ES2350138B2 - Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa. - Google Patents

Abstract

Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa.

El sistema se basa en disponer las membranas (1) de ósmosis inversa en el interior de un recinto de confinamiento (3) formado a base de paneles con aislamiento térmico, de manera tal que en base a un equipo de refrigeración esas membranas se mantienen en el interior del recinto (3) a baja temperatura, normalmente a 5ºC, estando el equipo de refrigeración constituido por un compresor (7) situado sobre el exterior de la cara superior (5), compresor (7) que está conectado a unos evaporadores (8) previstos en la parte superior del recinto por el interior del mismo, complementándose con manómetros (9), así como el equipo eléctrico de control de funcionamiento, todo ello en orden a que la refrigeración a baja temperatura de las membranas de ósmosis inversas (1) inhiba el crecimiento de biopelículas, evitando la degradación de las propias membranas (1) y alargando en definitiva su vida útil.

Description

Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración de las membranas de ósmosis inversa, que tiene como finalidad aumentar la eficiencia económica del proceso de ósmosis inversa, mediante refrigeración a baja temperatura de las correspondientes membranas que intervienen en el proceso de ósmosis inversa.

El objeto de la invención es aumentar la vida útil de las membranas, mediante la refrigeración a baja temperatura de las mismas, evitando la formación de biopelículas y permitiendo un aumento de la productividad y rentabilidad del proceso de ósmosis inversa, traduciéndose en un alargamiento del periodo de trabajo de las membranas al disminuir su tasa de sustitución.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, la ósmosis inversa es un proceso mediante el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semipermeable, desde una solución más concentrada a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión, dividiendo la corriente de agua en dos caudales separados, uno de agua pura y el otro que contiene las impurezas y sustancias disueltas, denominada comúnmente como agua de rechazo. La eficiencia del sistema de ósmosis inversa es medida como el porcentaje de la alimentación que se transforma en producto.

Pues bien, la ósmosis inversa es el método más completo actualmente para tratar el agua potable o bien la desalación de aguas salinas procedentes de pozos salobres, debido a intrusiones marinas o bien directamente de mar, obteniéndose agua de calidad igual a la destilada, ya que el proceso elimina el 99% de las sales y sustancias disueltas y mas del 99.99% de los sólidos en suspensión incluyendo los coloides, hongos virus, bacterias y pirógenos.

Los materiales de membranas de ósmosis más comúnmente utilizados se pueden dividir en dos tipos principales, según sean de tipo orgánico-natural como acetato de celulosa, o bien de tipo sintético, como las de poliamida aromática. Las diferencias entre unas y otras y la elección se basa en el tipo de agua a tratar, agua de pozo salobre o de agua de mar, pero fundamentalmente una de sus mayores diferencias se encuentra en el mayor precio de las segundas sobre las primeras y en la degradación bacteriana de carácter irreversible de las primeras en relación a las segundas, en las cuales puede corregirse mediante la aplicación de tratamientos biocidas adecuados. Como característica común, todas las membranas de ósmosis inversa se ensucian con el paso del tiempo. Los síntomas de ensuciamiento o fouling son un descenso del caudal normalizado y un aumento del paso de sales y de la presión diferencial. Además de un empeoramiento del rendimiento del sistema, el fouling puede dañar de forma irreversible las membranas e impedir una limpieza efectiva de las mismas.

Las membranas de acetato son las más comúnmente utilizadas en el tratamiento de las aguas procedentes de pozos salobres. Este tipo de membranas pueden perder su habilidad de rechazar sales si se hidrolizan al exponerse a ph o temperaturas incorrectas, o si sufren ataques por bacterias. Esto normalmente se refleja en una calidad de producto que empeora rápidamente.

El ensuciamiento biológico puede producirse cuando la solución de aporte contiene suficientes elementos nutritivos como para favorecer el rápido desarrollo de microorganismos en el interior de los módulos.

Dichos desarrollos pueden afectar al rendimiento de la instalación de tres formas distintas:

a) Destrucción de la capa activada

Los desarrollos biológicos pueden digerir enzimáticamente la capa activa en el caso de las membranas de acetato de celulosa perdiendo éstas sus características.

b) Ensuciamiento de las membranas

Los desarrollos biológicos suelen formar una fina película sobre las membranas que produce los mismos efectos que un atascamiento por partículas coloidales.

c) Bacterias en el permeado

Las membranas, por sí mismas, no permiten el paso de ninguna bacteria, virus, etc., desde la solución de aporte al permeado, pero, en todas las configuraciones, el permeado está separado del rechazo mediante juntas tóricas. La existencia de algún pequeño fallo en una de estas juntas permitiría el paso de algunas bacterias al permeado, contaminándolo. Esta presencia podría crear graves problemas si el permeado se utilizase en la industria farmacéutica o para la fabricación de semiconductores.

Por otro lado, los ataques por bacterias son muy comunes en instalaciones de ósmosis inversa de pozos salobres que pueden haber sido expuestos a contaminaciones de los acuíferos por intrusiones de pozos negros derivados de la actividad humana. Cuando el agua bruta presenta una actividad biológica importante, es necesario esterilizar, con objeto de evitar que dichos organismos proliferen en el resto de la instalación. Normalmente se usa el hipoclorito sódico, en dosis que varían según la calidad del agua de entrada o en dosis de choque, evitando que las bacterias se formen en un medio favorable. Otra opción que suele adoptarse es la inyección de hipoclorito durante el pretratamiento con el fin de obtener un residual de cloro antes de alimentar la ósmosis inversa. Sin embargo, los golpes con alta concentración de cloro acaban por reducir la vida útil de la membrana.

Otros métodos combinados con los anteriores se basan en la irradiación con luz ultravioleta o bien la colocación de filtros de carbón activo. Todos ellos se basan en el tratamiento del agua antes de su entrada en la membrana, ya sea mediante procedimientos físicos o químicos, con la finalidad de reducir la carga biológica de la misma. En las instalaciones con toma de agua cerrada ó en pozo, si el agua es suficientemente limpia y no existe contaminación, puede prescindirse de este pretratamiento. En ocasiones se da un tratamiento alternativo de choque cada 7 ó 15 días para la desinfección del sistema.

El problema de todos estos métodos reside en el concepto en sí. Es decir, su aplicación en la fase de pretratamiento sin tener en cuenta que después del proceso de ósmosis y una vez la instalación se encuentra en fase estacionaria de trabajo, la probabilidad de desarrollo del biofilm o biopelículas bacterianas se incrementa exponencialmente con la temperatura y la duración de esta fase de reposo. El crecimiento en biofilms representa la forma habitual de crecimiento de las bacterias en la naturaleza. Las bacterias han crecido en biofilms durante millones de años, como parte de una estrategia exitosa para colonizar el planeta y la mayoría de los seres vivos. La capacidad de formación de biofilm no parece estar restringida a ningún grupo específico de microorganismos y hoy se considera que bajo condiciones ambientales adecuadas todos los microorganismos son capaces de formar biofilms.

Los microorganismos del biofilm son muy difíciles de tratar con agentes antimicrobianos. Esto es debido a que las bacterias del biofilm pueden ser hasta 1.000 veces más resistentes a los antibióticos que esas mismas bacterias crecidas en medio líquido. Entre todas estas posibles razones, la explicación más intuitiva para la pobre eficacia de los mismos contra las bacterias en biofilm, es la incapacidad de cualquier biocida para penetrar a través de la matriz exo-polisacarídica que compone la biopelícula.

Las instalaciones de ósmosis inversa se encuentran en recintos donde están alojadas las potentes bombas para la impulsión del agua a elevada presión a través de las membranas. El trabajo de estas máquinas genera temperaturas elevadas cercanas a los 30ºC en el recinto donde se alojan las membranas, factor aún más agravado por la temperatura del ambiente exterior durante los períodos más calurosos del año.

Es un hecho constatable y demostrable empíricamente que la velocidad de crecimiento bacteriano aumenta con la temperatura. En términos generales, la velocidad de las reacciones bioquímicas suele aumentar entre 1.5 y 2.5 veces por cada 10ºC de aumento de temperatura. La inhibición del crecimiento a temperaturas bajas es debido a la reducción de la velocidad de las reacciones bioquímicas y al cambio de estado de los lípidos de la membrana celular, que pasan de ser fluidos a cristalinos impidiendo el funcionamiento de la membrana celular.

La mayoría de los microorganismos que se encuentran presentes en pozos salobres contaminados son mesófilos, es decir, de temperaturas óptimas de crecimiento comprendidas entre 30º y 45ºC, inhibiéndose por completo por debajo de los 5ºC. Así pues, la mejor estrategia para evitar la formación de biopelículas sería el control de la temperatura en el interior de las membranas a límites sub-óptimos que inhibieran el desarrollo bacteriano durante la fase de reposo del proceso de ósmosis, al quedar demostrado que los pretratamientos son caros y de eficiencia reducida al no poderse constatar matemáticamente la eficacia de los mismos (no hay 100% de reducción de microorganismos) para el caso de aguas procedentes de pozos salobres contaminados y al no tener en cuenta la fase de reposo de las membranas.

Descripción de la invención

El sistema que se preconiza ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, en base a una apropiada disposición de las membranas utilizadas en la ósmosis inversa en el interior de un recinto confinado, estableciéndose una estructura en base a la cual se consigue mantener en condiciones de baja temperatura (5ºC) las membranas utilizadas en las plantas desaladoras por ósmosis inversa.

Mas concretamente, el sistema consiste en confinar las membranas de ósmosis inversa en un espacio limitado por paneles de aislamiento térmico tipo sándwich, en poliuretano expandido con un espesor de panel de 80 milímetros, y dos puertas de acceso desmontables por sendas caras laterales.

El conjunto así constituido por paneles y con las membranas en su interior, es refrigerado por un equipo de frío que comprende un compresor semihermético y evaporadores tipo estático construidos en tuberías de cobre y aletas de aluminio, con desescarche por aire y dotados de persianas, complementándose con un condensador por aire, de manera que todo el conjunto está debidamente controlado mediante un cuadro eléctrico sinóptico con automatismos (termostatos y termómetros digitales), así como protecciones necesarias para el funcionamiento correcto y automático de la instalación frigorífica.

Los paneles que constituyen la estructura se ensamblan entre si de forma manual, de manera que las dimensiones interiores y exteriores finales del recinto confinado para las membranas, dependerán del número y longitud de éstas.

En cuanto al equipo refrigerador, cabe decir que el compresor se dispondrá externamente sobre la cara superior de la estructura, mientras que los evaporadores quedan conectados al compresor en correspondencia con la parte superior interna de dicho recinto.

Por su parte, los manómetros para control de la presión de trabajo en las membranas durante el proceso de ósmosis, irán dispuestas en los extremos de la cara frontal, mientras que el correspondiente cuadro eléctrico con el termostato de seguridad irá situado en el exterior del recinto, aunque en proximidad al mismo.

De esta manera y de acuerdo con las características referidas, el espacio establecido en la estructura para confinamiento de las membranas de ósmosis inversa, limitará el volumen de aire a refrigerar, consiguiéndose un control de la inhibición y formación de biopelículas en las propias membranas de ósmosis inversa, al mantener éstas confinadas en el interior de un recinto acotado y aislado térmicamente con una refrigeración a baja temperatura.

Esa inhibición y limitación del crecimiento de biopelículas en las membranas de ósmosis inversa, evitan el deterioro irreversible de dichas membranas, al evitar lógicamente las obturaciones por biopelícula.

Asimismo, es de destacar el hecho de que en base al sistema de la invención, y concretamente al evitar obturaciones mediante la inhibición de biopelículas, se consigue aumentar el rendimiento del proceso de ósmosis inversa medido en términos de parámetros conductividad eléctrica del agua de producto del proceso.

Otra ventaja derivada de la reducción de obturaciones al inhibirse la formación de biopelículas y reducir lógicamente el deterioro de las membranas, lleva consigo un aumento de la vida útil de éstas.

Finalmente y en base al sistema de la invención, el aumento de la eficiencia económica del proceso de ósmosis inversa es obvio debido a los medios de refrigeración a baja temperatura que, como se ha dicho ya, evitan la formación de obturaciones al inhibir el crecimiento de biopelículas, reduciendo el número de tratamientos biocidas a realizar, evitando la degradación bacteriana irreversible de las membranas, alargando la vida útil de éstas, etc.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una disposición típica de las membranas de ósmosis inversa en una planta desaladora, todo ello como es convencional.

La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva frontal del recinto confinado de acuerdo con el sistema de refrigeración objeto de la invención.

La figura 3.- Muestra una vista lateral en perspectiva de la disposición de la membranas en el interior del recinto de confinamiento, realizado de acuerdo con el sistema de la invención.

La figura 4.- Muestra, finalmente, una perspectiva como la de la figura 2, pero con una parte seccionada dejando ver la disposición de las membranas en el interior del recinto de confinamiento.

Realización preferente de la invención

Como se puede ver en la figura 1, se muestra la disposición de una serie de membranas de ósmosis inversa (1) dispuestas sobre correspondientes soportes (2), todo ello como es convencional, en una instalación o planta desaladora, que incluye los correspondientes equipos hidráulicos, eléctricos, etc.

Pues bien, en las figuras 2, 3 y 4 se muestra el sistema de la invención donde se establece un recinto confinado (3) que determina una estructura o cuerpo prismático rectangular con una cara anterior (4), otra posterior opuesta a la anteriormente referida, una cara superior (5), otra inferior y unas laterales (6) opuestas, de manera que éstas están constituidas por sendos paneles desmontables con asideros (17) y sujetos mediante tornillos.

Las caras del cuerpo prismático (3) o recinto confinado corresponden a paneles tipo sándwich de poliuretano expandido de 80 mm de espesor, los cuales se ensamblan manualmente entre sí, todo ello de forma tal que en el recinto o cuerpo prismático (3) quedan confinadas las correspondientes membranas (1) de ósmosis inversa, como se representa en las figuras 3 y 4, siendo dichas membranas (1) refrigeradas a baja temperatura, concretamente a 5ºC, mediante un sistema de refrigeración que incluye un compresor (7) situado en la cara superior (5) del recinto confinado (3), estando ese compresor conectado a unos evaporadores (8) situados, también en correspondencia con la cara superior (5) pero sobre la parte interna de éste, como se deja ver claramente en la figura 3.

El sistema comprende además unos manómetros (9) situados en las partes mas extremas de la cara frontal (4), cuya función es la de controlar la presión de trabajo en las membranas (1) durante el proceso de ósmosis.

Finalmente decir que los paneles que constituyen las distintas caras del recinto incluirán un núcleo o alma de aislamiento térmico y el conjunto se complementará con un cuadro eléctrico sinóptico con automatismos para el control y funcionamiento automático del sistema, con las necesarias protecciones para evitar accidentes.

Claims (5)

1. Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa, que estando previsto para refrigerar y conseguir un alargamiento de la vida útil de las membranas utilizadas en la ósmosis inversa para el tratamiento de agua potable o para desalación de aguas salinas, se caracteriza porque se constituye a partir de un recinto (3) determinante de un cuerpo prismático cuyas caras están aisladas térmicamente, incorporando en su interior las correspondientes membranas (1), las cuales son refrigeradas mediante un equipo de refrigeración constituido por un compresor (7) conectado a unos evaporadores internos (8), en combinación con un cuadro eléctrico, de control de funcionamiento, y manómetros para control de la presión de trabajo de las membranas durante el proceso de ósmosis.

2. Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa, según reivindicación 1, caracterizado porque los paneles que constituyen las distintas caras del recinto (3) de confinamiento de las membranas (1) está constituido por paneles aislantes tipo sándwich de poliuretano expandido de 80 mm de espesor, ensamblables manualmente entre si, con la particularidad de que los paneles que constituyen las caras laterales (6) cuentan con parejas de asideros (17) para posibilitar el desmontaje de aquellos.

3. Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa, según reivindicación 1, caracterizado porque el compresor (7) correspondiente al equipo de refrigeración va montado sobre la superficie externa de la cara superior (5) del recinto confinado (3), en tanto que los evaporadores (8) van dispuestos en esa cara superior (5) pero por la parte interna de la misma.

4. Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa, según reivindicación 1, caracterizado porque los manómetros (9) de control de la presión de trabajo de las membranas (1), van montados sobre la correspondiente cara frontal (4) del recinto confinado (3).

5. Sistema de refrigeración para las membranas de ósmosis inversa, según reivindicación 1, caracterizado porque las membranas (1) se mantienen confinadas en el interior del recinto (3) a una temperatura de 5ºC, en orden inhibir y limitar el crecimiento de biopelículas, para evitar la degradación de las propias membranas.