ES2279843T3 - Dispositivo y metodo para limpiar un fluido, tal como agua. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo, en particular adecuado para la limpieza de un fluido, tal como agua, que comprende al menos una serie (2) de una primera tela de membrana (21) y una segunda tela de membrana (22), siendo cada una permeable al agua sobre sustancialmente toda su longitud, manteniéndose dichas telas de membrana (21, 22) tirantes en su dirección longitudinal, sustancialmente paralelas entre sí en una estructura (1) que tiene un lado inferior (4) y un lado superior (3), delimitando las telas de membrana (21, 22) entre ellas un paso de movimiento para fluido, siendo las telas desplazables una con respecto a la otra entre una primera posición, en la que la superficies que se enfrentan mutuamente de dichas telas (21, 22) se tocan sustancialmente entre sí, y una segunda posición, en la que las telas (21, 22) permanecen a una distancia entre sí de modo que, en la segunda posición, el paso de movimiento para el fluido tiene una anchura que es mayor que en la primera posición, en el que se proporciona un bomba para generar un vacío entre las telas; caracterizado porque al menos una de las telas (21, 22) en el lado que se enfrenta hacia la tela adyacente, está provista de surcos o redes para el propósito de formar canales (25) entre las telas (21, 22) en la primera posición de las telas de membrana (21, 22), porque los canales formados por los surcos y redes respectivamente se extienden en la dirección longitudinal de las telas de membrana, y porque las telas de membrana (21, 22) están sujetas en las estrías (31) en el lado inferior y el lado superior de la estructura (1), en el que los surcos o las redes se extienden en la dirección de las estrías en el lado inferior y el lado superior de la estructura.
Description
Dispositivo y método para limpiar un fluido, tal
como agua.
La invención se refiere a un dispositivo, de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Dicho dispositivo es conocido del
documento
US-5.482.625 que se analiza adicionalmente a continuación.
US-5.482.625 que se analiza adicionalmente a continuación.
Se conocen dispositivos de limpieza alineados y
que comprenden membranas. Para la purificación biológica de agua
residual, se está haciendo uso creciente de lo que se conoce como
biorreactores de membrana (MBR). Un reactor de este tipo comprende
un tanque aireado que contiene microorganismos que usan la
contaminación en el agua residual como alimento. Además, un reactor
de este tipo comprende una instalación de membrana que generalmente
consta de módulos de microfiltración. Las membranas se usan para
separar las bacterias del agua purificada y para devolver estas
bacterias al tanque reactor. Los módulos de membrana que funcionan
usando un vacío también pueden suspenderse en un tanque aireado.
Suspender los módulos de membrana en el tanque aireado significa
que no ocupan ningún espacio adicional. Además, en el tanque
generalmente hay un medio para generar una corriente de burbujas.
Este medio generalmente está colocado por debajo de las membranas.
Con la ayuda de las burbujas de aire, se hace que las membranas
vibren y se formen fuerzas de cizalla sobre la superficie de las
membranas, de modo que es imposible que las impurezas se adhieran al
material de membrana. A pesar de la acción limpiadora de las
burbujas de aire que surgen, también es necesario de vez en cuando
limpiar el interior de las membranas, por ejemplo, mediante una
solución de compuestos químicos.
La Solicitud de Patente Internacional WO
98/46533 (Zenon) describe un dispositivo que usa membranas que
comprenden fibras huecas con un grosor de unos pocos milímetros. Se
sujetan grandes cantidades de fibras huecas en sus extremos en un
módulo. La longitud máxima de estas fibras es aproximadamente de uno
y medio a dos metros. Como resultado de que las fibras huecas se
aten juntas, se forman "haces de fideos". En la práctica, estos
haces de fideos son difíciles de manejar. Además, la longitud de
las fibras es limitada en vista de la fuerza de la unión individual
de las fibras. Un inconveniente adicional del dispositivo de acuerdo
con esta publicación es que se necesita una elevada presión para la
limpieza con la ayuda de compuestos químicos, ya que las fibras
ejercerán una elevada resistencia al flujo de compuestos
químicos.
El resumen del documento JP 07/088337 y del
documento JP 06/210144 describe dispositivos adecuados para limpiar
un fluido que comprenden dos membranas de filtración labradas
provistas con proyecciones y huecos.
El documento US-3.309.301
describe un aparato de electrodiálisis que tiene membranas
instaladas en condiciones de tensión de tambor, estiradas en una
estructura. Una de las membranas tiene partes proyectantes y partes
huecas, formando las últimas canales que recorren travesando la
dirección de estiramiento en la estructura.
El resumen del documento JP 04/018923 describe
una tela de membrana provista de nervios.
El documento US-4.451.370
describe una tela de membrana que tiene ondulaciones o nervios
paralelos.
El resumen del documento JP 10/066843 describe
series de dos elementos de membrana que están dispuestos
desplazables uno con respecto al otro.
La Patente de Estados Unidos 5.482.625 ha
descrito un dispositivo del tipo descrito en el preámbulo de la
reivindicación 1, en la que, en lugar de fibras huecas, se usan
estructuras que están sujetas en módulos. La tela de membrana está
pegada a estas estructuras. Puede generarse un vacío entre las telas
de membrana, estando guiado el agua hacia fuera del tanque a través
de las telas de membrana hacia una salida. Las telas de membrana se
adhieren a las estructuras para evitar que las telas de membrana
entren en contacto entre ellas bajo la influencia del vacío,
haciendo imposible que ningún fluido se transfiera entre estas telas
de membrana. El inconveniente del sistema de acuerdo con la Patente
de Estados Unidos mencionada anteriormente es que se necesitan
cantidades muy grandes para el propósito de sujetar las telas de
membrana, haciendo que el sistema sea caro.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo del tipo mencionado en el preámbulo que
dentro de lo posible evite los inconvenientes del sistema de acuerdo
con el documento US 5.482.625.
De acuerdo con la invención, este objeto se
consigue proporcionando un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1.
De acuerdo con una realización preferida, es
posible que se formen surcos o redes con los nervios que se
extienden en la dirección longitudinal de la tela.
El hecho de que las telas puedan moverse
ligeramente una con respecto a la otra y se sostengan una contra la
otra bajo la influencia de un vacío significa que, debido a la
presencia de los nervios, se forman canales finos entre las dos
telas, formando el paso de movimiento para el fluido que debe
limpiarse. La estructura en la que están dispuestas las telas está
abierta en el lado inferior y en el lado superior, de modo que las
burbujas de aire también pueden subir a través de la estructura.
Como resultado, se realiza una acción de limpieza a través de las
telas.
En una realización particularmente preferida, se
disponen surcos o redes tanto en la primera tela de membrana como
en la segunda tela de membrana, estando colocados los surcos o las
redes de las telas de modo tal que los surcos de la primera tela
junto con los surcos de la segunda tela encierran un canal entre las
telas, en la primera posición de las telas de membrana.
Si las telas de membrana se colocan una contra
la otra dos a dos de un modo simétrico especular, el vacío que se
aplica entre las dos telas y presiona las telas entre sí conduce a
la formación de canales finos. Estos canales se forman cuando los
laterales huecos de los surcos o pasos en las telas están contiguos
entre sí.
Una de las ventajas principales del sistema de
acuerdo con la presente invención es que es posible proporcionar
una gran cantidad de canales muy finos con la ayuda de telas de
membrana. Esto significa que no es necesario usar los "haces de
fideos" que son difíciles de manejar y se han analizado
anteriormente con respecto a la técnica anterior. Además, la
longitud de la tela de membrana en principio es ilimitada.
Una ventaja adicional es que el fluido de
limpieza puede, por ejemplo, bombearse en la dirección inversa entre
las telas de membrana. Esto provoca un exceso de presión entre las
telas de membrana, que provocará que las telas se alejen. Como
resultado de que las telas se alejen, se reduce la resistencia de
las telas de membrana al flujo del medio de limpieza a lo largo de
las telas, y el líquido de limpieza puede entrar exitosamente en
los canales o surcos dispuestos en las telas de membrana. El exceso
de presión que puede ejercerse en las telas es, por ejemplo, de una
columna de agua de 0,5 metros.
De acuerdo con la invención, es posible que las
telas de membrana comprendan fibra de poliéster. Además, es posible
que la fibra de poliéster esté recubierta con una capa superior de
polisulfona, tal como por ejemplo polietersulfona. La tela puede
producirse, por ejemplo, a partir de una fibra de poliéster como
material de sustrato, con un grosor de 0,5 milímetros. Después se
puede aplicar una capa superior a este material de sustrato, por
ejemplo, 0,25 milímetros de polisulfona. Este material es
relativamente fuerte, y por consiguiente son posibles distancias
relativamente largas entre los extremos de una estructura. Esto
significa que es posible usar módulos mayores que sería el caso con
las fibras huecas (haces de fideos) analizadas anteriormente. El
agua se mueve a través de la capa superior de la polisulfona para
que los microorganismos y otras partículas se separen del agua.
Después el agua pasa a la capa de fibra de poliéster de soporte.
Esta capa asegura que el agua se transporte hacia el paso de
movimiento entre dos telas de membrana adyacentes.
Para evitar que las telas se vean empujadas
demasiado lejos durante la limpieza de las telas con un líquido de
limpieza, pueden disponerse paredes de soporte en el lateral de las
telas, para evitar que el espacio entre las telas llegue a ser
demasiado grande.
Como ya se ha indicado anteriormente, es
ventajoso si, en el dispositivo de acuerdo con la presente
invención, hay un medio para formar una corriente de burbujas a lo
largo de las telas de membrana. Este medio se coloca
preferiblemente en el lado inferior de la estructura en la que se
sujetan las telas de membrana.
La presencia de la corriente de burbujas hará
que las telas de membrana vibren, que significa que pueden
desprenderse de las telas de membrana las impurezas que se han
adherido a la tela de membrana.
La invención también se refiere a un método para
la limpieza biológica de agua residual, en el que
- se usa el dispositivo de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1-8,
- se purifica el agua residual con la
ayuda de microorganismos que están presentes en un tanque
aireado,
- el agua purificada se pasa a lo
largo de la primera y segunda telas de membrana de dicho
dispositivo, para el propósito de separar las partículas, tales
como microorganismos, del agua purificada, forzando el agua
purificada a través de un paso de fluido con la ayuda de un vacío,
estando encerrado dicho paso de fluido entre dicha primera tela de
membrana y dicha segunda tela de membrana, y
en el que la primera tela de membrana y la
segunda tela de membrana están dispuestas de forma desplazable una
con respecto a la otra, de modo tal que la primera tela de membrana
y la segunda tela de membrana se muevan sustancialmente una hacia
la otra succionando el agua purificada entre las telas de
membrana.
Como ya se ha señalado anteriormente, es
ventajoso que la primera y segunda telas de membrana estén
dispuestas de forma desplazable una con respecto a la otra, de modo
tal que la primera tela de membrana y la segunda tela de membrana
se muevan sustancialmente una hacia la otra succionando el agua
entre las telas de membrana con la ayuda de una bomba.
Además, es ventajoso que después el líquido de
limpieza se fuerce a través del paso de fluido entre la primera y
la segunda telas de membrana con la ayuda de un exceso de
presión.
La presente invención se explicará
adicionalmente con referencia a las figuras adjuntas, en las
que:
La Figura 1 muestra una vista frontal de una
estructura en la que está dispuesta una pluralidad de series de, en
cada caso, dos telas de membrana.
La Figura 2 muestra una vista en planta de parte
de la Figura 1, en sección sobre la línea A-A.
La Figura 3 muestra un detalle indicado por III
en la Figura 2.
La Figura 4 muestra un detalle de la parte
inferior de la estructura mostrada en la Figura 1.
La Figura 5 muestra una vista en planta del
dispositivo mostrado en la Figura 1.
La Figura 6 muestra un detalle adicional de
parte del dispositivo mostrado en la Figura 5.
La Figura 7 muestra la posición de las telas en
el momento en el que se está creando un exceso de presión entre las
telas.
La Figura 8 muestra un detalle de las telas
mostradas en la Figura 7.
La Figura 1 muestra una vista frontal de una
estructura 1 en la que está colocada una pluralidad de series de
telas de membrana 2. La estructura 1 comprende una pared superior
que discurre de forma sustancialmente horizontal 3, una pared
inferior 4 y dos paredes laterales 5. Se muestra un medio específico
para montar las telas de membrana 2 en la Figura 4.
La estructura 1 como se muestra en la Figura 1
se coloca en un biorreactor de membrana. Se usa una corriente de
burbujas para situar un flujo de fluido entre las telas de membrana.
La corriente de burbujas asegura que el fluido a lo largo de la
superficie de las membranas se renueve constantemente. Se genera un
vacío entre las telas de membrana, con la ayuda de una bomba. Este
vacío produce parte del flujo de fluido a succionar en las telas de
membrana. Debido a la forma particular de las telas de membrana de
acuerdo con la invención, existen pequeños canales entre las telas
de membrana para descargar el agua que se succiona a través de las
telas. La corriente de burbujas que pasará hacia arriba desde debajo
de la estructura 1 provoca que las telas de membrana vibren y se
produzcan fuerzas de cizalla en las superficie de las telas. Como
resultado, es imposible que las impurezas se adhieran a la
superficie externa del material de membrana.
La Figura 2 muestra una vista en planta de parte
de la Figura 1, en sección sobre la línea A-A. Puede
observarse a partir de la Figura 2 que cada serie de telas de
membrana 2 comprende una primera tela de membrana 21 y una segunda
tela de membrana 22. La tela de membrana 21 siempre se muestra a
mano izquierda en la Figura 2, mientras que una segunda tela de
membrana 22 se sitúa a mano derecha. Se muestra un detalle adicional
de las telas de membrana 21, 22 en la Figura 3. Puede observarse a
partir de la Figura 3 que el borde final de la primera tela de
membrana 21 está contiguo al borde final de la segunda tela de
membrana 22. En las cercanías de sus extremos, las telas 21, 22
están conectadas por un miembro de conexión o soldadura 23. También
es posible que la primera tela de membrana 21 y la segunda tela de
membrana 22 se formen como una primera parte y una segunda parte de
un único miembro de filtración. Las telas de membrana 21, 22 están
compuestas, por ejemplo, por una capa básica de fibra de poliéster
24, a cuyo lado externo se ha aplicado una capa superior de
polisulfona. La capa de fibra de poliéster es, por ejemplo, de 0,5
milímetros de grosor, mientras que la capa superior es, por
ejemplo, de 0,25 milímetros de grosor.
La capa básica de fibra de poliéster asegura una
buena transferencia de agua a través de la tela de membrana. La
capa superior de polisulfona asegura que los microorganismos se
separen del agua extraída a través de la membrana. Las telas de
membrana 21, 22 se sujetan en una estría 31 con la ayuda de un
compuesto, tal como un compuesto de moldeado 32. Después, se hace
un hueco u orificio 30 en este compuesto de moldeo 32. Como se
analizará a continuación con referencia a la Figura 6, la extensión
de este orificio 30 está conectada a un colector central. En el
lado superior de las membranas (no mostrado), existe una estría
correspondiente con un orificio correspondiente. La extensión de
este orificio se conectará a la línea de descarga para el agua
purificada.
La posición de las telas 21, 22 como se muestra
en las Figuras 2 y 3 corresponde a la posición que la telas adoptan
cuando se aplica un vacío entre las telas. Como resultado del vacío,
los lados de las telas 21, 22 que se enfrentan mutuamente se mueven
sustancialmente una hacia la otra. En el presente texto, esta
posición también se menciona como la "primera posición". Esta
posición se usa para limpiar un flujo de fluido, tal como por
ejemplo agua residual, con la ayuda de las telas de membrana 21,
22.
La Figura 4 muestra un detalle adicional del
modo en que las telas de membrana 21, 22 se sujetan en el lado
inferior de la estructura 1.
Es ventajoso que el compuesto de moldeo 32 esté
fabricado del mismo o sustancialmente el mismo material que las
telas 21, 22. En el presente caso, esto significa que el compuesto
de moldeo 32 consta de un poliéster. Esta medida asegura una buena
adhesión de las telas de membrana 21, 22 al compuesto 32. El
conducto o estría 31 está preferiblemente hecho de un material tal
como acero inoxidable.
La Figura 5 muestra una vista en planta del
dispositivo ilustrado en la Figura 1.
Como puede observarse a partir de la Figura 5,
las diversas estrías 31, en la parte superior de las membranas,
están conectadas a los colectores 51, 52 mediante piezas de
extensión. Estos colectores 51, 52 están conectados mediante una
conexión central 61, 62 a, por ejemplo, una bomba, para asegurar que
se descarga el agua purificada retirada del dispositivo. La Figura
5 también muestra las paredes laterales 5 que tienen que estar
presentes para evitar que las telas de membrana (no pueden verse en
la vista en planta) se muevan excesivamente alejadas cuando se
aplica un exceso de presión entre las telas de membrana.
La Figura 6 muestra un detalle indicado por VI
en la Figura 5. Puede observarse a partir de esta figura que cada
una de las estrías 31 está conectada al colector 52 mediante una
conexión 63. Queda claro que la estría respectiva 31, en su otro
extremo está conectada al colector central 51 con el extremo de una
conexión correspondiente.
La Figura 7 otra vez más muestra una vista en
planta de las telas 21, 22 sobre la sección de la línea
A-A de la Figura 1. Sin embargo, en la Figura 7
existe un exceso de presión entre las telas 21, 22. Esta situación
surge si se desea limpiar las telas 21, 22 con la ayuda de un
líquido de limpieza que se aplica a presión entre las telas 21, 22.
Esta presión puede elevarse, por ejemplo, hasta una columna de agua
de 0,5 metros. Debido al exceso de presión que se produce entre las
telas de membrana 21, 22, la distancia entre las dos telas
aumentará, de modo que la resistencia que experimenta el flujo de
fluido será inferior y el líquido de limpieza también puede pasar
profundo al interior de los huecos 25.
Se muestra en la Figura 8 un detalle adicional
de la posición ilustrada en la Figura 7. Puede observarse a partir
de la Figura 8 que si las telas 21, 22 están sujetas de forma
simétricamente especular en la estructura 1, en la posición
mostrada en la Figura 1 el lado posterior de los canales 25 reposan
unos contra otros.
Por claridad, debe observarse que la posición de
las telas de membrana 21, 22 que se muestran en las Figuras 7 y 8
también se menciona como la "segunda posición" en el presente
texto.
Claims (10)
1. Dispositivo, en particular adecuado
para la limpieza de un fluido, tal como agua, que comprende al
menos una serie (2) de una primera tela de membrana (21) y una
segunda tela de membrana (22), siendo cada una permeable al agua
sobre sustancialmente toda su longitud, manteniéndose dichas telas
de membrana (21, 22) tirantes en su dirección longitudinal,
sustancialmente paralelas entre sí en una estructura (1) que tiene
un lado inferior (4) y un lado superior (3), delimitando las telas
de membrana (21, 22) entre ellas un paso de movimiento para fluido,
siendo las telas desplazables una con respecto a la otra entre una
primera posición, en la que la superficies que se enfrentan
mutuamente de dichas telas (21, 22) se tocan sustancialmente entre
sí, y una segunda posición, en la que las telas (21, 22) permanecen
a una distancia entre sí de modo que, en la segunda posición, el
paso de movimiento para el fluido tiene una anchura que es mayor que
en la primera posición, en el que se proporciona un bomba para
generar un vacío entre las telas; caracterizado porque al
menos una de las telas (21, 22) en el lado que se enfrenta hacia la
tela adyacente, está provista de surcos o redes para el propósito
de formar canales (25) entre las telas (21, 22) en la primera
posición de las telas de membrana (21, 22), porque los canales
formados por los surcos y redes respectivamente se extienden en la
dirección longitudinal de las telas de membrana, y porque las telas
de membrana (21, 22) están sujetas en las estrías (31) en el lado
inferior y el lado superior de la estructura (1), en el que los
surcos o las redes se extienden en la dirección de las estrías en
el lado inferior y el lado superior de la estructura.
2. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los surcos o redes
están formados por nervios que se extienden en la dirección
longitudinal de la tela.
3. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los surcos o redes
están dispuestos tanto en la primera tela de membrana como en la
segunda tela de membrana, estando colocados los surcos y las redes
de un modo tal que los surcos o las redes de la primera tela junto
con los surcos o las redes de la segunda tela encierran un canal
(25) entre las telas, en la primera posición de las telas de
membrana.
4. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera
tela de membrana es una primera parte de un cuerpo de filtro,
siendo la segunda tela una segunda parte de dicho cuerpo de
filtro.
5. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las telas
de membrana comprenden fibra de poliéster como material de
sustrato.
6. Dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque el material de
sustrato está recubierto con una capa superior de polisulfona.
7. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los bordes
finales de las telas de membrana están fijados en el interior de
dichas estrías, que están cargadas con una masa de material que
corresponde sustancialmente al material de la tela de membrana.
8. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la
proximidad del lado inferior de las telas de membrana hay un medio
para formar una corriente de burbujas a lo largo de las telas de
membrana.
9. Método para la limpieza biológica de
agua residual, en el que
- se usa el dispositivo de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1-8,
- se purifica el agua residual con la
ayuda de microorganismos que están presentes en un tanque
aireado,
- el agua purificada se pasa a lo
largo de la primera y segunda telas de membrana (21, 22) de dicho
dispositivo, para el propósito de separar partículas, tales como
microorganismos, del agua purificada, forzándose el agua purificada
a través de un paso de fluido con la ayuda de un vacío, estando
encerrado dicho paso de fluido entre dicha primera tela de membrana
y dicha segunda tela de membrana, y en el que
la primera tela de membrana y la segunda tela de
membrana están dispuestas de forma desplazable una con respecto a la
otra, de un modo tal que la primera tela de membrana y la segunda
tela de membrana se mueven sustancialmente una hacia la otra
succionando el agua purificada entre las telas de
membrana.
membrana.
10. Método de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque después, con la ayuda de un exceso
de presión, se fuerza un líquido de limpieza a través del paso de
fluido entre la primera y segunda telas de membrana.
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