ES2881762T3

ES2881762T3 - Método de tratamiento de agua

Info

Publication number: ES2881762T3
Application number: ES17779036T
Authority: ES
Inventors: Tomohiro Maeda; Masahide Taniguchi; Kenji Saito
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: WO2017175657A1; AU2017246762B2; AU2017246762A1; EP3441368B1; JP6881435B2; SG11201808847QA; JPWO2017175657A1; EP3441368A1; IL262150B; IL262150A; EP3441368A4; SG10202009606PA; SA518400181B1

Abstract

Método de tratamiento de agua que comprende: alimentar o bien agua bruta o bien agua pretratada obtenida mediante el pretratamiento de agua bruta en una etapa de pretratamiento, como agua de alimentación, a un módulo de membrana semipermeable aplicando una presión con una bomba de refuerzo; y separar el agua de alimentación en un concentrado y un permeado, en el que un inhibidor de incrustación se dosifica al agua de alimentación en el plazo de 0-10 segundos antes o después de que se dosifique un reductor al agua de alimentación, en el que el agua de alimentación contiene un metal de transición en una cantidad de 0,001 mg/l o más, y en el que el metal de transición comprende al menos un metal de transición seleccionado de Fe(II/III), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Cu(I/II), Co(II/III), Ni(II) y Cr(II/III/IV/VI).

Description

d e s c r ip c ió n

Método de tratamiento de agua

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de tratamiento de agua para obtener un permeado que tiene una baja concentración de solutos a partir de agua bruta, tal como agua de mar o agua de río, agua subterránea, agua de lago o agua tratada con aguas residuales que contiene un soluto, por ejemplo, una sal, usando un módulo de membrana semipermeable, y se refiere a un método para hacer funcionar el dispositivo. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método de tratamiento de agua que sirve para obtener agua dulce de manera estable a bajo coste mientras se impide que el módulo de membrana semipermeable sufra degradación oxidativa.

Técnica anterior

En los últimos años, la escasez de recursos hídricos se ha agravado y se ha estudiado la explotación de recursos hídricos hasta ahora no usados. Entre estos estudios, se ha prestado especial atención a la denominada desalinización del agua de mar, es decir, a las tecnologías de producción de agua potable a partir del agua de mar, que, aunque es la más conocida por los seres humanos, ha sido inutilizable sin tratamiento, y a las tecnologías de reutilización para depurar las aguas residuales o de alcantarillado y convertir las aguas residuales así tratadas en agua dulce. Hasta ahora, la desalinización del agua de mar se ha puesto en práctica, con especial énfasis en los procedimientos térmicos, en la región de Oriente Medio, que es extremadamente pobre en recursos hídricos y muy rica en recursos térmicos atribuibles al petróleo, mientras que la desalinización del agua de mar mediante la tecnología de ósmosis inversa, que es muy eficiente desde el punto de vista energético, se ha adoptado en regiones pobres en fuentes de calor distintas de la región de Oriente Medio. Sin embargo, los recientes avances de la tecnología de ósmosis inversa han impulsado la mejora de la fiabilidad y la reducción de los costes, por lo que la construcción de plantas desalinizadoras de agua de mar que adoptan la tecnología de ósmosis inversa ha seguido adelante en la región de Oriente Medio, y ahora muestra un aspecto de diversificación internacional.

La reutilización de las aguas residuales o de alcantarillado está empezando a aplicarse en distritos desprovistos de fuentes de agua, tales como las zonas urbanas y las regiones industriales del interior y a lo largo de las costas, y en regiones en las que la cantidad de vertidos está limitada por una fuerte regulación de los efluentes. En los países insulares pobres en recursos hídricos, especialmente Singapur, tras el tratamiento de las aguas de alcantarillado generadas en el país, el agua tratada se mantiene en depósitos sin verterla al mar y se regenera hasta alcanzar un nivel de agua potable mediante el uso de membranas de ósmosis inversa. De este modo, se ha solucionado la escasez de agua.

La tecnología de ósmosis inversa que se ha aplicado a la desalinización del agua de mar y a la reutilización de las aguas residuales o de alcantarillado, permite producir agua sin solutos aplicando una presión superior a la de ósmosis al agua que contiene solutos tales como sales, y forzando el paso del agua a través de las membranas semipermeables. Esta tecnología permite obtener agua potable a partir de agua de mar, agua salobre y agua que contiene contaminantes nocivos, y se ha usado para la producción de agua industrial ultrapura, el tratamiento de aguas residuales, la recuperación de objetos de valor, etc.

Los funcionamientos estables de un dispositivo de tratamiento de agua que utiliza membranas de ósmosis inversa requieren un pretratamiento adecuado a la calidad del agua bruta tomada en el dispositivo. Un pretratamiento insuficiente tiende a dar como resultado degradación de las membranas de ósmosis inversa o ensuciamiento (contaminación de las superficies de las membranas), haciendo que los funcionamientos estables sean difíciles. En casos específicos en los que las membranas de ósmosis inversa están expuestas a sustancias químicas como causa potencial de la degradación de las membranas de ósmosis inversa, existe la preocupación de que las membranas de ósmosis inversa puedan encontrarse en una situación funesta que no pueda restablecerse ni siquiera mediante la limpieza. Más específicamente, tales sustancias químicas pueden descomponer las capas funcionales (porciones que desarrollan sus funciones de ósmosis inversa) para dar como resultado la disminución de las capacidades de las membranas de separar agua y solutos.

Por otro lado, incluso si se lleva a cabo un pretratamiento suficiente, las biopelículas se desarrollan posiblemente en todas partes, desde el interior de las tuberías de entrada hasta el interior de los módulos de ósmosis inversa, durante los funcionamientos continuos a largo plazo, dando como resultado incrustación biológica de las membranas de ósmosis inversa, dificultando así los funcionamientos estables. Por este motivo, ha sido una práctica común dosificar un oxidante económico, tal como ácido hipocloroso, de manera continua o intermitente para evitar la formación de biopelículas (véase el documento no de patente 1). Sin embargo, un oxidante de este tipo tiende a provocar daños en las capas funcionales de las membranas de ósmosis inversa. En particular, la poliamida que se usa principalmente en las membranas de ósmosis inversa es susceptible al deterioro oxidativo (véase el documento no de patente 2). Por tanto, es una práctica común poner fin a la inhibición de la formación de biopelículas usando un oxidante antes del tratamiento con las membranas de ósmosis inversa y neutralizar el oxidante con un reductor para proteger las membranas de ósmosis inversa. Por otra parte, las membranas de ósmosis inversa se limpian mediante la dosificación de un bactericida o agente de limpieza que no ejerce ningún efecto perjudicial sobre las membranas de ósmosis inversa, con lo que se evita que sufran incrustación biológica. Sin embargo, se ha informado (véase el documento no de patente 3) de que en los casos en los que el agua de alimentación (agua pretratada) que va a suministrarse a las membranas de ósmosis inversa contiene metales de transición tales como cobre, incluso cuando se realiza una neutralización suficiente con un reductor tal como hidrogenosulfito de sodio antes del tratamiento con las membranas de ósmosis inversa, son propensos a producirse reacciones catalíticas, en las que los iones de sulfito se convierten en radicales de sulfito y los radicales, a su vez, dan lugar a sustancias oxidantes tales como radical de persulfato oxidante o radical de sulfato, por lo que las membranas de ósmosis inversa se degradan oxidativamente.

Como método para prevenir la degradación oxidativa provocada por tales sustancias oxidantes generadas por las reacciones catalíticas, generalmente se ha llevado a cabo la dosificación de un reductor en una cantidad excesiva. Sin embargo, se ha informado (véase el documento no de patente 4) de que la dosificación de un reductor en una cantidad excesiva era apta para generar incrustación biológica a través del uso del reductor como alimentación. Como resultado, se hace necesario el uso de una gran cantidad de un bactericida o agente de limpieza para los funcionamientos estables, o la adopción de tal método conduce a dificultades en los funcionamientos estables o a un aumento del coste de funcionamiento.

Como contramedidas, se ha hecho una propuesta para inhibir la generación catalítica de sustancias oxidantes restringiendo la cantidad de dosificación de un reductor mientras se monitoriza el potencial de oxidaciónreducción del concentrado de las membranas de ósmosis inversa (véase el documento de patente 1). Sin embargo, la sensibilidad del potencial de oxidación-reducción no es tan alta y, por tanto, no es fácil proteger totalmente las membranas de ósmosis inversa simplemente monitorizando el potencial de oxidación-reducción del concentrado. Sobre todo, la mera monitorización del concentrado permite detectar una condición anómala sólo después de que la vecindad de las membranas de ósmosis inversa ha pasado a un estado de oxidación, y por tanto las membranas de ósmosis inversa están expuestas indeseablemente a sustancias oxidantes en un corto periodo de tiempo.

También se ha propuesto (véase el documento de patente 2) que se dosifique un inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico para eliminar metales de transición, tales como cobre, con el inhibidor de incrustación, inhibiendo de ese modo que los metales de transición, tales como cobre, reaccionen con un reductor, tal como hidrogenosulfito de sodio, y produzcan catalíticamente sustancias oxidantes. Sin embargo, existe un problema en el sentido de que, dependiendo de la secuencia de dosificación del reductor tal como hidrogenosulfito de sodio y el inhibidor de incrustación o del momento de la dosificación, los metales de transición tales como cobre pueden reaccionar con el reductor antes de eliminarse por el inhibidor de incrustación, lo que hace imposible inhibir eficazmente la formación de sustancias oxidantes. Documentos de la técnica anterior relevante adicionales son el documento US 2004/050793 A1 y el documento US 2013/256226.

Documentos de la técnica anterior

Documentos de patente

Documento de patente 1: JP-A-09-057076

Documento de patente 2: JP-A-2013-52333

Documento de patente 3: JP-A-02-115027

Documento de patente 4: JP-A-2013-111559

Documento de patente 5: patente japonesa n.° 5804228

Documentos no de patente

Documento no de patente 1: M. Furuichi et al,, “Over-Fight-year Operation and Maintenance of 40,000 m3/day Seawater RO Plant in Japan,” Proc. Of IDA World Congress, SP05-209 (2005)

Documento no de patente 2: Tadahiro Uemura et al,, “Chlorine Resistance of Reverse Osmosis Membranes and Changes in Membrane Structure and Performance Caused by Chlorination Degradation”, Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japón, vol. 57, n.° 3 (2003)

Documento no de patente 3: Yosef Ayyash et al,, “Performance of reverse osmosis membrane in Jeddah Phase I plant”, Desalination, 96, 215-224 (1994)

Documento no de patente 4: M. Nagai et al,, “SWRO Desalination for High Salinity”, Proc. of IDA World Congress, DB09-173 (2009)

Sumario de la invención

Problemas que la invención va a resolver

La presente invención se refiere a un método de tratamiento de agua para obtener un permeado que tiene una baja concentración a partir de agua bruta, tal como agua de mar o de río, agua subterránea, agua de lago o agua tratada con aguas residuales que contiene un soluto, por ejemplo, una sal, usando un módulo de membrana semipermeable. Más específicamente, un objeto de la presente invención es proporcionar un método de tratamiento de agua para obtener agua dulce de manera estable a bajo coste mientras se impide que el módulo de membrana semipermeable sufra degradación oxidativa.

Medios para resolver los problemas

Existe un método para el tratamiento de agua para membranas de ósmosis inversa previsto en la reivindicación independiente 1 que comprende las características esenciales de la invención. Realizaciones preferidas adicionales se describen en las reivindicaciones dependientes 2-5.

Según la presente invención, es posible obtener agua dulce de manera estable mediante la desalinización de agua de mar, en particular agua de mar con una alta concentración, tal como agua de mar en la región de Oriente Medio, mientras se impide que las membranas de ósmosis inversa sufran degradación y ensuciamiento. Además, la presente invención permite obtener agua dulce de manera estable y a bajo coste usando agua bruta, tal como agua de río, agua subterránea, agua de lago o agua tratada con aguas residuales que contienen sal, mientras se inhibe la contaminación del dispositivo de membrana semipermeable y la degradación y el ensuciamiento de los módulos de membrana semipermeable.

Breve descripción de los dibujos

[Fig. 1] La figura 1 es un diagrama de flujo del procedimiento de un ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable al que es aplicable el método de tratamiento de agua de la presente invención.

[Fig. 2] La figura 2 es un diagrama de flujo del procedimiento de otro ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable al que es aplicable el método de tratamiento de agua de la presente invención.

[Fig. 3] La figura 3 es un diagrama de flujo del procedimiento de un ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable que sirve para practicar el método de tratamiento de agua de la presente invención y que incluye una unidad de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento.

[Fig. 4] La figura 4 es un diagrama de flujo del procedimiento de un ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable que sirve para practicar el método de tratamiento de agua de la presente invención y que incluye una unidad de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento y en la que se dosifica un inhibidor de incrustación a base de ácido fosfórico aguas arriba de la unidad de pretratamiento.

[Fig. 5] La figura 5 es un diagrama de flujo del procedimiento de un ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable que sirve para practicar el método de tratamiento de agua de la presente invención y que incluye una unidad de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento y en la que se dosifica un inhibidor de incrustación a base de ácido fosfórico aguas arriba y aguas abajo de la unidad de pretratamiento. [Fig. 6] La figura 6 es un diagrama de flujo del procedimiento de un ejemplo de dispositivo de membrana de separación semipermeable en el que un concentrado obtenido mediante un método de tratamiento de agua de la presente invención se hace circular al agua bruta.

Modo para llevar a cabo la invención

Las realizaciones preferidas de la presente invención se ilustran a continuación con referencia a los dibujos. Sin embargo, no debe interpretarse que el alcance de la invención sea limitado a estas realizaciones.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de dispositivo de separación con membrana semipermeable al que es aplicable el método de tratamiento de agua de la presente invención. En el dispositivo de separación con membrana semipermeable mostrado en la figura 1, el agua bruta se envía a través de una tubería 1 de agua bruta a un tanque 2 de agua bruta, se almacena temporalmente en el mismo, y posteriormente se envía a una unidad 4 de pretratamiento mediante una bomba 3 de alimentación de agua bruta, y se pretrata. El agua pretratada se hace pasar a través de un tanque 5 intermedio, una bomba 6 de alimentación de agua pretratada y un filtro 7 de seguridad, se presuriza mediante una bomba 8 de refuerzo y, a continuación, se separa en un permeado 10 y un concentrado 11 mediante un módulo 9 de membrana semipermeable que incluye un módulo de membrana semipermeable.

En los casos en los que se dosifica un inhibidor de incrustación después de la dosificación de un reductor, las sustancias oxidantes se producen sucesivamente a partir de un metal de transición, por ejemplo, cobre, y el reductor, por ejemplo, hidrogenosulfito de sodio, por catálisis para degradar indeseablemente el módulo 9 de membrana semipermeable. A la vista de tal problema, la presente invención se basa en el hallazgo de que la formación catalítica de sustancias oxidantes puede inhibirse mediante la dosificación de un inhibidor de incrustación en el plazo de 0-60 segundos desde el inicio del mezclado del metal de transición, por ejemplo, cobre, con el reductor, por ejemplo, hidrogenosulfito de sodio.

Según la presente invención, se dosifica un reductor desde un tanque 14a de inyección de productos químicos (para el reductor) usando una bomba 15a de inyección de productos químicos (para el reductor), y se dosifica un inhibidor de incrustación al agua de alimentación que está siendo alimentada al módulo 9 de membrana semipermeable, en el plazo de 0-10 segundos antes o después de la dosificación del reductor, desde un tanque 12a de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13a de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación). Las sustancias oxidantes son propensas a producirse a partir de metales de transición, tales como cobre, y de reductores, tales como hidrogenosulfito de sodio, por catálisis, dependiendo de la concentración de los metales de transición, tales como cobre, de la concentración de materias extrañas, incluyendo sustancias orgánicas, de la concentración de reductor y de la concentración de sal en el agua de alimentación que va a alimentarse a módulo 9 de membrana semipermeable y de la temperatura del agua. Por consiguiente, el inhibidor de incrustación se dosifica en el plazo de 0-10 segundos, más preferiblemente de manera simultánea. Por tanto, la formación catalítica de sustancias oxidantes puede inhibirse de manera más fiable.

En el caso de la dosificación de un inhibidor de incrustación antes de la dosificación de un reductor, el inhibidor de incrustación puede dosificarse aguas arriba del punto en el que va a dosificarse el reductor, eliminando así los metales de transición, tales como cobre, con el inhibidor de incrustación. Por tanto, pueden impedirse que los metales de transición, tales como cobre, reaccionen con el reductor, por ejemplo, hidrogenosulfito de sodio, y produzcan catalíticamente sustancias oxidantes.

Mientras tanto, en los casos en los que el agua de alimentación que va a alimentarse al módulo 9 de membrana semipermeable contiene un oxidante tal como ácido hipocloroso, el inhibidor de incrustación reacciona indeseablemente de manera sucesiva con el oxidante tal como ácido hipocloroso y, por tanto, se ve privado de la actividad necesaria para eliminar los metales de transición tal como cobre. Por consiguiente, el inhibidor de incrustación se dosifica en el agua de alimentación del módulo 9 de membrana semipermeable en el plazo de 0 10 segundos antes de dosificar el reductor al agua de alimentación. Por tanto, la desactivación del inhibidor de incrustación por los oxidantes puede reducirse. Además, la desactivación del inhibidor de incrustación por los oxidantes es propensa a proceder dependiendo de la concentración de materias extrañas, incluyendo sustancias orgánicas, y de la concentración de oxidantes, tales como ácido hipocloroso, en el agua de alimentación que va a alimentarse al módulo 9 de membrana semipermeable y de la temperatura del agua. Por consiguiente, el inhibidor de incrustación se dosifica en el plazo de 0-10 segundos, más preferiblemente de manera simultánea. De este modo, la desactivación del inhibidor de incrustación por los oxidantes puede reducirse.

Es preferible que el punto en el que se dosifica el inhibidor de incrustación y el punto en el que se dosifica el reductor estén situados lo más cerca posible el uno del otro para dosificar simultáneamente el inhibidor de incrustación y el reductor al agua de alimentación del módulo 9 de membrana semipermeable. El inhibidor de incrustación y el reductor pueden mezclarse entre sí en una tubería de inyección de productos químicos antes de dosificarse al agua de alimentación del módulo 9 de membrana semipermeable, o pueden mezclarse entre sí en un tanque de inyección de productos químicos.

El punto de dosificación de inhibidor de incrustación se determina teniendo en cuenta el diámetro (D^f) de la tubería de agua de alimentación para el módulo 9 de membrana semipermeable y la velocidad de flujo de agua de alimentación (Q^f). Por ejemplo, en el caso en los que un inhibidor de incrustación se dosifique en el plazo de t segundos después de la dosificación de un reductor, el diámetro (D^f) [m] de la tubería de agua de alimentación para el módulo 9 de membrana semipermeable y la velocidad de flujo de agua de alimentación (Q^f) [m3/s] se tienen en cuenta para dosificar el inhibidor de incrustación aguas abajo del punto de dosificación de reductor dentro de la distancia de L=QFxt*4/(nDF2) [m] desde el mismo, mezclando así el inhibidor de incrustación con el reductor que se ha dosificado en el punto de dosificación de reductor. En los casos en los que se han conectado tuberías de diferente diámetro interior entre un punto de dosificación de inhibidor de incrustación y un punto de dosificación de reductor, el punto de dosificación de inhibidor de incrustación y el punto de dosificación de reductor se determinan calculando un valor de L a partir del diámetro interior de cada tubería y la velocidad de flujo de agua de alimentación correspondiente e integrando los valores de L.

El reductor se dosifica de manera intermitente o continua. Sin embargo, la dosificación del mismo puede controlarse según las concentraciones de cloro y los potenciales de oxidación-reducción (ORP) tanto del agua de alimentación para el módulo 9 de membrana semipermeable como del concentrado. Puede usarse un método en el que la concentración de cloro y el potencial de reducción-oxidación del agua de alimentación para el módulo 9 de membrana semipermeable se miden con un medidor 16a de concentración de cloro y un medidor 17a de potencial de reducción-oxidación (ORP) y el reductor en el tanque 14a de inyección de productos químicos (para el reductor) se dosifica de manera que la concentración de cloro y el potencial de reducción-oxidación (ORP) no superen los valores de los mismos establecidos para la gestión del funcionamiento.

Los medidores de potencial de oxidación-reducción (o medidores de concentración de cloro), aunque no están particularmente restringidos en cuanto a sus lugares de instalación y su número, se instalan generalmente en una pluralidad de lugares. Los ejemplos preferidos incluyen un método en el que se instala un medidor 17a de potencial de oxidación-reducción y se realizan mediciones con el fin de determinar si es necesario dosificar un reductor con una bomba 15a de inyección de productos químicos, y la cantidad de reductor que va a dosificarse se regula basándose en el potencial o potenciales de oxidación-reducción medidos por al menos uno de los medidores 17b, 17c y 17d de potencial de oxidación-reducción sucesivos. En el caso en el que la membrana semipermeable del módulo 9 de membrana semipermeable sea una membrana de ósmosis inversa a base de poliamida, se prefiere mantener el potencial de oxidación-reducción a 350 mV o menos, y es más preferible regular la cantidad de dosificación de reductor para que dé como resultado un potencial de oxidación-reducción de 200 mV o menos. Sin embargo, la degradación oxidativa es más propensa a producirse dependiendo del tipo de ósmosis inversa, por lo que es preferible que los potenciales de oxidación-reducción para su uso en la gestión del funcionamiento se establezcan adecuadamente según el tipo de membrana de ósmosis inversa.

Un reductor y un inhibidor de incrustación pueden dosificarse aguas arriba del filtro 7 de seguridad. Sin embargo, se prefiere dosificar un reductor y un inhibidor de incrustación aguas abajo del filtro 7 de seguridad, tal como se muestra en la figura 2, porque esta configuración permite limpiar el filtro 7 de seguridad también con un oxidante que se ha dosificado de manera continua o intermitente para esterilizar y limpiar el sistema.

Un inhibidor de incrustación se dosifica de manera intermitente o continua. En vista de la finalidad de la dosificación, puede dosificarse un inhibidor de incrustación de la siguiente manera. En condiciones en las que existe un alto riesgo de formación de incrustaciones que se ha determinado a partir de la temperatura del agua, la concentración de componentes de incrustación, la fuerza iónica, el pH, etc., el inhibidor de incrustación se dosifica básicamente de manera continua, mientras que en condiciones en las que existe un bajo riesgo de formación de incrustaciones, no es necesario dosificar el inhibidor de incrustación. Para conseguirlo, es necesario medir sin demora y en tiempo real la temperatura del agua, la concentración de los componentes de incrustación, la fuerza iónica y el pH, y hacer frente a la entrada momentánea de un oxidante o de un metal de transición, que acelera la oxidación, determinando así si es necesario dosificar un inhibidor de incrustación o no. Concretamente, se requiere un alto grado de técnica de gestión del funcionamiento. Un método preferido en tales casos es la dosificación continua de un inhibidor de incrustación, ya que este método es sencillo y eficaz para inhibir de manera fiable la degradación oxidativa y la formación de incrustaciones, aunque el método conlleva el coste del inhibidor de incrustación.

La presente invención es especialmente eficaz en los casos en los que existe el riesgo de que el agua de alimentación que va a alimentarse al módulo 9 de membrana semipermeable contenga metales de transición. Específicamente, en los casos en los que el agua bruta o el agua pretratada contenga metales de transición en una cantidad de 0,01 mg/l o más, la aplicación de la presente invención es muy eficaz. Los ejemplos de metales de transición adecuados para aplicación de la presente invención a los mismos, es decir, propensos a contribuir a la degradación oxidativa de la membrana de ósmosis inversa, incluyen Fe(M/IM), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Cu(I/II), Co(MN), Ni(II) y Cr(M/IM/IV/VI).

Los inhibidores de incrustaciones aplicables en la presente invención son preferiblemente inhibidores de incrustaciones que incluyen compuestos orgánicos a base de ácido fosfórico. Son más adecuados los compuestos orgánicos a base de ácido fosfórico o un ácido fosfónico. En particular, un inhibidor de incrustación preferido incluye al menos un ácido orgánico seleccionado de ácido aminotris(metilenfosfónico), ácido dietilentriaminopenta(metilenfosfónico), ácido hexaetilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido etilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido 1 -hidroxietilen-1,1 -difosfónico y ácido tetrametilendiaminotetra(metilenfosfónico) o una sal de los mismos, y tiene un peso molecular de 200 10.000 g/mol. El peso molecular del mismo es más preferiblemente de 200-1.000 g/mol. En el caso en el que el peso molecular del mismo es demasiado bajo, existe la posibilidad de que este inhibidor de incrustación pase a través de la membrana semipermeable y se escape al lado del permeado. Por el contrario, en el caso en el que el peso molecular del mismo es demasiado alto, el inhibidor de incrustación debe dosificarse en una cantidad mayor, dando como resultado un riesgo de que el propio inhibidor de incrustación sea el causante del ensuciamiento. Por tanto, los pesos moleculares demasiado bajos o demasiado altos del mismo no son deseables.

Es preferible que el inhibidor de incrustación que va a usarse en la presente invención contenga, como componente auxiliar, al menos un compuesto seleccionado de entre ácido polifosfórico, ácido fosforoso, ácido fosfónico, hidruro de fósforo, óxido de fosfina, ácido ascórbico, catequina, polifenoles y ácido gálico.

También se prefieren los inhibidores de incrustaciones que tienen una función reductora. Esto se debe a que en los casos en los que se usa un inhibidor de incrustación de este tipo, la cantidad de reductor, por ejemplo, hidrogenosulfito de sodio, que va a dosificarse puede reducirse y esto conlleva una reducción de la cantidad de sustancias oxidantes, tales como radicales de persulfato y radical de sulfato, que van a producirse por catálisis. Este dispositivo de tratamiento de agua puede hacerse funcionar de manera que un oxidante para la esterilización y la limpieza del sistema se dosifica y se suministra, según las necesidades, al agua bruta o al agua pretratada de manera continua o intermitente desde un tanque 18a de inyección de productos químicos (para el oxidante) usando una bomba 19a de inyección de productos químicos (para el oxidante) y después de eso se dosifica un reductor. Este oxidante no está particularmente limitado, y los ejemplos más representativos del mismo son sales alcalinas de ácido hipocloroso o ácido permangánico. Otros ejemplos del mismo incluyen ácido cloroso, ácido clórico, ácido perclórico, halógenos, ácido crómico y sales alcalinas de los mismos, dióxido de cloro y peróxido de hidrógeno. El reductor que va a usarse en este caso no está particularmente limitado, y preferiblemente incluye cualquiera de hidrogenosulfito de sodio, sulfito de sodio, pirosulfito de sodio y tiosulfato de sodio.

Asimismo, puede doparse un ajustador de pH, un floculante, etc., necesarios para el pretratamiento, según las necesidades.

Generalmente se usa como ajustador del pH ácido sulfúrico o hidróxido de sodio, aunque no hay ninguna restricción particular. Como floculante, puede usarse, según sea apropiado, un floculante catiónico, un floculante aniónico o una combinación de una pluralidad de floculantes. Sin embargo, teniendo en cuenta el posible escape de materia aún no floculada en el módulo de membrana semipermeable, es preferible usar un floculante aniónico que tenga una gran repulsión a las cargas que posee generalmente la membrana semipermeable.

En el caso de aplicar floculantes catiónicos, dado que tienen la posibilidad de adsorberse en la membrana semipermeable, se recomienda que se apliquen después de realizar una comprobación previa para verificar la ausencia de problemas. Los floculantes catiónicos tienen cargas positivas, y no se imponen restricciones al respecto mientras que tiendan a flocular selectivamente las sustancias cargadas negativamente. Por consiguiente, es posible usar, por ejemplo, floculantes inorgánicos, que son de bajo precio y excelentes en cuanto a capacidad de floculación de partículas finas, y floculantes poliméricos orgánicos que, aunque costoso, tienen alta fuerza de floculación debido a un gran número de grupos funcionales. Los ejemplos adecuados de floculantes inorgánicos incluyen cloruro férrico, (poli)sulfato férrico, sulfato de aluminio y (poli)cloruro de aluminio. En el caso en el que se pretenda usar el agua tratada como agua potable, en particular, existe la posibilidad de que la concentración de aluminio se convierta en un problema y, por tanto, se prefiere el uso de compuestos de hierro, especialmente cloruro férrico de bajo precio. Los ejemplos de floculantes poliméricos representativos incluyen derivados de anilina, imina de polietileno, poliamina, poliamida y poliacrilamida modificada con cationes. Por otra parte, a diferencia de los floculantes catiónicos, los floculantes aniónicos tienen cargas negativas, y no se imponen restricciones particulares al respecto siempre que tiendan a flocular selectivamente las sustancias cargadas positivamente. Y los floculantes aniónicos generalmente usados son floculantes orgánicos tales como los floculantes poliméricos. Específicamente, el ácido algínico, que es un polímero orgánico natural, y la poliacrilamida, que es un floculante polimérico orgánico, son ejemplos representativos. Son infinitamente preferibles también en vista de su efecto.

Por otra parte, la inyección de productos químicos descrita anteriormente puede ser o bien una inyección en la tubería o bien una inyección en el tanque sin restricciones particulares. Es preferible que se proporcionen agitadores, mezcladores estáticos y similares según las necesidades.

Como materiales para las membranas semipermeables a las que es aplicable la presente invención, pueden usarse materiales poliméricos tales como polímeros a base de acetato de celulosa, poliamida, poliéster, poliimida y polímeros de vinilo. Además, la estructura de la membrana puede ser de una membrana asimétrica que tiene una capa densa en al menos una superficie de la membrana y que tiene microporos, cuyo diámetro de poro aumenta gradualmente desde la capa densa hacia una parte interior de la membrana o hacia la otra superficie, o una membrana compuesta que tiene una capa funcional de separación excesivamente fina formada en la capa densa de la membrana asimétrica y elaborada de otro material.

Sin embargo, de tales membranas se prefieren las membranas compuestas que tienen una capa funcional de poliamida, ya que esta tiene una alta resistencia a la presión con una alta permeabilidad al agua y un alto rendimiento de retirada de solutos, y además tiene un excelente potencial. Con el fin de obtener agua dulce a partir de disoluciones acuosas que tienen alta concentración, incluyendo el agua de mar en particular, es necesario aplicar una presión superior a la de ósmosis. Por tanto, hay muchos casos que requieren la aplicación de una presión de funcionamiento de al menos 5 MPa. Para mantener una alta permeabilidad al agua y un rendimiento de bloqueo frente a una presión de funcionamiento de este tipo, es conveniente que la membrana tenga una estructura en la que se use poliamida como su capa funcional de separación y que la capa funcional de separación esté sujeta por un soporte que incluya una membrana porosa o un material textil no tejido.

Además, como membrana semipermeable de poliamida, es adecuada una membrana semipermeable compuesta que tiene sobre un soporte una capa funcional de poliamida reticulada obtenida por reacción de policondensación entre la amina polifuncional y el haluro de ácido polifuncional. Tal poliamida reticulada tiene una alta estabilidad química frente a los ácidos y álcalis. Es preferible que la poliamida reticulada se forme por reacción de policondensación interfacial entre amina polifuncional y haluro de ácido polifuncional, y que al menos la amina polifuncional o el haluro de ácido polifuncional incluyan un compuesto trifuncional o superior.

En el presente documento, el término amina polifuncional se refiere a la amina que tiene al menos dos grupos amino primarios y/o secundarios por una molécula de la misma, y los ejemplos de la misma incluyen aminas polifuncionales aromáticas tales como fenilendiamina y xilendiamina en las que cada núcleo de benceno tiene dos grupos aminos en cualquiera de las posiciones orto, meta y para, 1,3,5-triaminobenceno, 1,2,4-triaminobenceno y ácido 3,5-diaminobenzoico; aminas alifáticas tales como etilendiamina y propilendiamina; y aminas polifuncionales alicíclicas tales como 1,2-diaminociclohexano, 1,4-diaminociclohexano, piperazina, 1,3-bispiperidilpropano y 4-aminometilpiperazina. De estas aminas, se prefieren las aminas aromáticas polifuncionales en consideración al rendimiento de separación selectiva, la permeabilidad y la resistencia térmica de la membrana. Como tales aminas aromáticas polifuncionales, se usan adecuadamente m-fenilendiamina, pfenilendiamina y 1,3,5-triaminobenceno. Entre ellas, la m-fenilendiamina (a continuación en el presente documento abreviada como m-PDA) es más adecuada por su fácil disponibilidad y manejo. Estas aminas polifuncionales pueden usarse solas o como mezclas de dos o más de las mismas.

El término haluro de ácido polifuncional se refiere a haluro de ácido que tiene al menos dos grupos carbonilo halogenados por una molécula del mismo. Los ejemplos de un haluro de ácido trifuncional incluyen cloruro de ácido trimésico, tricloruro de ácido 1,3,5-ciclohexanotricarboxílico y tricloruro de ácido 1,2,4-ciclobutanotricarboxílico, y los ejemplos de un haluro de ácido bifuncional incluyen haluros de ácido bifuncional aromático tales como cloruro de ácido bifenilcarboxílico, dicloruro de ácido bifenilcarboxílico, dicloruro de ácido azobenodicarboxílico, cloruro de ácido tereftálico, cloruro de ácido isoftálico y cloruro de ácido naftalendicarboxílico; haluros de ácidos alifáticos bifuncionales, tales como cloruro de adipoílo y cloruro de sebacoílo; y haluros de ácidos alicíclicos bifuncionales, tales como dicloruro de ácido ciclopentanodicarboxílico, dicloruro de ácido ciclohexanodicarboxílico y dicloruro de ácido tetrahidrofurandicarboxílico. Teniendo en cuenta la reactividad a las aminas polifuncionales, los haluros de ácido polifuncional son preferiblemente cloruros de ácido polifuncional, y teniendo en cuenta el rendimiento de separación selectiva y la resistencia térmica, los haluros de ácido polifuncional son preferiblemente cloruros de ácido aromático polifuncional. Entre ellos, se prefiere el cloruro de ácido trimésico en vista de la facilidad de disponibilidad y manejo. Estos haluros de ácido polifuncionales pueden usarse solos o como mezclas de dos o más de los mismos.

Los métodos para hacer que un haluro de ácido polifuncional esté presente en una capa funcional de separación no tienen restricciones particulares. Por ejemplo, puede hacerse que un haluro de ácido polifuncional esté presente en una capa funcional de separación mediante la formación de enlaces covalentes poniendo en contacto una disolución de haluro de ácido alifático con la superficie de una capa funcional de separación formada por policondensación interfacial entre amina polifuncional y haluro de ácido polifuncional, o haciendo que el haluro de ácido alifático esté presente conjuntamente en el momento de la policondensación interfacial entre amina polifuncional y haluro de ácido aromático polifuncional.

Más específicamente, la formación de una capa funcional de separación de poliamida en una membrana de soporte microporosa puede realizarse de manera que una disolución acuosa de amina polifuncional, una disolución de disolvente orgánico de haluro de ácido polifuncional y una disolución de disolvente orgánico de haluro de ácido alifático C1-4 diferente del anterior se pongan en contacto entre sí en la membrana de soporte microporosa y se sometan a policondensación interfacial. En este caso, los haluros de ácido alifático que pueden usarse en la presente invención tienen un número de carbono generalmente de desde 1 hasta 4, preferiblemente desde 2 hasta 4. Con el aumento del número de carbono, los haluros de ácido alifático sufren una disminución de la reactividad debido al aumento del impedimento estérico, o se vuelve difícil que se aproximen a los sitios de reacción del haluro de ácido polifuncional para dar como resultado no sólo a la inhibición de la formación suave de la membrana, sino también la degradación del rendimiento de la membrana. Los ejemplos de tales haluros de ácido alifático incluyen cloruro de metanosulfonilo, cloruro de acetilo, cloruro de propionilo, cloruro de butilo, dicloruro de ácido malónico, dicloruro de ácido succínico, dicloruro de ácido fumárico, cloruro de clorosulfonilacetilo y cloruro de N,N-dimetilaminocarbonilo. Pueden usarse solos o como mezclas de dos o más de los mismos, pero se prefieren los que tienen cloruro de oxalilo como componente principal porque permiten la formación de membranas equilibradas que tienen una estructura densa y además no sufren mucha degradación en cuanto a la permeabilidad al agua. Sin embargo, la poliamida es susceptible a la degradación oxidativa y puede ser dañada por oxidantes tales como ácido hipocloroso. Por tanto, la aplicación de la presente invención puede proteger eficazmente las membranas semipermeables contra los oxidantes y es sumamente eficaz.

Además, como ejemplo de postratamiento para potenciar el rendimiento de retirada de iones de la membrana semipermeable de poliamida, puede mencionarse el tratamiento de contacto con cloruro de corta duración. Hay casos en los que este tratamiento se aplica en la desalinización de agua de mar, en particular como método para potenciar la razón de desalinización. Tales membranas se ponen en contacto de antemano con los oxidantes, por lo que su durabilidad frente a los oxidantes es inferior a la de las membranas que nunca se han sometido a un tratamiento de contacto con cloro. Por tanto, es preferible que se controle con mayor exactitud el contacto con los oxidantes, y así la aplicación de la presente invención puede desarrollar un efecto significativo.

El soporte que incluye una membrana de soporte microporosa es una capa que no tiene prácticamente ningún rendimiento de separación, y se proporciona con el fin de dar resistencia mecánica a una capa funcional de separación de poliamida reticulada que tiene un rendimiento de separación sustancial. Como soporte, puede mencionarse uno que se obtiene formando una membrana de soporte microporosa sobre un material de base como un material textil o un material textil no tejido.

En cuanto a un material para la membrana de soporte microporosa, no hay restricciones particulares, y los ejemplos del mismo incluyen homopolímeros de polisulfona, acetato de celulosa, nitrato de celulosa, poli(cloruro de vinilo), poliacrilonitrilo, poli(sulfuro de fenileno) y poli(sulfona-sulfuro de fenileno) y copolímeros de los mismos. Estos homopolímeros y copolímeros pueden usarse solos o como combinaciones de los mismos. Entre estos materiales, la polisulfona se usa preferiblemente ya que tiene una alta estabilidad química, mecánica y térmica y facilidad de moldeo. Además, la membrana de soporte microporosa no tiene restricciones particulares en cuanto a su estructura, y puede tener o bien una estructura tal que la membrana tiene microporos que presentan un diámetro de poro uniforme a lo largo de su superficie frontal y superficie trasera, o bien una estructura asimétrica tal que la membrana tiene microporos densamente empaquetados en un lado de la superficie de la misma y el diámetro del poro de la misma se aumenta gradualmente desde esta superficie hacia la otra superficie. El tamaño de los microporos densamente empaquetados es preferiblemente de 100 nm o menos.

En el presente documento, con el fin de que la membrana semipermeable compuesta tenga el máximo rendimiento, es conveniente que la permeabilidad al aire del material de base sea de 0,1 a 2,0 cm3/cm2 s, preferiblemente de 0,4 a 1,5 cm3/cm2 s. Por otro lado, la permeabilidad al aire se mide basándose en el método Frazier según la norma JIS L1096. En cuanto al material textil no tejido que puede usarse, aunque tampoco tiene restricciones particulares, se prefiere el uso de material textil no tejido elaborado de una mezcla de al menos dos tipos de fibras de poliéster cuya finura de fibra única es de desde 0,3 hasta 2,0 dtex, especialmente desde 0,1 hasta 0,6 dtex. En este caso, pueden formarse poros que tienen diámetros de 10 pm o inferiores entre las fibras que forman el material de base, con lo que puede mejorarse la fuerza de unión entre la membrana de soporte microporosa y el material textil no tejido. Además, es preferible que la razón de poros que tienen un diámetro de 10 pm o inferior sea del 90% o superior. El término diámetro usado en el presente documento es un valor medido basándose en el método del punto de burbuja según la norma JIS K3832.

Los elementos usados en los módulos de membranas semipermeables a los que es aplicable la presente invención pueden elaborarse dando formas que se ajusten adecuadamente a las formas de las membranas semipermeables. Las membranas semipermeables para su uso en la presente invención pueden ser membranas de fibra hueca, membranas tubulares o membranas de lámina plana, y los elementos no tienen ninguna restricción particular siempre que tengan cada uno cámaras de líquido en ambos lados de cada membrana semipermeable y permitan el paso a presión del líquido de una superficie a la otra superficie de la membrana semipermeable. En el caso de las membranas de lámina plana, generalmente se usan el tipo de placa y marco con una estructura en la que se apilan una pluralidad de membranas semipermeables compuestas soportadas por marcos y el tipo denominado en espiral. Un elemento de este tipo se usa en estado de estar alojado en una caja rectangular o cilíndrica. En los casos de las membranas de fibra hueca y de las membranas tubulares, el elemento se construye colocando una pluralidad de membranas semipermeables en una caja y sometiendo sus porciones extremas a un encapsulamiento para formar sales de líquido. Como dispositivo de separación de líquidos, estos elementos se usan solos o en un estado en el que una pluralidad de elementos están conectados en serie o en paralelo.

De las formas de estos elementos, la del tipo espiral es la más típica. El elemento de tal tipo es un elemento en el estado en el que una membrana de separación de lámina plana junto con un miembro de canal del lado de alimentación y un miembro de canal del lado de permeación, y además una película para potenciar la resistencia a la presión, si es necesario, se enrolla alrededor de un tubo de recogida de agua en forma de espiral. Como miembro de canal del lado de alimentación, puede usarse un material en forma de red, un material en forma de malla, una lámina con ranuras o una lámina ondulada. Y como miembro de canal del lado de permeación también puede usarse un material en forma de red, un material en forma de malla, una lámina con ranuras o una lámina corrugada. Está bien que tanto el miembro de canal del lado de alimentación como el miembro de canal del lado de permeación sean una red o una lámina independiente de la membrana de separación o una red o una lámina integrada con la membrana de separación a través de la unión, la fusión o similares.

El tubo de recogida de agua es un tubo que tiene una pluralidad de agujeros en su periferia, y el material del mismo puede ser resina o metal, pero las resinas, tales como resina Noryl y la resina de ABS, se usan generalmente en vista del coste y la durabilidad. Como método para sellar las porciones finales de una membrana de separación, se usan adecuadamente métodos de adhesión. Los ejemplos de un adhesivo que puede usarse incluyen adhesivos conocidos públicamente, tales como adhesivos a base de uretano, adhesivos a base de resina epoxídica y adhesivos de fusión en caliente.

Como pretratamiento para alimentar agua bruta a un módulo de membrana semipermeable en la presente invención, puede mencionarse la retirada de materia en suspensión y materia orgánica, la esterilización y similares. Tal pretratamiento hace posible evitar una disminución del rendimiento de la membrana semipermeable debido a la obstrucción y degradación de la misma. El pretratamiento específico puede elegirse según sea apropiado con referencia a las propiedades del agua bruta. Por ejemplo, en el caso de tratar agua bruta que contiene una gran cantidad de materia en suspensión, es apropiado dosificar un floculante, tal como poli(cloruro de aluminio), en el agua bruta y, a continuación, realizar una filtración de arena y, además, por ejemplo, realizar la filtración usando una membrana de microfiltración o una membrana de ultrafiltración que se forma agrupando una pluralidad de membranas de fibra hueca.

En el caso de una etapa de pretratamiento (por ejemplo, filtración de arena biológica) que tiene una función de biotratamiento para inhibir la incrustación biológica mediante la retirada de componentes de la DBO con una biopelícula formada sobre la superficie de un medio de filtro particulado, es preferible que se dosifique un reductor antes de la etapa de pretratamiento que tenga la función de biotratamiento para desactivar los oxidantes, tales como cloro, con el fin de evitar que la biopelícula sea dañada por los oxidantes.

En la presente invención, tal como se muestra en la figura 3, se envía un reductor desde un tanque 14b de inyección de productos químicos (para el reductor) usando una bomba 15b de inyección de productos químicos (para el reductor) y se dosifica aguas arriba de una unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento, y se dosifica un inhibidor de incrustación en el plazo de 0-60 segundos antes o después de la dosificación del reductor, desde un tanque 12b de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13b de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación). Por tanto, puede estabilizarse la etapa de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento y puede inhibirse la producción de sustancias oxidantes por catálisis.

Aunque la dosificación del reductor aguas arriba de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento se realiza de manera intermitente o continua, esta dosificación puede controlarse en función de la concentración de cloro o del potencial de oxidación-reducción (ORP) de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento. Puede usarse un método en el que la concentración de cloro o el potencial de reducción-oxidación del agua de alimentación para la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento se mide con un medidor 16b de concentración de cloro o un medidor 17e de potencial de reducción-oxidación (ORP) y el reductor en el tanque 14b de inyección de productos químicos (reductor) se dosifica de manera que la concentración de cloro o el potencial de reducción-oxidación (ORP) se mantiene en o por debajo de un valor del mismo establecido para la gestión del funcionamiento.

Los medidores de potencial de oxidación-reducción (o medidores de concentración de cloro), aunque no están particularmente restringidos en cuanto a sus lugares de instalación y su número, se instalan generalmente en una pluralidad de lugares. Los ejemplos preferidos incluyen un método en el que se instala un medidor 17e de potencial de oxidación-reducción y se realizan mediciones con el fin de determinar si es necesario dosificar un reductor con una bomba 15b de inyección de productos químicos, y la cantidad de reductor que va a dosificarse se regula basándose en el potencial de oxidación-reducción medido por un medidor 17f de potencial de oxidación-reducción sucesivo. En este método, se prefiere mantener el potencial de oxidación-reducción a 350 mV o menos para evitar que el oxidante dañe al microorganismo presente en la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento. Es más preferible que la cantidad de reductor que va a dosificarse se regule para mantener el potencial de oxidación-reducción a 200 mV o menos.

En el caso en el que la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento, por ejemplo, un tanque de filtración de arena biológica, se encuentre entre un punto de dosificación de reductor y un punto de dosificación de inhibidor de incrustación, el punto de dosificación de inhibidor de incrustación se determina teniendo en cuenta la velocidad de flujo del agua de alimentación, la longitud y el diámetro interior de la tubería en el lado de entrada del tanque de filtración de arena biológica, la longitud y el diámetro interior de la tubería en el lado de salida del mismo, la velocidad lineal de la filtración de arena biológica y el espesor de la capa de arena. Específicamente, en el caso en el que se dosifique un inhibidor de incrustación en el plazo de t segundos después de la dosificación de un reductor aguas arriba del tanque 4 de filtración de arena biológica, se tienen en cuenta los siguientes factores: la longitud de la tubería desde el punto de dosificación de reductor hasta la entrada del tanque 4 de filtración de arena biológica (Lin) [m]; el diámetro interior de la tubería del lado de entrada (Din) [m]; la velocidad lineal en el tanque 4 de filtración de arena biológica (Lv) [m/s]; el grosor de la capa de arena (H) [m]; la longitud de la tubería desde la salida del tanque 4 de filtración de arena biológica hasta el punto de dosificación de inhibidor de incrustación (Lout) [m]; el diámetro interior de la tubería del lado de salida (Dout) [m]; y la velocidad de flujo del agua de alimentación (QF) [m3/s]. La longitud de la tubería desde el punto de dosificación de reductor hasta la entrada del tanque 4 de filtración de arena biológica (Lin) [m] y la longitud de la tubería desde la salida del tanque 4 de filtración de arena biológica hasta el punto de dosificación de inhibidor de incrustación (Lout) [m] se determinan de manera que t=TC/4x(Dm2xLm+Dout2xLout)/QF+H/Lv (s) esté en el intervalo de 0-60 segundos, preferiblemente de 0-10 segundos.

En los casos en los que, tal como se muestra en la figura 4, un inhibidor de incrustación que incluye un compuesto orgánico a base de ácido fosfórico se dosifica aguas arriba de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento desde un tanque 12c de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13c de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación), existe la posibilidad de que el ácido fosfórico en el inhibidor de incrustación pueda tomarse como una sal nutritiva por la biopelícula presente en la unidad 4 de pretratamiento, y esto puede dar como resultado una disminución del efecto del inhibidor de incrustación para eliminar los metales de transición incluyendo el cobre. Un método eficaz para hacer frente a este problema es dosificar adicionalmente un inhibidor de incrustación aguas abajo de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento desde un tanque 12c de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13c de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación). En el plazo de 0-60 segundos después del tratamiento en la etapa de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento, el inhibidor de incrustación se dosifica adicionalmente desde el tanque 12d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando la bomba 13d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación). Por tanto, puede estabilizarse la etapa de pretratamiento y puede inhibirse la producción de sustancias oxidantes por catálisis.

Además, en los casos en los que, tal como se muestra en la figura 5, un reductor y un inhibidor de incrustación se dosificaron aguas arriba de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento, pero las sustancias oxidantes se han producido recientemente o han llegado al agua de alimentación antes de que el agua de alimentación llegue al módulo 9 de membrana semipermeable, entonces existe la posibilidad de que el módulo 9 de membrana semipermeable sufra una degradación oxidativa. Por tanto, se dosifica un reductor aguas abajo de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento desde un tanque 14d de inyección de productos químicos (para el reductor) usando una bomba 15d de inyección de productos químicos (para el reductor), y se dosifica un inhibidor de incrustación en el plazo de 0-60 segundos antes o después de la dosificación del reductor, desde un tanque 12d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación). Se prefiere este método porque puede estabilizarse la etapa de pretratamiento y puede inhibirse la producción de sustancias oxidantes por catálisis.

Los inhibidores de incrustaciones que van a dosificarse respectivamente aguas arriba y aguas abajo de la unidad 4 de pretratamiento que tiene una función de biotratamiento pueden ser del mismo tipo o de tipos diferentes. Sin embargo, los inhibidores de incrustaciones son preferiblemente del mismo tipo desde el punto de vista de la facilidad y el control de la dosificación. Mientras tanto, en los casos en los que se suministra un fosfato que contiene fósforo, que es una sal nutritiva, a la superficie de la membrana del módulo 9 de membrana semipermeable, se promueve la incrustación biológica y la incrustación biológica da como resultado la captación del ácido fosfórico. Por tanto, existe la posibilidad de que el inhibidor de incrustación no pueda eliminar los metales de transición, tales como el cobre, y que se produzca la formación catalítica de sustancias oxidantes. Por tanto, es preferible que un inhibidor de incrustación que incluye una sustancia orgánica no a base de ácido fosfórico se dosifique aguas arriba del módulo 9 de membrana semipermeable desde un tanque 12d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13d de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación).

Como inhibidores de incrustaciones no a base de ácido fosfórico que son aplicables a la presente invención, pueden usarse polímeros sintéticos tales como poli(ácido acrílico), poliestireno sulfonado, poliacrilamida y polialilamina, polímeros naturales tales como carboximetilcelulosa, quitosano y ácido algínico, y monómeros tales como ácido etilendiaminotetraacético. El ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) es especialmente adecuado para su uso desde el punto de vista de la aplicabilidad, incluyendo la solubilidad y el coste.

En un método de permeado de dos etapas, el concentrado del módulo 9 de membrana semipermeable de la segunda etapa tiene frecuentemente una concentración inferior a la del agua bruta y a menudo se usa un método en el que el concentrado se hace circular y se mezcla con el agua bruta para reducir la concentración de agua bruta, tal como se muestra en la figura 6. En la segunda etapa, a menudo se eleva el pH con el fin de aumentar la tasa de recuperación o mejorar la tasa de retirada de boro y, por tanto, hay casos en los que es propensa a producirse la formación de incrustación. Por consiguiente, también se usa a menudo un inhibidor de incrustación. En este caso, el inhibidor de incrustación dosificado desde un tanque 12e de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) usando una bomba 13e de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) se mezcla con el agua de alimentación para alimentar el módulo 9b de membrana semipermeable de segunda etapa, y el concentrado del módulo 9b de membrana semipermeable de segunda etapa, que contiene el inhibidor de incrustación, se envía al módulo 9a de membrana semipermeable de primera etapa. Por tanto, se prefiere este método.

Ejemplos

Los efectos de la presente invención se han comprobado usando un dispositivo de tratamiento de agua configurado tal como sigue.

En primer lugar, se almacenó agua de mar al 3,5% en un tanque de agua mientras se dosificaba continuamente hipoclorito de sodio en una cantidad de Ch 1 mg/l y sulfato de cobre en una cantidad de Cu 0,1 mg/l. Posteriormente, se usó como unidad de pretratamiento un módulo de membrana de fibra hueca de tipo presurizado (HFU-2008) fabricado por Toray Industries Inc. en el que las membranas eran membranas de ultrafiltración de fibra hueca elaboradas de poli(fluoruro de vinilideno) con un peso molecular límite de 1,5*105 Da y teniendo cada una un área de membrana de 11,5 m2 Se filtró toda la cantidad de agua de mar almacenada con un flujo de filtración de 3 m/d mediante el uso de una bomba de presión. Se almacenó el agua de mar así pretratada en un depósito de agua intermedio. La unidad de pretratamiento tenía una bomba de retrolavado para alimentar el filtrado desde un lado secundario hasta un lado primario de la membrana y un compresor para alimentar aire desde el fondo de la unidad de pretratamiento hasta el lado primario de la membrana. Se llevó a cabo la filtración continua durante 30 minutos, luego se suspendió la filtración una vez y se realizó una limpieza de un minuto en la que se llevaron a cabo al mismo tiempo el retrolavado usando el filtrado en el tanque de agua intermedio como agua de alimentación en un flujo de retrolavado de 3,3 m/d y el lavado con aire mediante alimentación de 14 Nl/min de aire desde la parte inferior de la unidad de pretratamiento, y después de eso se descargaron las contaminaciones en la unidad de pretratamiento. Luego el funcionamiento volvió a la filtración normal. Y se repitió este ciclo de funcionamiento. Se dosificó un inhibidor de incrustación en el filtrado almacenado en el tanque de agua intermedio, y a continuación se dosificó un reductor en el mismo. Se hizo pasar el filtrado resultante por un filtro de seguridad mediante una bomba de alimentación, y luego se alimentó a un módulo de membrana semipermeable mediante una bomba de refuerzo, generando así agua dulce. El módulo de membrana semipermeable usado en el presente documento era un elemento de membrana de ósmosis inversa fabricado por Toray Industries Inc. (TM810C), y se hizo funcionar en condiciones en las que la velocidad de flujo de alimentación de ósmosis inversa era de 1,0 m3/h y la velocidad de flujo de permeado era de 0,12 m3/h (razón de recuperación: 12%).

Se continuaron las operaciones durante 3 meses mientras se dosificaba un inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l y mientras se dosificaba continuamente hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l aguas arriba del módulo de membrana semipermeable en el plazo de 10 segundos después de la dosificación del inhibidor de incrustación. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Y el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa también estaba a 350 mV o menos.

Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 15% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,1 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, no se detectó ningún enlace C-Cl, por lo que se presumió que la superficie de la membrana no presentaba ninguna degradación oxidativa atribuida al contacto con el halógeno.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó continuamente hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l en el plazo de 60 segundos después de la dosificación del inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Y también se mantuvo el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa a 350 mV o menos.

Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 15% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,2 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, no se detectó ningún enlace C-Cl, por lo que se presumió que la superficie de la membrana no presentaba ninguna degradación oxidativa atribuida al contacto con el halógeno.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó continuamente el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l en el plazo de 60 segundos después de la dosificación de hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Y también se mantuvo el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa a 350 mV o menos.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó continuamente el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l en el plazo de 10 segundos después de la dosificación de hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Y también se mantuvo el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa a 350 mV o menos.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que: se repitió un ciclo de funcionamiento en el que se filtró toda la cantidad de agua bruta en un flujo de filtración de 0,5 m/d, se llevó a cabo una filtración continua durante un día, luego se suspendió la filtración una vez, se descargaron las contaminaciones en el tanque de pretratamiento, y después de eso el funcionamiento volvió a la filtración normal, de modo que la biomasa que incluye tanto una biopelícula acumulada en la superficie de las membranas de filtración como la materia en suspensión mantenida en el lado primario (lado del agua de alimentación) de las membranas de filtración llegó a realizar una función de biotratamiento; se dosificó hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l aguas arriba de la unidad de pretratamiento y, en el plazo de 10 segundos después de la dosificación del mismo, se dosificó continuamente el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfórico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l; y se dosificó continuamente aguas abajo de la unidad de pretratamiento ácido poliacrílico, que era un inhibidor de incrustación no a base de ácido fosfórico, con una concentración de 1 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Y también se mantuvo el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa a 350 mV o menos.

Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 5% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,1 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, no se detectó ningún enlace C-Cl, por lo que se presumió que la superficie de la membrana no presentaba ninguna degradación oxidativa atribuida al contacto con el halógeno.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 5, excepto que se dosificó el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente, que era un inhibidor de incrustación a base de ácido fosfórico, con una concentración de 1 mg/l continuamente aguas abajo de la unidad de pretratamiento en lugar del inhibidor de incrustación no a base de ácido fosfórico. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada en 350 mV o menos. Y también se mantuvo el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa a 350 mV o menos. Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 20% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,1 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, no se detectó ningún enlace C-Cl, por lo que se presumió que la superficie de la membrana no presentaba ninguna degradación oxidativa atribuida al contacto con el halógeno.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l de manera continua a los 30 minutos después de la dosificación de hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Sin embargo, el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa superaba a menudo los 350 mV. Por tanto, existía la posibilidad de que la superficie de la membrana de ósmosis inversa hubiera entrado en un estado de oxidación.

Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 10% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,5 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, se observó la unión C-Cl. Por tanto, existía la posibilidad de que la superficie de la membrana hubiera sufrido una degradación oxidativa atribuida a una sustancia oxidante a base de cloro.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó continuamente el inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l a los 2 minutos después de la dosificación de hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada a 350 mV o menos. Sin embargo, el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa superó varias veces los 350 mV, y el potencial de oxidación-reducción del concentrado recogido de la membrana de ósmosis inversa aumentó gradualmente hasta superar los 350 mV. Por tanto, existía la posibilidad de que la superficie de la membrana de ósmosis inversa con potencial de reducciónoxidación hubiera entrado en un estado de oxidación.

Después de las operaciones, el elemento de membrana de ósmosis inversa puesto en uso sufrió una reducción del 10% en la cantidad de producción de agua dulce y un aumento del 12% en la presión diferencial, y se degradó el permeado obtenido de manera que la concentración de sal del mismo se aumentó en 1,3 veces en comparación con el permeado obtenido en la etapa inicial. Se desmontó el elemento de membrana de ósmosis inversa resultante y se limpió con un ácido y un álcali; como resultado, se restableció su rendimiento, incluyendo la cantidad de producción de agua dulce y la calidad del agua del permeado, a los equivalentes de los iniciales. Además, según la ESCA (espectroscopia electrónica para el análisis químico) realizada en la superficie de la membrana, se observó la unión C-Cl. Por tanto, existía la posibilidad de que la superficie de la membrana hubiera sufrido una degradación oxidativa atribuida a una sustancia oxidante a base de cloro.

Se llevaron a cabo las operaciones en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto que se dosificó continuamente el hidrogenosulfito de sodio con una concentración de 2 mg/l a los 30 minutos después de la dosificación del inhibidor de incrustación a base de ácido fosfónico disponible comercialmente con una concentración de 1 mg/l. Durante las operaciones, se mantuvo el potencial de oxidación-reducción del agua pretratada en 350 mV o menos. Sin embargo, el potencial de oxidación-reducción de un concentrado de la membrana de ósmosis inversa superó varias veces los 350 mV, y el potencial de oxidación-reducción del concentrado recogido de la membrana de ósmosis inversa aumentó gradualmente hasta superar los 350 mV. Por tanto, existía la posibilidad de que la superficie de la membrana de ósmosis inversa con potencial de reducciónoxidación hubiera entrado en un estado de oxidación.

Descripción de Ios números y signos de referencia

1: Tubería de agua bruta

2: Tanque de agua bruta

3: Bomba de alimentación de agua bruta

4: Unidad de pretratamiento

5: Tanque intermedio

6: Bomba de alimentación de agua pretratada

7: Filtro de seguridad

8: Bomba de refuerzo

9, 9a y 9b: Módulo de membrana semipermeable

10: Permeado

11: Concentrado

12a, 12b, 12c, 12d y 12e: Tanque de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) 13a, 13b, 13c, 13d y 13e: Bomba de inyección de productos químicos (para el inhibidor de incrustación) 14a, 14b, 14c, 14d y 14e: Tanque de inyección de productos químicos (para el reductor)

15a, 15b, 15c, 15d y 15e: Bomba de inyección de productos químicos (para el reductor)

16a y 16b: Medidor de cloro

17a, 17b, 17c, 17d, 17e y 17f: Medidor del potencial de oxidación-reducción (ORP)

18a: Tanque de inyección de productos químicos (para el oxidante)

19a: Bomba de inyección de productos químicos (para el oxidante)

Claims

r e iv in d ic a c io n e s

1. Método de tratamiento de agua que comprende: alimentar o bien agua bruta o bien agua pretratada obtenida mediante el pretratamiento de agua bruta en una etapa de pretratamiento, como agua de alimentación, a un módulo de membrana semipermeable aplicando una presión con una bomba de refuerzo; y separar el agua de alimentación en un concentrado y un permeado,

en el que un inhibidor de incrustación se dosifica al agua de alimentación en el plazo de 0-10 segundos antes o después de que se dosifique un reductor al agua de alimentación,

en el que el agua de alimentación contiene un metal de transición en una cantidad de 0,001 mg/l o más, y en el que el metal de transición comprende al menos un metal de transición seleccionado de Fe(M/MI), Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Cu(I/II), Co(MN), Ni(II) y Cr(M/MI/IV/VI).

2. Método de tratamiento de agua según la reivindicación 1, en el que el inhibidor de incrustación tiene una función reductora.

3. Método de tratamiento de agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que el inhibidor de incrustación comprende un compuesto orgánico a base de ácido fosfórico,

en el que en particular, el inhibidor de incrustación comprende un componente que es al menos un ácido orgánico seleccionado de entre ácido aminotris(metilenfosfónico), ácido dietilentriaminopenta(metilenfosfónico), ácido hexaetilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido etilendiaminotetra(metilenfosfónico), ácido 1-hidroxietilen-1,1-difosfónico y ácido tetrametilendiaminotetra(metilenfosfónico) o es una sal de los mismos y que tiene un peso molecular de 200-10.000 g/mol.

4. Método de tratamiento de agua según la reivindicación 3, en el que el inhibidor de incrustación comprende, como componente auxiliar, al menos un compuesto seleccionado de entre ácido polifosfórico, ácido fosforoso, ácido fosfónico, hidruro de fósforo, óxido de fosfina, ácido ascórbico, catequina, polifenoles y ácido gálico.

5. Método de tratamiento de agua según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el reductor se dosifica al agua de alimentación después de que se dosifique un oxidante al agua de alimentación y/o en el que el inhibidor de incrustación se dosifica al agua de alimentación a los 0-10 segundos antes de dosificar el reductor al agua de alimentación y/o

en el que el reductor y el inhibidor de incrustación se dosifican simultáneamente al agua de alimentación y/o en el que el reductor comprende cualquiera de hidrogenosulfito de sodio, sulfito de sodio, pirosulfito de sodio y tiosulfato de sodio y/o

en el que la etapa de pretratamiento tiene una función de biotratamiento.