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