ES2261108T3

ES2261108T3 - Procedimiento para evitar el atascamiento de las membranas de filtración.

Info

Publication number: ES2261108T3
Application number: ES04787460T
Authority: ES
Inventors: Chrystelle Langlais
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: AU2004277358B2; IL173475A; BRPI0414718A; EP1667787B1; FR2860169B1; ZA200602556B; ES2261108T1; MXPA06002912A; EG24349A; US20060207936A1; MA28027A1; CN1852761A; AU2004277358A1; IL173475A0; FR2860169A1; PT1667787E; AU2004277358B9; ATE528065T1; WO2005032698A1; EP1667787A1

Abstract

Procedimiento que permite evitar o reducir la obstrucción de las membranas de filtración utilizadas particularmente en el tratamiento de efluentes tales como aguas residuales, caracterizado porque consiste en añadir al efluente a filtrar, un adsorbente orgánico natural destinado a atrapar las moléculas y partículas que obstruyen las membranas de filtración.

Description

Procedimiento para evitar el atascamiento de las membranas de filtración.

5 [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento que permite mejorar los rendimientos de las membranas de filtración que se utilizan en el tratamiento de efluentes principalmente de aguas ricas en materias orgánicas tales como las aguas residuales secundarias. El fin del procedimiento de la invención es evitar el atascamiento de estas membranas.

[0002] Es conocido por el experto en la materia que las membranas de micro-, ultra-, nano-filtración o las membranas de osmosis inversa son sensibles al atascamiento inducido por diferentes tipos de substancias: materias en suspensión, materias orgánicas, organismos biológicos (bacterias, algas,)...etc. La identificación de estas substancias y los mecanismos de atascamiento son objeto de numerosas obras descritas en la literatura.

15 [0003] Estas substancias están presentes en gran cantidad por ejemplo en los efluentes procedentes de las hileras de tratamiento clásico de las aguas residuales, lo cual confiere a estos efluentes un carácter particularmente de atascamiento que hace delicada la filtración por membrana.

[0004] La utilización industrial de membranas y la gestión del carácter particularmente atascante de los efluentes tratados, particularmente de las aguas residuales secundarias ricas en substancias atascantes, se traducen para el experto en la materia por la utilización de procedimientos engorrosos y costosos que se recordarán a continuación:

1/ Mediciones curativas: se trata de los procedimientos de lavado químico que tratan de restaurar los rendimientos de la membrana cuando ésta está atascada. Estas estrategias de lavado químico son cada vez más agresivas en

25 términos de elección de reactivos y de su dosificado, así como en términos de frecuencia de realización, hipotecando la duración de las membranas y con un fuerte impacto sobre la economía del tratamiento: costes de los reactivos y de su gestión (evacuación), coste de la inmovilización de la producción que resulta con ello e igualmente impactos medioambientales, y/o:

2/ Mediciones preventivas: aparte de la optimización de la hilera de tratamiento río arriba de las membranas, el emplazamiento de un último pretratamiento de acabado (pretratamiento adicional) es muy a menudo utilizado para una mejor gestión del ensuciamiento de la membrana. Estas medidas preventivas se traducen por los tratamientos siguientes descritos en la literatura y recordados a continuación:

35 Percloración: se trata de un dosificado de hipoclorito sódico con contenidos que varían de 1 a 10 mg/l. Esta estrategia se encuentra frecuentemente descrita en la literatura río arriba de las membranas de ultra- y de micro-filtración con el fin de controlar el Bio-atascamiento. A este respecto se pueden citar las publicaciones citadas a continuación que exponen realizaciones industriales de esta técnica:

P. Cote & al., 2001, Immersed membrana ultrafiltration for tertiary treatment of sewage effluent, Proc. IWA Congress Wastewater Reclamation and reuse, September 2001, Tel Aviv, Israel;

Van Houtte E. & Verbauwhede J., 2003, Re-use of wastewater effluent for indirect production of drinking water in Flander, Belgium, Proc. AW-WA Congress of Atlanta 2003;

45 Gullet et al., 2003, Advanced wastewater treatment and water reclamation using membrane filtration in Charlotte, North America, Proc. AW-WA Congress of Atlanta 2003.

[0005] Esta opción presenta particularmente los inconvenientes siguientes:

-: la producción de subproductos de oxidación que, en función del tipo de membrana utilizada, pueden no ser retenidos por ésta última. En este caso, los subproductos de oxidación se encuentran de nuevo en el agua tratada y su eliminación necesita post-tratamientos pesados y costosos (Osmosis inversa, adsorción,...),

-: la necesidad de una etapa de descloración de los efluentes filtrados cuando el contenido residual en

55 oxidante es incompatible con el medio receptor o el tipo de reutilización del agua tratada o con un segundo paso de membrana no resistente a los oxidantes (casos de los emparejamientos UF o MF y Osmosis inversa utilizando membranas compuestas de poliamida por ejemplo).

Dosificado de cloraminas: cuando la composición de la membrana es incompatible con el cloro (membrana no resistente a los oxidantes) una alternativa a la precloración es el dosificado de cloraminas. Esta alternativa se describe en la literatura río arriba de membranas de micro-filtración de polipropileno o más corrientemente río arriba de membranas de osmosis inversa.

Microcoagulación: una segunda alternativa a la técnica de precloración consiste en inyectar en el efluente a 65 tratar, antes de su paso por la membrana, micro dosis de un reactivo de coagulación que desestabilice las materias coloidales en suspensión, con miras a controlar el atascamiento de las membranas. Esta técnica se describe en el documento EP-A-1.239.943.

[0006] Aplicaciones industriales para el tratamiento de aguas residuales secundarias se describen en:

5 Van Gottberg et al., 2003, World’s largest membrana-based Water reuse Project, Proc. AWWA Congress of Atlanta 2003,

Wilf M. & Alt S., 2000, Application of low fouling RO membrane element for reclamation of municipal wastewater, Proc. IWA Congress Membrane drinking and Industrial Water Production, October 2000, Paris, France; y la aplicación al tratamiento del agua de mar se describe en:

Brehant A et al., 2002, Assessment of ultrafiltration as a pretreatment of reverse osmosis

15 membranes for surface sea water desalination, Proc. Conference on Membranes in Drinking Water and Industrial Water Production, Mülheim an der Ruhr, September 22-26, 2002, páginas 775-784;

D. Vial et al., 2002, Seawater RO pre-treatment with 0,1 m Microza!, proc. 5th Annual IDS Conference on Pretreatment and Post-treatment Technologies in desalination, Haifa, Israel, December 3-4, 2002, páginas 65-71;

D. Vial et Doussau G., 2002, The use of ultrafiltration membrane as seawater pre-treatment prior reverse osmosis membranes, Desalination, 153, 141-47.

25 [0007] Los inconvenientes de esta solución técnica son particularmente los siguientes:

-: la producción de lodos químicos y su gestión (tratamiento o evacuación) -un atascamiento a base de hidróxidos metálicos que necesitan la realización de procedimientos de lavado y de reactivos específicos.

[0008] Más generalmente, todas las soluciones técnicas descritas anteriormente inducen a costes relacionados con:

-: la compra de reactivos químicos, 35 -la gestión y el almacenado de reactivos químicos en el emplazamiento, -la puesta en contacto de la membrana con un reactivo químico que, según las condiciones de realización, tienen un impacto sobre la duración de la membrana, -la generación de desechos contaminantes que necesitan tratamientos que comprometen el aspecto medioambiental de la hilera de tratamiento.

[0009) El documento JP 08 215681 trata de reducir o impedir el atascamiento de las membranas de filtración y, para ello, propone una adición de lodos sobre los cuales se fijan las partículas con el fin de alcanzar un tamaño superior al de los poros de la membrana y así limitar el mecanismo de obstrucción. Los lodos considerados por este documento no tienen un carácter orgánico natural y menos aún un carácter de copo biológico.

45 [0010] El documento DE 43 25 937 A se refiere a un procedimiento para influenciar y reducir el atascamiento de membranas de filtración. Este documento propone reducir el espesor de la capa de la torta de filtración formada sobre la membrana mediante la adición de polvo no hinchable que, por efecto abrasivo, reduce de forma mecánica el espesor de la torta de filtración. Este enfoque es radicalmente opuesto al de la invención que preconiza la adición de un adsorbente orgánico natural, en forma de un copo biológico, que favorece la formación de una torta de filtración.

[0011] La patente WO 03/095077 es un documento de adición (artículo 54(3) CBE) y propone en un dispositivo de filtración que comprende un estanque de filtración que incluye membranas, precedido de un contactor, prever un

55 paso entre un estanque del contactor y el estanque de filtración. Este documento describe los problemas de una capa biológica sobre la superficie de las membranas (“Bio-Fouling”). Consecuentemente, la invención se refiere a un procedimiento que permite evitar o reducir el atascamiento de las membranas de filtración utilizadas particularmente en el tratamiento de efluentes tales como aguas residuales, caracterizado porque consiste en añadir al efluente a filtrar un copo biológico destinado a atrapar las moléculas y partículas atascantes respecto a las membranas de filtración, presentando el copo biológico una concentración media en materias secas inferior o igual a 2 g/l en la proximidad de la membrana.

[0012] Este copo biológico puede estar constituido por los lodos biológicos procedentes río arriba de la instalación de filtración membranar, en la medida en que se trate de una estación depuradora biológica. Según otro modo de

65 realización, el copo biológico puede estar constituido por lodos biológicos procedentes de una estación de tratamiento distinta, pudiendo estos lodos ser inyectados por ejemplo en estaciones de potabilización fisicoquímica

E04787460 14-11-2011

(producción de agua potable a partir de agua dulce, de agua salobre o agua de mar.

[0013] Según la invención, el copo biológico puede ser introducido bien sea directamente en la cuba de filtración cuando se trata de sistemas de filtración con membranas sumergidas o en el efluente a filtrar antes de su admisión en la membrana, cuando se trata de sistemas de filtración denominados de caja. La alimentación del copo biológico puede ser continua o discontinua.

[0014] Se ha observado, de forma sorprendente, que el copo biológico asegura el atrapamiento de las partículas y moléculas que producen atascos con relación a la membrana y forma una capa protectora en la superficie de esta membrana, aunque el carácter muy atascante de un copo de este tipo esté identificado en la literatura. El procedimiento así caracterizado permite mejorar los rendimientos de la membrana y evitar río arriba de la membrana cualquier pretratamiento químico de acabado descrito anteriormente.

[0015] Así según el procedimiento de la invención, las materias responsables del carácter atascante del efluente se transfieren al copo biológico mediante fenómenos de adsorción, de absorción y de atrapamiento por floculación impidiendo su puesta en contacto directo con la membrana. El copo biológico forma por otro lado, tal y como se ha mencionado anteriormente, una capa protectora en la superficie de la membrana.

[0016] La invención permite asegurar un control optimizado del atascado de la membrana permitiendo una disminución de la utilización de reactivos químicos para las fases de regeneración (lavados químicos).

[0017] Así como se sabe, el copo biológico es naturalmente producido en las estaciones de tratamiento de agua residual empleando una etapa de tratamiento biológico. Su presencia y su gestión forman por consiguiente parte integrante de las instalaciones tradicionales de tratamiento de agua residual. La reutilización del copo biológico en tratamiento terciario no induce por consiguiente a ninguna modificación de los flujos de materias en la estación.

[0018] Por otro lado, en el caso de membranas aireadas, el aporte de oxígeno al copo biológico en la proximidad de la membrana presenta las ventajas complementarias siguientes:

-: contribuye a la estabilización del copo biológico y, -si este copo biológico se recicla hacia un reactor biológico, contribuye a reducir los fenómenos intempestivos de aumento de volumen en la hilera de tratamiento río arriba.

[0019] Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción dada a continuación con referencia al dibujo adjunto que ilustra de la misma dos ejemplos de realización sin ningún carácter limitativo. En este dibujo:

-: la figura 1 es una vista esquemática que representa un ejemplo de realización del procedimiento de la invención aplicado a sistemas de filtración llamados sumergidos y, -la figura 2 es igualmente una vista esquemática que ilustra un ejemplo de realización para sistemas de filtrado llamados de caja.

[0020] En estos dos ejemplos de realización el adsorbente orgánico natural añadido al efluente y destinado para asegurar el atrapamiento de las moléculas y partículas de atascamiento respecto a la membrana está constituido por lodos biológicos.

[0021] Haciendo referencia a la figura 1, se aprecia que, en este ejemplo de realización, el copo biológico, alimentado de forma continua o discontinua se introduce en la cuba de filtración en la cual se sumerge la membrana. En el ejemplo ilustrado por la figura 2, el copo biológico, que puede ser igualmente alimentado de forma continua o discontinua se introduce directamente en el efluente a filtrar antes de la introducción en la membrana.

[0022] Se facilita a continuación, con el fin de ilustrar las ventajas y efectos técnicos aportados por la invención, un ejemplo de realización del procedimiento definido anteriormente y, a los fines de comparación de los ejemplos de realización de la técnica según el estado anterior de la misma.

[0023] Se trata de ensayos de tratamiento por ultrafiltración de un efluente residual urbano procedente de una estación depuradora de tipo de lodo activado, clarificación por gravedad. La composición del efluente secundario es la siguiente:

DCO total (demanda química de oxígeno total); 40 mg O2/l DBO5 (demanda bioquímica en oxígeno en 5 días): 7 MhgO2/l MeS (materias en suspensión) : 10 + 5 mg/l COT (carbono orgánico total) : 6 mg C/l

[0024] Los resultados de los ensayos de filtración en una membrana comercial de ultrafiltración son los siguientes:

Para un flujo de filtración normalizado de 1 y en ausencia de pretratamiento, la membrana comercial de tipo conocido se atasca muy rápidamente, la permeabilidad normalizada disminuye en más de un 55% en menos de 10 h confirmando la necesidad de un pretratamiento de acabado tal como se ha mencionado anteriormente.

5 La realización de un pretratamiento de acabado de tipo pre-cloración permite, en condiciones de flujo idéntico, controlar el ensuciamiento de la membrana. En este caso, la permeabilidad normalizada disminuye un 40% en 30 días de funcionamiento. Este ensuciamiento es aceptable e ilustra los resultados que pueden ser obtenidos con las técnicas actuales.

10 [0025] Poniendo en práctica el procedimiento objeto de la invención tal como se ha caracterizado más arriba, es decir poniendo la membrana en contacto con un copo biológico que presenta una concentración media en materia seca de 1,8 g/l en la proximidad de la membrana, se ha observado que el atascamiento de la membrana se reduce muy claramente. La permeabilidad normalizada de la membrana solo disminuye entonces un 25% en 30 días de funcionamiento mientras que el flujo de filtración se aumentaba un 10%.

15 [0026] En este caso, la realización del procedimiento objeto de la invención permite reducir el atascamiento de la membrana mejorando los rendimientos hidráulicos de ésta en cerca del 10% y esto sin ninguna adición de reactivo químico río arriba de la membrana. Estos resultados permiten retrasar la realización de procedimientos de regeneración químicos.

20 [0027] La presente invención presenta por consiguiente numerosas ventajas tales como particularmente:

-: supresión de la utilización preventiva de reactivo químico río arriba de las membranas y por consiguiente de los costes inducidos por su compra y su puesta en práctica; 25 -disminución de la utilización curativa de reactivo para las fases de regeneración y por consiguiente de los

costes inducidos por su compra y su realización;

-: aumento de la duración de la membrana reduciendo su exposición a substancias químicas agresivas;

-: ausencia de producción de subproductos de oxidación;

-: supresión de un eventual post-tratamiento de descloración del efluente filtrado;

30 -ausencia de producción de lodos fisicoquímicos; -como consecuencia de los puntos anteriores, mejora del impacto medioambiental de la hilera de tratamiento. e igualmente en el caso de una hilera de tratamiento integrante río arriba de una etapa de tratamiento biológico;

35 - ausencia de producción específica de lodo biológico relacionada con este pretratamiento de acabado.

-: y, por último, reutilización de copos biológicos producidos de forma natural en las instalaciones de tratamiento.

[0028] Queda bien entendido que la presente invención no se limita a los ejemplos de realización y de puesta en 40 práctica mencionados sino que la misma abarca todas las variantes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento que permite evitar o reducir el atascamiento de las membranas de filtración utilizadas particularmente en el tratamiento de efluentes tales como aguas residuales, caracterizado porque consiste en

5 añadir al efluente a filtrar, un copo biológico destinado a atrapar las moléculas y partículas formadoras de atascos respecto a las membranas de filtración, presentando el copo biológico una concentración media en materias secas inferior o igual a 2 g/l en la proximidad de la membrana.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el indicado copo biológico está constituido por 10 los lodos biológicos procedentes río arriba de la instalación de filtración membranar.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el indicado copo biológico está constituido por lodos biológicos procedentes río arriba de una estación de tratamiento distinta, pudiendo estos lodos ser inyectados particularmente en estaciones de potabilización fisico-química, para la producción de agua potable a partir de agua

15 dulce, de agua salobre o de agua de mar.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el copo biológico se introduce directamente en la cuba de filtración.

20 5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el copo biológico se introduce en el efluente a filtrar, antes de la membrana de filtración.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la alimentación

del copo biológico se realiza de forma continua. 25
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la alimentación del copo biológico se realiza de forma discontinua.