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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus einer Flüssigkeitsprobe.
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Für den Begriff „Mikroplastik“ existiert bislang keine einheitliche, verbindliche Definition. In Anlehnung an eine von der European Chemicals Agency (ECHA) vorgeschlagene Definition werden darunter im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien verstanden, die aus festen, unlöslichen polymerhaltigen Partikeln bestehen, deren Abmessungen eine Obergrenze von 5mm in allen Dimensionen aufweisen. Fasern fallen gemäß dieser Definition unter den Begriff Mikroplastik, wenn ihre Länge maximal 15mm beträgt und das Verhältnis von Länge zu Durchmesser größer als 3 ist. Mikroplastikpartikel werden entweder bewusst zu Gebrauchszwecken hergestellt, beispielsweise als Abrasionspartikel in Kosmetika, oder sie entstehen unbeabsichtigt durch Abrieb und/oder Zersetzung, wenn sich große Kunststoffteile wie Autoreifen oder Textilien abnutzen. Mikroplastik gelangt auf unterschiedliche Weise in die Umwelt, u.a. in Wasserkreisläufe, und kann hier eine Gefahr für Pflanzen, Tiere und Menschen darstellen.
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Um das Wissen über Mikroplastikpartikel und ihr Vorkommen zu erweitern, ist es in verschiedenen Anwendungsbereichen erforderlich, Flüssigkeitsproben im Hinblick auf ihren Mikroplastikpartikelgehalt zu analysieren. Bei den Flüssigkeitsproben kann es sich beispielsweise um Proben aus Gewässern wie Flüssen, Seen oder Meeren handeln, es kann sich aber auch um Flüssigkeitsproben handeln, die nach dem Waschen von Textilien in der Waschmaschine aus der Waschflotte entnommen werden. Durch die Analyse derartiger Flüssigkeitsproben können beispielsweise industrielle Hersteller von Textilien, aber auch Forschungs- und Testlaboratorien, Aufschluss darüber erhalten, ob und in welcher Form bestimmte Textilien beim Waschen Mikroplastik freisetzen und ob gegebenenfalls Maßnahmen zur Reduzierung eingeleitet werden müssen.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Filtriervorrichtungen bekannt, die zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus Flüssigkeiten verwendet werden können. So beschreibt die
DE 20 2018 000 279 U1 eine Filtrationseinheit zur Filtration von Mikroplastik aus Wasser aus Verbrauchswasserleitungen, die beispielsweise im Abgang von Waschmaschinen eingesetzt werden kann und ein austauschbares Filtrationselement aus Kunststoff umfasst. Ebenso offenbart die
DE 20 2020 003 658 U1 ein Filtersystem zum Entfernen von Mikrofasern aus dem Abwasser, wobei das Filtersystem aus mehreren in Fließrichtung des Abwassers kaskadenförmig angeordneten, beutelartigen Filterelementen besteht.
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Die bekannten Filtriervorrichtungen weisen jedoch im Hinblick auf eine differenzierte Analyse und/oder im Hinblick auf eine einfache Handhabbarkeit verschiedene Nachteile auf. Einige der Filtriervorrichtungen dienen primär dem Herausfiltern der Mikroplastikpartikel aus einer Flüssigkeit mit dem Ziel, die Flüssigkeit zu reinigen. Da die Filter selbst oft nicht aus der Vorrichtung entnehmbar sind, eignen sich derartige Vorrichtungen nicht für eine weitergehende Analyse des Filterkuchens. Andere Filtriervorrichtungen umfassen nur eine einzige Filterstufe und sind aus diesem Grund nicht geeignet, differenzierte Aussagen über die Verteilung von Mikroplastikpartikeln unterschiedlicher Größe zu machen. Viele der bekannten Filtriervorrichtungen sind darüber hinaus zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt, wodurch in dem Filterkuchen auch Rückstände aus den Filtriervorrichtungen selbst enthalten sein können, so dass das Analyseergebnis verfälscht werden kann.
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Schließlich sind insbesondere aus der Grundlagenforschung Filtrieranordnungen bekannt, die einen sehr aufwendigen und mitunter störanfälligen Aufbau aufweisen und die von daher wenig geeignet sind für einen flexiblen Einsatz unter unterschiedlichsten Bedingungen sowie durch weitestgehend ungeschultes Personal.
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Im Hinblick auf eine differenzierte, wissenschaftliche Analyse von Mikroplastikpartikeln in Flüssigkeitsproben besteht somit ein Bedarf an einer Filtriervorrichtung, die exakte Aussagen über die Verteilung von Mikroplastikpartikeln unterschiedlicher Größe in Flüssigkeitsproben erlaubt, die jedoch gleichzeitig flexibel in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen kann und dabei einfach zu handhaben ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus Flüssigkeitsproben bereitzustellen, welche diese Anforderungen erfüllt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus Flüssigkeitsproben vorzuschlagen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus einer Flüssigkeitsprobe gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14.
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Konkrete Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 betrifft die Erfindung eine kompakte Vorrichtung zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus einer Flüssigkeitsprobe, umfassend einen Einlassbereich für die zu filternde Flüssigkeit, mindestens zwei Filterstufen sowie einen Sammelbehälter für die gefilterte Flüssigkeit, wobei der Einlassbereich, die Filterstufen und der Sammelbehälter lösbar und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind und wobei eine Durchflussrichtung der zu filternden Flüssigkeit durch die Vorrichtung mit der Längsachse der Vorrichtung zusammenfällt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Filterstufe ein Filterstufengehäuse, ein austauschbares Filtergewebe, eine Lochscheibe und mindestens eine Dichtung umfasst und dass die Vorrichtung im Wesentlichen vollständig aus Metall gefertigt ist.
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Mit anderen Worten sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, welche mehrere Filterstufen umfasst, durch die die zu filternde Flüssigkeit hindurchgeführt wird, wobei die in den Filterstufen angeordneten Filtergewebe austauschbar und damit aus der Vorrichtung entnehmbar sind. Mit einer derartigen Filterkaskade ist es möglich, eine Filtration einer Flüssigkeitsprobe durchzuführen, anschließend die Filtergewebe aus der Vorrichtung zu entnehmen und diese sodann einer genauen Analytik zuzuführen, beispielsweise einer Analyse unter dem Mikroskop und/oder einer gravimetrischen Analyse. Die Vorrichtung zeichnet sich dabei unter anderem dadurch aus, dass sie einen besonders einfachen und kompakten Aufbau aufweist. Sie ist damit, auch aufgrund ihres vergleichsweise geringen Gewichts, auf einfache Weise transportabel und kann grundsätzlich an beliebigen Orten zum Einsatz kommen. Dies können beispielsweise Forschungs- und Testlaboratorien sein, aber auch Produktionsstätten, in denen Produzenten von Textilien unmittelbar Aufschluss darüber erhalten möchten, ob und in welchem Maße neue Materialien bei der Wäsche Mikroplastikpartikel freisetzen.
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Die kompakte Ausbildung der Vorrichtung erleichtert die Handhabbarkeit insbesondere auch für ungeschultes Personal, da die Vorrichtung ohne Weiteres von einer einzelnen Person an einem gewünschten Ort platziert werden kann und ohne aufwendige Anweisungen in Betrieb genommen werden kann. Zur Durchführung des Filterverfahrens muss lediglich die Flüssigkeitsprobe in die Vorrichtung eingelassen werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dabei so ausgerichtet, dass eine Längsachse der Vorrichtung mit einer vertikalen Richtung zusammenfällt. Die Vorrichtung kann in diesem Fall mit dem Boden des Sammelbehälters auf einem Fußboden oder einem Tisch aufstehen. Die Flüssigkeitsprobe durchläuft sodann im Wesentlichen unter dem Einfluss der Schwerkraft, gegebenenfalls unter dem zusätzlichen Einfluss von Druckluft oder eines Vakuums, was nachfolgend noch genauer ausgeführt werden wird, die einzelnen Filterstufen und wird schließlich in dem Sammelbehälter aufgefangen. Zur Analyse der auf den verschiedenen Filtergeweben ausgebildeten Filterkuchen kann entweder die ganze Vorrichtung an den Ort befördert werden, an dem die Analytik durchgeführt wird. Es können aber auch unmittelbar die einzelnen Komponenten der Vorrichtung voneinander gelöst werden, die Filtergewebe aus der Vorrichtung entnommen werden und lediglich die mit Filterkuchen beladenen Filtergewebe an den Ort transportiert werden, an dem die Analytik durchgeführt wird.
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Da die Vorrichtung erfindungsgemäß im Wesentlichen vollständig aus Metall gefertigt ist, sind im Vergleich zu Kunststoffen enthaltenden Vorrichtungen in den Filterkuchen im Wesentlichen keine Mikroplastikpartikel zu erwarten, die aus der Vorrichtung selbst stammen. Hierdurch kann die Analyse einer Flüssigkeitsprobe im Hinblick auf ihren Gehalt an Mikroplastikpartikeln mit größerer Genauigkeit durchgeführt werden. Es kann vorgesehen sein, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sämtliche Komponenten mit Ausnahme der Dichtungen aus einem Metall gefertigt sind.
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Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist innerhalb einer Filterstufe in Richtung des Durchflusses der zu filternden Flüssigkeit durch die Filterstufe zunächst mindestens eine Dichtung, dann das Filtergewebe und schließlich die Lochscheibe angeordnet. Dabei dient die Lochscheibe als Auflagefläche für das flächig ausgebildete Filtergewebe. Die Löcher in der Lochscheibe sind so angeordnet und bemessen, dass die Lochscheibe selber im Wesentlichen keine filternde Wirkung auf die zu filternde Flüssigkeit hat. Letztere kann einschließlich etwaiger Mikroplastikpartikel durch die Lochscheibe ungehindert hindurchtreten. Die Lochscheibe dient lediglich als Stütze und Auflagefläche für das Filtergewebe. Dabei ist das Filtergewebe zwischen der Lochscheibe und einer ersten Dichtung angeordnet, die beispielsweise als Dichtungsring ausgebildet ist und ihrerseits auf der der Lochscheibe abgewandten Seite des Filtergewebes aufliegt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst jede Filterstufe mehrere Dichtungen. Eine größere Anzahl an Dichtungen ist vorteilhaft im Hinblick auf die Flüssigkeitsdichtigkeit der Vorrichtung, insbesondere in denjenigen Bereichen der Vorrichtung, in denen die einzelnen Komponenten wie Filterstufen, Sammelbehälter und Einlassbereich miteinander verbunden sind, beispielsweise miteinander verschraubt sind. So kann jede Filterstufe drei Dichtungen umfassen. Zusätzlich zu einer oben bereits erwähnten ersten Dichtung, die unmittelbar auf dem Filtergewebe aufliegt, kann eine zweite, beispielsweise als Ringscheibe ausgebildete Dichtung auf der ersten Dichtung aufliegen. Auf einer solchen Ringscheibe kann eine weitere, dritte Dichtung aufliegen, wobei die Innen- bzw. Außendurchmesser der einzelnen Dichtungen geringfügig unterschiedlich sein können. Durch auf diese Weise mehrfach abgedichtete Verbindungsbereiche kann ein unbeabsichtigtes Entweichen von zu filternder Flüssigkeit zuverlässig verhindert werden.
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Sämtliche Dichtungen können als Dichtungsringe aus Silikon ausgebildet sein. Während die meisten Standard-Kunststoffe ein Polymer-Rückgrat aus Wasserstoff und Kohlenstoff aufweisen, hat Silikon ein Rückgrat aus Silizium und Sauerstoff und Kohlenwasserstoff-Seitengruppen. Im Falle von mehreren Dichtungen können jedoch auch eine oder mehrere Dichtungen als Ringscheiben aus Edelstahl ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine als Ringscheibe aus Edelstahl ausgebildete Dichtung zwischen zwei als Silikondichtungsringe ausgebildeten Dichtungen angeordnet sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die austauschbaren Filtergewebe als Edelstahlgewebe ausgebildet sind. Aus Edelstahl ausgebildete Filtergewebe sind sehr robust und korrosionsbeständig. Darüber hinaus sind aus Edelstahl ausgebildete Filtergewebe in besonderer Weise für nachfolgende Analyseschritte mittels Infrarot-Spektroskopie geeignet. Während Filtergewebe aus organischen Materialien ein Hintergrundrauschen im Infrarot-Spektrum erzeugen würden, erzeugt das Edelstahlgewebe selber keinerlei Signal. Der Filterkuchen kann somit für die Analyse mittels Infrarot-Spektroskopie ohne Weiteres auf dem Edelstahlgewebe verbleiben, ohne dass Beeinträchtigungen des Analyseergebnisses befürchtet werden müssten. Dabei können die Edelstahlgewebe grundsätzlich auf verschiedene Arten gewebt sein. Übliche und geeignete Webarten sind unter anderem die Leinwandbindung, die Körperbindung und die Tressenbindung. Grundsätzlich können die Filtergewebe der Vorrichtung jedoch auch als textile Filtergewebe ausgebildet sein.
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Für eine besonders differenzierte Analyse der in einer Flüssigkeitsprobe enthaltenen Mikroplastikpartikel ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier Filterstufen umfasst. Je mehr Filterstufen die Vorrichtung enthält, desto genauer kann auf die Größenverteilung der Mikroplastikpartikel in der Flüssigkeitsprobe geschlossen werden. Entscheidend sind bei einer solchen fraktionierten Filtration unterschiedliche Maschenweiten der Filtergewebe der einzelnen Filterstufen.
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Beispielsweise können gemäß einer Ausführung der Erfindung die Maschenweiten der Filtergewebe im Bereich zwischen 5µm und 60µm liegen, wobei sich die Maschenweiten der Filtergewebe der einzelnen Filterstufen unterscheiden und wobei die Filtergewebe innerhalb der Vorrichtung derart angeordnet sind, dass die Maschenweite der Filtergewebe in Durchflussrichtung der zu filternden Flüssigkeit durch die Vorrichtung abnimmt. Beispielsweise kann eine Vorrichtung vier Filterstufen umfassen, wobei das Filtergewebe in der zuerst durchflossenen Filterstufe eine Maschenweite von 60µm aufweist, das Filtergewebe der nachfolgenden Filterstufe eine Maschenweite von 25µm aufweist, das Filtergewebe der dritten Filterstufe eine Maschenweite von 10µm und das Filtergewebe der zuletzt durchflossenen Filterstufe eine Maschenweite von 5µm aufweist. Auf diese Weise werden grobe Mikroplastikpartikel bereits in der zuerst durchflossenen Filterstufe herausgefiltert, während feinere Mikroplastikpartikel durch die erste Filterstufe hindurchtreten und je nach Größe in einer der nachfolgenden Filterstufen herausgefiltert werden. Durch eine Analyse der einzelnen Filterkuchen kann nach abgeschlossener Filtration auf die Größenverteilung der Mikroplastikpartikel in der Flüssigkeitsprobe geschlossen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet dabei aufgrund der austauschbaren Filterelemente die Möglichkeit, flexibel auf den konkreten Anwendungsfall zu reagieren und verschiedene Filterelemente mit entsprechend angepassten Maschenweiten einzusetzen und zu kombinieren.
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Aufgrund des modularen Aufbaus der Vorrichtung kann dabei die Anzahl an Filterstufen flexibel erweitert oder reduziert werden. Die einzelnen Filterstufen sind lösbar miteinander verbunden, beispielsweise über Gewinde miteinander verschraubt, so dass je nach Bedarf eine oder mehrere Filterstufen in den Verbund eingeschraubt bzw. eine oder mehrere Filterstufen aus dem Verbund ausgeschraubt werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Anschluss für eine Vakuumpumpe aufweist, welcher im Bereich des Sammelbehälters angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, über eine angeschlossene Vakuumpumpe einen Unterdruck im Bereich des Sammelbehälters zu erzeugen, wodurch der Filtriervorgang beschleunigt wird und die zu filternde Flüssigkeit schneller durch die Vorrichtung hindurchgezogen wird. Der durch eine Vakuumpumpe aufbaubare Unterdruck liegt dabei in der Regel unter 1bar.
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Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Druckluftanschluss aufweist, welcher im Bereich des Einlassbereichs angeordnet ist. Über einen derartigen Druckluftanschluss ist es möglich, die zu filternde Flüssigkeit bereits im Einlassbereich mit Druckluft zu beaufschlagen und so beschleunigt durch die Vorrichtung zu treiben. Die über Druckluft bewirkbaren Drücke liegen dabei in einem Bereich zwischen etwa 1 bar und 10 bar. Insbesondere für Filtriervorgänge, bei denen viele größere Mikroplastikpartikel in der zu filternden Flüssigkeit enthalten sind, beispielweise, wenn es sich bei der Flüssigkeitsprobe um eine Probe aus der Waschflotte eines ersten Waschgangs eines Materials handelt, ist der Einsatz von Druckluft vorteilhaft, da die Flüssigkeit andernfalls nur langsam durch die sich schnell zusetzenden Filterelemente hindurchtritt.
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Die Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorzugsweise so gewählt, dass die Vorrichtung von einer Person tragbar ist. Eine typische Vorrichtung mit Einlassbereich, zwei Filterstufen und Sammelbehälter kann dabei beispielsweise eine Gesamthöhe von etwa 40 bis 50 cm aufweisen, eine Vorrichtung mit vier Filterstufen, bei der zusätzlich der Einlassbereich einen Trichter für die Flüssigkeitsaufgabe umfasst, kann eine Gesamthöhe von etwa 80 bis 90 cm aufweisen. Der Durchmesser der Filterstufen kann dabei beispielsweise etwa 40 bis 60 mm betragen. Je nach konkreter Ausführung können die Abmessungen von den genannten Werten abweichen, in jedem Falle handelt es sich bei der Vorrichtung aber um ein handliches Gerät, welches ohne Weiteres von einer Person mit einer Hand transportiert und positioniert werden kann und somit in unterschiedlichsten Umgebungen zum Einsatz kommen kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung im Wesentlichen vollständig aus Aluminium gefertigt sein. Dabei können beispielsweise der Sammelbehälter, der Einlassbereich, die Filterstufengehäuse, die Lochscheiben sowie etwaige Ringscheiben aus Aluminium gefertigt sein. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Aluminiumoberflächen zur Verbesserung der Alkali- und Korrosionsbeständigkeit mit einer Beschichtung versehen sind. Bei der Beschichtung kann es sich um eine durch Einlagerung von Spuren eines Polymers modifizierte Harteloxalschicht handeln. Geeignet ist in diesem Zusammenhang beispielsweise eine unter dem Namen CompCote-H® bekannte Legierung des Herstellers CompCote International Inc.. Die Beschichtung besteht zum überwiegenden Teil aus Aluminiumoxid, der eingelagerte Polymeranteil ist derart gering, dass er bei der Analyse des Filterkuchens praktisch nicht nachweisbar ist. Gleichzeitig führt der Polymeranteil jedoch zu einer Strukturveränderung der Harteloxalschicht, wodurch die Korrosions- und Verschleißbeständigkeit weiter erhöht wird. Ein besonderer Vorteil einer Ausgestaltung der Vorrichtung aus Aluminium besteht in dem vergleichsweise geringen Gewicht der Vorrichtung, wodurch ihre Handhabbarkeit weiter erleichtert wird.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Vorrichtung, d.h. der Sammelbehälter, der Einlassbereich, die Filterstufengehäuse, die Lochscheiben und etwaige Ringscheiben, im Wesentlichen aus Edelstahl gefertigt sein. Edelstahl ist bereits ohne eine entsprechende Beschichtung korrosionsbeständig. Allerdings ist das Gewicht der Vorrichtung bei Verwendung von Edelstahl höher als bei der Verwendung von Aluminium. Um ein Festfressen der einzelnen Komponenten in den Verbindungsbereichen zu verhindern, können bei dieser Ausgestaltung der Erfindung Bronzeeinsätze in den Verbindungsbereichen eingesetzt, beispielsweise eingeklebt, sein. Auf diese Weise kann bei miteinander verschraubten Komponenten ein Teil der Gewindeverbindung in einem Bronzeeinsatz und ein dazu korrespondierender Teil in einer Edelstahlkomponente ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Innengewinde in einem Bronzeeinsatz ausgebildet sein, welches mit einem in einer Edelstahlkomponente ausgebildeten Außengewinde zusammenwirkt. Umgekehrt kann auch ein in einem Bronzeeinsatz ausgebildetes Außengewinde mit einem in einer Edelstahlkomponente ausgebildeten Innengewinde zusammenwirken.
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Gemäß Patentanspruch 14 betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus einer Flüssigkeitsprobe unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Einleiten der Flüssigkeitsprobe in den Einlassbereich der Vorrichtung;
- - Hindurchführen der Flüssigkeitsprobe durch die Filterstufen und Auffangen der gefilterten Flüssigkeit in dem Sammelbehälter;
- - Entnahme der Filtergewebe aus den Filterstufen;
- - Zuführen der Filtergewebe zu einem Analyseverfahren.
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Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass eine zu filternde Flüssigkeitsprobe zunächst in den Einlassbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeleitet wird, sodann sukzessive durch die Filterstufen hindurchgeführt wird, wobei hierzu unterstützend eine Vakuumpumpe oder Druckluft eingesetzt werden kann, und die gefilterte Flüssigkeit schließlich in dem Sammelbehälter aufgefangen wird. Nachdem die gesamte Flüssigkeitsprobe durch alle Filterstufen hindurchgetreten ist, werden die einzelnen Komponenten der Vorrichtung auseinandergeschraubt und die Filtergewebe können aus den Filterstufen entnommen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Flüssigkeitsprobe in einer vertikalen Durchflussrichtung durch die Vorrichtung hindurchgeführt. Auf diese Weise ist es grundsätzlich möglich, auf Pumpen zu verzichten, da die Flüssigkeit aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft durch die Vorrichtung hindurchfließt. Gleichwohl kann es von Vorteil sein, durch den Einsatz einer Vakuumpumpe oder von Druckluft in der oben beschriebenen Weise den Durchfluss der Flüssigkeit durch die Vorrichtung zu beschleunigen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: Eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2: Eine Schnittansicht der Vorrichtung aus 1;
- 3: Ein Detail der Darstellung aus 2 in vergrößerter Ansicht.
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1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Filtern von Mikroplastikpartikeln aus einer Flüssigkeitsprobe. Die Vorrichtung umfasst einen Einlassbereich 2 für die hier nicht dargestellte zu filternde Flüssigkeit, beispielsweise eine Probe aus einer Waschflotte. Der Einlassbereich 2 umfasst seinerseits einen Trichter 7, in welchen die Flüssigkeit eingefüllt werden kann, sowie ein Übergangsstück 8, welches mit einem Deckel 9 verschlossen ist. Im Bereich des Deckels 9 ist ein Anschlussbereich 10 ausgebildet, über welchen der Trichter 7 an das Übergangsstück 8 angeschlossen ist. Im Bereich des Deckels 9 ist darüber hinaus ein Druckluftanschluss 6 angeordnet, an welchen eine hier nicht dargestellte Druckluftzufuhr anschließbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die zu filternde Flüssigkeit bereits im Einlassbereich 2 mit Druckluft zu beaufschlagen. Im Anschlussbereich des Trichters 7 an den Deckel 9 ist ein Trichterkugelhahn 12 angeordnet, über welchen der Trichter 7 gegenüber dem Übergangsstück 8 vollständig abgesperrt werden kann. Für Anwendungsfälle, in denen ohne Druckluft gearbeitet wird, kann der Trichter 7 zusammen mit dem Deckel 9 von der Vorrichtung 1 abgenommen werden, so dass die zu filternde Flüssigkeit unmittelbar in das Übergangsstück 8 eingelassen werden kann.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin vier Filterstufen 3 sowie einen Sammelbehälter 4 mit einem Deckel 11. Das Fassungsvermögen des Sammelbehälters 4 beträgt etwa 2 I. Im Bereich des Deckels 11 des Sammelbehälters 4 weist die Vorrichtung 1 einen Anschluss 5 für eine hier nicht dargestellte Vakuumpumpe auf. An dem Sammelbehälter 4 ist ein als Kugelhahn ausgebildeter Absperrhahn 38 angeordnet. Dieser ermöglicht es, dass filtrierte Flüssigkeit unmittelbar aus dem Sammelbehälter abgelassen werden kann, so dass auch über das Fassungsvermögen des Sammelbehälters hinausgehende Flüssigkeitsmengen kontinuierlich filtriert werden können. Die Vorrichtung 1 steht auf dem Boden 13 des Sammelbehälters 4 auf, so dass eine Durchflussrichtung D der zu filternden Flüssigkeit mit der Längsachse L der Vorrichtung 1 zusammenfällt. Die Vorrichtung 1 ist bezüglich ihrer Längsachse L im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut. Dies gilt insbesondere für die Filterstufen 3.
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Zur Durchführung einer Filtration wird die zu filternden Flüssigkeit über den Trichter 7 oder das Übergangsstück 8 in den Einlassbereich 2 der Vorrichtung 1 eingebracht. Aufgrund der auf die Flüssigkeit wirkenden Schwerkraft sowie gegebenenfalls zusätzlich unter dem durch Druckluft und/oder eine Vakuumpumpe erzeugten Druck durchläuft die Flüssigkeit die Vorrichtung 1, insbesondere durchläuft sie sukzessive die vier Filterstufen 3, bevor die gefilterte Flüssigkeit schließlich in dem Sammelbehälter 4 aufgefangen und gegebenenfalls über den Absperrhahn 38 abgelassen wird.
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Der Einlassbereich 2, die Filterstufen 3 sowie der Sammelbehälter 4 sind über Gewindeverbindungen flüssigkeitsdicht miteinander verschraubt, so dass in den Verbindungsbereichen der einzelnen Komponenten keine Flüssigkeit aus der Vorrichtung 1 austritt. Im Bereich der Außenflächen der Filterstufen 3 sind Ausnehmungen 14 ausgebildet, in welche Rundstäbe 15 zum Anziehen der Gewinde eingesetzt werden können.
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Der modulare Aufbau der Vorrichtung 1 macht es möglich, nach erfolgter Filtration die einzelnen Komponenten auseinanderzuschrauben und aus den verschiedenen Filterstufen 3 die Filtergewebe für eine detaillierte Analyse zu entnehmen, was im Folgenden anhand der 2 und 3 näher erläutert wird.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung aus 1, wobei die Vorrichtung in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in ihrer vollen Länge, sondern im Bereich des Sammelbehälters 4 und zweier Filterstufen 3 verkürzt dargestellt ist.
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Aus der Schnittdarstellung der 2 ist bereits der innere Aufbau der einzelnen Filterstufen 3 zu erkennen. Dieser wird anhand der 3, welche den Ausschnitt A der 2 in vergrößerter Ansicht zeigt, nun genauer erläutert.
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Jede Filterstufe 3 umfasst ein Filterstufengehäuse 31, ein austauschbares Filtergewebe 32, eine Lochscheibe 33 sowie drei Dichtungen 34, 35, 36. Das Filtergewebe 32 ist als Edelstahlgewebe ausgebildet und liegt auf der Lochscheibe 33 auf. Auf der der Lochscheibe 33 abgewandten Seite des Filtergewebes 32 liegt die Dichtung 34, welche als Silikondichtungsring ausgebildet ist, randseitig auf dem Filtergewebe 32 auf. Die Dichtung 34 schließt in etwa bündig mit dem oberen Rand der Lochscheibe 33 ab. Auf der Dichtung 34 liegt eine ebenfalls als Dichtung wirkende Ringscheibe 36 aus Edelstahl auf. In ihrem äußeren Randbereich überdeckt die Ringscheibe 36 auch den oberen Rand der Lochscheibe 33. Auf der Ringscheibe 36 schließlich liegt eine Dichtung 35 auf, die wiederum als Silikondichtungsring ausgebildet ist. Der Durchmesser der Dichtung 34 ist dabei kleiner als der Durchmesser der Dichtung 35.
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In dem Verbindungsbereich zwischen dem Filterstufengehäuse 31 und dem sich unterhalb daran anschließenden Deckel 11 des Sammelbehälters 4 ist ein Bronzeeinsatz 37 angeordnet. Der Bronzeeinsatz 37 ist hierzu mit dem Filterstufengehäuse 31 verklebt. Die das Filterstufengehäuse 31 mit dem Deckel 11 verbindende Gewindeverbindung umfasst ein in dem Bronzeeinsatz 37 ausgebildetes Innengewinde sowie ein mit diesem zusammenwirkendes, an dem Deckel 11 ausgebildetes Außengewinde. Die Gewinde selbst sind in der Darstellung der 3 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Für die in Durchflussrichtung D ersten drei Filterstufen 3 befinden sich Bronzeeinsätze 37 jeweils im Verbindungsbereich zwischen einem Filterstufengehäuse 31 und einem nachfolgend angeordneten Filterstufengehäuse 31.
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Derartige Bronzeeinsätze 37 sind darüber hinaus auch in weiteren Verbindungsbereichen der Vorrichtung 1 angeordnet. In der 2 ist der Verbindungsbereich zwischen dem Deckel 11 und dem Sammelbehälter 4 mit B bezeichnet. Auch in diesem Bereich ist ein Bronzeeinsatz 37 in den Deckel 11 eingeklebt, um eine belastbarere Gewindeverbindung zwischen Deckel 11 und Sammelbehälter 4 ausbilden zu können. Schließlich weist auch der in 2 mit C bezeichnete Verbindungsbereich zwischen dem Deckel 9 und dem Übergangsstück 8 einen Bronzeeinsatz 37 auf. Dieser ist mit dem Deckel 9 verklebt. In dem Bronzeeinsatz 37 ist ein Außengewinde ausgebildet, während in dem Übergangsstück 8 ein Innengewinde ausgebildet ist.
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Die Filtergewebe 32 der einzelnen Filterstufen 3 weisen unterschiedliche Maschenweiten auf. So hat bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel das in Durchflussrichtung D zuerst von der Flüssigkeit durchströmte Filtergewebe 32 eine Maschenweite von 60µm, das in Durchflussrichtung D nachfolgende Filtergewebe 32 hat eine Maschenweite von 25µm, das Filtergewebe 32 der dritten Filterstufe 3 weist eine Maschenweite von 10µm und das Filtergewebe 32 der zuletzt durchflossenen Filterstufe 3 eine Maschenweite von 5µm auf. Auf diese Weise enthalten die auf den Filtergeweben 32 ausgebildeten Filterkuchen Mikroplastikpartikel unterschiedlicher Größe und die Analyse und der Vergleich der einzelnen Filterkuchen erlaubt einen Rückschluss auf die Größenverteilung der Mikroplastikpartikel in der Flüssigkeitsprobe.
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Die drei Dichtungen 34, 35, 36 in jeder Filterstufe 3 sorgen für eine hervorragende Flüssigkeitsdichtigkeit der Vorrichtung 1. Durch Auseinanderschrauben der Vorrichtung 1 können nach erfolgter Filtration die einzelnen Filtergewebe 32 aus der Vorrichtung 1 entnommen werden und die Filterkuchen können einer detaillierten Analyse, beispielweise unter dem Mikroskop, und/oder einer gravimetrischen Analyse zugeführt werden.
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Die Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen aus Edelstahl, teilweise ergänzt durch Bronzeeinsätze 37, gefertigt. Hiervon ausgenommen sind lediglich die Silikondichtungen 34 und 35 sowie gegebenenfalls eine weitere Silikondichtung zur Abdichtung des Deckels 11 gegenüber dem Sammelbehälter 4. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, dass die gewonnenen Filterkuchen Mikroplastikpartikel enthalten, die aus der Vorrichtung 1 selbst stammen. Die Vorrichtung 1 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine Höhe von etwa 85 cm auf, der Durchmesser der einzelnen Filtergewebe 32 beträgt etwa 4,7 cm, der Durchmesser des Sammelbehälters 4 beträgt etwa 13 cm. Die Vorrichtung 1 ist damit so bemessen, dass sie leicht von einer Person getragen und an einen gewünschten Einsatzort transportiert werden kann. Die Vorrichtung 1 kann auf diese Weise zum Beispiel in Textil-Produktionsstätten und in Laboratorien, aber auch bei Untersuchungen von Wasserproben aus Gewässern sehr flexibel zum Einsatz kommen.
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Die Vorrichtung 1 zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass sie sehr flexibel an unterschiedliche Einsatzbereiche und Aufgabenstellungen anpassbar ist. So kann die Anzahl an Filterstufen 3 durch einfaches Ein- oder Ausschrauben von Filterstufen 3 variiert werden und aufgrund der Austauschbarkeit der Filtergewebe 32 können Filtergewebe 32 mit unterschiedlichsten Maschenweiten verwendet und kombiniert werden. Hierdurch ist auf einfache Weise eine fraktionierte Filtration von Flüssigkeitsproben mit hoher Genauigkeit möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018000279 U1 [0004]
- DE 202020003658 U1 [0004]
