过滤的基本概念和工作原理

过滤的基本概念和工作原理

过滤是一大类单元操作的总称。

经过特殊安装将流体提纯真化的过程，过滤的方式很多，运用的物系也很普遍，固-液、固-气、大颗粒、小颗粒都很常见。过滤是在推进力或者其他外力作用下悬浮液（或含固体颗粒发热气体）中的液体（或气体）透过介质，固体颗粒及其他物质被过滤介质截留，从而使固体及其他物质与液体（或气体）分别的操作。过滤原理是应用物质的溶解性差别，将液体和不溶于液体的固体分别开来的一种办法。

过滤的根本观念：

1．过滤介质

过滤是在推进力的作用下，位于一侧的悬浮液（或含尘气）中的流体经过多孔介质的孔道向另一侧活动。颗粒则被截留，从而完成流体与颗粒的分别操作过程。被过滤的悬浮液又称为滤浆，过滤时截留下的颗粒层称为滤饼，过滤的清液称为滤液。过滤介质即为使流体经过而颗粒被截留的多孔介质。无论采用何种过滤方式，过滤介质总是必需的，因而过程介质是过滤操作的要素之一。多过滤介质的共性央求是多孔、理化性质稳定、耐用和可重复应用等。可用作过滤介质的资料很多，主要能够分为：

⑴织物介质

织物是十分常用的过滤介质。工业上称为滤布（网），由自然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝组织而成。可截留的最小颗粒视网孔大小而定，普通在几到几十微米的范围。

⑵多孔资料

制成片、板或管的各种多孔性固体资料，如素瓷、烧结金属和玻璃、多孔性塑料以及过滤和压紧的毡与棉等。此类介质较厚，孔道细，能截留1~3μm的微小颗粒。

⑶固体颗粒床层

由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称为滤床。用做过滤介质使含少量悬浮物的液体廓清。

⑷多孔膜

由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精细过滤（ultrafiltration），可分别5nm的微粒。

2．滤饼过滤与深层过滤

依据过滤过程的机理有滤饼过滤和深层过滤之分。滤饼过滤又称为外表过滤。运用织物、多孔资料或膜等作为过滤介质。过滤介质的孔径不一定要小于最小颗粒的粒径。过滤开端时，局部小颗粒能够进入致使穿过介质的小孔。但很快由颗粒的架桥作用使介质的孔径减少构成有效的阻挠。被截留在介质外表的颗粒构成称为滤饼的滤渣层，透过滤饼层的则是被净化了的滤液。随着滤饼的构成真正起过滤介质作用的是滤饼自身，因而称为滤饼过滤。滤饼过滤主要适用于含固量较大（>1%）的场所。深层过滤普通应用介质层较厚的滤床类（如沙层、硅藻土等）作为过滤介质。颗粒小于介质空隙进入到介质内部，而长而迂回的孔道中被截留并附着于介质之上。深层过滤无滤饼构成，主要用于净化含固量很少（<0.1%）的流体，如水的净化、烟气除尘等。

3．过滤的操作方式

依据运用的过滤设备、过滤介质及所处置的物系的性质和产品搜集的央求，过滤操作分为间歇式和连续式两种主要方式。依据提供过滤推进力的方式，又有重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤之分，其目的都是抑制过滤阻力。过滤是使水经过滤料时去除水中悬浮物和微生物等的净水过程。滤池通常设在沉淀池或廓清池之后。目的是使滤后水的浊度抵达水质规范的央求。水经过滤后，残留的细菌、病毒失去了悬浮物的维护作用，从而为过滤后消毒发明了条件。所以，在以空中水为水源的饮用水净化中，有时可省去沉淀或廓清，但过滤是不可短少的。

⑴过滤的净水原理。①筛除作用：水经过滤料时，比滤层孔隙大的颗粒被截留；随后，滤层孔隙逐步变小，较小的颗粒也被截留。②接触凝聚作用：未被沉淀去除的细小絮凝体或脱稳颗粒，因与滤料接触而被吸附；滤料吸附絮凝体后，其吸附作用进一步加强。

⑵过滤的净水效率。取决于进水水质、滤料粒径、滤料层厚度、滤池结构、滤速和管理等要素滤速是指每小时经过单位滤池面积的水量。滤速越大，杂质在滤层中穿透越深。但滤速过大会影响滤后水质。

⑶对滤料的央求。具有足够的机械强度，不恶化水质，有一定的颗粒级配，经济易得。

⑷常用的滤池形式。①普通快滤池，平面为方形或圆形，过滤时，进水由分配渠流人排水槽，然后平均地散布于滤池外表，再经过滤料层和承托层；最后由滤管系统搜集后经清水管排出。洗砂时，清水经过滤管系统由下向上反冲洗，使砂层收缩浮起，砂数互相摩擦，洗下污泥；污水由配水、排水槽流至分配渠，最后由洗池污水渠排出。快滤池运转牢靠，并可经过降低滤速改善出水水质；②双层和三层滤料滤池，是在石英砂层上面再加一层粒径较大、比重较小的无烟煤滤料、因无烟煤层的孔隙大，故截泥才干较快滤池高；③虹吸滤池、无阀滤池和挪动冲洗罩滤池：这些滤池的净水原理与普通快滤池相同。它们的共同优点是，减少了阀门，并便于操作管理；但结构复杂。