Claves del proceso de filtración por membranas: técnicas y aplicaciones

La filtración por membranas es una tecnología manejada por presión, con tamaños de poro que van desde un peso molecular de 100 a 5 micrones. La filtración por membrana puede ser utilizada en separaciones líquidas variadas. Las tecnologías cubiertas por filtración por membranas abarcan la microfiltración, la ultrafiltración, la nanofiltración y la osmosis inversa.

La ósmosis inversa es una técnica altamente eficaz para tratamientos de deshidratación, concentración/separación de sustancias de bajo peso molecular en solución, o tratamiento de desechos. Posee la habilidad de concentrar sólidos disueltos o en suspensión. El permeado contiene una muy baja concentración de sólidos disueltos. La ósmosis inversa es típicamente utilizada para la desalinización de agua de mar.

La nanofiltración se selecciona cuando la ósmosis inversa o ultrafiltración no son opciones correctas para una separación. La nanofiltración puede utilizarse en aplicaciones tales como desmineralizado, remoción de color, y desalinización. En concentraciones de solutos orgánicos, sólidos en suspensión, e iones polivalentes, el permeado contiene iones monovalentes y soluciones orgánicas de sustancias de bajo peso molecular, como el alcohol.

La ultrafiltración es un proceso de fraccionamiento selectivo utilizando presiones de hasta 145 psi (10 bar). La ultrafiltración se utiliza ampliamente en el fraccionamiento de leche y suero, y en fraccionamiento protéico. Concentra sólidos en suspensión y solutos de peso molecular mayor a 1000. El permeado contiene solutos orgánicos de bajo peso molecular y sales.

La microfiltración es un proceso de flujo de baja presión a través de membrana para la separación de coloides y partículas suspendidas en el rango de 0,05 - 10 micrones. La microfiltración se utiliza para fermentaciones, clarificación de caldo y clarificación y recuperación de biomasa.

En toda solución de filtración por membrana la tipología de la propia membrana es un factor importante en el momento de garantizar la máxima fiabilidad del proceso. El mercado ofrece diversos tipos de membrana que se adaptan cada una a aplicaciones especificas según cual sea su nivel de filtrado. Las membranas en espiral, las membranas cerámicas, las membranas de acero inoxidable, las membranas tubulares, las membranas de fibra hueca y las membranas 'plate & frame' son los modelos más habituales.

A causa de su diseño compacto y su magnitud de área de membrana por elemento, las membranas en espiral se utilizan típicamente para aplicaciones de alto flujo con cantidades mínimas de sólidos es suspensión. Su ventaja reside en su bajo material y costo operativo.

Ideal para productos de valor agregado o productos sanitarios, al igual que para aplicaciones que requieran separaciones selectivas de fluidos que contengan componentes agresivos como los solventes.

Destacan por su diseño rugoso, especialmente efectivo para aplicaciones que demandan condiciones de procesamiento extremas o filtración de productos con elevadas partículas sólidas y alta viscosidad.

Son altamente resistentes a taponarse al procesar corrientes con grandes cantidades de sólidos en suspensión o componentes fibrosos.

Con una densidad extremadamente alta de empaquetamiento y un diseño de canales abiertos, ofrece la posibilidad de limpieza a contracorriente desde el erneado. Particularmente adecuada para flujos líquidos con bajos sólidos

Con un diseño de canales abierto, puede utilizarse para productos de alta viscosidad. Adecuada para aplicaciones alimenticias y farmacéuticas altas en sólidos.

Una de las ventajas de la filtración por membrana es su adaptabilidad a infinidad de aplicaciones industriales de múltiples sectores productivos en las que intervienen procesos químicos. La industria de la alimentación, con especificaciones importantes en los sectores lácteo y del azúcar, la farmacéutica, la biotecnológica y la química, propiamente dicha, son ámbitos en los que la filtración por membranas tiene un rol significativo.

La aplicación de las diversas técnicas de filtración por membranas en la industria alimentaria abarca infinidad de campos. Entre los más comunes se pueden citar la concentración de clara de huevo, la Clarificación y preconcentración de jugos de frutas,

la concentración y extracción de cenizas de gelatina porcina, vacuna o de hueso, la clarificación de la salmuera de carne para la remoción de bacterias y re-uso de la salmuera, la Concentración de proteínas de vegetales y plantas tales como soja, canola y avena y la desalcoholización de vino y cerveza.

La industria de almidones y azúcares ha sido testigo de la sustitución de los métodos de separación tradicionales como los filtros prensa y los filtros rotatorios al vacío por la filtración por membranas, en varias de las etapas del proceso. Los beneficios principales son la eliminación del manejo/desecho de tierras de diatoméas (kieselguhr) y el incremento en el rendimiento de los productos, entre los que se incluyen la clarificación de jarabes de maíz como dextrosa y fructosa, la concentración de agua de lavado del almidón, el enriquecimiento de dextrosa, la de-pirogenación del jarabe de dextrosa y el fraccionamiento/concentración de agua de maceración

Las industrias de la caña de azúcar y la remolacha (betabel) tradicionalmente han utilizado métodos como el alcalizado y floculación para clarificar los jugos no procesados y eliminar las impurezas como ceras, dextrosas y gomas, antes de enviar el jugo a su refinación para su posterior evaporación y cristalización. La filtración por membranas se puede utilizar para clarificar el jugo no procesado sin utilizar clarificadores primarios, eliminando así muchos problemas ambientales y mejorando su calidad y el rendimiento. Las membranas también pueden clarificar, fraccionar y concentrar varias soluciones de azúcar en el proceso de producción.

La filtración por membrana es utilizada rutinariamente para un gran número de aplicaciones dentro de la industria láctea convirtiéndose en una parte valiosa del proceso de producción, especialmente en la manufactura de ingredientes lácteos. Sus aplicaciones pueden dividirse en tres categorías: aplicaciones a leche, aplicaciones a suero y otras aplicaciones como el clarificado de salmuera de queso.

Muchos procesos químicos utilizan la filtración por membranas para desalar, diafiltrar y purificar tintes, pigmentos y abrillantadores ópticos, limpiar las corrientes de aguas residuales y de lavado, la concentración y deshidratación de minerales como arcilla caolínica, dióxido de titanio y carbonato de calcio, la clarificación de cáusticos, la producción de polímeros o la recuperación de metales.

La cosecha de células o recuperación de biomasa es un paso importante en un proceso de fermentación, especialmente al manufacturar productos como los antibióticos. La filtración por membrana ha reemplazado satisfactoriamente a otros métodos de separación tales como filtros rotativos al vacío o centrifugación en varias plantas, mejorando la producción y reduciendo la tarea del operario y el costo de mantenimiento. Las membranas son también una parte estándar de las líneas de producción industrial de enzimas al concentrar enzimas previamente a otros procesos.

La filtración por membranas pueden ser muy importante en el procesamiento de corrientes de aguas residuales difíciles de tratar debido a su BOC, código de tipo y cargas hidráulicas, así como para la obtención de una fuente de agua limpia que puede potencialmente utilizarse de nuevo en la planta industrial. Las aplicaciones ambientales típicas son el tratamiento de corrientes de desecho de productos lácteos y alimentos vegetales, pulido de condensados del evaporador y recuperación y re-uso de soluciones de limpieza usadas.

Nota: La información técnica para la elaboración de este artículo ha sido facilitada por GEA Filtration.