Microfiltración

Este tipo de filtración agrupa a los filtros que retienen partículas del orden de los micrones, de pesos moleculares mayores a 100.000 daltons.

Se utilizan para remover sólidos en suspensión hasta bacterias del agua a tratar. Parte de la contaminación viral es atrapada, a pesar de que los virus son más pequeños que los poros de la membrana de microfiltración, ya que pueden acoplarse a las bacterias y quedar retenidos en conjunto. Logran reducir significativamente la turbidez del agua.

La retención puede producirse por el paso del agua a través de un material poroso o de una membrana; y puede producirse en dos formas de flujo distintas: "dead end" o "crossflow". Los filtros dead end funcionan de la misma forma que los filtros multimedia: cuando una corriente de agua pasa a través de ellos, se acumulan los sólidos sobre la superficie y en el interior del medio filtrante, y se obtiene una corriente de agua de producto. Los filtros crossflow (siempre de membranas) permiten obtener dos corrientes al pasar un caudal de agua a través del filtro: una que fluye paralela a la membrana arrastrando los sólidos retenidos, y la otra, purificada, que pasa a través de ella.

Los filtros de cartucho (tipo dead end) son muy utilizados como protección a equipos que estén aguas abajo, como puede ser una ósmosis o una nanofiltración, y posteriores a equipos de filtración por medios, como puede ser un multimedia. Estos es porque si el agua tuviera gran contenido de sólidos se taparían con facilidad, y debido a que no sirven como método de remoción de sólidos disueltos sino que solo remueven partículas en suspensión, como bacterias, macromoléculas, sólidos en suspensión, dejando pasar coloides, virus, dureza, color, pesticidas y sales.

Son muy sencillos ya que no requieren ningún tipo de mantenimiento, solo se recambian cada cierto periodo de tiempo (cada 3 meses es un periodo razonable) siempre dependiendo de las condiciones del agua que se este alimentando; un criterio para el recambio de los filtros de cartucho es hacerlo cuando la caída de presión supere un valor determinado que está dado por las características constructivas del filtro.

El medio filtrante se construye en polipropileno, celulosa, fibra de vidrio, nylon, y las carcasas de los filtros de cartucho pueden estar construidas en acero inoxidable, plástico, acrílico, de acuerdo a las presiones y caudales que manejen. Pueden ser sanitarios, múltiples, absolutos, nominales, etc. Un filtro absoluto de, por ejemplo, 5 micrones, retiene cerca del 99,99 % de las partículas de dicho diámetro; mientras que un filtro nominal de 5 micrones retiene alrededor del 90 %. Esta diferencia se debe a que para el filtro nominal, el tamaño de retención es un valor estadístico, que surge de una distribución gaussiana de poros, a diferencia del filtro absoluto cuyo distribución de poros es mas o menos uniforme y el valor límite de retención es obtenido en condiciones de laboratorio como el diámetro de la mayor partícula que pasa a través de él.

Los filtros de membranas, en cambio, se caracterizan por trabajar de modo tangencial; es decir que el fluido que ingresa se divide en dos corrientes, una que pasa a través de la membrana, que la atraviesa en forma perpendicular, y otra que circula paralela a la superficie de la misma. Esta última ayuda a remover los sólidos que no filtran a través de la membrana concentrándose en ellos, por lo cual se llama "concentrado" o corriente de rechazo. Sin embargo, en algunas aplicaciones como en la producción de jugos, esta corriente puede ser el producto deseado. Para que efectivamente el agua filtre a través de la membrana es necesario generar una presión de trabajo (puede ser mediante el uso de una bomba); los equipos de microfiltración pueden trabajar a presiones entre 1 y 25 kg/cm2, dependiendo del fluido a filtrar. La presión a la que trabajan los medios filtrantes determina no solo el tipo de filtro a elegir, sino también el material de la carcasa del filtro, de forma de trabajar a esas presiones sin complicaciones.

Comúnmente en microfiltración se utilizan membranas en configuración de fibra hueca, ya que esta es la configuración que requiere menor presión de trabajo y, por lo tanto, un menor costo de bombeo. El fluido circula a través de membranas del tamaño de capilares que varían entre los 0,5 y 8 mm de diámetro. Dependiendo de la construcción se trabaja de adentro hacia afuera o viceversa, presentando en cada caso, ventajas y desventajas. Cuando el fluido circula desde el interior del filtro hacia afuera no existe riesgo de deformación de la fibra, que si se presenta en el otro caso, ya que la presión externa puede compactar las fibras, reduciendo la capacidad de filtración de la misma. Por otro lado, al hacer pasar agua desde afuera hacia adentro, las partículas filtradas quedan depositadas en la superficie externa y su remoción es bastante más sencilla que en el caso contrario.

El caudal de agua que pasa a través de la membrana es proporcional a la presión ejercida y a la superficie de la membrana e inversamente proporcional al espesor de la misma. Pueden estar construidas de materiales diversos, siempre que sean compatibles con la solución alimentada y con los agentes de limpieza; se fabrican con acetato de celulosa (CA), PVC, poliacrilonitrilo, policarbonato y polisulfona. La polisulfona tiene especial interés porque resiste hasta 93 ºC, pHs desde 0,5 hasta 13 y gran variedad de agentes químicos.

Las membranas de microfiltración tienen poros de entre 0.3 y 10 micrones, y debido al carácter abierto de las mismas, no sufren los efectos de polarización de la concentración en forma tan acentuada como los equipos de nanofiltración u ósmosis inversa.
Los lavados se realizan en contra-corriente con agua filtrada como primera etapa, pero en la mayoría de las aplicaciones es necesario aplicar otros métodos para limpiar completamente la membrana. Debido a que algunas sustancias pueden quedar adheridas por medio de un proceso llamado adsorción (principalmente sustancias de origen orgánico o microbiano), es necesario recurrir a la aplicación de contra-lavados con limpiadores químicos, los cuales varían dependiendo del proceso considerado. Las membranas se lavan in-situ, es decir que no es necesario quitarlas de la instalación, lo que simplifica el proceso de lavado.