MXPA06006504A - Metodo y sistema para incrementar la recuperacion y evitar las incrustaciones por la recipitacion en procesos de membrana por gradiente de presion - Google Patents

Abstract

La invención proporciona un proceso para purificar agua que contiene especies solubles capaces de formar una o más sales o minerales escasamente solubles, comprendiendo dicho proceso alimentar una corriente de agua presurizada hacia una zona de tratamiento que tiene una o más membranas colocadas en la misma, pasando dicha corriente a lo largo de dicha(s) membrana(s) para recuperar un permeado y retirar un concentrado del mismo mientras se invierte periódicamente la dirección del flujo de dicha corriente en dicha zona de tratamiento, en donde la periodicidad de la inversión del flujo es de tal manera que dicha una o más membranas se exponen a condiciones de supersaturación que se desarrollan en dicha corriente de agua durante un periodo de tiempo que es menor que el tiempo requerido para que dicha corriente de agua supersaturada precipite una o más de dichas sales y/o minerales escasamente solubles a partir de la misma.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA INCREMENTAR LA RECUPERACIÓN Y EVITAR LAS INCRUSTACIONES POR PRECIPITACIÓN EN PROCESOS DE MEMBRANA POR GRADIENTE DE PRESIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a mejorar la recuperación, y evitar las incrustaciones por precipitación, en procesos de filtración de líquidos. Más particularmente, la invención se refiere a un método y sistema para evitar las incrustaciones por precipitación en procesos de osmosis inversa y filtración por gradiente de presión de nanofiltración, y para incrementar la recuperación por precipitación de minerales supersaturados a partir de la corriente de concentrado antes de su desalinización adicional. Antecedentes de la Invención Los procesos de filtración por membrana proporcionan soluciones atractivas para varias aplicaciones de tratamiento de agua tal como se utiliza para el retiro de constituyentes inorgánicos y en particular en desalinizar agua salobre y agua de mar y para el retiro de Químicos Orgánicos Sintéticos (SOC). Ya que los métodos de tratamiento de agua tradicionales no siempre son capaces de cumplir los requerimientos impuestos por las regulaciones de agua potable, los procesos de filtración por membrana se prefieren en teles aplicaciones, particularmente debido a su requerimienío de espacio pequeño y retiro eficiente de contaminantes. Los procesos de membrana por gradiente de presión se definen como procesos en los cuales la corriente de alimentación se alimenta a una tasa volumétrica Qf en un dispositivo de membrana (e.g., recipiente a presión) equipado con membranas que dividen el espacio del dispositivo n un lado de alimentación y un lado permeado, y en el cual una diferencia de presión a través de las membranas causa que el solvente (usualmente agua) pase del espacio de alimentación al espacio permeado a una tasa volumétrica denotada como Qp. La solución restante que ahora se concentra en los solutos rechazados, deja el espacio de alimentación del dispositivo de membrana como una corriente de concentrado a una tasa volumétrica denotada como Qr. La fracción de alimentación que deja el dispositivo de membrana como permeado se refiere como la recuperación de membrana, Y: A medida que se incrementa la recuperación la concentración de solutos rechazados en la corriente de concentrado, Cr, se da por equilibrio de masa como: _ \-Y(l-R) c =c. (2) 1-7 Los procesos de membrana por gradiente de presión se distinguen entre si por los tipos de solutos que rechazan o pasan al lado permeado. Para un proceso dado esta selectividad puede definirse por el rechazo empírico de solutos para cada soluto /, R¡, definido por: En donde Cf¡, Cp¡ se refieren a las concentraciones de alimentación y permeado respectivamente del componente i. Para especies altamente rechazadas, R-?=1 y después la relación definida en la ecuación 2, entre su concentración en la corriente de concentrado, Cr, y la recuperación, Y se reduce a: C r = C f, ? _ ? ,' donde R=1 (4) Las definiciones típicas de los tipos de variación de los procesos por gradiente de presión se proporcionan en la tabla 1 : Tabla 1: Definición de varios procesos de membrana por gradiente de presión, adaptados de M. Mulder, Basic Membrane Technology, 2a. Ed., Cap. 1 (Marcel Dekker, 1996).

En esta tabla dp se refiere al diámetro del soluto rechazado. MWCO se refiere al peso molecular cortado referido usualmente como el peso molecular del soluto que es rechazado 90% o más por la membrana. Puede observarse que los procesos de membrana por gradiente de presión que darán como resultado la desalinización parcial o completa son osmosis inversa (RO) y nanofiltración (NF). También retirarán materia orgánica, materia orgánica sintética y químicos inorgánicos, y por lo tanto son adecuados para la desalinización parcial o completa de agua salobre y de mar. La tasa a la cual pasa el solvente junto con los solutos no rechazados a través de la membrana por unidad se define como el flujo de membrana (denotado Jv) con unidades de volumen/(unidad de área-tiempo). Durante el proceso de filtración la membrana se atasca y por lo tanto se vuelve menos efectiva. La membrana con incrustaciones se vuelve uno de los impedimentos primarios para su aceptación en aplicaciones de tratamiento de agua. La ocurrencia de incrustaciones en la membrana en los procesos de osmosis inversa y nanofiltración conduce a la reducción en la tasa de producción y algunas veces a la pérdida Del rechazo del soluto. Existen varios tipos de incrustaciones que ocurren típicamente en tales procesos: incrustación coloidal; incrustación orgánica (adsorción de orgánicos solubles sobre la superficie de la membrana) bioincrustación - formación de biopelícula que por si misma o en conjunto con otros tipos de incrustaciones causan el deterioro del desempeño de la membrana; y incrustación por precipitación (o formación de incrustaciones) debido a la precipitación de sales y minerales escasamente solubles. Los métodos comunes para evitar la incrustación por precipitación son para limitar la recuperación del sistema, Y, al mantener la tasa de permeado por debajo de una cierta porción máxima de la tasa de alimentación, de manera que las concentraciones de sales escasamente solubles no exceden grandemente la saturación en el concentrado final. Estos límites de saturación pueden incrementarse moderadamente al alimentar antiincrustantes al final de la alimentación de membrana lo cual incrementa los costos de pretratamiento químico. Además, un requerimiento impuesto por los fabricantes de membrana requiere que exista una velocidad de flujo tangencial mínima en cada elemento espiral comercial a fin de minimizar la polarización de concentración causada por la acumulación de sales rechazadas por convección en la superficie de la membrana mediante el flujo (e.g., por los elementos en espiral NF o RO de 8 pulgadas de diámetro, algunos fabricantes recomiendan una velocidad de flujo mínima de 45 l/min). Sin embrago, en las nuevas membranas LPRO de baja presión (Low-Pressure Reverse Osmosis (Osmosis Inversa de Baja Presión)) y LPNF (Low-Pressure Nanofiltration (Nanofiltración de Baja Presión)), que operan a presiones de 3-10 bares, la presión axial que cae a lo largo de las trayectorias de alimentación de los elementos de membrana puede reducir . significativamente la fuerza de accionamiento para la permeación del agua producto, la cual requiere que las tasas de flujo no serán demasiado altas a través de los elementos de membrana. Estos requerimientos de conflicto hacen el diseño de las nuevas plantas de tratamiento de agua realmente difícil, lo cual da como resultado varias nuevas estrategias que se han propuesto (por formas convencionales de distribución con este e.g., "Innovative System Designs to Optimize Performance of Ultra-low Pressure Reverse Osmosis Membranes", Nemeth, J., Desalinización, 118, 63-71 , 1998). Otras formas para controlar la incrustación en membranas utiliza métodos químicos y físicos hidrodinámicos, lavados a contracorriente periódicos, limpieza química, condiciones de cambio de operación y reducción del flujo de operación. Otra solución para controlar las incrustaciones en la membrana propone cambiar la dirección del flujo a fin de reducir la polarización de concentración y las incrustaciones en general ("Membranas y Aplicaciones de Ultrafiltración", Breslau, B.R. et al., Polymer Science and Technology, Plenum Press, Vol. 13 "Flux Enhancement Using Flow Reversal in Ultrafiltration", Hargrove, SC e llias, S., Sep. Sci. Technol., 34 (6 y 7), 1319). Sin embargo ninguna de estas publicaciones enseña o propone una solución para evitar las incrustaciones por precipitación. Un proceso de flujo inverso y dispositivo se describen en la US ,690,829 (de Lauer), quien se refiere particularmente a la limpieza de la membrana de partículas de sedimento. Otra posible solución para reducir las incrustaciones en la membranas describe en US 5,888,401 (de Nguyen), que sugiere incrementar periódicamente la presión del permeado contiguo a la membrana al cerrar parcialmente la válvula en el lado del permeado, lo cual da como resultado reducciones en la velocidad de flujo del permeado. Este último método reduce la tasa de recuperación de permeado total que es una desventaja. Como será aparente para aquellos de experiencia en la materia, una solución eficiente para evitar la incrustación por precipiíación también tiene implicaciones para la bioincrustación ya que las capas y superficies estancadas de capas de incrustaciones pueden permitir que las biopelículas se unan y desarrollen con menos fuerzas cortantes para su retiro. En muchos procesos las sales escasamente solubles pueden limitar la recuperación de procesos de desalinación a medida que su concentración se incrementa en la salmuera más producto de agua se evacúa del flujo de alimentación. Se han utilizado diferentes técnicas para salir adelante con este problema (Sección 9.4 en Water Treatment Membrane Processes (Procesos de Membrana de Tratamiento de Agua) Mallevialle, J., Odendaal, P., Wiesner, M. eds., McGraw-Hill, 1996). El ablandamiento químico se ha propuesto para precipitar las sales escasamente solubles la mayoría de las cuales son sales de metales alcalinotérreos (Ca, Sr, Mg, Ba). El problema con este procedimiento es que requiere cantidades estequiométricas de químicos para precipitar todos los iones metálicos de las sales escasamente solubles , que con frecuencia son costosas. Por ejemplo, el agua salobre que contiene 100 mg/l de calcio, 30 mg/l de magnesio y 150 mg/l de alcalinidad de carbonato como bicarbonato requerirá 91 g/m3 de cal hidratada y 135 g/m3 de carbonato sódico para retirar completamente el calcio. A 80 $/ton de cal apagada y 180 $/ton de carbonato sódico esto incluiría un costo químico de 1.8 cents/m3. Además, los lodos formados en el ablandamiento de la cal viva con frecuencia son voluminosos y resistentes para remover. Esto puede evitarse al utilizar procesos de precipitación avanzados que combinan el ablandamiento de la precipitación con la microf iltración, también conocida como Membrane Assisted Crystallization (Cristalización Asistida por Membrana) (MAC) o filtración a través una costra de lodo de semillas de carbonato de calcio que también se conoce como Compact Accelerated Precipitation Softening (Ablandamiento de Precipitación Acelerada Compacta) (CAPS). Alternativamente el pH puede reducirse al agregar ácido y retirar el ácido carbónico formado al depurar el aire. Este fipo de tratamiento elimina los problemas de incrustaciones de carbonato pero los problemas asociados con las incrustaciones de sulfato permanecerán. En el ejemplo anteriormente mencionado de agua salobre, sería necesario agregar 120 g de ácido sulfúrico//m3 de agua de alimentación para retirar completamente la alcalinidad de carbonato. Aunque esto originaría el riesgo de exceder las solubilidades de sulfato de calcio. Consecuentemente, el procedimiento actualmente más común es utilizar anti-incrustantes que permitan la operación de varios valores de super- saturación. Sin embargo, aún con los anti-incrustantes más avanzados utilizados actualmente, existen límites sobre las proporciones de super-saturación (por ejemplo -2.60-3.0 por sulfato de calcio, un Langlier Saturation Index (índice de Saturación Langlier) (LSI- logio de proporción de supersaturación) de 2.8 para carbonato de calcio, y proporción de super-saturación de 2.0 para sílice. Esto con frecuencia significa que las recuperaciones con frecuencia se limitan al 75-90%. Alternativamente, un proceso NF puede utilizarse para retirar los iones más resistentes, y en este caso el permeado del nanofiltro puede entonces alimentarse a unidades RO o desalinación térmica para retirar el agua desalada en recuperaciones claramente altas. Sin embargo, debido a los contra-iones de los metales alcalinotérreos también se rechazan en este proceso, las condiciones de super-saturación también se alcanzan en el proceso NF si las recuperaciones son suficientemente altas. Es importante alcanzar recuperaciones altas en el proceso NF ya que la recuperación total en las dos etapas en serie serán el producto de las dos etapas. Por ejemplo, si la recuperación del proceso de desalinación es 95% y la recuperación del proceso NF es 90%, entonces la recuperación total será 85.5%. No existe mejora considerable en este resultado en comparación con las recuperaciones obtenidas en los procesos RO estándar. Una forma de superar este problema es reciclar el concentrado de la etapa de desalinación hacia el nanofiltro. Sin embargo, al hacerlo así la salinidad promedio en el proceso de desalinización se origina con el incremento concomitante de la salinidad en el producto. Varios investigadores han propuesto utilizar ablandamiento por precipitación en el concentrado antes de conducir la desalinación adicional sobre el concentrado tratado (Enhanced Water Recovery from Primary Membrane Desalination Concéntrate by Precipitative Softening and Secondary Membrane Desalination (Recuperación Mejorada de Agua del Concentrado de Dasalinación de la Membrana Primaria Mediante Ablandamiento de Precipitación y Desalinación de la Membrana Secundaria), Rahardianto, A., Cohén, Y., y Williams, M.D., documento 394e, Reunión AlChE Fai!, 2004.) a fin de incrementar la recuperación. Sin embrago, tal tratamiento se complica por la presencia de anti-incrustantes en el concentrado. En vista de los problemas antes mencionados existe una necesidad de procesos de filtración capaces de controlar y evitar efectiva y eficientemente la incrustación por precipitación en procesos de desalinación de membrana por gradiente de presión, y para mejorar las recuperaciones de teles procesos. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso de filtración alto en flujo para controlar y evitar la incrustación por precipitación en procesos de membrana por gradiente de presión. Es otro objetivo de la presente ¡nvención proporcionar un método y sistema para controlar eficientemente el flujo inverso en un proceso de filtración por membrana para evitar la incrustación por precipitación en procesos de membrana por gradiente de presión. Es aún otro objetivo de la presente invención proporcionar un método y sistema para evitar la incrustación por precipitación en un proceso de filtración por membrana en donde la composición de la solución contigua a la superficie activa de la membrana excede el límite de safuración efectiva de sales escasamente solubles. Un objetivo adicional de la ¡nvención es proporcionar un método y sistema para lograr recuperaciones altas en un proceso de filtración por membrana que opera con altas super-saturaciones locales.

Otros objetivos y ventajas de la invención se volverán aparentes a medida que proceda la descripción. Sumario de la Invención En un aspecto, la presente invención se dirige a un proceso para purificar agua que confiene especies solubles capaces de formar una o más sales o minerales escasamente solubles, comprendiendo dicho proceso alimentar una corriente de agua presurizada en una zona de tratamiento que tiene una o más membranas colocadas en la misma, pasando dicha corriente a lo largo de dicha(s) membrana(s) para recuperar un permeado y retirar un concentrado de la misma mientras se invierte periódicamente la dirección del flujo de dicha corriente en dicha zona de tratamiento, en donde la periodicidad de la inversión del flujo es tal que dicha una o más membranas se exponen a condiciones de super-saturación que se desarrollan en dicha corriente durante un periodo de tiempo que es menor que el tiempo requerido para que dicha corriente de agua super-saturada precipite una o más de dichas sales y/o minerales escasamente solubles a partir de la misma. Puede apreciarse que cualquier proceso de purificación de agua de membrana por gradiente de presión que corre el peligro de precipitación de sales o minerales escasamente solubles en la superficie de la membrana puede practicarse de acuerdo con la presente invención. Los procesos de purificación de agua abarcados por ia presente invención se seleccionan más preferentemente del grupo que consiste de desalinación, ablandamiento de agua, retiro de color, desinfección de subproductos (DBP) retiro de precursores y retiro de materia orgánica natural (NOM), afectándose tales procesos por cualquier osmosis inversa (RO) o nanofiltración (NF). Por el término "sales o minerales escasamente insolubles" significa en general una sal que tiene una constante de solubilidad del producto/disociación de menos de 10~2 o solubilidad menor de 300 mg/l para los minerales sin disociación. Las sales y/o minerales escasamente solubles particularmente problemáticas, la incrustación por precipitación de las cuales la corriente de agua tratada necesita evitar sustancialmente de acuerdo con la presente invención, se seleccionan del grupo que consiste de carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice, fosfato de calcio, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro de calcio. De acuerdo con una modalidad preferida, el proceso de acuerdo con la presente invención utiliza una zona de tratamiento en la forma de un recipiente a presión que comprende al menos primera, segunda y tercera aberturas en donde dicha tercera abertura se utiliza para recuperar el permeado y se encuentra en comunicación fluida con el interior de dicho recipiente a través de la membrana, en donde la dirección del flujo de la corriente a través de dicho recipiente se invierte periódicamente entre un flujo en avance, en el cual dicha corriente se alimenta a través de dicha primera abertura y el concentrado se retira a través de dicha segunda abertura, y un contra-flujo, en el cual dicha corriente se alimenta a través de dicha segunda abertura y dicho concentrado se retira a través de dicha primera abertura. El tiempo requerido para que una solución acuosa super-saturada inicie la precipitación de las sales y/o minerales escasamente solubles a partir de la misma (en la ausencia de semillas de cristales u otras superficies de crecimiento de cristal pre-existentes apropiadas) se conoce como "tiempo de inducción" (t). Más preferentemente el proceso de acuerdo con la presente invención comprende la estimación del fiempo de inducción asociado con la composición del agua a tratarse y la naturaleza de la superficie de membrana, para permitir que se lleve a cabo la inversión del flujo en la periodicidad deseada. De acuerdo con una modalidad preferida, el tiempo de inducción se estima experimentalmente, por ejemplo, al llevar a cabo un experimento preliminar, en el cual la corriente de agua correspondiente a la composición del concentrado final se pasa a lo largo de una unidad de membrana pequeña bajo condiciones de flujo que generan la polarización de la concentración que se esperaría en una unidad de escala total sin invertir la dirección del flujo. El periodo de tiempo medido hasta que las sales escasamente solubles de dicha corriente de agua se precipitan sobre la superficie de la membrana según se refleja en una caída en la permeabilidad al agua de la membrana, o hasta que se detecta una caída en la concentración de volumen de la sal escasamente soluble, se utiliza subsecuentemente para programar la inversión del flujo de acuerdo con lo anterior. La ocurrencia de la precipitación de las sales escasamente solubles sobre la superficie de la membrana puede rastrearse convenientemente al medir los cambios para la permeabilidad al agua de la membrana, Lp según se mide por el flujo dividido entre la presión neta que divide la fuerza (NDP) como se define por L =-^- = Jv (5) ' NDP AP-Ap En donde ?P y ?p, son la presión de transmembrana y la diferencia de presión osmótica entre las soluciones de alimentación y permeado respectivamente. Tal procedimiento experimental preliminar se ilustra en el Ejemplo 2. Alternativamente, el tiempo de inducción se estima utilizando la siguiente ecuación en donde: A y B son constantes con relación a la sal, las hidrodinámicas y la superficie de membrana, ya que la nucleación que debe evitarse es la nucleación en la superficie de la membrana. La constante A ¡ncluye efectos de la energía de superficie en la superficie de nucleación y el volumen molar de la sal. B incluye el factor de frecuencia para la tasa de nucleación. Los valores de A y B ya se han determinado por ejemplo, por el sulfato de calcio y las membranas RO de baja presión de poliamida (e.g., D. Hasson et al., "Induction times induced in an RO system by antiscalants delaying CaSO precipitation" Desalination.v. 157 (2003), p 193; Alimi, F. ef al., Desalineación V. 157 pp 9-46 (2003); He, S. et al., J. Colloid and Inferíase Science, V 162 pp. 297-303 (1994)). A y B también pueden obtenerse fácilmente de .manera experimental como se ilustra en el Ejemplo 4 abajo en la presente. S es la proporción entre el producto de actividad máxima real de una sal escasamente dada en la solución contigua al lado de alimentación de la membrana y el producto de solubilidad termodinámica o para un mineral no disociado (e.g., sílice), es la proporción de la concentración mineral máxima real a la concentración de saturación de ese mineral para la composición dada. Se incrementa con la recuperación de agua producto y la polarización de concentración. Esta proporción puede calcularse a partir de programas de simulación del proceso de desalinación comercial disponible en e mercado abierto (tal como IMS de Hydranautics Inc. o Rosa de Dow-Filmtec, Inc.), o independientemente como se describe en D. Hasson et al., "Inception of CaSO scaling on RO membranes at various water recovery levéis" Desalination, 139, 73-81 (2001). Ese puede calcularse también al medir los datos relacionados al nivel de concentración de sales/mineral, en la corriente de agua, y los datos relacionados a los flujos de permeado y concentrado. Estos datos pueden obtenerse utilizando apropiadamente los medidores del flujo colocado y los dispositivos de detección dentro del sistema, a fin de proporcionar las señales correspondientes (e.g., conductividad) para calcular S. Típicamente los tiempos de inducción son arriba de 10 minutos. Habiendo obtenido y o determinado experimentalmente los valores de A, B y S para la sal relevante y el sistema, se puede estimar fácilmente el tiempo de inducción t. La inversión periódica se establecerá entonces para tener lugar en algún tiempo menor al de t, por ejemplo en 0.1 a 0.9 el valor del tiempo de inducción. En el caso que exista más de una sal escasamente soluble, la sal con el tiempo de inducción más corto será utilizado para determinar el periodo para la inversión del flujo. Alternativamente, el tiempo de inducción puede determinarse durante la operación del sistema a través de detectores apropiadamente colocados para monitorear la tasa de permeación (contador de flujo o escala de peso) o concentración de iones de incrustación (e.g., utilizando el detector de calcio o el detector de conductividad) como una función de tiempo, para ver cuando estos indicadores cambian como resultado de la precipitación en el sistema. De acuerdo con otra modalidad preferida, el proceso de la presente ¡nvención comprende además dirigir el concentrado retirado hacia un cristalizador, precipitando en este uno o más sales y/o minerales escasamente solubles, que separan los sólidos de la fase líquida, y regresan dicho líquido a la zona de tratamiento. En otro aspecto la presente invención se dirige a un sistema de membrana por gradiente de presión para purificar el agua que contiene especies solubles capaces de formar sales y/o minerales escasamente solubles, que comprende al menos un recipiente de presión que tiene una o más membranas colocadas en el mismo, una bomba de presión para producir una corriente de agua presurizada y una pluralidad de válvulas controlables para controlar la dirección de un flujo de alimentación y un flujo de concentrado en el mismo, en donde dicho sistema comprende una unidad de control enlazada a dichas válvulas, en donde dicha unidad de control se aparta para proporcionar dichas válvulas con señales de control para invertir periódicamente la dirección de dicho flujo de alimentación y concentrado a través de dicho recipiente de presión dentro de periodos de fiempo determinados correspondientes al fiempo de inducción relacionado con dichas sales y/o minerales y dicha una o más membranas.

Preferentemente, la unidad de control estima el tiempo de +B ~ — Hs)Y inducción de acuerdo con la fórmula T — ? en donde A y B son las constantes relacionada de sal/mineral y membrana y S es la proporción entre el producto de actividad máxima real de una sal o mineral escasamente dado en la solución contigua al lado de alimentación de la membrana y el producto de solubilidad termodinámica, determinándose dicha proporción al utilizar medios de detección enlazados a dicha unidad de control y adaptados para proporcionarle con señales que corresponden a dicho producto de actividad real. Breve descripción de los Dibujos En los dibujos: Las Figuras 1A y 1B ilustran esquemáticamente el esquema de inversión de flujo de la ¡nvención; Las Figuras 2A-2C demuestran una modalidad particular de un sistema para invertir periódicamente la dirección de flujo a través de un recipiente a presión; La Figura 2B es un diagrama de tiempo que demuestra los relojes de precipitación contiguos a las membranas; La Figura 3 demuestra un laboratorio establecido para simular el efecto de la inversión de flujo; La Figura 4 es un diagrama de flujo de un esquema de control preferido para inversión de flujo de acuerdo con la invención; La Figura 5 muestra un trazo del flujo contra del tiempo que muestra el tiempo de inducción de la incrustación por sulfato de calcio sin inversión del flujo; La Figura 6 muestra un trazo de un flujo contra el tiempo que muestra la prevención de la incrustación cuando se estimula la inversión del flujo; La Figura 7 es un diagrama de bloques que demuestra un proceso para incrementar significativamente la recuperación en procesos de desalinación; La Figura 8 es un diagrama de bloques que demuestra una unidad de prueba para correr la solución con super-saturación; La Figura 9 es un trazo que muestra los resultados obtenidos cuando se operan con sulfato de calcio(9 mmol/l en el tanque de alimentación) en la unidad mostrada en la Figura 8; La Figura 10 es un trazo que muestra la velocidad de flujo de permeado proveniente del último recipiente a presión como una función de tiempo en el mismo experimento como se ilustra en la Figura 9; La Figura 11 es un trazo que muestra los resultados obtenidos cuando se opera con sulfato de calcio (-8.5 mmol/l en el tanque de alimentación) en la unidad mostrada en la Figura 8; La Figura 12 es un trazo que muestra la velocidad de flujo de permeado proveniente del último recipiente a presión como una función de tiempo en el mismo experimento como se ilustra en la Figura 11 y la presión aplicada como una función de tiempo en ese mismo experimento; La Figura 13 es un trazo que muestra la velocidad de flujo de permeado proveniente del último recipiente a presión como una función de tiempo obtenida de un experimento de flujo inverso operado con sulfato de calcio (-8.5 mmol/l en el tanque de alimentación) en la recuperación de 0.82 e invertir el flujo cada media hora; La Figura 14 es un trazo que muestra los resultados obtenidos cuando el sistema ¡lustrado en la Figura 8 corrió sin invertir el flujo utilizando una solución de bicarbonato de calcio y NaCI como se describe en el Ejemplo 3; y La Figura 15 es un trazo que muestra los resultados obtenidos cuando el sistema ¡lustrado en la Figura 8 se operó bajo varias condiciones. Descripción Detallada de la Modalidades Preferidas A través de la descripción se utilizan con frecuencia los siguientes términos: Condiciones de su per-saturación o solución de super-saturación: una solución en la cual el producto de actividad iónica excede el producto de solubilidad termodinámica por una sal dada o que la concentración disuelta de un mineral dado excede su concentración de equilibrio para la composición de solución dada. Condiciones sub-saturadas, o solución sub-saturada: una solución en la cual el producto de actividad iónica es menor que el producto de solubilidad termodinámica para una sal dada o que la concentración disuelta de un mineral dado es menor que su concentración de equilibrio para la composición de solución dada. Martillo de agua: la onda de presión muy rápida en un conducto debido a un cambio rápido en el flujo; el golpe de mar, la detonación o estremecimiento que dañan potencialmente que ocurren en una tubería cuando un cambio rápido en la velocidad del agua (usualmente como resultado de iniciar demasiado rápido una bomba o la operación de una válvula) crean un cambio mayor en la presión del agua. La presente ¡nvención proporciona un proceso de purificación de agua de membrana por gradiente de presión (filtración) en donde la incrustación por precipitación de sales y/o minerales escasamente solubles provenientes de la solución para tratarse sobre la superficie de la membrana se evita sustancialmente, a pesar de desarrollar temporalmente las condiciones de super-saturación dentro de dicha solución contigua a dicha superficie de membrana. En consecuencia, el proceso de purificación de la ¡nvención permitirá que relajar las resfricciones de diseño con relación a las tasas mínimas de flujo de los fabricantes y las proporciones de polarización de concentración máximas requeridas por los elementos de membrana, permitiendo recuperaciones mayores, y reduciendo los volúmenes de salmuera. Como se explicará a continuación en la presente, la presente invención también proporciona medios para lograr recuperaciones sustancialmeníe alias aún con tales super-saturaciones locales temporalmente altas. Como se trató anteriormente en la presente, el tiempo de inducción t, se refiere a la super- saturación mediante la siguiente ecuación: En recuperaciones altas y polarización de concentración alta, el valor de S en la superficie de membrana se incrementa y consecuentemente se reduce el tiempo de inducción t (e.g., D. Hasson et al., Desalination 139, 73-81 , 2001). De acuerdo con lo anterior, cualquier incremento en el valor de la super-saturación S da como resultado una reducción en el valor del tiempo de inducción t, es decir, el periodo de tiempo por el cual iniciará la precipitación a ocurrir es más pequeño. Además, cuando el valor de la super-saturación S se aproxima a unitario (S-»1), el tiempo de inducción t se aproxima al infinito (x? oo), en otras palabras la precipitación no ocurrirá. Sin desear unirse a teorías, se considera que la breve exposición a una superficie de membrana expuesta a una solución de super-saturación, para una solución de baja-saturación reestablece el "reloj del tiempo de precipitación" (i.e. el tiempo acumulado antes del inicio de precipitación se pone en cero). Esto significa que cuando la membrana se expone de nuevo a la solución super-saturada el fiempo de acumulación por el cual se supone inicia la precipitación se restablece desde cero. Por lo tanto, si las instalaciones se hacen para cambiar la solución contigua a la membrana cuya composición se encuentra en, o cerca, de la saturación, dentro de los intervalos de tiempo más pequeños que el tiempo de inducción t que corresponde a la solución super-saturada, no ocurrirá la precipitación en la membrana debido a que el tiempo de inducción nunca se alcanzará. La prevención sustancial de la incrustación por precipitación de una o más sales y/o minerales escasamente solubles, como se proporciona por la presente invención, pueden comprobarse utilizando una o más de las siguientes tres pruebas. Primero, la permeabilidad efecfiva de la membrana Lp, como se define en la ecuación (5) abajo a continuación, no cae por debajo de un valor indicado en las indicaciones de diseño del fabricante con respecto a la misma. Por ejemplo, Lp se reduce por no más de 0.1 a 5% durante un mes de operación. Si la reducción del valor de Lp excede el porcentaje antes mencionado, entonces es necesario verificar la formación de incrustaciones de mineral sobre la superficie de la membrana (como se determina por la autopsia de la membrana). Segundo, la siguiente ecuación de equilibrio de masas QfxCf - {QrxCr + Q xCp), en donde Qf, Qr, Qp, Cf, Cr y Cp son como se definió anteriormente en la presente, pueden calcularse periódicamente para cada sal/mineral, presente en el agua tratada. Puede apreciarse que en el caso que la incrustación por precipitación se haya evitado sustancialmente, entonces la deficiencia del equilibrio de masas no debe exceder la desviación experimental de la medición, o no debe incrementarse en el fiempo. Tercero, la corriente de concentrado puede muestrearse adecuadamente a fin de observar visualmente la turbiedad en la misma. Se ha encontrado que la presente invención permite conducir los procesos de purificación de agua de membrana por gradiente de presión bajo condiciones mejoradas en comparación a aquellas recomendadas en la especificación del fabricante para la membrana relevante. Por ejemplo, la membrana puede operase a tasas de alimentación presurizada y/o flujo de concentrado menores que los valores más bajos recomendados en la especificación del fabricante. Preferentemente, la presente invención permite una reducción del 10% o más en dichas proporciones de flujo para un tamaño de elemento de membrana dado (e.g., 45 l/min por elemento en espiral de diámetro de 8 pulgadas), y la recuperación que - - es 10% o más mayor que la recuperación máxima recomendada por elemento definida como Qp,eie Qf,eie en donde Q es una velocidad de flujo y elemento se refiere al elemento individual y los subíndices "p" y T se refieren a permeado y alimentación respectivamente. Otro aspecto mejorado proporcionado por ia invención se refiere a la proporción de polarización por concentración. El proceso de acuerdo con la presente invención puede llevarse a cabo de manera efectiva bajo proporciones de polarización por concentración (con frecuencia denotadas como ß) arriba de 1.2. También se ha encontrado que la presente invención permite una reducción de más del 15%, y más preferentemente, más del 25%, en la concentración de anti-incrustantes que pueden aplicarse, si se desea, en los procesos de purificación de membrana por gradiente de presión, como se recomienda por los programas de los fabricantes (e.g., Génesis Ltd.). Refiriéndose ahora a las figuras, el esquema de inversión de flujo de la invención se ilustra en las Figuras 1A y 1 B. En la Figura 1A, un flujo de alimentación 1 , para el cual la concentración de sales escasamente solubles Ci es menor que la concentración de saturación Cs (Ci < Cs) se presuriza con una bomba a alta presión (no mostrada). El flujo de alimentación 1 a alta presión se alimenta al recipiente a presión (PV) 2 a través de su primera abertura (L). PV 2 comprende una serie de elementos de membrana M que se separan entre una tercera abertura (salida del permeado Q3) y el volumen de PV 2, de manera que el flujo de permeado 3 que deja el PV 2 a través de dicha tercera abertura se proporciona completamente a través de los elementos de membrana M. Los elementos de membrana M remueven una cantidad considerable de filtración en el flujo de permeado 3 que da como resultado un flujo de concentrado 4 que se concentra con las sales escasamente solubles retenidas. La concentración C4 de las sales escasamente solubles en el flujo de concentrado 4 pueden formularse como sigue: - - = =í '- =^ 3- (||) a en donde C¡ (i=1 , 3 o 4) designa la concentración (e.g., en g/l), Q¡ (i=1 , 3 o 4) designa la proporción de flujo volumétrico (e.g., en l/hr), y el índice i designa el flujo del proceso al cual se refiere la proporción de concentración y flujo. La recuperación Y se define típicamente como sigue: Y = Q3/Q1, es decir, la porción del flujo de alimentación 1 retirado como flujo de permeado 3. De acuerdo con lo anterior, ya que Q4 = Q1-Q3, la ecuación (II) puede escribirse como sigue C -Y - C c C = —, y- » T — — cuando C3«C? (lll) (1-7) (1-7) Si la recuperación Y es suficientemente alta, entonces la concentración de sal escasamente soluble C4 puede ser mayor que la concentración de saturación (Cs), de manera que la segunda abertura (R) del PV 2 se proporciona realmente con una solución de concentrado supersaturada. Debido la polarización de concentración, la concentración se sal escasamente soluble (Cw) en la pared de la membrana M es siempre mayor que la concentración (C) de la solución en el volumen del PV 2. Por lo tanto, si el flujo de concentrado 4 a través de la segunda abertura (R) del PV2 es suficientemente lento, entonces la polarización de concentración en la pared de la membrana Cw puede ser significativamente mayor de manera que la concentración CwR a través de la segunda abertura del PV 2 excede la concentración de saturación Cs (CWR > Cs), aún si la concentración C de la solución en el volumen del PV 2 es menor que la concentración de saturación (i.e. CwR > Cs> C4). Bajo condiciones de super saturación en la superficie de la membrana M, existirá un tiempo de inducción correspondiente GWR asociado con la concentración CWR del flujo de concentrado 4.

Si la dirección del flujo es inversa, dentro de un periodo de tiempo más pequeño que TWR, como se muestra en la Figura 1B, entonces la segunda abertura (R) del PV 2 se expone al flujo de alimentación 1 a alta presión, el cual su concentración es C?<Cs. Consecuentemente, el tiempo de precipitación acumulado para iniciar la precipitación en el lado derecho R del recipiente a presión 2 (Reloj R en la Figura 2D) se restablece, y se re-inicia de nuevo sólo cuando la dirección del flujo se restablece al mostrado en la Figura 1A. De manera similar, bajo las condiciones descritas en la Figura 1B, si la recuperación es suficientemente alta y la velocidad de flujo del flujo de concentrado 4 es suficientemente baja, entonces la concentración CWL en el lado izquierdo L del PV 2, excederá la concentración de saturación Cs (CwL > Cs). Correspondientemente, el tiempo de inducción asociado con la concentración CWL en el lado izquierdo del PV 2 en tales condiciones es - Si el flujo se invierte dentro de un periodo de tiempo más pequeño que twL y la situación invierte a la ilustrada en la Figura 1A, el fiempo acumulado para el inicio de la precipitación en el lado izquierdo (L) del PV 2 (Reloj L en la Figura 2D) se restablece, y de acuerdo con lo anterior la acumulación del tiempo de precipitación en el extremo derecho (R) del PV 2 se restablece desde cero, En general, las condiciones de super-saturación pueden aún alcanzar no sólo en la primera y segunda aberturas del PV 2 sino también además en su volumen. Sin embargo, en situaciones más extremas las super-saturaciones más altas se obtienen usualmente en dicha abertura del PV 2. En cualquier caso el proceso de la presente invención puede llevarse a cabo ya que cada parte de los elementos de membrana M se exponen periódicamente a una solución de sub-saturación con respecto a las sales escasamente solubles. Las Figuras 2A-2C demuestran una modalidad de un sistema de filtración para invertir periódicameníe la dirección del flujo a través de un recipiente a presión. El sistema mostrado en las Figuras 2A-2C se proporciona en la presente para los propósitos de demostración y no debe considerarse como limitación al alcance de la presente ¡nvención en ninguna forma. Por supuesto, el esquema de inversión de flujo de la presente invención, o el procedimiento general de reducir periódicamente la concentración de las sales escasamente solubles por debajo de su límite de saturación, no se limita a esta modalidad particular. El sistema de inversión de flujo mostrado en las Figuras 2A-2C consiste de una Bomba de Alta Presión (HPP, Figura 2A), un colector de flujo que consiste de dos válvulas de 3 vías (válvula de alimentación) V2c, y una válvula de contra-presión V4 para desarrollar/mantener la presión en el ciclo de flujo, un conjunto de elementos de membrana M RO y/o NF en series cargadas al PV 2, y los ductos y tuberías apropiados para conectarse entre un primer puerto (a) de dichas válvulas de 3 vías, conectando un segundo puerto (b) de la válvula V2a a dicha bomba, conectando un segundo puerto (b) de la válvula V2 a la segunda abertura (R) del PV 2, conectando el tercer puerto (c) a la válvula V2a a una primera abertura (L) del PV 2, conectando un tercer puerto (c) de la válvula V b a una entrada de dicha válvula de contra-presión V4, y para conectar los puertos de dichas válvulas de desviación V2c a la primera abertura (L) del PV 2 y a dicha entrada de la válvula de contra-presión V4. En general el PV 2 puede representar uno o más recipientes a presión reales conectados en paralelo, que preferentemente tienen el mismo número de elementos de membrana. De manera similar, el PV 2 puede representar más de un recipiente a presión en serie. Las válvulas y la bomba preferentemente son controlables y su operación se controla preferentemente mediante señales de control proporcionadas por el controlador 5 (e.g., PLC -Programmable Logic Controller, (Controlador Lógico Programable), una computadora o control de sincronización - e.g., controlador Siemens Logo 12/24 RC ). El controlador 5 estima el tiempo de inducción utilizando la siguiente ecuación: al recibo de las válvulas de las constantes A y B, y al recibo de los datos relacionados al nivel de concentración de las sales/minerales en la corriente de agua en la vecindad de la primera y segunda aberturas del recipiente a presión, y los datos relacionados a los flujos de permeado y concentrado. Estos datos pueden obtenerse utilizando los contadores de flujo (no mostrados) y al menos dos dispositivos detectores enlazados al controlador 5 con señales correspondientes para calcular S, y estimando mediante esto dicho tiempo de inducción. La operación del controlador 5 es preferentemente como sigue. En la primera y segunda aberturas del recipiente a presión 2 pueden colocarse los detectores FL y FR que se enlazan al controlador 5, para detectar las concentraciones en los extremos izquierdo y derecho del recipiente a presión 2, respectivamente. Las válvulas y la bomba se enlazan preferentemente al controlador 5, que se programa para operar dichas válvulas y bomba al proporcionarlas con señales de control. En una modalidad, el controlador 5 conmuta los estados de las válvulas para efectuar la inversión del flujo en los tiempos establecidos previamente programados con base en los experimentos preliminares o cálculos hechos para esfimar el tiempo de inducción. En otra modalidad, el controlador 5 puede adaptarse para calcular los tiempos de inducción, TWR, de acuerdo con las concentraciones detectadas por los detectores, FL y FR, y de acuerdo con los flujos de concentrado y permeado obtenidos a través de los contadores de flujo o escala de peso (no mostrada) y de acuerdo con lo anterior controlar la operación del sistema de acuerdo al esquema de inversión de flujo de la invención con base en algunas fracciones de los tiempos de invención TWL y rwR. En este caso, el controlador 5 debe tener capacidades de procesamiento y puede incorporarse utilizando un CPU para procesar los datos detectados y computar los tiempos de inducción, y también puede requerir convertidor(es) análogo-a-digital para convertir las señales detectadas si no se proporcionan en la forma dígita. En la dirección en avance estándar (flujo en avance) mostrada en la Figura 2B, el flujo de alimentación Qi se suministra a través de la primera abertura (L) del PV 2 a través de la válvula V2a, y el flujo de concentrado Q4 sale a través de la segunda abertura (R) del PV 2 a través de la válvula V2b. Bajo estas condiciones la válvula de sobrecarga V2c se cierra y la válvula V2a y la válvula V2b se encuentran en un estado en el que el flujo puede pasar entre sus puertos b y c. Cuando se transita hacia el flujo inverso mostrado en la Figura 2C (Le., el flujo de alimentación Qi entra al PV 2 a través de su segunda abertura (R) y el flujo de concentrado Q4 sale del PV 2 a través de su primera abertura (L)), las siguientes etapas (mostradas en la Figura 4) se realizan después de esperar un periodo de tiempo tR como se muestra en la etapa 43 de la Figura 4. En la etapa 44, la válvula de sobrecarga V2c se abre a fin de permitir que el flujo de concentrado Q4 fluya a través de la primera abertura (L) del PV 2 hacia la salida de concentrado a través de la válvula de contra-presión V4. En la etapa 45, el estado de la válvula V2b se cambia aun estado en el cual el flujo entre sus puertos a y b, dirigiendo mediante esto el flujo de alimentación que llega desde la válvula V2a, a través de la válvula V2b hacia la segunda abertura del PV 2. La etapa 45 es seguida por la etapa 46, en la cual el estado de la válvula V2a se cambia hacia un estado en el cual el flujo de alimentación pasa entre sus puertos a y b, dirigiendo mediante esto el flujo de alimentación a través de la válvula V2a <a la válvula V2b. Esta secuencia de operaciones se requiere a fin de evitar un "martillo de agua" un efecto que puede dañar el elemento de membrana M. Como se muestra en la Figura 4, después de esperar un periodo de tiempo tL (etapa 47) el sistema se vuelve a la dirección de flujo en avance estándar al conducir esta secuencia de operaciones en el orden inverso (etapas 40-42 en la Figura 4). Este tránsito del flujo inverso hacia el flujo n avance se determina en la etapa 47, en donde el estado de las válvulas del sistema permanece sin cambio durante un periodo de tiempo t?_ que es menor que el tiempo de inducción tWL asociado con la concentración en el lado izquierdo (L) del PV 2. El tránsito del sistema del estado de flujo inverso hacia el estado de flujo en avance se inicia en la etapa 40 en donde el estado de la válvula V2a se cambia hacia un estado en el cual el flujo de alimentación pasa entre sus puertos b y c, a fin de desviar el flujo de alimentación hacia la primera abertura (L) del PV 2. A confinuación, en la etapa 41, el estado de la válvula V2 también se cambia hacia un estado en el cual el flujo pasa entre sus puertos b y e, a fin de desviar el flujo de concentrado Q4 desde la segunda abertura (R) del PV 2 hacia la salida de concentrado a través de una válvula de contrapresión V . Después de cambiar el estado de las válvulas V2a y V2 la válvula de sobrecarga V2c se cierra. En la etapa 43 el estado del sistema permanece sin cambio durante un periodo de tiempo tR que es menor que el tiempo de inducción tWR asociado con la concentración en el lado derecho (R) del PV 2. Después de la expiración de dicho periodo de tiempo tR, se lleva a cabo un tránsito hacia el estado de flujo inverso en las etapas 44-46. En el periodo de tiempo t se selecciona preferentemente dentro del rango de tiempo 0.1 t*-? rdel fiempo de inducción respectivo. Aunque los periodos de fiempo t más largos que el tiempo de inducción t pueden seleccionarse, esto haría al sistema dependiente de disolver ya los sólidos del precipitado en lugar de poner en cero el reloj de inducción. Esto sería un procedimienío más riesgoso. La selección de un tiempo de periodo mínimo t entre las inversiones de flujo se guiará por el tiempo de reacción requerido del sistema (bombas y válvulas) y se conocería por aquellos expertos en la técnica de construir plantas de desalinación. La Figura 3 demuestra un laboratorio establecido para simular el - efecto del flujo inverso en un primer elemento de membrana proporcionado con una solución de alimentación y después con la solución del concentrado. Este establecimiento consiste de una Celda de Prueba (TC) de membrana de hoja plana que contiene una muestra de membrana (M) de hoja plana, una Bomba de Alta Presión (HPP) para presurizar el fluido de prueba, Contador de Flujo (Fl) para medir la velocidad de flujo tangencial en la celda de prueba a través de la válvula (BPV, Indicador de Presión (Pl) y Transmisor de Presión (PT), una Escala de Peso (WS) conectada a una computadora (PC) para medir la velocidad de permeación y dos tanques de alimentación (T1 y T2). Los tanques T1 y T2 confienen soluciones que se encuentran en sub-saturación y su per-saturados con sulfato de calcio respectivamente. Las dos válvula de tres vías (V3a y V3b en las líneas de alimentación y retorno respectivamente) se utilizan para conmutar la operación entre los tanques T1 y T2. Se coloca un filtro nuevo (FR) de 5 mieras en la línea en cada experimento a fin de retirar las partículas suspendidas de manera que sólo los núcleos de sulfato de calcio formados en la membrana pudieran causar incrustación por precipitación y declinación del flujo. Este establecimiento comprende además controladores de tiempo CTI) para operar las válvulas V3a y V3b, una película de malla (MS) para filtrar las soluciones obtenidas de los tanques, una bomba de baja presión (BFP) conectada a la entrada del filtro FR. En la salida del filtro FR, se conectan un Pl adicional, intercambiador térmico (HE) y un detector de baja presión (LPS). La corriente proporcionada por la HPP se conecta a un recipiente absorbente de golpes (Acum.) y a un detector de alta presión (HPS) y al detector de temperatura (HTS). El detector de turbiedad TIT) también puede utilizarse, así como detectores de conductividad y pH (no mostrados). El efecto de conmutación de dirección de flujo para evitar la incrustación por precipitación se simula al conmutar desde el tanque T2 hacia el tanque T1 en intervalos de tiempo que son menores que el tiempo de inducción para la solución de super-saturación en el tanque T2. Los experimentos descritos abajo se condujeron con una solución de 0,03 M - - CaSO que da una tasa de super-saturación de~2.0 para soluciones de sulfato de calcio puro deshidratado (yeso) en el tanque T2. Esto se formó al mezclar volúmenes iguales de 0.06 M H2SO y 0.06 M Ca(OH)2. El tanque T1 contiene una solución de 0.01 M CaSO4 que esta en sub- saturación con respecto al sulfato de calcio deshidratado. En el experimento en blanco la solución se alimentó dei tanque T2 y el permeado acumulado se midió en la escala de peso (WS) y se registró en la computadora (PC). A partir del cambio de peso AW con el tiempo At el flujo Jv se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: AW 1 J = (IV) ?f pA en donde A es el área de membrana (34.2 cm2 y p es la densidad de la corriente de permeado). De esta manera el flujo específico se calculó como sigue: (V) en donde ?P es la presión aplicada, ?p es la diferencia entre la presión osmótica del flujo de alimentación y el flujo de permeado. En este caso la presión osmótica del flujo de permeado es muy pequeño en comparación con el flujo de alimentación y ?P fue esencialmente ¡gual a la presión aplicada del flujo de alimentación. En cada experimento el flujo especificado se gráfico como una función de tiempo. Si el flujo específico inició la caída esto podría se un signo que la incrustación por precipitación ha empezado. La Figura 5 muestra un trazo del flujo contra fiempo de los resultados de un experimento llevado a cabo utilizando membranas RO BW30 que correa un flujo de 35 l/m2xh en una solución de sulfato de calcio a una proporción de super-saturación de 2.0, sin conmutar los tanques con y a una velocidad de flujo de alimentación de 100 l/hr. (velocidad lineal de 0.73 m/s). Como se observa, después de -100 minutos existe un descenso inicial en el flujo específico debido a sellar las áreas inactivas en las márgenes de la celda de flujo. Después de una planicie adicional de -170 minutos, inicia una declinación estable en el flujo específico de la membrana. En este experimento, se utilizó un mezclador para mantener la solución mezclada en el tanque T2. En dos experimentos más, se condujo el mismo experimento sin mezclar los contenidos en el tanque T2 y en ambos experimentos el tiempo de inducción se encontró ser de 60-65 minutos, i.e. la declinación estable en el flujo específico inició después de 60-65 minutos. En un experimento continuado con la misma presión y velocidad de flujo lineal, con la misma solución y la misma membrana, la solución de alimentación de prueba se conmutó después de 60 minutos proveniente del tanque T2 hacia el tanque T1 conteniendo solución de sulfato de calcio 0.01 M (-67% de concentración de saturación) durante diez minutos. Después el tanque de alimentación se conmutó de nuevo de regreso al tanque T2 con la solución de sulfato de calcio super-saturada durante otra hora. Los resultados de conductividad mostraron que la concentración en el tanque T2 no cambió sustancialmente durante el experimento. Este proceso se repitió durante un periodo de tiempo extendido. Los resultados se muestran en el trazo de la Figura 6. Los disturbios periódicos en el flujo específico calculado representa los puntos en los cuales la solución super-saturada se conmutó durante 10 minutos y se remplazó con solución baja en saturación. Como puede observarse es claramente estable durante 360 minutos (6 horas). Esto muestra la eficiencia del método de flujo inverso para evita la incrustación por precipitación cuando el fiempo enlre las transiciones de flujo se mantiene más bajo que el fiempo de inducción. Esto también proporciona evidencia para la hipótesis que la acumulación de tiempo para el inicio de la precipitación se restablece en un sistema en donde la condición de super-saturación se alivia temporalmente. Ejemplo 1 : Este es un ejemplo del cálculo que comprende la realización de una unidad RO que desala agua salobre con potencial incrustación de sulfato de calcio utilizando un diseño de flujo inclinado y el ejemplo que utiliza flujo inverso para reducir los costos de energía y químicos. Este ejemplo utiliza el software de diseño de membrana comercial, Integrated Membrane System, de Hydronaufics, Inc. pero pudiera ufilizarse cualquier software comercial estándar para generar los mismos resultados. La columna 2 de la Tabla 2 representa la composición del agua salobre a tratarse y es similar en su composición del ¡ón principal a el agua de las paredes de las paredes muestreadas en Mashabe Sadeh en la región Negev de Israel. Esta composición de agua se detalla en la Tabla 2 a continuación en la presente Tabla 2: Composiciones en RO de agua salobre de la región Negev Propiedades Generales PH 7.4 6 6.7 Temp. °C 25 25 25 TDS 2711.6 2672 12042 Conductividad 4713 LSI 0.49 -1.36 0.51 % saturación (CaSO4) 11% 15% 102 Ya que LSI el espacio entre el pH real y el pH en el cual el agua dada estará en saturación con respecto al carbonato de calcio - esto también es igual al log-?0 de la proporción de super-saturación S como se describió arriba) es mayor que 0, el agua debe acidificarse a fin de evitar los depósitos de carbonato de calcio. Pare este efecto, el ácido debe agregarse de manera que el pH alimentado sea 6. Como resultado de agregar 140 mg/l de ácido sulfúrico la composición de agua de alimentación tratada se vuelve como se muestra en la columna 3 de la Tabla 2. Un diseño estándar que genera 20 m3/h de producto a recuperación del 80% con 21 elementos utilizando membranas RO de agua salobre a baja presión del tipo ESPA 1 (flujo promedio de 26 l/m2h) requiere dos etapas en un arreglo 2-1 con tres recipientes a presión con 7 elementos en cada uno. A fin de mantener balanceado el flujo de membrana, se inserta una bomba de refuerzo de 4 barras entre la primera y segunda etapas. Después de la recuperación del 80%, la composición del concentrado se da por la columna 4 en la Tabla 2. Como se muestra, el LSI es todavía ligeramente positivo (0.51) y la concentración de sulfato de calcio se encuentra ligeramente por arriba de la saturación (proporción de super-saturación 1.02). Ya que la polarización de concentraciones de 1.07, la super-saturación de pared real (Cw/Csat) es de 109%. Como resultado algunos antiincrustantes tales como poliacrilatos, polifosfatos u organofosfatos se requerirían para evitar las incrustaciones. El resultado del diseño convencional se da en la columna 2 de la Tabla 3 a continuación en la presente Tabla 3: Resultados de diferentes diseños para producir 20 m3/h a 80% de recuperación utilizando elementos ESPA1 8040.

Convencional Flujo inverso Diseño con intensificador Etapa 1 No. de Recipientes a presión 2 3 No. de elementos/PV 7 7 Entrada P, bares 8.6 9 Salida P, bares 6.5 8.2 Permeado, m3/h 5.25 1.7 Flujo conc. por PV, m3/h Etapa 2 No. de Recipientes a presión No. de elementos/PV Entrada P, bares 10.5 Salida P, bares 8, 7 Permeado, m3/h 5.5 Flujo conc. por PV. m3/h 5 Perm. TDS promedio (total) 215 236 LSI (salida) 0.51 0.48 CaSO4 (Proporción de Saturación) 1.02 1.02 salida CaSO4 (Proporción de saturación) 1.09 1.16 pared de salida Consumo de energía kWh/m3) 0.46 0.405 Consumo químico H2SO4 (100%), g/m3 140 140 Antiincrustador, g/m3 1 0 Un diseño alternativo sería colocar todos los tres recipientes a presión en paralelo sin una bomba reforzadora. Este diseño daría una menor caída de presión dando como resultado menos energía pero el último elemento se operaría a menos del límite mínimo del fabricante (1.7 m3/h en lugar de 2.7 m3/h). al invertir el flujo en una sola etapa, las bioincrustaciones por precipitación se evitarían. Los resultados para este diseño experimental se dan en la columna 3 de la Tabla 3. Puede observarse que el diseño de flujo inverso tiene los siguientes ahorros: sin antiincrustador diferente al ácido requerido, más del 10% de reducción de energía, eliminación de la bomba reforzadora de 1.5 kW (83% de eficiencia de la bomba, 93% eficiencia del motor). Eiemplo 2 - Medición de los tiempos de inducción del sulfato de calcio en la unidad RO piloto. Un diagrama de bloques de la unidad de prueba que se utilizó ene este ejemplo se muestra en la Figura 8, tres PVs, PV1, PV2 y PV3, se conectaron en serie cada uno conteniendo 2 elementos 84 enrollados en espiral de la membrana de baja presión ESPA1 de Hydranautics Inc. con 2.5 pulgadas de diámetro y 40 pulgadas de longitud para un total de 6 elementos en serie (área total de membrana6x2.6 15.6 m2). El tanque de alimentación (no mostrado) se llenó con 100 I. de una solución de sulfato de calcio a la cual se agregó una solución equimolar de cloruro de calcio. Se utilizaron dos niveles de soluciones de alimentación (89): (i) 7.5 mM sulfato de calcio (con 15 mM NaCI); y (ii) 10 mM sulfato de calcio (con 20 mM NaCI). Estas soluciones de alimentación (89) se sub-saturaron con respecto al dihidrato de sulfato de calcio. El índice de saturación para 7.5 mM de solución fue 0.32 y esa para 10 mM de sulfato de calcio fue 0.46. A fin de generar super-saturación, las presiones se ajustaron de manera que 65-82% del flujo de alimentación 89 se recuperó como permeado 88. La velocidad de flujo de alimentación 89 se mantuvo a 1000-1100 l/h. Como resultado los flujos requeridos variaron de 35- 45 l/m2h en el último Pv, PV3, y fueron un promedio -50 l/m2h para el tren completo de elementos de la membrana. Esto condujo a proporciones de supersaturación que alcanzan tanto como 2.07 en el concentrado en volumen en la salida del PV y tan alto como 5.4 en la pared de la membrana. Debe notarse que la solución de alimentación en el tanque de alimentación es siempre menor que la concentración de saturación ya que el flujo de permeado 88 y el flujo concentrado 87 se regresan al tanque y se mezclan ahí (reciclado total de corrientes). Además, se colocó un vertedero especial en el tanque de alimentación para evitar que el concentrado "hiciera corto-circuito" ( e., las situación en donde el concentrado proveniente de la línea de retorno fluye directamente hacia la salida de alimentación del tanque de alimentación que se conecta a la bomba de alimentación sin mezclarse con el resto del volumen de las soluciones del tanque de alimentación). En esta forma las membranas 84 se exponen a condiciones de super-saturación sin que el flujo de alimentación 89 se encuentre supersaturado. Este diseño evita la super-saturación en volumen en el tanque de alimentación que pudiera inducir a errores en los resultados del experimento. Así la composición del tanque de alimentación permanece constante a través de todo el experimento a menos que exista precipitación sobre las membranas 84 o en otras partes de la línea del concenírado. El flujo inverso en este experimento se afecta en una manera similar a la descrita con referencia a las Figuras 2A-2C. es decir, al conmutar la dirección de flujo a través de las válvulas 80 (válvula de alimentación) y 82 (válvula de transferencia) desde pasar a través de los puertos "b"-"c" a pasar a través de los puertos "a"-"b" de PV1 se conmuta de ser el primer PV en la serie PV a volverse el último PV en la serie PV. De acuerdo con lo anterior, en esta forma PV3 se conmuta de ser el último PV en la serie PV y volverse el primer PV en la serie PV. La dirección de flujo se conmutó cada 0.5 horas y la conductividad del flujo de permeado 88 y del flujo de concentrado 84 y la tasa de flujo del permeado provenientes de PV3 se monitorearon en un registrador de datos, ya sea que PV3 fue primero o último en la serie PV. Además, las muestras manuales se tomaron del flujo de concentrado 87, del flujo de permeado 88 y del flujo de alimentación 89, durante el curso del experimento. Estas muestras se analizaron entonces por su conductividad y calcio soluble. De manera similar, se monitoreo la presión transmembrana aplicada y se registró en el registrador de datos. Los resultados de los experimentos de tiempos de inducción, que se realizaron con la unidad piloto mostrados en la Figura 8, se muestran en los análisis de programas de las Figuras 9-12. La Figura 9 es un análisis de programa que muestra los resultados obtenidos al operar con sulfato de calcio (9 mmol/l en el tanque de alimentación) en la unidad mostrada en la Figura 8. La recuperación total se mantuvo a 0.65 - 0.72. Los cuadrados y triángulos en la Figura 9 designan la concentración del ion de calcio en las corrientes de alimentación y de concentrado respectivamente y los diamantes designan la permeabilidad del agua o el flujo específico (Lp) a 25°C. El análisis de programa de la Figura 10 representa la velocidad de flujo del último recipiente a presión como una función en el mismo experimento como se ilustra en la Figura 9 y el análisis de programa mostrado en la Figura 11 representa los resultados obtenidos cuando se opera la unidad mostrada en la Figura 8 con sulfato de calcio (-8.5 mmol/l en el tanque de alimentación). En esta corrida la recuperación total se mantuvo a 0.82. Los triángulos en el análisis de programa designan la concentración del ion de calcio en las corrientes de concentrado y los cuadrados designan la permeabilidad del agua a 25°C. Como puede observarse en las Figuras 9-10 para una recuperación de 65- 72%, el inicio de la precipitación puede distinguirse por la caída en todos los tres parámetros: permeabilidad efectiva de la membrana (Lp) de los elementos de la membrana en PV3, contenido de calcio, en el concentrado y contenido de calcio en el tanque de alimentación, (la ligera discrepancia en los valores Lp entre las Figuras 9 y 10 surgen del método de cálculo de la presión osmótica). En la Figura 9, el cálculo es más exacto ya que se basa en el análisis químico mientras en la Figura 10 las presiones osmóticas se calcularon en base a la conductividad). De acuerdo ala Figura 9 los indicadores más sensibles tuvieron cambio en el contenido de calcio en el flujo de concentrado 87 y el Lp. El contenido de calcio del flujo de concentrado 87 tuvo el mayor cambio (de 25 a 18 mM) y el Lp disminuyó por al menos el mismo factor (de 4 a 3.1 l/m2xhxbar). El tiempo de inducción puede observarse más claramente en la Figura 10 que muestra el análisis de programa continuo del Lp calculado a partir de las mediciones en línea de la presión de flujo y la conductividad durante el experimento con 65-72% de recuperación. El valor Lp del estado estable inicia primero para caer después de un periodo de tiempo de 17 horas delinco del experimento y se inicia una declinación ininterrumpida desde las 22 horas del inicio del experimento y hacia delante. Por lo tanto se puede tomar el tiempo de inducción como ocurriendo algunas veces dentro de ese lapso. Al examinar la Tabla 4 y la Figura 10, es evidente que la concentración de sulfato de calcio de la alimentación de estado estable para 65-72 de recuperación antes del inicio de la precipitación fue solamente de 9 mM. Este es el caso aunque la composición de la alimentación inicial contuvo 10 mM de sulfato de calcio. La discrepancia se ocasionó por el bajo volumen total relativo de alimentación (100 I) y el relativamente alto volumen de material retenido en el recipiente a presión (PV1-PV3) (10-20 I). Si el volumen del material retenido en PV1-PV3 y la línea de retorno del concentrado es de 15 I y la concentración de calcio promedio en PV1-PV3 y la tubería del concentrado es de 20mM (promedio ponderado de los valores de alimentación y concentrado que permite la polarización de la concentración y el volumen de la tubería del concentrado y dispositivos corriente debajo de PV1-PV3), entonces el resto de la masa genera 8.3 mM como la concentración de calcio en el tanque de alimentación en el estado estable. Claramente, a medida que la recuperación de volumen se incrementa ocasionando que la concentración de calcio en el concentrado se incremente, más del calcio se encuentra en el volumen de material retenido de PV ocasionando que la concentración de calcio de alimentación disminuya. Esto se observó realmente cuando la recuperación se ¡ncrementó hasta más de 80% como se muestra en el bloque inferior de la Tabla 4. Ahí la concentración de calcio de la alimentación estable fue inicialmente de 7.2 mM en lugar de la original de 10 mM. La Figura 11 muestra un análisis de programa de los resultados obtenidos a partir de un experimento conducido a 82% de recuperación. Como puede observarse, aunque la permeabilidad efectiva de la membrana del PV3 (Lp) parece caer casi inmediatamente, la concentración de calcio solo empieza a disminuir después de una hora. (El valor inicial del calcio del concentrado de 39 mM se midió antes de alcanzar la distribución de estado estable de las sales entre la alimentación y el concentrado según se trató hasta ahora en lo anterior). En la Figura 12, de nuevo puede observarse que la velocidad de flujo del permeado proveniente del último PV cae casi inmediatamente mostrando el inicio de la bioincrustación. La estabilización momentánea del flujo de permeado alrededor de las 4 horas del tiempo transcurrido ocurrió cuando la presión aplicada se incrementó de 20 a 20.8 bares. Aún entonces la permeabilidad efecfiva de la membrana se disminuyó realmente. Tabla 4: Resumen y resultados del experimento de tiempo de inducción en la unidad piloto, 10 mM CaSO4, 20 mM NaCI en la alimentación.

- Duración mM Sol'n Conc SS horas Tiempo Alimentación cale hora índice 65-72% 45 Inicb 9.1 25.4 1.8 2.9 2.97 17-22 Fr 6.8 182 3.4* 2.68* 82% 24 Inicb 72 372 251 5.6 524 1 Fn 4.4 202 5.4* 4.9* *Este resultado se calculó en el punto de máxima caída de flujo. La Tabla 4 resume los resultados de los experimentos de tiempo de inducción. La alta recuperación da como resultado un alto factor de concentración y mayor super-saturación. Como se esperaba, el tiempo de inducción cae drásticamente con recuperación incrementada. La ocurrencia de la precipitación puede observarse por la caída del calcio tanto en la alimentación como el concentrado desde el inicio hasta el fin del experimento. En la Tabla 4 el VCF da el factor de concentración de volumen. Este será igual a la proporción de las concentraciones de calcio en el concentrado y la alimentación, si todo el ion de calcio se rechaza (se encontró realmente ser mayor de 99.5%), y nada de este se precipita. CFexpt da la proporción real de las concentraciones de calcio medidas en el concentrado y la alimentación. Cuando ocurre la precipitación a una tasa significativa, CFexpt es menor que VCF (ver los registros con asterisco). Esto es así dado que no todo el calcio que alcanza el último PV, sale realmente ya que parte de este se precipita. En base al experimento de línea basal a 82% de recuperación con 10 mM CaSO4, 20 mM NaCI de la solución original de alimentación, se condujo un experimento de flujo inverso. Debe notarse que la alimentación fue aproximadamente 1000 I/hora por consiguiente el concentrado fue solamente de 180 I/hora. Esto se encuentra significativamente por debajo de la velocidad de flujo mínima recomendada por los fabricantes (300-350 l/hr) para elementos en espiral de 2.5 pulgadas. Además, el flujo fue muy alto (40-50 l/m2h) aún en el último recipiente a presión. Como resultado la polarización de la concentración en el elemento de membrana en la salida de PV fue muy alta (Cw/Cb -1.45). Como resultado el índice de super-saturación en la pared de membrana fue de 2.57x1.452=5.4 ya que el tiempo de inducción en el experimento de línea basal estuvo entre 0.5-1 horas, el flujo se invirtió cada media hora. Un análisis de programa del flujo proveniente del último recipiente a presión PV3 se muestra en la Figura 13. Los cambios en la dirección del flujo de alimentación se observan claramente en la Figura 13. Cuando el tercer recipiente a presión fue el último en la serie de PV, dio los niveles más bajos de flujo de membrana y cuando fue primero en la serie de PV, durante el flujo inverso, dio los niveles más latos de flujo de permeado. Este resultado se deriva directamente del hecho de que cuando el 3er PV fue último se expuso a la red más baja que conduce presión ya que tanto la presión osmótica de la solución fue mayor como la presión aplicada fue la más baja después de la caída de presión. Cuando PV3 fue primero en la serie PV se expuso a la red más alta que conduce presión. Como puede observarse, el flujo de permeado 88 es estable tanto cuando PV3 es primero que cuando es el úlfimo en la serie de PV. Esto indica el uso de flujo inverso para estabilizar el flujo aún cuando las condiciones son extremadamente super-saturadas y la unidad se opera fuera de los límites recomendados por el fabricante. La prueba adicional para la estabilidad obtenida con flujo inverso se encuentra al comparar la Tabla 5 (resumen del flujo inverso) con la Tabla 4. A diferencia del caso base, el nivel de calcio de ambos la alimentación y el concentrado son estables a través de la duración del experimento dentro del 10% del valor del estado estable inicial. Además, el factor de concentración real (CFexpt) no disminuye a través del curso del experimento en relación al factor de concentración de volumen. Esto demuestra que casi no se precipitó sulfato de calcio. Tabla 5: Resumen del experimento de flujo inverso a dos diferentes recuperaciones, 10 mM CaSo y 20 mM en la alimentación original.

Inverso [Ca mM VCF^c Recuperación Muestra CF^ t? Flujo Frecuen. Tiempo Lp Alimentación Conc hora ,h1 71-73% 1 Inicio 3.79 8.4 262 3.6 3.13 no se afeara} el 1 Fn 3.62 7.8 32 3.5* 4.1 ferrpo fe 80-82% 2 Ini o 3.87 7.5 342 4.69 4.56 duaxnen 2 Fn 3.77 72 342 4.94* 4.75 esfcsexpis.

Ejemplo 3 Se preparó la siguiente solución sintética para potencialmente estimular una alimentación de formación de incrustaciones: CaCI : 2.5 mmol/l NaHCO3 : 5 mmol/l NaCI : 5 mmol/l en un volumen de 150 I. El pH se ajustó a pH 7.2 con HCl requiriendo 16.7 mg/l. Este solución tiene un LSI calculado de 0.04 (equivalente a una proporción de super-saturación de 100 04=1.1 ). La concentración de ion de calcio para esta solución será de 100 mg/l. Esta solución se alimentó a la unidad de flujo inverso mostrada en la Figura 8 a una velocidad de flujo de 1000 l/min de permeado se retiraron completamente las membranas RO 84. Esta unidad contiene tres recipientes a presión en serie, PV1, PV2, y PV3, cada uno de los cuales comprende dos elementos RO de baja presión enrollados en espiral ESPA 2540 (2.5 de diámetro, 40 pulgadas de largo), en donde el área de membrana de cada elemento de membrana es de aproximadamente 2.6 m2. Esto da como resultado un flujo promedio de 45 l/m2-h. El flujo de permeado 88 y el flujo de concentrado 87 se regresa al tanque de alimentación (no mostrado) de manera que la composición del flujo de alimentación 89 permanece constante. Ya que el flujo de alimentación 89 se encuentra cercano a la saturación, puede asumirse que no ocurrirá la precipitación en volumen en el tanque de alimentación durante el curso del experimento. Por lo tanto los cambios en el nivel de calcio deben atribuirse a la deposición en las membranas 84 o el sistema de tubería que lleva el concentrado del flujo 87 de regreso al tanque de alimentación. Utilizando el programa de proyección de desempeño de las membranas IMS de Hydranautics, Inc., se encuentra que la composición en el concentrado 87 será 331 mg/l Ca2+, 732 mg/l Na+, 865 mg/l HCO3, y 1215 mg/l CI-. El LSI calculado será 1.51 (proporción de saturación de 101 51=32). Cuando el carbonato de calcio inicia a precipitar una caída en el nivel de calcio disuelto se anticipa en el flujo de alimentación 89 o en el flujo del concentrado 87. Por lo tanto siguiendo ei calcio en la solución de alimentación puede determinarse cuando se inicia la precipitación. La Figura 14 es un análisis de programa que muestra los resultados obtenidos cuando el sistema ilustrado en la Figura 8 se corrió sin inversión de flujo. Como puede observarse, ocurre una caída significativa después de 4 horas, con el nivel de calcio alimentado cayendo a 30 mg/l después de 21 horas. Un examen adicional de la Figura 14 revela que la concentración de ¡ón de calcio de la alimentación de estado estable antes del inicio de la precipitación fue solamente de 91 mg/l. Este es el caso aunque la composición de la alimentación inicial contuvo 100 mg/l de ion de calcio. La discrepancia se ocasiona por el volumen total relativamente bajo de alimentación (150 I) y el volumen de material retenido relativamente alto en los recipientes a presión (10-20 I). Si el volumen de material retenido en los recipientes presión y en las líneas de retorno del concentrado es de 12 I y la concentración de calcio promedio en los recipientes a presión y las tuberías de concentrado es de 197 mg/l Ca2+ ¡ón (promedio ponderado de los valores de alimentación y concentrado que permite la polarización de la concentración y el volumen de la tubería del concentrado y dispositivos corriente debajo de los recipientes a presión), entonces el resto de la masa genera 91 mg/l como la concentración del ion de calcio en el tanque de alimentación en el estado estable. Si se calcula nuevamente la composición de alimentación en base a este valor de estado estable del ion de calcio, se encuentra que el LSI para la composición de alimentación de estado estable es -0.04 (proporción de saturación de 0.91). Claramente, a medida que la recuperación de volumen se incrementa ocasionando que la concentración de calcio en el concentrado se incremente, más del calcio se encuentra en el volumen de material retenido del recipiente a presión ocasionando que la concentración del ion de calcio de alimentación disminuya adicionalmente. Para una recuperación de 78.7% se esperaría encontrar solamente 87 mg/l de íón de calcio aún sin precipitación. El nivel de calcio cae muy por debajo de eso después de 6 horas. Al final de este experimento la red de tubería corriente debajo de las membranas se enjuagó por separado de las membranas en si mismas. En pruebas sin inversión de flujo se encontró que -90% del depósito de carbonato de calcio estuvo en las membranas y el resto en la tubería corriente abajo. El depósito en la válvula de seguridad corriente debajo de las membranas da como resultado la resistencia hidráulica incrementada y una caída en la velocidad de flujo total que conduce a la recuperación incrementada (desde 68.9-78.7%) durante el curso del experimento. En posteriores experimentos, este problema se resolvió al dejar la válvula 83 abierta durante 2 minutos ocasionando que la solución de alimentación de menor concentración inunde la sección corriente abajo. Esto es solamente 1/30 del tiempo de ciclo por lo que no causa pérdida significativa en la recuperación. Así, de acuerdo con una modalidad preferida la válvula de sobrecarga se deja abierta durante un periodo de tiempo adecuado para evitar la precipitación de sales y minerales escasamente solubles en las tuberías y válvulas corriente abajo del recipiente a presión.

La Figura 15 es un análisis de programa que muestra los resultados obtenidos cuando se lleva a cabo la inversión cada hora con los 2 minutos de tiempo de inundación para la tubería corriente abajo. Como se muestra, el nivel de calcio es bastante estable con menos de 10% de caída en su nivel durante 80 horas. A fin de mostrar que la estabilidad del nivel de calcio se debe principalmente al flujo inverso y no a la inundación extendida de la tubería corriente abajo, se detuvo el flujo inverso pero se continuó la apertura de la válvula 83 durante 2 minutos cada hora para continuar la inundación corriente abajo con la composición cercana a la del agua de alimentación. Los resultados se muestran en la segunda parte de la Figura 15. Como puede observarse, tan pronto como se detiene el flujo inverso, el nivel de calcio empieza a caer rápidamente (perdiendo 22% de su calor inicial en 30 horas y 30% de su valor inicial en menos de 50 horas). Ejemplo 4: Diversos procedimientos para determinar las constantes A y B requeridas para la estimación de los tiempos de inducción. Método A 1. Tomar una solución con la composición de alimentación de la alimentación a tratarse en la planta real. Ufilizar un proceso de membrana (e.g., RO) para concentrarlo en diversas recuperaciones, Y, dando los factores de concentración de volumen, VCF = 1/(1 -Y), de manera que la concentración en volumen de la sal escasamente soluble alcanzará la proporción de supersaturación definida: o _ aM ax para sales M ? Tv+X Vv_ o S Vb —= — — para especies neutras K SP -O„t en donde M y X indican el catión y el anión, respectivamente y v indica su valencia; el subíndice b se refiere a la composición de solución en volumen y Csat se refiere a la concentración de saturación para minerales que no se disocian en iones para la composición definida de la solución de alimentación concentrada y a¡ se refiere a la actividad de las especies de iones i y se relaciona a la concentración de esas especies C¡ por el coeficiente de actividad y¡ por: a¡ = y¡ * C¡ en donde las ecuaciones estándar conocidas por los versados en la técnica se utilizan para evaluar los coeficientes de actividad. Alternativamente, la proporción de su persatu ración puede calcularse utilizando programas de software estándar tales como Minteqa2 proporcionada por la EPA de E.U. 3. Después de recircular la alimentación concentrada continuamente más allá del tipo de membrana a utilizarse en la planta en donde tal membrana puede estar en su alojamiento comercial (e.g., elemento en espiral) o como una muestra de hoja plana. Esto debe hacerse a una presión, temperatura y velocidad de flujo constante. El permeado debe regresarse al tanque de alimentación. Para tal conjunto de condiciones, la membrana se pasará al flujo de permeado Jv, desde el cual la composición e pared con respecto alas especies, i, del mineral escasamente soluble puede calcularse en base a la ecuación de polarización de la concentración muy conocida: en donde K¡d es el coeficiente de transferencia de masa para las especies i, definido por las hidrodinámicas del alojamiento o ia celda de flujo en la cual se aloja la membrana y el coeficiente de difusión de las especies i, y puede calcularse o medirse fácilmente por los expertos en la técnica. La proporción de supersaturación en la pared de la membrana, Sw, se calcula entonces a partir de: 4. Medir el tiempo hasta que se obtenga alguna evidencia de que se ha iniciado la precipitación tal como: a) caída en la concentración de estado estable délas especies minerales escasamente solubles en el tanque de alimentación, b) apariencia de turbiedad en la corriente de concentrado que regresa al tanque, c) caída en el flujo Jv de la membrana esto será el fiempo de inducción para las condiciones dadas. Así se han determinado un par de puntos (Sw, t). 5. Repetir las etapas 3 y 4 para diferentes valores de presión aplicada y reciclar la velocidad de flujo para generar diferentes valores de las proporciones de concentración de pared y de supersaturación de pared a fin de generar k nuevos pares de puntos (Sw, t), , (Sw, t) - Si es necesario las membranas deben limpiarse de cualquier depósito de la prueba de precipitación previa (si se utilizaron elementos de la membrana comerciales). Si se utilizan pequeñas muestras de hoja plana, pueden ya sea limpiarse o remplazarse. 6. Repetir las efapas 2-5 para un valor diferente de recuperación, Y¡, para dar un diferente factor de concentración de volumen, (VCF)j y genera más puntos (Sw, t). 7. Después graficar los puntos de ln(t) vs. 1/[ln(Sw)]2. La inclinación de esta línea dará A y la intercepción dará B. 8. El procedimiento de 2-6 producirá al menos tres puntos a fin de realizar el análisis en 7. 5 9. Para calcular para otras temperaturas, pueden utilizarse las energías de acfivación tabuladas para la nucleación cuando se encuentren disponibles o varias mediciones tomadas bajo condiciones similares y los resultados se analizan utilizando la ecuación Arrheníus para extraer la energía de activación para la o nucleación. Los métodos B y C se refieren a medios alternativos para obtener soluciones supersaturadas en ese medio descrito en la etapa 2 anterior. Método B: En lugar de concentrar un lote de la solución de alimentación 5 como se describe en la etapa 2 anterior, puede ufilizarse un tren de elementos de desalinación de membrana en serie tal como el que se utiliza en el proceso actual para concentrar un volumen de la solución de alimentación en modo de reciclaje de manera que la corriente de concentrado deja el úlfimo elemento de membrana a la concentración de concentrado de volumen deseado. La o corriente de concentrado y la corriente de permeado se regresan al tanque de alimentación (Como se describió en el Ejemplo 2 hasta ahora). Las etapas 3-5 se llevan a cabo entonces como se describió anteriormente. Sin embargo en este caso cada vez que se cambian la presión y la velocidad de reciclaje en la etapa 3, la tasa de recuperación se cambia automáticamente así como se ha descrito previamente. Los datos se analizan como se describió en las etapas 7-9. Método C: Si la prueba se conduce en el sitio en donde el agua de alimentación se encuentra disponible, puede utilizarse un tren de elementos de la membrana para concentrar la corriente de alimentación a una recuperación dada y después monitorear el tiempo de inducción de acuerdo a los criterios b) o c) en la etapa 4 anterior. De otra manera, el procedimiento será como en el método B. La Figura 7 es un diagrama de bloques que demuestra un proceso para incrementar significativamente la recuperación en procesos de desalinación sin el uso excesivo de químicos adicionales. Este proceso puede utilizarse con alimentaciones de agua salobre, agua de desecho tratada, agua industrial y agua de mar y particularmente siempre que existan problemas en los cuales se imponen limitaciones de recuperación debido a sales escasamente solubles. El proceso mostrado en la Figura 7 involucra tres etapas principales: a) Preconcentración: Esta etapa involucra concentrar iones de sales escasamente solubles mediante un proceso de membrana 70 (e.g., NF o RO), que rechaza los iones multivalentes de sales escasamente solubles que son principalmente metales alcalinotérreos (Ca, Sr, Mg, Ba) y sulfato. Esta etapa se lleva a cabo preferentemente utilizando el esquema de inversión de flujo de la invención como se ejemplificó y trató hasta ahora con referencia alas Figuras 1-6 y 8-15. Si el proceso de membrana 70 es una membrana NF y la salinidad del flujo de permeado 72 es aún demasiado alto, el permeado 72 puede enviarse a un proceso adicional de desalinación 78, tal como el proceso de membrana (e.g., RO o electrodiálisis) o un proceso térmico (e.g., rápido de etapas múltiples, desalinación de efecto múltiple, compresión con vapor, destilación, destilación de membrana) para generar un agua producto 76 de calidad requerida. Este proceso adicional de desalinación 78 también puede ser una combinación de cualquiera de los procesos mencionados en la presente a fin de incrementar la recuperación (e.g., RO seguido por un proceso de evaporación térmica o electrodiálisis). Sin embargo, si el proceso de membrana 70 es un proceso RO, el permeado 72 puede utilizarse comúnmente como agua producto desaliñada, b) Precipitación: en esta etapa el concentrado super-saturado 73 proveniente de la etapa a) de preconcentración se envía a un recipiente 79 que contiene una suspensión de sólidos, tal como granos de arena o carbonato de calcio o calcio, que actúan como superficies de siembra en donde ocurre la precipitación en los mismos. Este exceso de concentración de las sales supersaturadas en el concentrado 73 se libera mediante precipitación sobre las superficies de siembra en el recipiente 79. La solución obtenida en el recipiente 79 se cercana a la saturación y se separa preferentemente déla suspensión mediante filtración en un Filtro Microporoso (MF). Alternativamente, el concentrado super- saturado 73 puede alimentarse a la parte superior (o ¡nferior) de un lecho fijo o móvil de sólidos de semilla (no mostrados) tal como es muy conocido en la técnica de ablandamiento por precipitación (ablandamiento de cal viva o sosa) y la solución ablandada se retira de la parte inferior (o superior) del lecho después del equilibrio a la concentración de equilibrio de las sales escasamente solubles. Como una alternativa adicional, el concentrado supersaturado 73 puede alimentarse a un ablandador electrolítico que genera la necesidad base para precipitar adicionalmente una parte incrementada o todo el ion de calcio restante mediante la reacción catódica durante la electrólisis (e.g., Riant, J., Korin, E., Soifer, L. Y A. Bettelheim, J. de Electroanalytical Chemistry, publicada en (2004). c) Desalinación adicional (opcional): En esta etapa el producto separado, flujo 74, obtenido de la suspensión en la etapa b) - que se encuentra hora cercanamente en equilibrio con respecto a las sales escasamente solubles - se alimenta de regreso a la alimentación 71 o a una etapa intermedia en el proceso de membrana 70 en la etapa a). Alternativamente, el flujo 74 puede alimentarse a una etapa de desalinación adicional (e.g., desalinación de membrana o térmica) (no mostrada) con una pequeña cantidad de anti-incrustante, que requerirá un volumen más pequeño para procesarse. Como se describió hasta ahora, el proceso de preconcentración 70 se implementa preferentemente utilizando ya sea RO que retiene sustancialmente todos los iones, o NF que retiene los iones multivalentes y pasa parcialmente los iones monovalentes. En el caso de un proceso NF, los rechazos para los cationes multivalentes comúnmente serán mejores que 80-90% y el rechazo ara sulfato será mejor al 95%. Para RO el rechazo de los cationes multivalentes será comúnmente más de 99%. El flujo de concentrado 73 que deja el proceso de membrana 70 normalmente tendrá una proporción de super-saturación de más de 2.0 en todas las sales escasamente solubles. Si la alimentación no es acidificada, la alimentación frecuentemente tendrá un LSI>2 para la super-saturación de carbonato de calcio. La unidad cristalizadora sembrada 79 puede encontrarse en la forma de un recipiente que contiene las semillas mantenidas en suspensión por agitación, o un lecho fluidizado, o lecho fijo, u otra forma familiar para los versados en la técnica de ablandamiento de cal viva por precipitación - incluyendo pero sin limitarse a modalidades tales como un clarificador contactor de sólidos de flujo ascendente (recipiente con suspensión) o un espirador (contactor de lecho fijo o fluidizado) y un cristalizador auxiliado por membrana. El cristalizador 79 es preferentemente un tipo de cristalizador en el cual los sólidos formados son compactos y no voluminosos como en el caso de clarificadores. Por lo tanto, se preferirán los lechos empacados y fluidizados y los cristalizadores auxiliados por membrana debido a su capacidad para conseguir un depósito compacto para su retiro. Las semillas en el cristalizador 79 puede sembrarse de las sales escasamente solubles (e.g., carbonato de calcio o sulfato de calcio) o arena fina (e.g., 0.1 - 2mm de diámetro con arena frecuentemente se prefiere en lechos empacados o fluidizados). Si se utilizan semillas en una suspensión agitada, se ha encontrado efectiva una carga de 1 -10% (peso/vol) en el caso de precipitación de carbonato de calcio. La separación de los sólidos puede efectuarse por gravedad (en el caso de clarificadores, o lechos fluidizados) o una barrera de membrana. Cuando se utilizan membranas para separar el agua cercana saturada de la suspensión del cristalizador, puede utilizarse cualquier membrana con tamaños de poro menores a -10 µm., si la torta del filtro de los sólidos cristalinos se deja formar sobre la membrana. Si no se forma la torta del filtro sobre la membrana, entonces se prefiere utilizar membranas con tamaño de poro de 0.2 µm o menor. Las membranas pueden instalarse en el tanque de reacción del cristalizador 79 y el producto de separación 74 se retira preferentemente por succión. Alternativamente, la membrana puede instalarse sobre un lado de la corriente de reciclaje, forzando el flujo 74 a través de la membrana bajo presión positiva. El tamaño del cristalizador 79 depende de la proporción de deposición déla sal escasamente soluble sobre la semilla. La proporción de deposición para las sales divalentes escasamente solubles se da frecuentemente por una ecuación de la forma: y a dm dt =y(c-csy En donde dm/dt es la proporción déla precipitación de sal por volumen de unidad del reactor, S es el área de semillas por volumen de unidad del reactor, k es la constante de proporción para la precipitación, C es la concentración de la sal escasamente soluble y Csaf es la concentración e saturación de la sal escasamente soluble. El exponente n, comúnmente será 2 para la reacción que es una reacción limitada y 1 para una reacción que es de transporte de masa limitado. En cualquier caso es claro que entre más super- saturado se encuentre el flujo de concentrado 73, su concentración de sal escasamente soluble C será mayor y la tasa de precipitación será la mayor que permite un cristalizador más compacto. Al agregar Alum al cristalizador 79 puede ser posible co-precipitar sílice también. La mezcla de sólidos y semisólidos 75 se retira del cristalizador 79 de acuerdo con los métodos conocidos por los versados en la técnica de ablandamiento de la precipitación/cal viva de acuerdo con la selección del equipo cristalizador utilizado y los sólidos o semi-sólidos 75 y entonces se envían a su eliminación. El flujo 74 que se encuentra en o ligeramente por arriba de la saturación con respecto a las sales escasamente solubles, se regresa al proceso de membrana 70 al combinarlo con el flujo de alimentación 71 , o con un flujo intermedio dentro del proceso de membrana 70. Debido a su cercana saturación y a que es de mucho menor volumen que el flujo 71 y suponiendo que el flujo 71 no se encuentra saturado, las corrientes combinadas 71 y 74 comúnmente no excederán su saturación. En el caso de que el flujo 71 se encuentre cercano a la saturación o saturado, puede agregarse una pequeña canfidad de antiincrustador alas corrientes combinadas de 71 y 74 a fin de obtener un tiempo de inducción que es lo suficientemente grande para permifir que el flujo inverso sea efectivo. En tal caso, debido a que la cantidad de antiincrustador es baja (justo lo suficiente para generar un fiempo de inducción de 0.25 horas o más), comúnmente no deteriorará seriamente la operación del cristalizador 79 en donde existe una gran concentración de cristales de semilla y super-saturación. Si se ufiliza una membrana RO o NF hermética (rechazo de NaCI>90%) en el proceso de membrana 70 entonces el flujo de permeado 72 puede con frecuencia utilizarse directamente. Si se utiliza una membrana NF abierta en el proceso de membrana 70 entonces el flujo de permeado 72 se alimenta a otro proceso de desalinación 78 para el retiro adicional de sai. El proceso de desalinación 78 puede ser cualquiera de los procesos de desalinación conocidos por los versados en la técnica de desalinación y tratamiento de agua incluyendo los procesos de membrana (e.g., NF, electrodiálisis, RO) o procesos de desalinación térmica (e.g., destilación de efecto múltiple, destilación rápida de etapas múltiples, destilación por compresión de vapor, destilación por membrana). El proceso de destilación 78 también puede ufilizar el esquema de inversión de flujo de la presente invención. En este caso, el flujo producto 76 se toma del proceso de destilación 78 para utilizarse y el concentrado de salmuera 77 altamente salino se envía para su eliminación. Debe notarse que pueden lograrse recuperaciones muy altas en el proceso de desalinación 78 debido a que el retiro de los iones de incrustación en el proceso de membrana de NF se realiza por el proceso de membrana 70. Las recuperaciones esperadas del proceso de desalinación 78 excede 50-60% cuando el flujo 71 es un flujo de agua de mar (>32,000 mg/l) y excede 90-95% cuando el flujo 71 es alimentación de agua salobre (2000-8000 mg/l). Las ventajas de este proceso son que la etapa de precipitación (b) puede tener lugar sin la adición de químicos tales como cal viva, sosa cáustica o carbonato de sodio para generar super-saturación con respecto al calcio. Además, los sólidos formados en las superficies de siembra en el recipiente 79 se retiran más fácilmente que en el caso de los lodos formados en el ablandamiento de cal viva. Además, la etapa de concentración de la etapa (a) ya genera la supersaturación requerida para la etapa de precipitación (b). Una ventaja adicional para este proceso es que se necesita poco o ningún anfiincrustador ya que la incrustación se evita en la etapa de preconcentración al utilizar el esquema de inversión de flujo déla invención. Por lo tanto, existe poco o ningún antiincrustador para interferir con la proporción de precipitación en la etapa (b) de precipitación. Las membranas pueden fabricarse de cualquiera délos materiales - de membrana aceptados - incluyendo pero sin limitarse a membranas de compuesto de película delgada hechas de poliamidas o membranas asimétricas hechas de poliamida o acetato de celulosa y sus derivados. Los elementos de la membrana pueden ser una placa y estructura enrolladas en espiral, de fibra tubular o hueca geométricamente provistos de manera que exista un ordenamiento para permitir invertir el flujo al conmutar las corrientes conectadas a la alimentación y dispositivo de rechazo sobre el elemento. En una modalidad preferida de la invención se utiliza un elemento de membrana enrollado en espiral. La unidad de preconcentración 70 se opera preferentemente utilizando el esquema de inversión de flujo de la invención para evitar la precipitación en la etapa de preconcentración (a). Como se describió y se ejemplificó en lo anterior, la presente ¡nvención proporciona un proceso de filtración de membrana de flujo inverso que puede operar bajo condiciones en donde la composición déla solución próxima a la superficie de la membrana activa excede temporalmente el límite de saturación efectiva de sales escasamente solubles mientras al mismo fiempo permite que tal super-saturación local conduzca a la precipitación de la incrustación de la membrana. El proceso de filtración de la invención también ayuda a relajar las limitaciones de diseño, permite mayores recuperaciones y reduce los volúmenes de salmuera. También proporciona medios para lograr recuperaciones sustancialmente elevadas a pesar de super-saturaciones locales temporalmente elevadas. La presente invención también incluye un sistema para recuperar el flujo en un tren de elementos de membranas RO o NF en serie, y es aplicable a todas las geometrías de elementos de membrana, incluyendo pero sin limitarse a geometrías de placa y estructura de fibras huecas enrolladas en espiral (Diámetro Interno (ID) menor a 3mm - ID<3mm), tubular (ID>3 mm), familiares para los practicantes déla tecnología de membrana. También es aplicable a los elementos de membrana fabricados de todos los tipos de materiales que pueden retener especies de sales escasamente solubles, incluyendo pero sin limitarse a poliméricos (e.g., compuestos de película delgada de poliamida, poliureas, membranas asimétricas de materiales celulósicos, polisulfonas sulfonadas, membranas poliméricas con estabilidad de ácido, base, oxidante y/o solvente) y materiales cerámicos (e.g., óxido de zirconio. Óxido de aluminio, sílice, carbón). También se incluye una metodología general para cambiar la dirección del flujo con una frecuencia que asegura que el flujo en una dirección no ocurre por un tiempo que excede el tiempo de inducción correspondiente a la composición de la solución de alta presión al final del concentrado en el tren de flujo. Los ejemplos anteriores y la descripción se han proporcionado por supuesto solamente para propósitos de ilustración y no se proponen para limitar la invención en ninguna forma. Como se apreciará por la persona experta, la invención puede llevarse a cabo en una gran variedad de formas, empleando más de una técnica de las anteriormente descritas, todo sin exceder el alcance de la invención.

Claims (17)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para purificar agua que confiene especies solubles capaces de formar una o más sales o minerales escasamente solubles, comprendiendo dicho proceso alimentar una corriente de agua presurizada hacia una zona de tratamiento que tiene una o más membranas colocadas en la misma, pasando dicha corriente a lo largo de dicha(s) membrana(s) para recuperar un permeado y para retirar un concentrado desde la misma mientras se invierte periódicamente la dirección del flujo de dicha corriente en dicha zona de tratamiento, en donde la periodicidad de la inversión del flujo es de tal manera que dicha una o más membranas se exponen a condiciones de supersaturación que se desarrollan en dicha corriente de agua durante un periodo de tiempo que es menor que el fiempo requerido para que dicha corriente de agua supersaturada precipite una o más de dichas sales y/o minerales escasamente solubles a partir de la misma.
2. 2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el tiempo de inducción t, que es el tiempo requerido para que la corriente de agua supersaturada precipite una o más de las sales y/o minerales escasamente solubles a partir de la misma, se predetermina experimentalmente, o se estima por separado para cada una de dichas sales y/o minerales escasamente solubles presentes en la corriente de agua utilizando la siguiente ecuación: hl(T) = "r vía + B Hs)]2 en donde: A y B son las constantes relacionadas a una sal o mineral escasamente soluble dado y la membrana utilizada; Y S es la proporción entre el producto máximo de actividad real de una sal escasamente soluble dada en la solución cercana al lado de alta presión de la membrana y el producto de la solubilidad termodinámica, o, para un mineral no disociado, la proporción de la concentración máxima mineral real para la concentración de saturación de ese mineral para la composición dada.
3. 3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la zona de tratamiento es un recipiente a presión que comprende al menos aberturas primera, segunda y tercera en donde dicha tercera abertura se utiliza para recuperar el permeado y se encuentra en comunicación fluida con el interior de dicho recipiente a través de las membranas, en donde la dirección del flujo de la corriente se invierte periódicamente entre un flujo en avance, en el cual dicha corriente se alimenta a través de dicha primera abertura y el concentrado se retira a través de dicha segunda abertura, y un contraflujo, en el cual dicha corriente se alimenta a través de dicha segunda abertura y dicho concentrado se retira a través de dicha primera abertura.
4. 4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende: a. proporcionar una bomba de presión ara producir la corriente de alimentación; una primera y una segunda válvulas de control direccional en donde un primer puerto de dichas primera y segunda válvulas se conecían entre sí, un segundo puerto de dicha primera válvula se conecta a dicha bomba, un segundo puerto de dicha segunda válvula se conecta a dicha segunda abertura de dicho recipiente a presión, un tercer puerto de dicha primera válvula se conecía a dicha primera abertura de dicho recipiente a presión, y un tercer puerto de dicha segunda válvula se conecte a la salida del concentrado; b. proporcionar una válvula de sobrecarga de dos vías para conectar dicha primera abertura de dicho recipiente a presión a dicha salida de concentrado, estando inicialmente cerrada dicha válvula de sobrecarga; c. dirigir dicha corriente de alimentación a través de dichos puertos segundo y tercero de dicha primera válvula, dirigiendo el flujo desde dicha segunda abertura de dicho recipiente a presión a través de dichos puertos segundo y tercer de dicha segunda válvula, cerrando dicha válvula de sobrecarga si no se encuentra ya cerrada y esperando por un periodo de tiempo menor al tiempo de inducción asociado con la concentración de sales o minerales en la solución contigua al lado de alta presión de la membrana más cercano a dicha segunda abertura de dicho recipiente; d. abrir dicha válvula de sobrecarga, dirigiendo dicha corriente de alimentación hacia dicha segunda válvula a través de dichos puertos primero y segundo de dicha primera válvula, dirigiendo el flujo a través de dichos puertos primero y segundo de dicha segunda válvula hacia dicha segunda abertura de dicho recipiente a presión, y esperando por un periodo de tiempo menor al tiempo de inducción asociado con la concentración de sales en la solución contigua al lado de alta presión de la membrana más cercano a dicha primera abertura de dicho recipiente; e. repetir de manera confinua las etapas c) y d).
5. 5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la válvula de sobrecarga se deja abierta durante un periodo de tiempo adecuado para evitar la precipitación de las sales y minerales escasamente solubles en tuberías y válvulas corriente abajo del recipiente a presión.
6. 6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde se evita sustancialmente la incrustación por precipitación de una o más de las siguientes sales y minerales escasamente solubles en sus diversas formas minerales y amorfas: carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice, fosfato de calcio, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro de calcio.
7. 7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde las membranas se operan a menores velocidades de flujo de alimentación presurizada y/o concentrado que el valor más bajo recomendado en la especificación del fabricante para dicha membrana.
8. 8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , que comprende además agregar a la corriente de agua a tratarse químicos antiincrustantes y/o ácidos a una concentración menor que la recomendada por las guías de los fabricantes de anti-incrustantes y/o fabricantes de membranas en su software de diseño convencional.
9. 9. Un proceso de acuerdo con ia reivindicación 1 , que comprende además dirigir el concentrado supersaturado retirado hacia un cristalizador, que precipite en el mismo una o más sales y/o minerales escasamente solubles, separando los sólidos de la fase líquida, y regresando dicho líquido a la zona de tratamiento.
10. 10. Un sistema de membrana por gradiente de presión para purificar agua que contiene especies solubles capaces de formar sales y/o minerales escasamente solubles, que comprende al menos un recipiente a presión que tiene una o más membranas colocadas en el mismo, una bomba de presión para producir una corriente de agua presurizada y una pluralidad de válvulas controlables para controlar la dirección de un flujo de alimentación y un flujo de concentrado en la misma, en donde dicho sistema comprende una unidad de control enlazada a dichas válvulas, en donde dicha unidad de control se adapta para proporcionar dichas válvulas con señales de control para invertir periódicamente la dirección de dichos flujos de alimentación y concentrado a través de dicho recipiente a presión dentro de periodos de tiempo determinados correspondientes al tiempo de inducción relacionado con dichas sales y/o minerales y dicha una o más membranas.
11. 11. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el tiempo de inducción se estima por la unidad de control de acuerdo con la A +B ~ — Hs)Y fórmula T — 6 en donde A y B son las constantes relacionadas de sal/mineral y membrana y S es la proporción entre el producto de actividad máxima real de una sal escasamente soluble dada en la solución configua al lado de alta presión de la membrana y el producto de solubilidad termodinámica, o, para un mineral no disociado, la proporción de la concentración de mineral máxima real a la concentración de saturación de ese mineral para la composición dada determinándose dicha proporción al utilizar medios de detección enlazados a - dicha unidad de control y adaptados para proporcionarlos con señales correspondientes a dicho producto de acíividad real.
12. 12. Un sistema para purificar agua que contiene especies solubles capaces de formar sales y/o minerales escasamente solubles de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende: a. al menos un recipiente a presión que fiene una o más membranas colocadas en el mismo, comprendiendo dicho al menos un recipiente al menos una primera, segunda y tercera aberturas en donde dicha tercera abertura se utiliza para recuperar el permeado y se encuentra en comunicación fluida con el interior de dicho recipiente a través de dichas membranas; b. una bomba de presión para producir una corriente de agua presurizada; c. al menos una primera y una segunda válvulas de control direccional controlables en donde un primer puerto de dichas válvulas primera y segunda se conectan entre sí, un segundo puerto de dicha primera válvula se conecta a dicha bomba, un segundo puerto de dicha segunda válvula se conecta a dicha segunda abertura de dicho recipiente a presión, un tercer puerto de dicha primera válvula se conecta a dicha primera abertura de dicho recipiente a presión y un tercer puerto de dicha segunda válvula se conecta a una salida de concentrado; d. al menos una válvula de sobrecarga controlable de dos vías para conectar dicha primera abertura de dicho recipiente a presión a dicha salida de concentrado; y e. una unidad de control enlazada a dichas válvulas, en donde dicha unidad de control se adapta para proporcionar dichas válvulas con señales de control para invertir periódicamente la dirección de flujo a través de dicho recipiente a presión dentro de periodos de tiempo determinados.
13. 13. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10 o 12, en donde la unidad de control es capaz de estimar el tiempo de inducción utilizando la siguiente ecuación. al recibo de A y B, dicha unidad de control que recibe datos desde al menos dos dispositivos de detección enlazados a la misma, siendo capaces dichos detectores de detectar el nivel de concentración de al menos una sal en la corriente de agua en las inmediaciones de la primera y segunda aberturas del recipiente a presión, y desde los dispositivos de medición de flujo de permeado y concentrado, en donde dichos dispositivos de detección y medición proporcionan a dicho controlador con señales correspondientes para calcular S o dicha unidad de control recibe el valor de S como una entrada, y estimando mediante esto dicho tiempo de inducción.
14. 14. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde al menos una de las membranas es un elemento enrollado en espiral.
15. 15. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde al menos una de las membranas es un elemento de fibra hueca que tiene un diámetro interno más pequeño que 3 mm.
16. 16. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde al menos una de las membranas es de una geometría de placa y estructura.
17. 17. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 en donde, al menos una de las membranas es de una geometría tubular que tiene un diámetro interno mayor que 3 mm.