BR0007181B1 - dispositivo de ultrafiltraÇço e microfiltraÇço e processo de lavagem. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITI-VO DE ULTRAFILTRAÇÃO E MICROFILTRAÇÃO E PROCESSO DE LAVAGEM".

Esta invenção refere-se à purificação de água e, mais especifi-camente, refere-se a um sistema de filtração de água por membrana paraaplicação doméstica, por exemplo para fornecer um suplemento confiável deágua segura com somente manutenção mínima.

Deflagrações recentes de doenças provocadas pela presençade cistos parasitas tais como cryptosporidium e Giardia Lambia em supri-mentos de água municipais criaram uma grande necessidade por sistemasque fornecem água potável sem temor de doença. A maioria das municipali-dades confia na destruição destes patógenos com cloro, o qual é somenteparcialmente eficaz. Alguns sistemas de purificação de água utilizam desin-fecção por luz ultravioleta, porém, como com o cloro, esta tecnologia tam-bém é somente parcialmente efetiva na destruição de patógenos presentesna água, e especialmente os cistos parasitas mencionados acima.

Tem sido utilizada tecnologia com base em membranas parapurificar água. Contudo, a utilização de membranas convencionais está su-jeita a incrustações e requer limpeza química freqüente o que não é consi-derado seguro para utilização residencial ou comercial. Pequenos cartuchosdescartáveis são vendidos para aplicações pontuais, por exemplo, torneirada pia da cozinha, porém são de custo muito elevado e não fornecem prote-ção em toda a casa contra impurezas.

Diversas técnicas tem sido empregadas para melhorar a perme-abilidade através de membranas para prover água purificada. Por exemplo,a Patente US 4.921.610 descreve a remoção de sólidos de membranas pormeio de uma série de ciclos de limpeza química. O tempo e padrão ótimodos ciclos de limpeza são calculados a partir da taxa de diminuição da taxade vazão de filtrado, e o tempo e perda de filtrado em cada ciclo. Isto é rea-Iizado pela solução de uma equação que expressa a relação entre o fluxo defiltrado e o tempo, a partir da taxa de diminuição da taxa de vazão de filtradoapós cada aplicação de um ciclo de limpeza por retrolavagem via líquidoe/ou gás pressurizado; descontado o tempo e quantidade de filtrado perdi-dos a cada ciclo de retrolavagem; e calculando o tempo ótimo para a aplica-ção de retrolavagens via líquido e/ou gás, a partir da perda de filtrado, daperda de tempo, e da relação entre taxa de vazão de filtrado e tempo.

A Patente Japonesa 4-180.887 descreve passar água atravésde uma membrana de tecido oco a partir do interior para o exterior, e lavar asuperfície interna da membrana com água filtrada exceto durante momentosde tratamento. Água bruta é introduzida através de uma abertura de topo e éfiltrada antes de ser introduzida para a membrana oca e passar para forapor uma abertura de fundo. Um leito fixo de resina e carvão ativado tambémsão utilizados.

A Patente US 4.414.113 descreve um processo e aparelho pararemover sólidos dissolvidos de um líquido que utiliza a técnica de osmosereversa (RO). O líquido a ser tratado é direcionado para o interior de um va-so de pressão que contém uma pluralidade de elementos filtro posicionadosnele. Os elementos filtro tem fibras RO ocas enroladas ao redor de núcleoscentrais de foraminíferos de tal modo que o líquido escoa em uma direção apartir do lado de fora dos elementos filtro no sentido dos núcleos centrais. Olíquido permeado puro passa para o interior dos furos centrais das fibras e olíquido concentrado passa para o interior dos núcleos centrais dos elementos.

O processo e aparelho proporciona a lavagem dos elementosfiltro quando eles tornam-se incrustados. Além disto, um septo externo aofiltro pode ser aplicado ao redor das fibras RO ocas dos elementos para re-mover matéria particulada que poderia de outra maneira depositar nas fibrasRO ocas.

A Patente US 3.786.924 descreve um sistema de purificação deágua que incorpora uma unidade de osmose reversa para purificar água. Osistema produz duas correntes, uma de pureza muito elevada para beber,cozinhar e similar, e uma de qualidade mais baixa para utilização em vasosde toalete, para a rega de terrenos, irrigação de jardim e similar. O sistemafornece aparelho e técnicas para harmonizar as vazões varáveis inerentes aum sistema de água doméstico, com a vazão constante desejável para de-sempenho eficiente da unidade de osmose reversa. É feita previsão paralavagem automática e retrolavagem do elemento de osmose reversa.

A patente US 3.716.141 descreve um aparelho de separação desolvente para purificar água expondo água sob pressão a um meio de sepa-ração por solvente que inclui uma bomba de deslocamento não-positivo pa-ra elevar a pressão da água antes de direcionar para o interior do dispositivode separação de água e dispositivo que inclui dois orifícios pressurizadospara manter a pressão desejada e a vazão desejada da água através dodispositivo de separação de água e para lavar o dispositivo de separação deágua periodicamente sem a necessidade de ajustes adicionais para retornaro sistema para as condições operacionais normais.

A Patente US 3.992.301 descreve um sistema de lavagem elimpeza automática para máquinas de separação por membrana tais comomáquinas de osmose reversa que tem diversos módulos ou membranas. Alimpeza pode ser por meio de redução da pressão para permitir a membranarelaxar, por meio da injeção de ar ou gás inerte para fornecer turbulênciae/ou por meio de injeção de líquido de lavagem que pode incluir aditivosquímicos de limpeza. Bombas, válvulas automáticas e controles de pressãosão fornecidos juntamente com um sistema de seqüenciamento elétrico ope-rado no tempo pelo qual ciclos desejados de purga, lavagem e limpeza sãoassumidos automaticamente em intervalos periódicos ou em resposta a umaou mais condições preferenciais.

A Patente US 4.876.000 descreve um dispositivo filtro de fibraoca que tem uma caixa de filtro que é dividida por um elemento horizontalem uma câmara de líquido filtrado e uma câmara de filtração e uma plurali-dade de módulos filtro são suspensos voltados para baixo a partir do ele-mento horizontal. Cada um dos módulos inclui uma pluralidade de fibras o-cas que têm extremidades superiores abertas para a câmara de líquido fil-trado e também tendo extremidades inferiores abertas para uma câmara decoleta de líquido que é vedada da câmara de filtração e é arranjada para secomunicar com a câmara de líquido filtrado por meio de um conduto, de mo-do que o comprimento total da fibra é utilizado para filtração.

A Patente US 5.437.788 descreve uma montagem de filtro queinclui um alogamento dividido em uma primeira câmara e uma segunda câ-mara. Um elemento filtro é colocado na primeira câmara, e um condutor écolocado na, e se abre para a segunda câmara .Um bueiro introduz um lí-quido de retrolavagem a partir da segunda câmara para o interior do ele-mento filtro ou do conduto. Uma pressão diferencial é então estabelecidaentre a abertura no conduto e o exterior do elemento filtro para forçar o lí-quido de retrolavagem através do elemento filtro e com isto limpar o elemen-to filtro e/ou desmontar uma camada de pré-revestimento do elemento filtro.

A Patente US 5.053.128 descreve um processo de fabricaçãode um aparelho de difusão e/ou filtração que inclui um alongamento queconsiste em uma parte principal de extremidade aberta cilíndrica fechadapor meio de duas tampas extremas e que é dotada de uma entrada e saídapara um primeiro fluido e no mínimo uma saída para um segundo fluido, ditoprimeiro fluido sendo adaptado para escoar através das fibras de um feixede fibra ocas semipermeáveis dispostas entre duas paredes extremas den-tro do alongamento e dito segundo fluido sendo adaptado para ser removidodo espaço exterior das fibras através de dita no mínimo uma saída para osegundo fluido.

A Patente US 5.059.374 descreve um processo para vedar ummódulo de separação de membrana de fibra oca em um estojo.

A Patente US 5.160.042 descreve um feixe anelar de fibra ocade duas extremidades, um aparelho de separação de fluido que compreen-de o feixe anelar de fibra oca de duas extremidades que tem furos abertosem ambas as extremidades das fibras ocas embutidas nas duas folhas detubos encerradas em um invólucro que tem aberturas múltiplas, uma abertu-ra de entrada de fluido, uma abertura de saída não-permeada, e no mínimouma abertura de saída permeada, no qual dito feixe de fibra oca de duasextremidades é encerrado em uma barreira de película essencialmente im-permeável exceto para regiões de entrada situadas em áreas selecionadasentre as folhas de tubo e para processos para separar misturas de fluidos.A despeito destas descrições existe ainda uma grande necessi-dade para sistemas de filtração com base em membranas, adequados paraaplicações domésticas, comerciais e institucionais. Isto é, existe grande ne-cessidade por um sistema de filtração por membrana que venha a fornecerserviço confiável e seguro para a residência ou instituição por períodossubstanciais de tempo sem limpeza, de uma maneira efetiva em custo.

É um objetivo desta invenção fornecer um sistema de filtraçãobaseado em membrana, adequado para utilização doméstica.

É um outro objetivo desta invenção fornecer um sistema de fil-tração com base em membrana de fibra oca adequado para remover cistosparasitas tais como cryptosporidium e Giardia Lambia, bactérias tais comoE. colie vírus a partir de águas municipais, para fornecer água potável segura.

Ainda é um outro objetivo da invenção fornecer um processomelhorado para purificar água municipal para finalidades potáveis empre-gando filtração com base em membrana, na qual a limpeza da membrana éfacilitada para melhorar o escoamento. Ainda, é um outro objetivo da inven-ção fornecer um processo melhorado para purificar água municipal quanto acistos, por exemplo, utilizando membranas de fibra oca para microfiltraçãoou ultrafiltração, para proporcionar recuperação melhorada.

Ainda é um objetivo desta invenção fornecer um processo me-lhorado para purificar água municipal utilizando membranas de fibra oca pa-ra microfiltração ou ultrafiltração para fornecer água potável segura para to-das as residências em uma maneira efetiva em custo e por períodos subs-tanciais de tempo sem limpar as membranas.

Estes e outros objetivos tornar-se-ão evidentes a partir de umaleitura do relatório descritivo, reivindicações e desenhos anexados a ela.

De acordo com esses objetivos é fornecido um processo de puri-ficar água de alimentação para remover dela impurezas que incluem sólidossuspensos, o processo adequado para utilizar pressão de água em linhapara permear a água através de membranas e para retrolavar as membra-nas para remover sólidos coletados ou depositados nelas. O processo com-preende fornecer uma câmara definida por uma parede que tem um ladointerno e que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade.

Membranas tais como membranas de fibra oca selecionadas a partir demembranas de uItrafiItração e microfiltração estendem-se entre a primeiraextremidade ou região e a segunda extremidade ou região. Uma entrada deágua de alimentação é adaptada para conexão a uma linha de água paraintroduzir água de alimentação para a câmara na pressão em linha. Umasaída de água permeada é fornecida para direcionar água purificada atravésdo edifício. No processo, água de alimentação é introduzida através da en-trada para a câmara ou módulo até as membranas externas tais como mem-branas de fibra oca. A água de alimentação é filtrada na câmara utilizando apressão em linha para passar água através das membranas de fibra ocapara fornecer água permeada dentro das membranas de fibra oca e paraconcentrar sólidos suspensos do lado de fora ou sobre o lado do invólucrodas membranas de fibra oca para fornecer água concentrada. A água per-meada escoa para baixo dos espaços das membranas de fibra oca e é cole-tada em um coletor de permeado e distribuída para utilização. Uma porçãoda água permeada é direcionada para um tanque diafragma que reúne águapermeada sob pressão de água em linha, o tanque diafragma em conexãofluida com o coletor de permeado. Periodicamente a câmara ou módulo élavada com água de alimentação e ao mesmo tempo que isto, as membra-nas de fibras oca são retrolavadas com água permeada partir do tanque dia-fragma para remover sólidos a partir das membranas ao mesmo tempo quecontinua a passar água de alimentação através da câmara para lavar a águaconcentrada que contém sólidos a partir da câmara para um dreno.

É fornecido um sistema para purificar água de alimentação pararemover dela impurezas que incluem sólidos, o sistema adaptado para utili-zar pressão de água em linha para permear água através de membranas epara remover sólidos coletados sobre elas. O sistema compreende uma câ-mara que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, comuma entrada de água de alimentação na dita câmara para conectar a umalinha de água de alimentação e uma saída de água permeada e uma saídade água concentrada. A câmara contêm membranas tais como membranasde fibras ocas selecionadas a partir de membranas de uItrafiItração e micro-filtração fornecidas na dita câmara e colocadas entre a primeira extremidadee a segunda extremidade, as membranas de fibra oca em comunicação Ii-quida com a dita saída de água permeada e adaptada para permear água apartir da dita câmara através dela para o interior de espaços dela para puri-ficar água e rejeitar sólidos sob pressão de água em linha, para fornecerágua concentrada na dita câmara. Um coletor de água permeada é forneci-do para remoção de água permeada a partir de ditos espaços para redistri-buição. Um tanque diafragma é fornecido em comunicação líquida com ditocoletor de água permeada para armazenar água permeada na pressão deágua em linha para retrolavar as membranas com água permeada. Disposi-tivo de válvula é utilizado para remover periodicamente água concentrada dadita câmara através da saída de água concentrada e para abaixar a pressãona câmara abaixo da pressão da água em linha, dito dispositivo de válvularemovendo água concentrada e abaixando a pressão na dita câmara (i) ati-vando retrolavagem de ditas membranas com água permeada a partir dodito tanque diafragma para deslocar sólidos de ditas membranas para remo-ção com dita água concentrada durante dita drenagem, e (ii) ativando Iava-gem da dita câmara com água de alimentação durante dita lavagem periódi-ca e retrolavagem. O sistema pode ser drenado manualmente abrindo a vál-vula dreno ou o sistema pode ser drenado manualmente e retrolavado fe-chando a válvula de entrada de água e abrindo a válvula dreno.

A Figura 1 é uma vista em seção transversal de um sistema combase em membrana para purificar água, que mostra um tanque de filtração eum tanque de retrolavagem de acordo com a invenção.

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de um módulo demembrana de fibra oca e escoamento de água através de toda ela para puri-ficar água de acordo com a invenção.

As Figuras 3a e 3b são uma vista superior das membranas defibra oca e disposição em aranha para posicionar fibras na câmara 2.

A Figura 4 é uma vista de fundo de uma disposição em aranhade fundo na câmara 2.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal de um sistema depurificação de água que mostra um tanque de filtração e um tanque de retro-lavagem.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal de um sistema depurificação de água que mostra um cartucho de carvão ativado e dispositivode distribuição de cloro localizados entre um tanque de filtração e um tanquede retrolavagem.

A Figura 7 é um diagrama de controle para drenar periodica-mente e limpar o tanque de filtração e membranas.

A Figura 8 é um gráfico que mostra a quantidade de cloro versustempo para drenar água a partir do módulo.

Esta invenção fornece um sistema para purificação de águadoméstica para remover microorganismos e matéria particulada, inclusivematéria sólida. Outras impurezas que podem ser removidas incluem algunsmetais pesados, bem como ferro, enxofre e manganês. O sistema é projeta-do para operar na pressão em linha municipal ou pressão da linha de água esem a utilização de bombas adicionais. Além disto, uma vez que o sistemautiliza tecnologia com base em membrana, ele é projetado para fornecerretrolavagem utilizando pressão de água em linha.

Uma modalidade da invenção está mostrada na Figura 1. Namodalidade na Figura 1 é mostrado um tanque ou câmara 2 que tem entra-da de água de alimentação 4 montada no topo 6. Também é mostrado umtubo 8 que se estende a partir do fundo 10 para remover a água utilizadapara a lavagem. A câmara 2 contém um conduto perfurado 12 para carregarágua de lavagem e concentrado para o dreno 8. Contudo, a água concen-trada ou de lavagem pode ser removida utilizando um dreno na parede deperímetro 3 do tanque 2. A câmara 2 contém membranas (não-mostrado naFigura 1) que incluem membranas de ultrafiltração ou membranas de micro-filtração que permeiam a água de alimentação sob pressão de água em li-nha para fornecer água permeada que pode ser coletada em tanques decoleta de permeado ou cano 14. As membranas podem ser selecionadasdentre membranas de folha plana, membranas tubulares ou membranas defibra oca que podem ser retrolavadas. Água permeada recuperada dasmembranas ou do tanque de coleta de permeado 14 é direcionada ao longoda linha 16 para distribuição através de edifícios tais como casas, escolas,edifícios de escritórios, etc, a partir da linha 18 para fornecer um sistemacapaz de purificar água em uma base sob demanda.

Para finalidades de retrolavagem, uma porção da água permea-da é direcionada para o tanque diafragma 20 ao longo da linha 22 que estáem comunicação líquida com o tanque de filtração 2 através do tanque depermeado ou cano 14. Um volume de água permeada é armazenado notanque diafragma 20 sob pressão por meio do diafragma 21 utilizando pres-são de água em linha. Para lavar e ativar o tanque diafragma 20, é fornecidoum solenóide dreno 24. Isto é, para finalidades de limpar a superfície exter-na das membranas de fibra oca, periodicamente o solenóide dreno 24 abrepassando água concentrada para o dreno através do tubo 8, simultanea-mente com isto, devido à redução na pressão na câmara 2, o tanque dia-fragma 20 descarrega água permeada para o interior das membranas defibra oca e de volta através da parede da membrana, forçando sólidos oudetritos arrastados para fora dos poros. Ao mesmo tempo a água de alimen-tação lava o exterior ou lado do invólucro das membranas de fibra carregan-do sólidos deslocados e detritos arrastados para o dreno. Quando o sole-nóide dreno 24 é fechado a pressão se acumula na câmara 2 até a pressãoem linha e água de alimentação uma vez mais permeia as membranas defibra. O escoamento de água permeada é retornado para o edifício. Aomesmo tempo, o tanque diafragma 20 é enchido com a água permeada atéa pressão na linha para o próximo ciclo de lavagem. O tanque 2 pode serlavado diversas vezes e portanto diversas retrolavagens podem ser utiliza-das em seguida para melhorar vazão através das membranas, dependendoda qualidade da água que está sendo purificada. Por meio da utilização dotanque diafragma como aqui utilizado quer-se significar incluir qualquer tan-que que tenha dispositivo para sustentar pressão para finalidades de retro-lavagem tal como, por exemplo, um tanque que emprega ar aprisionado,referenciado aqui como um tanque de pressão.

Fazendo referência agora à Figura 2, é mostrada uma modali-dade preferencial do vaso ou câmara 2 onde números iguais referem-se acomponentes iguais como na Figura 1. Isto é, água de alimentação tal comoágua municipal na pressão da linha é introduzida através do topo ou tampasuperior 6 na entrada 4 que é acoplada à linha de água municipal. A tampa6 pode ser rosqueada, colada ou soldada sobre o vaso 2 para fornecer umajuste à prova de vazamento. Na modalidade mostrada na Figura 2 mem-branas de fibra oca 26 são mostradas localizadas substancialmente verti-calmente tendo extremidades 28 mortas e encerradas no cabeçote ou pri-meira região 29 na porção superior da câmara 2. Em uma modalidade,membranas de fibra oca 26 podem ser fornecidas na câmara 2 em feixes.Feixes de membranas de fibra oca 26 são dispostas ou mortas encerradasem feixes no cabeçote 29.

Uma disposição como aranha, como mostrado na Figura 3a eFigura 3b, pode ser utilizada na câmara 2 para finalidades de suporte datampa 6 e para distribuição de água de alimentação ao redor do perímetro34. Em uma modalidade (ver Figura 2), água de alimentação pode ser dis-persa para o interior da cavidade 40 entre o cabeçote 29 e a tampa 6 e dis-tribuída para a periferia 42 dela, onde é direcionada através de canais deparede 44 para a câmara 2 adjacente à sua parede para fornecer um esco-amento genericamente radialmente para dentro no sentido do conduto 12.

Uma segunda disposição em aranha 48 (ver Figura 4) pode serutilizada na porção fundo ou segunda região 46 do vaso 2. A segunda ara-nha 48 tem braços que se estendem radialmente 50, os quais se estendempara o perímetro ou borda 52 a partir de um cubo central 54. Membranas defibra oca 26 são encerradas no cabeçote 47 para permitir drenagem de águapermeada filtrada para o interior dos centros ou espaços delas a ser coleta-da em tanque de coleta de água permeada ou cano 14. A segunda aranha48 no perímetro 52 é vedada contra a parede interna do vaso 2 para impedirvazamento de água de alimentação ou água concentrada para o interior dotanque de coleta de permeado 14 e sua contaminação. Em adição, o condu-to 12 é vedado contra o cubo 54 da aranha 48 para impedir vazamento deágua de alimentação ou água concentrada. Como mostrado na Figura 2, oconduto ou elemento 12 estende-se desde a tampa de fundo 10 através docentro do vaso 2 até a aranha superior 32. No conduto 12, furos ou orifícios56 são fornecidos para finalidades de drenar água de alimentação ou águaconcentrada a partir da câmara 2 durante lavagem. Embora os furos 56 es-tejam mostrados na porção inferior do conduto 12, os furos podem se es-tender para cima tão longe quanto desejado. Assim, quando é requeridodrenar a câmara 2, água de alimentação e água concentrada são levadasao redor das membranas de fibra oca para o interior do conduto 12 atravésdos furos 56 e para interior do tubo dreno 8 (Figura 1). Será observado queo conduto 12 é vedado contra a extremidade de fundo 10 na parede 7 paraimpedir vazamento para o tanque de água permeada ou distribuidor 14.

O vaso 2 e as tampas de topo e de fundo 6 e 10 podem ser fa-bricadas de metal ou de material plástico, uma vez que somente baixaspressões, por exemplo, pressão de água em linha, é utilizada na câmara 2.

Para finalidades de obter vazões de 2,28 até 4,55 l/min (0,5 até10 galões por minuto) de permeado na vazão de pico com uma queda depressão de cerca de 1,05 kg/cm2 (15 PSI) (pressão em linha), são requeri-dos (18,6 até 93 m2 (200 até 1.000 pés quadrados) de área superficial demembrana. Assim, feixes suficientes de membranas de fibra oca com umcomprimento requerido deveriam ser utilizados para fornecer tais vazões.Como um exemplo, a Figura 3a mostra 8 feixes de membranas de fibra oca.A câmara 2 é dotada de feixes de fibras que ocupam até 50% em volume dacâmara 2.

Para finalidades de fornecer água potável é preferido utilizarmembranas de fibra oca que tem uma dimensão de poro menor do que 1μιτι e mais preferivelmente menor do que 0,5 μιη com uma dimensão de po-ro típica para a membrana estando na faixa de 0,001 até 1 μιτι.

As membranas de fibra oca estendem-se substancialmente ver-ticalmente a partir do cabeçote 47 até o cabeçote 29, respectivamente. Seráentendido que a câmara 2 pode ser dotada na posição horizontal com asmembranas de fibra oca estendendo-se na horizontal a partir do cabeçote47 até o cabeçote 29. Além disto, o tanque de filtração pode estar localizadono fundo e o tanque diafragma localizado no topo com a entrada para águade alimentação estando localizada do lado do tanque 2, por exemplo. Assim,o módulo de membrana é constituído de uma multiplicidade de fibras ocasatravés das quais o fluxo alcança um valor constante relativamente elevado.

As porções extremas terminais de fibras em cada cabeçote são substanci-almente livres de contato de fibra com fibra. As fibras podem operar comuma pressão diferencial trans-membrana na faixa de cerca de 0,007 até1,78 kg/cm2, (0,1 psi até cerca de 25 psi), com as fibras ocas preferenciaistendo uma pressão diferencial trans-membrana na faixa de cerca de 0,014até 1,41 kg/cm2 (0,2 até 20 psi). Pressão em linha, por exemplo 1,41 até7,03 kg/cm2, (20 até 100 psi) é suficiente para superar a pressão através damembrana preferencial.

As fibras ocas preferenciais são feitas de polímeros orgânicos ecerâmicas, sejam isotrópicas ou anisotrópicas com uma camada fina ou pelesobre a superfície externa das fibras. Algumas fibras podem ser feitas depolímero trançado coberto com um látex de borracha natural poroso ou ummaterial polimérico celulósico insolúvel em água. Polímeros orgânicos prefe-renciais para fibras são polissulfonas, poli(estirenos), PVDF, (fluoreto de po-livinilideno, e PAN (poliacrilonitrila) que inclui copolímeros que contém esti-reno, tal como acrilonitrila-estireno, butadieno-estireno e copolímeros estire-no-vinil-benzil-haleto, policarbonatos, polímeros celulósicos, polipropileno,poli (cloreto de vinila), poli(tereftalato de etileno), e similares descritos naPatente US 4.230.463 cuja descrição é incorporada aqui para referênciacomo se aqui descrita totalmente.

Para membranas de fibra oca, o diâmetro externo de uma fibra éno mínimo 20 μιτι e pode ser tão grande quanto cerca de 3 mm, estandotipicamente na faixa desde cerca de 0,3 mm até 2 mm. Quanto maior o diâ-metro externo menor a relação de área superficial por volume unitário defibra. A espessura de parede de uma fibra é no mínimo 5 μηι e pode ser tan-to quanto 1,2 mm, estando tipicamente na faixa desde cerca de 15% ou atécerca de 60% do diâmetro externo da fibra, mais preferivelmente desde 0,2mm até 1,2 mm. Tipicamente, pressão de ruptura e pressão de compressãodas fibras ocas são maiores do que 7,03 kg/cm2 (100 psi).

O diâmetro de seção transversal do poro médio em uma fibrapode variar amplamente, estando na faixa desde cerca de 10 até 10.000 Á.O diâmetro de poro preferencial para ultrafiltração está na faixa de desdecerca de 10 até 1000 Á e para microfiltração na faixa desde 1000 até10.000 Á. Embora referência seja feita a membranas de fibra oca, qualquermembrana inclusive membranas de microfiltração pode ser utilizada, desdeque forneça água purificada sob pressão de água em linha e permita a lim-peza em uma base periódica para a vida prolongada da membrana.

Para finalidades da invenção, a pressão da água em linha podese situar desde 1,05 até 7,03 kg/cm2 (15 até 100 psi) para finalidades depermitir permear a água através das membranas de fibra oca para fornecerágua purificada. Além disto, nestas pressões o sistema é capaz de produzir0,455 até 45,5 l/min (0,1 - 10 gpm) e tipicamente 31,9 l/min (7 gpm) de va-zão de pico de água permeada.

Para que o sistema de membrana alcance estas vazões, é im-portante que o vaso 2 seja desconcentrado de impurezas de matérias coloi-dais e sólidos suspensos. Por meio do termo "concentrado" como aqui utili-zado, quer-se significar a água de alimentação contida no vaso 2 que nãopassou através das membranas de fibra oca 26 e que é coletada do lado defora do lado do invólucro juntamente com sólidos ou outras matérias quesão rejeitadas pela membrana. Será observado que o líquido no lado do in-vólucro do vaso 2 torna-se mais concentrado em sólidos e impurezas com otempo de operação. Assim, para manter vazões elevadas a baixas pressõesé importante desconcentrar ou remover matéria rejeitada da câmara 2 peri-odicamente, o que depende em alguma medida da qualidade da água, paraevitar a acumulação excessiva de sólidos e matéria suspensa na superfícieda membrana, e o declínio esperado no escoamento. De acordo com a in-venção a câmara 2 é lavada periodicamente com água de alimentação a-brindo o tubo dreno 8 utilizando o solenóide dreno 24 (Figura 1) que permiteo escoamento livre de água de alimentação para o interior e para fora dacâmara 2, proporcionando com isto uma ação de lavagem de água de ali-mentação ao redor das membranas de fibra oca 26. A água de alimentaçãodeixa a câmara 2 através do tubo perfurado 12 desconcentrando assim aacumulação de sólidos na câmara 2. Será observado que abrir o dreno 8para lavar com água de alimentação a câmara 2 tem o efeito de reduzir apressão na câmara 2 abaixo da pressão de água em linha até aproximada-mente a pressão atmosférica. Assim, o escoamento de água permeada parao interior dos espaços das membranas de fibra oca é interrompido quando apressão na câmara 2 é reduzida. Ao mesmo tempo, ao reduzir a pressão nacâmara 2 e lavar água de alimentação para o dreno 8, água permeada ar-mazenada na pressão da linha no tanque de diafragma 2 escoa de voltapara o interior das membranas de fibra oca e desloca sólidos ou materialparticulado capturado sobre a superfície externa das membranas. Assim,lavagem com água de alimentação combinada com retrolavagem com águapermeada operam para limpar as membranas de fibra oca e para descon-centrar ou purgar o vaso 2.

Será observado que um fator importante é a quantidade de tem-po requerido para desconcentrar ou purgar o vaso 2, especificamente quan-do o sistema é utilizado para tratar água para edifícios domésticos ou deescritórios, onde é importante que haja interrupção mínima do suprimentode água. Assim, fornecer água de alimentação no topo 6 e retirar a águapermeada e água concentrada no fundo 10 é uma característica útil do sis-tema. Isto é, foi descoberto que montar a câmara 2 e as membranas 26 demaneira substancialmente vertical resulta em os sólidos se reunirem na por-ção inferior 56 do recipiente 2. Isto é importante para finalidades de lavagemuma vez que os sólidos concentrados na porção inferior 56 são removidosdurante a lavagem com água de alimentação. Assim, a lavagem é apressa-da e a duração da lavagem e desconcentração é minimizada. De acordocom a invenção, a lavagem com água de alimentação pode ser realizadacom 0,5 volume até três volumes do módulo de água de alimentação, comuma quantidade preferida sendo 0,5 até 1 volume de módulo de água dealimentação. Em um outro aspecto da invenção, a água de alimentação po-de ser introduzida no fundo ou laterais do tanque 2 e a água de dreno podeser removida no topo ou laterais, porém esta é uma modalidade menos pre-ferencial.

Além disto, para finalidades de retrolavagem com água permea-da armazenada no tanque diafragma 20, a retrolavagem pode ser consegui-da com cerca de 0,25 até 0,75 volume da câmara 2 de água permeada apartir do tanque diafragma 20. Embora o tanque diafragma 20 seja dimensi-onado para fornecer volume suficiente de retrolavagem, ele pode tambémser dimensionado de maneira suficiente para fornecer água permeada adi-cional para utilização doméstica para a curta duração da lavagem da câma-ra 2. Isto é, tanto quanto fornecer água para retrolavar as membranas defibra oca 26, o tanque diafragma 20 pode fornecer água sob pressão parautilização doméstica durante a retrolavagem. Ao utilizar sistemas de supri-mento de água de poço, um tanque diafragma já pode estar presente e po-de ser incorporado com o sistema de filtração para fornecer retrolavagem.

O volume de água de alimentação requerido para lavagem podevariar, dependendo da qualidade da água de alimentação e da freqüênciacom a qual a lavagem é realizada. Assim, preferivelmente, lavagem comágua de alimentação é realizada no mínimo uma vez em cada período de 24horas. O tempo de lavagem deveria ser realizado em horas fora de pico taiscomo 2 horas da manhã, o que também tem a vantagem de pressão eleva-da na linha de água, o que aumenta a eficácia da retrolavagem. Além disto,diversas lavagens/retrolavagens consecutivas podem ser empregadas, de-pendendo da qualidade da água.

Uma outra característica importante de desconcentrar o vaso 2 éa duração de tempo requerida para realizar a lavagem com água de alimen-tação e a retrolavagem com água permeada. Assim, é preferido que estaação seja realizada em menos do que 3 minutos e, tipicamente, menos doque 1,5 minuto para evitar interrupção de suprimento de água para o edifí-cio.

Será observado que o vaso 2 pode ser drenado com escoamen-to de água de alimentação desligado e sem utilização de uma retrolavagemde água permeada, dependendo da quantidade de sólidos alojados sobre asmembranas. A drenagem sem retrolavagem pode melhorar o escoamentoaté 50%, tipicamente 10 até 35%. Alternativamente, o vaso 2 pode ser dre-nado com o escoamento de água de alimentação desligado ao mesmo tem-po que utiliza retropulso ou retrolavagem a partir do tanque diafragma 20para remover sólidos das membranas. Uma válvula de ar pode ser fornecidaem 15 para adicionar ar quando o concentrado é removido, ou para removerar aprisionado a partir do tanque 2 quando a água de alimentação é adicio-nada.

Na invenção, um método de retrolavagem que fornece um volu-me mínimo de água para deslocar água presente no módulo 2 parcialmenteou completamente, é o processo preferencial para limpeza de manutençãoda membrana. Sob operação normal a válvula dreno é fechada e água éfiltrada sobre demanda. Como observado, alguma da água filtrada é acumu-lada no tanque diafragma. A válvula dreno pode ser aberta a uma freqüênciade cada três horas até uma vez cada semana, com a freqüência preferencialsendo uma vez por dia. Isto faz com que a água de alimentação escoe (verFigura 1) a partir do topo externo do módulo 2 até o centro do fundo e dreneaté a linha de dreno 8, lavando os sólidos e impurezas acumuladas durantea filtração. Também isto faz com que a pressão no módulo caia, resultandoem escoamento inverso de água a partir do tanque diafragma através doespaço da fibra e de volta através da parede da fibra. Isto destaca os sólidoscoloidais e outras impurezas depositadas sobre a parede da fibra durante afiltração. As impurezas assim removidas são drenadas a partir do tanque defiltração 2 uma vez que a válvula dreno está aberta ao mesmo tempo que aretrolavagem ocorre. Depois de um tempo pré-ajustado a válvula dreno éfechada e a filtração é retomada. O tanque de retrolavagem é enchido no-vamente no início do ciclo de filtração e está pronto para operação. O usuá-rio pode ajustar o tempo. A freqüência de lavagem pode ser ajustada em umtemporizador para se adequar a requisitos.

A dimensão do tanque de retrolavagem 20 deveria ser tal que nomínimo um terço do volume do módulo 2 é fornecido como retrolavagem. Oprocesso de limpeza pode se situar desde cerca de um terço de um deslo-camento módulo de retrolavagem para a água com característica de baixoresíduo até mais do que 5 deslocamentos módulo para água com alto resí-duo suprida a uma baixa pressão. Por exemplo, em água de superfície não-tratada com alto nível de impurezas orgânicas e baixa pressão de alimenta-ção, retrolavagem freqüente ou retro-lavagens múltiplas podem ser requeri-das com grande deslocamento de volume de retrolavagem para manter pro-dução aceitável. Na presente invenção o sistema de retrolavagem e lava-gem pode ser operado com uma válvula como anotado anteriormente, aqual é a válvula 24 (Figura 1) ou "válvula dreno" como anotado na Figura 7,fornecendo com isto um sistema enormemente simplificado para operaçãodoméstica.

De acordo com a invenção uma montagem de módulo múltiplopode ser utilizada para grandes instalações tais como unidades de habita-ções múltiplas, utilização comercial, industrial e institucional. Em tais casos,uma modalidade simples descrita acima com um único tanque de retrolava-gem pode ser utilizada para permitir limpeza de manutenção de todos osmódulos simultaneamente. Alternativamente, cada montagem de módulopode ser instalada em paralelo, com controles baseados em temporizadorpara permitir a retrolavagem e/ou lavagem de um módulo de cada vez, paraassegurar suprimento de água contínuo para o sistema.

Fazendo referência agora à Figura 5, é mostrada uma outra mo-dalidade da invenção na qual a câmara ou tanque de filtração 2 é mostradoconectado ao tanque de retrolavagem 20 por meio de qualquer dispositivoadequado que define um tanque de coleta de permeado ou cano 14. Estamodalidade essencialmente elimina a tubulação mostrada na Figura 1 e for-nece um sistema mais compacto. Na Figura 5, a entrada de água de alimen-tação 4 é mostrada no topo 6. Água de alimentação é introduzida através daentrada 4 para o interior do tubo 12 que é dotado de aberturas 60, para in-troduzir água para o lado do invólucro das membranas 26 adjacentes oujunto ao topo 6, como mostrado na Figura 5. O tanque 2 é adotado de umaabertura dreno 62 localizada na parede do tanque 2. A abertura dreno 62pode ser controlada com uma válvula ou dispositivo de válvula que pode ser,inclusive, uma válvula solenóide controlada por um temporizador como ob-servado com relação às Figuras 1 e 7. As membranas 26 são encerradas naextremidade morta no cabeçote 28 como descrito na Figura 5. Membranasde fibra oca 26 são encerradas no cabeçote 47 para permitir drenagem deágua permeada a partir de centros ou espaços de membranas de fibra oca26 para coleta no cano 14. A água permeada a partir do cano 14 é distribuí-da através da abertura 64 para tubulação no edifício que está sendo servido.

O tanque diafragma 20 está em comunicação líquida com o cano 14 paraque água permeada a partir dele entre no tanque diafragma 20 e comprimao diafragma 21 sob a pressão da linha para fornecer retrolavagem durante adrenagem do tanque 2. A comunicação líquida pode ser fornecida por meiode uma série de furos ou aberturas (não-mostrado) no elemento 23, que sãode escoamento livre e não restringem a operação de lavagem. Os tanques 2e 20 podem ser fabricados de material plástico moldado. O tanque 2 tem umdreno 62 moldado em seu lado como mostrado, e o tanque 20 tem a abertu-ra 64 moldada ou incorporada nele para distribuição de água permeada.Será entendido que a tubulação apropriada pode ser presa ou rosqueadapara estas aberturas com as válvulas requeridas.

A modalidade na Figura 6 é similar àquela na Figura 5, excetoque a modalidade na Figura 6 incorpora um tanque de carvão ativado 70localizado entre o tanque de filtração 2 e o tanque de retrolavagem 20. Istoé, o tanque 70 está em comunicação líquida com ambos, com o tanque 2 ecom o tanque diafragma 20. O tanque de carvão ativado 70 pode ser partedo tanque 20. O tanque de carvão ativado 20 têm uma abertura 72 para co-nectar a tubulação para distribuir água permeada tratada através do edifícioque está sendo servido. Assim, a água permeada é tratada com carvão ati-vado ou outros meios para remover o gosto ou odores quando ela passaatravés do tanque 70. Localizar o tanque de carvão ativado 70 a jusante dotanque de filtração 2 prolonga enormemente a vida útil do carvão ativado,uma vez que substâncias orgânicas particuladas e coloidais são removidasno tanque de filtração 2. Assim, em operação, a água é introduzida atravésda entrada 4 e distribuída através das aberturas 60. Água permeada a partirdos espaços das membranas de fibra oca 26 é introduzida para o tanque 70.

A água permeada escoa através de uma placa retentora 76 para o interiordo núcleo do cartucho 74 e assim para o tanque de carvão ativado 70 e parafora do tanque de carvão 70 através da abertura 72. Uma porção da águapermeada penetra no tanque 20 através do tubo ou núcleo central 74 parafornecer aí água sob pressão da linha. O tubo 44 é útil em que ele serve pa-ra permitir que água de retrolavagem retrolave membranas 26 sem ser inter-rompida pelas partículas de carvão ativado durante a lavagem de membra-nas 26 no tanque 2. Isto é, o líquido de retrolavagem pode contornar o car-tucho de carvão ativado fornecendo mais pressão para retrolavagem.

Se desejado, um distribuidor de cloro 80 pode ser utilizado du-rante a retrolavagem para desinfetar a membrana durante o ciclo de limpe-za. O distribuidor de cloro 80 que pode conter solução de hipoclorito de só-dio ou de cálcio, por exemplo, pode ser localizada no tubo 74 e assim umadosagem de cloro na faixa de cerca de 0,2 até 5 ppm pode ser distribuídadurante a retrolavagem. O cloro desinfeta as membranas de fibra oca con-trolando o crescimento microbiano no lado de permeado e reduz a conta-gem de placa heterotrófica aeróbica no permeado. Em uma outra modalida-de o distribuidor 80 pode conter hipoclorito de cálcio sólido. O distribuidor 80que pode ser uma bexiga compreensível flexível pode utilizar uma válvulacapilar ou de duas vias para distribuir o cloro. Isto permite descarga de clorodurante o ciclo de retrolavagem quando um grande escoamento de água naretrolavagem gera pressão mais elevada no tubo 74 do que na entrada doespaço da fibra comprimindo o recipiente de cloro e distribuindo cloro para ointerior da água de retrolavagem. Durante o enchimento do tanque de retro-lavagem 20 o escoamento de água é invertido e água é introduzida para odistribuidor para descarga durante a próxima operação de retrolavagem.

Para finalidades de limpeza química, o recipiente de membrana2 pode ser removido do conjunto para limpeza, para que a membrana recu-pere sua permeabilidade quando a queda de pressão alcança um valor pre-determinado, por exemplo 1,05 kg/cm2 (15 psi). O tempo para limpeza quí-mica pode ser determinado pela quantidade total de água processada pelosistema. Alternativamente, o módulo pode ser limpo no lugar, introduzindosolução de limpeza. Os produtos químicos utilizados dependem da naturezados resíduos.

A Figura 7 mostra um processo de controle para limpeza perió-dica de tanques ou módulo 2 e membranas 26. Em operação, a água não-tratada é introduzida para o tanque 2 através de uma válvula de entrada eágua permeada é direcionada como água limpa através de uma válvula desaída para o edifício que está sendo servido. Durante o ciclo de purificaçãode água o tanque de retropulso 20 é enchido sob pressão de água da linhae a válvula de saída é mantida na posição aberta. As válvulas dreno sãomantidas na posição fechada. Para finalidades de drenagem periódica elimpeza do tanque 2 e membranas 26, o temporizador envia um sinal e abrea válvula dreno automática. Isto permite drenagem do concentrado a partirdo tanque 2 enquanto o lado de fora ou o lado do invólucro das membranasde fibra oca são lavadas continuamente com água de entrada ou não-tratada. Ao mesmo tempo com isto, o recipiente de retropulso 20 escoa aágua permeada para o interior dos espaços das membranas de fibra ocadeslocando matéria coloidal e partículas da superfície das membranas. Amatéria coloidal deslocada e partículas são lavadas do recipiente 2 utilizan-do a água não-tratada. Depois da lavagem o temporizador fecha a válvuladreno automática, a purificação de água retoma e o tanque de retropulso 20é recarregado. Diversas variações de drenagem e limpeza podem ser em-pregadas. Por exemplo, o tanque 2 pode ser drenado sem lavagem comágua de entrada porém utilizando retrolavagem fechando válvulas de entra-da e de saída e abrindo a válvula dreno como mostrado na Figura 7 paradrenar ambos, concentrado e água de retrolavagem a partir do módulo oucâmara 2. Este processo proporciona limpeza melhorada da membrana e éútil em água de turbidez elevada para a vida prolongada da membrana. To-das tais combinações são consideradas dentro da previsão da invençãocomo se especificamente descritas.Embora os sistemas mostrados nas Figuras 1, 5 e 6 estejamilustrados mostrando o tanque de filtração ou câmara 2 no topo e o tanquediafragma 20 no fundo, será observado que o tanque diafragma 20 podeestar localizado no topo e o tanque de filtração 2 localizado no fundo. Ou, otanque diafragma 20 pode estar localizado do lado do tanque de filtração 2.

Além disto, embora a entrada de água de alimentação esteja mostrada notopo do tanque de filtração 2, ela pode ser posicionada do lado em modali-dades alternativas, e tais localizações tem-se a intenção que estejam abran-gidas na invenção.

Em adição, embora o tanque de carvão ativado 70 esteja mos-trado localizado entre o tanque 2 e o tanque 20 (Figura 6), será observadoque o tanque de carvão ativado 70 pode estar localizado no topo ou do ladodo tanque 2 com bloqueio para a permear água direto através do tanque deágua ativada 70. Ter o tanque 70 localizado do lado ou no topo tem a vanta-gem que o cartucho de carvão ativado utilizado no tanque 70 é trocado demaneira conveniente. Além disto, é desejável utilizar outras técnicas de puri-ficação, por exemplo resina de troca de íons ou similar, o que facilita a trocado cartucho ou sistema.

Embora a invenção tenha sido mostrada configurando um únicomódulo de purificação, será observado que diversos módulos podem serutilizados para instalações maiores tais como hospitais ou edifícios de apar-tamentos, e que os módulos podem ser conectados em série. Isto permiteque um módulo seja fechado para regeneração da membrana, por exemplo,sem interferir com o escoamento de água para o edifício que está sendoservido. Tal regeneração pode incluir drenar o módulo para esvaziar semlavar com água de alimentação ou retrolavar com água permeada, e tal estáincluído dentro da previsão da invenção ou para módulos únicos ou paradiversos módulos.

A membrana pode ser retrolavada de uma até seis vezes a cada24 horas com água permeada que utiliza 0,2 a até 2 volumes de câmara demicro ou de uItrafiItração ao drenar a câmara de filtração.

Os exemplos a seguir são ainda mais ilustrativos da invenção eforam realizados com uma base de laboratório em um ajuste similar à Figura7. Neste ajuste, uma hora de filtração no vaso 2 se aproximava a um dia deoperação em uma residência típica na América do Norte. O modo de lava-gem de uma vez por hora foi utilizado para limpar o filtro a cada hora. Estaseqüência foi utilizada para correlacionar com lavagem de uma vez por diapara a residência padrão. A lavagem da membrana é projetada para carre-gar para o dreno o material rejeitado contido na água concentrada. Para fi-nalidades de testar no laboratório, um filtro de Ultrafiltração (UF) de um Pon-to de Entrada (POE) com 18,6 m2 (200 pés quadrados) de área, fabricadopor Zenon Environmental Inc., Oakville, Ontário, Canadá, foi utilizado. Umaválvula dreno solenóide normalmente fechada foi utilizada no lado não-tratado do filtro e uma válvula de saída solenóide normalmente aberta foiutilizada a jusante para a água tratada, a jusante do filtro. Um temporizadorfoi utilizado para controlar a seqüência de lavagem.

Teste n9 1

No primeiro teste a válvula de saída ou válvula de água limpa foiaberta e a válvula dreno fechada. Nenhum retropulso foi utilizado. A cadahora a válvula de água limpa era fechada e a válvula dreno era aberta porum período que permitia que quatro volumes módulo fossem deslocadospara o dreno para remover concentrado ou detritos do filtro. Depois de 120horas de operação com uma lavagem a cada hora, a pressão trans-membrana (TMP) do filtro UF alcançou cerca de 0,84 kg/cm2 (12 psi) queaumentou desde uma TMP inicial de 0,32 kg/cm2 (4,5 psi). Isto foi conside-rado genericamente não ser satisfatório para utilização prolongada.

Teste n9 2

O equipamento utilizado para este teste foi o mesmo que noTeste ns 1 (ver Figura 7), exceto que um diafragma ou tanque de retropulsofoi utilizado. O tanque diafragma que recebeu água filtrada na pressão dalinha supriu um meio módulo filtro de água de retrolavagem através dos po-ros da membrana. O sistema de filtro e o procedimento de limpeza eramsimilares ao Teste n9 1, exceto que o tanque diafragma forneceu água deretrolavagem durante a operação de lavagem. Isto é, para finalidades delavagem ou limpeza do filtro UF, a válvula de saída de água limpa era fe-chada, o que poderia simular um período de não-utilização doméstica. En-tão, o tanque diafragma recebe a água quando a pressão do sistema apro-xima-se da pressão da linha de água. Quando a pressão da linha de águafoi alcançada a válvula dreno para o módulo foi aberta para lavar o concen-trado a partir do módulo. Quando a válvula dreno foi aberta, isto derrubou apressão de água do lado de água não-tratada da membrana filtro. Então, aalta pressão no tanque diafragma forçou água filtrada de volta através damembrana expelindo quaisquer partículas alojadas nos poros do filtro duran-te o ciclo de filtração. Ao mesmo tempo, a água a ser filtrada escoou atravésdas membranas lavando partículas deslocadas e concentrados para o dre-no. O ciclo foi repetido no Teste n9 2 a cada hora, por 400 horas. A TMPfoi medida e descoberta ser 0,70 kg/cm2 (10 psi) o que foi um aumentou de0,28 kg/cm2 (4 psi) a partir de um ponto inicial de 0,42 kg/cm2 (6 psi). Assimserá observado que a retrolavagem melhorou de maneira acentuada o de-sempenho do filtro membrana.

Teste n9 3

Este teste foi ajustado e operado como no Teste n9 2, excetoque uma membrana filtro UF de 45,5 m2 (500 pés quadrados) foi utilizada ea retrolavagem foi ajustada para suprir meio módulo de água de retrolava-gem. Depois de 370 horas de operação a pressão transmembrana (TMP)alcançou um valor de 0,70 kg/cm2 (10 psi). Uma TMP de 1,05 kg/cm2 (15psi) depois de 365 horas de operação em ciclo é considerada aceitável.

Teste nQ 4

Este teste foi ajustado e desempenhado como o Teste n9 3 ex-ceto que uma retrolavagem dupla contínua foi empregada a cada hora. Alémdisto, o tanque diafragma utilizado forneceu cerca de um terço do volume domódulo do filtro em cada retrolavagem. Assim, depois da primeira lavagemde retrolavagem do módulo, o tanque diafragma foi deixado encher e imedi-atamente o módulo filtro foi lavado e retrolavado novamente. Foi descobertoque depois de 370 horas de operação cíclica com lavagem dupla e retrola-vagem a cada hora, a TMP somente alcançou 0,56 kg/cm2 (8 psi) o que éum melhoramento marcante no desempenho do filtro.

Teste n9 5

Este teste foi ajustado e realizado como o Teste nQ 3 exceto quea válvula de entrada (ver Figura 7) foi fechada depois de cada retrolavagemdo módulo UF. Uma válvula de liberação de ar foi utilizada para fornecer ardurante drenagem e para descarregar ar durante novo enchimento do mó-dulo UF. Neste teste, uma vez que a válvula de entrada estava fechada, amembrana UF foi retrolavada e o módulo drenado até que estivesse vazio.

Depois da drenagem a válvula de entrada foi aberta e o módulo e o tanquediafragma enchidos novamente. Utilizando este procedimento, cada cicloresultou em uma TMP que não aumentou substancialmente durante opera-ção prolongada. Este procedimento prolonga a vida operacional do filtro e éútil para águas de elevada turbidez que incrustam nas membranas rapida-mente. Também, poderia ter aplicação em aplicações comerciais para a vidaprolongada do filtro.

Teste nQ 6

Um dispositivo de injeção passiva que consiste em um vaso depressão de PVC que contém um saco macio impermeável de polietileno do-brável, ou bexiga, que contém cerca de 200 ml de uma solução de 12% P/Vde NaOCI foi instalado em um sistema de membrana de ultrafiltração ZE-NON de 9 USGPM (34,1 l/min) tratando água de torneira Burlington. Cone-xões da tubulação externa foram feitas para o dispositivo a partir do ladoexterior do saco dobrável até o lado de permeado do tanque de pressão ea partir do lado de dentro do saco dobrável até a face de permeado do mó-dulo de membrana de fibra. Este último continha um tubo capilar que contro-la o escoamento a partir do saco dobrável até a face de fibra do módulo.Medições indicaram que um diferencial de pressão de cerca de 0,35 kg/cm2(5 psi) para 4 segundos existia entre as duas conexões durante cada lava-gem do módulo. O capilar foi calibrado para distribuir 0,18 ml de 12% deNaOCI por segundo a 0,35 kg/cm2 (5 psi). Cálculos mostram que um total de0,75 ml de 12% de NaOCI poderiam ser distribuídos no lado de permeadoda membrana durante o ciclo de retrolavagem. O ciclo de retrolavagem/la-vagem tinha cerca de 50 segundos de duração e durante aquele tempo des-carrega 12 "USG" para o dreno. Para verificar o efeito do dispositivo de inje-ção, amostras do dreno foram tomadas a intervalos e analisadas para clorolivre. Os dados na Figura 8 mostram o efeito da injeção de cloro por meio dodispositivo passivo sobre o teor de cloro livre da água de dreno durante umciclo de retrolavagem/lavagem. Em amostras de água de dreno tomadasdurante o quadragésimo oitavo ciclo, o nível de cloro livre aumentou desde0,11 até 0,19 mg/l em 17 segundos para o ciclo, reduzindo para 0,13 mg/l aofinal do ciclo, confirmando que o dispositivo injetou hipoclorito de sódio pró-ximo ao início do ciclo de lavagem/retrolavagem.

Embora a invenção tenha sido descrita em termos de modalida-des preferenciais, as reivindicações anexas a ela têm a pretensão de abran-ger outras modalidades que caem dentro do espírito da invenção.

Claims (16)

1. Processo de purificar água de alimentação para remover delaimpurezas que incluem sólidos suspensos, o processo utilizando pressão deágua em linha para permear água através de membranas e para retrolavaras membranas (26) para remover sólidos coletados sobre elas, o processocaracterizado por compreender:(a) fornecer uma câmara (2) definida por uma parede que temum interior e que tem:(i) uma primeira extremidade (6) e uma segunda extremidade(7);(ii) membranas (26) selecionadas dentre membranas de ultra-filtração e microfiltração que se estendem entre dita primeira extremidade(6) e a dita segunda extremidade (7); e(iii) uma entrada de água de alimentação (4) para conectarcom uma linha de água para introduzir água de alimentação para dita câma-ra (2) na pressão em linha, uma saída de água permeada (18) e uma saídade água concentrada (8);(b) introduzir água de alimentação através de dita entrada (4)para dita câmara (2);(c) filtrar dita água em dita câmara (2) utilizando dita pressãoem linha para passar água através das membranas (26), para fornecer águapermeada dentro de ditas membranas e para concentrar sólidos suspensosdo lado de fora de ditas membranas para fornecer água concentrada;(d) coletar dita água permeada a partir de ditas membranas(26) em um coletor de permeado (14) e distribuir dita água permeada parautilização;(e) direcionar uma porção de dita água permeada para umtanque de pressão ou tanque de diafragma (20) que coleta água permeadasob pressão de água em linha, dito tanque de pressão ou tanque de dia-fragma (20) em conexão fluida com dito coletor de permeado (14); e(f) periodicamente drenar e lavar dita câmara (2) com água dealimentação, utilizando uma única válvula (24) para abrir e fechar a saída deágua concentrada (8), para remover a água concentrada, ao mesmo tempo,com isto, retrolavando ditas membranas (26) com água permeada coletadado dito tanque de pressão ou tanque de diafragma (20) para remover sólidosde ditas membranas (26).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que dita pressão de água em linha é mantida em uma faixa de-1,41 até 7,03 kg/cm2 (20 psi até 100 psi).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopor incluir retrolavar dita câmara (2) com água permeada utilizando 0,2 até 2volumes de câmara de água permeada.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 3, caracterizado pelo fato de que a válvula (24) é uma única válvula so-lenóide.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 4, caracterizado por incluir continuar a passar água de alimentação atra-vés de dita câmara (2) para lavar água concentrada e sólidos de dita câmara (2).

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 5, caracterizado pelo fato de que a câmara (2) tem um topo e um fundoe uma porção superior e uma porção inferior; e as membranas (26) estãopresentes na câmara (2) na forma de bandos de membranas (26) de fibraoca, selecionadas entre membranas de ultrafiltração e microfiltração, que seestendem de forma geralmente vertical entre dito topo e dito fundo.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 5, caracterizado pelo fato de que a câmara (2) tem um topo e um fundoe uma porção superior e uma porção inferior, bandos de membranas (26)ultrafiltrantes ou microfiltrantes estendendo de forma geralmente vertical en-tre dito topo e dito fundo, ditas membranas (26) de fibra oca tendo espaçosfechados em dito topo e abertos em dito fundo, e em que etapa c) compre-ende filtrar a dita água na dita câmara (2) usando a dita pressão de linha deágua para passar água através das membranas (26) de fibra oca para pro-ver água permeada em ditos espaços das ditas membranas (26) de fibraoca, e para concentrar sólidos em suspensão do lado de fora de ditas mem-branas de fibra oca para prover a água concentrada; e a etapa d) compre-ende coletar dita água permeada dos espaços das ditas membranas (26) defibra oca no coletor de permeado na pressão da linha.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pela inclusão de uma quantidade controlada de clorodurante a retrolavagem.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado por repetir a etapa f) ao menos uma vez para provermúltiplas lavagens e retrolavagens ao reabastecer dito tanque de pressãoou tanque de diafragma (20).

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 9, caracterizado pela introdução de uma quantidade controlada decloro a dita água permeada usada para retrolavar ditas membranas, dito clo-ro sendo disperso em dita água permeada do dito tanque de pressão outanque de diafragma (20) durante dita retrolavagem.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 10, caracterizado por incluir retrolavar ditas membranas de 1 a 6 ve-zes a cada 24 horas com água permeada utilizando 0,2 até 2 volumes decâmara de água permeada.

12. Sistema para purificar água de alimentação para removerdela impurezas que incluem sólidos, o sistema para utilização com pressãode água em linha para permear água através de membranas (26) e pararemover sólidos coletados sobre elas de acordo com a reivindicação 1, osistema caracterizado por compreender:(a) uma câmara (2) que tem uma primeira extremidade (6) euma segunda extremidade (7) e uma primeira região e uma segunda região,uma entrada (4) de água de alimentação para conectar a uma linha de águade alimentação, uma saída de água permeada (18) e uma saída de águaconcentrada (8);(b) membranas (26), selecionadas entre membranas de ultra-filtração e microfiltração, fornecidas em dita câmara (2) e adaptadas parapermear água através delas para purificar água para fornecer água permea-da e para rejeitar sólidos sob pressão de água em linha para fornecer águaconcentrada em dita câmara (2);(c) um coletor de permeado (14) para coletar dita água per-meada através de dita saída de água permeada (18) para distribuição;(d) um tanque de pressão ou tanque de diafragma (20) emconexão fluida com dito coletor de água permeada (14), dito tanque depressão ou tanque de diafragma (20) adaptado para armazenar água per-meada na pressão da água em linha; e(e) uma única válvula (24) para periodicamente drenar águaconcentrada da dita câmara (2), através de dita saída de água concentrada(8), e diminuir a pressão em dita câmara (2) abaixo da pressão de linha paradrenar e lavar dita câmara (2) com água retroalimentada e simultaneamenteretrolavar ditas membranas com água permeada de dito tanque de pressãoou tanque de diafragma (20) para deslocar sólidos das ditas membranas.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que as membranas (26) são providas dentro da câmara (2) embandos de membranas de fibra oca selecionadas entre membranas (26) deultrafiltração e microfiltração, e são dispostas entre dita primeira (6) e ditasegunda (7) extremidades, ditas membranas (26) de fibra oca estando emconexão fluida com dita saída de água permeada (8) e adaptadas para per-mear água da dita câmara (2) através e para espaços da mesma, para puri-ficar água e rejeitar sólidos em pressão de linha d'água para prover águaconcentrada em dita câmara (2).

14. Sistema de acordo com as reivindicações 12 a 13, caracteri-zado pelo fato de que o coletor permeado (14) compreende um tanque decarvão ativado (70) acoplado a dita saída de água permeada (18) para cole-tar água permeada e tendo uma saída para água purificada para distribuiçãode dita água purificada.

15. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 14, caracterizado por um dispensador de cloro (80) disposto entre ditotanque de pressão ou tanque de diafragma (20) e dito coletor de água per-meada (14), dito dispensador (80) compreendendo uma bexiga flexível con-tendo uma fonte de cloro, dito dispensador adaptado para dispensar cloropara dentro da água permeada usada para retrolavar as ditas membranas(26).

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o dispensador de cloro (80) é ativado para dispensar cloropelo fluxo de água permeada durante a retrolavagem da dita membrana(26), dito fluxo de água permeada sendo adaptado para comprimir dita bexi-ga flexível.