Mechanische Fest-Flüssig-Trennung – wie sie funktioniert und welche Filtersysteme zum Einsatz kommen

Mechanische Trennverfahren und ihre Filtersysteme

Zum Erreichen der beschriebenen Zielsetzungen werden, je nach spezifischem Anwendungsfall, verschiedene Verfahren und Systeme eingesetzt. Insbesondere die Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten sind zahlreich und erfordern den Einsatz komplexer Anlagen. Hier wird unterschieden zwischen der Oberflächenfiltration und der Tiefenfiltration, je nachdem, ob die Teilchen im Inneren einer Filterschicht zurückgehalten werden, oder ob sie sich an der Oberfläche des Filtermaterials absetzen. Die Kuchenfiltration setzt sich aus beiden Arten zusammen. Im Folgenden stellen wir diese mechanischen Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung mit Anwendungsbeispielen vor.

– Oberflächenfiltration (Siebfilter, Kerzenfilter, Cross-Flow-Filter)

Bei der Oberflächenfiltration setzen sich die zu filtrierenden Partikel an der Oberfläche eines Filtermediums ab. Es gibt eine Reihe an Filtrationsverfahren, die mittels Oberflächenfiltration operieren. Dazu gehören etwa die Siebfiltration, die Mikrofiltration mittels Kerzenfilter und die Cross-Flow-Filtration.

Bei der Siebfiltration passiert die zu reinigende Flüssigkeit ein Filtersieb und lagert sich, ähnlich zur Kuchenfiltration, auf demselben an. Bei Überschreiten eines kritischen Druckverlustes kann das Filtersieb offline manuell gereinigt werden, oder es setzt ein Rückspülvorgang ein, der das Filtersieb in eingebauten Zustand reinigt. Auch Siebfilter gehören damit zu den Oberflächenfiltern.

Siebfilter werden aufgrund der zumeist größeren Porosität des Filtergewebes häufig zur gröberen Vorfiltration oder als Schutzfilter genutzt. Häufigste Konfiguration sind dabei die Siebkorbfilter, eine Variante stellen die Siebzylinderfilter dar. Anwendungsbereiche der Siebfilter sind etwa die Wasseraufbereitungen in Kläranlagen, Kraftwerken, Raffinerien oder in der Gebäudetechnik.

Ebenso zur Oberflächenfiltration zählt die Mikrofiltration mittels Kerzenfilter.
Definierendes Merkmal der Mikrofiltration ist die Porengröße der Filtermedien, die hier zwischen 10 µm und 0,1 µm liegt. In Abgrenzung dazu bezeichnen Ultrafiltration, Nanofiltration und die Umkehrosmose Filterverfahren mit Porengrößen unterhalb dieses Schwellenwertes. Mikrofilter operieren mithilfe des Differenzdrucks zwischen dem Zulauf und dem Ablauf, wobei die Partikel, die größer als die Filterfeinheit sind, vom Filtermedium zurückgehalten werden. Diese Art der Filtration spielt bei der mechanischen Filtration von Fluiden häufig eine Rolle. Mikrofilter finden etwa in der Getränkeherstellung oder zur Aufbereitung von Kühlschmierstoff Anwendung.

Bei der Mikrofiltration mit Kerzenfiltern durchströmt die zu reinigende Suspension die in das Filtergehäuse eingesetzten Kerzen; die Feststoffe werden von den in den Kerzen befindlichen Filtermedien zurückgehalten. Hier findet demnach eine Oberflächenfiltration statt.

Die Tangentialfluss-, Querstrom- oder Cross-Flow-Filtration gehört ebenso zur Oberflächenfiltration. Sie verhindert, anders als die Kuchenfiltration, den Aufbau einer Feststoff-Schicht auf dem Filtermaterial. Hier überströmt die Suspension eine Filtermembran tangential, also parallel zur Strömungsrichtung, in hoher Geschwindigkeit. Die entstehende turbulente Strömung verhindert die Kuchenbildung; es gibt aber auch Cross-Flow-Filter, die dennoch eine Gewinnung des Feststoffes durch Eindicken ermöglichen.

– Tiefenfiltration (Kerzenfilter, Anschwemmfilter)

Bei der Tiefenfiltration findet der Filtrationsprozess im Inneren des Filtermediums statt. Auch für diese Filtrationsart können verschiedene Typen von Filtrationsanlagen eingesetzt werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Kerzenfiltration je nach Konfiguration auch zur Tiefenfiltration eingesetzt werden. Dann werden die Partikel im Inneren der Kerzen festgehalten. Bei einer Konfiguration als Tiefenfilter bildet sich kein Filterkuchen. Kerzenfiltration wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, von der chemischen und pharmazeutischen Industrie bis hin zur Lebensmittel- oder Öl-/Gasindustrie.

Auch Anschwemmfilter nutzen Tiefenfiltration zum Reinigen der Suspensionen. Hier bildet sich im sogenannten Anschwemmkreislauf unter Einsatz von Filterhilfsmitteln ein Filterkuchen, der allerdings nur vorbereitend für die eigentliche Filtration ist. Diese Filtration eignet sich für das Zurückhalten besonders kleiner Partikel. Auch die Anschwemmfiltration wird häufig in der Kühlschmierstoffaufbereitung verwendet.

– Kuchenfiltration (Kuchenfilter)

Die Kuchenfiltration ist eine Kombination aus Oberflächenfiltration und Tiefenfiltration. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Feststoffe im Laufe des Filtrationsvorgangs auf dem Filtermaterial anlagern und dort eine Schicht, den sogenannten Filterkuchen, bilden. Die Suspension muss diesen Filterkuchen durchdringen. Somit verengt er sukzessive den Durchlass und sorgt dafür, dass immer feinere Partikel zurückgehalten werden. Dies steigert mit der Zeit auch Durchströmungswiderstand und Druckverlust. Regenerierbare Kuchenfilter, so auch die Produkte von FAUDI, setzen ab einem gewissen Druckverlust eine Regeneration ein.

Kuchenfilter werden in der Fest-Flüssig-Trennung zum Abscheiden des Feststoffes aus einem Phasengemisch eingesetzt. Der Filterkuchen kann allerdings ebenfalls weiterverarbeitet und verpresst werden.

Gängige Beispiele für Kuchenfilter sind Bandfilter, wie Druckband-, Klappband-, Vakuumband-, Schrägband- und Schwerkraftbandfilter. Diese kuchenbildenden Filterlösungen haben gemein, dass die zu reinigende Flüssigkeit auf ein Filtervlies oder ein Filterband trifft, auf dem die Feststoffe zurückgehalten werden. Auf diesem baut sich der Filterkuchen auf, der dafür sorgt, dass im Laufe der Filtration immer feinere Partikel zurückgehalten werden. Das gereinigte Medium fließt in einen Reintank ab. Diese kuchenbildenden Filtersysteme kommen etwa in der Aufbereitung von Kühlschmierstoff zur Anwendung.

Fazit – Verfahren der Fest-Flüssig-Trennung

Die Verfahren und Filtrationslösungen zur Fest-Flüssig-Trennung sind zahlreich. Je nach Zielsetzung und Anwendungsfall der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung eignen sich unterschiedliche Filtrationsverfahren am besten, zumeist in Kombination, um das spezifische Trennproblem optimal zu lösen. Mithilfe verschiedener Filtermedien oder Filterhilfsmitteln lassen sich die Anlagen weiter individualisieren und die gewünschten Filterfeinheiten erreichen. Sie benötigen Beratung zum passenden Trennverfahren für Ihren Anwendungsfall? Kontaktieren Sie uns gerne.