深入了解液体过滤的工作原理

广义的固液分离是指任何体系中固相与液相之间的分离。具体来讲，是指把生产中含水的中间产物或最终产物的液相和固相分开，即从悬浮液中将固体颗粒与液相分离的作业。固液分离是现代冶金、化工、环境、材料、轻工、水利和矿物工程等工艺过程的重要环节。通过固液分离，可以回收有价值的固相，如矿物加工中精矿的脱水；可以回收液相，如造纸纸浆的返回使用；可以同时回收两相，如酱油的酿造；也可以不回收任何一相，如使废水达到排放标准后再排放。现代工艺技术对固液分离的依赖性越来越高，它直接关系到金属回收率的高低、环境治理、企业投资大小、生产作业难易和应用企业的生产成本等。

固液分离方法按其作用原理可以分为：机械分离法、热力分离法和物理化学分离法三类，其中应用最广泛的是机械分离和热力分离，机械分离又进一步分为沉降分离和过滤分离。过滤是在推动力或者其他外力作用下，使悬浮液中的液体透过介质，固体颗粒物质被过滤介质截留，从而使固体与液体分离的操作。其中，真空过滤、加压过滤和离心过滤是目前固液分离行业最常采用的方法，它是采用真空抽吸、板框加压或者离心力作用，将悬浮液中的液体透过滤布，使固体物质被滤布截留的方法。

目前比较常用的过滤设备主要为板框压滤机、带式压滤机、吊袋式过滤机和转鼓离心过滤机等，其中压滤机和离心机应用最广泛。板框压滤机是通过液压缸对板框挤压，使物料中的水通过滤布排出，达到脱水的目的。带式压滤机是由两条无端过滤布缠绕在一系列顺序排列、大小不等的辊轮上，利用滤带间的挤压和剪切作用脱除料浆中水分的一种过滤设备。吊袋式过滤机是一种压力式过滤装置，主要有过滤筒体、过滤筒盖和快开机构、不锈钢滤袋加强网等主要部件组成，滤液由过滤机外壳的旁侧入口管流入过滤袋，液体渗透过所需要细度等级的过滤袋即能获得合格的滤液，而杂质颗粒则被过滤袋拦截。转鼓式真空过滤机的转鼓表面包裹一层过滤布，当转鼓回转时，借助于真空装置，助滤剂浆液吸附在过滤布表面形成一定厚度的滤饼，溶液中的悬浮物则吸附在助滤剂之上，而溶液则通过滤饼和过滤布进入转鼓内，然后由转鼓的空心轴引出转鼓外。

从上面的介绍可以看出，不管是压滤还是离心过滤，其设备上所用过滤布（带、袋）是决定设备过滤精度的核心部件。常见液体过滤布以机织滤布为主，随着液体过滤技术的发展，针刺、熔喷和热轧等非织造材料也逐渐用于液体过滤。

当液体流经过滤材料时，液体中的不溶物被截留在过滤材料的表层或者内部，从而达到滤除目的。对于液体中固体颗粒的过滤，其过滤机理与气—固过滤相似。一般认为，液体过滤分为不溶物的迁移、附着和脱落三个子过程。

①迁移。迁移过程是指液体中的不溶物附着在过滤材料上之前，在过滤材料孔隙中运动到接触孔壁的过程。迁移过程与气体过滤规律相似，主要包括拦截、惯性碰撞、扩散和重力沉积。与气—固过滤不同的是，液体过滤的扩散更多受不溶物浓度梯度的影响，而非布朗运动。液体过滤迁移作用同样可能来自多种作用机理的叠加，但一般只是其中的一种或者两种作用的结果。

② 附着。附着过程是随着迁移过程的进行、与过滤材料接触的不溶物或离子附着在过滤材料孔壁不再脱离的过程。形成附着的原因主要有接触凝聚、静电吸引、分子引力及吸附等。其中接触凝聚一般指在液体中添加特定的凝聚剂后立即进行过滤，此时液体中失去稳定性的胶体很容易在过滤材料表面凝聚，或发生接触凝聚作用。概括而言，不溶物在过滤材料表面附着主要通过两种机理实现：不溶物接触过滤材料时由于范德华力大于双电层斥力而产生的附着，或者是不溶物与过滤材料之间借高分子物质起到架桥作用而形成附着。(www.xing528.com)

③脱落。脱落过程是将附着在过滤材料上的不溶物去除。脱落的方法一般包括液体反向冲洗、压缩空气辅助清洗等。除了以上脱落方法外，在过滤过程中往往存在附着与脱落的双向过程，即在过滤过程中不仅有不溶物附着在过滤材料表面的过程，同时包括不溶物重新脱落回到液体中的过程。一般液体过滤材料需定期清洗才能保证过滤效率和压力降。

非织造液体过滤材料中的纤维是杂乱分布的，液体在流经过滤材料时分散效果加强，增加了不溶物与单纤维的碰撞和黏附机会，过滤效果好。

从过滤过程中不溶物的聚集状态来看，过滤又可以进一步分为表面过滤和深层过滤。深层过滤多采用具有一定厚度的针刺和热风非织造过滤材料，其弯曲通道的孔径结构和高孔隙率，使液体中的不溶物滞留在某一深度的滤层中。表面过滤又称为滤饼过滤，即迁移到过滤材料表面的颗粒在其表层的微孔中不断架桥凝聚，使过滤功能表面层的孔径迅速缩小，停留在过滤材料表面的颗粒逐渐形成如饼状的过滤介质，即滤饼；形成滤饼后，不溶物就不能再进入过滤材料内部，滤饼起到真正的过滤作用。具有滤饼过滤效果的过滤材料大致可分为以下三类。

①格筛过滤。过滤介质为栅条或机织滤布，此种过滤方式一般适用于大流量、对过滤精度要求不高的场合。传统的机织物通过经纱与纬纱间的孔隙进行过滤，只有在形成滤饼后，才能阻挡较小的颗粒物。用经纬纱分别为500旦（144f）和1000旦（288f）的特种超粗长复丝制成缎纹结构机织过滤布，当其单位面积质量为485g/m2时，透气率只有96.5L/（m2·s），用作污水处理滤布时，具有较好的过滤效果。

② 微孔过滤。过滤介质为非织造过滤材料、机织滤布和部分微孔膜材料，或者在一般过滤材料表面涂一层助滤剂（如硅藻土）所形成的微孔过滤材料。不同过滤精度的过滤材料，用来滤除粒径不同的颗粒。

③膜过滤。膜过滤是指在一定的推动力下，使液体流过孔径极小且具有选择性的半透明微孔膜，膜过滤可以选择性地除去溶液中的细菌、病毒和有机物等。