COMPOZITE MICROFILTRANTE PERFORMANTE -...

COMPOZITE MICROFILTRANTE PERFORMANTE – SOLU�IE EFICIENT� PENTRU SIGURAN�A ALIMENTAR� 1/19

Sinteza.doc SC CEPROHART SA BR�ILA D1980/4 Rev.0

COMPOZITE MICROFILTRANTE PERFORMANTE – SOLU�IE EFICIENT� PENTRU SIGURAN�A

ALIMENTAR�

Programul CEEX 2006 – Modul 1 Proiecte de cercetare dezvoltare complexe Contract 63/2006

- Sinteza proiect –

Scop:

Realizarea în �ar� a compozitelor microfiltrante performante, destinate proceselor

“curate” specifice industriei, în vederea cre�rii premizelor de fundamentare �i de extindere

a liberei circula�ii a produselor române�ti pe pia�a UE �i interna�ional�.

Obiective:

• Dezvoltarea �i implementarea la nivel pilot industrial a unei tehnologii inovative de

ob�inere a compozitelor microfiltrante performante în procesul de separare prin

microfiltrare a componentelor coloidale destabilizatoare �i/sau contaminante din

lichidele alimentare.

• Realizarea unei baze de date cu privire la tipurile, caracteristicile �i tratamentele

aplicate materiilor prime (fibre celulozice, materiale de umplere, aditivi) pentru

ob�inerea compozitelor microfiltrante, în scopul dezvolt�rii unor tehnologii flexibile

care s� se adapteze u�or schimb�rilor �i cerin�elor referitoare la siguran�a

alimentar�.

• Îmbun�t��irea condi�iilor de siguran�� a lichidelor alimentare prin dezvoltarea unor

metode integrate de evaluare a compozitelor microfiltrante cu privire la

caracteristicile structurale, eficien�a de decontaminare �i compatibilitatea lor cu

lichidele alimentare.

• Îmbun�t��irea practicilor manageriale privind purificarea lichidelor alimentare în

scopul optimiz�rii performan�elor compozitelor microfiltrante din punct de vedere

tehnic, economic �i al protec�iei mediului.



• Diseminarea rezultatelor semnificative ale proiectului la nivelul agen�ilor economici

�i al comunit��ii �tiin�ifice na�ionale �i interna�ionale, precum �i la nivelul

reprezentan�ilor autorit��ilor ce r�spund de siguran�a alimentar�.

Proiectul s-a realizat într-un consor�iu condus de SC CEPROHART SA Br�ila, în

cadrul c�ruia �i-au adus contribu�ia urm�torii parteneri:

- Universitatea Tehnic� „Gheorghe Asachi” Ia�i

- Universitatea „Dun�rea de Jos” Gala�i

- ICDVV Valea C�lug�reasc�

- SC CCAI SA Bucure�ti

- SC ROVIT SA Valea C�lug�reasc�

În cadrul primei etape a proiectului au fost realizate patru studii documentare

privind teoria microfiltr�rii prin compozite fibroase în care au fost abordate urm�toarele

aspecte:

1. Identificarea �i caracterizarea materialelor fibroase �i nefibroase pentru

ob�inerea compozitelor microfiltrante cu caracteristici prestabilite - în

cadrul c�reia au fost identificate materialele fibroase din structura compozitelor

microfiltrante constituite din fibre celulozice selectate dup� urm�toarele criterii:

puritate ridicat� (exprimat� prin con�inutul de alfa celuloz�, de min. 96-97%);

compatibilitatea chimic� cu lichidele supuse filtr�rii (rezisten�a la tratamente slab

acide, la rece �i la cald); ob�inerea unor structuri fibroase cu grad ridicat de

permeabilitate �i compresibilitate; compatibilitatea toxicologic�: inerte din punct

de vedere biologic �i fiziologic. În urma analizei literaturii de specialitate s-a

stabilit c� sunt recomandate fibrele celulozice special tratate, cu structuri

controlate �i cu nivel ridicat al porozit��ii în scopul conferirii compozitului

microfiltrant integritate structural� �i o bun� rezisten�� atât în stare umed�, cât �i

în stare uscat�. Au fost astfel recomandate fibrele din celuloz� de r��inoase �i

foioase (pin sudic, eucalipt) mercerizate �i tratate suplimentar prin reac�ii de

reticulare. Al�turi de fibrele celulozice, compozitele microfiltrante au în

compozi�ie adjuvan�i de filtrare (materiale de umplere) �i aditivi chimici. Ace�tia,

în func�ie de natura chimic� �i doza de utilizare, atribuie o configura�ie special�

structurii fibroase formate, conferind îmbun�t��irea distribu�iei porilor în structura

tridimensional�, care în final conduce la o reten�ie a particulelor de dimensiuni

mici din lichidele supuse filtr�rii;



2. Studiul structurilor fibroase din matricea compozitului filtrant �i corelarea

caracteristicilor lor cu procesul de microfiltrare a lichidelor alimentare - în

care s-au folosit în diverse faze de testare, materii prime cu structuri uniforme,

cu capacitate maxim� de reten�ie a particulelor contaminante din lichidele

alimentare �i cu caracteristici de rezisten�� la curgerea lichidelor filtrate. Prin

analiza, selectarea �i experimentele derulate au fost în final conturate cerin�ele

de calitate ce se impun în general unui mediu microfiltrant: s� asigure

func�ionalitate în procesul de filtrare (capacitate de reten�ie, rezisten�� în stare

umed� �i uscat�, suprafa�� specific�, înc�rcare electric� superficial�) �i s�

confere puritate lichidului filtrat: re�inerea ionilor polivalen�i de Fe, Cu, Mn sau a

ionilor toxici. De asemenea, au fost evaluate �i stabilite �i cerin�ele de calitate ce

se impun materiilor prime din structura compozitelor microfiltrante, în

conformitate cu cerin�ele normativelor privind siguran�a alimentar�;

3. Studiul interac�iunilor poten�iale dintre lichidele alimentare �i compozitul

fibros pentru microfiltrare . Au fost analizate în acest sens fenomenele ce au

loc în compozitele microfiltrante în procesul de filtrare a vinului, acesta

constituindu-se într-o pondere foarte mare în sfera lichidelor alimentare pentru

consum. Au fost studiate atât reten�ia germenilor pe cale mecanic�, cât �i prin

mecanismul de reten�ie coloidal�, avându-se în vedere con�inutul divers al

dispersiilor moleculare, ionice �i mecanice (particule mari) con�inute în vin. Au

fost investigate mecanismele de reten�ie a particulelor �i rolul poten�ialului zeta

în aceste mecanisme, efectuându-se o compara�ie între filtrarea prin filtre de

profunzime �i filtrarea absolut� prin membrane filtrante. Corelându-se

cuno�tin�ele teoretice cu cele practice privind formarea structurilor fibroase �i

legile curgerii fluidelor prin straturi poroase s-au f�cut urm�toarele constat�ri:

propriet��ile superficiale �i chimico-coloidale ale fibrelor celulozice pot fi

modificate prin tratamente mecanice (m�cinare), cât �i prin utilizarea diferi�ilor

aditivi; m�sura în care se modific� fiecare tip de fibr� celulozic� se constituie

într-o modalitate de control al permeabilit��ii stratului filtrant; porozitatea �i

structura mediului microfiltrant sunt influen�ate de con�inutul de particule fine

(material fibros �i de umplere) �i de mecanismul de agregare a acestora în

prezen�a aditivilor chimici;

4. Stabilirea metodelor de caracterizare a stabilit��ii chimice �i biologice a

lichidelor alimentare supuse procesului de microfiltrare. În cadrul acestei

activit��i au fost elaborate �i prezentate metode standardizate �i personalizate



utilizate la analiza dispersiilor moleculare �i coloidale din vinuri. Analizele s-au

efectuat pe vin, ulei, o�et, distilate alcoolice. Au fost analiza�i parametrii

compozi�iei de baz� a vinurilor: caracteristici cromatice, coloizii din vin,

polifenolii, taninurile, înc�rc�tura microbian�, concentra�ia alcoolic�, con�inutul

de zah�r.

În etapa 2 a proiectului s-a derulat un program experimental de laborator privind

ob�inerea unor compozite microfiltrante destinate segmentului de filtrare sterilizant� a

lichidelor alimentare �i elaborarea în final a tehnologiei de laborator pentru ob�inerea

acestor produse. Activit��ile partenerilor coroborate cu cele ale coordonatorului de proiect

derulate în aceast� etap�, s-au finalizat prin urm�toarele rezultate:

• selectarea �i introducerea în programul experimental a materiilor prime

fibroase dup� o analiz� �i caracterizare riguroas� a acestora - s-au analizat �i

introdus în structura compozitului microfiltrant, urm�toarele tipuri de celuloze:

� celuloze papetare în�lbite (ECF) din lemn de r��inoase Zellstoff

Stendal �i ELK PRIME – care au rolul de schelet de sus�inere a întregii

structuri fibroase �i a materialului de umplere din masa compozitului

microfiltrant �i în special de îmbun�t��ire a propriet��ilor de rezisten��

mecanic� a compozitelor microfiltrante;

� celuloze chimice �i mercerizate de înalt� puritate Buckeye HPZ �i

Becocel 2000 fabricate special pentru filtrarea lichidelor alimentare; sunt

recomandate pentru realizarea structurii microporoase �i reglarea

dimensiunii porilor, care confer� capacitatea de absorb�ie ridicat� a

particulelor coloidale;

Celulozele au fost m�cinate la un grad de m�cinare de 30°SR �i au avut o pondere

de participare în masa compozitului filtrant de 30 - 40%.

• selectarea materiilor prime minerale performante �i a sistemului de aditivi

chimici - amestecul de componen�i minerali a fost format din diatomit �i perlit

pentru filtrare. S-au utilizat diatomite foarte pure din clasele CELITE �i CELATOM,

respectiv Celite S, Filter Cel, FN 1, FN 6 �i MN 4 �i perlite Perfil P100 �i Harbolite

H 350. Materialele minerale (materialele de umplere) au fost introduse ca atare în

suspensia fibroas� într-o propor�ie de 60 – 70% în masa compozitului microfiltrant.

Sistemul de aditivi testat a fost constituit din: silice coloidal� cationic� cu rol în

procesul de coagulare – floculare la suprafa�a fibrelor; silice coloidal� anionic� cu

rol de dispersant care contribuie la o omogenizare foarte bun� a materialului de



umplere în suspensia fibroas� �i are un caracter puternic absorbant; r��in�

poliamidepiclorhidrinic� cationic� (Kymene 611), cu mas� molecular� medie care

asigur� îmbun�t��irea rezisten�ei în stare umed� a compozitelor microfiltrante �i

contribuie la echilibrarea balan�ei ionice globale. Nivelul de adaos al aditivilor

chimici în re�etele de laborator s-a stabilit la 9% fa�� de total material fibros +

material de umplere;

• stabilirea fazelor �i parametrilor tehnologici de lucru prin realizarea unui

control riguros al proceselor chimico – coloidale la prepararea �i formarea

structurii fibroase microfiltrante: procesul tehnologic al programului pilot de

laborator cuprinde urm�toarele faze:

� prepararea materialului fibros �i a materialelor minerale, dozarea �i

omogenizarea componen�ilor

� formarea compozitului microfiltrant

� uscarea compozitului microfiltrant

Prepararea materialului, amestec fibros – material de umplere, s-a realizat

respectându-se urm�torii parametri:

� consisten�a materialului preparat în omogenizator: 2%

� timp de omogenizare pentru fiecare component: 5 min.

� consisten�a la formare: 1,5%

� masa (gramajul) compozitului fibros: 1000 g/m2

Formarea compozitelor fibroase s-a realizat pe o instala�ie de formare-deshidratare,

compus� dintr-o pâlnie filtrant� (4000 ml) �i pomp� de vid, iar uscarea s-a realizat prin

intermediul unui sistem de site tensionate în etuv� cu circula�ie cu aer cald, la

temperatura de 110 – 120°C.

• elaborarea re�etelor de lucru �i ob�inerea mediilor microfiltrante sterilizante,

caracterizarea fizico – mecanic� �i testarea lor pentru evaluarea filtrabilit��ii

�i a efectului sterilizant; programul pilot de laborator de formare a compozitelor

microfiltrante a cuprins 21 re�ete de lucru iar la derularea lui au participat cu

instala�iile din dotare, coordonatorul �i partenerul 1 din proiect (Universitatea

Tehnic� „Gheorghe Asachi” Ia�i). Capacitatea de filtrabilitate �i evaluarea

compatibilit��ii microbiologice, chimice �i toxicologice au fost realizate de

partenerii proiectului Universitatea „Dun�rea de Jos” Gala�i, ICDVV Valea

C�lug�reasc� �i SC CCAI SA Bucure�ti.

În urma rezultatelor ob�inute au fost selectate ca fiind reprezentative compozitele

microfiltrante simbolizate: P1, P2, P3, P4, A, F �i L care au fost caracterizate fizico –



mecanic �i evaluate din punct de vedere al filtrabilit��ii �i efectului sterilizant. Efectul

sterilizant m�surat prin rata de re�inere a drojdiilor �i bacteriilor acetice �i lactice în timpul

filtr�rii la compozitele microfiltrante P1, P2, P3, P4 este comparabil cu cel ob�inut la

compozitul microfiltrant de referin��. (tabelul 1).

Tabelul 1 Compozite microfiltrante ob�inute în laborator – rata de re�inere a contaminan�ilor din lichidele supuse filtr�rii

Drojdii, UFC/ml Re�eta

Înc�rc�tura ini�ial�

Înc�rc�tura dup� filtrare

Randament de re�inere, %

P1 3,4x103 0 100 P2 3,4x103 0 100 P3 3,4x103 0 100 P4 3,4x103 0 100

Compozit de referin�� 6,44 x 103 0 100 BACTERII LACTICE, UFC/ml Re�eta




P1 4,0 x 103 0,03 x 103 99,25

P2 4,0 x 103 0,02 x 103 99,5

P3 4,0 x 103 0,02 x 103 99,5

P4 4,0 x 103 0,04 x 102 99,9

Compozit de referin�� 7,64 x 103 0 100

BACTERII ACETICE, UFC/ml Re�eta




P1 3,6x103 0,09 x 103 97,5

P2 3,6x103 0,09 x 103 97,5

P3 3,6x103 0,85 x 103 76,4

P4 3,6x103 0,02 x 102 99,95

Compozit de referin�� 5,35x103 0,07 X 103 98,7

• evaluarea compatibilit��ii chimice �i toxicologice privind migrarea global� de

componen�i �i cedarea de metale toxice: re�etele P1, P2, P3, P4, A, F �i L au

fost testate pentru verificarea migr�rii globale a componen�ilor. S-au folosit solu�ii

acide (acid acetic 3%) �i solu�ii simulante de vin (solu�ie de acid acetic 1,5% +

alcool etilic 20%). Nu s-au constatat migr�ri de fibr� celulozic�, material de

umplere sau r��ini. Pentru evaluarea efectului de cedare a metalelor grele (Pb,

Cd, Fe) s-au preparat solu�ii de extract apos la cald (2 ore la 80°C). Analizele

spectrale (Spectroscopie AAS) nu au pus în eviden�� prezen�a metalelor grele.



Programul de laborator derulat a eviden�iat re�etele, respectiv compozitele

microfiltrante P1, P2, P3 �i P4 ca fiind cele mai performante, pentru domeniul filtr�rii

sterilizante. Aceste re�ete s-au constituit ca baz� de date pentru faza urm�toare a

proiectului unde s-a definitivat �i transpus la scar� industrial� tehnologia de fabricare a

compozitelor microfiltrante destinate filtr�rii lichidelor alimentare.

Pe baza rezultatelor ob�inute în laborator, în etapa a 3 a proiectului, s-a derulat un

program experimental care a avut ca obiectiv principal verificarea la nivel pilot industrial

a tehnologiei de fabricare �i realizarea unui lot de compozite microfiltrante destinate

segmentului de filtrare sterilizant� a lichidelor alimentare. Activit��ile desf��urate în

aceast� etap�, s-au concretizat în:

• verificarea reproductibilit��ii tehnologiei de laborator elaborate în etapa II a

proiectului: verificarea re�etei de fabrica�ie a compozitelor microfiltrante identificat�

ca optim� (P4) în urma testelor la nivel de laborator �i a parametrilor tehnologici ai

procesului de fabrica�ie – testele s-au efectuat în paralel cu partenerul de proiect

UTI01, iar rezultatele �i concluziile ob�inute au stat la baza stabilirii variantelor

experimentale pentru testul industrial;

• testarea unor noi tipuri de materiale fibroase (celuloze) �i a unor noi re�ete de

ob�inere a compozitelor microfiltrante – aceste teste au fost efectuate în paralel în

cadrul celor dou� laboratoare – coordonator �i partener UTI01, în scopul

complet�rii experimentelor de laborator deja realizate în etapa anterioar� a

proiectului �i pentru ca programul experimental comun s� acopere toate tipurile de

materiale fibroase disponibile, în vederea stabilirii �i evalu�rii cât mai corecte a

re�etelor pentru experimentul industrial;

• stabilirea re�etelor de fabrica�ie, a fazelor �i parametrilor tehnologici, precum �i a

metodelor de control pe instala�ia de fabricare a compozitelor microfiltrante;

• realizarea unui lot experimental de compozite microfiltrante destinate filtr�rii

sterilizante a lichidelor alimentare (cca.1200 kg);

• evaluarea caracteristicilor de calitate a compozitelor microfiltrante având în vedere

func�ionalitatea lor în procesul de filtrare a lichidelor alimentare �i compatibilitatea

chimic� �i microbiologic� cu lichidele supuse filtr�rii.

Analiza critic� realizat� a condus la concluzia c� tehnicile de laborator pentru

ob�inerea compozitelor microfiltrante, dezvoltate în etapa 2 a proiectului, au permis

ob�inerea unor rezultate reproductibile. Diferen�ele dintre cele dou� laboratoare (al

coordonatorului de proiect �i al partenerului UTI01), nu au fost discordante, ci s-au



completat reciproc �i au permis stabilirea cu mai mult� acurate�e a re�etelor de lucru

pentru experimentarea la nivel industrial.

Testarea unor noi tipuri de materiale fibroase �i a unor noi re�ete de ob�inere a

compozitelor microfiltrante (la nivel de laborator) au fost impuse pentru evaluarea

urm�toarelor schimb�ri fa�� de re�eta optim� stabilit� în laborator: reducerea adaosului

total de aditivi atât din punct de vedere economic, cât �i din considerente tehnice;

substituirea celulozei HPZ III din re�eta stabilit� ca optim� (P4) cu un alt tip de celuloz�

chimic� (Georgia) din motive legate de disponibilitatea pe pia�a româneasc� �i a pre�ului

de cost. Din studiile f�cute s-a ajuns la urm�toarele concluzii:

• reducerea dozei de silice coloidal�, cationic� �i anionic�, are ca rezultat cre�terea

vitezei de deshidratare a materialului pe sita de formare a compozitelor

microfiltrante cu efecte bune în condi�iile de experimentare industrial�; de

asemenea, contribuie la ob�inerea unor randamente bune de reten�ie a

microorganismelor �i bacteriilor din lichidele supuse filtr�rii, în condi�iile asigur�rii

unui raport mic între aportul de sarcini anionice �i cationice prin folosirea unor

adaosuri mai mari (1,5 – 2%) de polimeri cationici cu densitate mare de înc�rcare

(Kymene 611);

• folosirea celulozei chimice Georgia în structura compozitelor microfiltrante este

recomandat� în urm�toarele condi�ii: prelucrarea mecanic� prin m�cinare trebuie

astfel condus�, încât s� se asigure fibrilarea extern� �i cre�terea suprafe�ei

specifice hidrodinamice a fibrelor; în aceste condi�ii poate fi utilizat� în amestec cu

celuloza Becocel 2000 �i cu celuloza din r��inoase; celuloza chimic� Georgia

este un material fibros absorbant, cu puritate apropiat� de cea a celulozei HPZ �i

cu propriet��i de rezisten�� mecanic� superioare acesteia;

• celuloza papetar� de r��inoase cu fibr� lung� se va m�cina în condi�ii care s�

permit� dezvoltarea indicilor de rezisten�� mecanic�, respectiv în direc�ia cre�terii

capacit��ii de reten�ie a apei;

• con�inutul de material de umplere trebuie realizat la un nivel de aprox. 50%, pentru

a se realiza un echilibru între volumul porilor din structura compozitului �i

caracteristicile de rezisten�� a acestuia;

• compozi�ia materialului de umplere trebuie s� includ� 2-4 tipuri diferite de

materiale de umplere, din care unul s� fie un sortiment de perlit, iar m�rimea

medie a particulelor s� fie în domeniul 13 – 15 µm.



Pe baza analizei critice realizate la experimentele de laborator s-au propus pentru

testarea la nivel industrial dou� variante de re�ete pentru ob�inerea compozitelor

microfiltrante (tabelul 2):

- varianta 1 - re�eta de material fibros a cuprins numai celuloze modificate chimic,

respectiv celuloz� de Georgia �i celuloz� Becocel 2000; compozi�ia materialului de

umplere a fost calculat� pentru a rezulta un diametru mediu al particulelor în jur de 15,5

µm; adaosul total de aditivi a fost de 5%, cu doze care au condus la un raport sarcini

anionice/sarcini cationice de 2,5;

- varianta 2 - re�eta de material fibros a cuprins un amestec de celuloz� chimic�

Georgia �i celuloz� din r��inoase; compozi�ia materialului de umplere a fost calculat�

pentru a rezulta un diametru mediu al particulelor în jur de 13 µm; adaosul total de aditivi a

fost de 8%, cu doze care au condus la un raport sarcini anionice/sarcini cationice de 1,43.

Tabelul 2 Re�etele de preparare a pastei pentru experiment�ri pilot industrial

Re�eta de preparare a pastei

Varianta 1

Varianta 2

Celuloz� Georgia (28 - 300SR), % 30 20 Celuloza rasinoase Crofton (34-360SR), în�lbit� ECF, % 30 Celuloz� Becocel (25- 28 0SR) , % 20 - Perlit H350, % 14 10 Diatomit FN1, % 19 20 Diatomit Celite S, % 17 20 M�rimea medie a particulelor de MU, �m 15,5 13 Total material fibros �i de umplere 100 100 R��in� cationic� (Kymene 611), % 1 2 Silice cationic� (Levasil 200S), % 2,5 4 Silice anionic� (Levasil 200), % 1,5 2 Total adaos aditivi 5,0 8,0

Cu aceste re�ete s-a ob�inut un lot experimental de compozite microfiltrante în

cantitate total� de 1200 kg. Experimentul s-a realizat pe instala�ia de fabrica�ie a

coordonatorului de proiect cu l��imea de lucru de 1600 mm �i o vitez� de 1 – 1,2 m/min,

iar procesul tehnologic de fabrica�ie a cuprins urm�toarele faze: prepararea materialului

fibros �i a materialului de umplere, formarea �i deshidratarea benzii de compozit

microfiltrant, uscarea �i t�ierea la formate de 400 x 400 mm.

În urma derul�rii experimentului industrial de fabricare a compozitelor microfiltrante

se poate afirma c�: dintre parametrii tehnologici impu�i pe instala�ia de fabrica�ie cei mai

importan�i r�mân consisten�a la lansare �i viteza ma�inii; consisten�a la lansare cu valori

de 1,2 – 1,4% asigur� atât orientarea corespunz�toare a fibrei �i un grad de împâslire

adecvat pentru materialul fibros în prezen�a materialului de umplere, cât �i uniformitatea

tuturor componen�ilor din matricea compozitului microfiltrant; viteza ma�inii asigur� o



permanent� adaptare a fabrica�iei la valorile consisten�ei la lansare, la asigurarea grosimii

compozitului �i o uscare adecvat� a acestuia.

Tabelul 3 Caracteristicile de calitate ale compozitelor filtrante ob�inute în lotul experimental

Valori medii

Caracteristica Varianta 1 Varianta 2

Gramaj, g/m2 1542 1566

Grosime, mm 3,84 3,57

Densitate, g/cm3 0,40 0,44

Con�inut de cenu��, % 51,86 46,38

Sarcina de rupere în stare uscat�, L/T, N 217/200 373/324

Sarcina de rupere în stare umed�, L/T, N 46,7/41,75 88,74/74,8

Rezisten�a la plesnire în stare umed�, kPa 69,35 164,47

Hidrorezisten�a, % 21,4 31,9

Deforma�ia maxim�, % 69,5 66,5

Rezisten�a la trecerea aerului, mm H2O 275 420

Debitul de filtrare, l/h x m2 14225 7579

Raport anionic/cationic 3,03 1,95

Randament de re�inere a drojdiilor, % 100 99,85

Randament de re�inere a bacteriilor lactice, % 98,85 99,7

Randament de re�inere a bacteriilor acetice, % 64,78 99,9

În urma analizei valorilor caracteristicilor de calitate a compozitelor microfiltrante

ob�inute în lotul experimental care sunt prezentate în tabelul 3, se pot face urm�toarele

afirma�ii:

• compozitele microfiltrante ob�inute în varianta 1 se caracterizeaz� prin densitate

aparent� mai redus� �i rezisten�� mecanic� mic� în stare uscat� �i în stare

umed�. Nivelul mic al indicilor de rezisten�� poate afecta stabilitatea �i integritatea

structural� a compozitelor în timpul exploat�rii. Pe de alt� parte, densitatea mic�

realizat� prin re�eta de material fibros �i de umplere poate fi avantajoas� sub

aspectul eficien�ei de separare a microorganismelor prin adsorb�ie deoarece

confer� structurii suprafa�� specific� mare; aceste aspecte sunt confirmate de

faptul c�, dimensiunea porilor, suprafa�a specific� �i volumul porilor se situeaz� la

valori ridicate, benefice re�inerii drojdiilor �i bacteriilor lactice (randamente cuprinse

între 98,85 – 100%); aceste structuri nu sunt favorabile îns� re�inerii bacteriilor



acetice, pentru care compozitele ob�inute în aceast� variant� au un randament de

re�inere de 60 – 69,56%;

• compozitele microfiltrante ob�inute în varianta 2 se caracterizeaz� prin indici de

rezisten�� foarte buni, atât în stare uscat�, cât �i în stare umed�, dar prin nivel

destul de ridicat al densit��ii aparente. Evident c� aceste compozite sunt

superioare din punctul de vedere al stabilit��ii �i al p�str�rii integrit��ii fizice în

timpul exploat�rii. Densitatea mai mare �i indicii de rezisten�� în stare uscat� mai

buni sunt rezultatul utiliz�rii unui procent ridicat de celuloz� papetar�, �i probabil în

parte compozi�iei materialului de umplere. Aceast� structur� se caracterizeaz�

printr-o suprafa�� interioar� mai mic� pe unitatea de volum, pori cu dimensiuni

mai mici �i cu volum mai redus. Era de a�teptat ca o astfel de structur� s� fie

nefavorabil� re�inerii microorganismelor din lichidele alimentare. Dar, rezultatele

ob�inute au ar�tat c� eficien�a re�inerii microorganismelor �i germenilor din

lichidele supuse filtr�rii este cu atât mai bun� cu cât structura poroas� este

caracterizat� de pori cu dimensiuni mai mici. Totodat�, s-a constatat c� în parte

eficien�a de separare a microorganismelor poate fi îmbun�t��it� �i de con�inutul

mai mare de sarcini cationice, respectiv de raportul sarcini anionice/sarcini

cationice care s-a situat la valori mai mici în cazul acestor compozite (1,95 fa�� de

3,03 pentru varianta 1) (randamentul de re�inere a drojdiilor, bacteriilor lactice �i

acetice a fost cuprins între 99,56 – 99,91%);

• compozitele microfiltrante ob�inute în cadrul celor dou� variante experimentale au

fost testate pentru verificarea migr�rii globale a componen�ilor, utilizând extrac�ii la

temperatura camerei timp de 24 în simulant de bere �i vin. Determin�rile s-au

f�cut �i direct pe lichidele filtrate (vin �i o�et alimentar); s-a constatat c� nu exist�

tendin�a de cedare a metalelor grele în lichidele supuse filtr�rii, valorile înregistrate

situându-se în limitele impuse de reglement�rile în vigoare.

Tot în cadrul acestei etape a fost elaborat� o metodologie general� de

caracterizare a compozitelor microfiltrante care cuprinde urm�toarele tipuri de

propriet��i:

• propriet��i structural – dimensionale - gramaj, grosime, densitate aparent�,

volumul �i dimensiunea porilor; aceste propriet��i ofer� informa�ii privind grosimea,

compactizarea �i structura poroas� a mediului filtrant;

• propriet��i de rezisten�� i deforma�ie – rezisten�a la plesnire în stare umed� �i

uscat�, hidrorezisten�a (rezisten�a în contact prelungit cu lichidele),

compresibilitatea structurii; aceast� grup� de caracteristici ofer� informa�ii cu



privire la rezisten�a structurii �i func�ionalitatea în procesul de filtrare �i

comportarea la contactul cu mediul apos;

• propriet��i specifice de mediu filtrant – permeabilitate la ap�, permeabilitate la

aer, înc�rcare ionic� superficial�, randament de re�inere a contaminan�ilor din

lichidele supuse filtr�rii (drojdii, bacterii lactice, bacterii acetice); care ofer�

informa�ii privind capacitatea de filtrare �i mecanismele de filtrare.

În etapa 4 a proiectului au fost realizate urm�toarele activit��i:

• testarea compozitului filtrant din lotul experimental din punct de vedere al parametrilor filtr�rii �i al influen�ei asupra calit��ii lichidelor alimentare;

• evaluarea performan�elor economice �i de impact asupra mediului ale compozitelor filtrante (studiu de fezabilitate �i studiu de impact asupra mediului);

• diseminarea rezultatelor cercet�rii

Ca urmare a rezultatelor superioare ob�inute cu privire la: rezisten�ele mecanice care

asigur� integritatea �i stabilitatea compozitelor în procesul de filtrare, propriet��ile de

reten�ie a drojdiilor �i microorganismelor (în special în domeniul re�inerii bacteriilor

acetice), în procesul industrial de filtrare a vinurilor care s-a realizat la partenerul

SC ROVIT SA Valea C�lug�reasc�, s-au testat compozitele microfiltrante ob�inute în lotul

experimental varianta 2.

Testarea compozitelor filtrante s-a realizat prin filtrarea a dou� sortimente de vin:

• vin alb: Feteasc� regal� 2007 - provenien�� ICDVV Valea C�lug�reasc�;

• vin ro�u: Cupaj Merlot + Cabernet Sauvignon, 2007 - provenien�� ROVIT SA

Valea C�lug�reasc�

Instala�ia de filtrare a fost constituit� dintr-un filtru SCHENK din inox cu rame de

dimensiunea 400 x 400 mm. (figura 1)

Pentru ambele sortimente de vin, filtrarea s-a realizat cu utilizarea compozitelor

filtrante ob�inute în lotul experimental comparativ cu compozitele filtrante de referin��

(import S40).



Figura 1 Echipamentul utilizat la filtrarea industrial� a vinului

Parametrii procesului de filtrare sunt prezenta�i în tabelul 4, de unde se poate

observa c� debitul de filtrare a compozitului testat este aproximativ la acela�i nivel cu al

compozitului de referin��.

Tabelul 4 Parametrii filtr�rii

Parametrii filtr�rii Compozit filtrant – varianta 2

Compozit filtrant de referin�� S40

Vin alb Nr. compozite filtrante cu care s-a echipat filtrul

30 24

Suprafa�a filtrant�, m2 4,8 3,84

Durata filtr�rii, ore 4,5 5,5

Volumul de vin filtrat, litri 8640 11480

Debitul de filtrare - l/h - l/m2x h

1920 400

2087 543

Vin ro�u Nr. compozite filtrante cu care s-a echipat filtrul

30 26

Suprafa�a filtrant�, m2 4,8 4,16 Durata filtr�rii, ore 6,17 4,62 Volumul de vin filtrat, litri 12168 7909 Debitul de filtrare

- l/h - l/m2x h

1972 411

1712 411

Cu privire la calitatea lichidului filtrat, din rezultatele prezentate în tabelul 5 a �i b , se

poate observa c� rata de re�inere a contaminan�ilor din lichidele supuse filtr�rii a

compozitelor din lotul experimental este apropiat� de cea a compozitului de referin��. Se

remarc� valori mai mari în cazul re�inerii bacteriilor lactice din vinul alb pentru compozitul

din lotul experimental fa�� de cel de referin��.



Tabelul 5 Caracteristici microbiologice ale lichidelor supuse filtr�rii

a. Vin alb Parametrul Vin nefiltrat Vin filtrat Randament de re�inere,

% Compozit filtrant – varianta 2 lot experimental

Drojdii, UFC/ml 5,33 0,0025 99,95 Bacterii lactice, UFC/ml 3,17 0,25 92,12 Bacterii acetice, UFC/ml 4,72 0,71 84,95

Compozit filtrant de referin�� S40 Drojdii, UFC/ml 4,56 0 100 Bacterii lactice, UFC/ml 0,06 0,02 66,67 Bacterii acetice, UFC/ml 6,65 0,29 95,64

b. Vin ro�u Parametrul Vin nefiltrat Vin filtrat Randament de re�inere,

% Compozit filtrant – varianta 2 lot experimental

Drojdii, UFC/ml 1,36 0,44 67,65 Bacterii lactice, UFC/ml 4,71 1,22 74,09 Bacterii acetice, UFC/ml 7,40 3,44 53,51

Compozit filtrant de referin�� S40 Drojdii, UFC/ml 9,45 0 100 Bacterii lactice, UFC/ml 3,45 0,22 93,62 Bacterii acetice, UFC/ml 6,30 2,00 68,25

Se apreciaz�, c� pentru segmentul de filtrare sterilizant� a vinului alb (care ridic�

problemele cele mai mari în procesul de filtrare �i stabilizare), compozitele ob�inute în lotul

experimental satisfac cerin�ele stabilite înregistrând performan�e la acela�i nivel sau chiar

mai bune fa�� de produsele similare importate la ora actual�.

În cazul caracteristicilor fizico-chimice, compozitul filtrant testat nu aduce modific�ri în

caracteristicile calitative ale lichidelor supuse filtr�rii. Nivelul con�inutului de metale toxice

în lichidul filtrat se afl� sub limitele max. admise (cf. Ord 975/1998). Mai mult, compozitele

filtrante testate manifest� un efect de re�inere a metalelor grele din lichidele supuse filtr�rii.

Ca o concluzie a testelor efectuate se poate afirma c�, produsele realizate în cadrul

proiectului (compozitele filtrante) satisfac cerin�ele stabilite fiind comparabile calitativ cu

produse similare importate la ora actual� (compozitul filtrant de referin��). (tabelul 6a, b �i

tabelul 7a, b)



Tabelul 6 Caracteristicile fizico-chimice ale vinului alb filtrat prin compozite filtrante

a. Compozit filtrant din lotul experimental

Parametrul Vin nefiltrat Vin filtrat Valori limit� max. admise cf. Ord.

975/1998 Fe (mg/l) 1,21 0,96 -

Pb (µg/l) 2,34 1,15 0,3 ppm

Cd (µg/l) 0,12 0,18 0,05 ppm

Hg (µg/l) 0,17 0,14 0,05 ppm

b. Compozit filtrant de referin��


975/1998 Fe (mg/l) 1,87 1,79 -

Pb (µg/l) 5,85 3,47 0,3 ppm

Cd (µg/l) 0,72 0,26 0,05 ppm

Hg (µg/l) 0,13 0,12 0,05 ppm

Tabelul 7 Caracteristicile fizico-chimice ale vinului ro�u filtrat prin compozite filtrante

a. Compozit filtrant din lotul experimental


975/1998 Fe (mg/l) 5.54 5.76 -

Pb (µg/l) 0.66 2.53 0,3 ppm

Cd (µg/l) 0.08 0.32 0,05 ppm

Hg (µg/l) 0.4 0.15 0,05 ppm

b. Compozit filtrant de referin��


975/1998 Fe (mg/l) 5.43 5.48 -

Pb (µg/l) 3.06 1.98 0,3 ppm

Cd (µg/l) 1.01 0.43 0,05 ppm

Hg (µg/l) 0.15 0.3 0,05 ppm

În ceea ce prive�te analiza tehnico-economic� realizat� în cadrul studiului de

fezabilitate din aceast� etap� s-a constatat c� noul produs (compozit microfiltrant) se

poate ob�ine cu cheltuieli materiale �i energetice mai mici decât cele estimate pentru

produsul importat, ob�inându-se o economie de cca. 3770 lei/tona de produs,



asigurându-se nivelul calitativ comparabil �i utilizând dotarea tehnic� existent� la nivelul

coordonatorului �i a partenerilor implica�i în proiect.

La ora actual� nu exist� o solu�ie sau un program de valorificare �i reciclare a

compozitelor fibroase filtrante uzate. Dup� utilizare, aceste produse sunt „asimilate” cu

produsele papetare uzate (hârtii �i cartoane recuperate), fiind astfel predate centrelor de

colectare a maculaturii, sau depozitate în haldele de de�euri.

În aceast� etap� a proiectului, s-au abordat trei direc�ii de valorificare a

materialelor rezultate din aceste de�euri:

• Reciclarea materialului recuperat la ob�inerea de pl�ci fibroase pentru filtrarea

lichidelor alimentare care presupune o serie de opera�ii prin care materialele

re�inute în procesul de filtrare (contaminan�i din vin înainte de filtrarea steril�) s�

fie eliminate; efectele con�inutului de material reciclat se intensific� cu m�rirea

adaosului, modific�rile cele mai mari fiind înregistrate asupra vitezei de filtrare a

apei. Având în vedere c� aceast� caracteristic� este direct dependent� de volumul

total �i mai ales de distribu�ia dimensional� a porilor în structura materialului

compozit, se poate aprecia c� materialul recuperat nu poate fi reciclat la ob�inerea

compozitelor pentru filtrare steril�, dar poate constitui o materie prim� secundar�

pentru alte tipuri de compozite filtrante (filtrare grosier�, clarifiant�).

• Reutilizarea compozitelor uzate în structuri compozite pentru suporturi nutritive

biodegradabile nu necesit� opera�ii complexe de preg�tire a materialului pentru

reciclare. Din punct de vedere al influen�ei suportului asupra germin�rii semin�elor

de tomate, se poate aprecia c� adaosuri de 20-30 % material reciclat din

compozite filtrante uzate pot fi acceptate ca înlocuitor al fibrelor de maculatur� în

compozi�ia suporturilor pentru r�saduri. Din punct de vedere al caracteristicilor de

rezisten�� se poate concluziona c� adaosuri de 10 – 20% material reciclat sunt

optime pentru reciclarea compozitelor filtrante uzate la ob�inerea de materiale

compozite pentru suporturi de r�saduri.

• Reutilizarea compozitelor uzate pentru ob�inerea unor cartoane tehnice pentru

elemente de construc�ii tip rigips - având în vedere rezultatele ob�inute se poate

aprecia, c� materialul fibros provenit din compozitele filtrante uzate poate fi

valorificat în anumite propor�ii la ob�inerea unor sortimente papetare cu destina�ii

tehnice; în cazul concret al cartonului utilizat la ob�inerea pl�cilor rigips, propor�ia

de material fibros din compozitele uzate poate fi crescut� (peste valoarea de 25%)

în condi�iile p�str�rii aceluia�i nivel al caracteristicilor de rezisten��, fie prin



utilizarea unui agent de cre�tere a rezisten�ei în stare uscat�, fie prin utilizarea

unei anumite propor�ii de fibre celulozice virgine (celuloza sulfat natural� din

r��inoase, past� termomecanic�, etc.).

Diseminarea rezultatelor ob�inute în cadrul cercet�rilor efectuate pe parcursul

proiectului au constituit subiectul a unui num�r de 5 articole publicate în reviste de

specialitate �i a 10 comunic�ri la simpozioane interne �i interna�ionale, precum �i a

unui capitol de carte. Rezultatele au fost diseminate în mediile academice �i universitare

din �ar�.

C�r�i editate �i publicate:

1. Florea Traian: Contaminan�i în alimente, cap.2 în: Alimente ecologice –

Gh.Costin editor, ap�rut� la Editura Academica Gala�i, 2008, p. 85 - 175

Articole publicate în reviste de specialitate:

1. Importan�a calit��ii materialului fibros în procesul de filtrare a lichidelor alimentare, Petronela Nechita, Vasile Epure – SC CEPROHART SA Br�ila, revista Celuloz� �i Hârtie 56 (4): 22 (2007);

2. Influen�a balan�ei ionice asupra propriet��ilor pl�cilor fibroase pentru microfiltrare, Elena Bobu, Mihaela Tanase, Florin Ciolacu (Universitatea Tehnic� „Gheorghe .Asachi” Ia�i), revista Celuloza si Hârtie 56, (3), 39-48, (2007)

3. Process water of papermaking: Model building and characterization, Dan Belosinschi, Elena Bobu (Universitatea Tehnic� „Gheorghe .Asachi” Ia�i), în revista de circula�ie interna�ional� Environmental Engineering and Management Journal, 6 (4): 261-68 (2007)

4. Influen�a compozi�iei pastei fibroase asupra propriet��ilor structurale �i microbiologice ale compozitelor filtrante, Petronela Nechita (Ceprohart), Elena Bobu (Universitatea Tehnic� „Gh.Asachi” Ia�i), Vasile Epure (Ceprohart), Florin Ciolacu (Universitatea Tehnic� „Gh.Asachi” Ia�i), Armand Kontek (ICDVV Valea C�lug�reasc�), revista de Celuloz� �i Hârtie 57(2): 23 (2008)

5. Studiul unor compozite fibroase microfiltrante de produc�ie româneasc�, Mihaela Begea, Gheorghe Bâldea, Mariana Vl�descu, Liliana Balint, Stela Mu�u, Elena Baron, Paul Begea, Institutul de Cercet�ri Alimentare Bucure�ti, revista GLOBUS – revista industriei alimentare Bucure�ti, în curs de apari�ie.



Comunic�ri la simpozioane interne �i interna�ionale

1. Rolul fenomenelor electrocinetice în procesul de filtrare a vinului, Elena Bobu, Florin Ciolacu, Mihaela Tanase (Universitatea Tehnic� „Gheorghe Asachi” Ia�i), lucrare prezentat� la Sesiunea de Comunic�ri �tiin�ifice “Zilele Facult��ii de Inginerie Chimic�” ZFC - 3, 18-19 ianuarie 2007

2. Studii privind interac�iunea chitosanului cu fibre din celuloz� chimic�, Dan Belosinschi, Mihaela Tanase, Elena Bobu (Universitatea Tehnic� „Gheorghe .Asachi” Ia�i), lucrare prezentat� în cadrul Sesiunii de Comunic�ri �tiin�ifice ale Studen�ilor, Facultatea de Inginerie Chimic�, Iasi, 22-23 Mai, 2007

3. Compozite filtrante de profunzime – aspecte privind influen�a materialelor componente asupra caracteristicilor structurale, Petronela Nechita, Vasile Epure - CEPROHART Br�ila, prezentat� la Al VII - lea SEMINAR ROMÂNO-ITALIAN de CELULOZ� �I HÂRTIE, 6 – 8 Septembrie 2007 – Ia�i, România

4. Heavy metals effect of whey crossflow filtration, Traian Florea, Geta Cârâc, S. Huszti, (Universitatea Dun�rea de Jos Gala�i), prezentat� la Jubilee Conference with international participation: Agricultural and Food Science, Processes and Technologies, 26 – 27 Aprilie 2007, Sibiu, România

5. Cercet�ri privind microfiltrarea zerului prin membrane celulozice modificate cu polietilenimine, Traian Florea, Geta Cârâc (Universitatea Dun�rea de Jos Gala�i), prezentat� la, Conferin�a Interna�ional� de Chimie Aplicat�, Universitatea din Bac�u, 22-24 mai 2008, Sl�nic Moldova, România

6. Demineralizarea zerului prin membrane din compozite celulozice tratate la suprafa��, Traian Florea, Geta Cârâc, (Universitatea Dun�rea de Jos Gala�i), S. Huszti, Al IX-lea Simpozion Na�ional de Chimia Coloizilor �i Suprafe�elor, 26 – 28 mai 2008, Gala�i România

7. Testarea unor compozite microfiltrante române�ti pe fluxul tehnologic de filtrare steril� a vinului, Aurelia Tudorache, Romulus Câmpeanu, Elena Brându�e, Armand Kontek, Roxana Porumb, Laura Fotescu (ICDVV Valea C�lug�reasc�), prezentat� la Simpozionul �tiin�ific anuala cu participare interna�ional� „Horticultura – �tiin��, Calitate, Diversitate �i Armonie”, 29-31 mai 2008, Ia�i, România

8. Studii asupra rela�iilor dintre propriet��ile structural-dimensionale ale compozitelor filtrante celulozice �i capacitatea de re�inere a contaminan�ilor din lichidele alimentare, Petronela Nechita, Vasile Epure (Ceprohart Br�ila), Elena Bobu, Florin Ciolacu (Universitatea Tehnic� „Gh.Asachi” Ia�i), Aurelia Tudorache, Armand Kontek, Elena Brându�e (ICDVV Valea C�lug�reasc�) – prezentat� la Al V lea Simpozion Interna�ional „Tehnologii avansate pentru industria de celuloz� �i hârtie �i mediu”, 3 – 5 septembrie 2008, Br�ila, România

9. Cercet�ri asupra comport�rii hidrodinamice a compozitelor celulozice destinate microfiltr�rii sterilizante, Traian Florea, Geta Cârâc, (Universitatea Dun�rea de Jos Gala�i), Vasile Epure, Petronela Nechita (Ceprohart SA Br�ila), prezentat� la Al V lea Simpozion Interna�ional „Tehnologii avansate pentru



industria de celuloz� �i hârtie �i mediu”, 3 – 5 septembrie 2008, Br�ila, România

10. Caracterizarea chimic� �i microbiologic� a unor lichide alimentare filtrate prin compozite fibroase celulozice, Mihaela Begea, Gheorghe Bâldea, Mariana Vl�descu, Liliana Balint, Stela Mu�u, Elena Baron – Institutul de Cercet�ri Alimentare Bucure�ti, prezentat� la Al V lea Simpozion Interna�ional „Tehnologii avansate pentru industria de celuloz� �i hârtie �i mediu” , 3 – 5 septembrie 2008, Br�ila, România

Al�turi de materialele prezentate, o parte din rezultatele �tiin�ifice ob�inute în urma

finaliz�rii proiectului vor constitui subiectul �i al altor lucr�ri tehnico �tiin�ifice �i comunic�ri

publicate în reviste de specialitate �i prezentate la manifest�ri �tiin�ifice interne sau

interna�ionale.

Concret, rezultatele ob�inute ca urmare a derul�rii proiectului „Compozite

microfiltrante performante – solu�ie eficient� pentru siguran�a alimentar�” sunt:

• 1 tehnologie de fabricare a compozitelor filtrante destinate segmentului de filtrare

sterilizant� a lichidelor alimentare;

• 1 lot experimental (1200 kg) compozite filtrante;

• 8640 litri vin alb �i 12168 litri vin ro�u filtrate steril prin aceste compozite;

• 1 tehnic� de caracterizare a compozitelor filtrante;

• 4 studii documentare privind studiul proceselor de microfiltrare a lichidelor

alimentare prin compozite fibroase;

• 1 studiu de fezabilitate;

• 1 studiu privind implica�iile asupra mediului a compozitelor filtrante care cuprinde 3

direc�ii de reciclare �i reutilizare a acestor produse uzate;

• 1 capitol de carte;

• 5 articole publicate în reviste de specialitate;

• 10 comunic�ri la simpozioane interne �i interna�ionale;

• 1 pagin� web de prezentare a proiectului �i a rezultatelor ob�inute;

Director de proiect,

Dr.ing. Petronela Nechita

COMPOZITE MICROFILTRANTE PERFORMANTE -...

Documents

Transcript of COMPOZITE MICROFILTRANTE PERFORMANTE -...