Mikrofiltration

Von einer Mikrofiltration (MF) wird gesprochen, falls in einem druckgetriebenen Prozess eine Membran zur Trennung von Partikeln aus wässrigen Lösungen verwendet wird. Die Mikrofiltration ist definiert als Filtration einer Suspension von kolloidalen oder anderen feinteiligen Partikeln mit einer linearen Dimension von etwa 0,02 µm bis etwa 10 µm. Der typische Betriebsdruck einer MF ist verhältnismäßig klein und beträgt zwischen 0,02 MPa und 0,5 MPa.

Falls eine Membran verwendet wird, deren Poren kleiner sind als die abzutrennenden Partikel so spricht man von einem Siebeffekt bzw. von einer typischen Oberflächenfiltration. Sind die Poren der Membran größer, so können die Partikel in die Membranphase eindringen. Dabei können sie dennoch von der flüssigen Phase abgetrennt werden, wenn sie mit der inneren Membranoberfläche wechselwirken und schließlich adsorbiert werden können. In diesem Fall spricht man von einer Tiefenfiltration, da der Filtrationseffekt über die gesamte Membranphase erfolgt.

Die dynamische Mikrofiltration trennt etwa Mikrometer große Partikel von flüssigen und gasförmigen Medien. Typische Anwendungen sind in der Abtrennung von Bakterien, E-Coli, Hefen, emulgierten Ölen und Fetten sowie der Separation von Partikeln und Feinstaub aus Produktsprozessen zu finden.

Für die Mikrofiltration werden üblicherweise zwei Betriebsarten im „Cross-flow“ und im „Dead-end“ realisiert. Bei der Cross-flow Filtration wird die Rohlösung entlang der Membranoberfläche geströmt, wobei nur ein kleiner Teil der Flüssigkeit als Permeat durch die Membran tritt. Das Konzentrat wird in einem Kreislaufstrom zur kontinuierlichen Reduktion der Konzentrationspolarisation und damit zur Reinigung der Membran verwendet. Deshalb wird die Cross-flow Filtration vorzugsweise für die Filtration von Flüssigkeiten mit hoher Feststoffbelastung angewendet. Typische Cross-flow Geschwindigkeiten betragen bis zu 6 m/s in tubulären Modulgeometrien. Bei der Dead-end Filtration wird die Flüssigkeit senkrecht zur Membranoberfläche zugeführt, so dass die zurückgehaltenen Partikel an der Membranoberfläche angereichert werden und einen Filterkuchen bilden. Die Höhe dieses Filterkuchens nimmt mit der Filtrationszeit zu wobei der Permeatfluss abnimmt. Deshalb muss die Membran im Dead-end Betrieb durch Rückspülen und möglicherweise unter Verwendung chemischer oder mechanischer Reinigungsmittel einer periodischen Reinigung unterzogen werden.

Die wichtigste Anwendung der Mikrofiltration ist in der Klarfiltration von wässrigen Lösungen zu finden. Dabei wird sowohl Trinkwasser als auch Getränkewasser aufbereitet. In der Getränkeindustrie sind großtechnische Anwendungen bei der Filtration von Bier und Wein aber auch in der Milch- und Molkeverarbeitung zu finden. In der Biotechnologie wird die Mikrofiltration zum Rückhalt von Biomasse aus Fermentationsbrühen verwendet. In der Metallverarbeitenden Industrie ist die Öl/Wasser-Trennung als wichtigste Anwendung der Mikrofiltration zu bezeichnen.

English
Deutsch