TIEFENFILTRATION

Tiefenschichtenfilter werden zur Entfernung von Partikeln aus einer Flüssigkeit eingesetzt. Dabei können Flüssigkeiten klär-, fein- oder entkeimend filtriert werden. Bei der Tiefenfiltration werden «dicke» Filtermedien (2.5 – 4.5mm) verwendet. Die Partikel werden durch zwei Filtrationsprinzipien zurückgehalten:

1. Oberflächenfiltration und 2. Tiefenfiltration

Die Flüssigkeit durchläuft im Tiefenfilter ein dreidimensionales asymmetrisches Fasernetzwerk. Die festen («Trub»-)Bestandteile werden durch mechanische und elektrokinetische Effekte zurückgehalten. Damit erhöht sich die Aufnahmekapazität für Trubpartikel entscheidend.

Der Zweck eines Filtrationsprozesses ist entweder die Gewinnung der Flüssigkeit (Filtrat) oder Gewinnung der Feststoffe (Retentat). Bei der Tiefenfiltration konzentriert man sich hauptsächlich auf die Gewinnung des flüssigen Filtrats.

Filterschichten

Filterschichten bestehen aus einer Mischung von speziell aufgeschlossenen Fasern (z. B. Zellulose) und pulverförmigen, anorganischen Filterhilfsmitteln wie Kieselgur und/oder Perliten.  Durch die Mahlart und die Menge und Art der eingesetzten Grundstoffe wie Filterhilfsmittel kann die Rückhalterate bestimmt werden. Ein Polymerharz wird in geringen Mengen als Nassfestmittel zugefügt. Je nach Polymerharztyp wird bei der Durchströmung der Filterschicht eine mehr oder weniger grosse positive Ladung, auch «Zetapotential» genannt, erzeugt. Die positive Ladung verbessert die Aufnahme kleiner negativ geladener Partikel oder Mikroorganismen.

Das innere Trubaufnahmevolumen einer typischen Tiefenfilterschicht beträgt ca. 4 l /m² Filterfläche. Beim Filtrationsprozess werden mehrere Tiefenfilterschichten hintereinander in einen Schichtenfilter eingesetzt. Damit erhält man eine grosse Filterfläche auf relativ kleinem Raum.

Eine andere Methode, Tiefenfilterschichten weniger zeit- und arbeitsaufwändig einzusetzen, sind Tiefenfiltermodule. Hierbei wird ein vorgepacktes Filterpaket in ein Filtergehäuse eingebaut. Tiefenfilter sind erschöpft, wenn die innere Matrix mit Trubpartikeln gefüllt ist. Anzeichen dafür ist der steigende Differenzdruck zwischen dem Einlauf (Unfiltrat) und dem Auslauf (Filtrat) und eine geringere Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Ab einem gewissen Punkt ist die Kapazität der Tiefenfilter erschöpft (1.5 bar bei Sterilisation; 2.5 – 3 bar für Klärung der Flüssigkeit). Unter gewissen Umständen ist es möglich, den Filter zu regenerieren.

Filterhilfsmittel

Bei hohen Trublasten (ca. >1.5 %) können Standard-Tiefenschichtenfilter schnell verblocken. Durch den Einsatz von Filterhilfsmittel wie zum Beispiel Kieselgur bei einer Anschwemmfiltration kann die Durchsatzmenge erhöht werden. Bei der Anschwemmfiltration werden Filterhilfsmittel in einer Flüssigkeit suspendiert und anschliessend auf einer Trägerschicht in einem Schichtenfilter angeschwemmt, um einen Filterkuchen zu bilden. Die Trägerschichten selber fungieren dabei nicht als Filter, sondern dienen nur als Gerüst für den Filterkuchen, in dem die eigentliche Trubentfernung stattfindet.

Die Abtrennung der Partikel funktioniert dabei nach einem ähnlichen Mechanismus wie bei den Filterschichten. Wie bei der Schichtenfiltration zeigt ein Anstieg des Differenzdrucks an, wann die Filterbelegung erschöpft ist. Da der Filterkuchen gewöhnlich dicker ist als die Filterschichten, haben Anschwemmfilter eine längere Standzeit durch höhere Trubaufnahmefähigkeit. Der verbrauchte Filterkuchen wird ausgespült und entsprechend der Natur des Trubes entsorgt.