Ce este microfiltrarea?
Microfiltrarea este un proces mecanic de filtrare a particulelor solide, fine, insolubile din apă sau alte lichide cu ajutorul presiunii.
Ce contaminați se pot reduce/elimina prin microfiltrare
Cei mai comuni contaminanti pe care microfiltrarea îi poate reduce semnificativ sunt:
- nisipul
- nămolul
- argila
- rugina
- polenul
- protozoarele (ex. Giardia lamblia și Cryptosporidium)
- algele
- hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs)
- bacteriile de dimensiuni mari
- turbiditatea
- cleiuri
Ce contaminați nu se pot reduce/elimina prin microfiltrare
- contaminanții solubili (substanțe dizolvate) din apă
- bacteriile mici
- virusurile
- substanțe organice
Ce tehnică se folosește în microfiltrare?
Cel mai frecvent se folosește o membrană, dar există și cartușe ceramice sau cartușe din bloc de carbon care pot face acest lucru cu succes (deși mult mai rar).
Așadar, materialele dincare se poate fabrica un filtru de microfiltrare pot fi destul de variate precum oțelul inoxidabil de grad alimentar, plasticul, ceramica, carbonul activat, țesăturile textile, etc.
Ce este o membrană de microfiltrare?
Membrana de microfiltrare este o membrană poroasă, permeabilă, hidrofilă care permite trecerea apei și a moleculelor mici și împiedică trecerea particulelor mai mari decât porii membranei.
Care sunt cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele de microfiltrare?
Membranele organice sunt fabricate, în principal, din polimeri precum: polisulfonă (PSU), acetat de celuloză (CA), fluorura de poliviniliden (PVDF), polietersulfonă (PES), poliamidă (PA) sau ceramică în cazul aplicățiilor care necesită temperaturi înalte.
Membranele anorganice sunt, cel mai frecvent, fabricate din metal sinterizat sau alumină poroasă.
Care este dimensiunea porilor membranei de microfiltrare?
Microfiltrarea, în sens larg, comportă o porozitate între 0.1 micron și 10 microni.
De obicei, termenul microfiltrare se aplică doar pentru membranele cu porii <1 μm.
Deși dimensiunea porilor este cea mai cunoscută metodă de apreciere a performanței unei membrane de MF, în practica filtrării industriale sau comerciale, este foarte utilă cunoașterea și a altui parametru, respectiv pragul de filtrare în funcție de masa moleculară (MWCO), exprimat în daltoni (Da) care trebuie să fie în mai mare de 100.000 Da.
Diferența atât de mare între minimul și maximul diametrului porilor (100x) este dată de necesitățile diferite. De ex., dacă se dorește protejarea unei membrane industriale de osmoză inversă de particulele mici, se poate opta pentru o membrană de microfiltrare cu porii largi (5-10 microni). Din contra, dacă se dorește instalarea unei protecții microbiologice, se va opta pentru o membrană cu porii cât mai mici (<1 μm).
Cum se realizează microfiltrarea?
Ca în cazul oricărei membrane, microfiltrarea are nevoie de presiune pentru a putea fi utilizată.
Presiunea aplicată apei (vinului, laptelui, etc) trebuie să fie mai mare decât rezistența membranei.
Cu titlu de exemplu, dacă pentru o membrană de microfiltrare de 10 μm ar putea suficientă o presiune de 0.2 bar, pentru una de 5 μm este necesară o presiune de 0.8 bar, iar pentru membrana de 0.1 μm sunt necesari min. 3 bar.
Desigur, presiunea va fi corelată și cu debitul dorit. Cu cât debitul solicitat este mai mare, cu atât vom aplica membranei o presiune mai mare. Dar, atenție! Creșterea presiunii se va face doar cu respectarea parametrului de presiune maximă indicat de către producător. În caz contrar, apare riscul ruperii membranei.
Întreținerea membranei de microfiltrare
Care este importanța prefiltrării?
Ca în cazul oricărui tip de filtrare fină sau ultrafină, prefiltrarea joacă un rol fundamental în durata de viață și performanța microfiltrării.
Porii fini ai membranei de microfiltrare ar putea fi ușor acoperiți de particule mult mai mari, ceea ce ar conduce la o diminuare prematură a debitului.
Un alt risc asociat lipsei prefiltrării sau a efectuării ei necorespunzător este perforarea membranei de particule ascuțite (carbon, etc).
Spălarea inversă
În situația colmatării cu macro particule, se va folosi spălarea inversă (backflow) prin împingerea apei în sens invers. Se va folosi doar apă pură sau ultrapură pentru a nu contamina membrana pe partea să interioară (permeat). În general, presiunea folosită pentru spălarea inversă este aprox. >3x comparativ cu cea normală de funcționare.
Contaminarea biologică
Contaminarea biologică este o cauza importantă a diminuării performanței membranei de microfiltrare.
Filtrarea mecanică a microorganismelor poate afecta durata de viață a membranei prin depunerea de microorganisme și formarea biofilmului pe suprafață membranei. Biofilmul va avea că efect diminuarea semnificativă a debitului și, în final, contaminarea biologică pe ambele părți ale membranei.
Prevenirea contaminării microbiologice se va face prin dezinfecția/sterilizarea membranei și înlocuirea la termenele recomandate de către producător.
În cazul contaminării microbiologice a membranei, aceasta se va lasă la înmuiat și apoi se va spăla invers, la presiune normală, cu agent de dezinfecție. Se folosesc, cel mai frecvent: clor, peroxid de hidrogen, substanțe puternic alcaline sau acide sau se spală cu detergenți speciali.
Colmatarea calcaroasă
Are loc atunci când ionii din metale precum calciu sau mageneziu se depun în porii membranei.
Soluția o constituie spălarea membranei cu o soluție acidă.
Colmatarea organică
Substanțele organice din apă pot, deasemenea, să ducă la obturarea parțială a porilor membranei, iar soluția este utilizarea unor substanțe puternic alcaline.
Care sunt principalele avantaje ale utilizării microfiltrării?
- barieră sigură împotriva protozoarelor și a macromoleculelor;cost redus
- necesită presiune mică de 1-4 bar
- debit mare
- mentenanță destul de ușoară și rară
- funcționează fără căldură
- calitatea constantă a permeatului
Care sunt potențialele dezavantaje ale microfiltrării?
- nu reprezintă o barieră sigură împotriva bacteriilor și a virusurilor
- nu reduce contaminanții chimici (substanțele dizolvate)
- în cazul modelului tubular este sensibilă la înțepare (contaminanti ascuțiți, necesită prefiltrare), la presiuni >1bar precum și la agenți chimici în concentrații mari (peroxid, acid nitric, acid sulfuric, persulfat, etc)
- debitul apei la intrare și pH-ul trebuie corelate cu materialul din care este fabricată membrana de microfiltrare
Care sunt domeniile în care microfiltrarea este utilizată cel mai des?
Principalele domenii de utilizare a microfiltrării sunt:
- industria apei: filtrarea mecanică a microorganismelor din apă potabilă (la rețea sau îmbuteliată) precum și din apele menajere că etapă preliminară unei stații de nanofiltrare sau osmoză inversă
- industria farmaceutică: filtrarea mecanică a microorganismelor din apă folosită la preparea unor medicamente sau suplimente alimentare (numită și sterilizare la rece, de obicei, însoțită și de alte metode de dezinfecție/sterilizare)
- laboratoare de analiză: separarea plasmei de sânge, a celuleor roșii
- biotehnologie: separarea biomasei de lichidul de cultură, curățarea fluxurilor din procesele biologice, recoltarea și reciclarea celulelor, separarea proteinelor recombinate de desurile celulare, clarificarea dextrozei
- industria alimentară: filtrarea mecanică a microorganismelor din apa folosită la prepararea de alimente sau a băuturilor (sucuri, bere, vin, etc) sau în procesarea laptelui și a zerului prin separarea proteinelor
- industria chimică: vopseluri și adezivi
- industria petrolieră: îndepărtarea particulelor din gaze
- Industria prelucrătoare a metalelor: separarea emulsiilor uleioase de apă, etc
- industriile care au lichide efluente poluante: filtrare înainte de expulzarea în natură
