Filtereffizienz verstehen – Virenentfernung durch Tiefenfiltration

Das Zetapotenzial als Indikator für Oberflächenladung hilft, die Effektivität von Filtermaterialien vorherzusagen und anzupassen.

Trinkwasserherstellung erfordert eine effiziente und kostengünstige Technologie zur Wasseraufbereitung. Zur Abtrennung von Bakterien werden vor allem Tiefenfilter auf Basis von Kieselgur (KG) genutzt. Bakterien können die Poren eines mikroporösen KG Filters nicht durchdringen, die 10-fach kleineren Viren passieren den Filter hingegen sehr leicht und können so dem Konsumenten schaden. Derartige Verunreinigungen können daher ausschließlich durch elektrostatische Anziehung der Viren an die Oberfläche der Filterporen entfernt werden.

KG Filter sowie auch viele der herkömmlichen Viren haben eine negativ geladene Oberfläche im typischen pH-Bereich von Wasser. Wegen der daraus resultierenden elektrostatischen Abstoßung können Viren ohne Probleme mikroporöse Filter passieren.

Durch Behandlung der KG Filteroberfläche mit einem Schwermetalloxid wie ZrO2 verschiebt sich der isoelektrische Punkt (IEP) der Filteroberfläche zu einem höheren pH-Wert. Diese Verschiebung wird durch pH abhängige Untersuchungen des Zetapotenzials von unbehandelten KG Keramikfiltern und KG Filtern mit Zr(OH)x Beschichtung deutlich. (Der IEP von MS2 Bakteriophage als ein repräsentativer Virus wird als Referenz dargestellt).

Die Oberfläche des modifizierten Filters und der MS2 Virus sind nun im gängigen pH-Bereich des Wassers entgegengesetzt geladen und somit findet eine vollständige Virusentfernung statt.


Referenz
M. Wegmann, B. Michen, T. Luxbacher, J. Fritsch, T. Graule, Water Res. 42 (2008) 1726-1734

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