摘  要：簡(jiǎn)述液體澄清過(guò)濾類型以及目前工業(yè)生產(chǎn)上已使用的幾種液體澄清過(guò)濾裝置的特性，并指出這些裝置存在的主要不足之處。從技術(shù)原理、技術(shù)特色和應(yīng)用實(shí)例等方面重點(diǎn)介紹亞剛性高分子精密微孔澄清過(guò)濾技術(shù)，并通過(guò)工業(yè)碳酸鈉水溶液的過(guò)濾試驗(yàn)證明高分子精密微孔濾材優(yōu)異的過(guò)濾性能。

關(guān)鍵詞：液體；澄清過(guò)濾；過(guò)濾類型；過(guò)濾裝置；高分子精密微孔過(guò)濾

中圖分類號(hào)：X 703.1     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1004-0536（2009）02-00

    在各種工業(yè)生產(chǎn)尤其是各類化工生產(chǎn)中，凡有液體參與的工藝過(guò)程都離不開(kāi)液體過(guò)濾。按照過(guò)濾過(guò)程是否形成濾餅層，液體過(guò)濾可分為濾餅過(guò)濾與澄清過(guò)濾兩大類。液體濾餅過(guò)濾應(yīng)用領(lǐng)域很廣，而澄清過(guò)濾也非常重要。濾液的澄清度常常直接關(guān)系生產(chǎn)企業(yè)的命運(yùn)。對(duì)于某些工業(yè)生產(chǎn)，液體澄清過(guò)濾的精度往往比液餅過(guò)濾更高。

1 液體澄清過(guò)濾類型

1.1 按工藝過(guò)程中的過(guò)濾對(duì)象分類

1.1.1 原料液的澄清過(guò)濾

    有些生產(chǎn)工藝中的原料液往往含有固體物質(zhì)，為確保終端產(chǎn)品的質(zhì)量，這種原料液必須進(jìn)行過(guò)濾以除去不需要的機(jī)械雜質(zhì)。

1.1.2 中間液體的澄清過(guò)濾

    化工生產(chǎn)常由多道工藝過(guò)程串聯(lián)起來(lái)。工藝過(guò)程中許多操作均有液體參與，易產(chǎn)生新的固體雜質(zhì)，必須及時(shí)去除，否則會(huì)影響后續(xù)操作工藝的效率及終端產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.1.3 成品液的澄清過(guò)濾

    即使原料液、中間液都過(guò)濾了，由于各種原因，終端成品液中仍可能存在機(jī)械微粒雜質(zhì)，出廠前必須過(guò)濾，才能成為高品位的產(chǎn)品。

1.1.4 均相分離前的液體澄清過(guò)濾

    許多化工單元操作屬均相分離，如精鎦、吸收、吸附、蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取、干燥等傳統(tǒng)操作，以及離子交換、電滲析、超濾、納濾、反滲透等新型操作。為提高這些均相分離單元裝置的分離效率與使用壽命以及終端產(chǎn)品的質(zhì)量，必須對(duì)操作前的液體進(jìn)行預(yù)過(guò)濾，盡量將其中的機(jī)械雜質(zhì)去除。

1.2 按過(guò)濾終端要求分類

1.2.1 濾液澄清型（單一要求）

    這類過(guò)濾只對(duì)濾液的澄清度要求很高，對(duì)過(guò)濾后的濾餅沒(méi)有要求；主要應(yīng)用于固含量不多且固體顆粒又非常細(xì)的料液。對(duì)這些料液的澄清過(guò)濾最終很難得到干濾餅，一般只能得到固體濃漿。

1.2.2 濾液澄清-濾餅壓干型（雙要求）

    這類過(guò)濾主要針對(duì)固體顆粒需要回收的料液，最終的濾餅干度要高以便于運(yùn)輸。當(dāng)然，首要要求還是濾液必須相當(dāng)澄清透明。

1.2.3 濾液澄清-濾餅洗滌-濾餅壓干型（三要求）

    這類過(guò)濾除了澄清濾液和干濾餅的要求外，還要對(duì)固體濾餅在最后壓干前進(jìn)行充分洗滌，盡量洗去濾餅內(nèi)的原有濾液，使其不沾附在固體顆粒表面，則最終得到已洗滌的較干濾餅。

1.3 按濾材截留位置分類

    液體過(guò)濾技術(shù)按固體顆粒在濾材上被截留的位置可分為深層過(guò)濾技術(shù)與表面過(guò)濾技術(shù)兩大類。濾餅過(guò)濾基本上都采用表面過(guò)濾技術(shù)。澄清過(guò)濾根據(jù)液體中的固含量及對(duì)澄清度的要求多數(shù)采用深層過(guò)濾技術(shù)，也有采用表面過(guò)濾技術(shù)以及先深層過(guò)濾后表面過(guò)濾或先表面過(guò)濾后深層過(guò)濾的情況。深層過(guò)濾技術(shù)的類型很多，主要有分散型與固定型（整體型）兩種。

2 現(xiàn)有工業(yè)液體澄清過(guò)濾裝置的特點(diǎn)

2.1 深層過(guò)濾裝置

   最古老但應(yīng)用最廣的分散型深層過(guò)濾裝置有石英砂層與無(wú)煙煤層等，這兩種濾材的砂層床均有最簡(jiǎn)單的靜止型、可移動(dòng)與連續(xù)清洗型及能定時(shí)反洗的無(wú)閥濾池型等；較新型的有輕質(zhì)塑料微球床層、纖維球床層與纖維束床層等。分散型深層過(guò)濾濾層的特點(diǎn)是很厚，多數(shù)為1 m左右，容渣量很大；內(nèi)部孔隙率很高，毛細(xì)孔徑大；液體通過(guò)床層的線速度很大，過(guò)濾過(guò)程基本都發(fā)生在濾層內(nèi)部。這種濾層的最大缺點(diǎn)是再生時(shí)需大量反沖洗水（或其他液體）方可將其內(nèi)部的渣沖洗出來(lái)，易造成水資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。而反沖洗水的回收和固體渣的處理都需要額外的附屬液固過(guò)濾裝置，造成投資、操作成本以及能耗的增加。

    上述幾種分散型深層過(guò)濾濾層還有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即過(guò)濾效率不穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間的過(guò)濾，懸浮雜質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間積留在濾層內(nèi)部易引發(fā)細(xì)菌等生物滋生。生物死亡后會(huì)產(chǎn)生粘稠物，使分散顆粒濾材或纖維絲濾材局部粘結(jié)成塊狀，而塊狀物之間將形成局部溝流，使過(guò)濾效率明顯惡化。這些局部粘塊很難被分散開(kāi)，反洗再生時(shí)如果沒(méi)有強(qiáng)力機(jī)械攪拌，過(guò)濾效率無(wú)法高效恢復(fù)。

    此外，還有整體型深層過(guò)濾裝置，如聚丙烯噴熔濾芯、聚丙烯絨線繞線式濾芯及纖維粘結(jié)濾芯等。這些濾芯的孔隙率也相當(dāng)大，每一根濾芯可截留不少固體雜質(zhì)，但處理的液體量較小，且無(wú)法反洗再生，一旦嚴(yán)重堵塞就要更換。整體型深層濾芯的使用壽命短，用量很大，易造成資源與能源的浪費(fèi)，故不值得推廣使用。

2.2 表面過(guò)濾裝置

    表面過(guò)濾基本上適用于能形成一定厚度濾餅的過(guò)濾，過(guò)濾裝置一般是編制的濾布、濾網(wǎng)等薄層濾材。由于濾布與濾網(wǎng)的孔徑均較粗，細(xì)顆粒固體易穿漏而造成濾液的澄清度不高，故不適用于顆粒較細(xì)且含量少的液體澄清過(guò)濾。一些非編制的較厚無(wú)紡絨布已用于液體澄清過(guò)濾，其孔徑較編制的濾布或?yàn)V網(wǎng)小，因而過(guò)濾效率更高。但無(wú)紡絨布的孔隙仍比較大，細(xì)顆粒固體雜質(zhì)易深入到其深層，很難用液體反洗進(jìn)行高效再生，導(dǎo)致其使用壽命也相當(dāng)短，操作成本也較高。

    國(guó)內(nèi)外一些公司將微孔膜技術(shù)用于液體澄清過(guò)濾。超細(xì)濾紙?jiān)趪?guó)內(nèi)許多企業(yè)中也有應(yīng)用。這兩種濾材大多采用折疊式濾芯，過(guò)濾效率和過(guò)濾精度均很高。微孔膜濾芯無(wú)法再生，一旦堵塞即廢棄換新，使用成本很高，目前主要用于對(duì)濾液澄清度要求非常高的注射藥液與某些食品飲料的澄清過(guò)濾。國(guó)內(nèi)也有少數(shù)幾個(gè)公司將微孔膜大規(guī)模用于液體澄清過(guò)濾，但由于規(guī)模大，濾膜無(wú)法制成折疊式，只能將微孔膜套裝在剛性多孔管外面而成為管式過(guò)濾器。雖然這些管式膜過(guò)濾器的過(guò)濾精度與效率很高，但微孔膜很薄，抗拉強(qiáng)度差，易損壞；而且濾餅干度低，只能得到固體濃漿，另需其他壓濾機(jī)進(jìn)行壓干。此外，微孔膜的毛細(xì)孔一旦被細(xì)顆粒堵塞，無(wú)法用簡(jiǎn)單方法再生（除非經(jīng)?；瘜W(xué)再生，而許多雜質(zhì)難以化學(xué)溶解），一遇嚴(yán)重堵塞就必須更換。加上微孔膜價(jià)格昂貴，使用成本很高，故采用微孔膜管式過(guò)濾器進(jìn)行大規(guī)模液體澄清過(guò)濾并不適用于國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)。紙質(zhì)濾芯雖比微孔膜便宜，但壽命更短，且纖維易脫落而影響產(chǎn)品質(zhì)量，更不適合用來(lái)大規(guī)模澄清過(guò)濾液體。

3 高分子精密微孔過(guò)濾新技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

    高分子精密微孔過(guò)濾新技術(shù)已成功應(yīng)用于許多高固含量液體的精密濾餅過(guò)濾（包括濾餅洗滌與壓干），以及低固含量液體的精密澄清過(guò)濾。精密微孔過(guò)濾技術(shù)的核心是亞剛性的高分子燒結(jié)微孔濾材，目前已開(kāi)發(fā)出多種，工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用的是微孔PE與微孔PA兩類。

    亞剛性的高分子燒結(jié)微孔濾材的本體結(jié)構(gòu)為蜂窩型，其毛細(xì)孔縱橫貫通，在過(guò)濾過(guò)程中尺寸很穩(wěn)定。這類濾材的毛細(xì)孔尺寸比濾布或?yàn)V網(wǎng)的小得多，但比微孔膜的大；濾材的厚度比微孔膜、濾布或?yàn)V網(wǎng)厚，但比固定型或分散型深層過(guò)濾濾材要薄得多。高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)既不是“表面過(guò)濾”，也不是“深層過(guò)濾”，而是“表層過(guò)濾”。它的過(guò)濾現(xiàn)象是大孔徑毛細(xì)孔過(guò)濾小顆粒，而不是小孔徑毛細(xì)孔過(guò)濾大顆粒；過(guò)濾機(jī)理是表層吸附與孔口架橋?yàn)橹鳎砻鏅C(jī)械篩濾為輔。

3.2 技術(shù)特色

3.2.1 高過(guò)濾精度與過(guò)濾效率

    由于高分子精密微孔過(guò)濾原理主要依靠吸附，即使尺寸較大的毛細(xì)孔也能截濾住比孔徑小得多的微粒（一般水溶液中0.3 μm微粒的過(guò)濾效率可接近100%），因此絕大多數(shù)液體經(jīng)一次過(guò)濾就可得到清徹透明的濾液。

3.2.2 濾材的高物理再生效率

    由于依靠表層吸附過(guò)濾，被截留的固體微粒處于表層之內(nèi)而不是截留在濾材深層，采用簡(jiǎn)單的物理再生方法（流體快速反吹法）即可將表層截留的微粒絕大部分吹掃除去，而且再生效率很高，一般超過(guò)95%～98%。借助此再生技術(shù)，高分子精密微孔濾材可連續(xù)使用二年以上；若輔以有限的化學(xué)再生，則濾材至少可使用五年以上。

3.2.3 簡(jiǎn)單方便的干濾餅卸除

    對(duì)于絕大部分濾材，從其表面卸除粘細(xì)微粒形成的濾餅都相當(dāng)困難。粘細(xì)的濾餅一旦粘壓在濾材上就很難脫落，必須采用機(jī)械方法進(jìn)行刮渣、推渣或通過(guò)強(qiáng)烈振動(dòng)進(jìn)行卸除。但有些濾餅的粘性特別大，即使采用上述機(jī)械方法卸渣，在濾材表面仍會(huì)殘留一層；尤其是柔軟濾布，用機(jī)械方法幾乎無(wú)法高效卸除濾餅。而亞剛性的高分子微孔濾材采用壓縮空氣快速反吹法卸渣，空氣從微孔濾材表面的毛細(xì)孔中以聲速或超聲速向外噴射，可將絕大部分粘細(xì)濾餅推開(kāi)，使其脫落到過(guò)濾機(jī)殼體外面。這種卸除干濾餅的方法既快速又簡(jiǎn)便，效率相當(dāng)高。

3.2.4 濾材優(yōu)異的化學(xué)性能

    除了強(qiáng)氧化劑，濾材在100 ℃以下可耐各種有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、堿、鹽及其他溶液，90 ℃以下可耐絕大部分有機(jī)溶劑。

3.2.5 其他特色

    高分子精密微孔濾材的其他優(yōu)點(diǎn)有：材料很輕，比重接近1；安裝與檢修較輕便；機(jī)械性能中等，如微孔PE與PA；抗沖擊性能相當(dāng)好，不易損壞；所組裝的精密微孔澄清過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可內(nèi)襯塑料或橡膠，防腐性能相當(dāng)好。主要缺點(diǎn)是耐高溫性能較差，一般不能超過(guò)100 ℃；耐強(qiáng)氧化劑性能較差，這是高分子材料的致命弱點(diǎn)，目前材質(zhì)的抗氧化性能改善試驗(yàn)正在進(jìn)行中。盡管有以上兩大缺點(diǎn)，但高分子精密微孔濾材在工業(yè)生產(chǎn)上尤其是化工生產(chǎn)上的應(yīng)用仍非常廣。

3.3 在工業(yè)生產(chǎn)上的成功應(yīng)用

    高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)誕生三十年以來(lái)，已大量用于液體的精密澄清過(guò)濾，主要是原料液（包括水）、中間液和成品液的過(guò)濾，也有許多是電滲析、離子交換、超濾、納濾、反滲透、電解、吸附、吸收、精餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等化工單元操作前液體的精密預(yù)過(guò)濾。

    高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)用于氯堿生產(chǎn)上飽和鹽水的二次精密過(guò)濾已在國(guó)內(nèi)廣泛推廣。二次精密過(guò)濾前鹽水懸浮物濃度為10～20 mg/L，經(jīng)高分子精密微孔過(guò)濾，降至1 mg/L以下，鹽水溶液清徹透明（過(guò)濾前鹽水中不僅有CaCO ₃與Mg(OH)2等主要懸浮物，甚至還有Fe(OH) ₃等微粒）。二次精密過(guò)濾的平均濾速與過(guò)濾前懸浮物的濃度有關(guān)，一般可達(dá)0.4～0.6 m ³/(m2·h)；在大多生產(chǎn)企業(yè)中的處理規(guī)模一般為20～200 m ³/h，有些廠家的使用規(guī)模更大。國(guó)內(nèi)另一應(yīng)用規(guī)模很大的高分子精密微孔澄清過(guò)濾是人造絲生產(chǎn)過(guò)程中凝固酸浴的精密過(guò)濾，該酸浴的主要成分為50%硫酸，所含懸浮物為極細(xì)單體硫與不溶性硫化物。過(guò)濾前液體懸浮物濃度為60～70 mg/L，過(guò)濾后則不超過(guò)1 mg/L，濾液清徹透明。全國(guó)有幾十家大中型企業(yè)幾乎都采用此技術(shù)，應(yīng)用規(guī)模均在200～300 m ³/h，有的廠家甚至超過(guò)400 m ³/h。

    在高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)誕生之前，無(wú)論是氯堿生產(chǎn)上的飽和鹽水還是人造絲生產(chǎn)上的酸浴，幾乎都采用傳統(tǒng)的石英砂過(guò)濾，濾液質(zhì)量無(wú)法保證，且需大量反洗用水，不僅造成原料液損失和耗水量大，還產(chǎn)生大量污水，尤其是酸浴過(guò)濾往往排放1000 t/d以上的含硫酸性廢水，對(duì)環(huán)境破壞極其嚴(yán)重。采用高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)則濾液的質(zhì)量不會(huì)隨生產(chǎn)條件的變化而變化，始終清徹透明，且濾材再生時(shí)原料液損失極少，反吹再生也無(wú)須消耗大量水；如用于酸浴過(guò)濾，還可排出較干的含硫磺濾餅。

    除了上述兩大應(yīng)用實(shí)例，已長(zhǎng)期大量應(yīng)用高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)的還有成品糖液（如低聚糖、葡萄糖、果糖等），液體化工產(chǎn)品（如雙氰胺、山梨醇、乳酸、碳酸氫鈉、檸檬酸、磷酸、磷酸鹽、草酸等），有色金屬化工溶液（硫酸鎳、硫酸鈷、硝酸鈰、硫酸鋁等），以及生產(chǎn)上的中間液（如化肥生產(chǎn)上的銅氨液、脫炭液、脫硫液、腈綸生產(chǎn)上的硫腈酸鈉液等）。其他化工單元操作前的精密預(yù)過(guò)濾也經(jīng)常采用高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)，如離子交換和用于水質(zhì)凈化的反滲透均已長(zhǎng)期連續(xù)應(yīng)用高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行液體的預(yù)過(guò)濾。

3.4 過(guò)濾性能試驗(yàn)

    采用三種不同精度規(guī)格的微孔濾材分別對(duì)兩種工業(yè)碳酸鈉水溶液（將300 g或400 g市購(gòu)工業(yè)碳酸鈉溶于1 L自來(lái)水中）進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，連續(xù)過(guò)濾時(shí)間達(dá)15小時(shí)以上，液體透光率由高精度的分光光度計(jì)測(cè)量（吸收光波長(zhǎng)為700 nm）。所配制的兩種不同濃度碳酸鈉水溶液均相當(dāng)混濁，基本物理參數(shù)見(jiàn)表1；所含固體懸浮微粒非常細(xì)，經(jīng)激光粒度儀測(cè)定，其粒徑分布見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表1 兩種碳酸鈉溶液的物理性能參數(shù)

                表2 碳酸鈉溶液中固體微粒的粒徑分布          μm

表3 兩種工業(yè)碳酸鈉水溶液采用三種不同精度規(guī)格濾材的過(guò)濾效果

（*長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾后全部濾液混合后的透光率測(cè)定值）

表3中，經(jīng)2 μm規(guī)格的高分子微孔濾材過(guò)濾得到的濾液透光率只有92%～93%，而采用1 μm規(guī)格的濾材即可將濾液透光率提高至98%以上，采用0.5 μm規(guī)格的則可提高至99%以上。2 μm與1 μm規(guī)格的濾材平均濾速均較快，而同樣壓差下0.5 μm規(guī)格的濾材平均濾速卻明顯降低。0.5 μm規(guī)格的濾材可將溶液中最細(xì)的微粒全部截留，由于微粒非常細(xì)，故平均濾速相當(dāng)慢；過(guò)濾15小時(shí)，濾餅厚度可達(dá)到4 mm。經(jīng)高分子微孔濾材過(guò)濾后濾液的澄清度很高，可見(jiàn)此過(guò)濾技術(shù)的優(yōu)異性。

4 結(jié)  語(yǔ)

    經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)研究和推廣，高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)已在國(guó)內(nèi)液體澄清過(guò)濾領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)是一種節(jié)能減排的過(guò)濾技術(shù)，過(guò)濾效率高，濾材可長(zhǎng)期使用，且再生簡(jiǎn)單方便，可使工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和收率顯著提高，成本大幅降低。

技術(shù)支持：

設(shè)備咨詢前請(qǐng)完善我司工況調(diào)查表，以便我司工程師提供更完善的過(guò)濾方案！

工況調(diào)查表；

常見(jiàn)顆粒物尺寸大小；

常見(jiàn)液體粘度資料及數(shù)據(jù)參考表；

常用過(guò)濾設(shè)備-流體化學(xué)適應(yīng)性表；

規(guī)范過(guò)濾機(jī)濾布的更換、使用和維護(hù)；

過(guò)濾的基礎(chǔ)理論與技術(shù)進(jìn)展；

過(guò)濾的基礎(chǔ)概念；

過(guò)濾的種類及模式；

過(guò)濾行業(yè)常見(jiàn)單位換算表；

過(guò)濾行業(yè)術(shù)語(yǔ)；

過(guò)濾機(jī)理和形式；

化學(xué)相容性表；

精細(xì)過(guò)濾及硅藻土助濾劑的應(yīng)用；

濾餅理論與過(guò)濾器設(shè)計(jì)的探討；

濾布常識(shí)數(shù)據(jù)及應(yīng)用范圍；

目數(shù)與微米精度換算；

如何挑選合適的過(guò)濾耗材；

深層過(guò)濾理論與技術(shù)的研究進(jìn)展；

粘度當(dāng)量；