Ultrafiltrazione

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La filtrazione a membrana è un processo che si basa sulla separazione di sostanze dalla fase acquosa attraverso l’uso di una membrana semipermeabile. La qualità dell’acqua permeata prodotta è di altissimo livello, recentemente la tecnica della filtrazione a membrana ha conosciuto un rapido sviluppo e i costi sono fortemente diminuiti anche grazie alla diminuzione del costo delle membrane.

 

L’ultrafiltrazione è un processo di separazione attraverso una membrana mediato da bassa pressione che separa il particolato dalla componente solubile nel fluido (principalmente l’acqua) applicando un pressione transmembrana variabile tra i 0,5 e 5 bar. Le membrane per ultrafiltrazione hanno una dimensione dei pori compresi tra 0,01 e 0,10 µm e hanno un’ alta capacità di rimuovere batteri, alcuni virus, particelle colloidali. Minore è la dimensione nominale dei pori, maggiore è la capacità di rimuovere le sostanze.

Le membrane per ultrafiltrazione possono essere prodotte essenzialmente in una o due tipologie: tubolari o piane. Le membrane progettate in questa maniera sono normalmente prodotte su un substrato poroso. La singola unità operativa in base alla quale sono progettati i sistemi ad ultrafiltrazione è chiamata modulo. Ciascun modulo operativo è composto da membrane, strutture di supporto, acqua in alimento, scarico del concentrato e uscita del permeato. Due maggiori tipi di moduli UF si possono trovare sul mercato e più precisamente membrane a fibra cava e a spirale avvolta (vedi figura sopra).

La maggior parte dei materiali usati nell’Ultrafiltrazione sono polimerici e idrofobici. Tra i materiali polimerici abbiamo il Polisulfone (PS), Polithersulfone (PES), Polipropilene (PP), o Polivinilidenefluoride (PVDF).

Il processo della filtrazione può avvenire in due modalità e più specificatamente in modalità di filtrazione cieca (dead-end) o filtrazione tangenziale (cross-flow). La modalità dead-end è simile a quella della filtrazione a cartucce dove c’è solamente un flusso in alimento e un filtrato come flusso in uscita. La filtrazione dead-end permette un recupero di acqua di alimento che oscilla tra il 95 e 98%, ma tipicamente è limitato ad un flusso in alimento con un basso valore di Solidi Sospesi (<1 NTU). La filtrazione tangenziale è diversa dalla modalità dead-end in quanto c’è un flusso addizionale, il concentrato. La filtrazione tangenziale ha una percentuale di recupero di circa 90 – 95%.

 

I moduli UF contengono molti tubi o fibre con un diametro compreso tra 0,6 e 2 mm. Durante il passaggio della soluzione in alimento attraverso la parte interna del tubo, il permeato viene raccolto nell’area esterna al tubo detta “area cartuccia”. La filtrazione può essere eseguita in due modalità, sia dall’interno all’esterno (i.e. “inside-out”) che dall’esterno all’interno (i.e. “outside-in”).
I sistemi di ultrafiltrazione sono progettati oggigiorno nella configurazione “inside-out” che permette di avere un minore intasamento delle membrane, un maggiore carico di particelle solide, maggiore superficie di filtrazionee un maggiore facilità di lavaggio.

pH meter

Il design delle membrane per UF a spirale avvolta consiste in un foglio di membrana avvolto su di un tubo perforato (che funge da supporto). Il foglio di membrana viene avvolto su se stesso molte volte per massimizzare la superficie di filtrazione e ridurre al minimo gli ingombri.  Questo sistema di fabbricazione delle membrane è il più economico ma il più sensibile ad interferenze con eventuali inquinanti.
Facendo una comparazione con i sistemi di trattamento acqua convenzionali, la tecnologia dell’ultrafiltrazione offre diversi vantaggi:
- Permette di avere una barriera contro i batteri e particelle in generale,
- La qualità del permeato non dipende dall’acqua in alimento all’impianto,
- L’ultrafiltrazione permette di eliminare eventuali patogeni che resistono alla clorazione,
- Il concentrato che si origina dal processo di ultrafiltrazione è composto da contaminanti dell’acqua. La quantità prodotta da smaltire è significativamente minore rispetto a quella di trattamenti convenzionali,
- La possibilità di progettare sistemi compatti permette investimenti limitati per le strutture e richiede spazi limitati per installare i sistemi stessi,
- I sistemi per ultrafiltrazione possono essere automatizzati semplicemente,
- I trattamenti a valle del sistema UF hanno alta produttività in quanto la maggior parte delle sostanze che possono intasare le membrane sono state rimosse dall’ultrafiltrazione,
- I costi di investimento e di gestione per eventuali sistemi di nano filtrazione o a osmosi inversa sono ridotti in quanto i sistemi possono operare con flussi più elevati e con un minore impegno per le operazioni di pulizia.

 

 

 

 

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