ES2988338T3 - Colector de módulo de membranas con tapas de extremo integradas - Google Patents

Abstract

Las membranas de filtración de láminas planas de carburo de silicio se apoyan en estructuras de colector/tapa terminal de una sola pieza. Los extremos de una gran cantidad de membranas de placa plana paralelas se encajan en ranuras de tapa terminal alargadas que forman parte de una única estructura de colector/tapa terminal moldeada, estando dicha estructura en cada extremo de la serie de membranas. Además, se puede proporcionar un módulo de marco externo de una sola pieza para recibir el conjunto de membranas de placa plana con colector/tapas terminales acopladas. En caso de que una placa esté dañada, se puede quitar la placa y reemplazarla junto con una sección especial de reparación de tapa terminal. Esto proporciona ventajas sobre los arreglos anteriores con tapas terminales individuales para cada módulo o encapsulado de las placas planas en una caja o cámara. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Colector de módulo de membranas con tapas de extremo integradas

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a la filtración por membrana, y particularmente a un aparato que conduce agua de permeado posfiltración desde membranas cerámicas de placa plana.

La mayoría de los suministradores de láminas planas de carburo de silicio (SiC) usan un filtro de lámina plana con tapas de extremo. Estas tapas de extremo (denominado tipo tapas de extremo en la presente memoria) tienen juntas tóricas y están insertadas en un solo cabezal de permeado. El agua filtrada viaja desde el exterior de la placa de filtro de SiC, a través de canales dentro de la placa, a las tapas de extremo y desde allí a un cabezal de permeado. Uno o dos suministradores encapsulan las placas planas en una caja o cámara (denominado tipo encapsulado en la presente memoria) en el extremo de modo que el agua se desplace directamente a un hueco en el extremo.

El problema principal con el tipo tapas de extremo es la necesidad de muchas juntas tóricas que pueden fallar y que son costosas de producir e instalar. El beneficio principal es que las membranas de lámina plana individuales pueden reemplazarse individualmente si se dañan. El problema principal con el tipo encapsulado es que el poliuretano que se usa para "encapsular" las membranas de lámina plana se puede hinchar y encoger significativamente con los cambios de temperatura y en aplicaciones sumergidas. Con esta expansión y contracción, las quebradizas láminas planas de membrana pueden romperse. Adicionalmente, al encapsular las placas, no se puede reemplazar una lámina individual.

El mismo tipo de sellador (poliuretano) se usa típicamente en ambas aplicaciones y no crea un problema con el tipo tapas de extremo ya que la cantidad de sellador es muy pequeña, por lo que el impacto es muy pequeño; adicionalmente, hay un pequeño espacio entre las placas.

La patente WO 2017/049408 describe un método de funcionamiento de un módulo de membrana microporosa sumergida que incluye monitorizar el rendimiento de la membrana para detectar la aparición de lodos en el módulo. Los depósitos sólidos formados durante la aparición de lodos se eliminan con un proceso de eliminación de lodos in situ, deteniendo la permeación mientras se airea el módulo, a una velocidad aumentada. El módulo de membranas tiene membranas de lámina plana texturizadas paralelas suspendidas entre un par de cabezales orientados verticalmente. Un aireador puede estar hecho de un canal de fondo abierto que tiene una serie de orificios que se elevan y se concentran hacia el centro del canal.

Compendio de la invención

Según la presente invención, se proporciona un sistema de filtración por membrana según la reivindicación 1, un método que puede funcionar en un sistema de tratamiento de aguas residuales según la reivindicación 6 y un conjunto de partes para un sistema de filtración por membrana según la reivindicación 9.

La invención resuelve los problemas anteriores con un conjunto de colector y tapa de extremo de una pieza, preferiblemente moldeado integralmente. Con la estructura de colector/tapa de extremo de la invención, la cantidad de sellador requerido se reduce significativamente y, de manera importante, se eliminan las juntas tóricas. En una realización principal de la invención, se puede sustituir una placa de membrana dañada; la sustitución implica un tipo de parche para acoplarse con el colector. Aunque es preferible el diseño integral de una pieza, la estructura de colector/tapa de extremo podría formarse en varias piezas que se ensamblan juntas en relación sellada.

Además, la invención en una realización puede incluir un módulo de bastidor externo de una pieza que recibe una dotación completa de membranas en un conjunto retenido por una unidad de estructura de colector/tapa de extremo en cada extremo. El conjunto, que puede incluir, por ejemplo, 20 o 25 membranas, se baja a su lugar de manera que el bastidor modular se acople con las unidades de tapa de extremo/colector y ayude a proporcionar soporte estructural rígido para las placas de membrana en servicio.

Un objeto importante de la invención es eliminar las juntas tóricas en los conjuntos de membranas cerámicas de placa plana mientras se proporciona una estructura unitaria de tapa de extremo/colector que se una eficientemente a una serie de placas de membrana, permita la sustitución de membranas individuales y sea fiable y de construcción robusta.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto o cartucho de una serie de membranas cerámicas de placa plana, retenidas en ambos extremos por una unidad de colector/tapa de extremo de la invención.

La Figura 2 es una vista en planta superior que muestra una unidad de colector/tapa de extremo de la invención.

La Figura 3 es una vista en perspectiva con mayor detalle que ilustra la invención.

La Figura 4 es una vista en planta que muestra el conjunto de la Figura 1 e indica una placa rota entre las placas de membrana cerámica.

La Figura 5 es una vista similar a la Figura 4, que muestra una placa rota que está siendo retirada.

La Figura 6 es una vista de alzado en sección que indica la retirada de una placa de membrana dañada con la ayuda de una plantilla de corte según la invención.

La Figura 7 es una vista en planta superior, ampliada en detalle, que muestra la plantilla de corte acoplada en la tapa de extremo/colector.

La Figura 8 muestra la plantilla de corte en perspectiva.

La Figura 9 es una vista en perspectiva que muestra una tapa de extremo de placa de sustitución de la invención.

La Figura 9A es una vista en perspectiva que muestra un acoplamiento de reparación como alternativa al dispositivo mostrado en la Figura 9.

La Figura 10 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto o cartucho de placas, retenido por tapas de extremo/colectores, y que indica la retirada y sustitución de una placa rota, en tres etapas.

La Figura 11 es una vista en perspectiva que muestra un módulo de bastidor externo para recibir las placas de montaje como en la Figura 1.

La Figura 12 es una vista en perspectiva que indica el apilamiento y la agrupación de conjuntos de placas retenidos en módulos de bastidor externos.

Descripción de realizaciones preferidas

En los dibujos, la Figura 1 muestra un conjunto o cartucho 10 de una multiplicidad de membranas 12 de filtración cerámicas de placa plana (p. ej., aproximadamente 20 o 25 placas), retenidas juntas como una unidad por tapas de extremo/colectores 14, una en cada extremo de la colección de placas. En algunos casos, las placas podrían estar cerradas en un extremo, de modo que la estructura de tapa de extremo/colector solo esté conectada para recibir líquido de permeado de las placas en un extremo de las placas, estando los otros extremos soportados o retenidos de una manera adecuada. Cada placa tiene un extremo recibido en una ranura de una estructura de colector/tapa de extremo en cada extremo.

La Figura 2 es una vista superior que muestra una tapa de extremo/colector 14, y la Figura 3 también muestra estas tapas de extremo/colectores 14 con mayor detalle, acopladas con las membranas. Cada estructura de colector/tapa de extremo 14 tiene un cabezal 16 (a veces denominado tubo cabezal), que es un tubo de recogida de permeado, y una serie de tapas 18 de extremo conectadas a y en comunicación con el interior del cabezal 16. Cada tapa de extremo es alargada, la altura total de las membranas, definiendo una ranura 20 que está dimensionada para encajar estrechamente sobre y recibir el extremo de una placa de membrana. Los extremos de las placas 12 de membrana están abiertos y suministran permeado al interior de la tapa de extremo, estando las tapas de extremo pegadas de manera segura a las placas de membrana usando cementos aplicados normalmente para conectar tapas de extremo de la técnica anterior a conductos o tubos. Como se ve en los dibujos, la estructura aguas abajo de las tapas 18 de extremo se estrecha hasta un cuello 22, que se extiende en toda la altura de las placas de membrana y las tapas de extremo, y que está conectado en su parte superior al tubo cabezal 16 para la entrega de líquido a ese cabezal. Preferiblemente, toda la estructura de la unidad 14 de tapa de extremo/colector está moldeada integralmente como una sola pieza, de un material plástico apropiado tal como Noryl, o una mezcla de Nylon-ABS, u otros plásticos fuertes seguros para el entorno de aplicación, que puede ser el tratamiento de aguas fecales.

Los cuellos estrechos 22 en las tapas de extremo proporcionan flexibilidad. La fijación de las placas de membrana con las tapas 18 de extremo alejada del tubo cabezal 16 mediante los cuellos 22 permite algo de doblado y flexión limitados de las placas, y con las tapas de extremo conectadas para la comunicación de líquido solo en sus partes superiores al tubo cabezal 16, las placas se sujetan de manera segura pero con algo de flexión permitida, evitando daños. Las tapas 18 de extremo también pueden estar conectadas juntas en su parte inferior o en cualquier otro lugar para añadir rigidez. Como ejemplo, si una estructura de colector/tapa de extremo está dimensionada como en la Figura 7, los cuellos tienen una anchura de aproximadamente 7 mm y pueden sobresalir de la tangente vertical del tubo cabezal aproximadamente 4 - 5 mm.

Los dibujos, incluyendo las Figuras 1, 2 y 3, muestran conductos 24 de salida en cada tapa de extremo/colector 14. Estos son para su conexión a conductos o tubos para la retirada del permeado, normalmente de una serie de conjuntos. Como se ilustra, estos conductos de salida tienen previstas varias juntas tóricas grandes (no mostradas) para conexiones estancas al agua. Sin embargo, las tapas 18 de extremo no implican juntas tóricas, que en la técnica anterior comprenden una multiplicidad de juntas tóricas más pequeñas que aseguran las tapas de extremo a tubos o cabezales de permeado, con algunas de las juntas tóricas fallando a menudo.

La Figura 4 muestra el conjunto 10 en vista en planta, mientras que la Figura 5 muestra el mismo conjunto pero con una placa 26 de membrana rota que se retira. Las Figuras 5 a 10 indican el procedimiento para la retirada y sustitución de una placa cerámica rota. En la Figura 6, que es una vista de sección transversal en alzado mirando a una de las membranas 12 de placa plana, se muestra una plantilla 28 acoplada sobre el cabezal 16 del colector/tapa de extremo. La plantilla 28 también se muestra en las Figuras 7, 8 y 10. Obsérvese que la vista de la Figura 6 de la plantilla 28 también es en sección transversal. La Figura 7 ilustra además el uso de una plantilla, y la Figura 8 muestra la propia plantilla. La línea 30 de corte de una hoja de sierra de arco también se indica en la Figura 6, proporcionando la plantilla una guía para cortar a través del cabezal 16 con el fin de recibir una sección de cabezal. Se realizan dos cortes paralelos, como se indica en la Figura 10, de manera que se corte un espacio en el cabezal, siendo el espacio lo suficientemente ancho como para abarcar el cabezal en ambos lados del cuello estrecho 22 de una tapa de extremo, teniendo ese cuello, en un ejemplo, aproximadamente 7 mm de ancho. Una vez que se han cortado ambos cabezales 16, como se ilustra en la Figura 10, cada cabezal está de este modo separado en dos piezas, reteniendo cada una las placas 12 de membrana restantes. La placa rota 26 se ha retirado en la Figura 10, simplemente levantando esa placa con sus tapas de extremo y secciones cortas de cabezal unidas, una en cada extremo.

Los cortes a través del tubo cabezal pueden hacerse sin una plantilla si se desea; también, podría usarse una amoladora en lugar de una hoja.

La Figura 7 muestra la tapa de extremo/colector 14 con mayor detalle, con la plantilla 28 de corte acoplada. En esta vista, se han realizado los cortes y se ha retirado la sección de cabezal/tapa de extremo. El dibujo muestra que las tapas de extremo integrales de la estructura 14 de tapa de extremo/colector están muy próximas entre sí, tan próximas como lo permita el moldeo, separadas por un espacio de aproximadamente 1 mm o menos. Estas podrían estar unidas en el moldeo, pero para facilitar mejor la retirada y sustitución de las placas, preferiblemente están separadas o sólo están mínimamente conectadas como se mencionó anteriormente.

La Figura 10 muestra una placa 31 de sustitución, con una sección 32 de sustitución de tapa de extremo especial en cada extremo. La tapa de extremo o sección 32 de sustitución de tapa de extremo también se muestra en la Figura 9, antes de ser fijada a una placa cerámica.

La Figura 10 muestra que, habiendo sido retirada una placa rota o defectuosa 26 del conjunto de placas, dejando un espacio, la placa 31 de sustitución con tapas 32 de extremo especiales se mueve a su posición. El colector 16 puede separarse para alojar un collarín anular 34 de la tapa 32 de extremo, que tiene una anchura mayor que el hueco, es decir, más ancho que la parte de colector que se ha retirado. Las secciones de colector se mueven entonces de nuevo a su lugar, sobre los collarines, con sellador adhesivo aplicado para unir permanentemente los collarines a los colectores. Para una estructura de tapa de extremo/colector con una anchura de cuello de aproximadamente 7 mm, como anteriormente, el collarín 34 puede tener una anchura de aproximadamente 19 mm.

También es posible después de la retirada de una placa de membrana reparar simplemente la rotura en el cabezal 16 sin sustituir la placa de membrana defectuosa. Manguitos de acoplamiento, tal como se muestra en la Figura 9A, vuelven a unir las secciones separadas del cabezal.

La Figura 7 muestra las tapas 18 de extremo espaciadas sólo ligeramente, tan cerca como sea posible para moldear la estructura, preferiblemente mediante moldeo por inyección. Como se indicó anteriormente, en realidad podrían estar conectadas, sin espacio entre ellas, y podría usarse una hoja de sierra para cortar entre tapas de extremo para extraer esa sección de del tubo cabezal 14.

Las Figuras 11 y 12 muestran un módulo 38 de bastidor externo de una pieza, preferiblemente moldeado integralmente de plástico, que está configurado para recibir el conjunto o cartucho de placas 12 con tapas de extremo/cabezales 14, tal como se muestra en la Figura 1. Como se muestra en el dibujo, las paredes interiores 40 de extremo del módulo 38 tienen preferiblemente series de ranuras paralelas 42 que se prolongan verticalmente, dentro de las cuales se pueden deslizar los extremos exteriores 44 de las tapas 14 de extremo, para un ajuste seguro y de soporte con el módulo si se necesita una estructura añadida para ese fin. La Figura 12 muestra conjuntos de placas contenidas en los módulos, con cuatro de los módulos 38 portadores de placas dispuestos en disposición apilada y lado a lado. El permeado de todos estos conjuntos de placas puede ser evacuado en tubos conectados a los conductos 24 de salida. Se aplica succión a las membranas a través de estos conductos 24 de salida.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de filtración por membrana con una serie de membranas (12) de microfiltración que reciben líquido en sus superficies exteriores para eliminar contaminantes y crear un permeado en el interior de las membranas, siendo el permeado evacuado a través de tubos, comprendiendo el sistema:

que las membranas son membranas cerámicas (12) de placa plana posicionadas en disposición plana paralela una al lado de otra,

que las placas de membrana están en un conjunto (10) de placas que incluye, al menos en un extremo de la serie de placas, una estructura (14) de tapa de extremo/colector de material plástico moldeado, que tiene un cabezal (16) generalmente horizontal en un lado superior y una serie de tapas (18) de extremo orientadas verticalmente, cada una con una ranura que se ajusta estrechamente sobre el extremo de una placa y que está pegada al mismo, estando las tapas (18) de extremo en comunicación de fluido con el cabezal (16) de manera que las tapas de extremo reciben permeado de las membranas para llevar el permeado de las placas (12) al cabezal (16) mediante una conexión de líquido, y

que el conjunto (10) de placas está desprovisto de juntas tóricas en las tapas de extremo,

por lo que las placas (12) de membrana son retenidas en el conjunto (10) por la estructura (14) de tapa de extremo/colector y están conectadas de forma segura y en una relación estanca a los fluidos con la estructura de tapa de extremo/colector sin juntas tóricas.

2. El sistema de filtración por membrana de la reivindicación 1, en donde la estructura (14) de tapa de extremo/colector está moldeada integralmente como una sola pieza.

3. El sistema de filtración por membrana de la reivindicación 1, que incluye además secciones (32) de tapa de extremo de sustitución para la sustitución de placas dañadas, teniendo cada una de las secciones de tapa de extremo de sustitución un acoplamiento o collarín (34) para encajar estrechamente sobre el tubo cabezal (16) y teniendo una tapa de extremo de sustitución integral con, y que se extiende hacia abajo desde, el acoplamiento o collarín (34), teniendo la tapa de extremo de sustitución una ranura para encajar estrechamente sobre un extremo de una placa (31) de membrana de sustitución, por lo que el tubo cabezal (16) en un conjunto de placas con una placa dañada puede cortarse con amoladora o cortarse a través en dos lugares a cada lado de una tapa (18) de extremo integral del conjunto para retirar la placa dañada (26) y una sección corta de cabezal, después de lo cual una placa (31) de sustitución que tiene una sección (32) de tapa de extremo de sustitución en uno o ambos extremos puede ponerse en su lugar con el acoplamiento o collarín (34) de la sección (32) de tapa de extremo de sustitución deslizado sobre el tubo cabezal (16) y asegurado al mismo mediante adhesivo.

4. El sistema de filtración por membrana de la reivindicación 1, que incluye además acoplamientos de reparación para el cabezal (16), para ajustarse estrechamente sobre el cabezal, por lo que el tubo cabezal (16) en un conjunto de placas con una placa dañada (26) puede cortarse con amoladora o cortarse a través en dos lugares a cada lado de una tapa (18) de extremo integral del conjunto para retirar la placa dañada y una sección corta de cabezal, después de lo cual puede colocarse un acoplamiento de reparación con el acoplamiento de reparación deslizado sobre el cabezal para unir secciones separadas del cabezal entre sí, asegurado mediante adhesivo.

5. El sistema de filtración por membrana de la reivindicación 1, en donde el sistema de filtración por membrana recibe aguas residuales tratadas en una planta de tratamiento de aguas residuales.

6. Un método que puede funcionar en un sistema de tratamiento de aguas residuales que tiene una multiplicidad de membranas cerámicas (12) de placa plana conectadas a un colector (14), para sustituir una placa (26) de membrana dañada individual mientras se conservan las placas de membrana restantes en un conjunto (10), comprendiendo el método:

proporcionar una estructura (14) de tapa de extremo/colector moldeada integralmente en plástico como una sola pieza y que tiene un tubo cabezal (16) al que están conectadas una serie de tapas (18) de extremo orientadas verticalmente, cada una con una ranura configurada para encajar estrechamente sobre el extremo de una placa (12) de membrana, estando las tapas (18) de extremo y el tubo cabezal (16) en conexión de fluido de modo que las tapas de extremo puedan recibir permeado desde las membranas para dirigir el permeado al cabezal,

ensamblar una serie de membranas cerámicas (12) de placa plana en relación paralela espaciada en al menos una estructura (14) de tapa de extremo/colector, en un extremo de las placas de membrana con los extremos de las placas de membrana insertados en las ranuras de las tapas de extremo, incluyendo aplicar adhesivo de sellado para asegurar los extremos de las placas de membrana en las ranuras, para formar un conjunto (10) de placas,

hacer funcionar el conjunto (10) de placas en un baño de líquido a filtrar, de manera que el líquido es arrastrado al interior de los microporos de las placas (12) de membrana y es canalizado a través de las placas de membrana al interior de las tapas (14) de extremo y, en última instancia, al interior del tubo cabezal (16), y evacuar el permeado líquido con tubos conectados al tubo cabezal,

en caso de daño, rotura o fallo de una de las placas de membrana, retirar una sección corta del tubo cabezal (16) de modo que incluya la tapa (14) de extremo que está asegurada a la placa dañada (26), para retirar la placa dañada y la sección del tubo cabezal (16) entre dos secciones separadas del tubo cabezal, dejando así un espacio en el tubo cabezal donde estaba situada la placa dañada,

sustituir la placa dañada mediante una de estas opciones

(a) proporcionar una sección (32) de tapa de extremo de sustitución para sustituir la placa dañada y la sección retirada del tubo cabezal, teniendo la sección de tapa de extremo de sustitución un acoplamiento o collarín (34) para encajar estrechamente sobre el tubo cabezal y teniendo una tapa (18) de extremo integral con y que se extiende hacia abajo desde el acoplamiento o collarín (34) y con una ranura para encajar estrechamente en un extremo de una placa de membrana de sustitución, y unir y adherir una placa (31) de membrana de sustitución a una sección (32) de tapa de extremo de sustitución, y posicionar el acoplamiento o collarín (34) de la sección de sustitución de tapa de extremo en el espacio los tubos cabezales (16) y, con adhesivo aplicado, deslizar el tubo cabezal en el interior del acoplamiento o collarín (34) a ambos lados del acoplamiento o collarín, para parchear los tubos cabezales (16) e instalar la placa (31) de membrana de sustitución; o

(b) proporcionar un acoplamiento de reparación que se ajuste estrechamente sobre el tubo cabezal (16) y volver a unir las secciones separadas del cabezal deslizando el acoplamiento sobre ambas secciones separadas con adhesivo para sellar el acoplamiento al tubo cabezal, sin colocar una nueva membrana en la posición de la placa dañada (26).

7. El método de la reivindicación 6, en donde la etapa de retirar una sección de tubo cabezal (16) comprende usar una plantilla (28) y serrar y quitar una sección de tubo cabezal (16) con la tapa (18) de extremo integral que soporta la placa dañada (26).

8. El método de la reivindicación 6, en donde la etapa de retirar una sección de tubo cabezal (16) comprende cortar con amoladora o de otro modo y quitar la sección de una parte restante del tubo cabezal.

9. Un conjunto de piezas para un sistema de filtración por membrana con una serie de membranas (12) de microfiltración que reciben líquido en sus superficies exteriores para eliminar contaminantes y crear un permeado en el interior de las membranas, siendo evacuado el permeado a través de tubos, que comprende:

que las membranas son membranas cerámicas (12) de placa plana posicionadas en disposición plana paralela una al lado de otra,

que las placas de membrana están en un conjunto (10) de placas que incluye, al menos en un extremo de la serie de placas, una estructura unitaria (14) de tapa de extremo/colector de material plástico moldeado, que tiene un cabezal (16) generalmente horizontal en un lado superior y una serie de tapas (18) de extremo orientadas verticalmente, cada una con una ranura que se ajusta estrechamente sobre el extremo de una placa y que está pegada a la misma, estando las tapas (18) de extremo en comunicación de fluido con el cabezal (16) de manera que las tapas de extremo reciben permeado desde las membranas para introducir el permeado en el cabezal, y

una pluralidad de secciones (32) de sustitución de tapa de extremo para la sustitución de placas dañadas, teniendo cada una de las secciones de sustitución de tapa de extremo un collarín (34) para encajar estrechamente sobre el tubo cabezal (16) y teniendo una tapa (18) de extremo de sustitución integral con, y que se extiende hacia abajo desde, el collarín (34), teniendo la tapa de extremo de sustitución una ranura para encajar estrechamente sobre un extremo de una placa (31) de membrana de sustitución,

por lo que el tubo cabezal (16) en un conjunto (10) de placas con una placa dañada (26) puede cortarse con amoladora o cortarse a través en dos lugares a cada lado de una tapa (18) de extremo integral de la estructura (14) de tapa de extremo/colector para retirar la placa dañada (26) y una sección corta de tubo cabezal (16) en el extremo de la placa dañada (26), después de lo cual una placa (31) de sustitución que tiene una sección (32) de tapa de extremo de sustitución puede ponerse en su lugar con los collarines (34) de las secciones (32) de tapa de extremo de sustitución deslizados sobre el tubo cabezal (16) y asegurados al mismo mediante adhesivo.

10. Un conjunto de piezas como en la reivindicación 9, en donde la estructura (14) de tapa de extremo/colector es unitaria, moldeada integralmente como una sola pieza.

11. Un conjunto de piezas como en la reivindicación 9, en donde el conjunto (10) de placas incluye dos de dichas estructuras (14) de tapa de extremo/colector, una en cada extremo de la serie de placas (12).