Prinzip der Querstrom-Filtration
Bei der Querstromfiltration mit keramischen Membranen (Querstrom Keramikmembranen / cross flow Keramikmembrane) durchströmt das zu filtrierende Medium die Kanäle des Membranträgers. Alle Partikel, die größer sind als der Porendurchmesser der Membran, werden zurückgehalten. Im Konzentrat werden die Partikel/Moleküle angereichert. Das Filtrat durchdringt die Poren und durchläuft – je nach Verfahrenskombinationen – gegebenenfalls weitere Stufen im Prozess.
Für viele Anwendungen perfekt geeignet: Keramikmembranfiltration
Bei der „einfachen“ Filtration mit keramischen Membranen handelt es sich um ein mechanisches Trennverfahren auf rein physikalischer Basis. Dabei wenden wir fast ausschließlich die Querstromfiltration an, im Englischen Cross-Flow-Filtration genannt. Wie der Name schon andeutet, strömt bei diesem Filtrationsprinzip der Zulauf parallel zur Membran und das Filtrat wird quer zur Fließrichtung abgezogen. Unsere keramischen Multikanal-Rohrmembranfilter sind für die Querstromfiltration von Flüssigkeiten mit hohen Anteilen an Schwebstoffen, feinsten Partikeln, Öl, Bakterien, Viren usw. konzipiert, also sowohl für fest-flüssig als auch flüssig-flüssig Trennungen.
Querstrom- oder Tangentialfiltration
Bei der einfachen Filtration, beispielsweise mit einem Sieb, handelt es sich um eine Kuchenfiltration, bei der die abgefilterten Partikel als Schicht auf dem Filtermedium zurückbleiben, die Schicht immer dicker wird, bis schließlich kein Filtrat mehr durchgelassen wird und der Filter gewechselt werden muss. Die Querstrom-Filtration – auch Tangentialfiltration genannt – ist eine Filtrationsmethode, bei der der Zulaufstrom tangential zur Oberfläche in den Kanälen des Rohrmembranfilters verläuft, damit sich zurückgehaltene Partikel und größere Moleküle erst gar nicht auf Membranoberfläche ansammeln – es bleibt also nicht wie bei der Kuchenfiltration eine Schicht aus allen abgefilterten Partikeln auf den Membranen zurück. Dennoch kann sich in einigen Anwendungsfällen eine geringe Deckschicht bilden, die im Falle von keramischen Membranen, sog. cross flow Keramikmembranen, sehr einfach durch Rückspülung entfernt werden kann.
Trennung in zwei Produktströme
Die zu trennende Flüssigkeit – der Zulauf oder Feed – wird unter Druck an einem Ende des Keramikrohres eingeleitet und fließt durch die Kanäle, bis sie am anderen Ende wieder austritt. Dabei wird die Flüssigkeit in zwei Produktströme geteilt, die jeweils als Filtrat (das durch die Membran fließt) und Retentat (das von der Membran zurückgehalten wird) bezeichnet werden. Das Filtrat fließt, getrieben vom Druck, durch die poröse Struktur der Membran, sodass der gesamte Permeat-Volumenstrom aller einzelnen Kanäle eines Keramikrohres an der äußeren Hülle des Rohres kontinuierlich abgeführt wird. Dem Permeat werden dabei die abgeschiedenen Partikel und Moleküle, die größer als die Poren sind, entzogen, und das Retentat (Konzentrat) wird mit diesen Partikeln/Molekülen angereichert.
Vorteil der Querstromfiltration
Ein großer Vorteil der Querstromfiltration liegt in der besseren Handhabung von Flüssigkeiten mit hohem Feststoffgehalt, da die zurückgehaltenen Partikel kontinuierlich von der Keramikmembranoberfläche entfernt werden und nicht als Filterkuchen zurückbleiben. Somit können konstant hohe Durchsatzleistungen erzielt werden. Zusätzlich zum „Reinigungsmechanismus“ durch die Querstromfiltration können die Rohrmembranen mit einer Rückspülung oder einem Rückimpuls mit Permeat von der Permeatseite aus von eventuellen Belägen auf der Filtrationsoberfläche befreit werden und die Durchsatzleistung gleichbleibend hoch gehalten werden.