Filtratiesystemen
Filtratie of filtreren is een van de scheidingsmethoden die zowel in het huishouden als op grote schaal in de industrie wordt toegepast. Filtratie kan gebruikt worden om:
- Vaste en vloeibare stoffen van elkaar te scheiden
- Vaste of vloeibare stoffen uit een gasstroom af te scheiden
- Vaste fracties met grotere en kleinere deeltjes van elkaar te scheiden
- Een zuivere vloeistof af te scheiden van een oplossing (ultrafiltratie)
Inhoud |
Vast en vloeibaar
Bij de meest simpele vorm van filtratie wordt een vloeistofstroom door een poreus medium, bijvoorbeeld papier of een fijn metalen rooster geleid. De deeltjes in de vloeistof die groter zijn dan de gaatjes in het medium blijven achter op het filter en vormen een filterkoek. Deze filterkoek noemt men het residu. De deeltjes die kleiner zijn dan de gaatjes in het medium en door het filter heen gaan worden opgevangen. Alles wat door het filter heen is gegaan noemt men het filtraat. Zeven zijn in principe ook filters, vaste deeltjes met verschillende grootte worden gescheiden doordat het kleine deeltje wel door de gaatjes passen maar de grotere niet.
Gassen
Voor het affiltreren van een gasstroom worden vaak doeken filters gebruikt, maar ook Elektrostatische filters zijn toepasbaar. Doekenfilter werken op dezelfde wijze als een filter voor vloeistoffen, het gas kan door het filter maar de deeltjes blijven achter in het doek. Elektrofilters geven de deeltjes in de gasstroom een elektrostatische lading en kunnen dan door een meestal positieve elektrode worden aangetrokken en op die manier gescheiden van de gasstroom. Met elektrofilters kunnen ook vloeistof aerosols worden gescheiden van de gasstroom.
Indeling membraanfiltratieprocessen
Wanneer membraanfiltratie gebruikt wordt voor de verwijdering van grotere deeltjes, worden micro- en ultrafiltratie gebruikt. Vanwege het open karakter van deze membranen is de productiviteit hoog bij een laag drukverschil. Wanneer zouten uit water verwijderd moeten worden, maakt men gebruik van nanofiltratie en omgekeerde osmose. Bij deze membranen vindt de scheiding plaats door diffusie door het membraan.
Microfiltratie
Wanneer membraanfiltratie gebruikt wordt voor de verwijdering van grotere deeltjes, worden micro- en ultrafiltratie gebruikt. Vanwege het open karakter van deze membranen is de productiviteit hoog bij een laag drukverschil. Wanneer zouten uit water verwijderd moeten worden, maakt men gebruik van nanofiltratie en omgekeerde osmose. Bij deze membranen vindt de scheiding plaats door diffusie door het membraan.
Microfiltratie
Het principe werkt op fysieke scheiding van de stoffen: sommige deeltjes kunnen door het filter, andere niet. De poriëngrootte van de membranen bepaalt de mate van verwijdering van zwevende stoffen, troebelheid en micro-organismen. Het is een drukgedreven proces dat op basis van zeefwerking bacteriën volledig en virussen gedeeltelijk tegenhoudt.
Typische maten voor de filterporiën liggen tussen 50 nm en 5 μm. De druk ligt typisch tussen de 0.5 en 3 bar.
Gebruikte technologieën voor microfiltratie zijn:
Ultrafiltratie
Ultrafilters werken volgens hetzelfde principe als microfiltratie. Ultrafiltratie en microfiltratie worden gebruikt om macromoleculen uit een oplossing te verwijderen. Naast het verwijderen van stoffen, wordt het ook toegepast voor concentratie van met name eiwitten. Typische maten voor de filterporiën liggen tussen 5 en 100 nm. De druk ligt typisch tussen de 0.5 en 5 bar.
Nanofiltratie
Nanofiltratiesystemen zijn drukgedreven membraanprocessen die vooral gebruikt wordt om organische stoffen zoals microverontreinigingen (vanaf 200g/mol à 1000g/mol, afhankelijk van het soort membraan) en meerwaardige ionen te verwijderen. De membranen hebben een matige retentie voor eenwaardige zouten. Typische maten voor de filterporiën liggen tussen 1 en 10 nm. De druk ligt typisch tussen de 5 en 25 bar.
Omgekeerde osmose
Omgekeerde osmose filters (reversed osmosis, RO) zijn membraanprocessen waarbij zowel ionen als kleine organische moleculen uit oplossing verwijderd kunnen worden. Het RO-systeem is verdeeld in een hoge druk compartiment en een lage druk compartiment, gescheiden door een permeabel membraan. Door een uitwendig aangelegde druk verplaatst het oplosmiddel zich van de meest geconcentreerde naar de minst geconcentreerde oplossing. De osmotische stroming is bijgevolg omgekeerd t.o.v. osmose.
