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Filtrazione: processo e tipologie

Filtrazione di superficie e di profondità - Spadoni - filtrazione

L’impiantistica moderna negli ultimi decenni ha acquisito un’importanza sempre crescente nell’innovazione nel settore alimentare, implementando i processi di automazione al fine di ottimizzare la produttività e la redditività degli impianti.

Il binomio aziende di impiantistica e aziende alimentari si è sempre più consolidato, seguendo il percorso di crescita di molte realtà produttive, parallelo all’esigenza di mantenere alti gli standard qualitativi dei prodotti e garantire uno “shelf life” adeguato all’espansione dei mercati. 

Uno dei settori dove si è concentrata di più la ricerca è stato il settore della Filtrazione. L’esigenza di “separare e filtrare” può essere definita come una costante in tutti i processi di produzione e/o confezionamento del settore alimentare e viene eseguita con una ampia gamma di sistemi che offrono soluzioni ad ampio spettro nelle più varie condizioni. 

In cosa consiste il processo di filtrazione?

La filtrazione è un’operazione fisico-meccanica con la quale un liquido in movimento, sotto l’azione di un gradiente di pressione, si separa dalle particelle solide in esso disperse, per effetto della loro ritenzione da parte del mezzo filtrante poroso, attraverso cui il liquido viene fatto passare.      La differenza di pressione determina il passaggio del liquido da filtrare attraverso lo strato filtrante. Essa può essere realizzata sia applicando una pressione a monte di tale strato (cioè su liquido in entrata), sia creando una depressione a valle.

In questi processi, le particelle con dimensioni inferiori a 0,1 μm non possono essere separate per mezzo delle suddette tecniche di filtrazione; infatti al di sotto di tale limite si hanno macromolecole o aggregati di molecole che formano dispersioni colloidali. La formazione fisica di queste particelle può essere realizzata per mezzo di altre tecniche concettualmente simili alla filtrazione, tra cui: la microfiltrazione (MF), l’ultrafiltrazione (UF), la nano-filtrazione (NF) e l’osmosi inversa (OI).

Principalmente si possono distinguere 3 tipi di filtrazione:
  1. di superficie;
  2. di profondità;
  3. con deposito.
Filtrazione di superficie 

In questa tipologia di filtrazione le particelle solide con dimensione superiore a quella dei pori del mezzo filtrante vengono fermate sulla sua superficie, per semplice setacciamento. Il mezzo filtrante utilizzato può essere sia un telo, sia una membrana. Il meccanismo di ritenzione che viene posto in essere si dice appunto “setacciamento“. La filtrazione su membrana, date le caratteristiche del mezzo filtrante, si applica a sospensioni con un percentuale molto bassa di solidi sospesi e aventi dimensioni molto piccole.

 
Filtrazione di profondità 

Questa tecnica è adottata per il trattamento dei fluidi con bassa concentrazione di solidi sospesi e costituiti da particelle molto fini. In questo caso i solidi seguono un percorso tortuoso all’interno degli interstizi vuoti del mezzo filtrante, quindi vengono trattenuti e rimossi dalla fase liquida continua. 

La differenza sostanziale tra queste due tipologie di lavorazioni è data dalla superficie attiva di filtrazione per la ritenzione dei solidi, che nella filtrazione di profondità si sviluppa in tutta l’area interna dei capillari, mentre nella filtrazione per setacciamento, essa è costituita dalla superficie esterna del mezzo filtrante. Quindi la superficie di contatto con le particelle solide sospese, nei filtri di profondità è nettamente superiore a quella dei filtri di superficie. 

Filtrazione di superficie e di profondità - Spadoni - filtrazione
Principio di azione della filtrazione di superficie (a) e di profondità (b).
Filtrazione con deposito 

invece, si basa sulla deposizione di un coadiuvante di filtrazione su una struttura portante. In questo caso si hanno contemporaneamente un’azione di ritenzione di superficie e di profondità. Se le particelle solide presenti in sospensione hanno tutte le stesse dimensioni, il meccanismo di ritenzione prevalente è il setacciamento, altrimenti, prevale la filtrazione di profondità, soprattutto con la presenza di particelle molto fini. 

L’uso dei coadiuvanti permette di applicare la tecnica dell’accumulo del deposito e quindi di eseguire una filtrazione chiarificante. In questi casi si opera con la tecnica dell’alluvionaggio continuo, la quale implica l’aggiunta o meglio “il dosaggio continuo” di coadiuvanti di filtrazione (quali farina fossile, perlite, fibre di cellulosa, ecc.) nella sospensione da filtrare.                                                                                                                                                      Solitamente, insieme all’alluvionaggio, viene utilizzato un altro metodo di impiego dei coadiuvanti, che implica la costituzione di un prepannello il quale impedisce che le particelle più fini intasino il supporto. Il prepannello è ideato per far depositare uno strato di materiale ausiliare al supporto, facendolo circolare miscelato con acqua in un ciclo che precede la filtrazione. In questi casi il prepannello funge da vero e proprio mezzo filtrante ad esempio nella filtrazione di prima sgrossatura dei vini. 

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Bibliografia

1. Assoenologi: “La filtrazione“, L’Enologo, N°4 2020, pp 55-58. 

2. Antonio Zapulla: “Filtrazione tangenziale con membrane ceramiche statiche e dinamiche”. Università di Bologna, 2017.

3. Michele Sensidoni: “Ricerca sulle caratteristiche di filtrabilità della birra e ottimizzazione del processo dil filtrazione”. Dottorato di ricerca, Università di Bologna, 2012

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