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Riduzione del costoso accumulo di biofilm nelle membrane a osmosi inversa

Di Richard Juskowiak, Filtrazione di processo Donaldson

I sistemi di filtrazione a osmosi inversa (RO, Reverse Osmosis) purificano l'acqua utilizzata nella produzione di alimenti e bevande, prodotti farmaceutici e altri prodotti di consumo. Le membrane RO sono fondamentali per la sicurezza del prodotto e anche costose da sostituire, pertanto è importante proteggerle dall'accumulo di biofilm. Il biofilm si forma quando i batteri sopravvivono alla fase di declorazione con carbone attivo e si moltiplicano a valle formando colonie di microbi sulle superfici dell'apparecchiatura.

I prefiltri pieghettati (a sinistra) presentano più tessuto nello stesso spazio rispetto a un filtro soffiato a fusione (a destra). La maggiore superficie offre una migliore cattura e una maggiore vita utile del filtro.

Migliore è la prefiltrazione dell'acqua di sorgente, migliore è la prevenzione della formazione di biofilm sul sistema RO, ciò migliora sia la sicurezza del prodotto sia il ciclo di vita della membrana RO. La FDA richiede un prefiltro per l'acqua prima del suo ingresso nei sistemi RO, ma prestare attenzione al tipo di prefiltro utilizzato presenta molti vantaggi.

Una membrana RO ben protetta da microbi e particelle di carbonio dannose dura, in genere, fino a due anni, mentre una che si sporca nell'arco di un anno può essere indice di una prefiltrazione scadente.

Ecco tre modi per proteggere meglio la membrana RO con la prefiltrazione ad alte prestazioni.

1. Fare attenzione alla composizione del filtro.

Gli standard di settore raccomandano un filtro da 5 micron per la prefiltrazione RO, ma non tutti i filtri di questa dimensione sono uguali. Per molti anni, l'unica opzione per le industrie è stata il filtro soffiato a fusione (melt-blown), un cilindro in polipropilene iniettato con polimero non tessuto. La natura aleatoria di tale processo produttivo consente spazi aperti e l'acquisizione inconsistente di microbi.

È ora disponibile la tecnologia di filtrazione migliorata, frutto della collaborazione tra scienziati dei materiali, ingegneri e industrie di bevande. La struttura avanzata dei mezzi e l'alloggiamento di questi filtri, con il nome LifeTec™ di Donaldson, offre una portata e un'affidabilità superiori.

I mezzi LifeTec sono pieghettati all'interno di una struttura a gabbia in polipropilene che, rispetto agli elementi soffiati a fusione, espande l'area della superficie filtrante del 400% per catturare più contaminanti senza ostacolare le portate del processo.

Il setto è a densità graduata, progettato con una struttura di pori più grandi sul lato a monte che si restringono progressivamente man mano che ci sia avvicina alla superficie a valle. Questa struttura a imbuto crea uno specifico intervallo di cut-off in micron, offrendo quindi una maggiore sicurezza dell'efficacia di un prefiltro.

2. Cercare un'efficienza verificabile.

Quando selezioni un filtro, non fermarti alla dimensione di micron indicata sulla scheda tecnica del fornitore e ricerca la classificazione di "efficienza". L'efficienza è data dalla percentuale verificata di particelle che un filtro cattura nell'intervallo di micron riportato sull'etichetta. Dal momento che non esistono standard di misura ampiamente accettati che regolamentino i produttori di filtri, in questo settore è importante il discernimento. Le classificazioni dei micron, così come il significato di "nominale" e "assoluto", costituiscono parametri abbastanza soggettivi, analogamente a ciò che indica la dicitura "basso contenuto di grassi" nell'etichettatura degli alimenti.

Per illustrare come può crearsi questa confusione, Donaldson ha testato i filtri soffiati a fusione di cinque diversi produttori, che dichiaravano tutti di eliminare contaminanti di 1 micron. A causa della composizione arbitraria delle fibre dei filtri soffiati a fusione, l'efficienza delle loro prestazioni ha mostrato variazioni da meno del 20% a oltre il 98%.

L'ultima tecnologia di filtrazione può essere molto più precisa. L'efficienza dei filtri LifeTec, ad esempio, può essere verificata mediante test di laboratorio, che Donaldson offre per tutti i suoi filtri di processo.

Ad esempio, un filtro di grado assoluto LifeTec, con una dimensione di cattura pari a 1 micron, rimuoverà sempre il 99,98% del particolato di dimensioni pari o superiori a 1 micron. Donaldson ripete periodicamente i test sui propri filtri per confermare tale rendimento, e pubblica dichiaratamente questa classificazione su tutte le sue etichette e schede tecniche. 

Capacità di ritenzione dello sporco e rendimento maggiori di un filtro pieghettato

La maggiore capacità di ritenzione dello sporco, la ridotta pressione differenziale e la durata superiore di un prefiltro pieghettato Donaldson, rispetto a un comune filtro soffiato a fusione.
3. Considera i costi a lungo termine.

Infine, quando hai davvero intenzione di prevenire l'accumulo di biofilm al minor costo, non limitarti a considerare il prezzo di acquisto del prefiltro. Molte impianti programmano abitualmente la sostituzione regolare dei prefiltri RO soffiati a fusione con cadenza settimanale. Questi costi si sommano.

Sebbene i filtri pieghettati avanzati possono costare di più inizialmente, i potenziali risparmi a lungo termine possono essere notevoli:

  • Membrane RO che durano fino al doppio del tempo fornendo maggior protezione
  • Tempi di fermo della produzione e di manutenzione ridotti grazie a filtri di lunga durata
  • Rischio di contaminazione ridotto al minimo, poiché i microrganismi vengono rimossi più a monte
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Elementi filtranti

Donaldson offre elementi filtranti per proteggere l'integrità dei tuoi liquidi e utilizza elementi filtranti a cartuccia per migliorare le prestazioni del prodotto.

Per una protezione ottimale della membrana RO, gli ingegneri di filtrazione di Donaldson raccomandano di installare un filtro pieghettato di grado assoluto da 1 micron al posto del filtro soffiato a fusione, o direttamente dopo di esso, prima che l'acqua entri in contatto con la membrana RO. Così facendo, non solo si prolungherà la durata della membrana RO, ma il prefiltro stesso durerà più a lungo e manterrà portate di volume più elevate grazie anche al design pieghettato.

È inoltre importante che gli operatori reperiscano i propri filtri da un produttore che produce e pubblica apertamente i propri dati sull'efficienza di ritenzione corredati della corrispondente dimensione in micron.

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Richard Juskowiak è Specialista dell'assistenza per i prodotti a Donaldson Company, Inc., nel gruppo di filtrazione di processo. Si occupa di individuare le soluzioni tecniche richieste dalle industrie e collabora con gli ingegneri per proporre soluzioni per applicazioni complesse.
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