Die Filtration ist ein wichtiger Prozess zur Reinigung von Wasser und anderen Flüssigkeiten. Bei diesem Verfahren werden feste Partikel entfernt, wodurch das Wasser trinkbar wird. Dabei kommt ein Filter zum Einsatz, der die festen Partikel zurückhält. Interessanterweise gibt es verschiedene Arten von Filtrationsverfahren. Diese unterscheiden sich danach, wie sie Partikel entfernen.
Diese Filtertypen unterscheiden sich zudem hinsichtlich ihrer Effizienz und Leistungsfähigkeit. Eines haben sie jedoch gemeinsam: Bei allen Filtertypen kommt ein Filtermedium zum Einsatz. Dieses Medium fungiert als Barriere und sorgt dafür, dass jedes Partikel vollständig entfernt wird. In diesem Artikel werde ich die gängigsten Filtertypen und ihre Funktionsweise erläutern. Also, fangen wir an.
Arten von Filterverfahren
Es ist ein Irrglaube, dass Filtration nur dazu dient, Wasser zu reinigen und trinkbar zu machen. Das entspricht jedoch nicht der Wahrheit. Diese Technik findet in einer Vielzahl von Branchen breite Anwendung. Dazu gehören die Trinkwasseraufbereitung, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die chemische Industrie, die Pharmaindustrie und viele weitere.
Durch den Einsatz von Filtertechniken werden sowohl Flüssigkeiten als auch Gase gereinigt und sicher gemacht. Wie ich oben bereits erwähnt habe, gibt es verschiedene Arten der Filterung. Jede Art hat ihren spezifischen Anwendungsbereich in unterschiedlichen Branchen und wird entsprechend eingesetzt. Im folgenden Abschnitt werde ich die verschiedenen Arten dieser Filtertechniken erläutern.
1. Mechanische oder Siebfiltration
Die mechanische oder Siebfiltration ist eines der kostengünstigsten Verfahren. Bei diesem Verfahren wird ein poröser Filter, wie beispielsweise Filter aus Sintermetall, wird verwendet. Dieses Filtermedium weist Poren auf. Die Flüssigkeit wird darauf gegossen. Partikel, die größer sind als die Filterporen, bleiben am Filter hängen.
Die Flüssigkeit fließt durch diesen Filter und wird gereinigt. Diese Art der Filtration ist nicht ideal, wenn die Flüssigkeit mikroskopisch kleine (feine) gelöste Partikel enthält. Warum? Der Grund dafür ist, dass diese Partikel kleiner sind als die Poren. Diese Partikel gelangen zusammen mit der Flüssigkeit problemlos durch die Poren und werden nicht zurückgehalten. Allerdings ist diese Technik einfach und kommt ohne Chemikalien aus, was sie besonders hervorhebt.
2. Druckfiltration
Diese Druckfiltration ermöglicht eine schnellere Filtration und ist äußerst effizient. Auch hier kommt ein poröser Filter zum Einsatz, durch den die Flüssigkeit fließt. Anstatt darauf zu warten, dass die Flüssigkeit auf natürliche Weise durch den Filter fließt, wird bei diesem Verfahren Druck ausgeübt. Diese Kraft wird auf die Zufuhr (ungereinigte oder verschmutzte Flüssigkeit) ausgeübt, damit diese schneller durch den Filter fließt.
Auf diese Weise werden alle Partikel, die größer sind als die Poren des Filters, schneller zurückgehalten. In der Regel wird ein pneumatisches System verwendet, um auf der Zufuhrseite Druckluft zuzuführen. Diese Druckluft übt Druck aus und sorgt dafür, dass die Flüssigkeit schneller durch den Filter fließt. Diese Filtermethode wird im industriellen Maßstab eingesetzt, um Verunreinigungen aus Aufschlämmungen zu entfernen. Es ist anzumerken, dass diese Methode aufgrund des Einsatzes künstlicher Drucksysteme sehr kostspielig und komplex ist.
3. Schwerkraftfiltration
Wie der Name schon sagt, basiert dieses Filterverfahren auf der Schwerkraft. Die Flüssigkeit wird über das Filtermedium gegossen. Es wird jedoch kein äußerer Druck auf die Flüssigkeit ausgeübt, um sie durch den Filter zu drücken. Stattdessen zieht die Schwerkraft die Flüssigkeit nach unten und leitet sie durch den Filter. Auf diese Weise werden größere Partikel zurückgehalten und entfernt.
Dieses Filterverfahren ist in der Regel langsamer, wodurch es weniger effizient ist. Außerdem eignet sich diese Technik weniger gut zur Entfernung feiner Partikel aus der Flüssigkeit. Sie zeichnet sich jedoch durch ihre hohe Kosteneffizienz und einfache Handhabung aus. Bei dieser Filtertechnik, gesinterte Kunststofffilter werden in der Regel bevorzugt. Warum? Der Grund dafür ist, dass diese Filter leicht und einfacher zu handhaben sind als andere Typen.
4. Heißfiltration
In manchen Fällen enthält die Flüssigkeit verschiedene Verunreinigungen. Einige davon sind löslich und lösen sich in der Flüssigkeit auf, andere hingegen nicht. In einem solchen Fall ist die Heißfiltration nützlich, um unlösliche Verunreinigungen zu entfernen. Bei diesem Verfahren wird die Flüssigkeit auf eine hohe Temperatur erhitzt. Auf diese Weise lösen sich die löslichen Verunreinigungen in der Flüssigkeit auf. Die unlöslichen Verunreinigungen und Fremdstoffe bleiben jedoch ungelöst.
Anschließend wird die erhitzte Flüssigkeit über das Filtermedium gegossen. Die Flüssigkeit mit den gelösten Verunreinigungen fließt durch den Filter. Die ungelösten Verunreinigungen bleiben jedoch am Filter hängen und werden entfernt. Dieses Verfahren ist etwas aufwendiger, da es spezielle Heizsysteme erfordert. Es ist jedoch äußerst effektiv bei der Entfernung von Verunreinigungen, die sich nicht gut mit der Flüssigkeit vermischen.
5. Kaltfiltration
Bei der Heißfiltration werden unlösliche Verunreinigungen und Fremdstoffe herausgefiltert. Lösliche Verunreinigungen lösen sich jedoch in der Flüssigkeit auf und passieren den Filter. Sie werden also nicht entfernt, und genau hier kommt die Kaltfiltration ins Spiel. Bei dieser Filtrationsmethode wird die Flüssigkeit, die gelöste Verunreinigungen enthält, auf eine niedrige Temperatur abgekühlt.
Durch diese Abkühlung bilden die gelösten Verunreinigungen feste Kristalle. Die Flüssigkeit fließt anschließend durch den Filter, wobei die Kristalle am Filtermedium zurückgehalten werden. Auf diese Weise werden die Kristallpartikel entfernt, wodurch die Flüssigkeit reiner wird. Diese Filtration wird in Laboren eingesetzt, in denen lösliche Verunreinigungen entfernt werden müssen.
6. Sandfiltration
Die Sandfiltration ist ein wirksames Verfahren zur Entfernung von Schmutz und anderen Verunreinigungen. Bei diesem Verfahren wird ein Sandfilterbehälter zur Entfernung der Verunreinigungen eingesetzt. Dieser Behälter verfügt über einen Auslass am Boden. Das schmutzige oder verunreinigte Wasser wird in den mit Sand gefüllten Behälter geleitet. Dieses schmutzige Wasser fließt in den Sand, wo es gereinigt wird und seine Verunreinigungen, d. h. Staub, in den Sandkörnern zurückgehalten werden. Das schmutzige Wasser fließt weiter nach unten, und seine Reinheit verbessert sich zunehmend. Am Boden ist das Wasser sehr sauber, da seine Verunreinigungen in den Sandkörnern zurückgehalten werden. Über den Auslass am Boden wird die reine oder gefilterte Flüssigkeit entnommen.
7. Vakuumfiltration
Bei der Vakuumfiltration wird ein Vakuum (Unterdruck) erzeugt, um die Flüssigkeit anzusaugen. Bei diesem Verfahren kommt ein Filtermedium zum Einsatz. Mit Hilfe der Vakuumpumpe wird jedoch die gesamte Luft aus dem Behälter (Trichter) abgesaugt. Die verschmutzte Flüssigkeit wird über den Filter gegossen.
Der Unterdruck unterhalb des Filters saugt das Wasser durch den Filter. Auf diese Weise werden alle Feststoffpartikel, Verunreinigungen und sonstigen Partikel vom Filter aufgefangen und entfernt. Für dieses Filterverfahren ist eine spezielle Vakuumpumpe erforderlich. Dadurch ist dieses Filterverfahren etwas teurer. Es ist jedoch äußerst effektiv und beschleunigt die Filterung von Verunreinigungen.
8. Oberflächenfiltration
Die Oberflächenfiltration ähnelt vielen anderen Filtrationsverfahren. Bei diesem Verfahren durchströmt die Flüssigkeit einen Filter, in der Regel gesinterte Bronze oder rostfreier Stahl. Größere Feststoffpartikel werden zurückgehalten und verbleiben auf der Filteroberfläche. Diese Ansammlung von Verunreinigungen bildet einen Filterkuchen auf der Oberfläche des Filterpapiers.
Die Flüssigkeit fließt zusammen mit feinen Partikeln durch den Filter. Was mir an dieser Filtertechnik nicht gefällt, ist die langsame Durchflussgeschwindigkeit. Der Grund dafür ist, dass der Filterkuchen den Filter verstopft und der Durchfluss der Flüssigkeit dadurch erheblich erschwert wird. Möglicherweise müssen Sie diese Verunreinigungen während des Filtervorgangs entfernen, damit die gesamte Flüssigkeit durch den Filter fließen kann.
9. Tiefenfiltration
Die Tiefenfiltration ist eine weitere wichtige Filterart, bei der verunreinigte oder verschmutzte Flüssigkeiten gereinigt werden. Diese Filtertechnik ist das Gegenteil der Oberflächenfiltration. Bei der Oberflächenfiltration werden Verunreinigungen aufgefangen und sammeln sich an der Filteroberfläche an. Bei der Tiefenfiltration dringen die Verunreinigungen hingegen tiefer in das Filterinnere ein. Sie verbleiben jedoch im Filter und gelangen nicht hindurch.
In der Regel werden die größeren Partikel oder Verunreinigungen an der Oberseite der Filter zurückgehalten. Kleinere (feine) Partikel dringen jedoch in den Filter ein und werden dort zurückgehalten. Somit gelangen weder größere noch kleinere Partikel zusammen mit der Flüssigkeit durch den Filter. Ein Problem besteht darin, dass die Partikel im Inneren der Filter zurückgehalten werden. Daher ist die Reinigung dieser Filter sehr schwierig. Möglicherweise können Sie den Filter nicht mehr als einmal verwenden, da er schwer zu reinigen ist.
10. Zentrifugalfiltration
Bei der Zentrifugalfiltration wird die Flüssigkeit, die Verunreinigungen oder Feststoffpartikel enthält, geschleudert und rotiert. Bei diesem Verfahren wird ein Behälter mit einer kontrollierten Zentrifugalkraft in Rotation versetzt. Durch die Rotation oder das Schleudern steigen die Feststoffpartikel in der Flüssigkeit an die Oberfläche. Alle schwereren Partikel bewegen sich nach oben, während kleinere Partikel in der Lösung verbleiben.
Diese schwereren Partikel werden anschließend aus der Flüssigkeit entfernt, wodurch eine reibungslose Filtration gewährleistet wird. Interessanterweise lassen sich mit dieser Methode feste Partikel problemlos entfernen, selbst wenn die Flüssigkeit in großen Mengen vorliegt. Diese Filtrationstechnik nutzt sowohl Druck als auch Schwerkraft. Ein Nachteil ist, dass die in diesem Filtrationsprozess verwendeten Zentrifugen teuer sind.
11 – Membranfiltration
Bei diesem Filterverfahren kommt eine halbdurchlässige Membran zum Einsatz. Dieses Verfahren ist weit verbreitet, da es selbst sehr feine Partikel und Mikroorganismen, d. h. Bakterien, entfernen kann. Die Flüssigkeit, die Verunreinigungen oder Schadstoffe enthält, wird durch diese halbdurchlässigen Membranen geleitet. Diese Membran verfügt über kleine Poren, die nur Flüssigkeit durchlassen. Interessanterweise sind die Poren dieser Filter sehr klein und dünn.
Dadurch werden selbst kleine Partikel und Mikroorganismen an dieser Membran zurückgehalten und können ihre kleinen Poren nicht passieren. So funktioniert diese Filtrationstechnik. Für die Herstellung dieser semipermeablen Membranen werden verschiedene Materialien verwendet. Dazu gehören Polysulfon, Polyamid, Polypropylen und so weiter. Diese Filterart umfasst weitere Unterarten, z. B. Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration.
12. Aktivkohlefiltration
Weist Ihre Flüssigkeit einen unangenehmen Geruch oder Geschmack auf oder sind Chemikalien darin enthalten? In diesem Fall sollten Sie eine Aktivkohlefiltration einsetzen, um die Flüssigkeit zu filtern und zu reinigen. Bei dieser Filtertechnik dient die Aktivkohle selbst als Filtermedium. Die Flüssigkeit wird durch dieses Filtermedium geleitet. Die Aktivkohle bindet die Chemikalien, das Chlor und die Verunreinigungen durch Adsorption. Tatsächlich beseitigt diese Methode auch den unangenehmen Geruch der Flüssigkeit. Die Verunreinigungen haften an der Oberfläche der Aktivkohle und werden anschließend entfernt. Die Flüssigkeit, die den Aktivkohlefilter durchläuft, wird rein und frei von adsorbierten Stoffen.
13 – Querstromfiltration
Wie Sie wissen, verstopft ein Filter, wenn er zur Reinigung größerer Flüssigkeitsmengen eingesetzt wird, da sich darin Feststoffpartikel ansammeln. Verstopfte Filter sind weniger effizient und benötigen länger, um den Filtrationsprozess abzuschließen. Hier kommt die Querstromfiltration ins Spiel. Bei dieser Filtrationstechnik fließt die verschmutzte Flüssigkeit parallel oder quer zum Filter.
Bei diesem Verfahren wird eine halbdurchlässige Membran als Filter verwendet. Die Flüssigkeit (Permeat) fließt durch diese halbdurchlässige Membran. Die Verunreinigungen bleiben jedoch am Filter zurück. Da die Flüssigkeit kontinuierlich über den Filter fließt, sammeln sich die Verunreinigungen nicht an einer Stelle an und verstopfen den Filter nicht. Stattdessen werden die Verunreinigungen verteilt, sodass die Flüssigkeit ungehindert durch den Filter fließen kann.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Filtration ein wichtiger Prozess ist, der zur Reinigung verschiedener Flüssigkeiten und Gase beiträgt. Interessanterweise ist diese Methode äußerst kostengünstig, was einen erheblichen Vorteil darstellt. Die verschiedenen Arten von Filtrationsverfahren unterscheiden sich jedoch in ihren Grundprinzipien und ihrer Funktionsweise.
Auch bei diesen Filtrationsverfahren werden Filtermedien eingesetzt, um Feststoffpartikel aus Flüssigkeiten zu entfernen. In diesem Artikel habe ich die 13 gängigsten Filtrationsverfahren vorgestellt. Diese Verfahren eignen sich ideal für unterschiedliche Anwendungsfälle und weisen jeweils eigene Vor- und Nachteile auf. Sie sollten die Art der zu filternden Flüssigkeit analysieren und das geeignete Verfahren auswählen.