Filtrationsprinzipien
Bei der Filtration unterscheidet man zwei grundsätzliche Filtrationsprinzipien, die
Oberflächenfiltration und die Tiefenfiltration und eine Kombination aus beiden
Prinzipien, die Kuchenfiltration.
Oberflächenfiltration
Ist der Partikeldurchmesser der abzufiltrierenden Stoffe größer als der
Porendurchmesser des Filtermediums, so werden die Partikel allein aufgrund ihrer
Größe, die nicht durch die Poren passt, zurückgehalten. Der Filter hat eine geringe
Tiefe und kann auch aus sehr dünnen Membranen bestehen.
Partikeldurchmesser > Porendurchmesser
Beispiele für Oberflächenfiltration:
- Membranfilter in der Analytik z.B. 0,45 µm
- Mikrosiebe
- Filterkerzen
- Tuchfilter
- Membranverfahren
- Feinfilter Hausinstallation (80 – 150 µm)
Tiefenfiltration
Ist der Partikeldurchmesser kleiner als der Porendurchmesser, so dringen die Partikel
in die Poren ein. Man benötigt zum Abscheiden der Partikel eine Filterschicht aus
geschütteten körnigen Materialien mit großer Tiefe (Schichthöhe), in der die Partikel
aus der wässrigen Phase abgetrennt werden.
Partikeldurchmesser < Porendurchmesser
Da die Feststoffe in das Filtermaterial eindringen und über die Tiefe abgetrennt
werden, bezeichnet man dieses Verfahren auch als Tiefenfiltration (Raumfiltration).
Ein Beispiel natürlicher Tiefenfiltration ist die filtrierende Wirkung natürlicher
Bodenschichten, die man zum Beispiel bei der Uferfiltratgewinnung oder in
Sickerbecken bei der Versickerung von Wasser ausnutzt.
Technisch wendet man die Tiefenfiltration in Langsamsandfiltern und in Schnellfiltern
an und verwendet dabei geschüttete körnige Massen als Filtermaterial
(Kornmassenfilter), wodurch sich ein durchlässiges Porensystem ergibt !
Dieses Filtermedium stellt dabei die eigentliche filtrierende Schicht dar. Bei der
Tiefenfiltration verwendet man in der Regel Schichthöhen von ca. 1-2 m.
Optimierungsziel: möglichst einen großen Bereich der Tiefe zur Filtration ausnutzen
Kuchenfiltration
Als Kuchenfiltration werde alle Verfahren bezeichnet, bei denen sich auf einer Schicht
ein Filterkuchen anreichert, der dann entweder zusätzlich zur Partikelabtrennung
beiträgt oder die eigentliche filtrierende Schicht darstellt. Die Kuchenfiltration stellt
ein Kombination von Oberflächenfiltration und Tiefenfiltration dar.
Die Bezeichnung “dead end“ bei Membranverfahren weist auf z. B. eine
kuchenbildende Filtration hin.
Technische Anwendung findet dieses Prinzip bei der Anschwemmfiltration, bei der
auf ein feines Grundgerüst, z.B. Filterkerzen, erst mit dem Wasserstrom ein
feinkörniges Material als Filterkuchen angeschwemmt wird, das dann die eigentliche
filtrierende Schicht bildet.
Diese Filtrationsschicht wird bei der Spülung der Filter vollständig abgetragen und
muss vor Beginn eines neuen Filtrationszyklusses wieder neu aufgetragen werden.