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La filtración mediante membranas sigue el principio de la separación de partículas basada en el tamaño de los poros y en su distribución. Las membranas de microfiltración tienen tamaños de poro que varían de 0,075 micrones a 3 micrones. La microfiltración es un proceso de filtrado donde se opera con membranas semi-permeables de baja presión. El objetivo de este proceso es la eliminación de sólidos en suspensión pero no retiene el paso de sales disueltas y macromoléculas. La microfiltración no altera las propiedades químicas de la solución
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Fig.1 Proceso de microfiltracion

Las membranas empleadas en este proceso son de estructura simétrica y microporosa con tamaño de poro entre 0.1 µm a 10 µm. La diferencia de presión varía entre 0.1 y 2 atm. Esta operacion unitaria es utilizada para la remoción de partículas, bacterias, coloides y las macromóleculas orgánicas de una solución acuosa en las plantas de tratamiento de aguas.
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En este cuadro se da algunos ejemplos de los diferentes tamaños de las membranas y que materiales se pueden filtrar.


En la microfiltración se alcazan grandes velocidades de fluido en flujo cruzadodo a través de la superficie del filtro mientras que la velocidad perpendicular a la superficie es relativamente pequeña. De esta manera se evita la formación de la torta filtrante y los problemas debido a la elevada resistencia de la torta. Este tipo de filtración es una alternativa debido que las levaduras y bacterias son mucho más difíciles de tratar por su pequeño tamaño. Por ejemplo Los micelios fúngicos se pueden filtrar relativamente bien por un proceso de filtración debido a que la torta filtrante micelial tiene una porosidad superficial grande.(Doran, 1998)
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Fig2. Esquema tamaño de poros filtracion
Una parte de la contaminación viral es atrapada en este proceso ya que, a pesar de que los virus son de menor tamaño que los poros de la membrana, éstos pueden acoplarse a las bacterias y por tanto ser eliminados.
La microfiltración puede ser aplicada a muchos tratamientos de agua cuando se necesita retirar de un líquido las partículas de un diámetro superior a 0.1 mm

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Fig3. microfiltracion y ultrafiltracion
La microfiltración es básicamente lo mismo solo que el tamaño del poro es más pequeño.

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Gráfico 2: Equipo de microfiltración


Los problemas de daño durante el transporte de células en un sistema de recirculación son inevitables pero al dispo­ner un módulo de filtración dentro de un reactor de tanque agitado para alcanzar cultivos celulares de alta densidad de 51 g/L de levadura, manteniendo una alta viabilidad en el cultivo por la remoción de productos permite incrementar notablemente la productividad volumétrica del reactor en la fermentación de etanol.
Varios procesos son aplicables en varios tipos de industria, por ejemplo en un sistema desarrollado para varios procesos microbiológicos que permite incrementar la con­centración celular por el suministro continuo de nutrien­tes y para la extracción de metabolitos inhibitorios.
Esta tecnología no se utiliza únicamente como pre-tratamiento, sino también como “refinado” en la fase de post-tratamiento, por ejemplo para la remoción de partículas resinosas de los tratamientos de intercambio iónico. Se utiliza para la remoción de partículas, bacterias, coloides y macromoléculas orgánicas de la solución acuosa en las plantas de tratamiento de aguas.
Para realizar procesos de microfiltración de manera óptima es fundamental seguir una serie de normas:
El volumen de la muestra a filtrar: Es importante tener en cuenta cual será el volumen de la muestra que queremos filtrar.
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El poro de la membrana: Según la finalidad de la filtración, necesitamos un diámetro de poro concreto.

El material del filtro: En primer lugar es importante conocer la naturaleza de la muestra­ fluído (gas o líquido). En caso de gas, la membrana debe ser de PTFE.

Tipos de membranas

Las membranas están hechas de materiales como cerámica, polímeros y metales sinterizados. Mientras las cerámicas y los metales se usan generalmente en aplicaciones industriales, las membranas poliméricas se están convirtiendo en una herramienta común para el tratamiento de agua potable y aplicaciones municipales.

  • Membranas a presión

Las primeras membranas comercialmente disponibles estaban diseñadas como láminas planas enrolladas para formar membranas en espiral. Estas membranas no podían tolerar sólidos y requerían altas presiones para operar. El elevado costo operativo de estas membranas dio lugar a que fueran poco usadas para la microfiltración en aplicaciones municipales. Las membranas enrolladas en espiral generalmente se usan en la nanofiltración y ósmosis inversa, y por lo general se usan en la desalinización de agua salobre y agua de mar para la producción de agua potable.

Las membranas de fibra hueca se desarrollaron en la última década como un medio para abordar las necesidades de la microfiltración con bajos costos de consumo energético. Ellas rápidamente se convirtieron en el estándar de la industria y varias empresas empezaron a elaborar estas membranas de gran superficie para aplicarlas al área de agua potable.

Existen dos tipos de membranas de fibra hueca operadas a presión:

  • Membranas de adentro hacia afuera, en las que el afluente ingresa al interior del lumen de la membrana y el agua limpia se obtiene al pasar del interior de la membrana al exterior.
  • Membranas de afuera hacia adentro, en las que el afluente viene por fuera de la membrana y el agua limpia se obtiene al pasar del exterior de la membrana al interior (lumen).
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Modalidades de filtración - Membranas de fibra hueca


Todas las membranas de fibra hueca a presión están instaladas dentro de recipientes presurizados que sirven para aplicar la presión necesaria para la transferencia adecuada del fluido. La presión de operación típica de estas membranas es de 15 a 30 psi.

Membrana de fibra hueca operada al vacío – Membrana ZeeWeedä

El proceso de tratamiento de agua potable basado en la membrana ZeeWeedä es un proceso revolucionario que usa poca energía y consta de módulos de microfiltración con membranas de fibra hueca de afuera hacia adentro que se sumergen en el agua de alimentación. Este microfiltro tiene un tamaño de poro nominal de 0,085 micrones y un tamaño de poro absoluto de 0,2 micrones, lo cual asegura que no pasará al agua tratada ninguna partícula mayor a 0,2 micrones.

Las membranas operan bajo una succión pequeña creada dentro de las fibras huecas por una bomba de filtración. El agua tratada pasa a través de la membrana, entra a las fibras huecas y es bombeada para su distribución. Se introduce un flujo de aire en el fondo del módulo de la membrana para crear una turbulencia que frota y limpia el exterior de las fibras de la membrana y les permite funcionar a una tasa de flujo alta. Este aire también oxida el hierro y otros compuestos orgánicos, con lo que se obtiene agua de mejor calidad que la suministrada por sólo microfiltración.

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Concepto operativo de una membrana de afuera hacia adentro sumergida sin casco


Alto contenido de solidos


El flujo del agua en las membranas de afuera hacia adentro va desde fuera de la membrana hacia dentro de la fibra hueca, lo que significa que el interior sólo recibe agua limpia y microfiltrada. Por ello los sólidos, algas, arcillas y quistes removidos permanecen fuera de la membrana y nunca entran a ella, lo cual evita que la membrana se contamine y se obstruya. Esta característica evita el uso de la recirculación interna del filtrado para limpiar las membranas. Además, las membranas sumergidas no están instaladas dentro de los recipientes presurizados sino que están sumergidas dentro de los tanques del proceso. Por ello, son inmunes a la presencia de altos contenidos de sólidos en el tanque. Esto significa que, en las plantas de tratamiento de agua superficial, el rendimiento de la membrana es independiente de la turbiedad estacional del agua de alimentación y de niveles muy altos en el contenido de sólidos.


Aplicaciones



  • Esterilización por frío de bebidas y productos farmacéuticos.
  • Aclaración 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 nanofiltración y ósmosis inversa.
  • Separación sólido-líquido para farmacias e industrias alimentarias.

Microfiltración en la industria alimenticia

Microfiltración como protección de huevos y leche líquida. Usualmente para su control se usa la pasteurización, proceso térmico que elimina los agentes patógenos sensibles al calor pero algunos microorganismos resistentes a este factor pueden sobrevivir. El consumidor puede evitar la infección si aplica una adecuada cocción de los huevos antes de consumirlos, la microfiltración ofrece una nueva posibilidad para compensar las posibles deficiencias de la pasteurización.
En la industria láctea, genera una reducción bacteriana significativa y al operar a bajas temperaturas, posibilitan la obtención de productos con excelentes características organolépticas y una calidad bacteriológica satisfactoria.

Tecnología CMF
Esta tecnología, llamada "separación por membrana de microfiltración de flujo cruzado" (CMF) es capaz de eliminar más patógenos que la pasteurización, sin afectar a la capacidad del huevo para espumar, coagular y emulsionar. Esto significa que los huevos tratados con CMF podrían substituir sin riesgo en aquellos productos en los que se requieren estas características.
Un estudio piloto mostró que el tratamiento con CMF elimina cerca del 99,99% de salmonella enteriditis de la clara de huevo líquido no pasteurizado. Asimismo, CMF puede ser usado para eliminar las esporas de bacillus anthracis de las claras de los huevos.
Pruebas realizadas aplicando CMF a leche líquida demostraron la eliminación del 99,99% de esporas de bacillus anthracis de este alimento. Así pues, la micro filtración puede proteger la leche de los patógenos bacterianos más comunes, alargando potencialmente su tiempo de conservación. Aunque es eficaz de por sí, la tecnología CMF funciona mejor si se utiliza junto con la pasteurización, en lugar de como sustituto de ella. La combinación de ambos procesos reduce considerablemente la carga patógena
A continuación veremos en un video del reacondicionamiento de aceite aislante mineral por el método de microfiltración.


























Aplicaciones de agua potable

  • Tratamiento con membranas de microfiltración
  • Tratamiento de aguas superficiales - Desinfección por microfiltración directa

El uso de una membrana de microfiltración de 0,2 micrones en una planta de filtración de agua potable permite abordar en un solo paso algunos de los problemas más discutidos con respecto a las tecnologías actuales:

1) Remoción de quistes de Giardia, oocistos de Cryptosporidium, coliformes y otros parásitos, así como sólidos suspendidos
2) Reducción de virus
3) Reducción del uso de desinfectantes químicos
4) Reducción de productos químicos de sedimentación
5) Reducción de lodos que necesitan disposición.

  • Tratamiento de aguas superficiales - Coagulación mejorada con microfiltración


Cuando se combina con la coagulación, la microfiltración tiene la capacidad de remover el color y el carbono orgánico de las fuentes de agua. Esto se realiza mediante la precipitación de las sustancias orgánicas disueltas en microflóculos que luego la membrana puede separar.


A continuación, se muestra un documento pdf donde se explica detalladamente todo acerca de la microfiltración:
















Referencias:

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