Ridurre il volume della biomassa

Microplan Standard 50 LLa produzione di biomassa con il sistema Fitoplan^® permette di raggiungere concentrazioni molto elevate, oltre 10 x 10⁹ cellule/ml. Un sistema standard composto da un singolo cluster di 6 cilindri produce ogni settimana circa 360 litri di soluzione algale ad altissima concentrazione. Quando si desidera ridurre il volume di biomassa per facilitare la conservazione in frigo a 5° C. è consigliabile concentrare ulteriormente di 5/10 volte la biomassa prodotta. Nell'esempio sopra descritto dopo il trattamento di superconcentrazione si otterrebbero poco più di 50 liri di biomassa, riducendo le necessità di stoccare centinaia di litri in frigo.

Questo trattamento veniva tradizionalmente eseguito con delle centrifughe a piatti, che hanno però due importanti limiti:

• La velocità di rotazione dei piatti delle centrifughe rompe la parete cellulare causando la morte delle cellule
• Il costo di queste macchine è molto elevato, da 60.000 Euro in su.

Questi due limiti, in special modo il costo elevato, hanno fino ad ora limitato la produzione di biomasse superconcentrate superiori a 7 x 10⁹ cellule/ml.

Oggi Separeco introduce una nuova tecnologia basata sulla microfiltrazione che mantiene le stesse prestazione senza rompere le pareti cellulari abbattendo drasticamente il costo dei macchinari necessari.

Il sistema di microfiltrazione Microplan^® consente di concentrare elevate quantità di biomassa algale, eliminando fino al 90 % di acqua . E’ un impianto con funzionamento in continuo, molto più rapido ed efficace delle tradizionali centrifughe a piatti. Il sistema, nella versione a singola membrana, riesce a concentrare circa 150 litri di alghe ogni ora, ma modelli multimembrana possono incrementare proporzionalmente la portata oraria della biomassa concentrata. Il sistema di pulizia e rigenerazione delle membrane è automatizzato, dura una notte, consentendo l’eliminazione dei tempi morti legati al lavaggio dell’impianto.

Il principio di funzionamento

L'impianto è costituto da uno skid al cui interno sono alloggiate tutte i componenti del sistema. Non fanno parte del sistema i serbatoi di stoccaggio biomassa da trattare e biomassa trattata. La membrana per la microfiltrazione della biomassa e alloggiata all'interno dello skid, in una posizione facilmente accessibile. La membrana funziona con il metodo di filtrazione a flusso trasversale. Tale metodo ha il beneficio di realizzare un alto grado di filtrazione rispetto al modo di filtrazione a flusso diretto dei filtri convenzionali. La filtrazione a flusso trasversale è un processo continuo in cui il flusso di alimentazione fluisce parallelamente (tangenzialmente) alla superficie di filtrazione della membrana generando due flussi uscenti. Una piccola frazione di alimentazione, detta permeato o filtrato, si separa come liquido purificato che attraversa la membrana. La frazione restante, denominata trattenuto o concentrato, contiene le particelle rifiutate dalla membrana. La separazione è guidata dalla differenza di pressione attraverso la pressione di membrana, o transmembrana.

Il flusso parallelo del flusso di alimentazione, combinato con la turbolenza dello strato di confine generata dalla velocità del flusso trasversale, spazza via continuamente le particelle e l'altro materiale che altrimenti si accumulerebbe sulla superficie della membrana. Il liquido scorre all’interno della membrana ad una velocità molto elevata, parallelamente alla superficie della membrana stessa, mantenendola continuamente pulita.

Vantaggi

Le membrane offrono molti vantaggi. Questa tecnologia di separazione si può definire ecologica rispetto ad altre tecnologie di separazione. Non sono necessari additivi e offrono uno spettro molto ampio di temperature di processo. La filtrazione assume quindi un carattere leggero, altamente selettivo senza modificazione di fase. I costi del sistema sono contenuti.

Cenni sulla tecnica di microfiltrazione

Le membrane sono in grado di filtrare in modo selettivo gas o liquidi in soluzione o miscela separando i differenti componenti. I micropori delle membrane sono tali da garantire che alcune molecole, a causa delle loro dimensioni, vengano trattenute e altre possano passare. Ogni membrana risulta quindi specifica grazie ad una speciale struttura molecolare studiata appunto per separare dati componenti.

La filtrazione su membrane è considerate una BAT nel BREF IPPC (Best Available Techniques Reference Document) per l’Industria Alimentare a causa dei ridotti impatti in termini di consumi idrici ed effluenti prodotti. Le tecniche applicabili sono tre e si differenziano sulle dimensioni dei micropori e quindi sulla capacità di ritenzione: microfiltrazione, ultrafiltrazione e osmosi inversa.

Processo a membrana a bassa-pressione in controcorrente per separare particelle colloidali e sospese di diametro fra 0.1-10 μm.

E’ un processo strettamente fisico nel quale le particelle sono trattenute sulla superficie della membrane. Qualsiasi particella di dimensione superiore al diametro dei pori della membrana non può attraversarla. Applicabile ad esempio per sterilizzare fluidi.

Nell’ultrafiltrazione le membrane trattengono le particelle di dimensioni fra 0.01-0.1 μm di diametro a pressione d’esercizio fra 0.5-10 bar. E’ un metodo che può essere utilizzato per la concentrazione in alternativa alla cromatografia di esclusione per dimensione.

Le membrane UF sono interessanti per applicazioni biofarmaceutiche.

I maggiori vantaggi dell’ultrafiltrazione rispetto alle tecniche cromatografiche sono:

• Alta capacità.
• Relativa facilità di ampliamento di scala.
• Gli impianti sono facilmente pulibili e sanitizzabili.

L’osmosi agisce attraverso una membrana semi-permeabile per cui fra due soluzioni saline a diverse concentrazioni l’acqua passa dalla soluzione a più bassa concentrazione a quella a più elevata fino al raggiungimento della stessa concentrazione. Agendo con un lavoro esterno (pressione) sulla soluzione più concentrata, si forza l’acqua a passare attraverso la membrana e quindi si ottiene un’ulteriore concentrazione (osmosi inversa RO). La membrana semi-permeabile trattiene qualsiasi molecola di dimensioni superiori a quelle dell’acqua. Tecnica ad elevata efficienza per concentrare/separare molecole solute con peso molecolare relativamente basso.

Non è selettiva, richiede energia in misura rilevante ed è abbastanza costosa.