Microfiltrarea: optiunea #1 anti Giardia

Ce este microfiltrarea?

Microfiltrarea este un proces mecanic de filtrare a particulelor solide, fine, insolubile din apa sau alte lichide cu ajutorul presiunii. 

Ce contaminati se pot reduce/elimina prin microfiltrare:

Cei mai comuni contaminanti pe care microfiltrarea ii poate reduce semnificativ sunt: nisipul, namolul, argila, rugina, polenul, protozoarele (ex. Giardia lamblia si Cryptosporidium), algele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAHs), unele bacterii, unele substante organice (doar cu un stadiu preliminar de tratare). 

Ce intrebuintari mai are microfiltrarea?

Microfiltrarea se foloseste si pentru separarea: emulsiilor, celulelor rosii, plasmei de sange, proteinelor, etc.

Ce contaminati nu se pot reduce/elimina prin microfiltrare:

Desi utila in separarea emulsiilor uleioase, microfiltrarea nu este eficienta in filtrarea contaminantilor solubili (substante dizolvate) din apa.

De asemenea, desi joaca un rol important in decontaminarea microbiologica, microfiltrarea nu reprezinta o bariera absoluta pentru toate bacteriile, iar virusurile trec aproape in totalitate.

Ce tehnica se foloseste in microfiltrare?

Cel mai frecvent se foloseste o membrana, dar exista si cartuse ceramice sau cartuse din bloc de carbon care pot face acest lucru cu succes (desi mult mai rar).

Asadar, materialele dincare se poate fabrica un filtru de microfiltrare pot fi destul de variate precum otelul inoxidabil de grad alimentar, plasticul, ceramica, carbonul activat, tesaturile textile, etc.

Ce este o membrana de microfiltrare?

Membrana de microfiltrare este o membrana poroasa, permeabila, hidrofila care permite trecerea apei si a moleculelor mici si impiedica trecerea particulelor mai mari decat porii membranei.

Care sunt cele mai cunoscute materiale din care sunt fabricate membranele de microfiltrare?

Membranele organice sunt fabricate, in principal, din polimeri precum: polisulfona (PSU), acetat de celuloză (CA), fluorura de poliviniliden (PVDF), polietersulfona (PES), poliamida (PA) sau ceramica in cazul aplicatiilor care necesita temperaturi inalte..

Membranele anorganice sunt, cel mai frecvent, fabricat din metal sinterizat sau alumina poroasa. 

Care este dimensiunea porilor membranei de microfiltrare?

Microfiltrarea, in sens larg, comporta o porozitate intre 0.1 micron si 10 microni.

De obicei, termenul microfiltrare se aplica doar pentru membranele cu porii <1 μm.

Diferenta atat de mare intre minimul si maximul diametrului porilor (100x) este data de necesitatile diferite. De ex., daca se doreste protejarea unei membrane industriale de osmoza inversa de particulele mici, se poate opta pentru o membrana de microfiltrare cu porii largi (5-10 microni). Din contra, daca se doreste instalarea unei protectii microbiologice, se va opta pentru o membrana cu porii cat mai mici (<1 μm).

Cum se realizeaza microfiltrarea?

Ca in cazul oricarei membrane, microfiltrarea are nevoie de presiune pentru a putea fi utilizata. 

Presiunea aplicata apei (vinului, laptelui, etc)  trebuie sa fie mai mare decat rezistenta membranei. 

Cu titlu de exemplu, daca pentru o membrana de microfiltrare de 10 μm ar putea suficienta o presiune de 0.2 bar, pentru una  de 5 μm este necesara o presiune de 0.8 bar, iar pentru membrana de 0.1 μm sunt necesari min. 3 bar.

Desigur, presiunea va fi corelata si cu debitul dorit. Cu cat debitul solicitat este mai mare, cu atat vom aplica membranei o presiune mai mare. Dar, atentie! Cresterea presiunii se va face doar cu respectarea parametrului de presiune maxima indicat de catre producator. In caz contrar, apare riscul ruperii membranei.

Care este importanta prefiltrarii?

Ca in cazul oricarui tip de filtrare fina sau ultrafina, prefiltrarea joaca un rol fundamental in durata de viata si performanta microfiltrarii.

Porii fini ai membranei de microfiltrare ar putea fi usor acoperiti de particulate mult mai mari, ceea ce ar conduce la o diminuare prematura a debitului.

Un alt risc asociat lipsei prefiltrarii sau a efectuarii ei necorespunzator este perforarea membranei de particule ascutite (carbon, etc).

Filtrarea mecanica a microorganismelor poate afecta durata de viata a membranei?

Contaminarea biologica este o cauza importanta a diminuarii performantei membranei de microfiltrare. 

Depunerea de microorganisme si formarea biofilmului pe suprafata membranei va avea ca efect diminuarea semnificativa a debitului si, in final, contaminarea biologica pe ambele parti ale membranei. 

Prevenirea contaminarii microbiologice se va face prin dezinfectia/sterilizarea membranei si inlocuirea la termenele recomandate de catre producator.

Intretinerea membranei de microfiltrare

In situatia colmatarii cu macro particule, se va folosi spalarea inversa (backflow) prin impingerea apei in sens invers. Se va folosi doar apa pura sau ultrapura pentru a nu contamina membrana pe partea sa interioara (permeat). In general, presiunea folosita pentru spalarea inversa este aprox. >3x comparativ cu cea normala de functionare.

In cazul contaminarii microbilogice a membranei, aceasta se va lasa la inmuiat si apoi se va spala invers, la presiune normala, cu agent de dezinfectie. Se folosesc, cel mai frecvent: clor, peroxid, substante puternic alcaline sau acide sau se spala cu detergenti speciali.

Care sunt principalele avantaje ale utilizarii microfiltrarii?

• bariera sigura impotriva protozoarelor si a macromoleculelor;
• cost redus;
• necesita presiune mica;
• debit mare;
• mentenanta destul de usoara si rara;
• functioneaza fara caldura;
• calitatea constanta a permeatului.

Care sunt potentialele dezavantaje ale microfiltrarii?

• nu reprezinta o bariera sigura impotriva bacteriilor si a virusurilor;
• nu reduce contaminantii chimici (substantele dizolvate);
• in cazul modelului tubular este sensibila la intepare (contaminanti ascutiti, necesita prefiltrare), la presiuni >1bar precum si la agenti chimici in concentratii mari (peroxid, acid nitric, acid sulfuric, persulfat, etc);
• debitul apei la intrare si pH-ul trebuie corelate cu materialul din care este fabricata membrana de microfiltrare.

Care sunt domeniile in care microfiltrarea este utilizata cel mai des?

Principalele domenii de utilizarea a microfiltrarii sunt:

• industria apei: filtrarea mecanica a microorganismelor din apa potabila (la retea sau imbuteliata) precum si din apele menajere ca etapa preliminara unei statii de nanofiltrare sau osmoza inversa;
• industria farmaceutica: filtrarea mecanica a microorganismelor din apa folosita la preparea unor medicamente sau suplimente alimentare (numita si sterilizare la rece, de obicei, insotita si de alte metode de dezinfectie/sterilizare);
• laboratoare de analiza: separarea plasmei de sange;
• biotehnologie: separarea biomasei de lichidul de cultura, curatarea fluxurilor din procesele biologice,  recoltarea si reciclarea celulelor, separarea proteinelor recombinate de desurile celulare, clarificarea dextrozei;
• industria alimentara: filtrarea mecanica a microorganismelor din apa folosita la prepararea de alimente sau a bauturilor (sucuri, bere, vin, etc) sau in procesarea laptelui si a zerului;
• industria chimica: vopseluri si adezivi;
• industria petroliera: indepartarea particulelor din gaze;
• Industria prelucratoare a metalelor: separarea emulsiilor uleioase de apa, etc;
• industriile care au lichide efluente poluante: filtrare inainte de expulzarea in natura.

Mai multe detalii despre istoria membranelor de microfiltrare, gasesti aici.