Das Prinzip der Kieselgurfiltration
Mit Kieselgur gefilterte Weine und Getränke behalten ihren Geschmack, sind ungiftig, frei von Schwebstoffen und Ausfällungen, klar und transparent, weisen eine hohe Filtrationsrate auf, sind platzsparend, leicht und einfach zu transportieren. Die wichtigsten Kontrollparameter sind das Material des Filtergehäuses, der Betriebsdruck, der Durchmesser, die Dosierung der Additive und die Rückspülstärke.
Die Filtermembran ist üblicherweise 2–3 mm dick, die Partikelgröße der Kieselgur liegt zwischen 1 und 10 μm. Nach der Filtration wird häufig mit Wasser, Druckluft oder beidem rückgespült. Die Vorteile der türlosen Filtration sind eine hohe Reinigungsleistung, ein geringerer Spülwasserverbrauch (weniger als 1 % des Produktionswassers) und ein geringer Platzbedarf (weniger als 10 % der Fläche eines herkömmlichen Sandfilters). Im Vergleich zum alten Baumwollkuchenfilter bietet sie deutliche Vorteile: 92 % Energieeinsparung, 90 % weniger Weinverlust, 2/3 geringere Anlagenkosten und eine Reduzierung des Personalbedarfs um 3/4. Doch welches Prinzip steckt hinter dieser Anwendung?
Das Prinzip der Kieselgurfiltration besteht in der Filtration der Flüssigkeit. Unter Pumpendruck gelangt sie durch eine Vorbeschichtung in die Sammelkammer. Partikel und Polymere werden in der Vorbeschichtung zurückgehalten, und die geklärte Flüssigkeit fließt durch die Mittelachse in die Sammelkammer und aus dem Behälter. Der Filter besteht aus einem Filtersieb, einem Stützsieb und einem Außenrahmen. Jedes Filterelement ist ein gelochtes Rohr, das mit Metalldraht umwickelt und mit Kieselgur beschichtet ist. Das Filterelement ist auf der Membran befestigt, deren oberer und unterer Teil die Rohwasserkammer bzw. die Reinwasserkammer bilden. Der gesamte Filtrationszyklus gliedert sich in drei Schritte: Membraneinführung, Filtration und Rückspülung.
Niedrige Kosten der Kieselgurfiltration: Wasserverbrauch: Der Rückspülwasserverbrauch beträgt nur 1/10 des Verbrauchs von Sandfiltern; Stromverbrauch: Die Gesamtleistungsaufnahme des reversiblen Maschinenraums A-1 beträgt nur etwa 3/5 der Gesamtleistungsaufnahme des Maschinenraums eines herkömmlichen Sandzylinderfiltrationssystems; Dosierung: Während der Filtration sollte Kieselgur dem Maschinenraum vom Typ A-1 mit einer Dosierung von 0,2 kg pro Quadratmeter Filtrationsfläche und Filtrationszyklus zugegeben werden.
Bei der Kieselgurfiltration besitzt Kieselgur selbst viele natürliche, kleine Poren. Die unregelmäßigen Poren in der Filterschicht sind länglich und dicht über die gesamte Schicht verteilt. Dadurch können feine Partikel adsorbiert und zurückgehalten werden, was die Filtrationsqualität verbessert. Die Filtration besteht aus zwei Schritten: Siebung und Adsorption. Im Betrieb bildet die Kieselgur eine Vorbeschichtung und eine Filterschicht, die sich auf dem Filtertuch außerhalb des Filters anlagert und eine inkompressible Filterkuchenschicht mit unzähligen, komplexen und sich kreuzenden Mikroporen bildet. Während der Filtration werden größere Verunreinigungen im Filtrat aufgrund der kleinen Poren an der Oberfläche der Filterkuchenschicht zurückgehalten – dies bezeichnet man als Siebung. Feine Partikel gelangen in die Filterkuchenschicht und werden in den gekrümmten und komplexen Poren adsorbiert und zurückgehalten – dies bezeichnet man als Adsorption. Ziel ist es, eine klare Permeatlösung zu erhalten. Steigt der Filtrationsdruck des Filters, deutet dies darauf hin, dass einige Poren der Filterschicht verstopft sind. In diesem Fall wird durch Zugabe von Kieselgur eine neue Filterschicht gebildet, um die Filtration fortzusetzen. Sind die Poren der Filterkuchenschicht größtenteils verstopft und sinkt die Filtrationsrate, wird der Filterkuchen entfernt, eine neue Filterkuchenschicht aufgebracht und erneut filtriert. Betrachtet man die Filtration von Filterkuchen, die in vorbeschichtete und Filterschichten unterteilt sind, so zeigt sich, dass der Großteil der Verunreinigungen durch Sieben herausgefiltert wird und außerhalb der Filterporen zurückbleibt, während nur sehr wenige Verunreinigungen in den Poren adsorbiert werden.