Filtrationsdruck und Solutkonzentration: Warum Druck die Rate, nicht die Konzentration beeinflusst

Druckgetriebene Filtration

Filtration (z. B. glomerulär, industrielle Membran) wird durch den hydrostatischen Druckgradient (ΔP) über eine halbdurchlässige Membran geregelt. Durchflussrate (J_v) ∝ ΔP × hydraulische Leitfähigkeit (L_p).

Unabhängigkeit der Solutkonzentration

• Solutkonzentration im Filtrat (C_f) hängt von der Membranselektivität (Porengeometrie, Ladung) und der Zulieferkonzentration ab (C_f ≈ σ × C_Zulieferung, wobei σ = Reflexionskoeffizient).
• Erhöhung von ΔP erhöht den Volumenstrom, ändert aber nicht die Membraneigenschaften oder σ.
• Bei sehr hohen Drücken kann Konzentrationspolarisation oder Membrankompaktierung die Abweisung leicht verändern, aber dies ist ein Sekundäreffekt, keine direkte Druck-Konzentrations-Kupplung.

Analogie: Nierenglomerulus

Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) steigt mit dem glomerulären hydrostatischen Druck (innerhalb des autoregulatorischen Bereichs), aber die Filtratkomposition (Elektrolyte, Glukose, Aminosäuren) bleibt konstant, weil die Selektivität der Filtrationsbarriere hinsichtlich Größe/Ladung unverändert ist.

Praktische Implikation

Bei Ultrafiltration/Dialyse kontrolliert der Druck wie viel Flüssigkeit entfernt wird; Membranwahl und Zulieferzusammensetzung kontrollieren was passiert.