Welche Filterhilfsmittel gibt es, und wie “retten” sie die Filtration fein verschmutzter Suspensionen?

Die Filtration von Flüssigkeiten, die mit besonders feinen Trübstoffen verschmutzt sind, ist eine häufige Filtrationsaufgabe in verschiedenen Industrien - allerdings keine leichte. Um die kleinen Partikel herausfiltern zu können, wird eine spezielle Filtrationstechnik benötigt. Die Lösung ist eine Anschwemmfiltration unter dem Einsatz sogenannter Filterhilfsmittel (FHM). Diese Mittel, zum Beispiel Kieselgur, Perlit oder Cellulose, sorgen durch ihre speziellen Eigenschaften für einen Filterkuchen, der feinste Partikel zurückhält, dabei aber durchlässig genug ist. Wie diese genau in den Filtrationsprozess integriert werden, welche Arten von Filterhilfsmitteln es gibt und was die Einsatzbereiche sind, klären wir in diesem Artikel.

Veröffentlicht: Dezember 8, 2023 ·

Basiswissen der Filtration

·7 Min. Lesezeit

Wie werden Filterhilfsmittel eingesetzt?

Filterhilfsmittel können auf zwei verschiedene Arten in den Filtrationsprozess eingebracht werden: Vor der eigentlichen Filtration, in der sogenannten Voranschwemmung, und während des Filtrationsvorgangs als Zudosierung (Bodyfeed).

In der Voranschwemmung, die bei der Anschwemmfiltration immer durchgeführt werden muss, wird eine Schicht aus Filterhilfsmittel auf dem Filtertuch oder Filtergewebe angeschwemmt, noch bevor die zu filtrierende Suspension eingebracht wird. Diese Anschwemmschicht sorgt dafür, dass sich ein durchlässiger Filterkuchen bildet, und ermöglicht erst die Filtration der feinen Partikel, die ansonsten das grobe Gewebe einfach passieren würden. In der so vorbereiteten Anschwemmfiltration erreichen beispielsweise unsere Anlagen je nach eingesetztem Mittel und Verschmutzungsgrad Filterfeinheiten zwischen 3 und 10 µm.

Meist ist die Voranschwemmung ausreichend. Sollte es in seltenen Fällen dazu kommen, dass kleine Partikel zum Verblocken der Filterschicht führen, kann zusätzlich das Filterhilfsmittel der zu filtrierenden Suspension zudosiert werden. Dazu wird das Mittel dem Prozess beigemischt, um den Filterkuchen aufzulockern. Eine solche Zudosierung (Bodyfeed) darf maximal so lange durchgeführt werden, bis die gleiche Menge Filterhilfsmittel beigemischt ist, wie sie in der Voranschwemmung bereits auf die Filterkerzen aufgebracht wurde.

Da mittlerweile viele verschiedene Filterhilfsmittelqualitäten auf dem Markt erhältlich sind, vor allem in Bezug auf Struktur und Partikelgröße der Pulver, kann die Voranschwemmung ganz auf die Anforderungen der jeweiligen Filtrationsaufgabe angepasst werden. Dadurch reicht die Anschwemmschicht zumeist aus, um ein gutes Filtrationsergebnis zu erzielen.

Welche Filterhilfsmittel gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Filterhilfsmitteln, die sich in ihren Eigenschaften und dadurch bezüglich ihrer Vor- und Nachteile unterscheiden. Welches Hilfsmittel eingesetzt wird, sollte daher mit Blick auf die spezifischen Anforderungen des anstehenden Filtrationsprozesses entschieden werden. Dabei hängt die Wahl des richtigen Mittels etwa von der Art der Verunreinigungen, der Flüssigkeitsviskosität, des gewünschten Filtrationsergebnisses und anderer Prozessparameter ab.

Im Folgenden stellen wir exemplarisch drei häufig eingesetzte Filterhilfsmittel vor: Kieselgur, Perlite und Cellulose.

Kieselgur

Was ist Kieselgur?

Kieselgur, auch Diatomeenerde genannt, ist ein häufig verwendetes Hilfsmittel in der Filtration. Es besteht aus den fossilen Überresten von Diatomeen – mikroskopisch kleinen Algen. Als Filterhilfsmittel eignet es sich besonders durch seine poröse Struktur und seine chemische Inaktivität.

Wie entsteht Kieselgur?

Der Ursprung des Kieselgurs liegt Millionen von Jahren zurück, als in den Weltmeeren hauptsächlich Kieselalgen (Diatomeen) gewachsen sind. Diese haben sich nach ihrem Absterben oder nach Ausscheidung durch Meerestiere auf dem Meeresboden abgelagert. Trotz ihrer mikroskopischen Größe von etwa 10 µm haben sich im Laufe der Zeit meterhohe Ablagerungen gebildet. Die größten und reinsten Salzwasser-Diatomeenlager befinden sich bei Lompoc in Kalifornien, wo auf ausgedehnten Gebieten Kieselgur-Berge von bis zu 300 m Höhe zu finden sind. Die Vorkommen von Süßwasserkieselguren sind durch entsprechende Ablagerungen in Binnenseen entstanden. Solche Ablagerungen sind in sehr unterschiedlicher Reinheit auch in Europa vorhanden. Noch heute gibt es Kieselalgen in allen Gewässern und in über 100.000 Arten.

Bei der Verarbeitung zu Kieselgur werden die Diatomite-Brocken gemahlen, getrocknet und in Windsichtern sortiert. Zur Entfernung von organischen Verunreinigungen wird das Material in Drehöfen bei ca. 900 °C geglüht (Kalziniert), wobei durch Spuren von Eisenoxid die bekannte Rosafärbung entsteht. Wenn das Kieselgur weiß sein soll, wird es mit Natriumcarbonat behandelt, wodurch Eisen in einen farblosen Komplex überführt wird. Zugleich werden die ganz feinen Anteile zu größeren Partikeln zusammengesintert und ein Teil der mikroamorphen Silikate wird in die kristalline Form überführt, den sogenannten Cristobalit.

Vor- und Nachteile von Kieselgur als Filterhilfsmittel

Ein großer Vorteil der Diatomeenerde ist die innere Porosität der einzelnen Partikel, die zur Bildung eines gut durchlässigen Filterkuchens beiträgt. Zudem ist sie chemisch weitestgehend “inert”, sodass sie nicht mit der zu filtrierenden Suspension reagiert. Auch ist Kieselgur unlöslich – eine Grundvoraussetzung für den Einsatz als Filterhilsmittel.

Zu beachten gilt es, dass Kieselgur vorsichtig zu handhaben ist. Das Einatmen von Kieselgurstaub reizt die Atemwege und kann krebserregend sein. Daher sollten entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden. Zudem ist die Nasskuchendichte relativ hoch, sodass es zu einem erhöhten Produktverlust kommen kann. Auch ist die Abrasivität der porösen Teilchen zu beachten, die über die Zeit zu Abrieb an Pumpen und Rohrleitungen führen kann. Bei der Entsorgung spielt der hohe Aschegehalt und die mineralischen Substanzen eine Rolle.

Trotz dieser Punkte ist Kieselgur dank seiner ausgezeichneten Filtrationseigenschaften ein sehr beliebtes Filterhilfsmittel. Weltweit ist ein breites Spektrum an Qualitäten verfügbar, sodass dieses FHM für viele verschiedene Anwendungen zum Einsatz kommen kann.

Perlite

Was sind Perlite?

Perlit ist ein dichtes, glasartiges Gesteinsgefüge vulkanischen Ursprungs. In der Industrie findet es einen weit verbreiteten Einsatz. Das liegt hauptsächlich an seiner einzigartigen Eigenschaft: Wenn es bei hohen Temperaturen erhitzt wird, dehnt es sich aus und bildet eine leichte, schaumige Struktur aus. Das aufgeschäumte Perlit ist vielfältig einsetzbar – neben der Verwendung in der Filtration etwa auch als Isolationsmaterial in der Bauindustrie oder als Pflanzsubstrat.

Wie entstehen Perlite?

Vulkanisches Glas wie Perlit entsteht durch schnelle Abkühlung von Lava, etwa durch Kontakt mit Wasser oder Gletschereis. Durch die rasche Kühlung wird die Lava fest, ohne zu kristallisieren. Das so entstandene amorphe Gesteinsglas wird im Tagebau als Perlit-Erz gefördert.

Für seinen industriellen Einsatz wird das Erz im Drehofen auf ca. 1300 °C erhitzt. Dadurch verdampft das enthaltene Wasser und das Perlit wird auf etwa das 20-fache seines ursprünglichen Volumens aufgebläht. Dadurch wechseln Perlite auch ihre Farbe – vom grauschwarzen Glas zu dem charakteristischen reinen weiß des industriellen Perlits. Nach Abkühlung wird der “Steinschaum” gemahlen und nach Korngrößen sortiert. Die Korngrößenverteilung liegt zwischen 1 µm und 100 µm, hauptsächlich aber zwischen 40 µm und 60 µm.

Vor- und Nachteile von Perlit als Filterhilfsmittel

Die Perlite-Partikel, die durch den beschriebenen Herstellungsprozess entstehen, entsprechen in Form und Art den unregelmäßigen Teilchen eines zerschlagenen Glaskügelchens. Insgesamt ähnelt das silikatische Vulkangestein in seinen Filtereigenschaften dem Kieselgur, sowohl was vorteilige, als auch was nachteilige Eigenschaften betrifft.

Perlit besitzt im Gegensatz zu Kieselgur zwar keine innere Porosität, ist aber genauso chemisch inaktiv und unlöslich, was es zu einem guten Filterhilfsmittel macht. Auf der Seite der Nachteile ist die Nasskuchendichte ebenfalls ähnlich, ebenso wie die Abrasivität. Zu rechnen ist auch mit herstellungsbedingten Lufteinschlüssen (“Floatern”), die sich nicht anschwemmen lassen. Dafür ist Perlit häufig preiswerter als Kieselgur und weltweit verfügbar, auch von lokalen Produzenten.

Besondere Eigenschaft des Perlits ist jedoch sein geringes Eigengewicht. Im Vergleich zu Kieselgur und Cellulose haben Perlite das geringste Raumgewicht, ein bis zu 50 % geringeres als das von “Standard”-Kieselgur.

Cellulose

Was ist Cellulose?

Die Cellulose (oder Zellulose) ist eines der am häufigsten vorkommenden Biopolymere der Erde und die Hauptkomponente pflanzlicher Zellwände. Es ist ein Polysaccharid, was bedeutet, dass es aus einer langen Kette aus verknüpften Glucosemolekülen besteht. Als Filterhilfsmittel kommt es in modernen Anschwemmfilteranlagen (Druck- und Vakuumfilter) zum Einsatz. Es ist ein besonders vielseitiges FHM mit einem breiten Spektrum an Faserlängen und Faserstrukturen, das auf nahezu jede Filtrationsaufgabe angepasst werden kann.

Vor- und Nachteile von Cellulose als Filterhilfsmittel

Das organische Filterhilfsmittel hat viele Vorteile, schon angefangen damit, dass es aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird. Dadurch ist Cellulose besonders umweltverträglich zu entsorgen und auch arbeitsmedizinisch unbedenklich.

Mit Blick auf die Filtration ist jedoch besonders ihre exzellente Trennwirkung zu nennen. Cellulose bildet einen offenen, porösen Filterkuchen und hat dadurch einen niedrigen Produktverlust. Es hat zudem ein geringes Eigengewicht (obgleich Perlite noch leichter sind) und ist durch seine weiche Struktur nicht abrasiv.

Die einzigen nennenswerten Punkte, die bei einem Einsatz des organischen FHMs zu beachten sind, ist eine mögliche Brandgefahr durch Staubentwicklung, der vorgebeugt werden muss, und eine eventuelle Brückenbildung bei bestimmten Produkten. Letzteres bedeutet, dass das Filterhilfsmittel in den Dosiergeräten “hängen bleiben” kann, sodass in den Dosierschnecken kein FHM nachrutscht. Hier kann durch geschickte Konstruktion Abhilfe geschaffen werden, etwa mit den FAUDI Dosierern.

Wo kommt eine Anschwemmfiltration zum Einsatz?

Wie eingangs erwähnt, kommt eine Filtration mit Filterhilfsmitteln besonders dann zum Einsatz, wenn besonders kleine Trübstoffe aus einer Suspension gefiltert werden sollen. Die Anschwemmfiltration erzielt damit besonders reine Flüssigkeiten als Ergebnis.

Eine häufige Aufgabe unserer Anschwemmfilter ist die Kühlschmierstoffaufbereitung in allen metallverarbeitenden Industrien. Kühlschmierstoffe, die beispielsweise bei Schleif- und Honprozessen, beim Walzen, Läppen, Erodieren, Pressen oder Finishen eingesetzt werden, können mithilfe der Anschwemmfiltration im gewünschten Reinheitsgrad zurück in den Produktionsprozess geführt werden. Auch eine Feinstfiltration ist möglich.

Aber auch im Bereich der Lebensmittelherstellung werden Anschwemm-Filtersysteme eingesetzt, etwa in der Wasseraufbereitung, der Reinigung von Speisen- und Pflanzenöl sowie der Getränkeherstellung. Unsere Filtersysteme kamen beispielsweise auch zur Filtration von Salzlake in der Käseherstellung zum Einsatz.

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Fazit

Filterhilfsmittel sind der zentrale Bestandteil der Anschwemmfiltration, die besonders zum Herausfiltern sehr feiner Partikel aus Flüssigkeiten genutzt wird. Da die Filtration zumeist erst durch den Einsatz dieser Stoffe erfolgt, sind sie eigentlich eher ein “Filtermittel” als ein “Hilfsmittel”.

Filterhilfsmitte dienen dazu, den Filtrationsprozess mechanisch durch die Beeinflussung des Filterkuchens zu ermöglichen.

Durch die große Bandbreite an Filterhilfsmitteln mit verschiedenen Korngrößen und Strukturen gibt es für jede Filtrationsaufgabe die passende Lösung. Wir beraten Sie gerne zur Anschwemmfiltration in Ihrem Produktionsprozess.