Dirk Weber, Alexander Modrok
Etwa 82 % der 500 Mio. $, die weltweit für die Bierfiltration aufgewendet werden, entfallen auf die Kieselgurfiltration. Die Verwendung von Kieselgur birgt jedoch einige Nachteile in sich, die zunehmend an Bedeutung gewinnen. Den wohl am kontroversesten diskutierten Punkt stellen die gesundheitlichen Bedenken im Zusammenhang mit Kieselgur dar. In ihrem ursprünglichen Zustand enthält die Kieselgur kristalline Siliziumsäure in Konzentrationen unter 1 %. Durch die – für den Einsatz in Filtrationsprozessen notwendige – Calzinierung der Kieselgur (= Erhitzung der Kieselgur zum Entfernen von organischen Substanzen und Eisenoxiden und zur Erhöhung der Partikelgröße) wird das gesundheitsgefährdende Cristoballit gebildet, das Silicose verursachen kann. Die Symptome dieser Krankheit äußern sich in einer zunehmenden Schwächung der Lungenfunktion, einer chronischen Kurzatmigkeit oder einem gesteigerten Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken.
Neben diesen gesundheitlichen Aspekten stellen sowohl die Beschaffung als auch die Entsorgung der Kieselgur zunehmend Probleme dar. Zurzeit arbeiten deshalb Wissenschaftler daran, Alternativen zur Kieselgurfiltration zu entwickeln. Eine dieser Alternativen stellt die Crossflow-Technologie dar.
Während die Kieselgurfiltration eine Art der statischen Filtration darstellt, funktioniert die Crossflow-Filtration nach einem dynamischen Filtrationsprinzip.
Im Gegensatz zur statischen Filtration, die eine Filtration in Strömungsrichtung vorsieht, ist bei der dynamischen Filtration der Filtratstrom senkrecht zur Anströmrichtung gerichtet (Crossflow-Prinzip). Das zu filtrierende Medium (Feed) strömt die Membran dabei tangential an. Unter dem Einfluss des Transmembrandrucks (TMP), der senkrecht zur Anströmung gerichtet ist, gehen gemäß der Porengröße der Membran kleinere Moleküle und Kolloide durch die Membran hindurch (Filtrat), während größere Kolloide und Partikel an der Membranoberfläche zurückgehalten werden (Retentat).
Im Verlauf der Filtration bildet sich eine Deckschicht auf der Membran, die den Filtratfluss behindert. Bei der statischen Filtration wächst diese Deckschicht kontinuierlich an und führt letztendlich zur vollständigen Verblockung der Membran.
Im Gegensatz dazu ist aufgrund der selbstreinigenden Wirkung der dynamischen Filtration die Filtratleistung erheblich erhöht und bleibt konstant auf diesem hohen Niveau. Die Standzeit der Membran lässt sich dadurch deutlich steigern. Die Leistung der Crossflow-Filtration wird entscheidend von der Zusammensetzung des zu filtrierenden Mediums, den Betriebsparametern wie Überströmung, Transmembrandruck und Temperatur sowie den Eigenschaften und der Struktur der Membran bestimmt.
