LAS TÉCNICAS DE FILTRACIÓN  TANGENCIAL Y EL MEDIO AMBIENTE

Revista Número 3

IV trimestre 1999

 

Leopoldo Vidal-Asiaín
Ingeniero Agrónomo
PROFILTA, S.L


E n 1748, el abad NOLLET descubre la membrana con permeabilidad selectiva, que permite separar partículas según tamaño. Sin embargo, hay que esperar a 1860 y luego a 1950 para ver desarrollarse las dos primeras aplicaciones de la filtración tangencial: la diálisis artificial y la desalinización de agua del mar.

Hoy, la filtración se encuentra en todo tipo de industrias y ayuda a mejorar la calidad de vida y la salud humana (potabilización y desalinización de agua....).

Esta comunicación trata de las aplicaciones medio ambientales de la Micro y de la Ultrafiltración, que se pueden resumir en la frase siguiente: utilizar las particularidades de la filtración tangencial para conseguir tres objetivos: minimizar residuos, reutilizar productos y cuidar el medio ambiente.

Esta será expuesta en dos partes:

1.ª parte: LA MICRO Y LA ULTRAFILTRACIÓN

a continuación en este número, y

2.ª parte: APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES

a editar en próximos números.

PRIMERA PARTE:

LAS TÉCNICAS DE FILTRACIÓN TANGENCIAL:

LA MICRO Y LA ULTRAFILTRACIÓN

Esta primera parte tiene como objeto explicar rápidamente lo que son las técnicas de filtración tangencial, y particularmente la Micro t la Ultrafiltración (Osmosis directa). En este marco, hablaremos primero de los puntos comunes entre las diferentes técnicas, para llegar a una definición, antes de abordar lo que permite diferenciarlas.

  La Microfiltración tangencial sirve para separar suspensiones. Permite retener las partículas cuyo tamaño varía entre 0,1 y 10 micras, lo que corresponde a coloides, levaduras, bacterias, emulsiones....Para separar partículas de tamaño más importante, no es necesario utilizar la filtración tangencial, y entramos de nuevo en el campo de la filtración clásica. La Microfiltración sirve para filtrar un efluente, extrayendo un filtrado estéril y libre de sólidos suspendidos.

La Ultrafiltración sirve para separar soluciones de macromoléculas. Permite retener las moléculas cuyo tamaño oscila entre 0,1 y 0,001 micra. Con la Ultrafiltración, se separan los constituyentes en función de su tamaño molecular. Respecto a esta noción de selección de moléculas, la UF no tiene técnicas competitivas.

I. PUNTOS COMUNES EN LAS DIFERENCIAS TECNICAS DE FILTRACIÓN TANGENCIAL

  I.1. Todos son procesos de filtración bajo presión

  I.2. La separación es puramente física

  No hay adición de productos químicos. En consecuencia, no hay modificación de la naturaleza de los productos tratados, punto muy importante cuando la meta es la reutilización de productos.

No hay adición de productos químicos. En consecuencia, no hay modificación de la naturaleza de los productos tratados, punto muy importante cuando la meta es la reutilización de productos.

 En efecto, el único medio de separación es una barrera selectiva llamada membrana. Se trata de una pared delgada, de porosidad controlada, que permite separar moléculas en función de su tamaño.

I.3. La filtración es tangencial

  La filtración clásica, llamada también frontal o "dead end", no puede satisfacer las exigencias siguientes:

  • Filtrar partículas de tamaño muy pequeño (de 10 elevado a menos 5, a 10 elevado a menos 9 m).

  • Aprovechar o reutilizar el residuo de la filtración.

  • Efectuar una filtración continua.

  • Asegurar una calidad constante de la filtración.

  • Efectuar una selección por tipo de moléculas.

En estos casos, se requiere otra vía: la filtración tangencial. Se caracteriza por una circulación rápida del líquido a filtrar tangencialmente a una membrana (el filtro). Así, al tiempo que se efectúa la filtración, se autolimpia la membrana, lo que permite trabajar en continuo con características de funcionamiento estables (composición, caudal...).

Como se puede ver en el dibujo que sigue, hay una entrada (el liquido a filtrar) y dos salidas: un filtrado / permeado empobrecido y un concentrado/retenido enriquecido.

II. PUNTOS QUE DIFERENCIAN LAS TECNICAS DE FILTRACIÓN TANGENCIAL

II.1. Diferencia del tamaño de partícula separada

En función del tamaño de las partículas separadas vía la filtración, se distingue la Microfiltración tangencial de la Ultrafiltración, y la Ultrafiltración de la Osmosis inversa. En esta presentación hablaremos más detalladamente de la Micro y de la Ultrafiltración.

La Microfiltración tangencial sirve para separar suspensiones. Permite retener las partículas cuyo tamaño varía entre 0,1 y 10 micras, lo que corresponde a coloides, levaduras, bacterias, emulsiones....Para separar partículas de tamaño más importante, no es necesario utilizar la filtración tangencial, y entramos de nuevo en el campo de la filtración clásica. La Microfiltración sirve para filtrar un efluente, extrayendo un filtrado estéril y libre de sólidos suspendidos.

La Ultrafiltración sirve para separar soluciones de macromoléculas. Permite retener las moléculas cuyo tamaño oscila entre 0,1 y 0,001 micra. Con la Ultrafiltración, se separan los constituyentes en función de su tamaño molecular. Respecto a esta noción de selección de moléculas, la UF no tiene técnicas competitivas.

 

Por ello una vía de caracterizar y de diferenciar las membranas es el corte molecular, que representa el peso molecular (o el tamaño molecular) de la más pequeña de las moléculas retenidas por la membrana.

II.2. Diferencias físicas

Las diferencias físicas que hay entre las membranas permite asimismo diferenciarlas en:

II.2.1. Diferencia de materiales de construcción

Según la aplicación requerida, se utilizan diversos materiales. Las dos clases genéricas son las membranas orgánicas y las minerales, llamadas así por la naturaleza del material utilizado para su fabricación.

Las membranas orgánicas, las más antiguas, se fabrican con diversos polímeros (acetado de celulosa, polisulfoso, PVDF, acrilonitrilo...), cuya elección se efectúa en función de las necesidades: tipos de reacciones químicas posibles, necesidad de homologación alimentaria, temperatura de trabajo...

Sin embargo, las materias orgánicas tienen límites de resistencia mecánica, química y a la temperatura, lo que dio lugar en los ochenta a la utilización de nuevos materiales, tal como el Zirconio o el Titanio. Esos minerales satisfacen exigencias nuevas: trabajo con productos químicos, abrasivos o con altas temperaturas, necesidad de esterilización con vapor...., abriendo así nuevas vías a las técnicas de filtración tangencial.

Las más comúnmente utilizadas industrialmente son:

ORGANICAS MINERALES
Planas Mineral
Espirales Cerámica

II.2.2. Diferencias de estructura

La estructura de las membranas se ha mejorado en el tiempo optimizando los rendimientos de las técnicas de filtración tangencial.

Membrana simétrica

Al inicio, las membranas tenían una estructura simétrica, que significa que el tamaño de los poros seguía siendo el mismo en todo el espesor de la membrana. Eso conducía a problemas de graves pérdidas de cargas (aumento del consumo energético) y de colmatado de las membranas.

Para combatir esos inconvenientes, se desarrollaron membranas que tenían poros del tamaño del corte molecular únicamente en la parte superior de la membrana ( que está en contacto con el liquido a tratar).
 
Según la composición de la membrana (orgánica o mineral), se trata de membranas asimétricas o composit.

  La estructura asimétrica de las membranas orgánicas se obtiene actuando sobre factores de concentración, de temperaturas y de precipitación del polímero.

La estructura composit de las membranas minerales se obtiene apilando capas de granos de diferentes tamaños.

Membrana asimétrica

Membrana composit

Membrana asimétrica Membrana composit

Leopoldo Vidal-Asiaín
Ingeniero Agrónomo
PROFILTA, S.L


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