Mikrofiltration

Grundprinzip und Einsatz

Mikrofiltration ist ein Membranfiltrationsverfahren mit Poren größer als 0,1 µm. Bei der Ultrafiltration liegen die Poren dagegen unter 0,1 µm; außerdem unterscheiden sich beide Verfahren in Membranstruktur und Filterwerkstoffen.

Mikro- und Ultrafiltration sind rein physikalische beziehungsweise mechanische Membrantrennverfahren. Sie beruhen auf mechanischem Größenausschluss: Partikel im Fluid, die größer als die Poren der Membran sind, werden zurückgehalten. Als treibende Kraft dient der Differenzdruck zwischen Zulauf und Ablauf der Filterfläche; er beträgt 0,1 bis 10 bar.

Die Filterfläche kann aus Edelstahl, Kunststoff, Keramik oder textilem Gewebe bestehen. Mikrofiltration wird vor allem zum Filtrieren von Getränken und Öl sowie als Vorfiltration eingesetzt.

Kerzenfilter

Ein Kerzenfilter besteht aus einem Filtergehäuse mit einer oder mehreren Filterkerzen. Das Fluid strömt dabei von außen nach innen durch die Kerzen.

Kerzen können unterschiedlich aufgebaut sein. Wickelkerzen bestehen aus aufgewickeltem Faden aus synthetischem oder natürlichem Material. Weitere Ausführungen bestehen aus Keramik, Metall wie Sintermetall oder mehrlagigem Metallgewebe. Kerzen mit austauschbaren, meist textilen Filtermedien werden eher für die kuchenbildende Filtration eingesetzt. Bespannbare Filterkerzen können bei Voranschwemmung beziehungsweise Precoatierung verwendet werden; die Mikrofiltration erfolgt dann ähnlich einer Tiefenfiltration im vorangeschwemmten Filterkuchen des Filterhilfsmittels.

Geschlossene Kerzenfilter vermeiden Tropfverluste und lassen sich gut regenerieren. Sie verlangen jedoch teilweise eine aufwendigere Produktvorbereitung und Vorklärung, damit die Kerzen nicht frühzeitig und teuer verstopfen. In der Getränkeindustrie ist die Kombination aus Schichtenfilter und Membran-Endfilter vor der Abfüllung eine zuverlässige Vorklärung für schwer filtrierbare Produkte. Servicefilter für Kaltwasser, Heißwasser, Dampf und Lauge verhindern Probleme durch partikulär verunreinigte Regenerations- und Sterilisationsmedien und unterstützen die Regeneration.

Zum Schutz eines nachgeschalteten Membranfilters gibt es Kerzen-Vorfilter, zum Beispiel plissierte Glasfaser-Vorfiltervliese mit einer Membran von 1,2 µm oder 0,8 µm Porengröße. Weitere Typen sind gewickelte asymmetrische Polypropylen-Matrizen mit validierter Abscheiderate von 1 µm oder 0,5 µm bei einem β-Wert von 5.000 sowie abgestimmte plissierte Lagen aus Polypropylenvliesen. Letztere sind mechanisch und chemisch stabil und gut regenerierbar. Sie werden etwa als validierte 1-µm-Vorfilterkerze für Weine aus südlichen Anbaugebieten mit niedriger Kolloid-Belastung verwendet.

Weitere Filterelemente

Flachmembranen sind flach hergestellte Vliese, keramische Gießlinge oder Polymermembranen. In großtechnischen Anwendungen spielen sie kaum eine Rolle.

Taschenfilter sind sackartige Filter aus Textilien oder Papier. Sie dienen in der Regel als Vorfilter.

Hohlfasermodule

Hohlfasermodule fassen Hohlfasern, auch Kapillarmembranen oder Hohlfäden genannt, zu Filtereinheiten zusammen. Die Filterfläche solcher Module reicht von wenigen Quadratmillimetern bis etwa 100 Quadratmetern; die Fasern sind 2 bis über 200 cm lang.

Die Hohlfasern werden an beiden Enden so vergossen, also gepottet, dass kein hydraulischer Kurzschluss und keine axiale Durchströmung möglich sind. Ihre Wände wirken stattdessen als Membran. Dadurch lässt sich viel Filterfläche auf engem Raum unterbringen; außerdem sind die Herstellungskosten im Allgemeinen gering.

Hohlfaser-Mikrofiltrationsmodule werden medizinisch für Plasmapherese, in-line-Partikelfiltration bei Infusionen und Steril-Filtration eingesetzt. In der Wasserfiltration dienen sie unter anderem für Trinkwasser am Point-of-Use und zur Vorfiltration der Umkehrosmose.