FILTERPRESSEN, FILTERPLATTEN

Filterpressen sind allgemein spezielle Druckfilter zur effizienten Kuchenfiltration oder Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen, d.H. Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten. Filterpressen trennen Flüssigkeiten und Feststoffe durch das Druckfiltrationsverfahren voneinander. Gewöhnlich sind die Suspensionen durch eine Zugabe von Flockungshilfsmitteln oder Polymeren in eine Flüssigkeit erreicht, um optimale Entwässerung zu erzielen. Filterpressen sind fast universal einsetzbar, weil die Größe der abzutrennenden Partikel vom Mikron-Bereich bis in den Millimeter-Bereich reichen kann. Diese diskontinuierlich arbeitende Filteranlagen zur Fest-Flüssigkeitstrennung können im Vergleich zu den anderen bekannten Filtrationsverfahren die niedrigsten Restfeuchtewerte in den Filterkuchen erreichen.

Filterpressen dienen im Prinzip zur chargenweisen Entwässerung von Schlämmen. Filterpressen können ähnlich wie die Bandfilterpressen, Trommelfilter und andere Filter für fast alle Schlammarten eingesetzt werden. Typisch sind sie aber für solche Prozesse eingesetzt, wo Filterkuchen mit niedrigem Wassergehalt angefordert sind. Darum finden die Filterpressen in mehreren Fest-Flüssig-Trennung Prozessen ihre Verwendung. Sie werden in Bergbau, Lebensmittelindustrie, Keramikindustrie, Chemiewerken und mehreren Wasseraufbereitung- und Abwasserapplikationen eingesetzt. Weil die Zusammensetzung der Suspensionen und angeforderte Eigenschaften in einzelnen Prozessen und Branchen unterschiedlich sind, die Filterpressen müssen an die individuellen Bedürfnisse den Prozessen angepasst werden.

Eine Filterpresse besitzt ein durch aus quadratischen Filterplatten gebildetes Plattenpaket (Filterpaket) in einem Gestell (Brücke) mit einem Verschluss. Das Filterpaket befindet sich zwischen einem festen Deckel und einem beweglichen Deckel. In jedem Plattenpaket befinden sich zwischen den einzelnen Filterplatten die Filtertücher, typisch aus Gewebe hergestellt. Auf dem Gestell ist der feste Deckel über Verbindungsholme und Zugholme mit der Brücke verbunden. Die Filterplatten werden planparallel an einander geschoben. Das Filterpaket wird über eine hydraulische, in der Brücke integrierte Anpressvorrichtung, zusammengepresst. Zum Anpressen werden ziemlich hohe Drücke zwischen 200 und 600 bar benutzt, um die Dichtigkeit des Filterpakets zu gewährleisten. In dem festen Deckel ist eine Verrohrung für die Zuleitungen der Suspension integriert.

Die Suspension fließt in die Filterpresse durch die Öffnung innerhalb des Filterpakets. Die parallel geschalteten Filterplatten bilden Hohlräume, die über eine durchlaufende zentrale Speisebohrung untereinander verbunden sind. Zwei hintereinander gedrückte Platten bilden eine sogenannte Kammer. Die Einlassöffnung befindet sich typisch in der Mitte der Filterplatten, es sind aber auch andere Ausführungen möglich. Die Suspension wird in die Filterkammern (zwischen die Filterplatten) mit einer Beschickungspumpe gepumpt. Die Förderdrücke liegen typisch zwischen 7 und 15 bar (bei Membranfilterpressen bis 30 bar). Sobald die Feststoffe in der Kammer eine Schicht bilden, der Druck beginnt zu steigen. Die Pumpe wird dann unter Druckerhöhung in die Filterpresse bis zum eingestellten Maximalwert fortwährend Suspension zuführen. Die Partikel (festen Teile) der Suspension bleiben an den Filtertüchern in den Kammern zurückgehalten und bilden zwischen den Platten den Filterkuchen. Der Schlamm aus der zu Flüssigkeit wird gegen die Filtertücher gepresst und er wird kontinuierlich verdichtet. Aus dem Schlamm muss sich ein geeigneter Kuchen aufbauen. Filtrat wird darum so lange durch die Filtertücher gepresst bis genügend Partikel einen festen Kuchen bilden.

Die Oberfläche der Filterplatten ist mit Kannelierungen gebildet, die die strömende Flüssigkeit (das Filtrat) zurückführen. Die Flüssigkeit verlässt die Kammern durch die Filtertücher wieder und wird gesammelt und abgeführt. Die Flüssigkeit passiert die Filtertücher und verlässt als Filtrat über:

• Ablaufkanäle in einzelnen Platten und anschließende Ablaufventile
• ganzes Filterpaket durch die Bohrungen (normalerweise im Randbereich in zwei oberen Ecken), die zu Sammelleitungen führen

Der Filtrationswiderstand steigt stetig währen der Filtration an. Sobald der Filterkuchen die Kammer zwischen den Platten komplett ausfüllt, das Filtrationszyklus wird dadurch beendet. Üblicherweise wird das Ende das Filtrationszyklus gemäß der Messung des Durchflusses durch die Filterpresse geregelt. Die Filterpresse wird anschließend auseinandergefahren und das Plattenpaket geöffnet. Die Filterpresse kann danach entleert und der Kuchen entnommen werden. Bei Membranfilterpressen wird der Filterkuchen noch mit aufgeblasenen Membranen in den Platten mechanisch ausgepresst, um den Filterkuchen noch mehr auspressen und trocken machen. Der Filterkuchen wird dann von den Filtertüchern entweder manuell entfernt oder können die Filtertücher automatisch gereinigt werden.

Nach der Gestaltung der Filterplatten unterscheidet man

• Rahmenfilterpressen
• Kammerfilterpressen
• Membranfilterpressen

Alle Typen sind unterschiedlich im Design und teilweise in Wirkungsweise, dabei sind aber alle gleich im Filtrationsprinzip. Weiter sind die einzelnen Typen im Detail beschrieben.

Rahmenfilterpressen

Rahmenfilterpressen sind solche Filterpressen, bei denen die Filterkammer jeweils von einer Filterplatte und einem der Kuchendicke entsprechenden Rahmen gebildet werden. In einem Filterpacket wechseln sich immer ein Hohlrahmen und eine Platte mit den Abführungsrinnen (Drainage). Die Suspension wird normalerweise von oben durch die Öffnungen in den Rahmen in die Filterkammer zugeführt. Das Filtrat wird aus den Platten durch die Kanäle in den Platten  in einen Sammelkanal geleitet. Rahmenfilterpressen bieten folgende Vorteile an  (im Vergleich zu den Kammerfilterpressen):

• Ziemlich große Kuchenräume
• Größere Kuchendicken
• Möglichkeit, die Kuchendicken zu ändern (durch den Rahmenaustausch)
• Auswendung einfacher Filtertücher (Überhangsfiltertücher) und einfachere Tuchwechsel

Dagegen ist leider die Kuchenentnahme aus der Filterkammer nicht ganz einfach. Darum werden Rahmenfilterpressen eher bei Klärfiltration verwenden, wo Suspensionen mit niedrigeren Feststoffkonzentrationen filtriert werden und dadurch auch nicht  häufige Kuchenentnahme notwendig ist. Die Rahmenfilterplatten sind in der Regel auch teuer als Kammerplatten.

Kammerfilterpressen

Kammerfilterpressen sind im Prinzip eine vereinfachtere Ausführung der Rahmenfilterpressen, wobei sie keine Filterrahmen enthalten und die sind eigentlich direkt in die Filterplatten integriert. Bei den Kammerfilterpressen wird der Kuchenraum als Kammer direkt zwischen zwei Filterplatten in dem Filterpaket gebildet. Die Filterplatten haben erhöhte Ränder als ob sie teilweise mit einem Rahmen versehen wären. Ähnlich wie bei den Rahmenfilterpressen, enthalten die Filterplatten die Abführungsrinnen (Noppen und Kanäle). Die Suspension wird normalerweise aus der größten zentralen Bohrung in jeder Platte in die Filterkammer zugeführt. Das Filtrat wird aus den Platten durch die Bohrungen im Randbereich der Platten  in einen Kanal abgeführt. Das kann entweder separat für einzelne Platten oder zentral mit einem Sammelkanal erledigt werden. Rahmenfilterpressen können folgende Vorteile anbieten  (im Vergleich zu den Rahmenfilterpressen):

• Niedrigere Beschaffungskosten
• Einfachere Handhabung
• Guten Kuchenabwurf
• Höhere erzielbare Filtrationsdrücke
• Optional automatischen Plattentransport

Dagegen haben die Rahmenfilterpressen kleinere Kuchenräume mit unveränderbaren und begrenzten Dicken. Dazu muss man komplizierter mit den Durchstecktüchern umgehen.

Membran-Kammerfilterpressen (Membranfilterpressen)

Membran-Kammerfilterpressen kann man als weiterentwickelte Kammerfilterpressen. Im Vergleich zur Kammerfilterpresse werden zwischen Kammerplatten und Filtertücher dehnbare Membranen angeordnet. Jede Filterkammer hat mindestens eine bewegliche Membran.  Nach der Beschickung der Filterpresse mit Suspension werden die Membranen mit entweder Druckluft oder Wasser aufgefüllt. Die Membranen werden in Richtung auf den Filterkuchen in Bewegung gesetzt und pressen ihn so zusätzlich aus. So werden die Filterkuchen durch Nachpressung mehr entwässert. Membranfilterpressen weisen im Vergleich zu den normalen Kammerfilterpressen folgende Vorteile aus:

• höhere Trockenstoffgehalte
• höhere Durchsatzleistungen
• kürzere Filtrationszyklen (Wasch- und Entfeuchtungszeiten)
• bessere Kuchenablösung
• flexible Kuchendicke

Andererseits sind die Membranfilterpressen ganz kostenintensiv, verlangen besondere Sicherheitsmaßnahmen und beanspruchen die Filtertücher mechanisch sehr viel.

Die Drainagefläche der Platten in der Filterkammer ermöglicht die Filtration. Das Filtrat wird durch die Drainage abgeführt. Es gibt zwei mögliche Ausführungen der Oberfläche:

• genoppte Struktur – typischen runde Noppen werden durch die Form der Pressformnegative direkt bei der Produktion der Platten hergestellt. Die freie Filterfläche beträgt in der Regel bei den genoppten Platten zwischen 60 und 65%.
• gefräste Struktur – typische parallele Rillen werden durch Fräsen nach der Produktion der Platten hergestellt. Die freie Filterfläche bei den gefrästen Platten zwischen 45 und 55%.