一、過(guò)濾的基本類(lèi)型

　　過(guò)濾分為篩濾、深層過(guò)濾及濾餅過(guò)濾等幾種基本類(lèi)型。

　　1．篩濾

　　過(guò)濾介質(zhì)有大的孔隙，只要固體粒子的尺寸大于該孔隙，它們就會(huì)沉淀在過(guò)濾介質(zhì)上，而尺寸小于孔隙的粒子，則隨濾液一起通過(guò)介質(zhì)。此種過(guò)濾機(jī)理在桿篩、平紋編織網(wǎng)及膜上都起著主要作用。由于粒子是沉淀在介質(zhì)的表面上，所以此種過(guò)濾現(xiàn)象也稱(chēng)為表面篩濾。

　　如果篩濾機(jī)理出現(xiàn)在介質(zhì)的深處——流道窄小到比固體粒子尺寸還小的地方，那么此種篩濾稱(chēng)為深部篩濾。例如氈子、非織造布及膜等介質(zhì)，都具有深部篩濾機(jī)理。

　　2．深層過(guò)濾

　　其過(guò)濾介質(zhì)具有立體的孔隙結(jié)構(gòu)，能捕集小于孔隙的固體粒子，甚至遠(yuǎn)小于孔隙（流道）的固體粒子，也能在介質(zhì)的深部被捕集。

　　深層過(guò)濾具有復(fù)雜的混合機(jī)理。固體粒子在慣性力、液壓力或布朗運(yùn)動(dòng)（分子運(yùn)動(dòng)）作用下，首先同孔隙流道壁相接觸，然后粒子附在孔隙流道壁上，或者粒子在范德華力或其他表面力作用下彼此附聚在一起。這些力的大小和效果取決于水溶液中離子的濃度和種類(lèi)及氣體的濕度。深層過(guò)濾體現(xiàn)在氈子和非織造布中，在高效空氣過(guò)濾機(jī)和深層砂過(guò)濾機(jī)中尤其重要。

　　3．濾餅過(guò)濾

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，介質(zhì)上形成了濾餅。濾餅本身起著過(guò)濾介質(zhì)的作用，固體粒子被濾餅表面截留，而液體則透過(guò)濾餅和介質(zhì)成為濾液。濾餅逐漸增厚，濾液也逐漸清澈。

　　在過(guò)濾的初期，由介質(zhì)截留住大于其孔隙的粒子，而細(xì)小的粒子則透過(guò)介質(zhì)隨濾液排除。此時(shí)的濾液不夠清澈，應(yīng)打循環(huán)返回到懸浮液槽中。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的循環(huán)后，再收集合格的濾液。在大粒子被介質(zhì)截留的同時(shí)，有些小于介質(zhì)孔隙的細(xì)小粒子會(huì)在孔隙上“架橋”。架起的橋會(huì)攔住細(xì)小粒子透過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，因而被截留住的大粒子和小粒子逐漸累積成薄餅層，乃至厚餅層。此后，過(guò)濾便轉(zhuǎn)入了濾餅過(guò)濾階段。顯然在過(guò)濾的初期，過(guò)濾介質(zhì)起著決定性作用，并且會(huì)長(zhǎng)久影響濾餅的結(jié)構(gòu)和整個(gè)過(guò)濾過(guò)程。

　　4．十字流過(guò)濾

　　隨著過(guò)濾應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，難過(guò)濾的物質(zhì)已屢見(jiàn)不鮮（如極小粒子或金屬氫氧化物等）。為了提高此類(lèi)物質(zhì)的過(guò)濾速度，已推出了與傳統(tǒng)的濾餅過(guò)濾法完全不同的十字流過(guò)濾法。

　　十字流過(guò)濾與傳統(tǒng)的濾餅過(guò)濾的區(qū)別在于：

　　濾餅過(guò)濾時(shí)濾漿是垂直于過(guò)濾介質(zhì)的表面流動(dòng)，被截留的固體粒子形成濾餅并逐漸增厚，過(guò)濾速度也隨之逐漸降低，直至濾液停止流出。

　　在濾餅過(guò)濾過(guò)程中，過(guò)濾速度之所以逐漸降低，是由于過(guò)濾介質(zhì)的孔隙受到了粒子的堵塞以及增厚的濾餅逐漸密實(shí)所致。針對(duì)這樣的問(wèn)題，往往要給難過(guò)濾的濾漿添加絮凝劑（如聚丙烯酰胺）或助濾劑（如硅藻土）。

　　十字流過(guò)濾時(shí)，濾漿平行于過(guò)濾介質(zhì)的表面快速流動(dòng)，濾液以低速垂直于介質(zhì)表面流出。這兩個(gè)流動(dòng)的方向互相垂直交錯(cuò)，所以十字流過(guò)濾又稱(chēng)錯(cuò)流過(guò)濾。

　　十字流過(guò)濾的速度幾近恒值，過(guò)濾壓力也未隨時(shí)間的流逝而迅速升高。這種效果好的根本原因，就在于濾漿的快速流動(dòng)對(duì)聚積在介質(zhì)上的粒子施加了剪切掃流作用，從而抑制了濾餅厚度的隨時(shí)增加。

　　十字流過(guò)濾主要用于濾漿的過(guò)濾濃縮，不能得到較干濾餅。十字流過(guò)濾機(jī)有的利用低剪切力，有的利用高剪切力。除過(guò)濾機(jī)之外，十字流過(guò)濾技術(shù)還用在離心機(jī)上。

　　實(shí)際的過(guò)濾常常不是一種機(jī)理在起作用，而是兩種或兩種以上機(jī)理共同起作用的結(jié)果。例如，濾餅過(guò)濾現(xiàn)象是在篩濾之后出現(xiàn)的，即在過(guò)濾的初期先由篩濾截留住大于介質(zhì)孔隙的粒子，這些較大的粒子是構(gòu)成濾餅的成分之一。與此同時(shí)，小于孔隙的較小粒子在介質(zhì)的孔隙上方形成“架橋”，因而較小的粒子有可能不透過(guò)介質(zhì)，成為餅層的組成部分。濾餅形成后，就形成了粒狀層。當(dāng)液體從濾餅表面流向介質(zhì)時(shí)，就出現(xiàn)了像原水流過(guò)砂層那樣的深層過(guò)濾現(xiàn)象。

　　由此看來(lái)，在濾餅過(guò)濾操作中，前接篩濾，后續(xù)深層過(guò)濾。

　　同樣，在深層過(guò)濾操作中，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，有小的粒子沉積在介質(zhì)的大孔隙中。但是隨著小粒子不斷在大孔隙中的沉積，介質(zhì)的孔隙流道逐漸地變窄，小粒子在窄處被截留，即可能出現(xiàn)篩濾現(xiàn)象。就是說(shuō)，在以深層過(guò)濾機(jī)理為主的同時(shí)，伴有其他過(guò)濾機(jī)理。

　　至此，可以給過(guò)濾下定義，利用以上三種過(guò)濾現(xiàn)象中的一種或兩種以上的組合操作，稱(chēng)為過(guò)濾。

　　二、過(guò)濾的預(yù)處理和后處理

　　1．預(yù)處理

　　預(yù)處理旨在通過(guò)改變難過(guò)濾的懸浮液的性質(zhì)，使過(guò)濾變得容易。這里介紹幾種主要的預(yù)處理方法：

　　(1)改變液體的特性。溫度對(duì)降低液體黏度很有效。用低溫度熱給液體升溫后，能明顯提高過(guò)濾速度；除升溫法外，用黏度較低的液體稀釋需要過(guò)濾的高黏度液體，也能取得同樣的效果。

　　降低液體的密度也能提高過(guò)濾速度。液體密度小的懸浮液，其固體粒子容易沉淀。升溫法對(duì)降低液體密度效果不明顯，而向液體密度高的懸浮液中添加低密度液，卻取得了好效果。

　　降低液體的表面張力，同樣能促進(jìn)過(guò)濾。液體的表面張力雖然受溫度的影響，即提高液體的溫度后，其表面張力得到降低，但表面張力更易受添加的表面活性劑的影響。

　　(2)淘析和分級(jí)。細(xì)粒子易堵塞孔隙，可用淘析分級(jí)法將細(xì)粒子與粗粒子分開(kāi)，移去的細(xì)粒子再用絮凝法等增大粒子團(tuán)的尺寸。

　　(3)結(jié)晶法旨在使懸浮液中的晶體具有中等粒徑，以防小晶粒堵塞介質(zhì)孔隙和大晶粒堵塞配管。

　　(4)凍結(jié)和融化處理。由上、下水處理產(chǎn)生的污泥及某些放射性污泥很難處理，這是由于其固體粒子具有特殊的構(gòu)成。為了改善這類(lèi)污泥的過(guò)濾特性和沉淀特性，可采用先將其緩慢凍結(jié)，然后融化的處理方法。

　　(5)超聲波輻射對(duì)改善過(guò)濾的效果，取決于懸浮液的特性、聲波強(qiáng)度、聲波頻率及輻射時(shí)間等參數(shù)。例如一些參數(shù)配伍旨在給粒子能量，使粒子之間能戰(zhàn)勝絮凝障礙，彼此容易聚集在一起形成絮團(tuán)。反之，另一些參數(shù)配伍旨在將粒子聚集體破碎成小微粒。微?；牧Ｗ佑欣谔岣弋a(chǎn)品的純度、吸附性、分散性及反應(yīng)性。

　　(6)濾漿的預(yù)濃縮和稀釋。懸浮液所含固體粒子濃度，直接影響著過(guò)濾機(jī)的能力、濾餅的阻力、粒子向?yàn)V布內(nèi)部的貫入（貫入影響濾液的澄清度和介質(zhì)的阻力）。

　　對(duì)不同濃度的懸浮液進(jìn)行真空過(guò)濾時(shí)，所得濾餅的結(jié)構(gòu)差別較大。易過(guò)濾的懸浮液，其濾餅的組織不致密，常發(fā)生裂紋，造成了真空泄漏，動(dòng)力消耗大。對(duì)于這種懸浮液，過(guò)濾前要對(duì)其進(jìn)行稀釋?zhuān)员愕玫街旅艿臑V餅并利于洗滌。

　　與此相反，對(duì)于很稀的懸浮液，過(guò)濾前要預(yù)增稠，以便提高過(guò)濾速度，減小過(guò)濾機(jī)尺寸，減少設(shè)備造價(jià)。較濃稠懸浮液過(guò)濾得到的濾餅的過(guò)濾阻力小，因此對(duì)稀懸浮液進(jìn)行預(yù)濃縮，有利于提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力。

　　(7)使用凝結(jié)劑、絮凝劑、助濾劑。凝結(jié)和絮凝法，是以水中的懸浮粒子、膠體及部分水溶性物質(zhì)為對(duì)象，通過(guò)添加凝結(jié)劑、絮凝劑來(lái)促進(jìn)過(guò)濾。

　　凝結(jié)劑是多價(jià)金屬鹽，有低分子和高分子之分。低分子凝結(jié)劑有氯化鐵、硫酸鐵、硫酸鋁等。高分子凝結(jié)劑有聚硫酸鐵、聚氯化鋁等。

　　現(xiàn)在應(yīng)用較多的是高分子絮凝劑，其分子上有許多親水性極性基，起著對(duì)粒子吸附和粒子之間架橋的作用，導(dǎo)致絮團(tuán)的形成。

　　助濾劑是指有助于過(guò)濾的材料，如硅藻土等。助濾劑有兩個(gè)作用：一是提高過(guò)濾速度；二是得到清澈的濾液。

　　2．后處理

　　后處理是指固—液分離已完成之后繼續(xù)進(jìn)行的過(guò)程，包括洗滌和脫液。

　　(1)洗滌。洗滌旨在用清潔液體將存留在餅內(nèi)液體中的可溶性固體洗掉，可溶性物質(zhì)包括結(jié)晶體或沉淀物。洗滌后的濾餅所含污物被降低到允許程度，從而得到了比較純凈的固體產(chǎn)品。

　　(2)脫液。過(guò)濾和洗滌之后，留下了被水飽和的濾餅。含水分多的濾餅，不利于以后的使用、儲(chǔ)存以及熱干燥。因此當(dāng)濾餅還在過(guò)濾機(jī)里時(shí)，就應(yīng)盡量除掉所含水分?？刹捎玫姆椒ㄓ锌諝獯碉L(fēng)、惰性氣體吹風(fēng)以及用過(guò)濾機(jī)的彈性膜壓榨濾餅。

　　在許多加壓或真空過(guò)濾機(jī)上都可安裝吹風(fēng)脫液裝置，吹風(fēng)是跟在過(guò)濾階段或洗滌階段之后進(jìn)行。

　　三、粒子、液體、懸浮液的性質(zhì)

　　1．粒子的性質(zhì)

　　固體粒子的尺寸、形狀及密度是體現(xiàn)粒子性質(zhì)的三要素。它們共同決定著粒子能否被某種過(guò)濾介質(zhì)截留，還決定著沉降速度（據(jù)此決定分離方法）及濾液的清潔程度。

　　(1)粒徑和粒徑分布

　　用來(lái)求粒徑的方法有等價(jià)徑法、統(tǒng)計(jì)直徑法、比表面積法及篩分法等。通常用等價(jià)球直徑表示實(shí)際粒子的直徑。

　　尺寸均勻的粒子系統(tǒng)容易過(guò)濾。但是實(shí)踐中，粒子系統(tǒng)是由不同粒徑的粒子組成的，即它們有尺寸分布（或稱(chēng)粒度分布）。尺寸分布越寬，說(shuō)明粒子的大小差別越大，過(guò)濾越不容易，因此需用預(yù)處理法加以改善。

　　(2)粒子的形狀

　　粒子的形狀對(duì)其表面積有重要的影響。表達(dá)實(shí)際粒子形狀的簡(jiǎn)單方法是與球體相比較。就是說(shuō)，應(yīng)將等價(jià)球概念擴(kuò)展到粒子的面積和體積的表達(dá)上。

　　(3)比表面積

　　固體表面由于其化學(xué)構(gòu)造和幾何學(xué)構(gòu)造的緣故，而具有吸附性、觸媒作用、附著性以及潤(rùn)濕性等各種特性。

　　固體粒子的表面積與其體積之比稱(chēng)為比表面積。比表面積可用來(lái)評(píng)價(jià)固體表面的上述特性，如硅藻土就是因?yàn)楸缺砻娣e大而成為很好的助濾劑。

　　(4)密度

　　密度是粒子固有的重要的特性值之一，是測(cè)定粒徑和空隙用到的不可或缺的物性值，是質(zhì)量管理用到的特性值（如判斷產(chǎn)品純度等），是固—液分離技術(shù)的重要影響因素（如沉降式離心機(jī)和水平帶式真空過(guò)濾機(jī)上，常用到固體和液體的密度差）。

　　2．液體和懸浮液的性質(zhì)

　　重力過(guò)濾和離心沉降等固—液分離操作都是借助固—液兩相的密度差實(shí)現(xiàn)的。影響液體密度的因素有溫度和溶質(zhì)的溶解量。

　　由于固體的密度不可改變，所以常常用降低液體密度來(lái)改善固—液分離。液體的黏度對(duì)固—液分離過(guò)程的影響頗大。通過(guò)降低黏度，可以提高過(guò)濾速度和降低濾餅的含水率。此法對(duì)水等一般液體很有效，將水溫從20℃提高到50℃時(shí)，水的黏度降低了45％。此外，在石油脫蠟中，常采用摻入可與之混合的低黏度液體來(lái)降低黏度。

　　液體的表面張力決定著它對(duì)固體表面的潤(rùn)濕性。液體是否能潤(rùn)濕過(guò)濾介質(zhì)，取決于液體對(duì)固體的表面張力。如果表面張力較大，則會(huì)發(fā)生潤(rùn)濕。

　　液體的揮發(fā)性越大，采用真空過(guò)濾機(jī)的可能性越小。這是由于濾液將揮發(fā)成蒸汽進(jìn)入真空泵，并在泵內(nèi)受壓縮重新液化。這既影響真空度，又會(huì)損失有價(jià)值的溶劑。

　　液體的沸點(diǎn)是液體揮發(fā)性的判據(jù)，某些溶液的沸點(diǎn)會(huì)隨著組成或濃度的不同而改變。對(duì)于揮發(fā)性顯著的液體，宜選用加壓式過(guò)濾機(jī)。

　　懸浮液的密度取決于液相和固相的密度，懸浮液的黏度除了受溫度影響外，還會(huì)因固相濃度的提高而增大。

　　四、過(guò)濾介質(zhì)

　　過(guò)濾是從固—液兩相混合物（懸浮液）中分離出固體粒子的過(guò)程，而過(guò)濾介質(zhì)則是過(guò)濾機(jī)的重要元件，常常被說(shuō)成是過(guò)濾機(jī)的心臟。

　　過(guò)濾中，固體粒子沉淀在其表面或內(nèi)部的任何有滲透性的材料，稱(chēng)為過(guò)濾介質(zhì)。

　　1．過(guò)濾介質(zhì)的機(jī)械特性

　　過(guò)濾介質(zhì)的機(jī)械特性包括剛度、強(qiáng)度、蠕變抗力和張緊抗力、邊緣穩(wěn)定性、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、可供尺寸、可制造性、密封和密封墊功能等性能。

　　2．過(guò)濾介質(zhì)的應(yīng)用特性

　　過(guò)濾介質(zhì)的應(yīng)用特性包括化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、生物學(xué)穩(wěn)定性、吸附性、吸收性、潤(rùn)濕性、衛(wèi)生、安全性、靜電特性、可處置性、再利用性、成本等性能。

　　3．過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾特性

　　過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾特性包括能截留的小粒子尺寸、粒子截留效率、流阻、納污能力、堵塞傾向及濾餅剝離性等性能。