ES2596237B2 - MEMBRANE MODULE FOR FLUID TREATMENT AND MANUFACTURING PROCEDURE OF A MEMBRANE MODULE - Google Patents
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Abstract
Módulo de membrana para tratamiento de fluidos y procedimiento de fabricación de un módulo de membrana.#La presente invención se refiere a un módulo de membrana para tratamiento de fluidos en el que se minimiza la deposición de ensuciamiento durante la fase de operación, donde el módulo de membrana comprende un dispositivo promotor de turbulencias que incorpora un elemento pendular, situado cerca de la superficie activa de la membrana, que provoca cambios en las condiciones hidrodinámicas del interior del módulo y evita trayectorias del fluido preferenciales que agudizan el problema del ensuciamiento y la consiguiente pérdida de permeabilidad y selectividad de la membrana. La invención se refiere además al procedimiento de fabricación del módulo de membrana.Membrane module for fluid treatment and method of manufacturing a membrane module. # The present invention relates to a membrane module for fluid treatment in which fouling deposition is minimized during the operation phase, where the module The membrane comprises a turbulence-promoting device that incorporates a pendular element, located near the active surface of the membrane, which causes changes in the hydrodynamic conditions inside the module and avoids preferential fluid paths that exacerbate the fouling problem and the consequent loss of permeability and selectivity of the membrane. The invention further relates to the method of manufacturing the membrane module.
Description
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MODULO DE MEMBRANA PARA TRATAMIENTO DE FLUIDOS Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE UN MODULO DE MEMBRANAMEMBRANE MODULE FOR FLUID TREATMENT AND MANUFACTURING PROCEDURE OF A MEMBRANE MODULE
DESCRIPCIONDESCRIPTION
OBJETO DE LA INVENCIONOBJECT OF THE INVENTION
La presente invention se refiere a un modulo de membrana para tratamiento de fluidos en el que se minimiza la deposition de ensuciamiento durante la fase de operation. En concreto, la invencion se refiere a un modulo de membrana que comprende un dispositivo promotor de turbulencias que incorpora un elemento pendular, situado cerca de la superficie activa de la membrana, que provoca cambios en las condiciones hidrodinamicas del interior del modulo y evita trayectorias del fluido preferenciales que agudizan el problema del ensuciamiento y la consiguiente perdida de permeabilidad y selectividad de la membrana.The present invention relates to a membrane module for fluid treatment in which the deposition of fouling during the operation phase is minimized. Specifically, the invention relates to a membrane module comprising a turbulence promoting device that incorporates a pendular element, located near the active surface of the membrane, which causes changes in the hydrodynamic conditions inside the module and prevents trajectories of the preferential fluid that exacerbate the problem of fouling and the consequent loss of membrane permeability and selectivity.
La invencion se refiere ademas al procedimiento de fabrication del modulo de membrana.The invention also relates to the manufacturing process of the membrane module.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIONBACKGROUND OF THE INVENTION
Desde sus comienzos, el desarrollo de la tecnologia de membranas ha permitido resolver con exito problemas de abastecimiento y de falta de calidad de agua en diversos sectores a traves de su aplicacion en potabilizacion de agua, tratamiento de efluentes liquidos, depuration de aguas residuales y desalacion, entre otros.Since its inception, the development of membrane technology has successfully resolved problems of water supply and lack of water quality in various sectors through its application in water purification, treatment of liquid effluents, wastewater treatment and desalination , among others.
Las membranas utilizadas para implementar estos tratamientos estan configuradas enThe membranes used to implement these treatments are configured in
modulos que es donde se albergan las membranas, de distinta disposition, dondemodules that are where the membranes are housed, of different disposition, where
presentan la mayor parte de las veces una configuration de arrollamiento en espiral ymost of the time they have a spiral winding configuration and
otros formatos. Como consecuencia de su funcionamiento, la materia organicaOther formats As a result of its operation, organic matter
suspendida y disuelta, sales, solidos en suspension, materia coloidal ysuspended and dissolved, salts, suspended solids, colloidal matter and
microorganismos se depositan sobre la capa activa de la membrana disminuyendo sumicroorganisms are deposited on the active layer of the membrane decreasing its
permeabilidad (su capacidad de production de flujo de permeado) y su selectividad (supermeability (its permeate flow production capacity) and its selectivity (its
capacidad de retention o rechazo del contaminante). Este fenomeno se denominaretention capacity or rejection of the contaminant). This phenomenon is called
ensuciamiento ("fouling” en ingles), motivado por diferentes mecanismos de transportefouling ("fouling" in English), motivated by different transport mechanisms
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como precipitacion, cristalizacion o adsorcion, entre otros, y obliga a realizar limpiezas periodicas, interrumpiendo la production de agua, as^ como al reemplazo anual de un porcentaje de membranas anual, cuando alcanzan un ensuciamiento irreversible.as precipitation, crystallization or adsorption, among others, and requires periodic cleaning, interrupting the production of water, as well as the annual replacement of an annual percentage of membranes, when they reach an irreversible fouling.
5 Con el fin de minimizar este fenomeno, tradicionalmente se han planteado dos lmeas de action: la aplicacion de secuencias de pretratamiento previas a la entrada de agua en la membrana, que mejoren la calidad del agua que llega a estas, asi como la aplicacion de protocolos de limpieza que recuperen de forma eficaz las propiedades permeoselectivas de la membrana.5 In order to minimize this phenomenon, two lines of action have traditionally been proposed: the application of pretreatment sequences prior to the entry of water into the membrane, which improve the quality of the water that reaches them, as well as the application of cleaning protocols that effectively recover the permeoselective properties of the membrane.
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Sin embargo, estas dos lmeas de accion no son inherentes a la estructura de la propia membrana, con lo que dependen de la eficacia de dichos tratamientos o protocolos de limpieza.However, these two lines of action are not inherent in the structure of the membrane itself, which depends on the effectiveness of such treatments or cleaning protocols.
15 Existen soluciones de modulos de membrana que comprenden al menos una lamina de membrana y una malla de elemento espaciador, donde la malla de elemento espaciador comprende uno o varios hilos fijados a dicha malla de elemento espaciador cuya vibration mejora las condiciones hidrodinamicas, la transferencia de masa y el flujo respecto a los separadores convencionales.There are solutions of membrane modules comprising at least one membrane sheet and a spacer element mesh, where the spacer element mesh comprises one or more wires attached to said spacer element mesh whose vibration improves hydrodynamic conditions, the transfer of mass and flow compared to conventional separators.
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Sin embargo, la anterior solution presenta inconvenientes en cuanto a que en el momento de llevar a cabo la limpieza de la membrana se puede producir la rotura o desprendimiento de los hilos respecto a la lamina del elemento espaciador, lo que se ve agravado por la disposition perpendicular de los hilos respecto a los filamentos de 25 la malla de elemento espaciador.However, the above solution has drawbacks in that at the time of cleaning the membrane, the breakage or detachment of the wires can occur with respect to the sheet of the spacer element, which is aggravated by the provision perpendicular of the threads with respect to the filaments of the spacer element mesh.
El modulo de membrana de la presente invention solventa todos los inconvenientes anteriores limitando la cantidad de suciedad depositada, reduciendo el ensuciamiento y la frecuencia de las limpiezas de las membranas, alargando su vida util y mejorando 30 la permeoselectividad en su funcionamiento. En consecuencia, tambien se consigue disminuir los costes de operacion de la instalacion correspondiente.The membrane module of the present invention solves all the above inconveniences by limiting the amount of dirt deposited, reducing fouling and the frequency of membrane cleaning, extending its useful life and improving permeoselectivity in its operation. Consequently, it is also possible to reduce the operating costs of the corresponding installation.
DESCRIPCION DE LA INVENCIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
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La presente invention se refiere a un modulo de membrana para tratamiento de fluidos de especial configuration en el que se minimiza la deposition de ensuciamiento durante la fase de operation en la que se lleva a cabo el paso de un flujo hidrodinamico por el interior del modulo de membrana.The present invention relates to a membrane module for treatment of fluids of special configuration in which the deposition of fouling is minimized during the operation phase in which the passage of a hydrodynamic flow through the interior of the module is carried out. membrane.
En concreto, la invencion se refiere a un modulo de membrana que comprende al menos una lamina de membrana y al menos una malla de elemento espaciador, donde el modulo de membrana es atravesado por un flujo hidrodinamico, donde la al menos una malla de elemento espaciador comprende al menos un elemento pendular que actua como promotor de turbulencias en la proximidad de la al menos una lamina de membrana, lo que provoca cambios en las condiciones hidrodinamicas del interior del modulo de membrana y evita trayectorias preferenciales del flujo hidrodinamico que circula por el interior del modulo de membrana que agudizan el problema del ensuciamiento y la consiguiente perdida de permeabilidad y selectividad de la membrana.In particular, the invention relates to a membrane module comprising at least one membrane sheet and at least one spacer element mesh, where the membrane module is traversed by a hydrodynamic flow, where the at least one spacer element mesh It comprises at least one pendular element that acts as a turbulence promoter in the vicinity of the at least one membrane sheet, which causes changes in the hydrodynamic conditions inside the membrane module and prevents preferential trajectories of the hydrodynamic flow that circulates inside of the membrane module that exacerbate the problem of fouling and the consequent loss of membrane permeability and selectivity.
Opcionalmente, el modulo de membrana comprende ademas al menos un colector de permeado que permite la recogida del flujo hidrodinamico tras su paso por la al menos una lamina de membrana.Optionally, the membrane module also comprises at least one permeate collector that allows hydrodynamic flow to be collected after passing through the at least one membrane sheet.
Debido a su especial configuracion, el al menos un elemento pendular que actua como promotor de turbulencias confiere una alta resistencia mecanica en el tiempo y soporta mejor el flujo turbulento generado respecto a las soluciones de modulos de membrana con uno o varios hilos fijados a la malla de elemento espaciador.Due to its special configuration, the at least one pendular element that acts as a turbulence promoter confers a high mechanical resistance over time and better supports the turbulent flow generated with respect to the solutions of membrane modules with one or several wires attached to the mesh of spacer element.
Preferentemente, la al menos una malla de elemento espaciador presenta configuracion en forma de diamante que comprende unos nodos de union entre unos primeros filamentos de la malla orientados en una primera direction y unos segundos filamentos de la malla orientados en una segunda direccion, donde los primeros y los segundos filamentos se cortan en los nodos de union, y donde el al menos un elemento pendular se encuentra unido a uno de los nodos de union.Preferably, the at least one spacer element mesh has a diamond-shaped configuration comprising joining nodes between first strands of the mesh oriented in a first direction and second strands of the mesh oriented in a second direction, where the first and the second filaments are cut at the union nodes, and where the at least one pendular element is attached to one of the union nodes.
De manera tambien preferente, el al menos un elemento pendular es perpendicular aAlso preferably, the at least one pendular element is perpendicular to
la direccion del flujo hidrodinamico que circula por el interior del modulo de membrana.the direction of the hydrodynamic flow that circulates inside the membrane module.
Esta especial configuracion disminuye la perdida de carga generada por el flujoThis special configuration reduces the loss of load generated by the flow
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hidrodinamico en el interior del modulo de membrana a traves de la malla de elemento espaciador, lo que facilita el paso de Kquido.hydrodynamic inside the membrane module through the spacer element mesh, which facilitates the passage of liquid.
Opcionalmente, el al menos un elemento pendular es un elemento elastico, lo que le 5 confiere la propiedad de poder orientarse de acuerdo con la direction del flujo hidrodinamico que circula por el interior del modulo de membrana.Optionally, the at least one pendular element is an elastic element, which confers on it the property of being able to be oriented according to the direction of the hydrodynamic flow that circulates inside the membrane module.
La invention se refiere tambien a un procedimiento de fabrication de un modulo de membrana para tratamiento de fluidos que comprende al menos una etapa de fabricacion de una malla de elemento espaciador donde la malla de elemento 10 espaciador comprende al menos un elemento pendular integrado en la malla de elemento espaciador.The invention also relates to a method of manufacturing a membrane module for fluid treatment comprising at least one stage of manufacturing a spacer element mesh where the spacer element mesh comprises at least one pendular element integrated in the mesh of spacer element.
De esta manera se puede llevar a cabo la fabricacion a escala industrial de la malla de elemento espaciador con el al menos un elemento pendular integrado, de manera que 15 la resistencia de dicha malla de elemento espaciador que integra el al menos un elemento pendular es uniforme.In this way, the manufacturing of the spacer element mesh with the at least one integrated pendular element can be carried out on an industrial scale, so that the resistance of said spacer element mesh that integrates the at least one pendular element is uniform .
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
20 La Figura 1 muestra una vista en esquema de la malla de elemento espaciador del modulo de membrana para tratamiento de fluidos de la presente invencion, donde en la parte izquierda se muestra el desplazamiento del elemento pendular cuando el flujo hidrodinamico se desplaza hacia la izquierda, en la parte derecha se muestra el desplazamiento del elemento pendular cuando el flujo hidrodinamico se desplaza 25 hacia la derecha y en la parte central se muestra el elemento pendular cuando no hay flujo hidrodinamico.Figure 1 shows a schematic view of the spacer element mesh of the membrane module for fluid treatment of the present invention, where the displacement of the pendular element is shown on the left side when the hydrodynamic flow moves to the left, on the right side the pendulum element is shown when the hydrodynamic flow is shifted to the right and in the central part the pendular element is shown when there is no hydrodynamic flow.
La Figura 2 muestra la Figura 1 donde se ha representado la inestabilidad del flujo primario y secundario provocado por el elemento pendular en la parte superior, 30 respecto al flujo hidrodinamico convencional sin la presencia de elemento pendular en la parte inferior.Figure 2 shows Figure 1 where the instability of the primary and secondary flow caused by the pendular element in the upper part, 30 with respect to the conventional hydrodynamic flow without the presence of a pendular element in the lower part has been represented.
La Figura 3 muestra una vista en section transversal del modulo de membrana para tratamiento de fluidos de la presente invencion.Figure 3 shows a cross-sectional view of the membrane module for fluid treatment of the present invention.
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La Figura 4 muestra una vista en planta de la Figura 3.Figure 4 shows a plan view of Figure 3.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCIONPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A continuation se procedera a describir de manera detallada el modulo de membrana de especial configuration en el que se minimiza la deposition de ensuciamiento durante la fase de operation.Next, the membrane module of special configuration in which the deposition of fouling during the operation phase is minimized will be described in detail.
El modulo de membrana comprende al menos una lamina de membrana (1), al menos una malla de elemento espaciador (2) y al menos un colector de permeado (3), donde la al menos una malla de elemento espaciador (2) presenta configuracion en forma de diamante que comprende unos nodos de union (4) entre unos primeros filamentos (2’) de la malla (2) orientados en una primera direction y unos segundos filamentos (2’’) de la malla (2) orientados en una segunda direccion, donde los primeros filamentos (2’) y los segundos filamentos (2’’) se cortan en los nodos de union (4).The membrane module comprises at least one membrane sheet (1), at least one spacer element mesh (2) and at least one permeate manifold (3), where the at least one spacer element mesh (2) has configuration in the form of a diamond comprising joining nodes (4) between first filaments (2 ') of the mesh (2) oriented in a first direction and a few second filaments (2' ') of the mesh (2) oriented in a second direction, where the first filaments (2 ') and the second filaments (2' ') are cut at the junction nodes (4).
El modulo de membrana comprende al menos un elemento pendular (5) unido a uno de los nodos de union (4), siendo el al menos un elemento pendular (5) perpendicular a la direccion del flujo hidrodinamico (7) que circula por el interior del modulo de membrana.The membrane module comprises at least one pendular element (5) attached to one of the union nodes (4), the at least one pendular element (5) being perpendicular to the direction of the hydrodynamic flow (7) that circulates inside of the membrane module.
El al menos un elemento pendular (5) es un elemento elastico, lo que le confiere la propiedad de orientarse de acuerdo con la direccion del flujo hidrodinamico que circula por el interior del modulo de membrana, recuperando su position inicial cuando no incide sobre el el flujo hidrodinamico (7). Esta capacidad de orientation del al menos un elemento pendular (5) somete al modulo de membrana a vibraciones del flujo hidrodinamico (7) que provocan una zona de inestabilidad primaria (7’) sobre la superficie de la al menos una lamina de membrana (1), que se ve afectada de forma directa, y una inestabilidad secundaria (7’’), provocada como consecuencia de la inestabilidad primaria (7’), que interfiere en la al menos una malla de elemento espaciador (2), lo que en conjuncion permite minimizar la deposicion de ensuciamiento durante la fase de operacionThe at least one pendular element (5) is an elastic element, which gives it the property of being oriented in accordance with the direction of the hydrodynamic flow that circulates inside the membrane module, recovering its initial position when it does not affect it. hydrodynamic flow (7). This orientation capacity of the at least one pendular element (5) subjects the membrane module to vibrations of the hydrodynamic flow (7) that cause a zone of primary instability (7 ') on the surface of the at least one membrane sheet (1 ), which is directly affected, and secondary instability (7 ''), caused as a consequence of primary instability (7 '), which interferes with the at least one spacer element mesh (2), which in conjunction allows to minimize the deposition of fouling during the operation phase
El modulo de membrana es del tipo espiral, comprendiendo preferentemente unaThe membrane module is of the spiral type, preferably comprising a
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lamina de membrana (1) dispuesta por cada lado de el al menos una malla de elemento espaciador (2), envolviendolo, y donde el al menos un colector de permeado (3) se encuentra dispuesto adyacente a las laminas de membrana (1) para la recogida del flujo hidrodinamico tras su paso por la al menos una lamina de membrana.membrane sheet (1) arranged on each side of the at least one spacer element mesh (2), wrapping it, and where the at least one permeate collector (3) is arranged adjacent to the membrane sheets (1) for the collection of the hydrodynamic flow after passing through the at least one membrane sheet.
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En este ejemplo de realization, el procedimiento de fabrication de un modulo de membrana para tratamiento de fluidos que comprende al menos una etapa de fabricacion de una malla de elemento espaciador (2), donde la malla de elemento espaciador (2) comprende al menos un elemento pendular (5).In this exemplary embodiment, the method of manufacturing a membrane module for fluid treatment comprising at least one stage of manufacturing a spacer element mesh (2), wherein the spacer element mesh (2) comprises at least one pendular element (5).
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Preferentemente, la etapa de fabricacion de una malla de elemento espaciador (2) es una etapa de fabricacion de moldeo por inyeccion, donde el al menos un elemento pendular (5) queda integrado y forma parte de la malla de elemento espaciador (2).Preferably, the manufacturing stage of a spacer element mesh (2) is an injection molding manufacturing stage, where the at least one pendular element (5) is integrated and forms part of the spacer element mesh (2).
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