Untersuchungen zum Einfluss elektrokinetischer Repulsationskräfte auf die Tiefenfiltration mit partikulären Schüttbetten

Abstract

Bei der Filtration von Suspensionen verhindern hohe Partikelkonzentrationen das Einhalten bestimmter Filtrationsbedingungen und Filtratqualitäten. Während bei der Oberflächenfiltration Deckschichtbildung einen zufriedenstellenden Filtrationsverlauf bei niedrigen Druckdifferenzen verhindert, ist bei der Tiefenfiltration eine vollständige Abscheidung der suspendierten Partikel nicht möglich. Vor allem die teilweise schlechte Ausnutzung der Porosität der Filterschichten, plötzliche Durchbrüche der abgeschiedenen Partikel in das Filtrat sowie die schlechte Regenerierbarkeit der Filtermittel vermindern die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Verfahren der Tiefenfiltration.

Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss elektrokinetischer Repulsationskräfte auf die Tiefenfiltration von Suspensionen in partikulären Schüttbetten zu untersuchen. Durch die Nutzung eines elektrokinetisch optimierten selektiven Schüttbetts erfolgt dessen Beladung gleichmäßiger bei konstant niedriger Druckdifferenz, und der verfügbare Porenraum kann besser ausgenutzt werden. Durch die Wahl geeigneter Filtermittel kann aufgrund der elektrokinetischen Abstoßungskräfte eine selektive Abtrennung der suspendierten Partikeln erfolgen. Das Tiefenfiltrationsverfahren mit elektrokinetisch optimiertem, selektivem Schüttbett kann als Vorfiltrationsstufe bei der Filtration kolloidaler Suspensionen wie beispielsweise der Aufreinigung von Biosuspensionen eingesetzt werden. Da die Adsorption der Partikel am Filtermittel verringert wird, ist das Schüttbett rückspülbar.

Für den Nachweis eines Einflusses elektrokinetischer Kräfte auf das Filtrationsverhalten von Tiefenfiltern erfolgt eine theoretische Betrachtung, die auf der Grundlage experimenteller Untersuchungen konkretisiert wird.

Because of high particle concentrations in suspensions, filtration conditions such as pressure, flow velocity or high filtrate quality cannot be fulfilled. As far as surface filtration is concerned, coating layer formation hinders satisfactory filtration at low pressures, while total particle retention in deep-bed filtration is not possible. The efficiency and economic feasibility of deep-bed filtration is restricted further particulary by the insufficient saturation of filter bed porosity, the sudden breakthrough of separated particles into the filtrate as well as the poor regeneration properties of the filter media.

The aim of this work is to investigate the influence of electrokinetic repulsation forces in par-ticulate filtration beds. By using an electrokinetically optimised filter bed, saturation is more uniform at a constant low pressure difference while better use is made of the available pore space. If an appropriate filter media is chosen, the suspended particles can be selectively sepa-rated via the electrokinetic repulsation forces. The deep-bed filtration process with electrokinetically optimised selective filtration bed can be used as a pre-filtration step for the filtration of suspensions with colloidal substances such as the purification of biosuspensions. The filter bed can be regenerated because there is less adsorption of the particles on the filter media.

To prove the influence of electrokinetical forces on the filtration behaviour of a deep-bed filtration process, a theoretical examination was conducted and extended on the basis of experimental investigations.