INTRODUCCIÓN

 La microfiltración es el proceso de separación de partículas de tamaño inferior a 10 µm de un fluido, líquido o gas.

http://mirziamov.ru

El mecanismo habitual por el que se produce la separación de partículas es la retención en superficie, que es la que se produce en la superficie de los filtros de membrana. Generalmente, este tipo de filtros se caracteriza por tener poros con una estructura muy regular, lo cual garantiza niveles de retención muy fiables, de manera que podemos aproximar, en algunos casos, hasta la centésima de micra, sobretodo en materiales como el policarbonato.

 Es un mecanismo que permite la concentración, purificación y separación de partículas finas, microorganismos y gotas de emulsión, a través de membranas semipermeables. Este tipo de filtración ha adquirido gran aceptación de las industrias, ya que tienen un menor coste derivado del bajo consumo de reactivos y de un menor consumo energético, menor degradación de los productos, al realizarse la separación a temperaturas semejantes a las ambientales.

Una de las industrias con mayor utilización de este proceso, es la industria alimenticia, debido a las exigencias en la seguridad y calidad de los productos, la competitividad y la búsqueda de procesos verdes para el mejoramiento del medio ambiente. Este es un proceso con muchas aplicaciones industriales, y faltan algunas más por explotar debido a la poca investigación en el campo de su control.

 

APLICACIONES

 Algunos ejemplos de aplicaciones de la microfiltración son:

• Esterilización por frío de bebidas y productos farmacéuticos.
• Clarificación de zumos de frutas, vinos y cerveza.
• Separación de bacterias del agua (tratamiento biológico de aguas residuales).
• Tratamiento de efluentes.
• Separación de emulsiones de agua y aceite.
• Pre-tratamiento del agua para ósmosis inversa.
• Separación sólido-líquido para farmacias e industrias alimentarias.
•  

En proyectos de agua potable, la microfiltración es utilizada principalmente como pretratamiento a un proceso más fino, por ejemplo, la ósmosis inversa. Se puede también utilizar sólo en la potabilización de agua de superficie.

En proyectos de aguas residuales, la microfiltración se puede emplear como sustituta de un clarificador secundario como en los Reactores Biológicos de Membranas. Puede tener la misma función en el tratamiento de aguas jabonosas para separar los sólidos suspendidos del agua antes de seguir en el proceso.

 

 FORMAS DE OPERACIÓN

 La retención puede producirse por el paso del agua a través de un material poroso o de una membrana; y puede producirse en dos formas de flujo distintas: “dead end”(flujo directo) o “crossflow” (flujo cruzado). Los filtros dead end funcionan de la misma forma que los filtros multimedia: cuando una corriente de agua pasa a través de ellos, se acumulan los sólidos sobre la superficie y en el interior del medio filtrante, y se obtiene una corriente de agua de producto. Los filtros crossflow (siempre de membranas) permiten obtener dos corrientes al pasar un caudal de agua a través del filtro: una que fluye paralela a la membrana arrastrando los sólidos retenidos, y la otra, purificada, que pasa a través de ella.

 

 TIPOS DE FILTROS

 Los filtros de cartucho (tipo dead end) son muy utilizados como protección a equipos que estén aguas abajo, como puede ser una ósmosis o una nanofiltración, y posteriores a equipos de filtración por medios, como puede ser un multimedia. Estos es porque si el agua tuviera gran contenido de sólidos se taparían con facilidad, y debido a que no sirven como método de remoción de sólidos disueltos sino que solo remueven partículas en suspensión, como bacterias, macromoléculas, sólidos en suspensión, dejando pasar coloides, virus, dureza, color, pesticidas y sales.

Son muy sencillos ya que no requieren ningún tipo de mantenimiento, solo se recambian cada cierto periodo de tiempo (cada 3 meses es un periodo razonable) siempre dependiendo de las condiciones del agua que se este alimentando; un criterio para el recambio de los filtros de cartucho es hacerlo cuando la caída de presión supere un valor determinado que está dado por las características constructivas del filtro.

 El medio filtrante se construye en polipropileno, celulosa, fibra de vidrio, nylon, y las carcasas de los filtros de cartucho pueden estar construidas en acero inoxidable, plástico, acrílico, de acuerdo a las presiones y caudales que manejen. Pueden ser sanitarios, múltiples, absolutos, nominales, etc. Un filtro absoluto de, por ejemplo, 5 micrones, retiene cerca del 99,99 % de las partículas de dicho diámetro; mientras que un filtro nominal de 5 micrones retiene alrededor del 90 %. Esta diferencia se debe a que para el filtro nominal, el tamaño de retención es un valor estadístico, que surge de una distribución gaussiana de poros, a diferencia del filtro absoluto cuyo distribución de poros es mas o menos uniforme y el valor límite de retención es obtenido en condiciones de laboratorio como el diámetro de la mayor partícula que pasa a través de él.

Los filtros de membranas, en cambio, se caracterizan por trabajar de modo tangencial; es decir que el fluido que ingresa se divide en dos corrientes, una que pasa a través de la membrana, que la atraviesa en forma perpendicular, y otra que circula paralela a la superficie de la misma. Esta última ayuda a remover los sólidos que no filtran a través de la membrana concentrándose en ellos, por lo cual se llama “concentrado” o corriente de rechazo. Sin embargo, en algunas aplicaciones como en la producción de jugos, esta corriente puede ser el producto deseado. Para que efectivamente el agua filtre a través de la membrana es necesario generar una presión de trabajo (puede ser mediante el uso de una bomba); los equipos de microfiltración pueden trabajar a presiones entre 1 y 25 kg/cm2, dependiendo del fluido a filtrar. La presión a la que trabajan los medios filtrantes determina no solo el tipo de filtro a elegir, sino también el material de la carcasa del filtro, de forma de trabajar a esas presiones sin complicaciones.

Comúnmente en microfiltración se utilizan membranas en configuración de fibra hueca, ya que esta es la configuración que requiere menor presión de trabajo y, por lo tanto, un menor costo de bombeo. El fluido circula a través de membranas del tamaño de capilares que varían entre los 0,5 y 8 mm de diámetro. Dependiendo de la construcción se trabaja de adentro hacia afuera o viceversa, presentando en cada caso, ventajas y desventajas. Cuando el fluido circula desde el interior del filtro hacia afuera no existe riesgo de deformación de la fibra, que si se presenta en el otro caso, ya que la presión externa puede compactar las fibras, reduciendo la capacidad de filtración de la misma. Por otro lado, al hacer pasar agua desde afuera hacia adentro, las partículas filtradas quedan depositadas en la superficie externa y su remoción es bastante más sencilla que en el caso contrario.

El caudal de agua que pasa a través de la membrana es proporcional a la presión ejercida y a la superficie de la membrana e inversamente proporcional al espesor de la misma. Pueden estar construidas de materiales diversos, siempre que sean compatibles con la solución alimentada y con los agentes de limpieza; se fabrican con acetato de celulosa (CA), PVC, poliacrilonitrilo, policarbonato y polisulfona. La polisulfona tiene especial interés porque resiste hasta 93 ºC, pHs desde 0,5 hasta 13 y gran variedad de agentes químicos.

Las membranas de microfiltración tienen poros de entre 0.3 y 10 micrones, y debido al carácter abierto de las mismas, no sufren los efectos de polarización de la concentración en forma tan acentuada como los equipos de nanofiltración u ósmosis inversa.
Los lavados se realizan en contra-corriente con agua filtrada como primera etapa, pero en la mayoría de las aplicaciones es necesario aplicar otros métodos para limpiar completamente la membrana. Debido a que algunas sustancias pueden quedar adheridas por medio de un proceso llamado adsorción (principalmente sustancias de origen orgánico o microbiano), es necesario recurrir a la aplicación de contra-lavados con limpiadores químicos, los cuales varían dependiendo del proceso considerado. Las membranas se lavan in-situ, es decir que no es necesario quitarlas de la instalación, lo que simplifica el proceso de lavado.

 

 INSTALACIONES

 Las instalaciones de microfiltración, están compuestas, básicamente por:

• Prefiltro de protección, para eliminar partículas de gran tamaño que puedan obstruir las fibras capilares de las membranas, con mallas autolimpiables con tamaño luz de 500 micras.
• Bombeo de aportación a membranas del agua a tratar, con variador de frecuencia.
• Sistema de retrolavado secuencial, según la pérdida de carga, con aiere y/o agua, con o sin producto químico, incluyendo compresor de aire y bombeo de agua tratada.
• Sistema de limpieza química, para recuperar las prestaciones de las membranas si no han sido efectivos los diversos retrolavados establecidos.
• Elementos de gobierno y control para las operaciones de funcionamiento normal y lavados y limpiezas químicas sean totalmente automáticas.