SISTEMAS DE SEPARACIÓN EN BIOPROCESOS: Floculación ,Flotación, Filtración ABRIL PRIETO MARIA PAULA CANO SUAREZ DANILO ALEJANDRO GAVIRIA NAVARRO JULIETTE MOTTA SOLER ANGELA MARIA A
Procesos de separación sólido -líquido
Procesos de separación sólido -líquido
Filtración •Filtración forma parte de las operaciones de Bioseparaciones Sólido- Líquido (BSL) •Separación de un sólido de un fluido por acción de un medio filtrante y un gradiente de presión •Se puede usar para recuperar un sólido como cosecha celular.
Variables que afectan la filtración PRESIÓN ●
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Una presión baja al inicio de operación, especialmente filtrar es un lecho con bajo contenido de sólidos. Depende del tipo de sólido, granulares y cristalinos, un aumento de la presión conlleva a un aumento de la velocidad de flujo.
VISCOSIDAD ●
TEMPERATURA ●
ESPESOR DE LA TORTA ● ● ●
Influye en la capacidad y diseño del filtro y en el ciclo de operación. Se busca una torta con una alta resistencia, incluso cuando el espesor sea delgado. ·
un fluido más viscoso hará de la filtración un proceso más lento
La viscosidad de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura. Por lo general, un aumento de temperatura en dicha variable favorezca la velocidad de flujo
TAMAÑO DE PARTÍCULAS ●
lo ideal es tener partículas grandes, debido a que las pequeñas producen una velocidad baja.
Pre tratamiento de los caldos para BSL
Pre tratamiento de los caldos para BSL •Ayudas Filtro
Mecanismos de filtración •FILTRACIÓN DE LECHO PROFUNDO •FILTRACIÓN DE BARRERA: • Filtración con formación de torta o filtración convencional • Filtración con membranas (Microfiltración y Ultrafiltración)
Clasificación de filtros
Filtros Batch a presión Filtros de placa y marco ● ●
No se debe usar con sustancias tóxicas se usan en la industria cervecera para la recuperación de levaduras
Filtros de hoja ● ●
Operan en ambientes cerrados utilizados cuando los volúmenes de filtrado son bajos
Filtros continuos al vacío Equipos de tambor rotatorio al vacío son los más usados en bioseparaciones, principalmente en la producción de antibióticos ● Descarga continua de la torta , puede operar por largos tiempos de flujo ●
Ultrafiltración Se aplica en procesos en donde la alimentación contiene un
alto nivel de carga (alto contenido de sólidos en suspensión) Se compone de ● ● ● ●
Dos depósitos de acumulación, un sistema de bombeo de presión los filtros cerámicos un sistema hidráulico secundario que se encarga de limpiar las membranas a contracorriente
Estado del arte (Filtración) Bioreactores de membrana: ●
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La tecnología de membrana, en un principio, tenía un uso muy limitado y solamente se empleaba como tratamiento terciario en los procesos convencionales. La microfiltración (MF)y la ultrafiltración (UF) se utilizaron en áreas donde había requerimientos de vertido muy rigurosos o donde se pretendía reutilizar el agua depurada.
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La filtración conlleva a una menor colmatación de la membrana. El tamaño de los poros en esas condiciones permite evitar la acumulación de algunas partículas en el interior de la membrana. Proporcionan una elevada eliminación de sólidos en suspensión, incluyendo la mayoría de bacterias, así como la eliminación parcial de virus y macromoléculas.
Floculación Es un proceso químico mediante el cual se aglutinan las sustancias coloidales, facilitando su decantación y posterior filtrado. ● ● ●
Solidos en suspension Partícula coloidales (> 1 micra) Sustancias disueltas
Floculación La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y flóculos que tienden a depositarse en el fondo del reactor o recipiente, generalmente sedimentadores.
Floculación ●
Convección natural
Es lenta y se da por el propio movimiento de las partículas (difusión Browniana)
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Convección forzada
Movimiento inducido, mediante agitación de la mezcla.
Floculación Ventajas. Menos tiempo que la decantación. ● Operación simple. ● Emplea reactivos comunes. ●
Desventajas. Requiere uso de insumos constantes. ● Genera lodos y pueden llegar a ser tóxicos. ● Requiere plan de manejo de lodos y sedimentos. ●
Floculación en bioprocesos Clarificación de cosechas de bioprocesos para maximizar la extracción de partículas al mismo tiempo que mantiene la calidad y la recuperación de productos del cultivo. ● ●
Tamaño de la partícula. Concentracion de solidos.
Estado del arte (Floculación) TRATAMIENTO DE AGUAS. La floculación es usada en este proceso para:
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Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica. Remoción de color verdadero y aparente. Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor. Eliminación de bacterias virus y organismos patógenos susceptibles a ser separados.
La formación de los flóculos es consecuencia de la agrupación de las partículas descargadas al ponerse en contacto unas con otras. Puede ser causada por la colisión entre las partículas, debido a que cuando se acercan lo suficiente las superficies sólidas, las fuerzas de Van der Waals predominan sobre las fuerzas de repulsión.
Flotación Es una operación unitaria que se emplea para la separación de partículas sólidas o líquidas de una fase líquida. La aplicación práctica de la flotación se limita actualmente al uso de aire como agente responsable del fenómeno.
Flotación
Flotación
En todos estos sistemas es posible mejorar el grado de eliminación y rendimiento mediante la introducción de aditivos químicos
Flotación por aire disuelto (FAD) El aire se disuelve en el agua residual a presión de varias atmósferas, y a continuación se libera la presión hasta alcanzar la atmosférica. 1. Instalaciones de pequeño tamaño:
Flotación por aire disuelto (FAD) 2. Instalaciones de mayor tamaño
Flotación por aireación Las burbujas de aire se introducen directamente en la fase líquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. ● ●
No se recomienda para la flotación de aceites y grasas. Útil en tratamiento de aguas con tendencia a generar espumas.
La aireación directa durante cortos periodos de tiempo no es muy efectiva a la hora de conseguir que los sólidos floten
Flotación por vacío
Flotación ● ●
En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de fangos biológicos. También se emplea en el tratamiento de lodos Depuración biológica por fangos activos: proceso biológico empleado en el tratamiento de aguas residuales, que consiste en el desarrollo de un cultivo bacteriano en un depósito agitado, aireado y alimentado con el agua residual, que es capaz de metabolizar como nutrientes los contaminantes biológicos presentes en esa agua.
Flotación Ventajas. ●
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La principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta. Elimina partículas sólidas difíciles de eliminar por gravedad debido a su densidad. El sistema FAD genera una alta eficiencia en remoción de sólidos, requiere menor área de instalación y tiene mayor eficiencia en la remoción de DBO (demanda química de oxígeno) que otros procesos de separación.
Desventajas. ●
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Requiere un buen control del proceso, de lo contrario se podrían generar burbujas mayores al tamaño ideal que dificultarian el paso de los nutrientes a la estructura celular. El sistema de FAD es más sensible a variaciones de temperatura, concentración de sólidos en suspensión, recargas hidráulicas y principalmente a variaciones fisicoquímicas de los sólidos suspendidos.
Estado del arte (Flotación) Reciclado de papel: En el reciclado de papel, el método de flotación de columna es el más empleado. ●
La pulpa de papel se pone en contacto en contracorriente con burbujas de aire. ● El papel que tiene tinta es absorbido en las superficie de las burbujas y removido en la parte superior de la columna. De esta manera se obtiene en la parte inferior del reactor un producto libre de tinta, el cual esta listo para otro proceso.
Bibliografía http://www.sinia.cl/1292/articles-49990_05.pdf https://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Tratamiento_f%C3%A Dsico-qu%C3%ADmico http://es.slideshare.net/aLeeMontijo/floculacin https://es.wikipedia.org/wiki/Depuraci%C3%B3n_biol%C3%B3gica_por_fangos_activos http://www.gunt.de/d ownload/flotation_sedimentation_spanish.pdf http://es.slideshare.net/ingbibiana/operaciones-unitariasenbioprocesospdf
http://www.monografias.com/trabajos16/tecnicas-flotacion/tecnicas-flotacion.shtml
