ES2592979B1 - Método y sistema de filtración tangencial para licor mezcla de agua. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y un sistema de filtración tangencial para licor mezcla de agua que comprende las siguientes etapas: a) filtración donde el licor mezcla pasa a través de una membrana (50) de ultrafiltración cerámica de tal forma que se filtra una determinada cantidad de agua y se pasa un analizador, b) lavado HC (Hidraulic Clean) de la membrana (50) consistente en una primera fase de desplazamiento de la membrana (50) hacia un desagüe de partículas de gran tamaño con ayuda de la acción de una bomba de lavabo (7) y en una segunda fase de contra lavado donde con ayuda de la acción inversa de la bomba de lavado (7) se pasa el agua previamente filtrada a través de la membrana.

Description

DESCRIPCION

Metodo y sistema de filtracion tangencial para licor mezcla de agua Campo de la invencion

La presente invencion se centra el campo del tratamiento y depuracion de aguas residuales 5 y mas concretamente en un metodo y un sistema para la filtracion tangencial para licor mezcla.

Antecedentes de la invencion

Actualmente hay una preocupacion creciente en la sociedad por la sostenibilidad del medio ambiente tanto en la optimization de recursos energeticos como en la generation de 10 residuos.

Las Estaciones Depuradoras de Agua Residual, (EDAR), son un claro ejemplo del buen hacer de las instituciones para el cuidado del medio ambiente. En ellas el agua residual procedente de municipios y/o industrias, se limpia para devolverlo al cauce de rios y arroyos en condiciones optimas para que no suponga un problema sobre el medio en el que se 15 vierte.

Claro esta que este proceso de limpieza del agua, no es gratuito, hay que aportar unos recursos, los cuales son de diferente naturaleza. En este documento nos concentraremos en los que afectan al tema que vamos a tratar, optimizacion energetica, impacto medioambiental y economico.

20 Las EDAR, son grandes consumidoras de energia electrica, por ello hay una preocupacion amplia en la optimizacion de los consumos de la misma. En concreto el reactor bilogico de estas plantas, el cual simboliza el corazon del funcionamiento de las mismas, es el gran demandante de energia.

Para la optimizacion del consumo de energia electrica y de tambien de reactivos que se 25 utiliza en este reactor, hay un sinfrn de instrumentation y sistemas que monitorizan en tiempo real los parametros de funcionamiento del mismo, llegando a un acuerdo optimo, integrando todos estos equipos, entre la limpieza del agua vertido al arroyo y el consumo energetico del mismo.

Para analizar los parametros quimicos del agua, hay una gran variedad de instrumentos,

que necesitan que este agua, este libre de solidos en suspension, para no falsear las medidas que mas tarde, serviran para optimizar los consumos tanto electrico como de reactivo en el reactor biologico.

Para conseguir filtrar esta agua, hay diferentes sistemas comerciales que presentan unos u 5 otros problemas de operation.

Description de la invention

Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la tecnica que cubra las lagunas encontradas en la misma y por tanto, al contario de las soluciones existente, esta invencion propone un metodo de filtration tangencial para licor mezcla de agua que comprende las 10 siguientes etapas: a) filtracion donde el licor mezcla pasa a traves de una membrana (50) de ultrafiltracion ceramica de tal forma que se filtra una determinada cantidad de agua y se pasa un analizador, b) lavado HC (Hidmulic Clean) de la membrana (50) consistente en una primera fase de desplazamiento de la membrana (50) hacia un desague de particulas de gran tamano con ayuda de la action de una bomba de lavabo (7) y en una segunda fase de 15 contra lavado donde con ayuda de la accion inversa de la bomba de lavado (7) se pasa el agua previamente filtrada a traves de la membrana.

Tambien la invencion propone un sistema de filtracion tangencial para licor mezcla de agua dispuesto para aplicar el metodo anterior donde al menos comprende un filtro ceramico para filtracion tangencial (1), un cartucho de alojamiento del filtro (2),un indicador de presion 20 diferencial (4), un bomba de dosificacion de reactivo CEB (6), una bomba de dosificacion CIP (10), una bomba de lavado (7), un controlador de logica programable (PLC) con un interfaz hombre maquina (HMI) (8), un deposito de agua filtrada (9) y un sistema de conduction hidraulico.

El sistema y el metodo de filtracion tangencial que en esta invencion se describe, viene a 25 solventar esos problemas; con el, no solo se optimizan los consumos de energia electrica y reactivo de las EDAR, si no que se optimiza tambien el recurso humano, puesto que es un sistema relativamente autonomo, que reduce considerablemente las horas hombre de operacion y mantenimiento de un sistema de filtracion convencional.

Adicionalmente, se consigue un agua filtrada libre de todo solido en suspension, lo cual 30 redunda en la veracidad de la medida del instrumento que se vaya a alimentar, siempre que este debidamente calibrado.

Breve descripcion de las figuras

Con el objetivo de ayudar a comprender las caracteristicas de la invention, segun una realization practica preferida de la misma y con el fin de complementar esta descripcion, se adjuntan las siguientes figuras como parte integral de la misma, que tienen un caracter 5 ilustrativo y no limitativo:

Figura 1. Muestra una representation esquematica de los elementos que forma parte del sistema objeto de la presente invencion.

Figura 2. Muestra representacion grafica de la membrana de filtration utilizada en la presente invencion.

10 Descripcion detallada de la invencion

Los elementos definidos en esta descripcion detallada se proporcionan para ayudar a una comprension global de la invencion. En consecuencia, los expertos en la tecnica reconoceran que variaciones y modificaciones de las realizaciones descritas en este documento pueden realizarse sin apartarse del alcance y espmtu de la invencion. Ademas, 15 la descripcion detallada de las funciones y elementos suficientemente conocidos se omiten por razones de claridad y concision.

Las invencion describe un sistema complejo compuesto por varios equipos sencillos que juntos y bien configurados consiguen el objetivo para el que esta disenado, producir un agua filtrada para su utilization en instrumentos de medida de parametros quimicos del agua, 20 partiendo del licor mezcla, es decir, del agua residual cruda o sedimentada y lodos activados, de un reactor biologico u otras aguas mas desconcentradas.

Los componentes que conforman el conjunto, tal y como se muestra en figura 1, son:

- Filtro ceramico para filtracion tangencial (1).

- Cartucho de alojamiento del filtro (2).

25 - Manometro (3), utilizados como indicativo de la presion de entrada y/o salida del

filtro, es decir, no intervienen en el proceso automatico en si mismo, aunque dan information al operador. Pueden varios situados en distintos puntos del sistema.

- Indicador de presion diferencial (4)

- Valvuleria neumatica (5), hace referencia al conjunto de valvulas actuadas mediante un actuador, es cual se mueve gracias a la energia aportada mediante el aire comprimido y comandadas mediante senales electricas. Es decir, un conjunto de valvulas que permite mover los liquidos de unos elementos a otros.

5 - Bombas de dosificacion de reactivo CEB (6) y CIP (10).

- Bomba de lavado (7).

- PLC+HMI (8), es decir un Controlador de Logica Programable (PLC) y un interfaz hombre maquina (HMI) que permiten programar el metodo propuesto en la invention y controlar todo el proceso, a traves de un automata de estados.

10 - Deposito de agua filtrada (9).

- Sistema de conduction hidraulico.

- Sistema de conduccion neumatico.

- Indicador de caudal de agua filtrada.

- Valvuleria manual.

15 - Niveles de deposito agua filtrada

El sistema esta conectado a una fuente de alimentation electrica (13) y cuenta con elementos para desague (14).

En base a la finalidad de la aplicacion, se describe el funcionamiento del sistema en diferentes fases, las cuales son complementarias y no se concibe el buen funcionamiento 20 del equipo si todas no estan operativas.

a. Filtration.

Es la parte mas importante del funcionamiento del equipo, para lo que realmente esta disenado, aunque las demas fases de funcionamiento como se explicado anteriormente son igual de importantes, ya que sin ellas la filtracion, no se mantendria en el tiempo.

25 La filtracion se realiza a traves de una membrana (50) de ultrafiltracion ceramica ubicada en el filtro ceramico (1) y en un proceso de filtracion tangencial. El licor mezcla pasa por el interior de la membrana (50) para que una cantidad de agua seleccionada a traves del

accionamiento de la valvula del rotametro se filtre y se envie al analizador que se ha descrito en los antecedentes.

El licor mezcla es impulsado por una bomba desde la arqueta de donde se quiere coger la muestra, se pasa por la membrana (50) y se devuelve a la misma arqueta. Las condiciones 5 de funcionamiento a la entrada de la membrana (50), tienen que ser de al menos un caudal de 2 m3/h y de 2 bar de presion.

El sistema permanecera en este estado, hasta que cumpla una de las dos condiciones que el operador marque en cuanto a tiempo o presion diferencial entre la entrada de licor mezcla y agua filtrada. Cuando una de estas dos condiciones se cumpla el sistema pasara al 10 siguiente estado, lavado HC (Hidraulic Clean - lavado hidraulico). En principio no hay unos tiempos pre-establecidos, ni presiones de funcionamiento concretas y espedficas, ya que dependera del cada caso concreto y se estableceran en la puesta en marcha de cada equipo instalado. Se podria establecer, aun asi, un tiempo de base o preferente de una hora y/o una presion diferencial de 0.7 bar para la realization de un lavado HC.

15 b. Lavado HC.

Como se ha indicado anteriormente, el lavado HC comenzara cuando se cumpla una de esas dos condiciones seleccionadas por el operador.

Este lavado se realiza de modo preventivo para evitar la obturation del filtro. Consta de dos partes bien diferenciadas.

20 i. Desplazamiento.

El lavado HC, comienza con el desplazamiento del licor mezcla de dentro de la membrana (50), este se realiza por medio de la valvuleria (5) automatica. El automata dispone la valvuleria (5) en position de desplazamiento para luego accionar la bomba de lavado (7) y meter agua filtrada en el sentido contrario al que el licor mezcla pasa normalmente. Con ello 25 se consigue el desplazamiento hacia el desague de particulas de gran tamano que puedan obturar alguno de los canales de la membrana (50). En la figura 2 puede verse la disposition de los canales de una membrana (50) tipo que se utiliza en el sistema.

Tras realizarse este desplazamiento, se para a la segunda fase del lavado HC, el contra lavado.

ii. Contra lavado

Tras haber terminado el desplazamiento el automata, para la bomba de lavado y dispone las valvulas automaticas en posicion de contra lavado, a continuation activa la bomba de lavado, la cual toma el agua del deposito de agua filtrada.

5 En este caso el agua previamente filtrada, pasa a traves de la membrana (50) en sentido inverso al que lo haria en el funcionamiento normal de filtrado.

Con ello, se consigue despegar particulas finas que puedan obturar el poro por donde se tiene que filtrar el agua.

Al finalizar el lavado HC, el sistema, comandado a traves del automata, vuelve a la posicion 10 de filtrado.

El ensuciamiento de la membrana (50), se mide a traves de la presion diferencial, esta, ira creciendo cuanto mas obturado este el poro de la misma. Por ello tomando este valor como referencia o una cantidad determinada de lavado HC, siguiendo un criterio de limpieza preventivo, se activara un lavado con reactivos quimicos, llamado lavado CEB (Chemical 15 Enhanced Backflush). El valor de dicha medicion es en continuo con el medidor de presion diferencial que marca el grado de ensuciamiento, a mayor presion diferencial, mayor ensuciamiento. Como se ha indicado anteriormente los valores depende de cada puesta en marcha, y son configurables en el PLC.

c. Lavado CEB (Chemical Enhanced Backflush).

20 Las condiciones de comienzo de este lavado, las marcara el operador a traves de los criterios que se han comentado anteriormente e introduciendo en el automata consignas de presion diferencial limite o n° de lavados HC, para comienzo del lavado CEB.

El lavado CEB, se divide en varias fases, las cuales se describen a continuacion.

i. Desplazamiento con adicion de reactivos.

25 Como en el lavado HC, el automata tras haber parado el filtrado, posiciona las valvulas en posicion de desplazamiento. Tras el posicionamiento se activa la bomba de lavado (7) y a la vez se activa la bomba de adicion de reactivo CEB (6), durante un tiempo que el operador seleccionara, este sera el suficiente para la parte interior de la membrana (50) quede rellena de agua filtrada con el reactivo CEB, en ese momento las bombas pararan.

ii. Empapamiento de la membrana (50).

En este empapamiento, la membrana (50) permanecera sumergida en el agua con reactivo que le hemos introducido en su interior, con ello conseguiremos, ablandar las posibles incrustaciones en los poros de la cara interior de la membrana (50).

5 iii. Contra lavado CEB.

Es la mima fase que el contra lavado en el lavado HC, con el se consigue que las particulas ablandadas mediante del reactivo, y que estaban incrustadas en la cara interna de la membrana (50), se desprendan para poder ser eliminadas por el desague.

Tras finalizar todas estas fases, el sistema vuelve a estado de filtrado.

10 Para garantizar el funcionamiento optimo a lo largo del tiempo, hay que realizar una regeneration de la membrana (50), si la presion diferencial sube de una consigna establecida o al menos una vez cada 6 meses. La regeneracion de la membrana (50) se realizara con una petition del operador al automata. Esta regeneracion se realiza a traves del lavado CIP (Clean In Place).

15 d. Lavado CIP (Clean In Place).

El lavado CIP, es tambien un lavado quimico, que a diferencia del lavado CEB (Chemical Enhanced Backflush), se realiza a una temperatura alta y con el reactivo especifico de lavado CIP proporcionado por la bomba CIP (10). Adicionalmente, se produce una recirculation del agua caliente con reactivo por la cara interior de la membrana (50).

20 Mediante este lavado, la cara interna de la membrana (50), quedara totalmente limpia, ya que este sistema es una limpieza profunda de la misma.

Las fases del lavado CIP se describen a continuation.

i. Calentamiento deposito CIP.

La primera fase de la limpieza CIP, es el calentamiento del deposito CIP. Cuando el 25 operador da la orden de realizar el lavado CIP, el automata, activa el calentamiento del deposito CIP activando la resistencia de calentamiento. Mientras tanto el sistema puede seguir filtrando, ya que son procesos compatibles. Tras un tiempo determinado por el operador, se pasa a la siguiente fase del lavado CIP.

ii. Desplazamiento CIP.

Lo siguiente, es garantizar que no queden restos de licor mezcla dentro de la membrana (50) y el tubo por el que se recirculara el agua caliente con el reactivo, para ello se realiza un desplazamiento al igual que en el lavado HC y CEB.

5 iii. Recirculacion CIP.

Tras finalizar el desplazamiento y teniendo el deposito CIP caliente, el automata, posicionara las valvulas en el modo recirculacion, una vez realizado este paso, se activara la bomba de lavado, que recirculara el agua caliente por el interior de la membrana (50). Al mismo tiempo se produce la fase de dosificacion de reactivo.

10 La duracion del tiempo de recirculacion la seleccionara el operador.

iv. Dosificacion reactivo CIP.

A la misma vez que la bomba de lavado comienza a recircular el agua, la bomba de dosificacion de reactivo CIP, comenzara a dosificar reactivo durante el tiempo que determine el operador, una vez finalizado el tiempo esta bomba permanecera en reposo.

15 v. Limpieza deposito CIP.

Finalizado el tiempo de recirculacion, el automata, posicionara las valvulas para desplazar y limpiar tanto el interior de la membrana (50) como el interior del deposito CIP, una vez posicionadas las valvulas, la bomba captara agua del deposito de agua filtrada y limpiara todo el sistema.

20 vi. Contra lavado CIP.

El final del lavado CIP es un contra lavado similar al que se realiza en los procesos de HC y CEB.

Como puede verse a traves der los de procesos descritos anteriormente, se consigue solventar un problema que otros sistemas comerciales solventan de otras formas menos 25 eficientes. Se ha conseguido una aplicacion, con un mantenimiento muy bajo y con un nivel de autonomia bastante alto.

Con este equipo se obtiene un agua de una calidad excepcional para los analizadores de parametros quimicos del agua. El agua se filtra con un tamano de poro tan pequeno que no

existen posibles interferencias por aparicion de solidos en suspension que hayan pasado el filtro.

Con este equipo el agua filtrada solamente contiene la materia disuelta en el agua, todo lo demas queda retenido en el filtro.

5

Claims (8)

1. 5

   10

   15

   20

   REIVINDICACIONES

   1. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua caracterizado porque comprende las siguientes etapa:

   a) filtracion donde el licor mezcla pasa a traves de una membrana (50) de ultrafiltracion ceramica de tal forma que se filtra una determinada cantidad de agua y se pasa un analizador,

   b) lavado HC (Hidraulic Clean) de la membrana (50) consistente en una primera fase de desplazamiento de la membrana (50) hacia un desague de particulas de gran tamano con ayuda de la accion de una bomba de lavabo (7) y en una segunda fase de contra lavado donde con ayuda de la accion inversa de la bomba de lavado (7) se pasa el agua previamente filtrada a traves de la membrana.
2. 2. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 1 caracterizado porque si el valor de suciedad de la membrana (50) medido a traves de la presion diferencial al finalizar la b) es superior a un determinado valor o si el numero de lavados HC realizados superior a un determinado numero se llevan a cabo las siguiente etapas:

   c) lavado CEB (Chemical Enhanced Backflush), donde se realizan al siguiente sub- etapas:

   i. se activa la bomba de lavado (7) y la bomba de adiccion de reactivo CEB (5) durante un tiempo determinado de tal forma que dicha membrana (50) queda rellena de agua filtrada con reactivo CEB,

   ii. se mantiene la membrana (50) durante un determinado tiempo preestablecido,

   iii. desplazamiento de la membrana (50) hacia un desague de particulas de gran tamano con ayuda de la accion de una bomba de lavabo (7)

   iv. contra lavado donde con ayuda dela accion inversa de la bomba de lavado (7) se pasa el agua previamente filtrada a traves de la membrana,

   d) lavado CIP (Clean In Place), donde se realizan al siguiente sub-etapas:

   i. se calienta el deposito CIP (12) a traves de una resistencia,

   5

   10

   15

   20

   25

   ii. desplazamiento de la membrana (50) hacia un desague de particulas de gran tamano con ayuda de la accion de la bomba de lavabo (7),

   iii. recirculacion del agua caliente con el reactivo dosificado, donde la recirculacion se realiza con ayuda de la bomba de lavado (7) que pasa el agua caliente con el reactivo la membrana (50) a la vez que la bomba de dosificacion de reactivo (10) dosifica el reactivo que se mezcla con el agua caliente,

   iv. limpieza del deposito CIP (12) y de la membrana (50) con ayuda de la bomba de lavado (7),

   v. contra lavado donde con ayuda de la accion inversa de la bomba de lavado (7) se pasa el agua previamente filtrada a traves de la membrana.
3. 3. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 1 donde el caudal de funcionamiento de la membrana (50) a la entrada es al menos de 2 m3/h y 2 bar de presion.
4. 4. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 1 donde la etapa a) de filtracion se mantiene durante un tiempo determinado o mientras nos alcance un nivel de presion diferencial determinado entre la entrada de licor mezcla y el agua filtrada.
5. 5. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 4 donde dicho tiempo determinado es aproximadamente una hora y donde dicho nivel presion diferencial es de 0.7 bares.
6. 6. Metodo de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 1 donde dicha fase dura hasta que se alcance una determinada presion diferencial entre la entrada de licor mezcla y el agua filtrado o durante un determinado tiempo preestablecido.
7. 7. Sistema de filtracion tangencial para licor mezcla de agua dispuesto para aplicar el metodo de la reivindicacion 1 caracterizado por que al menos comprende un filtro ceramico para filtracion tangencial (1), un cartucho de alojamiento del filtro (2),un indicador de presion diferencial (4), un bomba de dosificacion de reactivo CEB (6), una bomba de dosificacion CIP (10), una bomba de lavado (7), un controlador de logica programable (PLC) con un interfaz hombre maquina (HMI) (8), un deposito de agua

   filtrada (9) y un sistema de conduccion hidraulico.
8. 8. Sistema de filtracion tangencial para licor mezcla de agua segun la reivindicacion 7 donde adicionalmente el sistema incluye un sistema de conduccion neumatico, valvuleria neumatica, valvuleria manual, un indicador de indicador de caudal de agua 5 filtrada, al menos un manometro, al menos un nivel de medicion de agua filtrada, una

   fuente de alimentacion electrica (13) y al menos un elemento para desague (14).