ES2363847B1 - Sistema de lavado de filtros. - Google Patents

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation

Abstract

Sistema de lavado de filtros.#Es del tipo de filtros formado por fibras o membranas dispuestas en haces o conjuntos constituyendo módulos integrados en un bastidor, colectando el agua filtrada y según un procedimiento de lavado que aplica un flujo súbito o explosivo de aire pulsante mediante colectores de aire de la parte inferior de las membranas.#Estos distribuidores o colectores de aire (1, 2) están divididos en dos series independientes de forma que se unen y alimentan por un lado las filas pares y por otro las impares, provocando por diferencia de densidades a uno y otro lado de las membranas, flujos laterales de agua que atraviesan los haces de fibras o membranas al alternarse las pulsaciones a uno y otro lado de ellas.#El aire enviado a cada grupo de colectores (1, 2) pasa por válvulas (11, 13) de apertura rápida en tiempos muy reducidos.

Description

que las burbujas no se producen y menos de la mitad
Sistema de lavado de filtros.
Objeto de la invención
La presente invención, según se expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de lavado de filtros, en especial para lavado de un haz de fibras dispuestas en haces verticales u horizontales que atraen agua u otro fluido de una suspensión en la que se encuentran sólidos dispersos en el fluido que se pretende extraer, sin que este arrastre las materias sólidas usando generalmente membranas de micro o ultrafiltración reforzadas o integrales. Es también de aplicación a sistemas de membranas planas dispuestas sobre marcos-soporte formando conjuntos.
Partiendo de esta premisa, el sistema de la invención tiene como objetivo un lavado más eficaz con un ahorro importante en la energía consumida en la agitación por aire, y la especialmente buena adaptación a periodos valle y periodos punta en la calidad y cantidad de las aguas a filtrar. Estas adaptaciones se concretan en variaciones en la intensidad de la aireación, duración de cada fase, caudal específico de cada subfase etc., todo ello programable de forma automática en función de los caudales reales que esté filtrando el sistema, y en consecuencia a la cantidad de fangos retenidos.
Igualmente permite una eficaz adaptación por temporadas anuales, por ejemplo, verano-invierno o época de lluvias (mayores caudales menos contaminados) y caudales de temporada seca (frecuentemente menores caudales con más concentración de contaminación). Antecedentes de la invención
Los lavados de sistemas de filtración esencialmente de agua y soluciones o suspensiones de ésta, están vigentes desde hace varias décadas.
El lavado por agitación de los medios filtrantes mediante aire, de manera que la vibración del medio filtrante provocada por el paso de éste, y el frotamiento como consecuencia del paso de aire, de las partículas o tejidos de dicho medio filtrante entre sí, provocaban la limpieza suficiente para su puesta en servicio en las condiciones iniciales.
En la patente de invención principal P
200.703.223 se aporta un procedimiento de lavado de filtros, en especial fibras de micro o ultrafiltración dispuestas en haces o conjuntos denominados módulos y que permiten colectar el agua filtrada a través de las fibras, que consiste en aplicar a las fibras un flujo súbito o explosivo de aire que dura varios segundos, y que se repite varias veces hasta el correcto lavado de las fibras.
Estas repeticiones de las pulsaciones de aire se realizan mediante colectores de aire situados en la parte inferior de los haces de las membranas, en los espacios de separación que se definen entre los distintos módulos de un mismo bastidor.
Por otro lado, la patente de invención US6706189B2 define un método para limpiar o inhibir el ensuciamiento de membranas sumergidas, estando los exteriores de las membranas en contacto con un agua a filtrar o tratar, comprendiendo el método las etapas de producir burbujas que fluyen hacia arriba pasadas las membranas, en el que, la velocidad a la que se producen las burbujas varía en ciclos repetidos entre una velocidad mayor y una velocidad de la velocidad mayor; y los ciclos son entre aproximadamente 20 segundos y aproximadamente 120 segundos de duración.
Los ciclos son mayores de aproximadamente 10 segundos y menores de aproximadamente 120 segundos de duración; y producir un flujo transitorio de agua pasadas las membranas, en el que los ciclos se repiten generalmente de forma continua mientras se extrae el permeado de las membranas. Descripción de la invención
El sistema de lavado de filtros que constituye el objeto de la invención, incorpora unos colectores o distribuidores del aire situados entre las filas de membranas y debajo de éstas, caracterizándose porque se realiza un reparto o una división en dos conjuntos independientes, de forma que se unen y alimentan por un lado las filas pares y por otro las impares.
Esta característica división permite alternar la aireación entre las filas pares y las impares, lo que tiene el siguiente efecto:
Al ascender las burbujas de aire por las filas impares, en forma de cortina de burbujas (pueden ser de cualquier tamaño según las características del agua a filtrar) formando una columna de agua y gas (aire en general) de menor densidad que la de las dos filas adyacentes, se producen dos fenómenos:
Por un lado se produce el fenómeno clásico de air lift, o bombeo de los fangos y agua que se encuentra debajo del colector correspondiente.
Y por otro lado se produce una succión importante del agua de las filas no aireadas hacia la fila aireada por simple diferencia de peso de las columnas, una de agua y otra de agua y aire.
El agua y fango de las columnas no aireadas atraviesan de una manera muy eficaz las fibras desde la cara no aireada a la que tiene aireación, arrastrando el exceso de fangos retenido durante la filtración en la fila de módulos en cuestión.
Este efecto es muy superior al logrado si se airean simultáneamente las dos partes de la fila de módulos. Esto resulta evidente ya que la diferencia de densidad es máxima al estar una aireada y la adyacente no.
De este modo se obtiene una gran eficacia en la extracción de los fangos retenidos.
Una consecuencia ventajosa del efecto anterior es que con caudales menores que los clásicos se produce una mayor eficacia en la extracción de los fangos.
Acorde con la presente invención se establece un ciclo de lavado que consta de tres fases y cuya duración óptima se estima entre 120 y 300 segundos o más:
-
En una primera fase, los caudales específicos de aire (caudal en el colector por cada m2 de membrana que se dispone en las filas de módulos) se establecen de manera que simplemente mantengan el flujo de extracción de fangos retenidos alternando el sentido en el que estos son extraídos al alternarse los colectores, alimentados en ciclos de alternancia de cero a 60 segundos o más, en función de las calidades de agua a filtrar. Esto permite además un aceptable grado de agitación de las fibras huecas. En esta fase se extraen los fangos depositados entre las fibras.
-
En una segunda fase, se aumenta sensiblemente el caudal, por ejemplo se duplica, siempre alternando cada cero a 60 segundos o más, la entrada de aire a través de los bastidores pares e impares. Esta segunda fase, agita violentamente las membranas o fibras permitiendo su rozamiento y vibración de manera que se despegue de forma más eficaz la materia retenida y de algún modo fijada al exterior de la membrana. Se potencia el efecto de bombeo lateral que hace que los haces de membranas se vean atravesados horizontalmente por más importantes flujos de agua y a velocidades mayores. Denominamos a esta fase “fase de agitación violenta o explosión”. En esta fase se genera una vibración más importante en los haces de fibras optimizándose la eliminación de materias retenidas en las mismas.
No obstante, dicha agitación violenta o explosión no es imprescindible, pudiendo funcionar también con aireación por orificios clásicos realizados en los colectores de aire.
Estas dos primeras fases, pueden ser consecutivas
o tener entre ellas un período sin aireación.
-
En función de la calidad del agua y su capacidad colmatante, puede establecerse en el ciclo una tercera fase en la que no se inyecta aire o esto se hace a caudales aún menores que en la fase de homogeneización. Puede durar desde cero hasta varios minutos, en función de las características del agua.
Con objeto de no tener que parar o arrancar soplantes constantemente para estos cambios de caudal, pueden combinarse los ciclos de lavado entre varios bastidores o grupo de bastidores.
Asimismo indicar que los grupos de soplado pueden incorporar variadores de velocidad para disminuir
o aumentar el caudal de barboteo tanto en fase de bajo caudal como de alto, adaptándose a los períodos pico y valle con el consiguiente ahorro de energía.
No es imprescindible que las soplantes tengan regulación de velocidad, de manera que pueden obtenerse caudales distintos combinando dos o más soplantes y, eventualmente rotando las mismas, de manera que en función de los ciclos y/o de los bastidores puestos en juego bajo distintos grupos de válvulas de alimentación de aire, el número de arranques y paradas de los mismos se encaje dentro de las frecuencias determinadas por el fabricante de dichas soplantes.
Al hilo de lo dicho en el párrafo anterior, más que paradas, se definirían como caudales bajos de extracción de fangos y agitación en ambas caras de las membranas o alternativamente en las caras correspondientes a las filas pares o impares.
La aireación continuada en ambas caras de las filas de bastidores, puede ser también una etapa del ciclo de aireación. Según la calidad de las aguas a tratar y su tipo de floculación y colmatabilidad puede ser de interés.
Es claro que se puede realizar análogo trabajo empleando un mayor número de bastidores o grupos de bastidores, mediante programación, ya que la alimentación de aire a los colectores se realiza mediante válvulas, preferentemente de apertura rápida tipo manguito, accionadas por electroválvulas y en consecuencia resulta sencillo adaptar los ciclos de lavado a las necesidades reales.
Todo lo anteriormente mencionado se ve potenciado usando colectores que se mantengan vacíos de agua y fango, al menos en un importante porcentaje de su altura, de manera que el aire llegue a los orificios de salida de forma explosiva, en especial en la fase dos de lavado explosivo, en donde se pretende eliminar los fangos o materia en suspensión más o menos adherida a la superficie de las membranas. Estos colectores se hallan definidos en sus variantes en la patente principal nº 200.703.223.
Asimismo se potencia la eficacia de la presente invención, si la llegada de aire se realiza, además de mediante la rápida apertura de la válvula de admisión de aire, a través de la propia estructura del bastidor, lo que es más eficaz si esta se realiza mediante tubos huecos adecuadamente unidos para generar la mencionada distribución de los colectores en pares e impares.
La construcción puede hacerse en acero u otro material adecuado, o en tubo hueco de plástico reforzado
o combinación de ambos.
El efecto de rápida apertura de las válvulas de aireación y los cambios de dirección del aire de agitación provocan una agitación adicional del bastidor, que a su vez se transmite a los módulos.
Es evidentemente más eficaz que los módulos tengan un grado de libertad para vibrar con el barboteo del aire, y aún más si se utilizan válvulas de apertura rápida. También mejora este efecto la utilización de colectores no inundados.
La aireación por filas alternativas, junto con el uso de válvulas de apertura rápida, colectores de aire no inundables, módulos libres para vibrar con el barboteo del aire y con las explosiones generadas en virtud de los puntos anteriores, y realizar los bastidores sobre la base de tubos huecos que conducen el aire a los dos conjuntos de colectores (pares e impares); mejoran notablemente la limpieza de las membranas.
Por otro lado, comparando la patente de invención US6706189B2 con la invención que nos ocupa, cabe señalar que ésta comprende una solución mejor porque genera un ahorro energético, pero manteniendo una aireación continua si se desea.
Así pues, el sistema de la invención mejora la aireación mediante un sistema de vibración y extracción de fangos retenidos en los filtros realizando de modo continuo o en ciclos de más de 150 segundos con agitación y extracción por caras alternativas de las filas de módulos de cada bastidor.
Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: Breve descripción de los dibujos
Figura 1.-Representa una vista esquemática del sistema de lavado de filtros, objeto de la invención. Más concretamente muestra una vista en alzado transversal, de un bastidor cuya estructura hueca incorpora interiormente varias filas de módulos filtrantes, e inferiormente dos series de colectores o distribuidores de aire que actúan respectivamente sobre las filas pares y las impares, alternando su funcionamiento.
Figura 2.-Es una vista esquemática de dos bastidores, o dos líneas completas de bastidores, vinculados a una línea de soplantes de aire, con válvulas de distribución hacia las filas pares e impares. Descripción de la forma de realización preferida
Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, el sistema de lavado de filtros que la invención propone, según se observa claramente en la figura 1, reparte la acción pulsante o no pulsante de los colectores de aire pares (1) e impares (2) de la parte inferior de la estructura hueca del bastidor (3) en el que está alojada una pluralidad de módulos filtrantes (4), en este caso en cinco alineaciones o filas de módulos (4) constituidos por los haces de fibras o membranas filtrantes.
Los colectores pares (1) e impares (2) están conectados entre síyala estructura hueca que materializan las propias paredes izquierda (5) ó derecha (6) del bastidor (3) respectivamente, para su acción pulsante independiente y alternando su funcionamiento.
Concretamente, en la figura 1 están actuando los colectores pares (1) porque por sus orificios salen las burbujas de aire que forman las columnas de agua con menor densidad a un lado de las membranas de los módulos filtrantes (4). Al otro lado de los mismos aún no se ha producido la aireación y la columna de agua tiene mayor densidad. Con ello (vibran los módulos
(4) y se consigue la limpieza deseada de las fibras o membranas filtrantes (7) de los módulos (4). Estos están sumergidos en agua que alcanza un nivel (8) en los bastidores (3).
En la figura 2 se puede ver un ejemplo del empleo de dos bastidores (3), o grupo de bastidores (3) en la fila respectiva, en los que se aplican las fases anteriormente mencionadas. Las tomas de conexión (9) de los conductos del aire que llega a los colectores pares
(1) de las correspondientes filas de módulos (4), están comunicadas con la línea (10) de soplantes, estando intercalada la válvula (11) para su actuación pulsante independiente o no pulsante, respecto de la de los colectores impares (2). A las tomas de conexión (12) del otro lado de los bastidores (3) llega el aire de la misma línea de soplantes (10) pero de actuación controlada por una válvula (13) diferente.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Sistema de lavado de filtros, siendo los filtros del tipo formado por fibras de micro o ultrafiltración, dispuestas en haces o conjuntos constituyendo módulos integrados en un bastidor, que colectan el agua filtrada a través de las fibras, y según un procedimiento de lavado que aplica a las fibras un flujo de aire pulsante mediante colectores de aire situados en la parte inferior de los haces de membranas, se caracteriza por comprender dos series de distribuidores o colectores de aire (1, 2) situados entre las filas de membranas y debajo de estas, de forma que se unen y alimentan por un lado las filas pares y por otro las impares, provocando que por la diferencia de densidades entre la columna de agua y la columna de agua y aire, a uno y otro lado de las membranas, se produzcan flujos laterales de agua que atraviesan los haces de fibras o membranas al alternarse las pulsaciones a uno y otro lado.
  2. 2.
    Sistema de lavado de filtros, según reivindicación 1, caracterizado porque el aire enviado a cada
    grupo de colectores de aire (1, 2), se realiza mediante válvulas (11, 13) de apertura rápida en tiempos muy reducidos.
  3. 3.
    Sistema de lavado de filtros, según reivindicación 1, caracterizado porque las conducciones de aire pasan a través de la propia estructura del bastidor (3) mediante tubos huecos adecuadamente interconectados para generar la mencionada distribución de colectores de aire (1, 2) en colectores pares (1) e impares (2).
  4. 4.
    Sistema de lavado de filtros, según reivindicación 1, caracterizado porque las membranas tienen un grado de libertad para vibrar independientemente unas de otras.
  5. 5.
    Sistema de lavado de filtros, según reivindicación 1, caracterizado porque los módulos vibrantes
    (4) tienen los haces de fibras o membranas en posición horizontal.
  6. 6. Sistema de lavado de filtros, según reivindicación 1, caracterizado porque los módulos vibrantes
    (4) tienen los haces de fibras o membranas en posición vertical.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200901008
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 17.04.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : B01D65/08 (2006.01) B01D65/02 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    ES 2220113 T3 (ZENON ENVIRONMENTAL INC) 01.12.2004, figuras 1-9; columna 4, línea 30 – columna 6, línea 30; columna 7, línea 10 – columna 10, línea 60; columnas 11-15. 1-6
    A
    WO 2005011848 A1 (PHASE INC et al.) 10.02.2005, figura 19; página 3, línea 15 – página 4, línea 32; página 45, líneas 24-31. 1-6
    A
    WO 9929401 A1 (ZENON ENVIRONMENTAL INC) 17.06.1999, figuras 1-5; página 6, línea10 – página 7, línea 27. 1-6
    A
    WO 2004018084 A1 (US FILTER WASTEWATER GROUP INC; LAZAREDES HUW ALEXANDER) 04.03.2004, figuras 1-3; página 1, línea 20 -página 2, línea 15. 1-6
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 26.07.2011
    Examinador A. Urrecha Espluga Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200901008
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B01D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI.
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200901008
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 26.07.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-6 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-6 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200901008
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    ES 2220113 T3 (ZENON ENVIRONMENTAL INC) 01.12.2004
  7. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es un sistema de lavado de filtros que se caracteriza porque comprende dos series de distribuidores o colectores de aire situados entre las filas de membranas y debajo de estas, de forma que se unen y alimentan por un lado las filas pares y por otro, las impares.
    El documento D01 divulga un proceso para limpiar filtros, siendo los filtros del tipo formado por fibras de micro o ultrafiltración, dispuestas en conjuntos formando módulos, integrados en un bastidor, que colectan el agua filtrada a través de las fibras y a los que se aplica un flujo de aire mediante colectores de aire situados en la parte inferior de los haces de membranas. El sistema de aireación presenta una válvula comunicada con una red de suministro de aire que tiene una pluralidad de ramas conectadas a los conductos aireadores. La válvula y el controlador fraccionan el flujo de aire para que en un punto en el tiempo algunas de las ramas reciban un mayor caudal de aire y otras ramas reciban un menor caudal de aire (a menudo, un estado sin aire), cambiando las ramas que reciben mayores y menores caudales de aire en ciclos repetidos, de esta forma se produce una diferencia de densidades que provoca una corriente que hace que el agua pase por los módulos de membrana. Las válvulas utilizadas son de tipo bola o solenoide (figuras 1-9; columna 4 línea 30-columna 6 línea 30; columna 7 línea 10-columna 10 línea 60, columnas 11-15).
    En consecuencia, el objeto técnico de las reivindicaciones 1-6 de la solicitud carece de novedad a la luz de lo divulgado en D01 (Art. 6 LP).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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