Membranas de Fibra Hueca

IX congreso internacional Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE NANOFILTRACIÓN DE FIBRA HUECA

NEW DEVELOPMENTS IN HOLLOW FIBER NANOFILTRATION

Frans Knops Frederik Spenkelink Sergi Lluch Alejandro Román Manuel Rubio

Pentair X-Flow


CONTENIDO

1.   Introducción. Nueva familia de membranas de fibra hueca

2.   Membrana HFC. Eliminación de Color

3.   Ensayos con planta piloto en Longwood (Yorkshire, Reino Unido)

4.   Conclusiones


CAMPO DE APLICACIÓN DE MEMBRANAS DE FIBRA HUECA


MEMBRANAS DE FIBRA HUECA DE MF/UF

POTABILIZACIÓN

DESALACIÓN

REUTILIZACIÓN

•  Primeras experiencias a finales de la década de los 80 •  Rápida expansión desde mediados de los años 90:

–  Cryptosporidium/Giardia – Virus

•  Implantación a gran escala. Ej. Minneapolis (EEUU): 265.000 m3/d (2004)

•  MF/UF como pretratamiento de ósmosis inversa •  Primeras experiencias a gran escala a principios de la década pasada •  >110 desaladoras con MF/UF; capacidad total > 9.000.000 m3/d •  Ashdod (Israel): 930.000 m3/d UF

•  MF/UF como tratamiento terciario ó MBR •  Rápido aumento de proyectos de reuWlización desde mediados de los 90

–  Legislación para eliminación de bacterias y virus –  Pretratamiento de OI

•  Sulaibiya -‐ Kuwait(2004): 425.000 m3/d; Doha-‐Qatar (2009): 440.000 m3/d


NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE FIBRA HUECA


DESARROLLO DE MEMBRANAS DE MAYOR DENSIDAD EN PENTAIR X-‐FLOW

150.000 Da

0.8 mm

10.000 Da

1.000 Da

100 Da RO

NF

LMW UF

UF

Contaminantes emergentes

Dureza

Biopolímeros / Eliminación TEP

Color/COD/FP THM

Sílice Coloidal

Eliminación sales en agua salobre Eliminación de sulfatos

[Aquaflex 55, XIGA 55]

[Seaflex 55i]

[HFC Color]

[HFS 60 Silica]


DE UF A UF CERRADA (“TIGHT UF”) : HFS

UF | Aquaflex y Xiga HFS


LA MEMBRANA HFS

•  Comportamiento de membrana “porosa”, al igual que la UF clásica •  Estructura más densa de la PES

•  Corte Molecular: 7.000 Da •  Diámetro de fibra: 0,8 mm. Módulo de dimensiones compaWbles con el Aquaflex UF •  Aplicaciones:

–  Eliminación sílice coloidal (99,8%). Agua calderas /turbinas –  Pretratamiento de agua de mar. Retención de TEP

HFS 60 Aquaflex UF


CONTENIDO




4.   Conclusiones


DESARROLLO DE MEMBRANAS DE MAYOR DENSIDAD EN PENTAIR X-‐FLOW

150.000 Da

0.8 mm

10.000 Da

1.000 Da

100 Da RO

NF

LMW UF

UF

Contaminantes emergentes

Dureza

Biopolímeros / Eliminación TEP

Color/COD/FP THM

Sílice Coloidal

Eliminación sales en agua salobre Eliminación de sulfatos

[Aquaflex 55, XIGA 55]

[Seaflex 55i]

[HFC Color]

[HFS 60 Silica]


DESARROLLO DE LA MEMBRANA HFC

PRINCIPIOS DEL CONCEPTO HFC: • Eliminación de materia orgánica

–  Carbono Orgánico Disuelto (COD) –  Color

• Paso de sales divalentes (dureza) – Mg2+

–  Ca2+

CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA: –  Fibra hueca: 0,8 mm diámetro –  Filtración dentro-‐fuera – Dimensiones similares al módulo de UF – Resistente al cloro – Corte molecular: 1.000 Da – CerWficados de agua potable (NSF Std.61, ACS, DWI Reg.31)

Diámetro externo: 1,15 mm Diámetro interno: 0,8 mm


Los THMs son cancerígenos y la mayoría de los países del mundo establecen límites máximos permitidos en agua potable.

IMPORTANCIA DE LA ELIMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA NATURAL

Tecnologías empleadas en la eliminación de MON:

•  Coagulación/Floculación + Separación (Flotación, Filtración Arena, MF/UF, etc.) •  Membranas tubulares: altos costes de inversión y operación. Usadas sólo para pequeñas capacidades.

•  Membranas espirales: menores costes de inversión y menor necesidad de espacio. Mayor tendencia al ensuciamiento y taponamiento. Uso sólo en aguas relaWvamente limpias.


COMPARACIÓN ENTRE HFC Y OTRAS TECNOLOGÍAS DE MEMBRANA

UF + Coag. NF Espiral HFC Retrolavable Resistencia al cloro Eliminación de COD sin uso de coagulante Sin eliminación de sales divalentes Necesidades de Pretratamiento La membrana HFC combina las ventajas de las membranas espirales de NF y las membranas de fibra hueca de UF para la eliminación de Color y COD de aguas superficiales.


CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA HFC

•  El comportamiento de la membrana HFC se asemeja al de las membranas “no porosas” como las de NF.

•  La influencia de las condiciones de proceso en la calidad del permeado diferencian a la membrana HFC de las membranas de fibra huecas de Wpo poroso (MF y UF).

•  El grado de retención de la membrana dependerá de: –  CaracterísWcas del módulo de membranas: longitud y diámetro de la fibra. –  Propiedades de la membrana: Ej. SelecWvidad. –  Parámetros de operación: Flujo, velocidad de recirculación (cross-‐flow) y recuperación.


CONTENIDO




4.   Conclusiones


PILOTO HFC: YORKSHIRE WATER

Embalse de Longwood,Yorkshire

Sistema HFC

Planta de Tratamiento Actual


Mezcla Rápida Floculac. Flotación

Filtración Rápida

Gravedad (RGF)

Lechos Contacto

Manganeso

Tanque Contacto

Cloro

Tanque Agua Final

Coa

glul

ante

NaO

Cl

NaO

Cl

HFC Tanque

Contacto Cloro

Tanque Agua Final

Filtro 300 µm

NaO

Cl



Piloto HFC

Analizador TOC – Shimadzu V CPH [COT, COD]

UV-‐VIS – HACH Lange CADAS 200S [Color, UV254]

Potencial Formación THMs: Cranfield University

MÉTODOS Y MATERIALES


Calid

ad

Rend

imiento

1ª Etapa: Calidad del permeado

ObjeWvo : definir influencia de los parámetros de proceso

•  JF : 5 -‐ 10 -‐15 -‐ 20 -‐ 25 lm-‐2h-‐1

•  vCF : 0.2 -‐ 0.4 -‐ 0.6 -‐ 0.8 -‐ 1.0 ms-‐1

• Análisis : COT, COD, UV254, Color

2ª Etapa: condiciones de proceso, influencia de parámetros de proceso:

• Rendimiento de la filtración

• Limpieza hidráulica

• Limpieza química

MÉTODOS Y MATERIALES


• Retención de color: aprox. 95%. • Flujos más altos resultan en menor % retención debido a la polarización por concentración.

• Velocidades de recirculación más altas resultan en una mayor retención debido a que la concentración de contaminantes en la superficie disminuye.


RESULTADOS


Eliminación de materia orgánica:

• Eliminación de COD, Color y Turbidez comparable al proceso existente (RGF), que uWliza una dosis de FeCl3 de 20 mgl-‐1.

• Eliminación color ~95%

Sub-‐productos de desinfección

• Potencial de formación de THMs (THM-‐FP) del permeado de la membrana HFC ~50% más bajo comparado con RGF + 20 mgl-‐1 FeCl3. • La fracción del COD eliminada por la membrana HFC Wene alto potencial de formación de THMs.


RESULTADOS


Presión Transmembrana(TMP)

Turbidez


RESULTADOS


CONTENIDO




4.   Conclusiones


CONCLUSIONES

•  Las membranas de MF/UF de fibra hueca se han converWdo en una tecnología ampliamente uWlizada en proyectos de potabilización, desalación y reuWlización.

•  El desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el tratamiento de otro Wpo de compuestos (ej. disruptores endocrinos), o la mejora del consumo energéWco y de reacWvos químicos de las tecnologías actuales, abre nuevos campos de actuación para las membranas de fibra hueca.

•  La NF mediante membranas de fibra hueca es un método efecWvo de eliminación de COD, Color y precursores de los THMs, sin necesidad de dosificación de coagulantes o floculantes, y con gran flexibilidad de operación frente a variaciones de turbidez del agua de alimentación.

•  El piloto de Longwood demuestra que la NF de fibra hueca Wene el potencial de converWrse en un sistema de un solo paso para producción de agua potable a parWr de agua superficial con alto contenido en color, permiWendo incluso adaptarse a futuras limitaciones más estrictas en cuanto a concentraciones de THMs.


•  Maria Kennedy (IHE)

•  Jan Schippers (IHE)

•  Jenny Banks (Yorkshire Water)

•  Peter Jarvis (Cranfield University)

• Grupo I+D+i Pentair X-‐Flow

AGRADECIMIENTOS


NUEVOS DESARROLLOS DE MEMBRANAS DE NANOFILTRACIÓN DE FIBRA HUECA

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