FILTRACION: TIPOS Y APLICACIONES

El proceso de filtración para sustancias heterogéneas, presenta diversas aplicaciones, principalmente en actividades cotidianas de los seres humanos, tales como el tratamiento de agua cruda para potabilización y posterior consumo y los procesos primarios en el tratamiento de aguas residuales, así como también este proceso se emplea en diversas actividades industriales, donde es una fase muy importante en las actividades que requieren técnicas químicas.

El tratamiento de agua potable requiere procesos donde la filtración juega un rol muy importante.

Aplicaciones Del Proceso De Filtración

Gracias a las diversas técnicas que se realizan alrededor de los procesos de filtración, se puede generar la separación de fases ya sea sólida – líquida o gas – líquida, por medio de la separación de partículas, componentes sólidos y gases en sustancias líquidas, así como, componentes líquidos contenidos en aerosoles o emulsiones.

Los diversos procesos de filtración, tienen una amplia gama de aplicaciones: desde el uso para procesos analíticos en laboratorio hasta la implementación de dicho proceso en grandes técnicas de producción en actividades industriales, como, por ejemplo, análisis de alimentos, ensayo de morteros, análisis de humos, control microbiológico, entre otros.

A continuación, se enuncian las diversas aplicaciones que tiene el proceso de filtración en las diferentes actividades alrededor del ser humano:

• Aplicaciones Ambientales

• Filtración de corrientes de desecho de productos lácteos y alimentos vegetales.
• Filtración de aguas procedentes de canales de arrastre de lavados de vegetales.
• Pulido de condensados del evaporador.
• Recuperación y re implementación de soluciones de limpieza usadas.

Algunas de las aplicaciones que emplean el proceso de filtración es la recuperación de soluciones de limpieza ya usadas.

• Aplicaciones En la Industria Química

• Industrias especializadas en la producción y recuperación de pigmentos.
• Industrias de recuperación de metales.
• Obtención de sales industriales.
• Producción de aditivos de papel.
• Industrias donde se obtiene silicatos sódicos, ácidos cítricos, resinas y fibras sintéticas.
• Industrias productoras de polímeros.
• Productos químicos para usos especializados.

• Aplicaciones En la Industria Farmacéutica

• Producción de vitaminas y antibióticos.
• Empleo de filtros de orificios de ventilación para sistemas de administración de medicamentos, como por ejemplo aerosoles nasales o dispensadores de gotas para los ojos.

La industria farmacéutica utiliza la filtración en sus procesos de obtención de vitaminas y antibióticos.

• Aplicaciones En la Industria de Alimentos

• Filtración de glucosa, fructosa y azúcares.
• Fabricación de bebidas tales como jugos, cerveza, vino, entre otros.

La industria alimenticia emplea la filtración en la producción de bebidas como cervezas.

• Aplicaciones En la Agricultura

• Elaboración de insecticidas y plaguicidas.
• Sistemas de filtración para tratamiento de aguas destinadas a fines agrícolas.

La agricultura emplea la filtración para elaboración de insecticidas o para tratamiento de aguas.

Tratamiento De Aguas Residuales y Agua Potable Mediante Procesos De Filtración

Tanto para aguas residuales de origen doméstico, agrícolas o industriales, como para procesos de tratamiento de agua potable destinada para consumo humano, el proceso de filtración se usa para los diversos procesos que estas aguas requieren para ser tratadas, como, por ejemplo, el acondicionamiento de aguas residuales, el tratamiento de fangos y el proceso de potabilización del agua.  A continuación, se describen los diversos tipos de filtración en el tratamiento de aguas residuales y en procesos de potabilización del recurso.

Tipos de Filtración

Los sistemas de filtración se pueden clasificar teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

• El tipo de lecho filtrante.
• El sentido del flujo del recurso durante la filtración.
• La aplicación de la carga de agua sobre el medio filtrante.
• El control operacional del sistema de filtración.

La tabla que se muestra a continuación, indica las alternativas que presentan para cada uno de los parámetros que generalmente son utilizadas para realizar la clasificación de diversos tipos de filtros.

A continuación, se definirán y describirán los tipos de filtración más importantes que se emplean tanto en sistemas de tratamiento de aguas residuales, tratamiento de agua potable como en actividades industriales:

• Filtración por gravedad o Filtración Rápida

La filtración rápida, se realiza mediante la acción de la gravedad, por lo general se usa en plantas de tratamiento de agua potable (PTAP) que son construidas con la finalidad de abastecer del recurso hídrico la población aledaña.  Este tipo de filtración, puede ser de flujo ascendente, realizado mediante un filtro ruso, que puede ser operado con tasas de filtración constantes o declinantes.  Cuando la filtración se realiza mediante flujo descendente, la filtración rápida se puede realizar mediante taza declinante o contante en filtros de lecho única de arena o en lecho múltiples.

Filtración Ascendente:

Este método, derivado de la filtración rápida, tiene como ventaja principal que el recurso entrante se mueve en el sentido que los granos que conforman el lecho filtrante disminuyen de tamaño, lo que genera que todo el medio, el cual se encuentra conformado por arena, sea efectivo en la remoción de las partículas suspendidas en el recurso.  La filtración ascendente, generalmente resulta siendo un proceso que emplea mayor tiempo en el tratamiento del recurso si se compara con otros métodos, ya que particularmente requiere mayor carga hidráulica y un espesor mayor del lecho filtrante, por esta razón, se genera que la filtración ascendente tenga un uso limitado.

Principales Características

Las principales características que presentan los métodos de filtración ascendente son las siguientes:

• Tasa de filtración promedio: 120 a 200 m3 /m2 /día.
• Fondo de los filtros: los más comunes son tuberías y placas perforadas.
• Distribución del agua hacia los filtros: caja provista de vertederos, de la cual salen tuberías individuales provistas de medidores y reguladores de caudal.

Esquema de un filtro de tipo flujo ascendente y tasa constante.

Filtración Ascendente – Descendente:

Este método de filtración surgió como una alternativa para optimizar la filtración ascendente, por medio de la implementación de filtros denominados Bi – Flow, los cuales ingresan una parte del agua cruda coagulada a tratar mediante tuberías provistas de bocas e instaladas en el interior del filtro por la parte superior y el recurso restante, se ingresa por la parte inferior del mismo.

El principal inconveniente que presenta el método ascendente – descendente mediante filtros Bi – Flow es el taponamiento con el tiempo de las bocas que componen el filtro, generando que se realicen mantenimientos rutinarios para evitar dicha incidencia.

Esquema de un filtro de flujo ascendente – descendente mediante filtros Bi – Flow.

Para evitar el mantenimiento rutinario en este método de filtración, se implementa la instalación de super filtros, los cuales realizan el proceso de filtración ascendente – descendente del recurso a tratar, primero realizando filtración de flujo ascendente y posteriormente de flujo descendente.  La figura que se muestra a continuación, representa el esquema en planta y el corte de una instalación de filtración ascendente – descendente mediante la instalación de super filtros.

Membranas De Filtración

El método más usado en el tratamiento aguas residuales y de agua potable, es la filtración mediante membranas, el cual es un método que consiste en forzar el paso del líquido a filtrar a través de una membrana instalada sobre un soporte sólido, donde mediante membranas semi – permeables se realiza el proceso de separación de mezclas que permiten mediante presión, filtrar el recurso y retener los residuos contaminantes en la membrana del filtro.

Los procesos que se incluyen en la tecnología de filtración mediante membranas son los siguientes:

• Micro y Ultrafiltración:

La micro y la ultrafiltración funcionan mediante separación física donde el tamaño de poro de la membrana es un factor importante para determinar cuáles partículas pueden pasar y cuáles quedan retenidas en el filtro.  Las partículas que presentan tamaños mayores que los poros de la membrana se retienen totalmente, mientras que algunas sustancias que son más pequeñas que los poros de la membrana pueden ser retenidas de manera total o parcial, dependiendo de la selectividad de la membrana.

Las membranas de microfiltración, tienen como objetivo separar del agua partículas finas de tamaño entre 0,1 mm y 10 mm, como, por ejemplo, algas, vegetación, polvo de carbón muy fino, amianto, entre otros.  Estas membranas pueden ser fabricadas en nylon, polietileno o polipropileno.  Mientas que las membranas de ultrafiltración retienen el paso de partículas con tamaños entre 1 nm y 100 nm, como por ejemplo virus, bacterias, coloides, macroproteínas, endotoxinas, entre otros.

• Nanofiltración:

La Nanofiltración, permite separar partículas en suspensión y moléculas disueltas en el recurso tales como sustancias orgánicas (proteínas, azúcares), microrganismos, moléculas de colorantes y algunas sales polivalentes; para que este tipo de membranas funcionen de manera correcta, se requiere aplicar mayor presión en la entrada del recurso a tratar.  Las membranas de nanofiltración se fabrican con valores entre 0,1 nm y 1 nm, tamaños que son típicos en la mayoría de moléculas que no presentan pesos moleculares elevados.  Incluso, durante este proceso, quedan retenidos iones como el Ca2+ y el Mg2+, hecho que permite emplear este tipo de membranas para eliminar la dureza del agua, sin el uso de reactivos químicos.

• Ósmosis inversa:

La ósmosis inversa, es el único método que no actúa según el principio de porosidad si no que en cambio se basa en el equilibrio presente hacia ambos lados de la membrana semipermeable, para separar dos volúmenes de líquido que presentan diferente concentración salina; mientras que el agua se difunde a través de la membrana y la atraviesa, los iones disueltos no pueden hacerlo y quedan retenidos en el filtro.

Gran parte de los sectores industriales emplean para el tratamiento de agua potable y de aguas residuales el método de ósmosis inversa con el objetivo de producir agua de elevada pureza, la cual pueda ser empleada en industrias que requieran una excelente calidad del recurso como por ejemplo la industria farmacéutica, la industria alimentaria, las centrales nucleares, la industria electrónica, la industria biotecnológica, entre otras.

Este método de filtración retiene prácticamente todas las partículas y sales presentes en el recurso, haciendo que sea el más efectivo para la desalinización del agua.  Para alargar la vida útil de las membranas de ósmosis inversa y de nanofiltración, se recomienda realizar un pretratamiento al recurso mediante ultrafiltración.

Principales Aplicaciones de la Filtración Mediante Membranas

La tabla que se muestra a continuación, indica la presión que cada proceso de filtración requiere para su correcta implementación y las principales aplicaciones para cada uno de los procesos anteriormente descritos:

Este método mediante membranas, es un método que se emplea especialmente en los tratamientos tanto de aguas residuales como de agua potable debido a la eficiencia en la separación de partículas contaminantes del agua a temperatura ambiente con una relación coste / eficiencia bastante baja.  En Fibras y Normas de Colombia, contamos con una amplia variedad de plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), plantas de tratamiento de agua potable (PTAP) y Filtros purificadores de agua, los cuales emplean membranas de filtración para garantizar un tratamiento eficiente del recurso hídrico y una óptica calidad del mismo.

Las PTAP de Fibras y Normas de Colombia mediante procesos de filtración se encargan de obtener un recurso óptimo para su consumo.