Мембранные фильтры с рейтингом фильтрации 0,2 мкм, 0,45 мкм и 0,65 мкм широко используются для удаления микроорганизмов из термочувствительных соединений, которые разрушаются при нагреве или воздействии гамма-излучения. Эти мембранные фильтры созданы с использованием тонкого слоя полимера, который обеспечивает надежное удаление микроорганизмов в сочетании с высокой производительностью, что обеспечивает экономическую эффективность процесса. Они специально разработаны для удаления микроорганизмов, но теряют свою эффективность при содержании в фильтруемой среде большого количества механических частиц, блокирующих их поры. Поэтому при большой концентрации механических частиц рекомендуется введение в процесс стадии предварительной фильтрации для защиты и продления срока использования мембранных фильтров.

Для снижения эксплуатационных затрат часто рассматривается вариант использования дешевых предварительных фильтров, что может стать примером ложной экономии. Дешевые предварительные фильтры могут не защитить дорогостоящие мембранные фильтры от преждевременного загрязнения и тем самым только увеличить общие затраты на фильтрацию. Для того, чтобы продемонстрировать преимущества использования эффективной предварительной фильтрации было проведено исследование, результаты которого представлены ниже.

Фотография 1. Модельный раствор, используемый для тестирования

Фильтрация жидкостей, содержащих органические соединения, таких как пиво, вино и биофармацевтические материалы посредством мембранных фильтров может стать непростой задачей. Зачастую это связано с содержанием широкого спектра загрязнителей, таких как, осажденные белки, липополисахариды, сложные углеводы и коллоидный материал, обладающий способностью к деформации. Для имитации таких жидкостей в настоящем исследовании были использованы нутрицевтики – растворы пищевых и биологически активных добавок. Изображения фильтруемой жидкости приведено на фотографии 1.

Проба под давлением пропускалась через двухступенчатую каскадную систему фильтрации, с последовательным использованием фильтровальных дисков диаметром 47 мм. Система фильтрации состояла из предварительного фильтра (боросиликатное микроволокно) и мембранного фильтра ( гидрофильный полиэфирсульфон) с абсолютным рейтингом 0,2 мкм (SupaPore 16VPB002).

В исследовании использовались следующие предварительные фильтры Amazon Filters:

1. Supapore FPG с рейтингом 1 мкм.
2. Supapore FPW X grade (разработанные специально для защиты мембранных фильтров с рейтингом 0,2 - 0,45 мкм).
3. Supapore FPW Y grade (разработанные для усиленной защиты мембранных фильтров).

Для всех фильтров отслеживались дифференциальное давление и количество отфильтрованного раствора. Результаты сравнивались с системой фильтрации, в которой предварительные фильтры отсутствовали.

Параметры проведения теста:

• Скорость потока: 10 мл/мин.
• Размер диска фильтрующего материала: диаметр – 47мм.
• Гидравлическая нагрузка: 0,72 мл/мин/см²
• Принятая точка окончания фильтрации: дифференциальное давление 1,5 бар.

Результаты:

1Мембранный фильтр SupaPore 16VPB002 с рейтингом 0,2 мкм, без предварительной фильтрации

2Предварительный фильтр Supapore FPG с рейтингом 1 мкм и мембранный фильтр SupaPore 16VPB002 с рейтингом 0,2 мкм

3Предварительный фильтр Supapore FPW X grade и мембранный фильтр SupaPore 16VPB002 с рейтингом 0,2 мкм

4Предварительный фильтр Supapore FPW Y grade и мембранный фильтр SupaPore 16VPB002 с рейтингом 0,2 мкм

Как видно из приведенных результатов в ходе испытаний была выявлена существенная разница в сроках службы каждой комбинации фильтров, которая показывает, насколько предварительная фильтрация важна для эффективности системы фильтрации и экономии средств.

Фотография 2. Сравнение результатов фильтрования тестовой жидкости с различными вариантами предварительной фильтрации

Базовая система фильтрации в первом варианте демонстрирует, что отсутствие предварительной фильтрации перед мембранным фильтром резко сокращает срок его службы. Работа системы в такой модификации приведет к долговременным простоям и дорогостоящей замене мембранных фильтров.

Во втором варианте, предварительный фильтр Supapore FPG с рейтингом 1 мкм, установленный перед мембранным фильтром значительно повышает срок службы системы фильтрации. Это означает уменьшение времени простоя оборудования. Также, поскольку стоимость предварительного фильтра гораздо меньше стоимости мембранного фильтра, это означает снижение затрат.

Несмотря на существенные улучшения, динамика роста дифференциального давление показала, что мембранный фильтр все еще недостаточно защищен. Поэтому в третьем варианте исследования был использован более эффективный предварительный фильтр (Supapore FPW X grade). Такая замена предварительного фильтра повысила срок службы системы фильтрации более чем в 2 раза, что привело к значительному сокращению стоимости фильтрации.

По итогам испытания, было выявлено, что мембранный фильтр все еще сталкивается с некоторыми затруднениями в работе. Для их решения в четвертом варианте был использован фильтр с лучшим рейтингом фильтрации из боросиликатного микроволокна для усиленной защиты мембранного фильтра (Supapore FPW Y grade).

Эта значительно увеличило срок службы системы фильтрации еще более чем на 50%, а динамика роста дифференциального давления показало, что защита дорогого финального фильтра стала еще более надежной.

Эффективность различных вариантов установленных предварительных фильтров вы можете увидеть на фотографии 2. Наиболее эффективные предварительные фильтры темнее. Это показывает их большую эффективность при удалении частиц (загрязнителей), в то время как более светлые финальные (мембранные) фильтры показывают увеличение надежности их защиты предварительными фильтрами.

Установка подходящего предварительного фильтра дает значительные преимущества для системы фильтрации, сокращая время простоя и значительно снижая себестоимость фильтрации. Испытания показали, что использование дешевых и низкоэффективных предварительных фильтров, вместо высокоэффективных, увеличивает эксплуатационные расходы, вместо их снижения. Себестоимость дешевого предварительного фильтра может быть ниже, но вместе с тем, вы получите снижение надежности защиты дорогостоящего мембранного фильтра и срока службы всей системы фильтрации. Это повлечет за собой более частую замену дорогостоящего финального фильтра, долгие простои производственного процесса и повышение эксплуатационных затрат. Поэтому вы должны помнить, что покупка более дешевого предварительного фильтра, вместо экономии, может обернуться возросшими затратами.