I sistemi di filtrazione a membrana sono utilizzati per una vasta gamma di applicazioni in molti settori. Se stai prendendo in considerazione un sistema di filtrazione a membrana per la tua azienda, dovresti prima conoscere bene cos’è il “membrane fouling” e sapere come evitarlo.
Se è vero che le unità filtranti a membrana tendono a richiedere una manutenzione relativamente ridotta rispetto ad altre tecnologie di separazione, queste sono per loro natura soggette ad intasamento (o, in inglese appunto, “fouling”).
Fortunatamente, ci sono molte strategie per prevenire tale stato della membrana e mantenere il sistema di filtrazione funzionante ed efficiente nel lungo periodo.
I sistemi di filtrazione a membrana, tra cui microfiltrazione, ultrafiltrazione, osmosi inversa e nanofiltrazione, condividono tutti l’utilizzo di membrane semipermeabili per catturare particelle dai liquidi. L’ occlusione della membrana si verifica quando i contaminanti si depositano sulla superficie di una membrana di filtrazione, limitando il flusso di liquidi attraverso i pori della membrana. Possono esserci vari fattori che contribuiscono al fouling, e tali problemi di intasamento possono emergere gradualmente o improvvisamente. Alcuni sintomi potrebbero essere l’aumento dei costi energetici e la diminuzione del flusso di membrana. Poiché i contaminanti continuano ad accumularsi sulla superficie della membrana, è necessaria una pressione sempre maggiore per forzare il passaggio del prodotto, che alla fine può portare a danni irreparabili alla membrana.
Come evitare tali problemi allora?
Pulizia regolare
Una pulizia sistematica può aiutare a prevenire l’accumulo di contaminanti sulla membrana. I cicli di pulizia dovrebbero essere programmati regolarmente per fornire il massimo beneficio. Le tipologie di manutenzione possono variare a seconda del sistema di filtrazione a membrana e dei tipi di contaminanti coinvolti e possono impiegare uno o più metodi di pulizia, come:
- La pulizia meccanica prevede l’uso della forza “fisica” per rimuovere i contaminanti dalla membrana e risciacquarli dal sistema. Gli approcci tipici includono la vibrazione, nonché il lavaggio in controcorrente, o backwash.
- La pulizia chimica prevede l’applicazione di detergenti, caustici, acidi, antincrostanti o disperdenti per sciogliere e rimuovere i contaminanti dalla superficie della membrana. I prodotti chimici per la pulizia vengono selezionati in base al tipo di contaminanti presenti, tenendo in considerazione anche il materiale della membrana per garantire che i prodotti chimici utilizzati non lo danneggino.
Pretrattamento
In molti casi prima di attuare un processo di microfiltrazione, e ancor di più se si tratta di ultrafiltrazione o osmosi inversa, è probabile che sia necessario un pretrattamento per evitare intasamenti o altri problemi. Le opzioni di pretrattamento possono includere la coagulazione se sono presenti particelle colloidali, nonché la sedimentazione per gravità (decantazione), la flocculazione o una pre-filtrazione per la rimozione di particelle più grandi o coagulate. Altre tipologie possono includere la regolazione chimica del pH e lo scambio ionico per prevenire l’adsorbimento o la deposizione di agenti contaminanti sulla membrana.
Progettazione
La prevenzione del “fouling” si ottiene al meglio con una buona progettazione. Ci sono molte variabili che giocano un ruolo nel corretto funzionamento dei sistemi citati, ognuna delle quali dovrebbe essere considerata quando si sostituisce una membrana o si installa un nuovo sistema. Questi includono:
- Materiale della membrana: le membrane di filtrazione possono essere fabbricate con un’ampia varietà di polimeri sintetici, materiali ceramici e metallici. Le proprietà del materiale della membrana, come la sua carica ionica superficiale, l’idrofobicità e l’intervallo di tolleranza del pH, determinano se la membrana sarà resistente a determinati tipi di intasamento e quanto resisterà alle condizioni di processo.
- Dimensione dei pori della membrana: la dimensione dei pori è il fattore chiave per garantire una rimozione efficiente di contaminanti mirati. Inoltre, la selezione della dimensione corretta dei pori della membrana può aiutare a evitare la formazione di incrostazioni ottimizzando il flusso di permeato.
- Condizioni operative: l’intasamento della membrana può essere aggravato da determinati intervalli di temperatura, pH, pressione transmembrana e portata. Un sistema ben progettato bilancerà queste variabili per garantire che i contaminanti non si accumulino sulla superficie della membrana.