Charakterystyka procesu mikrofiltracji

Metoda mikrofiltracji jest procesem niskociśnieniowym, wykorzystującym porowate membrany, dzięki którym następuje odfiltrowanie występujących w wodzie wielkocząsteczkowych związków organicznych (makro molekuł), powodujących barwę i mętność wody.

Wielkość porów waha się między 0,1 μm a 10 μm. Oznacza to, iż membrany zatrzymują wszelkie koloidy, zawiesiny, bakterie (głównie z rodzaju Giardia i Cryptosporidium) oraz wirusy, co niewątpliwie poprawia jakość wody oraz podnosi bezpieczeństwo jej spożycia.

Spośród ciśnieniowych technik membranowych, mikrofiltracja wykorzystuje najniższe ciśnienia, oscylujące w zakresie 1÷5 barów. Jest to metoda, która pracuje w tzw. systemie zintegrowanych procesów membranowych.

Z praktycznego punktu widzenia, oznacza to, iż nie może być ona stosowana samodzielnie, lecz wymaga udziału systemów wspomagających oczyszczanie wody takich jak np. koagulacja, adsorpcja czy ultrafiltracja.

Technologia membranowa

W dobie restrykcyjnych przepisów prawnych dotyczących środowiska, stopniowo odchodzi się od systemów oczyszczania wody, wykorzystujących środki chemiczne. Rozwiązaniem są technologie membranowe.

Jedną z ich głównych zalet jest brak stosowania związków chemicznych oraz względnie niskie zużycie energii potrzebnej do zainicjowania procesu mikrofiltracji. Proces ten opiera się najczęściej na ciśnieniowym przepuszczeniu wody przez selektywną, półprzepuszczalną membranę o zadanych wielkościach porów. Można go określić jako proces separacji cząstek stałych od cieczy.

Aby umożliwić przepływ medium z zawiesiną przez membranę można zastosować między innymi wysokie ciśnienie, utrzymanie różnicy stężeń po przeciwnych stronach membrany, zaaplikowanie potencjału elektrycznego lub wytworzenie różnicy ciśnień hydrostatycznych rzędu 0,05÷0,5 MPa.

Ciągły rozwój i udoskonalanie technologii membranowych prowadzi do wzrostu jej konkurencyjności dla innych dostępnych na rynku technik konwencjonalnych.

Filtry stosowane w procesach membranowych

Najczęściej membrany wykonywane są z syntetycznych polimerów (polisulfon, teflon, octan celulozy), materiałów ceramicznych (duża odporność termiczna oraz chemiczna) czy dwutlenku tytanu.

Istotą zastosowania powyższych materiałów jest fakt, iż są one cytotoksyczne, czyli w żaden sposób nie wpływają na filtrowany roztwór.

Ściany membran mają anizotropową strukturę. Oznacza to, że kanały por rozszerzają się od powierzchni membrany w głąb jej struktury. W przemyśle znalazły zastosowanie filtry: płaskie, spiralne, kapilarne oraz rurowe.

Eksploatacja systemu membranowego

Substancje, które są filtrowane w procesie mikrofiltracji, z czasem odkładają się i nawarstwiają na powierzchni membrany. Prowadzi to do zatkania membrany i ograniczenia jej funkcjonalności (ang. fouling). Niestety jest to proces nieunikniony, wynikający z zasady działania tego innowacyjnego systemu.

Wpływ na szybkość i stopień zablokowania mają między innymi jakość wody użytej w trakcie procesu, rodzaj zastosowanej membrany oraz intensywność prowadzonego procesu. Wyróżnić można trzy podstawowe typy blokowania się membran. Są to: gromadzenie się odfiltrowanych cząstek, rozwój biologiczny oraz tworzenie się kamienia.

Aby przeciwdziałać tym niekorzystnym zmianom, należy regularnie czyścić membrany. Pozwoli to na utrzymanie sprawności funkcjonowania systemu, jego wydajności, zachowania ekonomicznej opłacalności oraz przedłużenia jego żywotności.

Występuje wiele technik czyszczenia membran. Wymienić można między innymi: „forward flushing” (płukanie w przód), „backward flushing” (płukanie zwrotne) oraz „spłukiwanie” powietrzem i czyszczenie chemiczne.

Zastosowanie mikrofiltracji

Mikrofiltracja, znalazła zastosowanie w:

• oczyszczaniu wody z ujęć powierzchniowych i podziemnych (filtracja mechaniczna),
• innowacyjnej i nowoczesnej technologii produkcji mleka spożywczego,
• sterylizacji na zimno w produkcji napojów,
• separacji bakterii z wody (w momencie, gdy z wody należy usunąć cząsteczki większe niż 0,1 μm),
• procesie oczyszczania ścieków,
• technologii oczyszczania wstępnego wody przed procesami nanofiltracji i odwróconej osmozy,
• separacji ciecz – substancja stała w przemyśle farmaceutycznym i produkcji żywności,
• systemach przed dezynfekcją ścieków promieniami UV dla zmniejszenia mętności,
• oczyszczaniu wody w obiegach chłodzących.

Zalety stosowania mikrofiltracji

Do zalet stosowanie mikrofiltracji zaliczyć można:

• proces ten może przebiegać w niskich temperaturach,
• niskie koszty inwestycyjne i ekonomiczność procesu,
• brak stosowania środków chemicznych,
• ochrona zraszaczy (systemu nawadniającego) przez zapchaniem dysz cząstkami zawiesin.