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Introducción a la filtración de sedimentos en líquidos

¿Qué es filtración?

Los primeros intentos registrados de una filtración del agua se remontan al año 2000 a.C. Los primeros escritos en sánscritos describían métodos para purificar el agua. Estos métodos iban desde utilizar fibras o tejidos como un filtro de arena muy rústicos, además de hervir o colocar instrumentos metálicos calientes en el agua antes de beberla.

La filtración de agua es un principio básico de utilizar un medio (membrana, malla, pantalla u otro medio) para filtrar o atrapar físicamente las partículas en función de su tamaño. Estos filtros se clasifican según el tamaño de los poros una malla o membrana, que se mide en micras; cuanto menor sea el número de micras (es decir, cuanto menor sea el tamaño de los poros), más retendrá sedimentos de líquido que se esté filtrando.

La filtración es un proceso de separación sólido-líquido que se utiliza en los sistemas de tratamiento de agua para disminuir la concentración de sólidos suspendidos (partículas) que se encuentran en ella. Existen varios tipos de filtros y cada uno de ellos tiene su aplicación dependiendo del tamaño y concentración de partículas que a retener. En la Figura 1 se pueden apreciar los diferentes tipos de filtración y el tamaño típico de partículas que retienen.

Procesos de filtración de agua y líquidos y rangos de tamaño de las partículas que retienen Figura 1. Comparación de procesos de filtración de agua y rangos de tamaño de las partículas que retienen (Weiner, 2012)

 

En cuanto a la concentración de partículas, en una línea de filtración, se puede tener diversos filtros en serie para retener partículas del mismo tamaño. Esto debido a que existen filtros para altas cargas de sólidos y otros para cargas menores. Entonces, ¿Por qué elegir un filtro para retener bajas concentraciones de sólidos?

Todo es cuestión de eficiencia… Los filtros que se utilizan cuando tenemos altas cargas de sólidos, tienen la peculiaridad de contar con mecanismos de limpieza que se activan al saturarse el filtro. Entre ellos se encuentran los filtros de mallas, de discos y de medios granulares. Sin embargo, la mayoría de estos filtros dejan pasar un cierto porcentaje de partículas iguales o superiores al micraje que dicen retener. La cantidad de partículas que se fugan al efluente depende del diseño de cada fabricante. Existen aplicaciones donde no se puede permitir el paso de partículas, por lo que se hace uso de otro tipo de filtros. Estos se eligen de acuerdo a su eficiencia de filtración y el tamaño de partículas que se busca retener. Entre ellos están: los filtros bolsa, membranas y filtros de cartucho. Al no contar con un mecanismo de limpieza, una vez que estos filtros se saturan generalmente hay que desecharlos, por ello no es viable filtrar corrientes con altas cargas de sólidos con este tipo de tecnologías.

¿Te interesa conocer en específico algún método de separación en filtración?

Sigue leyendo los siguientes artículos:

Ósmosis inversa.

La ósmosis inversa aunque podría llamarse un método de purificación muy fina, al final es por medio de una filtración a nivel de Angstroms.

Ósmosis inversa (OI) es un proceso en el cual se reduce el caudal a través de una membrana semipermeable y se ejerce una fuerza de empuje superior a la presión osmótica en dirección opuesta al  proceso de ósmosis (Figura 1). De esta forma se logra separar las sustancias que se encuentran en el agua en un lado de la membrana (concentrado) y del otro lado se obtiene una solución diluida baja en sólidos disueltos (permeado).

https://carbotecnia.info/aprendizaje/osmosis-inversa/que-es-la-osmosis-inversa-purificador/

Nanofiltración

La nanofiltración es un proceso de filtración por medio de una membrana nanoporosa que se utiliza en aguas de bajos sólidos disueltos totales. El propósito es quitar los iones polivalentes, además de desinfectarla mediante la retención de materia orgánica.

¿Qué es la nanofiltración?

Ultrafiltración

Es un proceso de separación basado en una membrana porosa con aberturas de entre 0.01 y 0.1 micras.

Las membranas de ultrafiltración son más cerradas en comparación a la microfiltración, pero más abiertas que la nanofiltración y ósmosis inversa. Las membranas trabajan con baja presión, lo que resulta en menores costos de operación. Además, son muy eficaces como tratamiento previo a la ósmosis inversa, y a su vez cuentan con un sistema de retro lavado, lo que les proporciona un mayor tiempo de vida.

¿Qué es la ultrafiltración?

Microfiltración

La microfiltración es un proceso de filtración por medio de un medio microporosa que retiene lo sólidos suspendidos de un fluido. El tamaño de poro de la membrana oscila desde 0.1 hasta 1 micras o micrones.

La filtración por microfiltración en el mercado típicamente se hace por medio de filtros de cartucho, filtración de discos y filtros de lecho profundo.

¿Qué es la microfiltración?

 

Medios filtrantes.

Un medio filtrante se define como: “cualquier material que, en condiciones de operación específica, es permeable a uno o más componentes de una mezcla, solución o suspensión e impermeable a los componentes restantes” (Purchas y Sutherland, 2002). El principal rol de un medio filtrante es causar la separación de partículas de un fluido con el mínimo consumo de energía.

Existen varios tipos de materiales filtrantes, estos tienen la característica de tener o formar poros (espacios vacíos), como:

Mallas y telas tejidas de metales, polímeros o fibras naturales como el algodón.

Telas y tejidos

Los materiales no tejidos (Non-woven) son una acumulación de fibras adheridas entre sí, por agentes químicos (resinas o adhesivos) o medios físicos (como la temperatura y presión). Algunos ejemplos son las fibras termo-adheridas o los polímeros espumados. Estos materiales generalmente crean porosidades más complejas, de esta forma se complica el paso de los sólidos a través de ellos.

Materiales no tejidos

Las Membranas son materiales permeables. Usualmente son polímeros y cerámicos, que de acuerdo con el método de fabricación de la membrana, se pueden obtener diversas estructuras, como las que se muestran a continuación:

Filtración por medio de membranas

Los materiales granulares se usan como medios filtrantes o sistemas de soporte en los filtros de lecho profundo. En columnas empacadas estos forman espacios intraparticulares, el tamaño de estos espacios dependerá de la forma y del tamaño del medio granular. A continuación de muestra una imagen del acercamiento de una cama de arena sílica.

Filtración de agua Medios granulares

Filtración de superficie y de profundidad.

Los medios filtrantes retienen partículas de dos formas. La primera es cuando las partículas son más grandes que los poros del medio filtrante, estas se depositan en la superficie del medio formando una torta (Figura 2), a este fenómeno se le conoce como filtración de superficie.

Filtración de agua método de superficie. (Donaldson)

Figura 2. Filtro de superficie. (Donaldson)

Cuando las partículas son más pequeñas que los poros del medio filtrante, la retención ocurre en la estructura interna o profundidad del material. Esto se logra por la atracción de cargas electroestáticas entre el material y el contaminante, y por el camino tortuoso que tienen que recorrer los sólidos dentro de la profundidad del medio filtrante. Sin embargo, no todas las partículas se retienen en la estructura interna, algunas logran pasar al efluente. A este fenómeno se le denomina filtración de profundidad (Figura 3).

Filtración de agua a profundidad y de poro no fijo. (Donaldson)

Figura 3. Filtro de profundidad y de poro no fijo. (Donaldson)

En la filtración de profundidad, lo medios granulares están hechos de múltiples capas de medios (multimedia). Cuando el fluido pasa a través del filtro, las partículas más grandes que los espacios dentro del medio filtrante son retenidas, acumulándose principalmente en las diferente capas de medios granulares del filtro.

También en la filtración de profundidad se puede utilizar cartuchos filtrantes, Son filtros formados por fibras o materiales comprimidos para formar una matriz que retiene las partículas en la capa superficial e interna, estos pueden tener micrajes graduados de mayor a menor, para evitar un taponamiento prematuro del cartucho.

Para caudales muy altos los filtros de cartucho no son la mejor opción, la recomendación es utilizar filtros de lecho profundo o filtros de discos.

Los filtros de superficie son estructuras intrínsecamente uniformes que, al igual que un tamiz, retienen todas las partículas el mimo tamaño de poro, lo da un control con precisión en su superficie, lo más común es utilizar filtros bolsa o filtros plisados.

Bibliografía.

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