MX2012014889A - Metodo y sistema para la limpieza de filtros de membrana. - Google Patents

Abstract

La descripción se refiere a un sistema y método para limpiar filtros, tales como filtros de membrana. Más particularmente, se describen un método y sistema para retener una pluralidad de partículas pequeñas, preferiblemente con la forma de perlas, las cuales tienen contacto con lodo u otros depósitos sobre los filtros de membrana para remover desperdicio no deseado que de otra manera pudiera formarse sobre los filtros de limpieza. En varias modalidades, la pluralidad de partículas pequeñas son retenidas en un recinto permeable formado de cuña de alambre.

Description

METODO Y SISTEMA PARA LA LIMPIEZA DE FILTROS DE MEMBRANA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención está dirigida a la limpieza de filtros de membrana, y más particularmente, a un método y sistema que retiene una pluralidad de partículas pequeñas, tales como partículas generalmente con la forma de perlas, que contactan filtros de membrana mientras están en una solución para remover desperdicio que de otra manera se formaría sobre dichos filtros, y dicha pluralidad de pequeñas partículas siendo retenidas en un recinto permeable.

ANTECEDENTES La filtración de agua de membrana es bien conocida y se está volviendo cada vez más popular debido a su eficiencia extrema en aclarar agua y remover contaminantes no deseados y componentes típicamente encontrados en instalaciones de tratamiento de agua municipales. Un sistema de filtración de membrana particular se ofrece por Microdyn-Nadir GmbH. La Patente de E.U.A. No. 7,892,430, Publicaciones de Solicitud de Patente de E.U.A. Nos. 2011/0042308, 2011/0042312, 2011/0049038, 2011/0127206, y la Solicitud Internacional PCT/EP2009/002944 se incorporan aquí para su referencia en sus totalidades con el fin de proporcionar soporte para las tecnologías de filtración de membrana básicas involucradas en practicar el mejor modo de la presente invención.

Un problema particular encontrado a través del uso de filtros de membrana, sin embargo, es la acumulación eventual de desperdicios y contaminantes no deseados sobre la superficie del filtro de membrana. Convencionalmente, tales desperdicios y contaminantes deben removerse a través de varios medios, incluyendo remojo químico de las membranas en soluciones de cloro. Esto necesita sacar los filtros de uso y comisión durante el procedimiento de limpieza, que puede durar una cantidad de tiempo significativa y de esa forma impacta el uso comercial y una naturaleza de tecnologías de filtración de membrana. Por lo tanto existe una necesidad percibida desde hace mucho tiempo, pero no resuelta, de un método y sistema para limpiar filtros de membrana mientras tales filtros están en uso realizando sus funciones de filtración de agua.

Sin embargo, estos sistemas, son conocidos por causar suciedad, decoloración, y deterioro general de varios elementos de filtración, que a su vez tienen un impacto negativo sobre el agua y la aplicación de agua residual en donde residen los elementos de filtración. Además, los sistemas de la técnica previa frecuentemente contienen procedimientos químicos para atender los problemas asociados con la técnica previa, que tienen un impacto ambiental negativo y puedan causar otras consecuencias no deseables. Adicionalmente, se conocen tales procedimientos por ser costosos y requieren tiempo significativo e inversiones de trabajo.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El uso de birreactores de membrana (MBR) y módulos de membrana de filtración para tratar agua no tratada o agua residual es conocido en principio. Las membranas utilizadas para filtración consisten, por ejemplo, de materiales poliméricos tales como polietileno, polipropileno, poliétersulfona, cloruro de polivinilideno o polímeros similares. Los tamaños de poro de las membranas están para estos lisos en el rango de entre 0.001 y 1 µ??. En un biorreactor de membrana (MBR), el método de activación para el tratamiento de agua residual con separación de la biomasa del agua purificada se lleva a cabo utilizando membranas de ultra- o m icrofiltración . En la mayoría de las aplicaciones, las membranas de polímeros se sumergen directamente en el lodo activado y se extrae agua residual tratada por medio de succión de vacío o fluye bajo la influencia de gravedad.

En el método MBR. el agua residual se trata física, química y biológicamente en una pluralidad de pasos hasta que alcanza la membrana. Por medio de pre-tratamientos mecánicos y físicos, el agua residual se libera de partículas, fibras y materia gruesa. En la filtración gruesa, grandes partículas podrían causar daño a las membranas que se remueven por rejillas y filtros. En el método MBR, los filtros finos en un rango de tamaño de 0.05-3 mm se utilizan comúnmente como pre-filtración. Adicionalmente, se libera el agua residual de partículas pesadas (por ejemplo, arena) y aceites y grasas por una trampa de arena y grasa.

En una modalidad, el uso de un filtro de recinto alrededor de la membrana elimina o reduce la necesidad de filtración en otros tanques de tratamiento. La pantalla de recinto puede actuar como el paso final para remover grandes partículas antes que el agua alcance la membrana de filtración. En otra modalidad, el filtro de recinto actúa como protección para el filtro de membrana debido a que previene que grandes partículas alcancen y dañen el filtro de membrana.

En un paso de tratamiento adicional del tratamiento de agua residual, el agua residual se trata biológica y químicamente. En el tanque de activación se sitúa el lodo activado (biomasa) que contiene en su biomasa el potencial enzimático para conversión de los contaminantes de alto peso molecular de tal forma que éstos puedan eliminarse. Los materiales disueltos se utilizan por la biomasa ya sea para la estructura de celda o para producción de energía con consumo de oxígeno. El consumo de oxigeno resultante debe cubrirse por suficiente suministro de oxígeno, razón por lo cual se proporcionan tanques de oxidación con aparatos de ventilación. Una precondición para el funcionamiento del método es que la biomasa permanece en el sistema. Por lo tanto, la biomasa se separa del agua residual purificada por filtración de membrana y se hace recircular al tanque de activación. Se remueve el lodo activado por sobre-crecimiento como lodo excesivo. Antes que se separe la biomasa del agua, proceden tratamientos químicos adicionales. En combinación con una etapa de filtración, se utilizan comúnmente varios precipitados y floculantes tales como, por ejemplo, cloruro de hierro o polímeros para remover componentes líquidos coloidal y particularmente dispersados.

Una ventaja substancial de los sistemas MBR es el efluente libre de sólidos. Esto significa, además, que no se encuentra ninguna bacteria en el efluente del sistema de activación de membrana e, incluso pueden separarse virus por efectos de absorción. La contaminación orgánica residual se reduce por lo tanto debido a la separación completa. Los valores de guía higiénicamente relevantes de la directiva de agua de baño de E.U.A. [75/160/EEC, 1975] se cumplen utilizando MBR. Además, el efluente libre de sólidos ofrece no solamente en el sector municipal sino también en el sector industrial, un gran potencial para la reutilización de agua residual. Aquí, mediante el reciclaje de agua a circulación cerrada de agua pueden lograrse grandes ahorros de agua. Una ventaja adicional es que en este método, debido al alto contenido DM ajustable y la omisión de los aclaradores, únicamente se requiere un espacio muy pequeño. Debido a la independencia del comportamiento de sedimentación, la concentración de lodo activado ( concentración de biomasa, expresada como DM, materia seca) puede aumentar con respecto a métodos convencionales. Los biorreactores de membrana comúnmente operan a concentraciones DM de 8 a 15 g/l. Comparado con el método de activación convencional, el volumen de reactor del biorreactor de membrana puede reducirse, de tal forma que son posibles cargas volumétricas más altas.

En el caso del método de biorreactor de membrana que se basa generalmente en el método de activación aeróbica que se combina con una unidad de filtración de membrana, se recircula la biomasa como concentrado sobre la unidad de filtración de membrana, mientras el agua purificada se separa como permeado de filtración.

Un problema en el uso de filtros de membrana en el campo de purificación de agua residual es lo que se denomina "suciedad de membrana", que significa que se forman depósitos sobre las membranas, que los depósitos disminuyen el flujo de paso del líquido que se va a purificar.

DE 102 20 916 A 1 , que se incorpora aquí para referencia en su totalidad, describe un aparato de filtración y también un biorreactor de membrana que operan bajo condiciones en el medio de filtración de manera que la suciedad de membrana y depósitos sobre las superficies de membrana se reducen. Para este propósito el dispositivo de filtración tiene membranas de fibra huecas que se combinan para formar un grupo de fibras para separar las partículas de un líquido, a través de lo cual el líquido de las membranas de fibra huecas fluye desde el exterior hacia el interior, y el líquido filtrado entonces se saca de al menos uno de los extremos de las membranas de fibra hueca. El dispositivo de filtración, además, tiene un dispositivo de alimentación de gas con el fin de hacer fluir un gas sobre el exterior de las membranas de fibra hueca. El grupo de fibras en este caso se enrolla en la superficie periférica exterior de un portador del dispositivo de alimentación de gas.

EP 1 734 011 A1, que se incorpora aquí para referencia en su totalidad, describe un método para mejorar el flujo a través de un biorreactor de membrana, en donde cierta fracción de polímeros catiónicos, anfotéricos y zwiteriónicos o una combinación de los mismos se agrega. La fracción de los primeros agregados es 10 a 2000 ppm, con base en el volumen completo de biorreactor de membrana. Los polímeros tienen un peso molecular de 10,000 a 20 000 000 Da. La adición del polímero mencionado anteriormente debe reducir, especialmente suciedad inorgánica, que se forma por la precipitación de caliza CaCo3 sobre las superficies de membrana del agua residual que se va a purificar. El pH aumenta en el curso de esto, por lo cual a su vez se promueve la precipitación por fosfato de calcio y óxido de hierro. La precipitación de carbonatos y fosfatos en el agua residual procede en la forma de pequeñas partículas que se retienen sobre las superficies de membrana.

Muy generalmente es verdad que la suciedad de membrana debido a la precipitación de sólidos bioactivos, coloides, acumulación de partículas o partículas macromoleculares sobre la superficie de membrana lleve a una disminución en el flujo de paso y permeabilidad. Es difícil describir el procedimiento de suciedad exactamente debido a la heterogeneidad del lodo activado. Factores tales como características de la biomasa, la sustancia polimérica extracelular, tamaño de poro, características de superficie y material de membrana, y también la construcción de los módulos de membrana de filtro y las condiciones operativas influencian el desarrollo de suciedad. Por ejemplo, la bio-suciedad ocurre muy frecuentemente sobre nanof iltración y osmosis inversa. La razón es que las membranas no pueden desinfectarse con cloro con el fin de matar bacterias. La bio-suciedad se debe principalmente al comportamiento de crecimiento complejo de las bacterias. El tipo de microorganismos, la velocidad de crecimiento de los mismos y la concentración sobre las membranas dependen principalmente de los factores críticos tales como temperatura, pH, la concentración de oxígeno disuelto y la presencia de nutrientes orgánicos e inorgánicos. Se debe observar que los microorganismos pasan dentro de los sistemas de filtración a través del aire y/o agua.

En el caso de los métodos de filtración que utilizan biorreactores de membrana, el desarrollo de la suciedad se verifica comúnmente en una pluralidad de pasos. 1. Pretratamiento del agua no tratada o agua residual, antes de flujo entrante dentro del lodo activado, por medio de varios pasos de filtración como ya se ha mencionado anteriormente, para ese propósito se utilizan rejillas de malla fina que tienen un ancho de malla de 0.5 a 3 mm. 2. El método de "flujo cruzado", el líquido que se va a purificar se hace circular a lo largo de la superficie de membrana, cuyo propósito en el caso de módulos sumergidos, se instalan dispositivos g de ventilación por abajo de los módulos de membrana, los dispositivos de ventilación inducen a una corriente ascendente. 3. En algunos módulos de membrana se realiza un lavado completamente automático regular con permeado, de tal forma que se separan partículas/suciedad de adhesión de la superficie de membrana y los poros fluyen de forma abierta. Una precondición es que la membrana respectiva se puede lavar de nuevo. 4. Limpieza química: los pasos sirven para prevenir suciedad de membrana o al menos disminuirla. La limpieza química es necesaria con el fin de remover las capas de suciedad de membrana sobre y dentro de las membranas. La limpieza química da surgimiento a considerables costos operativos, ya que durante la limpieza las membranas están fuera de operación y por lo tanto deben instalarse membranas adicionales.

Además, es desventajoso que los químicos utilizados tales como, por ejemplo, hipoclorito de sodio NaOCI, afecten adversamente el ambiente y contribuyan a la formación de compuestos de halógeno orgánico absorbibles (AOX). Además, la limpieza química requiere una infraestructura adicional (bombas, contenedores químicos, dispositivos de medición de filtración, equipo protector, etc.) que es costoso. Frecuentemente, las membranas se limpian químicamente en un contenedor de limpieza separado con el fin de ahorrar químicos, ya que estos contenedores de limpieza tienen pequeños volúmenes. Para este propósito el módulo de membrana debe sacarse del estanque o tanque de filtración e instalarse en el estanque o tanque de limpieza. En el estanque/tanque de limpieza, entonces se lleva a cabo la limpieza química. El personal operativo debe estar entrenado para manejar estos químicos y limpieza química que es laboriosa. En general, la limpieza química es un costo considerable y un factor ambiental.

Para evitar capas de suciedad, la publicación de la compañía VA TECH WABAG GmbH, Viena, editor: F. Klegraf con el título "Beherrschung von Fouling und Scaling an gatauchten Filtrationssystemen in Membranbelebungs-anlagen" [Manejo de suciedad y formación de sarro sobre sistemas de filtración sumergidos en sistemas de activación de membrana], que se incorpora aquí para referencia en su totalidad, describe el uso de materiales porosos inorgánicos inertes que actúan de forma abrasiva que pueden separar depósitos sobre la superficie de las membranas por acción a largo plazo. Este uso no es poco controversial, ya que debe temerse a que las fuerzas abrasivas no sólo erosionan los depósitos, sino también dañan las superficies sensibles de las membranas. Como un material abrasivo inerte, se menciona arcilla expandida que se introduce dentro del reactor. La arcilla expandida se retiene en el rector a través de filtros. La turbulencia introducida dentro del reactor con el aire de flujo es suficiente para homogenizar la arcilla expandida en el sistema. Inmediatamente después de cargar el reactor con la arcilla expandida, el aumento de desempeño en filtración puede medirse y por el aumento cuidadoso de la concentración de arcilla expandida en el lodo activado, 75% del valor preestablecido del desempeño de filtración puede lograrse después de un tiempo experimental de 40 días. El aumento adicional de concentración de arcilla expandida en el reactor no está acompañado por cualquier mejora duradera de los resultados de filtración. La densidad de la arcilla expandida porosa aumenta con el tiempo debido a absorción de agua. Las partículas de arcilla expandida se vuelven más pesadas consecuentemente y se asientan dentro del reactor y circulan únicamente a un pequeño grado como un resultado de la corriente del líquido. Con el fin de estimular la circulación de las partículas de arcilla expandidas, cantidades relativamente grandes de aire comprimido entonces son necesarias pero debido a la alimentación aumentada de aire comprimido dentro de los líquidos que se van a purificar, otros parámetros de procedimiento pueden afectarse adversamente de forma consecuente, por ejemplo el mantenimiento de valores de oxígeno teóricos preestablecidos se hace considerablemente más difícil. La velocidad de ascenso de las partículas aquí se predetermina por el tamaño de las burbujas de aire formadas, pero no por la cantidad de aire introducido.

Es un objeto de la invención proporcionar condiciones para un método para limpiar módulos de membrana de filtración que se van a utilizar en el tratamiento de agua no tratada o agua residual o lodo activado en donde los depósitos causados por la suciedad de membrana se reducen ampliamente y se evita sustancialmente el daño mecánico a las membranas. En el contexto de este objeto, los costos operativos también deben reducirse y el flujo de las aguas residuales que se van a purificar a través de las membranas debe mantenerse constante durante un tiempo relativamente largo.

Este objeto se logra de acuerdo con la invención ya que el módulo de membrana de filtración que se va a limpiar se introduce dentro de un estanque/tanque de limpieza o se dispone en un estanque/tanque de filtración, se lava por un líquido que contiene partículas biológicamente resistentes no porosas y se establecen en recirculación con introducción de gas y en cuanto a que el depósito situado sobre superficies exteriores de las membranas del módulo de membrana de filtración, denominada suciedad de membrana, se erosiona mecánicamente por las partículas.

De acuerdo con una modalidad particular, un método para tratar agua no tratada o agua residual o lodo activado puede comprender uno o más de los siguientes pasos, que no están en ningún orden particular: • pretratamiento mecánico, físico y químico del agua no tratada o agua residual o lodo activado, • introducir el agua no tratada o agua residual contaminada con material biológicamente activo dentro de un sistema de biorreactor de membrana que tiene uno o más tanques de filtración en cada caso en donde se dispone al menos un módulo de membrana de filtración sumergido, • cargar el agua no tratada o agua residual o el lodo activado en el tanque de filtración con partículas que circulan en el tanque de filtración, • sacar el agua purificada por el material biológicamente activo, y • como un caso especial en aplicaciones en donde se instala un contenedor de limpieza separado: la instalación de al menos un módulo de membrana en el contenedor de limpieza, cargar el contenedor de limpieza con partículas de circulación.

En otra modalidad del método aquí descrito, las partículas que circulan dentro del tanque de filtración realizan un movimiento ascendente inducido por la introducción de gas, en particular por aire comprimido, y realizan un movimiento descendente realizado por gravedad. Convenientemente, las partículas no porosas consisten de material polimérico inerte que tiene una densidad de 1.0 a 1.5 kg/dm3. El término "inerte" se utiliza aquí y en lo sucesivo sinónimamente c on "biológicamente resistente" o no d egradable por las bacterias en el lodo activado.

De acuerdo incluso con otra modalidad de la presente descripción, se describe un método para limpiar un sistema de filtración, que comprende los pasos de: Rodear al menos parcialmente uno o más módulos de membrana de filtración que se van a limpiar en una estructura de recinto de alojamiento; Lavar uno o más módulos de membrana de filtración con un líquido que contiene partículas biológicamente resistentes no porosas; Hacer circular las partículas biológicamente resistentes no porosas a través del liquido y en una forma para lograr contacto entre las partículas biológicamente resistentes no porosas y uno o más de los módulos de membrana de filtración; en donde los depósitos colocados sobre una o más superficies de las membranas de uno o más módulos de membrana de filtración se desgastan mecánicamente por las partículas, y en donde las partículas son de un tamaño suficiente para retenerse substancialmente dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

De acuerdo incluso con otra modalidad de la presente descripción, se describe un método para limpiar un sistema de filtración, que comprende un módulo de membrana de filtración que tiene una estructura de recinto de alojamiento que rodea el módulo de membrana de filtración, la estructura de recinto teniendo una multitud de orificios espaciados regularmente de forma sustancial ahí, el recinto contiene una pluralidad de partículas biológicamente resistentes no porosas que cuando están en circulación adyacente al módulo de membrana de filtración, los depósitos situados sobre las superficies exteriores de una membrana del módulo de membrana de filtración se desgastan mecánicamente por las partículas, en donde las partículas son de un tamaño mayor que los orificios de la estructura de recinto de alojamiento para restringir tales partículas dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

El material polimérico es seleccionado ventajosamente del grupo que consiste de polipropileno, que contiene partícula mineral, mezclas de policarbonato, elastómeros de poliuretano termoplásticos, metacrilato de poM(metilo), tereftalato de poli(butileno), polioximetileno, polietileno, cloruro de poli(vinilo). En particular, las partículas tienen un diámetro medio entre 0.5 mm y 10 mm, y preferiblemente entre 2 mm y 4 mm, y muy preferiblemente entre 3 mm y 3.5 mm, y tienen una de una forma generalmente esférica, elíptica, esferoide, eliptoide, cilindrica, o lenticular, o combinación de las mismas.

Con el fin de evitar daño de las membranas de filtración sensibles por las partículas que se introducen, la aspereza de las partículas no debe exceder una medida definida. De acuerdo con la invención, se utilizan partículas, cuya superficie tiene una aspereza media Rtm de menos de 40 mieras, y preferiblemente menos de 30 µ?t?, y en particular menos de 20 pm. La aspereza media Rtm se determina al tomar la media de la aspereza Rt (DIN EN ISO 4287) y una pluralidad de partículas.

Para tratar agua no tratada o agua residual o lodo activado, se proporciona un sistema de biorreactor de membrana que tiene un estanque/tanque de filtración que tiene al menos un módulo de membrana de filtración sumergido. En este caso el sistema se distingue en cuanto a que el agua no tratada o agua residual o el lodo activado en el tanque de filtración contiene partículas biológicamente resistentes, no porosas.

En una modalidad del biorreactor d e membrana, la separación entre dos membranas en el módulo de membrana de filtración es de hasta 8 mm y el diámetro medio de las partículas (gránulos) es menor que 5 mm. Ventajosamente, un dispositivo de alimentación para gas, en particular aire comprimido, se proporciona para el extremo inferior del módulo de membrana de filtración, la corriente de aire comprimido del cual mueve las partículas hacia arriba entre las membranas. La carga de área específica máxima de las membranas en el módulo de membrana de filtración es 1 a 80 l/(m2 x h). Se ha encontrado que la permeabilidad como una relación de la carga de área específica de la membrana a la presión de transmembrana en los módulos de membrana de filtración es constante en un tiempo operativo de más de 6 meses.

El método logra las ventajas que la erosión mecánica de las capas de suciedad de membrana proceda sin limpieza química adicional, que el flujo del líquido que se va a purificar a través de las membranas permanezca constante en un periodo de tiempo de varios meses, el daño abrasivo a las superficies de membrana por partículas ocurre únicamente a un grado muy ligero y los costos operativos pueden reducirse consecuentemente, ya que los intervalos para limpiar las superficies de membrana pueden extenderse.

También, por medio del método, las membranas que ya tienen una capa de suciedad, caracterizada por una permeabilidad muy baja y presiones de transmembrana altas, pueden regenerarse de nuevo mediante la adición de gránulos. Para este propósito el módulo de membrana se instala en un contenedor de limpieza y las partículas que se establecen en movimiento se agregan al líquido en eí contenedor de limpieza. Las membranas se limpian dentro del contenedor de limpieza por las partículas. Las partículas pueden permanecer en el tanque de limpieza y reutilizarse, lo que proporciona ahorros adicionales de costo. Los módulos de membrana limpios entonces pueden instalarse de nuevo para la operación de filtración.

En varias modalidades de la presente invención, los filtros de membrana, tal como se describe las Patentes de E.U.A. Nos. 7,892,430 y 5,248,428; Publicaciones de Solicitud de Patente de E.U.A. Nos. 2011/0042308, 2011/0042312, 2011/0049038, 2011/0127206, 2008/0156730, y 2008/0164208; Patentes Japonesas Nos. 11/128692, H8-155275, y 2951189; y Solicitudes Internacionales PCT/EP2009/002944 y WO 2007/036332 (que se incorporan en sus totalidades aquí para sus referencias) se adjuntan dentro de un alojamiento permeable al agua y dentro de tal alojamiento, se arrastran perlas y/o pellas de partículas pequeñas. El recinto que arrastra las perlas es preferiblemente permeable al agua para permitir una velocidad de flujo a través de éste. En una modalidad preferida, se emplea un material de rejilla particular, preferiblemente cuña de alambre disponible de Hendrick Screen Company y vendida bajo el nombre comercial filtro Hendrick Tee. Un filtro Hendrick Drum también puede utilizarse cuando la corriente de agua que pasa el filtro e s m uy baja. Tal m aterial de rejilla es preferido d ebido a sus características de construcción sólidas que soportarán las presiones de flujo dentro de un sistema operativo mientras al mismo tiempo es muy efectivo para retener perlas dentro del recinto sin que tales perlas se atoren o carguen substancialmente dentro de la misma estructura de rejilla. De esa forma, en una modalidad preferida, el recinto utilizado con varias modalidades de la presente invención arrastra material de perla de tal forma que las perlas no se atoran substancialmente en los alrededores del recinto. En varias modalidades, se puede emplear un material de filtro distinto que tiene las características de permitir que el agua pase a través de éste también arrastrando perlas abarcadas que rodean un sistema de filtración de membrana. El mismo recinto puede comprender un alojamiento hecho de varios materiales, incluyendo metales, compuestos, plásticos, etc. y un experto en la técnica apreciará las varias modificaciones de diseño para cualquier proyecto particular al seleccionar los materiales de recinto apropiados para utilizar. Preferiblemente, sin embargo, el material de alojamiento está hecho de metal y es de suficiente resistencia y características anticorrosión para persistir en un ambiente acuoso por muchos años sin degradación, corrosión o falla estructural.

En la práctica, las perlas empleadas para limpiar los filtros de membrana son de un tamaño más grande que los orificios de la estructura de recinto de alojamiento para restringir tales perlas dentro del recinto deseado. El mismo recinto tiene dimensiones adecuadas para rodear al menos un filtro de membrana, y preferiblemente adecuado para rodear una pluralidad de filtros de membrana proporcionados en un sistema modular, para que el filtro de membrana alojado, conduzca perlas ahí incluidas, pueda removerse fácil y reversiblemente dentro de un ambiente de tratamiento de agua para facilitar limpieza, mejora, modificaciones, etc. De hecho, en una modalidad preferida, el recinto exterior y/o el alojamiento de los sistemas incluyen agarraderas u otros puntos de contacto para permitir la remoción y movimiento del recinto completo dentro y fuera de un sistema de tratamiento de agua. Por ejemplo, los puntos de fijación adecuados se proporcionan sobre el recinto para que pueda utilizarse una horquilla para acoplarse a tales puntos de contacto y manipular el movimiento del recinto completo sin daño al sistema de filtración de membrana dedicada ahí adjunto. Además, en varias modalidades, existe al menos una sección removible del recinto para permitir no sólo que las membranas de filtro que residen dentro de tal recinto, sino la remoción de perlas utilizadas en el método de tratamiento de agua, tal como después que tales perlas han expirado más allá de su vida útil. Como tal, al menos un lado del recinto puede acoplarse reversiblemente, tal como a través de un mecanismo de seguro convencional para permitir una porción fija de forma articulada del compartimento para moverse para acceder a los módulos de filtración de membrana de agua, reemplazo de perlas, y/o para permitir simplemente el acceso al interior del recinto para cualquier propósito deseado.

Aunque el tamaño de las perlas empleadas en el sistema y método de la presente es preferiblemente los tamaños como se describe en la Publicación de Solicitud de Patente de E.U.A. No. 2011/0042308 para Microdyn-Nadir GmbH o la publicación "Beherrschung von Fouling und Scaling an gatauchten Filtrationssystemen in embranbelebungs-anlagen" [Manejo de suciedad y formación de sarro sobre sistemas de filtración sumergidos en sistemas de activación de membrana] por VA TECH WABAG GmbH, Viena, editor. F. Klegraf. En otras modalidades se emplea una selección más amplia de tamaños particulares de perlas con el fin de atender los distintos problemas de desperdicio que pueden surgir en instalaciones de tratamiento de agua. Como tal, los materiales de recinto particulares empleados tomarán en cuenta el tamaño de perla más pequeño que se utilizará con el fin de asegurar que la mayoría, sino es que todas las perlas empleadas en tal sistema se retienen dentro del recinto cuando el sistema de filtración de agua está en uso.

En la práctica, el recinto descrito en la presente invención permite que el método de filtración de agua se lleve a cabo con una forma para que la gran mayoría de perlas no estén flotando libremente a través del aclarador de agua de tal forma que los filtros de membrana se emplean convenientemente. En vez de esto, el aclarador de agua está ampliamente desprovisto de perlas flotantes libres, con tales perlas arrastradas dentro de un recinto que también abarca los filtros de membrana de agua.

En varias modalidades, se emplea más de uno de los recintos en un sistema de tratamiento de agua. Tales recintos por sí mismos pueden proporcionarse en una pluralidad de orientaciones de diseño para que al menos dos y preferiblemente al menos tres módulos separados se puedan acoplar deslizable y verticalmente dentro de un accionador de agua para que el agua que fluye desde el aclarador experimente una serie de recintos, cada recinto tiene un filtro filtración de agua ahí abarcado. Tal aspecto de la invención permite el uso de sistemas de filtro de membrana ligeramente diferentes para emplearse en una serie. Por ejemplo, puede ser aconsejable en ciertas modalidades tener un filtro de membrana más porosa empleado inicialmente para remover grandes desperdicios y contaminantes del agua, seguido por otros filtros de membrana a lo largo del flujo de agua, con tales otros filtros de membrana siendo de una calidad más fina, removiendo de esa forma desperdicios y contaminantes más pequeños. Pueden utilizarse varias membranas y permeabilidad de membrana en la presente invención. Tales membranas pueden ser del tipo similar a aquellos descritos en "Una revisión de materiales de membrana de osmosis inversa para desalación-desarrollo para potencial actualizado y futuro" por Lee, y otros publicado en el volumen 370 del Journal of Membrane Science (Marzo 2011), o "Permeabilidad de agua e intercambio de selectividad de agua/sal en polímeros para desalación" por Geise, y otros publicada en el volumen 369 del Journal of Membrane Science (2011). Por consiguiente, pueden utilizarse varios tamaños de filtro de recinto junto con varias formas y tamaños de perla con los diferentes filtros de membrana. Por ejemplo, puede utilizarse un filtro de membrana muy porosa con un filtro de recinto con orificios más grandes que los orificios del filtro de recinto para filtro de membrana menos porosa.

En varias modalidades de la presente invención, se proporciona un sistema de filtraciones de agua, el sistema de filtración comprende un diseño de ventilación de cascada. En una modalidad, una cuña de alambre o "filtro de Hendrick" se proporciona para remover contaminantes. El filtro se impacta periódicamente con una combinación de aire y/o perlas para golpear la superficie del filtro. Las perlas pueden ayudar a limpiar la superficie del filtro y/o la superficie del filtro de membrana. El aire también puede restregar las perlas y moverlas a lo largo del filtro y/o el filtro de membrana.

En varias modalidades, las perlas o partículas de impacto de la presente invención comprenden perlas de polipropileno. Las perlas generalmente comprenden una densidad mayor que el agua para que se unan gradualmente cuando se colocan en agua. Preferiblemente, las perlas comprenden una densidad de aproximadamente 1.05 veces la del agua, para que el hundimiento de las perlas ocurra lentamente. Adicionalmente, a medida que las perlas recolectan desperdicio del filtro de membrana y filtro, las perlas pueden volverse más o menos densas dependiendo del tipo de desperdicio; por lo tanto el desperdicio debe considerarse en el diseño.

Como se utiliza aquí, el término "perlas" pretende hacer referencia generalmente a partículas o dispositivos para impactar elementos de filtro. Por consiguiente, este término no debe leerse como estando limitado a cualquier tamaño o geometría particular del dispositivo. Se contempla que las perlas de la presente invención pueden comprender cualquier número de formas y/o disposiciones y pueden, pero no necesitan ser, de una forma esférica.

En varias modalidades, los filtros de cuña de alambre de la presente invención se impactan con una corriente de aire en un ángulo pequeño o bajo, para que la corriente de aire pueda mover efectivamente perlas a lo largo de al menos una dimensión del filtro. De esta forma, las perlas pueden restregarse o moverse a lo largo del filtro en una forma que permite que las perlas realicen funciones de limpieza mecánica.

En una modalidad, se aplica un diferencial de presión a través de un filtro en al menos una dimensión para facilitar la migración de perlas a través de la superficie de filtro. Puede aplicarse un diferencial de presión a través de una dirección individual. Alternativamente, puede aplicarse un diferencial de presión no lineal o una pluralidad de diferenciales de presión a través de un filtro para dirigir perlas y elementos de limpieza adicionales a través del filtro y/o para dirigir el agua a través de las membranas.

En varias modalidades, las perlas o partículas de impacto de la presente invención comprenden perlas magnéticas de manera que cuando se induce un campo magnético en el sistema dentro del filtro de recinto y/o el sistema de filtración, las perlas se moverán lentamente a lo largo del filtro de membrana y el filtro para limpiar mecánicamente el filtro y la malla. Adicionalmente, cuando no se induce un campo magnético en el sistema dentro del filtro de recinto y/o el sistema de filtración, las perlas descansarán en el fondo del tanque de filtración y de esa forma no impedirán el flujo de agua. La velocidad de las perlas, en cualquier dirección relativa al filtro de membrana y filtro, puede controlarse por la resistencia en el campo magnético.

En varias modalidades, se utilizan periódicamente ráfagas de aire para limpiar el filtro y/o las perlas. Las ráfagas de aire pueden aplicarse a un filtro además de, o en lugar de, varios otros elementos de limpieza de la presente invención. Un sistema de ráfaga de aire, tal como un Sistema de ráfaga de aire de Hendrick, se emplea en una modalidad preferida.

En una modalidad, el filtro de recinto, cuña de cable preferible, utiliza restregado de aire de burbuja fina para limpiar el filtro y/o el filtro de membrana. En esta modalidad, el oxigeno de limpieza sirve como el procedimiento de limpieza mecánica.

En la práctica, si un sistema utiliza tanto (1) aire u oxígeno para remover las perlas a lo largo del filtro y la membrana o para limpiar el filtro y la membrana y (2) el método MBR con biomasa para eliminar algunos contaminantes, entonces una de las cámaras o tanques en el sistema de filtración puede eliminarse debido a que la ventilación y filtración pueden realizarse juntas en un tanque. El aire u oxígeno se utiliza para mover las perlas, restregar las perlas, y limpiar el filtro de recinto. Adicionalmente, el aire u oxígeno ventila el agua en la cámara para volver a rellenar el oxígeno consumido por la biomasa. Por lo tanto, no son necesarias las cámaras de ventilación y filtración separadas.

La modalidad preferida de la presente invención utiliza filtros verticales cuando el método MBR se combina con limpieza mecánica de restregado de perla o aire debido a que los filtros verticales tienen entrada de oxígeno aumentada y por lo tanto tienden a tener nitrificación superior, mientras los filtros horizontales tienen entrada de oxígeno disminuida y se utilizan para desnitificación, como se utiliza en el documento 2008 por M. Wichern, C. Lindenblatt, M. Lubken, y H. Horn llamado "Resultados experimentales y modelado matemático de una biopelícula autotrófica y heterotrófica en un filtro de arena que trata lixiviado de vertedero y de agua residual municipal", publicado en Water Research (42): 3899, 3909 (incorporado aquí por esta referencia en su totalidad). La desnitrificación dé crecimiento de bacteria en condiciones anaeróbicas creó profundidad en el centro de la biopelícula, mientras nitrificar el crecimiento de bacteria en la parte aeróbica exterior de la biopelícula, como se discutió en el artículo del 2008 por L.S. Downing y R. Nerenberg llamado "Remoción total de nitrógeno en un procedimiento de lodo activado ventilado de membrana, híbrido", publicado en Water Research (42): 3697-3708 (incorporado aquí por esta referencia en su totalidad). Las ventajas del sistema MABR incluyen ventilación pasiva de ahorro de energía, volumen reducido de tanque, y la e liminación de reciclado de agua interna. Los retos encontrados al utilizar tal sistema incluyen competencia entre las bacterias de nitrificación y desnitrificación, que lleva a una reducción de nitrificación y desnitrificación.

Un experto en la técnica puede combinar varios aspectos de las diferentes modalidades aquí descritas para hacer modalidades alternas no específicamente descritas aquí.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los dibujos anexos, que se incorporan en y constituyen una parte de la especificación, ilustran modalidades de la descripción y junto con la descripción general de la descripción dada anteriormente y la descripción detallada de los dibujos proporcionados a continuación, sirven para explicar los principios de las descripciones.

Se debe entender que los dibujos no necesariamente son a escala. En ciertos casos, los detalles que no son necesariamente para un entendimiento de la descripción o que presentan otros detalles difíciles de percibir pueden haberse omitido. Se debe entender, por supuesto, que la descripción no necesariamente está limitada a las modalidades particulares aquí ¡lustradas.

En los dibujos: La Figura 1a muestra un tanque de filtración y un filtro de recinto de membrana de filtración; La Figura 1b muestra una por módulo de alojamiento que contiene perla y un módulo de membrana de filtración; La Figura 2a muestra una ilustración esquemática de un sistema de biorreactor de membrana que tiene un sistema de filtración similar al sistema de filtración mostrado en la Figura 1a; La Figura 2b muestra una ilustración esquemática de un sistema de biorreactor de membrana que tiene un sistema de filtración similar al sistema de filtración mostrado en la Figura 1b; La Figura 3 es una vista en perspectiva de una modalidad de un ensamble de filtración que incluye una pluralidad de módulos de filtración verticalmente alineados a lo largo de los bordes laterales de hojas de membrana individuales y un dispositivo de ventilación localizado bajo los módulos de filtración; La Figura 4 muestra un diagrama de la permeabilidad de las membranas de un sistema de membrana de filtración con el tiempo; La Figura 5 muestra un diagrama de la disminución en permeabilidad de un sistema de membrana de filtración y la permeabilidad después de limpieza.

La Figura 6a muestra un filtro de recinto o material de alojamiento de acuerdo con una modalidad particular de la presente descripción; La Figura 6b muestra una vista transversal de una filtración o elemento de filtración del alojamiento mostrado en la Figura 6a; y La Figura 6c muestra una vista transversal de otra filtración o elemento de filtración del alojamiento mostrado en la Figura 6a.

DESCRIPCION DETALLADA La Figura 1a ¡lustra un sistema de filtración 2a que comprende un tanque filtración 6a y un filtro de recinto 16a. Como se muestra, una o más membranas 8, 10 se proporcionan para filtración continua de partículas y contaminaciones de agua, por ejemplo. En una modalidad, existe u n diferencial de presión entre las membranas 8, 10 para hacer el flujo de agua a través de las membranas 8, 10. En una modalidad, la sección inferior del filtro de recinto 16a es un filtro de cuña de alambre 18. Una corriente de aire o de agua 14, que pasa a través del filtro de cuña de alambre 18 y a lo largo de las membranas 8, 10 y el filtro de recinto 16a, comprende una pluralidad de perlas 14 para limpieza mecánica y/o abrasiva del filtro de recinto 16a y membranas 8, 10. Un dispositivo de alimentación 12 para gas, en particular para aire comprimido, está en el extremo inferior de o sólo bajo el filtro de recinto 16a. El gas o burbujas de aire que ascienden desde el dispositivo de alimentación 12 fluyen hacia arriba entre las membranas 8, 10 abarcadas en el filtro de recinto 16a y transportan con ellas las perlas 4. Después las perlas 4 alcanzan la parte superior de la membrana 8 o 10, salen del filtro de recinto 16a y lentamente se hunden al fondo de la cámara o tanque de filtración 6a por medio de gravedad debido a que las perlas 4 son ligeramente más densas que el agua, entre 1.0 y 1.5 kg/dm3. Preferiblemente la densidad del material de perla es de 1.00 a 1.40 kg/dm3, y en particular la densidad del material de perla tiene un valor de 1.00 a 1.10 kg/dm3.

En varias modalidades, la presente invención comprende un recinto para rodear los filtros de membrana de un sistema de filtración. Como se muestra en la Figura 1a, el filtro de recinto 16a opera como un módulo de alojamiento de membrana, para que las perlas 4 proporcionadas en el sistema de filtración 2a estén en contacto cercano con las membranas y protejan las membranas de daño infligido por grandes partículas (diferentes a las perlas 4). En una modalidad el filtro de cuña de alambre 18 está a un ángulo ligero para ventilar el filtro de recinto 16a y las membranas 8, 10. El filtro de cuña de alambre 18 también puede dirigir la corriente de aire 14 y las perlas 4. El aire desde el dispositivo de alimentación de las 12 también puede utilizar una ráfaga de aire y/o un sistema de ráfaga de aire (no mostrado) para limpiar periódicamente el filtro de cuña de alambre 18, el filtro de recinto 16a, membranas 8, 10, y perlas 4.

El filtro de recinto 16a es preferiblemente permeable a líquidos, para que el agua o fluido pueda pasar a través del filtro de recinto 16a sustancialmente no obstruido y para que las operaciones de filtración no se impidan por la presencia del recinto novedoso. En una modalidad preferida, el filtro de recinto 16a es un filtro de cuña de alambre.

Para asegurar que el filtro de recinto 16a no obstruye sustancialmente el flujo de agua o fluido ni obstruye el procedimiento de filtración, el filtro de recinto 16a debe limpiarse periódicamente para remover cualquier acumulación sobre el filtro de recinto 16a.

La Figura 1b ilustra un sistema de filtración 2b que comprende un módulo de alojamiento 6b que contiene perla y un módulo de membrana de filtración 16b. E n una modalidad, el módulo de alojamiento 6b que contiene la perla es un filtro similar a jaula. Como se muestra, una o más membranas 8, 10 se proporcionan para filtración continua de partículas y contaminaciones de agua, por ejemplo. Una corriente de aire a agua 14, que pasa a través de y/o a lo largo de las membranas 8, 10 y el módulo de membrana de filtración 16b, comprende una pluralidad de perlas 4 para limpieza mecánica y/o abrasiva del módulo de membrana de filtración 16b y membranas 8, 10. Un dispositivo de alimentación 2 para gas, en particular para aire comprimido, está en el extremo inferior del módulo de membrana de filtración 16b. El gas o burbujas de aire que ascienden desde el dispositivo de alimentación 12 fluyen hacia arriba entre las membranas 8, 10 del módulo de membrana de filtración 16b y transportan con ellas las perlas 4. Después que las perlas 4 alcanzan la parte superior de la membrana 8 o 10, salen del módulo de membrana de filtración 16b lentamente se hunden al fondo de la por módulo de alojamiento 6b que contiene perla por medio de gravedad debido a que las perlas 4 son ligeramente más densas que agua, entre 1.0 y 1.5 kg/dm3. Preferiblemente la densidad del material de perla es de 1.00 a 1.40 k/dm3, y en particular la densidad del material de perla tiene un valor de 1.00 a 1.10 kg/dm3. A medida que las perlas 4 se hunden, limpian mecánica y/o abrasivamente el módulo de alojamiento 6b que contiene la perla.

En varias modalidades, la presente invención comprende un recinto para rodear un sistema de filtración. Como se muestra en la Figura 1b, el recinto opera un módulo de alojamiento de contención de perla 6b, para que las perlas 4 proporcionadas en el sistema de filtración 2b no se pierdan al ambiente exterior u otras porciones del sistema en donde no pueden recuperarse. El recinto 6b es preferiblemente permeable a líquidos, para que el agua o fluido pueda pasar a través del recinto 6b sustancialmente no obstruido y para que las operaciones de filtración no se impidan por la presencia del recinto novedoso. En una modalidad preferida, el recinto 6b es un filtro, preferiblemente un filtro de cuña de alambre.

Para asegurar que el recinto 6b no obstruya sustancialmente el flujo de agua o el fluido no obstruye el procedimiento de filtración, el recinto 6b debe limpiarse periódicamente para remover cualquier acumulación sobre el recinto 6b.

La Figura 2a muestra esquemáticamente un sistema de biorreactor de membrana 20a para tratar agua no tratada o agua residual, un aparato de desnitrificación 26, un aparato de nitrif icación 28, y un tanque de filtración 6a en donde se coloca una pluralidad de filtros de recinto 16a. En el aparato de desnitrificación 26, a través de una línea de alimentación 22, se introduce agua no tratada o agua residual después que se ha pre-tratado química y mecánicamente de forma previa. Además, a través de una línea 24, los nutrientes pasan a la etapa de activación. En el tanque filtración 6a se disponen, por ejemplo, cinco filtros de recinto, de los cuales tres módulos de filtro de recinto 16a están en operación. Los módulos de filtro de recinto 16a se explican de acuerdo con la Figura 1a. Estos tres filtros de recinto 16a están expuestos a aire comprimido a través de un dispositivo de alimentación 12 para gas, en particular para aire comprimido, en el extremo inferior de los filtros de recinto 16a respectivos. A través de una bomba, se transporta lodo excesivo fuera del tanque de filtración 16a. Los extremos superiores de los filtros de recinto 16a están conectados a una línea de retorno para el agua no tratada o agua residual. Además, el agua que se purificó por el material biológicamente activo se saca del tanque de filtración por medio de una bomba en la línea de permeado.

La Figura 2b muestra esquemáticamente un sistema de biorreactor de membrana 20b para tratar agua no tratada o agua residual, un aparato de desnitrificación 26, un aparato de nitrif icación 28, y un tanque de filtración 30 en donde una pluralidad de filtros de recinto, también llamados módulos de alojamiento que contienen perla, 6b están situados. En el aparato de desnitrificación 26, a través de una línea de alimentación 22, se introduce agua no tratada o agua residual después que se pre-trató química y mecánicamente de forma previa. Además, a través de una línea 24, los nutrientes pasan a la etapa de activación. En el tanque de filtración 30 se disponen, por ejemplo, cinco módulos de alojamiento que contienen perla, de los cuales tres módulos de alojamiento que contienen perla 6b están en operación. Los módulos de alojamiento que contienen perla 6b se explican de acuerdo con la Figura 1b. Estos tres módulos de alojamiento que contienen perla 6b están expuestos a aire comprimido a través de un dispositivo de alimentación 2 para gas, en particular para aire comprimido, en el extremo inferior de los módulos de alojamiento que contienen perla 6b respectivos. A través de una bomba, se transporta lodo excedente fuera del tanque de filtración 30. Los extremos superiores de los módulos de alojamiento q ue contienen perla 6b e stán conectados a una línea de retorno para el agua no tratada o agua residual. Además, el agua que se purificó por el material biológicamente activo se saca del tanque de filtración 30 por medio de una bomba en la línea de permeado.

La Figura 3 ilustra una modalidad de un ensamble de filtración 46 generalmente mostrado, sumergido en un cuerpo de agua de alimentación que está sometido a presión de ambiente, tal como estanque o tanque abierto. El ensamble de filtración 46 comprende una pluralidad de módulos de filtración colocados en una disposición lado por lado con separación entre hojas de membrana verticalmente alineadas 8. La separación promedio entre las superficies de hojas de membrana 8, preferiblemente de aproximadamente 2 a 12 mm, define una trayectoria de flujo de fluido generalmente indicada por flechas que señalan hacia arriba. Más preferiblemente, la separación promedio entre las superficies de las hojas de membrana 8 es de 3 a 7 mm, que debe ser ligeramente mayor que el diámetro de las perlas de limpieza. En otras modalidades, la separación promedio es menor que 6 mm y en algunas modalidades menor que 4 mm. La separación entre hojas de membrana adyacentes es preferiblemente uniforme, es decir desvía la separación en el encabezado por menos de 50% y más preferiblemente menos de 25%. Como se describirá subsecuentemente, la trayectoria de flujo de fluido no está confinada a lo largo de los bordes superiores de las hojas de membrana individuales 8. Las salidas de permeado 48 que se extienden desde los encabezados de terminal sobre cada extremo del ensamble proporcionan rutas para transferir permeado desde los módulos de filtración. En una modalidad preferida, la salida de permeado 48 está en comunicación de fluido con una bomba (no mostrada) que crea presión negativa (vacío), y que extrae permeado de los encabezados. La presión negativa se comunica a las superficies exteriores de las hojas de membrana y crea una presión de transmembrana necesaria para la filtración. Es decir, la presión negativa generada por una bomba crea una presión de transmembrana que induce el flujo de permeado a través de la estructura porosa de la hoja de membrana, a las cámaras de los encabezados individuales, a través de la salida de permeado 48 en donde el permeado entonces puede recolectarse, almacenarse o utilizarse. Al invertir la presión generada por la bomba, o a través del uso de una bomba separada, el permeado almacenado puede lavarse de nuevo a través del ensamble de filtración El ensamble de filtración puede incluir opcionalmente un dispositivo de ventilación 50 localizado bajo los módulos de filtración para suministrar burbujas 52 generadas por una bomba externa y fuente de gas (no mostrada) dentro de la fuente de alimentación. Las burbujas de gas (preferiblemente aire) se suministran a la fuente de alimentación a través de una serie de tuberías 54 con aperturas 56 o boquillas. A medida que las burbujas 52 salen de las aperturas 56, se elevan verticalmente dentro de la fuente de alimentación a lo largo de la trayectoria de f lujo de fluido definida por la separación entre las hojas de membrana verticalmente alineadas. A medida que las brujas 52 pasan a lo largo de la trayectoria de flujo de fluido, tallan efectivamente las superficies externas de las hojas de membrana y al menos remueven parcialmente sólidos acumulados de la estructura porosa de las hojas de membrana. Las burbujas 52 también transportan perlas (no mostradas) para limpiar mecánica y/o abrasivamente I os módulos de membrana de filtración y membranas 8, 10.

Aunque la descripción se hace particularmente a un biorreactor de membrana aeróbica, se entiende expresamente que las modalidades aquí descritas pueden trabajar también en un biorreactor de membrana anaeróbica. Otros tipos de membrana y dispositivos de filtración pueden limpiarse utilizando el sistema y el método de la presente descripción, en su modalidad variable.

El ensamble de filtración preferiblemente tiene una densidad de empaque relativamente alta. Más específicamente, el ensamble preferiblemente tiene un área de superficie específica de membrana de al menos 150/m, y en algunas modalidades al menos 200/m. Para propósitos de la presente invención, el término "área de superficie específica" significa el área de membrana activa del ensamble por volumen de unidad. El "área de membrana activa" significa las superficies externas de la membrana que son porosas y están en comunicación de fluido con los canales capilares. De esa forma, el uso de laminados no porosos, bordes de soporte y tiras de refuerzos se excluyen del "área de membrana activa". El volumen del ensamble incluye la región dentro de los bordes de las hojas de membrana (localizados entre las hojas de membrana de terminal en cada extremo del ensamble). De esa forma, el volumen incluye la separación entre hojas de membrana individuales 8. El uso de hojas de membrana presentes permite una separación más cercana de hojas de membrana.

La Figura 4 muestra la permeabilidad de todos los filtros de recinto 16a o módulos de alojamiento que contienen perla 6b con el tiempo. Todos los módulos comienzan con una permeabilidad en el rango de 400 a 500 l/(m2*h*bar) (permeabilidad inicial 100%). Puede observarse claramente que la permeabilidad permanece constante en un periodo de varios meses en los filtros de recinto 16a o módulos de alojamiento que contienen perla 6b con gránulos PP. La permeabilidad en los filtros de recinto 16a o módulos de alojamiento que contienen perlas 6b durante la fase experimental reducida en el curso de 2.5 meses a aproximadamente 40% de la permeabilidad inicial. Por medio de limpieza in situ semanal, la permeabilidad puede aumentar fácilmente aproximadamente a 50% de su permeabilidad inicial.

Al agregar aproximadamente 0.5 a 1.0 kg/m3 de gránulos en el tren de referencia, la acción de limpieza de los gránulos podría demostrarse. En el curso de cuatro días, la permeabilidad aumentó a su estado inicial (Figura 4).

La Figura 5 muestra el resultado de una limpieza. La limpieza de membranas que ya soportan una capa de suciedad es posible. Un módulo de membrana de filtración que tuvo una permeabilidad de únicamente 20% de su permeabilidad inicial se trató con aire en un tanque de limpieza con agua y una adición de 1 a 10 kg/m3, en particular de aproximadamente 3 a 5 km/m3, de granulos durante aproximadamente 10 a 14 horas de tal forma que las partículas circularon. Después del término de la limpieza, el módulo de nuevo se colocó en operación y exhibió su permeabilidad inicial.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 6a-6c, se muestra un material de filtro de recinto en una modalidad preferida. La Figura 6a muestra un filtro de cuña de cable que tiene una pluralidad de soportes, que soportan una pluralidad de cables separados para formar una pluralidad de orificios regularmente espaciados. La pluralidad de cables está preferiblemente espaciada para contener sustancialmente todas de la pluralidad de partículas biológicamente resistentes no porosas dentro del recinto de alojamiento.

Como se muestra en la Figura 6c, los cables son preferiblemente de forma triangular y orientados para que la pata más pequeña del triángulo se oriente hacia el interior del recinto de alojamiento (es decir, la Figura 6a ¡lustra el material de filtro de recinto en una vista superior, la vista superior es el lado orientado hacia adentro cuando se ensambla para rodear los módulos de membrana). Esta orientación asegura que cualquier partícula biológicamente resistente no porosa que escape accidentalmente a través del filtro de cuña de cable no quede atrapada entre los cables, impidiendo consecuentemente la circulación del líquido a través del filtro de cuña de cable y cualquier diferencial de presión creado a través del recinto de alojamiento. Otros cables formados pueden lograr este mismo resultado sin apartarse del espíritu de la descripción .

Aunque la presente descripción se describe como un sistema y un método para tratar principalmente un sistema de biorreactor de membrana, se entiende expresamente que otros tipos de aparatos de filtración pueden limpiarse utilizando los sistemas y métodos aquí descritos. Por ejemplo, los sistemas de filtración descritos en las Patentes de E.U.A. Nos. 7,435,351, 7,223,247, 7,143,781, que se incorporan para referencia en sus totalidades, se consideran dentro del alcance de la presente descripción y pueden utilizarse en conjunto con los sistemas y métodos de la presente solicitud.

Aunque no se muestra en las figuras, las partículas que se describen aquí son importantes para el sistema y método descritos en esta descripción. Las partículas se seleccionan preferiblemente del grupo que consiste polipropileno, que contiene partícula llena de mineral o mineral, mezclas de policarbonato, elastómeros de poliuretano termoplástico (TPE), metacrilato de poli(metilo), tereftalato de poli(butileno), polioximetileno, polietileno, cloruro de poli(vinilo). Las partículas deben tener un diámetro medio entre 0.5 mm 10 mm, y preferiblemente entre 2 mm y 4 mm, y muy preferiblemente entre 3 mm y 3.5 mm. Las partículas preferiblemente tienen una de una forma generalmente esférica, elíptica, esferoide, eliptoide, cilindrica, o lenticular, o combinación de las mismas. La densidad preferida de las partículas está entre 1.0 g/ml y 1.10 g/ml, y muy preferiblemente 1.05 g/ml.

Se encontró que en el método para tratar agua no tratada o agua residual al utilizar partículas en los tanques de filtración, el control de la formación de capas de suciedad de membrana se refuerza. Se encontró que el efecto benéfico de las partículas utilizadas y la función básica de tratar el agua no tratada o agua residual que va a separar la biomasa y agua purificada entre si s e logra. Los costos de la limpieza química pueden reducirse por el método de acuerdo con la invención. De forma similar, el efecto sobre el ambiente es menos duradero, ya que se liberan menos químicos y por lo tanto el potencial para productos secundarios tal como, por ejemplo, compuestos de halógeno orgánicos absorbibles, se reduce.

Aunque se han descrito con detalle varias modalidades de la presente descripción, es evidente que ocurrirán modificaciones y alteraciones a aquellas modalidades para aquellos expertos en la técnica. Sin embargo, se debe entender expresamente que tales modificaciones y alteraciones están dentro del alcance y espíritu de la presente descripción, como se describe en las siguientes reivindicaciones. Para ilustración adicional, la descripción de la invención reclamada como se abarca en las reivindicaciones anexas a esto se hacen expresamente una parte de esta descripción y se incorpora aquí para referencia en su totalidad.

La discusión anterior de la descripción ha sido presentada para propósitos de ilustración y descripción. Lo anterior no pretende limitar la descripción a la forma o formas aquí descritas. En la Descripción detallada anterior por ejemplo, se agrupan varias características de la descripción en una o más modalidades para el propósito de dirigir la descripción. Este método de descripción no va a interpretarse como reflejando una intención de que la descripción reclamada requiere más características que lo expresamente mencionado en cada reivindicación. Más bien, como reflejan las siguientes reivindicaciones, los aspectos inventivos yacen en menos de todas las características de una modalidad descrita anterior individual. De esa forma, las siguientes reivindicaciones se incorporan aquí dentro de la Descripción detallada, cada reivindicación siendo independiente como una modalidad preferida separada de la descripción.

Además, aunque la presente descripción ha incluido la descripción de una o más modalidades y ciertas variaciones y modificaciones, otras variaciones y modificaciones están dentro del alcance de la descripción, por ejemplo, ya que están dentro de la habilidad y conocimiento de aquellos expertos en la técnica, después de entender la presente descripción. Se pretende obtener derechos que incluyen modalidades alternativas al grado permitido, incluyendo estructuras, funciones, rangos o pasos alternos, intercambiables y/o equivalentes a aquellos reclamados, ya sea o no que tales estructuras, funciones, rangos o pasos alternos, intercambiables y/o equivalentes se describan aquí, y sin pretender dedicar públicamente cualquier tema patentable.

El Cuadro 1 muestra los criterios para la selección de partícula.

CUADRO 1

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1.- Un método para limpiar módulos de membrana de filtración, que comprende: rodear al menos parcialmente uno o más módulos de membrana de filtración que serán limpiados en una estructura de recinto de alojamiento; lavar uno o más de los módulos de membrana de filtración con un líquido que contiene partículas biológicamente resistentes no porosas; hacer circular las partículas biológicamente resistentes no porosas a través del líquido y en una forma para lograr contacto entre las partículas biológicamente resistentes no porosas y uno o más de los módulos de membrana de filtración; en donde los depósitos colocados sobre una o más superficies de las membranas de uno o más módulos de membrana de filtración se desgastan mecánicamente por las partículas, y en donde las partículas son de un tamaño suficiente para retenerse sustancíalmente dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

2.- El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la estructura de recinto de alojamiento rodea sustancíalmente uno o más de los módulos de membrana de filtración alrededor de al menos cinco lados de los módulos de membrana de filtración.

3.- El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la estructura de recinto de alojamiento rodea sustancíalmente uno o más de los módulos de membrana de filtración aproximadamente todos los lados de los módulos de membrana de filtración.

4. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de recinto de alojamiento está compuesta de material de filtro de cuña de alambre.

5. - El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el material de filtro de cuña de alambre comprende una pluralidad de elementos de filtración horizontales o verticales separados aproximadamente 2 mm a 4 mm.

6.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas son generalmente elipsoides en forma y tienen un diámetro más pequeño de aproximadamente 2 mm a 4 mm.

7. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de circular se logra a través de un diferencial de presión aplicado a través de los módulos de membrana de filtración y dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

8. - El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el diferencial de presión se aplica a través de una dirección individual dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

9. - El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el diferencial de presión se aplica a través de al menos dos direcciones dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

10. - Un sistema para limpiar un módulo de membrana de filtración, que comprende u n módulo de membrana de filtración que tiene una estructura de recinto de alojamiento que rodea dicho módulo, la estructura de recinto tiene una multitud de orificios regularmente separados de forma sustancial ahí, dicho recinto contiene una pluralidad de partículas biológicamente resistentes no porosas que cuando se establecen en circulación adyacente al módulo de membrana de filtración, los depósitos situados sobre las superficies exteriores de una membrana del módulo de membrana de filtración se desgastan mecánicamente por las partículas, en donde las partículas son de un tamaño más grande que los orificios de la estructura de recinto de alojamiento para restringir tales partículas dentro de la estructura de recinto de alojamiento.

11. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la estructura de recinto de alojamiento está compuesta de un filtro de cuña de alambre, y en donde los orificios regularmente separados son de aproximadamente 2 mm a 4 mm de ancho.

12. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas son generalmente elipsoides de forma y tienen un diámetro de aproximadamente 2 mm a 4 mm.

13.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas se forman de un polipropileno relleno con mineral.

14.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas formadas de un polipropileno relleno con mineral tienen una densidad entre 1.0 g/ml y 1.1 O g/ml.

15.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las partículas de polipropileno rellenas con mineral están rellenas con talco.

16.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas se establecen en circulación por un diferencial de presión aplicado a través del módulo de membrana de filtración.

17. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el diferencial de presión se aplica a través de una sola dirección.

18. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el diferencial de presión se aplica a través de al menos dos direcciones.

19. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la estructura de recinto de alojamiento rodea los módulos de membrana de filtración alrededor de todos los lados de los módulos de membrana de filtración.

20. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde las partículas biológicamente resistentes no porosas están formadas para desgastar depósitos colocados sobre superficies externas del módulo de membrana sin desgastar o remover la superficie de la misma membrana.