Microfiltrazione

La microfiltrazione è un processo di filtrazione che rimuove le particelle solide da un fluido (liquido o gas) facendolo passare attraverso una membrana microporosa.

Il diametro dei pori delle membrane filtranti usate per la microfiltrazione va dai 0,1 ai 10 µm. Si tratta di un processo molto simile a quelli di osmosi inversa, ultrafiltrazione e nanofiltrazione, da cui differisce principalmente per le dimensioni dei pori della membrana e quindi delle particelle trattenute.

Viene utilizzata principalmente nei processi di potabilizzazione dell'acqua per la rimozione di batteri patogeni, e nell'industria alimentare per eliminare da prodotti liquidi (come vino o latte) sostanze indesiderate che ne potrebbero causare il deperimento. Può essere usata anche negli impianti di trattamento delle acque reflue come trattamento finale per depurare completamente l'effluente chiarificato.

Principi generali

La microfiltrazione è generalmente utilizzata come pretrattamento per altri processi di separazione (ad esempio, l'ultrafiltrazione) o come post-trattamento per la filtrazione a sabbia. La dimensione tipica dei pori di un filtro (o membrana) da ultrafiltrazione varia a da circa 0,1 a 10 μm. Di conseguenza, queste membrane possono separare macromolecole di pesi molecolari generalmente inferiori a 100.000 g/mol.^[1] I filtri impiegati nel processo di microfiltrazione sono appositamente progettati per impedire il passaggio di sedimenti, alghe, protozoi o batteri di grandi dimensioni. Piccole molecole come l'acqua (H₂O), specie monovalenti come gli ioni sodio (Na⁺) o cloruro (Cl⁻), materia organica disciolta o naturale, e piccoli colloidi e virus non sono trattenuti (separati) dalla membrana.^[2]

Il liquido da filtrare (sia esso una soluzione o una sospensione) viene fatto passare ad una velocità relativamente elevata (circa 1–3 m/s) e a pressioni relativamente modeste (circa 100–400 kPa), tangenzialmente alla membrana. Quest'utima è spesso sotto forma di foglio (flat sheet) o di forma tubolare (membrana a fibra cava o hollow fiber).^[3] Una pompa è comunemente utilizzata per movimentare il liquido e portarlo ad una pressione sufficiente ad ottenere la portata di permeato desiderata. In alcuni casi è possibile l'utilizzo di un setup alternativo che prevede l'impiego di una pompa a vuoto. Un manometro viene utilizzato per misurare la differenza di pressione tra le correnti in uscita e in ingresso.^[4]

Le membrane possono essere lavate in controcorrente. Diversamente dalle operazioni di lavaggio dei mezzi filtranti tradizionali, il ciclo di lavaggio in controcorrente richiede solo pochi minuti. Nel caso in cui il lavaggio non sia in grado di ripristinare il flusso attraverso la membrana, si ricorre alla pulizia chimica della stessa. In alcuni casi può essere necessario correggere il pH dell'influente mediante il dosaggio di opportuni additivi chimici.

L'uso più comune delle membrane di microfiltrazione riguarda l'industria dell'acqua, delle bevande e dei bioprocessi. Le correnti ottenute dal trattamento con un microfiltro hanno un tasso di recupero che varia solitamente tra il 90 e il 98%.^[5]

Ambito di applicazione

Trattamento delle acque

Alla microfiltrazione dell'acqua a volte si aggiungono scaglie di rame o argento microforate, essendo tali metalli antibatterici naturali e si antepone un processo di prefiltrazione articolata, basato sull'uso di principi attivi naturali (carboni attivi vegetali) capaci di raccogliere e trattenere a lungo sedimenti, cloro ed altre sostanze inquinanti. In questo caso per evitare la saturazione, nei grossi impianti, persone esperte devono monitorare la capacità di filtrazione rimasta.

Il processo vero e proprio avviene per mezzo di membrane, in genere con un diametro dei pori inferiore o uguale a 0,5 µm (micrometri), le quali hanno la funzione di trattenere nelle loro maglie i microrganismi, in caso di bevande limpide, come vino o birra, è possibile ottenere la totale "stabilità" microbiologica, utilizzando membrane con dimensione di griglia da 0,1 a 0,45 micron, dette assolute, impiegate anche nei dispositivi definiti purificatori, da non confondere con i "depuratori", disponibili anche per uso casalingo, adottati nel caso si desideri disporre di acqua priva di qualsiasi sostanza estranea ad esclusione dei sali minerali.

Nel trattamento delle acque reflue la microfiltrazione svolge un'azione importante per la rimozione della torbidità dovuta alla presenza di sostanze colloidali fini e per la debatterizzazione. Tipicamente il processo è in grado di rimuovere materiali quali sabbia, fango, argilla, cisti della Giardia lamblia e del Cryptosporidium, alghe ed alcune specie batteriche. Non costituisce una barriera insuperabile da parte dei virus; se però è usata in combinazione con la disinfezione, è in grado di controllare il contenuto microbico dell'acqua. Le principali applicazioni in questo ambito comprendono:

rimozione della materia organica naturale o sintetica;
pretrattamento per l'osmosi inversa, la nanofiltrazione e l'ultrafiltrazione;
Dissalazione di acque sotterranee per ridurne la durezza;
rimozione dei composti tossici dalle acque reflue;
rimozione delle particelle sospese dalle acque reflue tessili.

Nell'industria alimentare

L'utilizzo di processi di microfiltrazione si è esteso progressivamente anche alle industrie alimentari, specialmente per il trattamento del vino e del latte, ma anche per tutti quegli elementi liquidi che necessitano di essere privati da sostanze indesiderate come batteri o altri microrganismi dannosi che ne comprometterebbero l'igiene.

Nel settore enologico la microfiltrazione sta gradualmente sostituendo il processo di pastorizzazione, poiché permette di mantenere le caratteristiche organolettiche del vino, rendendolo allo stesso tempo in grado di sopportare bene stress da trasporto o immagazzinamento.

Nel settore caseario vengono usate particolari membrane ceramiche, con pori dal diametro di circa 1,4 µm, poiché misure più strette non consentirebbero il passaggio della caseina.

Note

↑ Microfiltration/Ultrafiltration, 2008, Hyflux Membranes, accessed 27 September 2013. <Microfiltration | Hyflux Membranes, su hyfluxmembranes.com. URL consultato il 15 ottobre 2013. rel="nofollow>"
↑ Crittenden, J, Trussell, R, Hand, D, Howe, K & Tchobanoglous, G. 2012, Principles of Water Treatment, 2nd edn, John Wiley and Sons, New Jersey. 8.1
↑ Perry, RH & Green, DW, 2007. Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th Edn. McGraw-Hill Professional, New York. p. 2072
↑ Baker, R 2000, Microfiltration, in Membrane Technology and Applications, John Wiley & Sons Ltd, California. p. 279.
↑ Kenna, E & Zander, A 2000, Current Management of Membrane Plant Concentrate, American Waterworks Association, Denver. p.14