过滤的基础知识

过滤的基础知识

摘录自《过滤介质及其选用》

一、过滤的基本类型

过滤分为筛滤、深层过滤及滤饼过滤等几种基本类型。

1．筛滤

过滤介质有大的孔隙，只要固体粒子的尺寸大于该孔隙，它们就会沉淀在过滤介质上，而尺寸小于孔隙的粒子，则随滤液一起通过介质。此种过滤机理在杆筛、平纹编织网及膜上都起着主要作用。由于粒子是沉淀在介质的表面上，所以此种过滤现象也称为表面筛滤。

如果筛滤机理出现在介质的深处——流道窄小到比固体粒子尺寸还小的地方，那么此种筛滤称为深部筛滤。例如毡子、非织造布及膜等介质，都具有深部筛滤机理。

2．深层过滤

其过滤介质具有立体的孔隙结构，能捕集小于孔隙的固体粒子，甚至远小于孔隙（流道）的固体粒子，也能在介质的深部被捕集。

深层过滤具有复杂的混合机理。固体粒子在惯性力、液压力或布朗运动（分子运动）作用下，首先同孔隙流道壁相接触，然后粒子附在孔隙流道壁上，或者粒子在范德华力或其他表面力作用下彼此附聚在一起。这些力的大小和效果取决于水溶液中离子的浓度和种类及气体的湿度。深层过滤体现在毡子和非织造布中，在高效空气过滤机和深层砂过滤机中尤其重要。

3．滤饼过滤

简单地说，随着过滤的进行，介质上形成了滤饼。滤饼本身起着过滤介质的作用，固体粒子被滤饼表面截留，而液体则透过滤饼和介质成为滤液。滤饼逐渐增厚，滤液也逐渐清澈。

在过滤的初期，由介质截留住大于其孔隙的粒子，而细小的粒子则透过介质随滤液排除。此时的滤液不够清澈，应打循环返回到悬浮液槽中。经过一定时间的循环后，再收集合格的滤液。在大粒子被介质截留的同时，有些小于介质孔隙的细小粒子会在孔隙上“架桥”。架起的桥会拦住细小粒子透过过滤介质，因而被截留住的大粒子和小粒子逐渐累积成薄饼层，乃至厚饼层。此后，过滤便转入了滤饼过滤阶段。显然在过滤的初期，过滤介质起着决定性作用，并且会长久影响滤饼的结构和整个过滤过程。

4．十字流过滤

随着过滤应用领域的扩大，难过滤的物质已屡见不鲜（如极小粒子或金属氢氧化物等）。为了提高此类物质的过滤速度，已推出了及传统的滤饼过滤法完全不同的十字流过滤法。

十字流过滤及传统的滤饼过滤的区别在于：

滤饼过滤时滤浆是垂直于过滤介质的表面流动，被截留的固体粒子形成滤饼并逐渐增厚，过滤速度也随之逐渐降低，直至滤液停止流出。

在滤饼过滤过程中，过滤速度之所以逐渐降低，是由于过滤介质的孔隙受到了粒子的堵塞以及增厚的滤饼逐渐密实所致。针对这样的问题，往往要给难过滤的滤浆添加絮凝剂（如聚丙烯酰胺）或助滤剂（如硅藻土）。

十字流过滤时，滤浆平行于过滤介质的表面快速流动，滤液以低速垂直于介质表面流出。这两个流动的方向互相垂直交错，所以十字流过滤又称错流过滤。

十字流过滤的速度几近恒值，过滤压力也未随时间的流逝而迅速升高。这种效果好的根本原因，就在于滤浆的快速流动对聚积在介质上的粒子施加了剪切扫流作用，从而抑制了滤饼厚度的随时增加。

十字流过滤主要用于滤浆的过滤浓缩，不能得到较干滤饼。十字流过滤机有的利用低剪切力，有的利用高剪切力。除过滤机之外，十字流过滤技术还用在离心机上。

实际的过滤常常不是一种机理在起作用，而是两种或两种以上机理共同起作用的结果。例如，滤饼过滤现象是在筛滤之后出现的，即在过滤的初期先由筛滤截留住大于介质孔隙的粒子，这些较大的粒子是构成滤饼的成分之一。及此同时，小于孔隙的较小粒子在介质的孔隙上方形成“架桥”，因而较小的粒子有可能不透过介质，成为饼层的组成部分。滤饼形成后，就形成了粒状层。当液体从滤饼表面流向介质时，就出现了像原水流过砂层那样的深层过滤现象。

由此看来，在滤饼过滤操作中，前接筛滤，后续深层过滤。

同样，在深层过滤操作中，随着过滤的进行，有小的粒子沉积在介质的大孔隙中。但是随着小粒子不断在大孔隙中的沉积，介质的孔隙流道逐渐地变窄，小粒子在窄处被截留，即可能出现筛滤现象。就是说，在以深层过滤机理为主的同时，伴有其他过滤机理。

至此，可以给过滤下定义，利用以上三种过滤现象中的一种或两种以上的组合操作，称为过滤。

二、过滤的预处理和后处理

1．预处理

预处理旨在通过改变难过滤的悬浮液的性质，使过滤变得容易。这里介绍几种主要的预处理方法：

(1)改变液体的特性。温度对降低液体黏度很有效。用低温度热给液体升温后，能明显提高过滤速度；除升温法外，用黏度较低的液体稀释需要过滤的高

黏度液体，也能取得同样的效果。

降低液体的密度也能提高过滤速度。液体密度小的悬浮液，其固体粒子容易沉淀。升温法对降低液体密度效果不明显，而向液体密度高的悬浮液中添加低密度液，却取得了好效果。

降低液体的表面张力，同样能促进过滤。液体的表面张力虽然受温度的影响，即提高液体的温度后，其表面张力得到降低，但表面张力更易受添加的表面活性剂的影响。

(2)淘析和分级。细粒子易堵塞孔隙，可用淘析分级法将细粒子及粗粒子分开，移去的细粒子再用絮凝法等增大粒子团的尺寸。

(3)结晶法旨在使悬浮液中的晶体具有中等粒径，以防小晶粒堵塞介质孔隙和大晶粒堵塞配管。

(4)冻结和融化处理。由上、下水处理产生的污泥及某些放射性污泥很难处理，这是由于其固体粒子具有特殊的构成。为了改善这类污泥的过滤特性和沉淀特性，可采用先将其缓慢冻结，然后融化的处理方法。

(5)超声波辐射对改善过滤的效果，取决于悬浮液的特性、声波强度、声波频率及辐射时间等参数。例如一些参数配伍旨在给粒子能量，使粒子之间能战胜絮凝障碍，彼此容易聚集在一起形成絮团。反之，另一些参数配伍旨在将粒子聚集体破碎成小微粒。微粒化的粒子有利于提高产品的纯度、吸附性、分散性及反应性。

(6)滤浆的预浓缩和稀释。悬浮液所含固体粒子浓度，直接影响着过滤机的能力、滤饼的阻力、粒子向滤布内部的贯入（贯入影响滤液的澄清度和介质的阻力）。

对不同浓度的悬浮液进行真空过滤时，所得滤饼的结构差别较大。易过滤