Filteranlagen und Filtermedien: Auf die Feinheiten kommt es an

Zwischen diesen Parametern, also möglichst hoher Filterleistung und geringstmöglichem energetischen Aufwand, hat sich eine enorme Vielfalt an Filtermedien aus unterschiedlichsten Materialien entwickelt.

Bei der Entscheidung für eine geeignete Filteranlage steht allerdings nicht nur das optimale Verhältnis von Reinigungsleistung und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund. Zum Beispiel spielt in der Metall verarbeitenden Industrie auch die Rückgewinnung und anschließende Wiederverarbeitung von Metallstäuben eine große Rolle. Daher kommen dort vorwiegend Filteranlagen mit Filtermedien aus keramischen Werkstoffen zum Einsatz, aus denen sich das Filtrat wieder herauslösen lässt. Filtermedien auf keramischer Basis bieten bei solchen Anforderungen die optimale Kombination aus Effektivität und gleichzeitig möglichst langer Standdauer des Filtersystems selbst. 

Filtrationsprozesse als Bestandteil der erzeugten Produktqualität
 

Filtrationsprozesse spielen nicht nur als „Schutz vor Schmutz“ eine Rolle. In einigen Branchen gehört die Reinheit von Flüssigkeiten zur eigentlichen Kernleistung des Produktionsprozesses. Die Wiederaufbereitung von Abwasser oder Meerwasser zu Trinkwasser ist das Paradebeispiel für solche industriellen Anwendungen, in denen höchste Reinheitsgrade als primäres Qualitätskriterium erzielt werden müssen. 

Filteranlagen mit Tiefenwirkung für die Luftreinigung
 

Die einzelnen Fasern oder Poren eines Filters können nur auf vordefinierte Größenordnungen der abzuscheidenden Partikel ausgelegt werden. Aerosole, die als Schwebeteilchen bei Verbrennungsprozessen entstehen, sind um ein Vielfaches kleiner als Stäube, die durch die Bearbeitung von Werkstoffen entstehen. Oft fallen beide Partikelarten gleichzeitig in einem Fertigungsschritt an. Sogenannte Tiefenfilter prägen daher schon seit Jahrzehnten den Standard in der Raumlufttechnik. Tiefenfilter bieten durch ihren Aufbau aus Faserschichten unterschiedlicher Dichte die Eigenschaften, Gase in mehreren Stufen in einem einzigen Filtermedium zu reinigen – von der Abscheidung größerer Stäube bis hin zu kleinsten Schwebstoffen in Rauchgasen. 

Vliesstoffe als bevorzugtes Material in der Raumlufttechnik
 

Vliesstoffe, die überwiegend als Filtermaterialien für die Luftreinigung eingesetzt werden, bestehen aus synthetischen Fasern, die in loser, also zufälliger Anordnung aneinanderhaften. Durch die Art und Weise, in der sie verfestigt werden, ergibt sich der spätere Wirkungsgrad als Filtermedium. Auf die Lage der einzelnen Fasern kann allerdings kein Einfluss genommen werden. Tiefenfilter für die industrielle Anwendung bestehen daher aus mehreren Schichten unterschiedlich dichter Vliesstoffe, um innerhalb einer einzigen Filtrationsstufe Partikel mehrerer Größenordnungen abscheiden zu können. Solche Vliesstoffe werden zu Filterkerzen, Taschenfiltern und Kassettenfiltern als Bestandteil einer Filterablage weiterverarbeitet. Filtermedien zur Luft-und Gasreinigung müssen grundsätzlich einen Mindestgrad an Stabilität aufweisen, da sie der mechanischen Belastung durch Druck- oder Ansaugluft widerstehen müssen. Durch Kombination mit elektrostatischen Fasern kann für die Raumfiltration ein höherer Abscheidegrad bei geringerem energetischem Aufwand erreicht werden. Um allerdings auch organische und anorganische toxische Fremdstoffe zu erfassen, die sich als Nanopartikel in der Größenordnung von Bakterien und Viren bewegen, sind Materialien als Filtermedium vonnöten, die bei bestmöglicher Stabilität auch einen hohen Grad an Homogenität, also geordneter Struktur der Filterporen gewähren. Diese Genauigkeit lässt sich nur mit zusätzlichen Membran-Filtern erreichen, deren Mikrostruktur künstlich organisiert werden kann, um dadurch auch Einfluss auf die Größe der Poren zu nehmen, welche das reine Gas von den unerwünschten Fremdstoffen separieren. Was in der Luft- und Gasfiltration mit zusätzlichen Membranen nur mit großem Aufwand an Druckluft möglich ist, gestaltet sich bei der Filtration von Flüssigkeiten weniger energieaufwendig. 

Membranfiltration von Flüssigkeiten
 

Nicht nur in der Trinkwasseraufbereitung, sondern auch in der Getränkeindustrie gehört die Entkeimung, also die Abscheidung von Bakterien und Viren, zu den grundlegenden Aufgaben im Herstellungsprozess. Da eine thermische Behandlung zur Entkeimung von Getränken aus Qualitätsgründen nicht infrage kommt, spielen hier stattdessen hauchdünne Membranen ihre Stärke aus. Sie fangen organische Fremdstoffe bis in kleinste Nanodimensionen hinein auf. Die Methoden der Filtration werden nach dem Grad des Abscheideverhaltens unterschieden. Neben der Mikro-, Ultra- und Nanofiltration von unterschiedlich großen Partikeln wird vor allem der Osmose-Effekt von semipermeablen Membranen genutzt. Gerade mit letzterem Verfahren können ohne größeren energetischen Aufwand durch Druckerzeugung auch Salze und Trübstoffe aus einer Flüssigkeit entfernt werden. Die Verwandlung von Meerwasser in Trinkwasser wäre also ohne die Verfügbarkeit von feinsten Membranfiltern auf wirtschaftliche Weise nicht möglich. 

Ultrafiltration statt Ultrahocherhitzung als neue Perspektive
 

Die Lebensmittelindustrie gehört zu den Branchen, die sich neue Technologien speziell in der Membranfiltration am Wirkungsvollsten zunutze macht. Hier können die immer weiter verfeinerten Verfahren der Membranfiltration sogar im Bereich der Milchproduktion das noch klassische Verfahren der thermischen Behandlung zur Entkeimung ersetzen. Trinkwasser gehört zu den am strengsten kontrollierten Lebensmitteln überhaupt. In der Wasseraufbereitung gelten Membranen als feinporige Filtermedien bis in Größenordnungen von 0,5 Nanometern bereits als unverzichtbar, um einen immer höheren Wirkungsgrad auch zur Entfernung toxischer Fremdstoffe zu gewährleisten. 

Fazit: Unerwünschte Stoffe werden immer besser ausgesiebt
 

Moderne Filteranlagen sind zu immer größeren Leistungen imstande. Neben maximaler Reinigungsleistung von Flüssigkeiten oder Luft bei minimalem Energieaufwand gewinnt auch die Wiederverwertung von gefilterten Werkstoffen wie beispielsweise Metallstaub eine zunehmende Bedeutung. Innovative Verfahren wie die Nanofiltration und der Osmose-Effekt von halbdurchlässigen Membranen ermöglichen immer feinere Filtrationen, die sich auf unterschiedlichen Gebieten anwenden lassen. Die Umwandlung von Meerwasser in Trinkwasser und die Gas- bzw. Luftreinigung sind nur zwei gängige Beispiele aus der Praxis.