Mikrofiltration
Die Mikrofiltration ist ein Verfahren zur Filtration. Der wesentliche Unterschied zwischen der Mikro- und der Ultrafiltration liegt in den verschiedenen Porengrößen und in der unterschiedlichen Membranstruktur wie den Werkstoffen und den beteiligten Filtermaterialien. Eine Filtration durch Membranen mit einer Porengröße < 0,1 µm wird in der Regel Ultrafiltration genannt, während die Filtration bei Porengrößen > 0,1 µm gewöhnlich als Mikrofiltration bezeichnet wird.
Beides sind rein physikalische (mechanische) Membrantrennverfahren. Die Verfahren trennen nach dem Prinzip des mechanischen Größenausschlusses (Filtrationsprinzip), d.h. alle Partikel in den Fluiden, die größer als die Membranporen sind, werden von der Membran zurückgehalten. [1] Treibende Kraft in beiden Trennverfahren ist der Differenzdruck zwischen Zulauf und Ablauf der Filterfläche, der zwischen 0,1 und 10 bar liegt. Der Werkstoff der Filterfläche kann je nach Anwendungsfall aus Edelstahl, Kunststoff, Keramik oder textilem Gewebe bestehen. Es gibt verschiedene Erscheinungsformen der Filterelemente: Kerzenfilter, Flachmembranen, Taschenfilter und Hohlfasermodule. Ihre bevorzugten Einsatzgebiete sind die Getränke- und Ölfiltration sowie die Vorfiltration.
Kerzenfilter (in der Mikrofiltration)
Der Kerzenfilter besteht aus einem Filtergehäuse und einer oder mehreren darin eingesetzten Kerzen, durch die das Fluid von außen nach innen durchströmt. Die Kerzen können unterschiedlich aufgebaut sein, eine typische Ausführung sind sogenannte Wickelkerzen, die aus einem gewickelten Faden aus Synthetik oder natürlichem Material bestehen. Andere Kerzen, je nach Anwendung, können aus Keramik, Metall (Sintermetall oder mehrlagige Metallgewebe) sein. Darüber hinaus gibt es Kerzen mit austauschbaren Filtermedien (meist textilen Ursprungs)die jedoch eher in der kuchenbildenden Filtration eingesetzt werden. Ausnahmen sind bespannbare Filterkerzen in Anwendungen bei denen mit Voranschwemmung (=Precoatierung) gearbeitet wird, dabei erfolgt die Mikrofiltration in einer Art Tiefenfiltration im vorangeschwemmten Filterkuchen des Filterhilfsmittels. Die Vorteile geschlossener Kerzenfilter sind ein geschlossenes Filtersystem ohne jegliche Tropfverluste und eine gute Regenerierbarkeit. Ein Nachteil besteht in der teilweise deutlich höheren Anforderung an die Vorbereitung und Vorklärung der Produkte, um vorzeitige, teure Verlegungen der Kerzen zu vermeiden.
Die Kombination eines Schichtenfilters mit einem Membranendfilter vor der Abfüllung in der Getränkeindustrie ist eine zuverlässige Variante der Vorklärung, besonders wenn schwer zu filtrierende Produkte vorliegen. Ein Servicefilter für die Versorgungsmedien Kaltwasser und Heißwasser, Dampf und Lauge vermeidet Sekundärprobleme durch partikulär verunreinigte Regenerations- und Sterilisationsmedien und gewährleistet eine bestmögliche Regeneration.
Als Kerzenvorfilter sind zwei Typen hinsichtlich wirksamem Schutz des nachgeschalteten Membranfilters optimiert worden.
- eine plissierte Konfiguration, bestehend aus Glasfaser-Vorfiltervlies und einer 1,2-µm- oder 0,8-µm-Membran
- gewickelte, asymmetrische Polypropylen-Matrix mit einer validierten Abscheiderate von 1 µm oder 0,5 µm (β-Wert 5.000).
Ein weiterer Typ, bestehend aus aufeinander abgestimmten, plissierten Lagen aus Polypropylenvliesen, ist gekennzeichnet durch mechanische und chemische Stabilität sowie eine exzellente Regenerierbarkeit. Er wird auch als validierte 1-µm-Vorfilterkerze für Weine aus südlichen Anbaugebieten mit niedriger kolloidaler Belastung eingesetzt. Für diese Kerze gibt es inzwischen eine Vielzahl von Einsatzgebieten zum Beispiel in der Getränkefiltration.
Flachmembranen
Dies sind Vliese, keramische Gießlinge oder Polymermembranen, die in flacher Form hergestellt werden. Sie spielen in großtechnischen Anwendungen kaum eine Rolle.
Taschenfilter
Taschenfilter sind sackartige Gebilde aus Textilien oder Papier. Sie werden in der Regel als Vorfilter verwendet.
Hohlfasermodule
In Hohlfasermodule werden Hohlfasern (auch Kapillarmembranen oder Hohlfäden genannt), mit einer Länge zwischen 2 und über 200 cm zu Modulen von wenigen Quadratmilimetern bis zu ca 100 Quadratmetern Filterfläche zusammengefasst, und an beiden Enden gegen hydraulischen Kurzschluss vergossen (gepottet). Ihr Vorteil ist die Unterbringung einer grossen Filterfläche auf engstem Raum sowie die im Allgemeinen geringen Herstellkosten. Anwendung finden Mikrofiltrationsmodule aus Hohlfasern sowohl in der Medizin (Plasmapherese, in-line Partikelfiltration bei Infusionen, Steril-Filtration) als auch in der Wasserfiltration (Trinkwasser: Point-of-Use, Umkehrosmose-Vorfiltration).