Bei einem Wasserfilter zählt nicht nur, was gefiltert wird.
Auch wie schnell das Wasser durch das Filtermedium fließt, kann entscheidend für die tatsächliche Leistung sein.
Ein Filter kann auf dem Papier eine sehr hohe Rückhalteleistung besitzen. Wird er aber mit einem höheren Durchfluss betrieben als vorgesehen, kann sich die Kontaktzeit zwischen Wasser und Filtermedium verkürzen. Besonders bei adsorptiven Verfahren ist das relevant.
Deshalb gehören Filtermedium, Wassermenge und Durchflussgeschwindigkeit immer zusammen betrachtet.
Was bedeutet Durchflussgeschwindigkeit?
Der Durchfluss beschreibt, wie viel Wasser pro Zeiteinheit durch ein Filtersystem fließt.
Typische Angaben sind beispielsweise:
2 Liter pro Minute
oder
120 Liter pro Stunde.
Dabei sollte man zwischen zwei Dingen unterscheiden:
Durchflussmenge: Wie viel Wasser fließt?
Durchflussgeschwindigkeit: Wie schnell bewegt sich das Wasser durch den relevanten Filterbereich?
Für die Filterleistung ist nicht nur die absolute Wassermenge wichtig, sondern auch die Bedingungen, unter denen sie durch das Medium geführt wird.
Warum Kontaktzeit wichtig ist
Viele Filtermedien benötigen eine bestimmte Zeit, um mit den im Wasser enthaltenen Stoffen zu interagieren.
Bei Aktivkohle geschieht beispielsweise ein Teil der Rückhaltung durch Adsorption.
Vereinfacht:
Wasser → Kontakt mit Aktivkohle → bestimmte Stoffe lagern sich an → gefiltertes Wasser
Je schneller das Wasser durch das Medium fließt, desto weniger Zeit steht für diese Wechselwirkung zur Verfügung.
Diese Zeit wird häufig als Empty Bed Contact Time (EBCT) beschrieben. Sie ist ein wichtiger Auslegungsparameter bei der Adsorption. [U.S. EPA, Granular Activated Carbon Treatment, https://www.epa.gov/water-research/granular-activated-carbon-treatment]
Ein einfaches Beispiel
Stell dir einen Filter vor, durch den Wasser mit:
1 Liter pro Minute
fließt.
Das Wasser hat eine bestimmte Kontaktzeit mit dem Filtermedium.
Erhöhst du den Durchfluss auf:
3 Liter pro Minute
ändert sich die Situation.
Das Wasser bewegt sich wesentlich schneller durch den Filter.
Die Kontaktzeit sinkt.
Das bedeutet nicht automatisch, dass der Filter plötzlich nicht mehr funktioniert.
Aber die tatsächliche Rückhalteleistung kann sich für bestimmte Stoffe verändern.
Mehr Durchfluss ist deshalb nicht automatisch besser.
Warum ein größerer Durchfluss nicht immer ein Vorteil ist
Bei einem Wasserfilter klingt eine höhere Literleistung zunächst positiv.
„Dieser Filter schafft 5 Liter pro Minute.“
Das ist für den Nutzer bequem.
Aber die entscheidende Frage lautet:
Unter welchen Bedingungen wurde diese Leistung angegeben?
Ein hoher Durchfluss kann bedeuten:
- kürzere Kontaktzeit
- höhere hydraulische Belastung
- veränderte Druckverhältnisse
- möglicherweise geringere Rückhaltung bestimmter Stoffe
Deshalb sollte man Durchflussangaben niemals isoliert betrachten.
Besonders relevant bei Aktivkohle
Aktivkohle besitzt eine sehr große innere Oberfläche.
Bestimmte Stoffe können dort adsorbiert werden.
Damit dieser Prozess ausreichend effektiv ablaufen kann, muss das Wasser mit dem Medium unter geeigneten Bedingungen in Kontakt kommen.
Ist der Durchfluss zu hoch, kann die Kontaktzeit für bestimmte Zielstoffe zu kurz werden.
Das bedeutet:
Ein Filter kann dieselbe Aktivkohle enthalten und trotzdem unter unterschiedlichen Durchflussbedingungen unterschiedlich gut arbeiten.
Durchfluss und Filterkapazität sind nicht dasselbe
Diese Begriffe werden häufig vermischt.
Filterkapazität
Wie viel Belastung kann ein Medium unter definierten Bedingungen aufnehmen, bevor seine Leistung für einen bestimmten Zielstoff abnimmt?
Durchfluss
Wie viel Wasser wird pro Zeiteinheit durch das System geführt?
Ein Filter kann beispielsweise eine hohe Kapazität besitzen, aber trotzdem eine bestimmte maximale Durchflussrate benötigen, um die vorgesehene Leistung zu erreichen.
Deshalb sind beide Angaben relevant.
Was passiert bei zu niedrigem Durchfluss?
Interessanterweise ist auch extrem niedriger Durchfluss nicht automatisch ideal.
Ein sehr langsamer Durchfluss kann zwar die Kontaktzeit erhöhen, aber die Anlage ist möglicherweise nicht für diese Betriebsweise ausgelegt.
Außerdem können andere Faktoren relevant werden:
- lange Standzeiten
- geringe Nutzung
- Temperaturveränderungen
- Hygiene
- Betriebsbedingungen des Gesamtsystems
Die optimale Durchflussrate ist deshalb keine möglichst niedrige Zahl.
Sie liegt innerhalb des Bereichs, für den das Filtersystem ausgelegt wurde.
Was passiert bei zu hohem Durchfluss?
Das hängt von der Technologie ab.
Bei einem Aktivkohlefilter kann eine zu kurze Kontaktzeit die Adsorption bestimmter Stoffe beeinflussen.
Bei Membransystemen sind andere Parameter entscheidend, beispielsweise:
- Membranfläche
- Druck
- Temperatur
- Wasserzusammensetzung
- Permeatfluss
Bei mechanischen Filtern können wiederum Druckverlust und Partikelbelastung eine größere Rolle spielen.
Durchfluss muss deshalb immer im Kontext der Filtertechnologie betrachtet werden.
Warum der gleiche Filter bei zwei Wasserhähnen unterschiedlich funktionieren kann
Nehmen wir einen Filter, der an zwei verschiedenen Entnahmestellen eingesetzt wird.
Küche
Der Wasserhahn wird langsam geöffnet.
2 L/min
Gewerbliche Anwendung
Der Wasserhahn wird weit geöffnet.
6 L/min
Der gleiche Filter wird damit unter völlig unterschiedlichen hydraulischen Bedingungen betrieben.
Wenn die vorgesehene Durchflussrate überschritten wird, kann die Filterleistung entsprechend von den angegebenen Prüfbedingungen abweichen.
Das ist einer der Gründe, warum professionelle Anlagen nach tatsächlichem Verbrauch und Spitzenlast dimensioniert werden müssen.
Spitzenlast ist besonders wichtig
Im Haushalt wird Wasser häufig relativ unregelmäßig entnommen.
In der Gastronomie kann der Unterschied noch größer sein.
Ein System kann beispielsweise:
morgens 20 Liter
und während einer Stoßzeit:
mehrere Liter pro Minute
benötigen.
Ein durchschnittlicher Tagesverbrauch sagt dann nur einen Teil der Geschichte.
Für die Auslegung ist auch entscheidend:
Wie viel Wasser wird gleichzeitig benötigt?
Durchfluss beeinflusst auch die Lebensdauer
Eine höhere Durchflussrate bedeutet nicht automatisch, dass ein Filter schneller „voll“ wird.
Die tatsächliche Lebensdauer hängt von mehreren Faktoren ab.
Aber hohe Durchflussraten können die Betriebsbedingungen verändern und bei bestimmten Technologien die effektive Leistung beeinflussen.
Deshalb sollte man Filterkapazität und maximale Durchflussrate gemeinsam betrachten.
Eine Angabe wie:
„10.000 Liter Kapazität“
ist ohne den dazugehörigen Anwendungskontext nicht vollständig.
Warum Hersteller Durchflussgrenzen angeben
Eine maximale Durchflussrate ist keine willkürliche Zahl.
Sie gehört zur technischen Auslegung des Filters.
Hersteller testen Filter beziehungsweise Filtermedien unter definierten Bedingungen und geben daraus resultierende Einsatzbereiche vor.
Diese können beispielsweise umfassen:
- maximaler Durchfluss
- Betriebsdruck
- Temperaturbereich
- Filterkapazität
- empfohlene Wechselintervalle
Die Leistung eines Filters sollte deshalb immer innerhalb dieser Spezifikationen bewertet werden.
Durchfluss und Druck sind nicht dasselbe
Auch das wird häufig verwechselt.
Druck beschreibt die treibende Kraft im System.
Durchfluss beschreibt, wie viel Wasser tatsächlich durch das System fließt.
Ein höherer Druck kann unter bestimmten Bedingungen einen höheren Durchfluss ermöglichen.
Das bedeutet aber nicht:
Mehr Druck = bessere Filtration.
Ein Filter ist für einen bestimmten Betriebsbereich ausgelegt.
Wird dieser überschritten, kann sich die gewünschte Leistung verändern.
Warum Vorfilter den Durchfluss beeinflussen
Mehrstufige Systeme bestehen häufig aus mehreren Filterelementen.
Jede Stufe erzeugt einen bestimmten hydraulischen Widerstand.
Zum Beispiel:
Sedimentfilter
↓
Aktivkohle
↓
weitere Filterstufe
Jede zusätzliche Stufe kann den Druckverlust erhöhen.
Wenn ein Filter stark mit Partikeln belastet ist, kann sein hydraulischer Widerstand weiter steigen.
Das kann sich bemerkbar machen durch:
weniger Wasser am Hahn
oder
längere Füllzeiten.
Hier zeigt sich:
Durchfluss ist auch ein praktischer Indikator für den Zustand eines Filtersystems.
Ein sinkender Durchfluss bedeutet aber nicht immer „Filter verbraucht“
Auch das sollte man nicht vorschnell annehmen.
Ein reduzierter Durchfluss kann verschiedene Ursachen haben:
- zugesetzter Vorfilter
- verstopfter Strahlregler
- niedriger Eingangsdruck
- geknickter Schlauch
- verkalkte Komponenten
- zugesetztes Filterelement
- technische Störung
Deshalb sollte zunächst die Ursache geprüft werden.
Warum Durchfluss bei Umkehrosmose besonders komplex ist
Bei einer RO-Anlage wird Wasser nicht einfach nur durch einen Filter geleitet.
Die Membran arbeitet unter Druck und trennt einen Produktstrom von einem Konzentratstrom.
Dabei beeinflussen unter anderem:
Druck
Temperatur
Wasserzusammensetzung
Membranfläche
Membranzustand
den tatsächlichen Permeatfluss.
Deshalb ist eine RO-Anlage besonders stark von ihren Betriebsbedingungen abhängig.
Was bedeutet das für den Alltag?
Für einen normalen Haushalt muss man nicht permanent den Durchfluss messen.
Wichtiger ist:
Herstellerangaben beachten.
Wenn ein Filter beispielsweise für eine bestimmte maximale Durchflussrate ausgelegt ist, sollte diese nicht dauerhaft überschritten werden.
Bei einem deutlichen Rückgang des Durchflusses sollte außerdem geprüft werden, ob ein Filterwechsel oder eine Wartung erforderlich ist.
Was bedeutet das für Gastronomie und Gewerbe?
Hier wird das Thema deutlich wichtiger.
Ein professionelles Filtersystem muss auf:
- durchschnittlichen Verbrauch
- Spitzenverbrauch
- Anzahl der Geräte
- gleichzeitige Entnahme
- Eingangsdruck
- Temperatur
- Wasserqualität
abgestimmt werden.
Ein Filter, der für eine einzelne Kaffeemaschine funktioniert, muss nicht automatisch für mehrere Geräte gleichzeitig geeignet sein.
Die Anlage muss auf den tatsächlichen Wasserbedarf dimensioniert werden.
Der häufigste Denkfehler
Der Denkfehler lautet:
„Je schneller das Wasser durchläuft, desto besser ist der Filter.“
Das stimmt nicht.
Ein Filter soll nicht möglichst schnell Wasser bewegen.
Er soll das Wasser unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen ausreichend behandeln.
Das ist ein entscheidender Unterschied.
Was sollte man beim Filtervergleich prüfen?
Nicht nur:
„Wie viele Liter pro Minute?“
Sondern:
1. Für welche Technologie gilt die Angabe?
Aktivkohle, Membran, Sedimentfilter etc.
2. Unter welchen Bedingungen wurde getestet?
Druck, Temperatur und Ausgangswasser können relevant sein.
3. Welche Zielstoffe wurden untersucht?
Ein Filter kann für einen Stoff sehr gut funktionieren und für einen anderen deutlich weniger.
4. Welche Kapazität ist angegeben?
Und unter welchen Bedingungen?
5. Was ist der empfohlene maximale Durchfluss?
Das ist für die tatsächliche Anwendung entscheidend.
Der Zusammenhang in einem Satz
Je nach Filtertechnologie kann ein höherer Durchfluss die verfügbare Kontaktzeit reduzieren und damit die tatsächliche Rückhalteleistung beeinflussen.
Deshalb sind Filtermedium, Kontaktzeit und Durchfluss nicht unabhängig voneinander.
Fazit
Die Durchflussgeschwindigkeit ist ein wichtiger Bestandteil der Filterauslegung.
Ein Wasserfilter funktioniert nicht allein deshalb gut, weil sein Filtermedium theoretisch eine hohe Rückhalteleistung besitzt.
Die tatsächliche Leistung hängt auch davon ab, wie schnell das Wasser durch das Medium fließt und unter welchen Betriebsbedingungen das System arbeitet.
Besonders bei adsorptiven Verfahren wie Aktivkohle ist die Kontaktzeit ein wichtiger Faktor. Bei Membransystemen kommen zusätzliche Parameter wie Druck, Temperatur und Wasserzusammensetzung hinzu.
Deshalb gilt:
Nicht maximaler Durchfluss ist das Ziel.
Der passende Durchfluss für die vorgesehene Filtertechnologie und Anwendung ist das Ziel.
Und genau deshalb sollte ein Filtersystem immer nach Wasserqualität + gewünschter Leistung + tatsächlichem Wasserbedarf ausgewählt werden.