MX2007001752A - Membrana de canal de permeado integrado. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una membrana que comprende un canal de perneado que consiste en un tejido de espaciador en 3D que tiene unas superficies de tejido superior e inferior espaciadas por unos hilos monofilamento a una distancia predefinida, estando interpuesto dicho canal de permeado entre dos capas de membrana, en donde dichas capas de membrana estan unidas, en una multitud de puntos, con dichas superficies de tejido superior e inferior para formar una estructura integral con una fuerza de union elevada adecuada para operaciones de retrolavado; la presente invencion ademas se refiere a un metodo para proporcionar una membrana de canal de permeado integrado, que comprende las etapas de: proporcionar un tejido de espaciador en 3D que comprende un tejido de superficies superior e inferior espaciadas por hilos monofilamento a una distancia predefinida, y aplicar una capa de membrana a dicho tejido de superficies superior e inferior.

Description

MEMBRANA DE CANAL DE PERMEADO INTEGRADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una nueva membrana que contiene un canal de permeado integrado, en particular de utilidad para la tecnología de membranas en, por ejemplo, filtración de agua y purificación de aguas residuales.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA ANTERIOR Los biorreactores de membrana (MBR) han sido muy conocidos en la técnica relativa al sector acuático durante los últimos años. Hasta el momento, la investigación ha cubierto la aplicabilidad de los MBR en instalaciones del tratamiento de aguas residuales así como flujos concentrados procedentes de procesos de fabricación industriales, el tratamiento del agua de infiltración desde instalaciones de eliminación de residuos y la desecación de fangos. Como consecuencia del éxito de los biorreactores de membrana para aplicaciones de aguas residuales, se realizó un estudio sobre el tema de aplicación del concepto de MBR en el proceso de producción de agua potable. Los MBR, en aplicaciones de aguas residuales, consisten en una combinación de tratamiento biológico en un reactor y tratamiento físico en una etapa de filtración de membrana. Introduciendo la filtración de membrana en lugar de un proceso de sedimentación, se puede mantener altas cargas de fangos en el reactor, lo que lleva (teóricamente) a altas tasas de degradación biológica con una baja producción de fangos. Las concentraciones de fangos de 15 a 20 g/l son mencionadas en la documentación sobre los MBR. El alto rendimiento del proceso haría posible procesar flujos muy concentrados y diseñar sistemas con una pequeña ocupación. En la práctica, sin embargo, la ocupación solamente es reducida por el área más pequeña necesaria para la filtración de membrana debido a una concentración máxima de fangos sostenibles de 8 a 12 g/l. Además, se han registrado tasas de producción de fangos más altas que en los sistemas de sedimentación convencionales. El documento JP2001212436 describe un cartucho de membrana de tipo inmersión y su procedimiento de fabricación. En esta aplicación, se fabrica un cartucho de membrana de tipo inmersión, en el que las membranas están soldadas al margen interior del cartucho de filtro. Los documentos JP2003035939 y JP2003144869 describen una membrana de separación y su procedimiento de fabricación. La membrana de separación se fabrica formando la capa de resina porosa sobre la superficie del material de base poroso constituido por una fibra orgánica. Una parte de la resina se infiltra en por lo menos la parte de capa superficial del material de base poroso para formar una capa compuesta con el material de base poroso por lo menos en la parte de capa superficial. El objetivo de estas patentes es desarrollar una membrana con alta permeabilidad al agua, en la que difícilmente se produce una oclusión y se impide el desprendimiento de la capa de resina porosa desde un material de base poroso. En el documento JP201321645, se presenta un elemento de membrana de filtro. El elemento de filtro presenta un espacio libre para la recolección de agua que penetra a través de ambas superficies de la placa de soporte en una porción de la placa de soporte; y un espacio libre para recolección de agua está dispuesto en la dirección de un orificio de extracción del agua permeada y está en comunicación con el orificio de extracción del agua permeada. El documento WO 03037489 describe un módulo de filtración de placas, comprendiendo dicho módulo una pluralidad de "bolsas de membrana de filtro" que presentan por lo menos una abertura para drenar su región interior. Dichas bolsas están dispuestas verticalmente en un elemento de soporte rígido de una manera paralela, preferentemente equidistantes, de tal modo que las bolsas de membrana de filtro adyacentes puedan cruzarse, de forma intensiva, por líquido. El módulo de filtración se caracteriza porque las bolsas de membrana de filtro son esencialmente planas y flexibles y están fijadas al elemento de soporte en lados opuestos, comprendiendo dicho elemento de soporte por lo menos una línea de evacuación para evacuar el líquido que se succiona a través de las bolsas de membrana de filtro que presentan un núcleo flexible permeable a líquidos y una pluralidad de elementos de núcleos permeables a líquidos.

El documento JP11244672 describe un elemento de membrana plano en el que se forman partes selladoras al adherir apretadamente los tres lados marginales periféricos en el extremo superior y sus extremos derecho e izquierdo para constituir una membrana plana cuadrilateral con una forma de bolsa. El lado en el borde periférico no sellado de la membrana plana instalada con el elemento de soporte de membrana, está superpuesto en aproximadamente 1.5 cm en altura sobre la superficie de ambos lados de la parte superior del elemento de soporte de membrana y está soldado al elemento de soporte de membrana para soportar la membrana plana. Las cabezas de mayor espesor que el elemento de soporte de membrana se forman en ambos extremos del elemento de soporte de membrana. Ambas cabezas están provistas de boquillas que están en comunicación con los pasos de flujo del elemento de soporte de membrana y se utilizan para extraer el permeado. Las placas de membrana (bolsas de filtro, bolsa de membrana plana cuadrilateral) de la técnica anterior se forman uniendo los constituyentes separados (dos membranas, espaciador y soporte). Las dos membranas están colocadas con sus soportes de membrana dirigidos uno hacia otro y un espaciador situado entre ellos para crear un espacio libre. Los puntos débiles de estos conceptos son: • Construcción de canal de permeado con los constituyentes separados. Un gran número de etapas operativas para construcción (encolado, adhesión, soldadura) que comprometen, en gran medida, la integridad del módulo (presencia de fugas) y su precio de coste. • Adhesión de membrana al soporte del módulo (separación, desprendimiento de la membrana). « Problema operativo: imposibilidad de retrolavado de las membranas, debido a la deficiente adhesión de las membranas a su soporte. La tecnología NF/RO (Nanofiltración/Osmosis inversa) de devanado en espiral consiste en elementos de módulo de membrana normalizados reconvertibles (diámetro de 20.32 centímetros, longitud de 101.6 a 152.4 centímetros) que están situados en recipientes a presión normalizados (diámetro de 20.32 centímetros con longitudes de hasta 609.6 centímetros). Para la fabricación de dichos módulos de membranas con devanado en espiral, normalmente una pluralidad de membranas independientes en forma de envolturas (dos hojas de membrana unidas con su lado posterior con un espaciador de permeado intermedio) se devanan alrededor de la superficie periférica exterior de un tubo de permeado central. Tres de los cuatro bordes de la envoltura de membrana están encolados y el cuarto está conectado al colector de permeado central. De este modo, en la fabricación, el agua de permeado realiza un movimiento en espiral desde el exterior del módulo de membrana hacia el tubo de permeado central. Entre los devanados de las envolturas de membrana se suele colocar un espaciador de agua de alimentación. El espesor de dicho espaciador determina la distancia entre las envolturas-membrana. Durante la operación (filtración), el agua de alimentación se suministra por la parte superior del módulo en espiral y puede penetrar en el módulo de membrana mediante el espaciador de alimentación. De este modo, parte del agua de alimentación fluye longitudinalmente a través del elemento de membrana de tipo devanado en espiral y más adelante, se descarga desde una salida de agua de concentrado (otro lado superior). Mientras tanto, la parte principal del agua de alimentación se transfiere al permeado y se recoge en el tubo de permeado central. Éste es el modo de funcionamiento normal en el procedimiento de osmosis inversa y nanofiltración. Para hacer la tecnología de membrana en espiral de utilidad para la operación de microfiltración (MF) y de ultrafiltración (UF), la membrana en espiral debe ser retrolavable (filtración inversa) para poder eliminar las partículas depositadas en la parte superior de la superficie de la membrana. Durante la operación de MF/UF (filtración), funcionará, en la mayor parte del tiempo, de forma bastante similar a la operación en NF, pero, no obstante, la descarga de concentrado continua se drenará de forma periódica. Esta operación será realizada, por ejemplo, después de cada período de 30 a 60 minutos mediante un retrolavado, con parte del permeado obtenido durante la operación y suele representar del 2 al 10% del volumen producido. Para disponer de una eliminación eficiente de la torta, este retrolavado se realiza con un caudal que es por lo menos tres veces mayor que el caudal durante la operación.

Para este propósito, se necesita una membrana de microultrafiltración con retrolavado. Las membranas de MF/UF de láminas planas estándar están compuestas por una membrana polimérica fundida sobre un soporte de tipo no tejido. Estas membranas están unidas al soporte debido a la captación/incorporación física en el soporte. Esta incorporación representa, a menudo, 30% del espesor de la estructura de soporte. Dichas membranas, sin embargo, no son adecuadas para el retrolavado, puesto que la adhesión de la membrana al soporte es más bien deficiente. Algunos fabricantes (p.e. Trisep/Nitto Denko) han desarrollado variantes retrolavables. En estos casos, las membranas llenan completamente la estructura de soporte. Esto aumenta la adhesión de la membrana soporte y la hace retrolavable en una cierta medida. Sin embargo, incluso con este cambio, se afirma que la adhesión de la membrana soporte y/o la fuerza de desprendimiento es 3 veces mayor en comparación con la membrana de UF común. El TMP negativo admisible máximo, durante el retrolavado, está todavía limitado a un valor de 3 bares. Los documentos EP1022052, JP2003251143 y JP2002095931 describen un elemento de membrana de tipo devanado en espiral y métodos para su realización y lavado. El documento WO0078436 describe un elemento de filtración de membrana de devanado en espiral capaz del retrolavado. El documento US 5,275,725 describe un soporte de membrana plana de tres capas que presenta una capa interior en la que capas superficiales de tela no tejida están encoladas con un adhesivo o fundidas por calor. Sobre dichas capas superficiales se aplica una membrana con un recubrimiento de doble cara seguido por la inversión de fase. Todos estos descubrimientos presentan los problemas siguientes: • Resistencia al desprendimiento de las membranas (TMP limitado por retrolavado) • Fabricación de módulos laboriosa • Potencia insuficiente de expulsión de partículas en recipientes a presión de 6 m (necesidad de un espaciador de derivación). El objetivo de la presente invención es proveer una nueva membrana con un canal de permeado integrado utilizable en diferentes aplicaciones de membranas tales como microfiltración, ultrafiltración, MBR, pervaporación, destilación de membrana, membranas líquidas soportadas y pertracción, que se pueden retrolavar eficientemente y de este modo, es capaz de soportar una alta presión y permitir el funcionamiento a largo plazo sin necesidad de limpieza frecuente. La nueva membrana debe ser, además, económicamente interesante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una membrana de canal de permeado integral, que comprende un canal de permeado que consiste en una tela de espaciador en 3D, que presenta una superficie de tela superior y otra inferior, unidas y espaciadas por hilos de monofilamento a una distancia predefinida, estando dicho canal permeado interpuesto entre dos capas de membrana, en el que dichas capas de membrana están unidas en una multitud de puntos con dichas superficies de tela superior e inferior. Las superficies de tejido y los monofilamentos del tejido de espaciador en 3D están preferentemente unidos mediante bucles en los hilos de monofilamentos. Preferentemente, dichos bucles están incrustados en dichas capas de membrana. Preferentemente, las superficies de tela son de tipo tricotado, tejido o no tejido. La distancia entre las superficies de telas superior e inferior preferentemente está comprendida entre 0.5 y 10 mm. El espaciador en 3D comprende preferentemente un material seleccionado del grupo que consiste en poliéster, nylon, poliamida, sulfuro de polifenileno, polietileno y polipropileno. La capa de membrana comprende preferentemente un material de relleno hidrofílico seleccionado del grupo que consiste en HPC, CMC, PVP, PVPP, PVA, PVAc, PEO, TiO2, HfO2, AI2O3, ZrO2, Zr3(PO4) , Y2O3, S¡O2, materiales de óxido de perovskita, SiC y un material ligante orgánico, seleccionado del grupo que consiste en PVC, C-PVC, PSf, PESU, PPS, PU, PVDF, Pl, PAN y sus variantes injertadas. En una modalidad particular de la presente invención, dicha membrana es planar. La membrana comprende además preferentemente un sellante en el perímetro de la membrana planar dispuesto para impedir el movimiento de fluido directo desde o al canal de permeado sin tener que pasar a través de una capa de la membrana y una conexión de orificio de entrada/salida en unión fluídica con el canal de permeado, provisto por lo menos en un borde del perímetro. Otra modalidad de la presente invención consiste en un módulo de biorreactor de membrana que comprende una disposición matricial de membranas planares de la presente invención. En otra modalidad de la presente invención, dicha membrana es devanada en espiral alrededor de un tubo de permeado central. Otra modalidad de la presente invención consiste en un módulo de membrana en espiral, que comprende un tubo de permeado central de forma cilindrica que está provisto de una pared y de un lumen interior definido por dicha pared y una multitud de membranas devanadas en espiral, en el que el canal de permeado de dichas membranas está en unión fluídica con el lumen interior de dicho tubo de permeado central y dichas membranas están devanadas en espiral alrededor de dicho tubo de permeado central. El módulo de membrana espiral comprende además preferentemente espaciadores de alimentación interpuestos entre dichas membranas. El espaciador de alimentación comprende ventajosamente una hoja planar y nervaduras continuas situadas en ambos lados de la hoja. Además, en una modalidad preferida de la presente invención, el módulo de membrana en espiral comprende un espaciador de alimentación que es un espaciador de derivación que comprende una derivación de alimentación. Preferentemente, el espaciador de derivación comprende una hoja planar y nervaduras continuas situadas en una dirección longitudinal en ambos lados de la hoja y en el que la hoja comprende una derivación de alimentación dispuesta para permitir el movimiento de fluidos en la dirección longitudinal. La membrana de la presente invención puede soportar preferentemente una presión de retrolavado de por lo menos 10 bar. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para proveer una membrana de canal de permeado integrada, que comprende las etapas siguientes: • proporcionar una tela de espaciador en 3D que comprende un tejido de superficie superior e inferior espaciado mediante hilo monofilamento a una distancia predefinida y • aplicar una capa de membrana a dicho tejido de superficie superior e inferior. La etapa de aplicar las capas de membrana consiste preferentemente en una etapa de recubrimiento con un aditivo y coagulación de dicho aditivo para formar una capa de membrana unida a una multitud de puntos con dicha superficie de tejido superior e inferior. El aditivo comprende ventajosamente: • un material de relleno hidrofílico seleccionado del grupo que consiste en HPC, CMC, PVP, PVPP, PVA, PVAc, PEO, TiO2, HfO2, AI2O3, ZrO2, Zr3(PO ) , Y2O3, S¡O2, materiales de óxido de perovskita y SiC; • un material ligante orgánico, seleccionado del grupo que consiste en PVC, C-PVC, PSf, PES, PPS, PU, PVDF, Pl, PAN y sus variantes injertadas; y • un disolvente seleccionado del grupo que consiste en NMP, DMF, DMSO o DMAc o una mezcla de los mismos. Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de una membrana o módulo de membrana, de acuerdo con la presente invención, para filtración de agua y/o purificación de aguas residuales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 representa una vista lateral de un tejido de espaciador en 3D. La figura 2 representa una vista de superficie superior de un tejido de espaciador en 3D. La figura 3 muestra un detalle de la unión entre las superficies superior e inferior mediante monofilamentos. La figura 4 muestra una vista en sección transversal (imagen SEM) de una membrana de IPC-MBR de acuerdo con la presente invención, con dos capas de membrana aplicadas mediante un procedimiento de recubrimiento e inversión de fase. La figura 5 ¡lustra una vista en sección transversal (fotografía óptica) de una membrana de IPC-MBR de acuerdo con la presente invención, con dos capas de membrana aplicadas mediante un procedimiento de recubrimiento e inversión de fase (la misma membrana que se representa en la figura 4).

La figura 6 representa, de forma esquemática, una membrana de I PC de acuerdo con la presente invención. La figura 7 representa, de forma esquemática, una placa de membrana de IPC de acuerdo con la presente invención. La figura 8 ilustra una representación esquemática de una sección transversal de un espaciador de alimentación especial. La figura 9 ilustra una representación esquemática de una sección transversal de un espaciador de alimentación especial con derivaciones. La figura 10 ilustra una representación esquemática de cuatro módulos de membrana de IPC en espiral en un recipiente a presión de 6 metros de longitud en situación de retrolavado. La figura 1 1 muestra una ilustración general de la sección transversal de un módulo de membrana en espiral. La figura 12 muestra un detalle a lo largo de la línea A-A' de una membrana en espiral.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la presente invención, se presenta una membrana de nueva creación que comprende un canal de permeado. Esta modalidad se hace posible mediante la inclusión de un tejido de espaciador en 3D entre dos capas de la membrana.

Esta membrana de tipo de canal permeado integrado (membrana IPC) comprende básicamente los dos constituyentes siguientes: • un tejido de espaciador en 3D, y • dos capas de membrana El tejido de espaciador en 3D se obtiene preferentemente mediante una operación de tricotado (por ejemplo, mediante una tricotadora Raschel). El tejido de espaciador está constituido por dos tejidos superficiales (2, 3) (tela de tipo tricotada, tejida o no tejida) a distancia controlable, que se unen con centenares de hilos de monofilamento espaciadores (4) por centímetro cuadrado. Un ejemplo de dicho tejido de espaciador en 3D se ilustra en la figura 1 , 2 y 3. La unión entre las dos superficies tejidas (2, 3) se realiza mediante bucles 5 en los hilos monofilamento de espaciador 4. La distancia entre las dos capas de tejido superficiales (2, 3) se determina por la longitud de los hilos monofilamento de espaciador (4) entre los bucles (5) y puede variar desde 0.5 a 10 mm. La estructura de los tejidos superficiales preferidos se muestra en la figura 2. La membrana de IPC más preferida se obtiene mediante el procedimiento de recubrimiento. La membrana de IPC se conforma in situ mediante un recubrimiento simultáneo de ambas superficies (superior e inferior, 2 y 3) del tejido tricotado de espaciador con aditivo de membrana. La membrana es posteriormente conformada por el procedimiento de inversión de fase (coagulación en no disolvente). El aditivo de membrana puede contener cualquier tipo de ligante polimérico (polímero natural a partir de la serie no limitativa: PVC, C-PVC, PSf, PESU, PPS, PU, PVDF, Pl, PAN y sus variantes injertadas (sulfonadas, acriladas, aminatadas, ...), un disolvente aprótico como por ejemplo DMF, DMSO, DMAc o NMP y material de relleno (polimérico tal como: HPC, CMC, PVP, PVPP, PVA, PVAc, PEO y/o inorgánico: TiO2, HfO2, AI2O3, ZrO2, Zr3(PO4)4, Y2O3, S¡O2, materiales óxido de perovskita, SiC. El no disolvente puede ser fase de vapor de agua (vapor de agua o vapor frío), agua o mezclas de agua con los disolventes apróticos citados. Por ejemplo, las etapas de fabricación pueden ser: • Etapa de preparación del tejido del espaciador: desenrollado del tejido del espaciador (tricotado, tejido o no tejido); guiado del tejido del espaciador hacia la posición vertical y dispersión del tejido del espaciador para impedir la formación de pliegues (perpendicular a la dirección de fabricación). - Etapa de recubrimiento de tejido del espaciador: recubrimiento simultáneo de doble cara de aditivo con un sistema de recubrimiento de doble cara y alimentación automática del aditivo en ambos lados del tejido del espaciador (mismo nivel en ambos lados) para obtener un tejido del espaciador recubierto con aditivo. - Etapa de formación de poros superficiales: puesta en contacto del tejido del espaciador recubierto por doble cara con la fase de vapor de agua.

Además, es posible obtener una membrana reforzada con tejido del espaciador asimétrica con diferentes características de tamaños de poros en ambos lados aplicando diferentes condiciones en ambos lados del tejido del espaciador recubierto con aditivo. Etapa de formación en serie: coagulación de producto en un baño de agua caliente. - Etapa postratamiento: lavado de productos químicos en un depósito de agua. Etapa de secado: secado del producto.

Mediante este método de formación de membrana in situ, dos constituyentes (el tejido del espaciador tricotado y de las dos capas de membrana) son unidas entre sí de forma irrompible. Esto se debe al hecho de que la membrana está formada sobre la parte superior e interior del propio tejido del espaciador. En las figuras 4, 5 y 6 se representa una vista en sección transversal típica de una membrana de IPC. Los hilos monofilamento 4 están todavía claramente visibles, mientras que las superficies del tejido están ahora cubiertas con una membrana (12, 13). La figura 5 es una fotografía óptica de la sección transversal de una membrana de IPC obtenida por el proceso de inversión de fase. La figura 4 es una ilustración de FESEM de la sección transversal de la misma membrana de IPC tal como se representa en la figura 5. La vista en sección transversal típica de la membrana de IPC ilustra los componentes típicos de las membranas de IPC: la multitud de soportes (hilos monofilamento del tejido del espaciador 4) entre las dos capas de membrana 12 y 13; las dos capas de membrana 12 y 13; los hilos monofilamento 6 de las dos superficies dentro de la estructura de la membrana. Además, se puede observar, en estas vistas en sección transversal, que los bucles (5) de los hilos monofilamento y los multifilamentos de la superficie de tejido (3) están incorporadas en las capas de membrana. A partir de estas figuras es evidente que las capas de membrana están irrompiblemente unidas con el tejido del espaciador mediante la multitud de puntos de anclaje.

Propiedades/características de la membrana de IPC Una de las características clave de las membranas de IPC es la presencia de un canal de permeado integral. Este canal de permeado es de utilidad para diferentes aplicaciones: Para retirada del permeado en aplicación en MBR, así como para, por ejemplo, ultrafiltración y microfiltración de membrana, destilación de membrana, permeación al vapor, pervaporación y separación de gases. - Para los fines de inmovilización de, por ejemplo, un ¡ntercambiador de iones de líquido en membranas líquidas soportadas y en pertracción. La fijación/adhesión de las capas de membrana de la membrana de IPC, fabricadas por el proceso de recubrimiento e inversión de fase (véase la figura 5) al tejido de espaciador tricotado es muy fuerte, lo que se puede explicar por la multitud de puntos de fijación. Esta propiedad se ilustra mediante mediciones de presión de estallido con aceite de silicona (que presenta una viscosidad 50 veces mayor que el agua). Se descubrió que las dos capas de membrana no se separan a presiones de hasta 17 bares. Esta propiedad hace de la membrana de IPC una excelente membrana de hojas planas retrolavables (MF/UF). Además, se descubrió que la estructura de material compuesto formada es, además bastante rígida. La membrana de IPC, como un conjunto, es bastante rígida después del secado. Esto es más bien imprevisto considerando la flexibilidad del propio tejido del espaciador, debido a los bucles en los hilos monofilamento en los tejidos superficiales. Esto se puede explicar por la fijación/incorporación de los bucles monofilamentos del tejido del espaciador en la estructura de la membrana de las dos capas de membrana. Esta propiedad permite especialmente obtener grandes superficies (p.e. 2 m por 2 m). En consecuencia, las principales propiedades de la membrana de I PC según la presente invención son: • la presencia del canal del espaciador integrado; su capacidad de retrolavado; su rigidez. A partir de las propiedades antes citadas, se pueden generar varios conceptos de módulos de membrana y aplicaciones con la membrana de IPC. Además, la presente invención se ilustra mediante dos ejemplos no limitativos descritos a continuación.

Aplicaciones: 1. Concepto de módulo de membrana IPC-MBR: Biorreactor de membrana (MBR) según la presente invención: Este concepto novedoso para biorreactor de membrana sumergida se denomina concepto de módulo de membrana IPC-MBR. Para esta aplicación, el canal de permeado integrado se utiliza para retirar permeado desde un sistema de fangos biológicamente activos, sin la necesidad de concepto de módulos especiales con canales de espaciador de permeado separados. La fuerza impulsora para la permeación es una fuerza de succión aplicada desde el lado del canal de permeado integrado. Mediante esta acción, se genera agua con calidad de micro/ultrafiltración desde el sistema de fangos biológicamente activos. Para permitir la fuerza de succión sobre el canal de permeado, han de realizarse, en primer lugar, las denominadas "placas de IPC-MBR".

Esta operación se realiza cerrando por lo menos dos bordes (preferentemente opuestos) de la membrana de IPC-MBR 1 (véanse figuras 6 y 7) con sellante 7 tal como un tipo de resina epoxídica/poliuretano o cualquier tipo de caucho o una masa fundida caliente o mediante cualquier tipo de operación de soldadura. Los otros bordes permanecen abiertos y están sellados para un orificio de entrada/salida 8, para permitir la evacuación del permeado o para su realimentación. Los bordes opuestos con el orificio de entrada/salida 8 están, en una forma de modalidad preferida, colocados a continuación en la posición vertical (en la parte superior) de modo que se puedan evacuar con facilidad los gases. Las placas 9 de IPC-MBR así formadas pueden presentar las siguientes dimensiones para la finalidad de purificación de aguas residuales: una anchura desde 0.5 m hasta 2 m y una altura desde 0.5 m hasta 2 m. Para formar un módulo de MBR, las placas de IPC-MBR 9 se colocan verticalmente en disposiciones matriciales ordenadas (que contiene una multitud de estas placas de IPC-MBR) situadas a una distancia de 1 a 10 mm entre sí, lo que permite el paso de burbujas de aire a través de la membrana. El módulo de IPC-MBR está ahora preparado para su uso inmediato. En una forma de modalidad preferida, un sistema de aireación se coloca en la parte inferior del módulo, que sirve para la limpieza de las membranas y para el suministro de oxígeno para las bacterias del sistema de fangos biológicamente activos. Los constituyentes del módulo de IPC-MBR son por lo tanto: Las placas de membrana IPC con por lo menos dos bordes cerrados y por lo menos un borde con orificios de entrada/salida Disposiciones matriciales de estas placas de IPC Un sistema de aireación opcional en la parte inferior 2. Concepto de módulo de membrana de UF en espiral-IPC: La membrana de UF en espiral-IPC según la presente invención: La membrana de IPC soporta presiones transmembrana de retrolavado (TMP), en funcionamiento, superiores a 10 bares, lo que asegura una larga vida de la membrana. Las membranas de IPC, para este objetivo, preferentemente presenta un espesor comprendido entre 1 y 3 mm. En la figura 11 se ilustra un dibujo esquemático del concepto de módulo de membrana en espiral de IPC. Las hojas de la membrana de IPC 32 están unidas al tubo de permeado central 31 lo mismo que los tipos de membrana de envolventes. En la membrana en espiral de IPC 30 no existe necesidad de un espaciador de permeado, puesto que la distancia entre las dos superficies de la membrana viene determinada por la longitud de los hilos del espaciador (pilares). Además, se recomienda utilizar un espaciador de alimentación especial e introducir espaciadores especiales tipo derivación. Una vista más detallada de la membrana de UF en espiral de IPC a lo largo de la línea A-A' se representa en la figura 13. La disposición de las membranas 32 con el canal de permeado integrado, espaciadores de alimentación 33 y espaciadores de derivación 34 se ilustra con sus respectivas dimensiones para una forma de modalidad preferida de la invención. El espaciador de alimentación especial 33 se recomienda para mejorar la potencia de expulsión de partículas durante la operación de retrolavado. Esto se consigue guiando el concentrado hacia los dos lados superiores del módulo de membrana 30. El espaciador consiste en una hoja de PE, PP o PES masiva 22 con nervaduras continuas 21 en ambos lados de la hoja. Las nervaduras 21 están en la dirección longitudinal del módulo de membrana. El espesor total de este nuevo espaciador está preferentemente contenido entre 0.5 y 3 mm, la altura de la nervadura entre 0.2 y 1 mm y el espesor de la hoja entre 0.05 y 0.3 mm. La distancia entre las nervaduras en la hoja está preferentemente comprendida entre 5 y 30 mm. Las figuras 8 y 9 ilustran representaciones esquemáticas del espaciador de alimentación especial. Los espaciadores 34 tipo derivación están, además, recomendados para mejorar la potencia de expulsión de partículas durante la operación de retrolavado en módulos más grandes. De hecho, es bastante similar al espaciador de alimentación especial 33. Además, contiene una derivación de alimentación 23 (ver figura 9). La derivación de alimentación 23 del espaciador de derivación presenta dos funciones: • La primera función es ayudar a la expulsión de partículas durante la operación de retrolavado. En la Figura 10, un recipiente a presión a 609.6 centímetros de longitud se ilustra con 4 módulos de membrana de 152.4 centímetros de longitud. En el retrolavado, el concentrado desde los módulos C tiene que pasar a través del espaciador de alimentación de los módulos D, que está siendo objeto de retrolavado al mismo tiempo. De este modo, el espaciador de derivación del módulo D se utiliza para la expulsión del concentrado desde el módulo C. Operación similar para el espaciador de derivación del módulo A para el concentrado desde el módulo B. • La segunda función es ayudar a distribuir el agua de alimentación a través de todos los módulos del recipiente a presión y en especial, los módulos en la parte central por filtración (módulos B y C). Estas funciones son importantes para mantener una presión de transmembrana estables (TMP) a través de un largo período de tiempo y para posponer la limpieza química de la membrana. Debido a la baja presión transmembrana en las membranas de UF y MF, los módulos se colocan hidráulicamente en paralelo para evitar la pérdida de presión.

APLICACIÓN INDUSTRIAL Las aplicaciones para las membranas según la invención son numerosas y comprenden las operaciones de MBR, microfiltración, ultrafiltración, destilación de membrana, pervaporación, permeación al vapor, separación de gases, membranas de líquidos soportadas y pertracción.

Abreviaturas: Se utilizan las abreviaturas siguientes: HPC: hidroxipropilcelulosa CMC: carboxilmetilcelulosa PVP: polivinilpirrolidona PVPP: polivinilpirrolidona de enlaces cruzados PVA: alcohol polivinílico PVAc: acetato de polivinilo PEO: óxido de polietileno PVC: cloruro de polivinilo C-PVC: cloruro de polivinilo clorado PSf: polisulfona PESU: polisulfona PPS: sulfuro de polifenileno PU: poliuretano PVDF: fluoruro de polivinilideno Pl: poliimida PAN: poliacrilonitrilo

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una membrana de canal de permeado integral, que comprende un canal de permeado constituido por un tejido de espaciador en 3D que presenta unas superficies de tejido superior e inferior (2, 3) unidas y espaciadas por unos hilos monofilamento (4) a una distancia predefinida, estando interpuesto dicho canal de permeado entre dos capas de membrana (12, 13), caracterizada porque dichas capas de membrana están unidas, en una multitud de puntos, con dichas superficies de tejido superior e inferior.

2.- La membrana de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque las superficies de tejido y los monofilamentos del tejido del espaciador en 3D están unidas mediante unos bucles (5) en los hilos monofilamento y dichos bucles están incorporados en dichas capas de membrana.

3.- La membrana de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada además porque las superficies de tejido (2, 3) son de un tipo de tricotado, tejido o no tejido.

4.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada además porque la distancia entre las superficies de tejido superior e inferior está comprendida entre 0.5 y 10 mm.

5.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada además porque el espaciador en 3D comprende un material seleccionado de entre el grupo constituido por poliéster, nylon, poliamida, sulfuro de polifenileno, polietileno y polipropileno.

6.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada además porque las capas de membrana comprenden un material de relleno hidrofílico seleccionado de entre el grupo constituido por HPC, CMC, PVP, PVPP, PVA, PVAc, PEO, TiO2, HfO2, AI2O3, ZrO2, Zr3(PO )4, Y2O3, SiO2, materiales de óxido de perovskita, SiC; y un material ligante orgánico seleccionado de entre el grupo constituido por PVC, C-PVC, PSf, PESU, PPS, PU, PVDF, Pl, PAN y sus variantes injertadas.

7.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicha membrana es planar.

8.- La membrana de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque comprende además un sellante (7) o soldadura en el perímetro de la membrana planar dispuesta para impedir el movimiento fluídico directo desde o hacia el canal de permeado, sin tener que pasar a través de una capa de membrana y una unión de orificio de entrada/salida (8) en unión fluídica con el canal de permeado.

9.- Módulo de biorreactor de membrana que comprende un grupo de membranas de conformidad con la reivindicación 8.

10.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque dicha membrana está devanada en espiral alrededor de un tubo de permeado central (31 ).

11.- Módulo de membrana en espiral (30), que comprende un tubo de permeado central de forma cilindrica (31 ), provisto de una pared y un lumen interior definido por dicha pared, y una multitud de membranas (32) de conformidad con la reivindicación 10, en donde el canal de permeado de dichas membranas está en unión fluídica con el lumen interior de dicho tubo de permeado central y dichas membranas están devanadas en espiral alrededor de dicho tubo de permeado central.

12.- El módulo de membrana en espiral de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque comprende además unos espaciadores de alimentación (33) interpuestos entre dichas membranas.

13.- El módulo de membrana en espiral de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el espaciador de alimentación comprende una hoja planar (22) y unas nervaduras continuas (21 ) situadas en ambos lados de la hoja (22).

14.- El módulo de membrana en espiral de conformidad con la reivindicación 12 ó 13, caracterizado además porque un espaciador de alimentación es un espaciador tipo derivación (34) que comprende una derivación de alimentación (23).

15.- El módulo de membrana en espiral de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque un espaciador de derivación (34) comprende una hoja planar (22) y unas nervaduras continuas (21 ) situadas en una dirección longitudinal a ambos lados de la hoja (22) y en donde la hoja (22) comprende una derivación de alimentación (23) dispuesta para permitir el movimiento de fluidos en la dirección longitudinal.

16.- Un método para proporcionar una membrana de canal de permeado integrada, que comprende las etapas de: • proporcionar un tejido de espaciador en 3D que comprende un tejido de superficies superior e inferior (2, 3) unidas y espaciadas por hilos monofilamento (4) a una distancia predefinida, y « aplicar una capa de membrana a dicho tejido de superficies superior e inferior para formar una membrana de canal de permeado integral.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la etapa de aplicar la capa de membrana consiste en una etapa de recubrimiento con un aditivo y coagulación de dicho aditivo para formar una capa de membrana unida a una multitud de puntos con dichas superficies de tejido superior e inferior.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el aditivo comprende: - un material de relleno hidrofílico seleccionado de entre el grupo constituido por HPC, CMC, PVP, PVPP, PVA, PVAc, PEO, TiO2, HfO2, AI2O3, ZrO2, Zr3(P04)4, Y2O3, SiO2, materiales de óxido de perovskita y SiC; - un material ligante orgánico seleccionado de entre el grupo constituido por PVC, C-PVC, PSf, PES, PPS, PU, PVDF, Pl, PAN y sus variantes injertadas; y • un solvente aprótico seleccionado de entre el grupo constituido por NMP, DMF, DMSO o DMAc o sus mezclas.

19.- Uso de una membrana o módulo de membrana de las reivindicaciones 1 a 15, para filtración de agua y/o purificación de aguas residuales.

20.- La membrana de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada además porque dicha membrana puede soportar una presión de retrolavado de por lo menos 10 bares.

21.- Uso de una membrana de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 ó 20 para microfiltración, ultrafiltración, MBR, preevaporación, destilación de membrana, membranas de líquido soportadas y/o pertracción.