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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,已推出了与传统的滤饼过滤法完全不同的

十字流过滤法。

十字流过滤与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。与此同时,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