largo tratando la membrana de acuerdo con la técnica convencional.

En un procedimiento de desalinización de agua de mar mediante el uso de tal membrana de ósmosis inversa, es difícil eliminar el boro. Recientemente en Japón, se cambió un estándar para la inspección de las instalaciones de desalinización. Bajo este nuevo estándar, se requiere que el boro en el agua de mar se reduzca a 1,0 mg/L o menos. Este valor de referencia de 1,0 mg/L no se puede conseguir necesariamente utilizando las membranas de ósmosis inversa convencionales, dependiendo de las condiciones de operación o debido al cambio en el rendimiento de las membranas de ósmosis inversa.

La Solicitud de Patente WO-A-02064509 proporciona un método para tratar una membrana de ósmosis inversa durante su manufactura con el objeto de mantener durante un largo período de tiempo un efecto reductor de la concentración de soluto en una disolución. La membrana de ósmosis inversa rechazará incluso materiales orgánicos no electrolíticos o sustancias tales como el boro, que no se disociarán en una región neutra.

De acuerdo con la presente invención, la concentración del soluto en una disolución se puede reducir haciendo funcionar un separador de membrana equipado con un elemento de membrana de ósmosis inversa que tenga una capa de recubrimiento de poliamida en la que el elemento de membrana de ósmosis inversa se pone en contacto con una disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro después de la intervención del dicho elemento, de tal forma que se introduzca el bromuro en la capa de recubrimiento de poliamida.

Específicamente en la presente invención, se carga un elemento de membrana de ósmosis inversa en un recipiente a presión en el separador de membrana, y entonces se pone en contacto con una disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro.

En la presente invención, un elemento de membrana de ósmosis inversa tiene una membrana de ósmosis inversa y también un canal de agua cruda que se dispone adyacente a la membrana de ósmosis inversa. Se formará una membrana plana de ósmosis inversa como una bolsa y se proporciona un canal para que pase el agua permitida en su interior. La membrana de ósmosis inversa se enrolla alrededor de la superficie externa de un tubo hueco con un agujero perforado de tal forma que el interior de la membrana de ósmosis inversa se conecta al extremo del tubo con el agujero perforado.

Un módulo de membrana de ósmosis inversa tiene un recipiente a presión que contiene una o varias membrana(s) de ósmosis inversa. El elemento de membrana de ósmosis inversa se requiere para aplicar una presión de agua cruda de tal forma que se lleve a cabo la separación utilizando la membrana de ósmosis inversa.

Un separador de membrana es un aparato que tiene un controlador, una bomba o compresor, un instrumento de medida, una tubería, una bombilla, un tanque y similares para hacer funcionar el módulo de membrana de ósmosis inversa.

La Fig. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de operación en un separador de membrana de ósmosis inversa en una realización de la presente invención.

La Fig. 2 es una vista en perspectiva para ilustrar una estructura de un elemento de membrana de ósmosis inversa en una realización de la presente invención.

La Fig.3 una vista parcialmente en sección de un módulo de membrana de ósmosis inversa en una realización de la presente invención.

Un método para tratar un elemento de membrana de ósmosis inversa de acuerdo con la presente invención incluye poner en contacto un elemento de membrana de ósmosis inversa con una disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro.

Una membrana de ósmosis inversa tratada de acuerdo con la presente invención puede rechazar incluso materiales orgánicos no electrolíticos y solutos tales como boro, así como sustancias iónicas. La presente invención recupera el rendimiento (por ejemplo, rechazo de sales) de una membrana de ósmosis inversa, que se deteriora debido al cambio en el rendimiento con el tiempo o al hinchamiento causado por los productos químicos utilizados para limpiar la membrana de ósmosis inversa. Por tanto, incluso un separador de membrana existente utilizando un elemento convencional de membrana de ósmosis inversa puede tener un rechazo mejorado de boro al tratar la membrana de ósmosis inversa de acuerdo con la presente invención. Por tanto, una concentración de boro en una disolución tratada con la membrana de ósmosis inversa se puede reducir a 1,0 mg/L o menos. Puesto que el tratamiento químico en la presente invención se lleva a cabo utilizando una disolución acuosa de cloro libre, el rendimiento de la membrana de ósmosis inversa se deteriorará menos en comparación con una membrana de ósmosis inversa tratada con una técnica convencional tal como adsorción de polímero o bloqueo. Una membrana de ósmosis inversa tratada de acuerdo con la presente invención puede rechazar al menos el 99,7% de cloruro de sodio que está contenido en el agua cruda a una concentración de 35.000 ppm. En otras palabras, la membrana de ósmosis inversa puede reducir una concentración de boro en una disolución a 1,0 mg/L o menos, manteniendo su rechazo de sales tan alta como en la técnica convencional.

En el método, se prefiere que la concentración de cloro libre en la disolución acuosa esté en el intervalo de 1 mg/L a 100 mg/L. Cuando la concentración es 1 mg/L o más, se mejora adicionalmente el rechazo de materiales orgánicos no electrolíticos (por ejemplo, IPA) y sustancias (por ejemplo, boro) que no pueden disociarse en una región neutra. Cuando la concentración es 100 mg/L o menos, se puede prevenir la reducción del flujo permeable. Es más preferible que la concentración de cloro libre esté en el intervalo de 5 mg/L a 50 mg/L.

Es preferible que la concentración de bromuro en la disolución acuosa esté en el intervalo de 0,5 mg/L a 100 mg/L. Una concentración de bromuro de 0,5 mg/L o más sirve para aumentar el rechazo de un material orgánico no electrolito y una sustancia que no se disocie en una región neutra. La concentración de bromuro de 100 mg/L o menos puede prevenir el deterioro del flujo permeable. Es más preferible que la concentración de bromuro esté en el intervalo de 1 mg/L a 50 mg/L.

Es preferible que el pH de la disolución acuosa esté en el intervalo de 4 a 11. Cuando el pH es 4 o más, se impide que el cloro libre forme cloro gas. Cuando el pH es 11 o menos, el bromuro se puede añadir más eficazmente a la capa de recubrimiento de poliamida. Es más preferible que el pH esté en el intervalo de 4 a 6,8, y particularmente preferible, en el intervalo de 5 a 6,5.

Es preferible que la disolución acuosa sea agua desalinizada, obtenida utilizando el elemento de membrana de ósmosis inversa. Consecuentemente, el rendimiento (rechazo de sales) del elemento de membrana de ósmosis inversa en un separador existente se pueden recuperar fácilmente.

Es preferible que el tratamiento de acuerdo con la presente invención se lleve a cabo bajo presión. Un intervalo de presión preferido es desde 0,1 MPa a 20 MPa desde el punto de vista de la eficiencia, y más preferentemente desde 0,2 MPa a 10 MPa, y un intervalo particularmente preferido es desde 0,5 MPa a 6 MPa.

En el tratamiento de una membrana de ósmosis inversa de acuerdo con la presente invención, el elemento de membrana contiene nitrógeno y tiene una capa de recubrimiento de poliamida. Preferentemente, la capa de recubrimiento de poliamida se forma haciendo reaccionar un compuesto aromático con al menos dos grupos amino reactivos y un compuesto haluro de ácido polifuncional con al menos dos grupos haluro de ácido reactivos. Tal membrana de ósmosis inversa exhibe un excelente rendimiento en el rechazo de sales, permeabilidad de agua y separación de sustancias iónicas. La membrana puede rechazar eficazmente incluso materiales orgánicos no electrolíticos, tales como IPA, y solutos (por ejemplo, boro) que no se disocien en una región neutra.

El método del tratamiento de acuerdo con la presente invención se puede aplicar a cualquier membrana de ósmosis inversa con una capa de recubrimiento de poliamida. Específicamente, un elemento de membrana de ósmosis inversa se carga en un recipiente a presión de un separador de membrana antes de preparar una disolución acuosa de cloro libre que contiene un bromuro y poner en contacto la disolución con el elemento de membrana de ósmosis inversa. Similarmente, la disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro se puede poner en contacto con un elemento de membrana de ósmosis inversa, incorporada a un separador de membrana existente. Puesto que uno o varios elementos de membrana de ósmosis inversa se pueden cargar en un recipiente a presión del separador de membrana en el método de tratamiento de acuerdo con la presente invención, el tiempo para tratar cada elemento de membrana de ósmosis inversa se puede acortar más cuando el separador de membrana se hace más grande. Ello puede mejorar la productividad.

Un elemento de membrana de ósmosis inversa tratado de acuerdo con la presente invención puede rechazar eficazmente sustancias iónicas e incluso IPA o solutos tales como boro. Por tanto, el método de tratamiento se puede utilizar en un separador de membrana con elementos de membrana de ósmosis inversa existentes con el objeto de recuperar el rendimiento. En este caso, el elemento de membrana de ósmosis inversa cargado en el separador presentará rechazos mejorados de IPA y de cualquier soluto tal como boro, mientras que el rechazo de las sustancias iónicas no se deteriorará incluso después del trata-
miento.

Un separador de membrana existente equipado con un elemento de membrana de ósmosis inversa experimentará reducción en el rechazo de sales debido al cambio en el rendimiento de la membrana de ósmosis inversa o al hinchamiento de la membrana causado por los productos químicos utilizados para limpiar. El método de tratamiento de acuerdo con la presente invención se utiliza para recuperar el rendimiento de la membrana de ósmosis inversa. En este caso, una membrana de ósmosis inversa cargada en un separador existente tendrá un rechazo mayor de las sustancias iónicas después del tratamiento. En otras palabras, el tratamiento de acuerdo con la presente invención se puede utilizar también para mejorar el rechazo de sustancias iónicas.

La disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro se puede preparar, por ejemplo, disolviendo un bromuro y cloro libre en agua. El bromuro no está limitado específicamente siempre que sea soluble en agua. Los ejemplos incluyen bromuro de sodio, bromuro de potasio, bromuro de litio, bromuro de cesio, bromuro de rubidio, bromuro de francio, bromuro de calcio, bromuro de magnesio, bromuro de estroncio, bromuro de bario, bromuro de radio, bromuro de berilio, bromuro de amonio, bromuro de cadmio, bromuro de germanio, bromuro de cobalto, bromuro de wolframio, bromuro de hierro, bromuro de teluro, bromuro de cobre, bromuro de manganeso y bromuro de hidrógeno. Entre ellos, los ejemplos preferidos son un bromuro de un metal alcalino y un bromuro de un metal alcalino-térreo. Se prefiere particularmente un bromuro de un metal alcalino.

La disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro se puede preparar a partir de agua que contiene un bromuro (por ejemplo, agua de mar y agua subterránea) o agua desalinizada obtenida utilizando una membrana de ósmosis inversa. Se añade cloro libre al agua y, si se requiere, se ajusta el pH a un determinado intervalo. Se prefiere en particular el agua desalinizada obtenida utilizando una membrana de ósmosis inversa para facilitar la mejora y la recuperación en el rendimiento de la membrana de ósmosis inversa cargada en un separador existente.

No existe limitación específica acerca de que la membrana de ósmosis inversa se trate utilizando una capa de recubrimiento de poliamida, de acuerdo con la presente invención. Preferentemente, la membrana de ósmosis inversa tiene una capa de recubrimiento de poliamida formada haciendo reaccionar un compuesto aromático con al menos dos grupos amino reactivos y un compuesto haluro de ácido polifuncional con al menos dos grupos haluro de ácido reactivos. La membrana de ósmosis inversa tiene un excelente rendimiento en el rechazo de sales, permeabilidad del agua y separación de sustancias iónicas, y presenta un elevado rechazo incluso de materiales orgánicos no electrolíticos y ciertos solutos, tales como el boro.

La membrana de ósmosis inversa se puede preparar, por ejemplo, formando una capa de recubrimiento de poliamida sobre un soporte poroso haciendo reaccionar un compuesto aromático con al menos dos grupos amino reactivos y un compuesto haluro de ácido polifuncional con al menos dos grupos haluro de ácido.

No existe una limitación específica acerca del compuesto aromático con al menos dos grupos amino reactivos, que se pueden describir a continuación como "aminas polifuncionales". Los ejemplos incluyen m-fenilendiamina; p-fenilendiamina; 1,3,5-triaminobenceno; 1,2,4-triaminobenzeno; ácido 8,5-diaminobenzoico; 2,4-diaminotolueno; 2,4-diaminoanisol; amidol; xililendiamina. Entre los ejemplos, se prefieren m-fenilendiamina, p-fenilendiamina, y triaminobencenos. Particularmente, se prefieren m-fenilendiamina y triaminobencenos.

Además de las aminas aromáticas polifuncionales, se pueden utilizar aminas alifáticas/alicíclicas polifuncionales. Ejemplos de aminas alifáticas polifuncionales incluyen etilendiamina, propilendiamina, y tris(2-diaminoetil)amina. Los ejemplos de aminas alicíclicas polifuncionales incluyen: 1,3-diaminociclohexano; 1,2-diaminociclohexano; 1,4-diaminociclohexano; piperazina; 2,5-dimetilpiperazina; y 4-aminometilpiperazina.

El haluro de ácido polifuncional arriba descrito (descrito de aquí en adelante como "haluro de ácido") no está limitado particularmente, y los ejemplos incluyen haluros de ácidos polifuncionales aromáticos, alifáticos y alicíclicos. Se prefieren los haluros de ácidos polifuncionales aromáticos.

Ejemplos de haluros de ácidos polifuncionales aromáticos incluyen cloruro del ácido trimésico, cloruro del ácido tereftálico, cloruro del ácido isoftálico, cloruro del ácido bifenildicarboxílico, dicloruro del ácido naftalenodicarboxílico, cloruro del ácido bencenotrisulfónico, cloruro del ácido bencenodisulfónico, y cloruro del ácido clorosulfonio bencenodicarboxílico. Entre tales haluros se prefieren los compuestos aromáticos monocíclicos.

Ejemplos de haluros de ácidos polifuncionales alifáticos incluyen cloruro del ácido propanotricarboxílico, cloruro del ácido butanotricarboxílico, cloruro del ácido pentanotricarboxílico, haluro glutárico y haluro de adipoílo.

Ejemplos de haluros de ácidos polifuncionales alicíclicos incluyen cloruro del ácido ciclopropanotricarboxílico, cloruro del ácido ciclobutanotetracarboxílico, cloruro del ácido ciclopentanotricarboxílico, cloruro del ácido ciclopentanotetracarboxílico, cloruro del ácido ciclohexanotricarboxílico, cloruro del ácido tetrahidrofuranotetracarboxílico, cloruro del ácido ciclopentanodicarboxílico, cloruro del ácido ciclobutanodicarboxílico, cloruro del ácido ciclohexanodicarboxílico, y cloruro del ácido tetrahidrofuranodicarboxílico.

El soporte poroso no está particularmente limitado siempre que la capa de recubrimiento de poliamida pueda estar sobre un soporte, y los ejemplos incluyen polisulfona, poliarilétersulfonas, tales como poliétersulfona, fluoruros de poliimida y de polivinilideno. Se prefiere especialmente una película de soporte poroso que comprende polisulfona o poliarilétersulfona porque es químicamente, mecánicamente y térmicamente estable. Tal soporte poroso tiene normalmente un espesor de aproximadamente 25 \mum a 125 \mum, y preferentemente aproximadamente 40 \mum a 75 \mum, pero el espesor no está necesariamente limitado a estos intervalos.

A continuación, se forma sobre el soporte poroso una capa de recubrimiento de poliamida que contiene poliamida reticulada como componente principal mediante una polimerización interfacial entre el componente de amina polifuncional y el componente de haluro de ácido. El procedimiento incluye, por ejemplo, formar una primera capa de una disolución que contiene el componente de amina polifuncional mediante recubrimiento o similar sobre el soporte poroso; formar una capa de una disolución que contiene el componente de haluro de ácido mediante recubrimiento o similar sobre la primera capa; y llevar a cabo una policondensación interfacial para formar una película delgada (capa de recubrimiento de poliamida) de una poliamida reticulada sobre el soporte poroso.

La disolución que contiene amina polifuncional puede contener una pequeña cantidad de polímeros tales como polivinilalcohol, polivinilpirrolidona, ácido poliacrílico, y/o alcohol polihídrico, tal como sorbitol o glicerol, con el objeto de facilitar la formación de la película y mejorar el rendimiento de las membranas de ósmosis inversa.

Para mejorar el flujo de permeación, se puede añadir un compuesto que tenga un parámetro de solubilidad de 8-14 (cal/cm^{3})^{1/2} a la disolución que contiene la amina polifuncional y/o una disolución que contiene un componente de haluro de ácido (véase la Patente JP 08(1996)-224452 A). El parámetro de solubilidad es una cantidad definida como (\DeltaH/V)^{1/2} ((cal/cm^{3})^{1/2}), donde el calor molar de vaporización de un líquido y el volumen molar se representan como \DeltaH cal/mol y V cm^{3}/mol, respectivamente. Sustancias que tengan parámetros de solubilidad como los arriba descritos incluyen alcoholes, éteres, cetonas, ésteres, hydrocarburos halogenados y compuestos que contienen azufre. Ejemplos específicos se describen en la Patente JP 08(1996)-224452 A.

Las sales de amina descritas en la Patente JP 02(1990)-187135 A, tales como una sal de haluro de tetraalquilamonio o una trialquilamina y un ácido orgánico, se pueden utilizar también adecuadamente para la(s) disolución(ones) que contienen la amina polifuncional y/o el haluro de ácido para facilitar la formación de la película, mejorar la absorción de la disolución de amina en el soporte, y favorecer la reacción de condensación.

La(s) disolución(ones) que contienen la amina polifuncional y/o el haluro de ácido pueden contener adicionalmente un tensioactivo tal como dodecilbencenosufonato de sodio, dodecilsulfonato de sodio, y laurilsulfonato de sodio. Dicho tensioactivo tiene un efecto de mejorar la mojabilidad de la disolución que contiene la amina polifuncional para el soporte poroso.

Además, es efectivo utilizar en la(s) disolución(ones) que contienen la amina polifuncional y/o el haluro de ácido, hidróxido de sodio o fosfato trisódico capaces de eliminar un haluro de hidrógeno formado mediante una reacción interfacial, o utilizar un catalizador de acilación como catalizador con el objeto de favorecer la reacción de policondensación en la interfase.

La concentración del haluro de ácido y la de la amina polifuncional no están particularmente limitadas para la disolución que contiene el haluro de ácido y la disolución que contiene la amina polifuncional, pero la concentración del haluro de ácido es normalmente de 0,01% en peso a 5% en peso, y preferentemente de 0,05% en peso a 1% en peso. La concentración de la amina polifuncional es normalmente de 0,1% en peso a 10% en peso, y, preferentemente de 0,5% en peso a 5% en peso.

Así, la disolución que contiene la amina polifuncional se recubre sobre el soporte poroso, y la disolución que contiene el compuesto de haluro de ácido polifuncional se recubre allí mismo. Después de que se eliminan las disoluciones extra se eliminan, las capas de recubrimiento se calienten y se secan, normalmente a una temperatura de aproximadamente 20ºC a 150ºC, preferentemente aproximadamente 70ºC a 130ºC, durante aproximadamente 1 minuto a 10 minutos, preferentemente aproximadamente 2 minutos a 8 minutos. Así, se obtiene la película delgada de poliamida reticulada permeable al agua. La película delgada tiene normalmente un espesor de aproximadamente 0,05 \mum a 2 \mum, y preferentemente aproximadamente 0,10 \mum a 1 \mum.

En el método de tratamiento de la presente invención, al menos un elemento de membrana de ósmosis inversa que tiene una capa de recubrimiento de poliamida se carga en un recipiente a presión de un separador de membrana y los elementos de membrana de ósmosis inversa se ponen en contacto con una disolución acuosa de cloro libre que contiene bromuro. Como se ha mencionado anteriormente, esta etapa de contacto se lleva a cabo preferentemente a presión. Desde el punto de vista de la eficacia del tratamiento, la presión es, por ejemplo, de 0,1 MPa a 20 MPa, preferentemente de 0,2 MPa a 10 MPa, y más preferentemente de 0,5 MPa a 6 MPa.

Cuando se ponen en contacto la disolución acuosa de cloro libre que contiene el bromuro y los elementos de membrana de ósmosis inversa, la disolución se puede hacer fluir a través de los elementos de membrana de ósmosis inversa durante, por ejemplo, 5 minutos a 120 minutos, o preferentemente durante 15 minutos a 60 minutos. Cuando el tiempo es 5 minutos o más, se puede mejorar aún más el rechazo de los materiales orgánicos no electrolíticos y sustancias tales como el boro. Cuando el tiempo es 120 minutos o menos, se puede prevenir la reducción del flujo de permeación.

Un ejemplo de membrana de ósmosis inversa tratada de acuerdo con la presente invención tiene una capa de recubrimiento de poliamida a la que se añaden los átomos de bromuro. También se pueden añadir los átomos de cloro a la capa de recubrimiento de poliamida. La presencia de bromuro en la capa de recubrimiento de poliamida se puede comprobar utilizando espectroscopia electrónica (ESCA) o similar.

El bromuro en la capa de recubrimiento de poliamida puede ser atómico o iónico. Se pueden añadir a la capa de recubrimiento de poliamida otras sustancias diferentes al bromuro siempre que el efecto de la invención no se inhiba. Es preferible que se añada el bromuro al compuesto aromático en la capa de recubrimiento de poliamida.

Es preferible que en la capa de recubrimiento de poliamida de una membrana de ósmosis inversa, tratada de acuerdo con la presente invención, la relación atómica (Br/N) sea de 0,1 a 1,0 donde Br se refiere al bromo en un bromuro y N se refiere al nitrógeno que compone el grupo amino, aunque la relación puede variar dependiendo de la condición en la reacción para formar la capa de recubrimiento de poliamida. Cuando la relación atómica está dentro de este intervalo, los materiales orgánicos no electrolíticos y las sustancias como el boro pueden ser rechazadas más eficazmente. Además, cuando la relación es 1, o menos, se puede prevenir una reducción en exceso del flujo de permeación y un incremento en exceso de la presión de operación, resultando en una reducción de costes. Un intervalo más preferible para la relación es desde 0,15 a 0,7, y un intervalo todavía más preferible es desde 0,2 a 0,5.

Por las razones anteriormente descritas, los módulos de membrana de ósmosis inversa proporcionados con los elementos de membrana de ósmosis inversa tratados de acuerdo con la presente invención se pueden utilizar para varios propósitos, tales como la desalinización de agua salobre o agua de mar, la producción de agua ultrapura. El módulo se puede utilizar también para la eliminación de contaminantes y recuperación de materiales efectivos procedentes de aguas residuales industriales contaminadas debido a un procedimiento de coloración o un procedimiento de pintura por electrodeposición, de tal forma que se prevenga que el agua residual fluya al medio ambiente. Además, el módulo se puede utilizar también para la condensación de principios activos para alimentos, y para la eliminación de ingredientes tóxicos en plantas depuradoras y alcantarillas.

Como se ha descrito anteriormente, el método de tratamiento de acuerdo con la presente invención puede acortar el tiempo requerido para tratar cada elemento de membrana de ósmosis inversa. Además, puesto que se utiliza una disolución acuosa de cloro libre para el tratamiento químico del elemento, se puede evitar el deterioro en el rendimiento de la membrana de ósmosis inversa, que está causada por la desorción de un agente, cuando se compara con los casos de tratamiento convencional, incluyendo la adsorción de una disolución acuosa de polímero o el bloqueo. Por tanto, el método de tratamiento se puede utilizar para recuperar el rendimiento de la membrana después del funcionamiento de un separador de membrana.

El elemento de membrana de ósmosis inversa tratado como se ha mencionado anteriormente tiene un excelente rendimiento en el rechazo de sales, permeabilidad al agua y separación de sustancias iónicas. Es más, el elemento puede rechazar incluso materiales orgánicos no electrolíticos y sustancias que no se disocien en una región neutra. El elemento es particularmente adecuado para la desalinización de agua de mar, ya que puede eliminar el sólido total disuelto (TDS) y adicionalmente, puede eliminar boro que no se disocia en una región neutra y es, por tanto, difícil de eliminar.

A continuación, la presente invención será descrita en referencia a las Figuras 1-3. La Figura 1 es un diagrama de flujo para ilustrar un procedimiento de operación en un separador de membrana de ósmosis inversa en una realización de acuerdo con la presente invención. El agua cruda 1 se reserva primero en un tanque 2 y se alimenta mediante una bomba de alimentación 3 a un módulo de membrana de ósmosis inversa 5. Después de permear a través del módulo 5 de membrana de ósmosis inversa, el agua se alimenta a un tanque de eliminación de CO_{2} 7 a través de una tubería 6 y se reserva en el tanque 7, desde el que el CO_{2} se elimina mediante burbujeo de aire o similar. A continuación, el agua así tratada se alimenta a través de una tubería 8 a un tanque 9 y se reserva en el tanque 9. El agua se alimenta además a un segundo módulo de membrana de ósmosis inversa 12 a través de una bomba de alimentación 10 y se saca a través de una línea 13.

La Figura 2 es una vista en perspectiva para ilustrar la estructura de un elemento de membrana de ósmosis inversa en una realización de la presente invención. Una membrana de ósmosis inversa 21, que forma una estructura sándwich en torno a un separador permeable 22 se sella en las periferias. Los números 24 y 25 denotan porciones selladas. Las membranas de ósmosis inversa así selladas se enrollan alrededor de un tubo central 26 con un separador de alimentación 23. El tubo central 26 tiene una serie de poros 27. El agua cruda (agua de alimentación) se alimenta desde las direcciones indicadas con flechas 28, 28’ hacia el separador de alimentación 23. El agua permea a través de la membrana de ósmosis inversa 21 y sigue en la dirección indicada con las flechas 29 y 29’, antes de ser sacada del tubo central 26 a través de los poros 27. El agua que no puede permear a través de la membrana de ósmosis inversa 21 (es decir, agua concentrada) se descarga en las direcciones indicadas con las flechas 30 y 30'.

La Figura 3 es una vista parcialmente seccional de un módulo de membrana de ósmosis inversa en una realización de la presente invención. Al menos un elemento de membrana de ósmosis inversa 32 se carga en un recipiente a presión 31. El agua cruda (agua de alimentación) se alimenta desde una dirección indicada con la flecha 28. El agua permeada se saca del tubo central 26, mientras que la remanente (agua concentrada) se descarga desde un tubo de descarga 33.

Ejemplos

Ejemplos particulares de la presente invención se describirán a continuación en detalle. La presente invención no se restringe a los Ejemplos siguientes.

Una disolución acuosa que contiene m-fenilendiamina (3% en peso), laurisulfato de sodio (0,25% en eso), trietilamina (2% en peso), ácido alcanforsulfónico (4% en peso) se recubrió sobre un soporte poroso (membrana de ultrafiltración a base de polisulfona), y a continuación, cualquier disolución acuosa extra se eliminó para formar una capa de disolución acuosa sobre el soporte poroso. Entonces, una disolución de isoctano que contiene cloruro del ácido trimésico (0,1% en peso) se recubrió sobre esta capa, y el soporte poroso recubierto con esta disolución se retuvo durante 3 minutos en una secadora a una temperatura de 120ºC, de tal forma que se forme una delgada película de polímero (capa de recubrimiento de poliamida), y, así, se obtuvo una membrana de ósmosis inversa. En esta membrana de ósmosis inversa, el soporte poroso tenía un espesor promedio de 50 \mum y la capa de recubrimiento de poliamida tenía un espesor promedio de 0,2 \mum.

Ejemplo comparativo 1

Se cargaron seis elementos de membrana de ósmosis inversa en serie en un recipiente a presión de un separador de membrana para la desalinización de agua de mar. Cada uno de los elementos de membrana de ósmosis inversa tenía una capa de recubrimiento de poliamida que mostraba un rechazo de sales del 99,7% y un flujo de permeación al agua de 15 m^{3}/día en una evaluación bajo unas condiciones de presión de 5,49 MPa y un flujo de agua concentrada de 90 L/minuto, utilizando una disolución acuosa a 25ºC que contenía 3,5% en peso de NaCl con un pH de 6,5. Cada elemento tenía 201 mm de diámetro y 1016 mm de longitud. El agua de mar, desalinizada utilizando los elementos de membrana de ósmosis inversa, tenía una concentración TDS de 150 mg/L. El agua se ajustó adicionalmente para que tuviera cloro libre a 20 mg/Lm, bromuro de sodio a 20 mg/L y un pH de 6,0, y se alimentó a los elementos de membrana de ósmosis inversa a una presión de operación de 1,5 MPa durante 30 minutos. Este tratamiento se describirá a continuación como "tratamiento de membrana RO".

Para la capa de recubrimiento del elemento de membrana de ósmosis inversa así tratado, se examinaron los componentes utilizando ESCA (microscopía electrónica para análisis químico). De acuerdo con el examen, la relación atómica de Br/N fue 0,27. Aquí Br denota bromo en un bromuro y N denota nitrógeno en un grupo amino.

Los elementos de membrana de ósmosis inversa se alimentaron con agua de mar. El agua de mar tenía una concentración TDS de 3,5% en peso, 4,7 mg/L de boro, un pH de 6,8 y una temperatura de 26ºC. En la operación, el flujo de permeación del agua fue 90 m^{3}/día y la velocidad de recuperación (la cantidad de agua obtenida a partir del agua alimentada) fue 40%. El agua tratada tenía una TDS de 100 mg/L y una concentración de boro de 0,4 mg/L.

Ejemplo comparativo 2

Se cargaron seis elementos de membrana de ósmosis inversa en serie en un recipiente a presión de un separador de membrana para la desalinización de agua de mar. Cada uno de los elementos de membrana de ósmosis inversa tenía una capa de recubrimiento de poliamida que mostraba un rechazo de sales del 99,7% y un flujo de permeación al agua de 15 m^{3}/día en una evaluación bajo unas condiciones de presión de 5,49 MPa y un flujo de agua concentrada de 90 L/minuto, utilizando una disolución acuosa a 25ºC que contenía 3,5% en peso de NaCl con un pH de 6,5. Cada elemento tenía 201 mm de diámetro y 1016 mm de longitud.

El separador de membrana se alimentó con agua de mar, sin el tratamiento de membrana RO descrito en el Ejemplo Comparativo 1. El agua de mar tenía una concentración TDS de 3,5% en peso, 4,7 mg/L de boro, un pH de 6,8 y la temperatura era 26ºC. En la operación, el flujo de permeación al agua era 90 m^{3}/día y la velocidad de recuperación era 40%. El agua tratada tenía una TDS de 150 mg/L y 0,7 mg/L de boro.

Ejemplo 1

Un separador de membrana utilizada para desalinizar tenía 5 elementos de membrana de ósmosis inversa cargados en serie y el flujo de permeación al agua y la velocidad de recuperación eran 70 m^{3}/día y 40%, respectivamente. Los elementos de membrana de ósmosis inversa se alimentaron con agua de mar con una concentración TDS de 3,5% en peso, 4,7 mg/L de boro, y un pH de 6,8 a una temperatura de 26ºC. El rechazo de sales de los elementos de membrana de ósmosis inversa se deterioró debido al cambio en el rendimiento o al hinchamiento de las membranas de ósmosis inversa causado por los productos químicos utilizados para la limpieza de las membranas. Los elementos de membrana de ósmosis inversa fueron tratados mediante alimentación de agua (concentración TDS: 300 mg/L) desalinizada mediante el uso de los elementos de membrana de ósmosis inversa durante 30 minutos a una presión de operación de 1,5 MPa, después de ajustar el agua para que tuviera una concentración de cloro libre de 20 mg/L, una concentración de bromuro de sodio de 20 mg/L, y un pH de 6,0.

Para la capa de recubrimiento de los elementos de membrana de ósmosis inversa, se evaluaron los componentes así tratados utilizando ESCA. La relación atómica (Br/N) de bromo en el bromuro a nitrógeno en el grupo amino fue 0,15.

Después del tratamiento, la desalinización del agua de mar se reanudó para analizar el agua así obtenida. En el análisis, la concentración TDS fue 250 mg/L y la concentración de boro fue 0,9 mg/L. Esto indica que la calidad del agua se mejoró, puesto que el agua antes del tratamiento tenía una concentración TDS de 300 mg/L y una concentración de boro de 1,3 mg/L.

Los resultados arriba mencionados muestran que el elemento de membrana de ósmosis inversa tratado de acuerdo con la presente invención mostraba un remarcable rechazo de las sustancias iónicas, tales como las sales e incluso algunas sustancias, tales como boro, que no se disocian en una región neutra.

Claims (14)

1. Un método para recuperar el rendimiento de un elemento de membrana de ósmosis inversa con una capa de recubrimiento de poliamida, después de una operación de dicho elemento, comprendiendo:

cargar el elemento de membrana de ósmosis inversa en un recipiente a presión incluido en un separador de membrana, y

poner en contacto el elemento de membrana de ósmosis inversa con una disolución acuosa de cloro libre que contiene un bromuro.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la concentración de cloro libre en la disolución acuosa es de 1 mg/L a 100 mg/L.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la concentración de cloro libre en la disolución acuosa es de 0,5 mg/L a 100 mg/L.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el bromuro es al menos un compuesto seleccionado de un grupo consistente en bromuro de sodio, bromuro de potasio, bromuro de litio, bromuro de cesio, bromuro de rubidio, bromuro de francio, bromuro de calcio, bromuro de magnesio, bromuro de estroncio, bromuro de bario, bromuro de radio, bromuro de berilio, bromuro de amonio, bromuro de cadmio, bromuro de germanio, bromuro de cobalto, bromuro de wolframio, bromuro de hierro, bromuro de teluro, bromuro de cobre, bromuro de manganeso, y bromuro de hidrógeno.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de membrana contiene nitrógeno.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de membrana tiene una poliamida o una capa de recubrimiento que contiene poliamida.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la relación atómica Br/N es de 0,1 a 1,0, donde Br denota bromo en el bromuro introducido en la capa de recubrimiento de poliamida y N denota el nitrógeno de un grupo amino de la capa de recubrimiento de poliamida.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la disolución acuosa tiene un pH en el intervalo de 4 a 11.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la disolución acuosa se prepara mediante la adición de cloro libre al agua desalinizada que se obtiene utilizando el elemento de membrana de ósmosis inversa.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el proceso de puesta en contacto se lleva a cabo bajo presión.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la presión es de 0,1 MPa a 20 MPa.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la capa de recubrimiento de poliamida se forma haciendo reaccionar un compuesto aromático que tiene al menos dos grupos amino reactivos y un compuesto haluro de ácido polifuncional que tiene al menos dos grupos haluro de ácido reactivos.

13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el elemento de membrana de ósmosis inversa se utiliza para desalinizar agua de mar.

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el elemento de membrana de ósmosis inversa se trata con agua desalinizada utilizando el elemento de membrana de ósmosis inversa, en el que el agua es ajustada para obtener dicha disolución acuosa de cloro libre que contiene un bromuro.