1.?前言 過(guò)濾是利用介質(zhì)（多孔物質(zhì)）將懸浮液中固形物截留形成濾餅，而液體則穿過(guò)介質(zhì)被澄清，由此達(dá)到液固分離的目的。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，需要進(jìn)行過(guò)濾的物料日益增多。特別是當(dāng)過(guò)濾物料中微細(xì)顆粒的含量高...
1.?前言
過(guò)濾是利用介質(zhì)（多孔物質(zhì)）將懸浮液中固形物截留形成濾餅，而液體則穿過(guò)介質(zhì)被澄清，由此達(dá)到液固分離的目的。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，需要進(jìn)行過(guò)濾的物料日益增多。特別是當(dāng)過(guò)濾物料中微細(xì)顆粒的含量高時(shí)，在濾過(guò)介質(zhì)上形成了致密的細(xì)孔道的濾餅，或堵塞過(guò)濾介質(zhì)的孔道，使濾過(guò)無(wú)法進(jìn)行。另外當(dāng)濾漿中含有粘性或膠凝性或高度可壓縮性顆粒時(shí)，形成的濾餅對(duì)濾液的阻力很大，易發(fā)生濾餅致密、透氣性差、過(guò)濾速度降低、濾餅水分提高等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，可以采用增加過(guò)濾面積、加大過(guò)濾推動(dòng)力等方法，但這些方法一般都涉及變動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備及工藝流程，投資比較大。相比之下，在濾漿中加入助濾劑的方法就顯得具有快速、簡(jiǎn)便、節(jié)省投資、見效快的優(yōu)越性。
將某種質(zhì)堅(jiān)固的能形成疏松濾餅的另一種固體顆粒加入濾漿中，通過(guò)過(guò)濾濾漿以形成較疏松的濾餅，使濾液得以流動(dòng)順暢，這種固體顆粒稱為助濾劑。
助濾劑的作用是減少過(guò)濾阻力，提高過(guò)濾速度和澄清度。助濾劑應(yīng)是化學(xué)穩(wěn)定的、不溶性的、堅(jiān)硬的、形狀不規(guī)則的細(xì)顆粒，可形成結(jié)構(gòu)疏松而且?guī)缀醪豢蓧嚎s的濾餅。硅藻土系列助濾劑是由硅藻化石加工制成的一種形狀不規(guī)則的多孔顆粒，主要成分為SiO2，有較高的惰性和不溶性，能形成堅(jiān)硬的不可壓縮的濾餅，是常用的助濾劑。
2.?硅藻土助濾劑的工作原理
采用硅藻土助濾劑進(jìn)行過(guò)濾一般分兩步操作。
首先，將助濾劑與潔凈濾漿混合均勻后，通過(guò)循環(huán)過(guò)濾使助濾劑在過(guò)濾介質(zhì)上形成多孔、疏松的濾餅，稱為“預(yù)涂”。預(yù)涂可以有效防止雜質(zhì)阻塞過(guò)濾介質(zhì)孔隙，延長(zhǎng)過(guò)濾周期和使用壽命，可以提高過(guò)濾精度。主要的一個(gè)特點(diǎn)是便于卸除濾餅和清洗過(guò)濾介質(zhì)。
其次，預(yù)涂建立后，將適量的助濾劑(body feed)持續(xù)添加到待濾液體中進(jìn)行過(guò)濾。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，助濾劑與濾漿中的懸浮固體雜質(zhì)混合并沉積到預(yù)涂層上，這樣新的濾餅層不斷形成，細(xì)小的助濾劑顆粒擁有無(wú)數(shù)的微通道，可以阻截住懸浮的雜質(zhì)，但不會(huì)堵塞潔凈液體通過(guò)。
在過(guò)濾過(guò)程中，因?yàn)楣柙逋辆哂?0%左右的孔隙率，比表面積很大，細(xì)小微粒一進(jìn)入助濾劑內(nèi)孔和復(fù)孔，往往由于吸附等原因被截留，可以將0.5μm的細(xì)微粒子除去，起到了良好的過(guò)濾效果。
在預(yù)涂過(guò)程中，助劑成敗的關(guān)鍵是能否形成均勻、穩(wěn)定、沒有裂紋與脫落的硅藻土預(yù)涂層，這在立式葉片過(guò)濾機(jī)中就顯得更為重要和困難。影響的主要原因有：采用的過(guò)濾介質(zhì)的目數(shù)沒有與所過(guò)濾的漿液粘度計(jì)硅藻土的粒度匹配合適；過(guò)濾介質(zhì)支撐的剛度太差是造成裂紋的主要原因。在過(guò)濾中介質(zhì)受壓較小，沒有變形，但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，過(guò)濾阻力變大，當(dāng)支撐剛度不夠時(shí)就發(fā)生變形，使預(yù)涂硅藻土層裂紋和龜裂。
3.?硅藻土助濾劑的選擇與使用
3.1助濾劑型號(hào)或等級(jí)的選擇
助濾劑的型號(hào)選擇是很重要的一環(huán)，由于各廠濾機(jī)、操作環(huán)境以及設(shè)定濁度與單機(jī)能力多少不同，這就對(duì)助濾劑型號(hào)或等級(jí)的選擇提出了很高的要求，而這大多來(lái)自于經(jīng)驗(yàn)并依據(jù)助濾劑廠家提供的助濾劑各個(gè)等級(jí)的相對(duì)流量圖來(lái)決定。
助濾劑的效果是削減過(guò)濾阻力，濾除液態(tài)懸浮物中的小顆粒。隨著助濾劑顆粒粒徑（平均粒徑）的增大，其平均比阻值減少，過(guò)濾速率及流量增大。相反，助濾劑顆粒粒徑減少，則流量降低，但能濾除懸浮物中更多的小顆粒。當(dāng)然，這還未考慮助濾劑的粒徑分布情況，過(guò)濾的過(guò)程很大程度上取決于固體不溶物的類型和粒度分布。即使兩種型號(hào)的助濾劑的平均粒徑很接近,兩者的平均比阻也會(huì)相差很大，兩者濾餅比阻的不同主要是由于粒度的分布不同引起的。在過(guò)濾過(guò)程中，含有的小顆粒數(shù)量多的助濾劑，小顆粒在大顆粒間孔隙的鉆隙明顯，增大了過(guò)濾過(guò)程的阻力。因此選擇助濾劑時(shí)，在滿足過(guò)濾精度的情況下應(yīng)盡可能選擇粗的助濾劑和粒度分布窄的助濾劑。
在大多數(shù)情況下，隨著助濾劑顆粒越來(lái)越細(xì)，能夠明顯改善濾液的澄清度。然而，如果一個(gè)給定的助濾劑等級(jí)能移除接近100%的懸浮物，再添加更細(xì)的等級(jí)，卻常常導(dǎo)致濾速減慢，并且澄清度也未改善。
因此，選擇合適的助濾劑等級(jí)就需要在高濾液澄清度/低流量與低澄清度/高流量之間找到平衡點(diǎn)。也就是說(shuō)選擇的助濾劑等級(jí)，能提供大的流量(或每單位助濾劑的大處理量)，同時(shí)保持可接受的清澈程度。
對(duì)于一種給定的液體，濾液的澄清度主要由以下方面決定：
1)助濾劑等級(jí)和助劑使用量；
2)助濾劑等級(jí)和預(yù)涂助劑使用量；
3)過(guò)濾周期；
4)過(guò)濾速度
想要得到澄清的濾液或可接受的濾液懸浮物量，可以通過(guò)以下方法確定：
1)濾液樣品視覺檢查；
2)濾液樣品與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比；
3)使用電子濁度儀器；
4)利用一張清潔的白色或黑色的濾紙對(duì)過(guò)濾濾液樣品進(jìn)行過(guò)濾，如濾膜，并觀察紙上的雜質(zhì)；
5)化學(xué)或生物分析；
6)重量分析法。
然而，即便給定一種助濾劑等級(jí)，也很難對(duì)將要被濾除的固體顆粒大小進(jìn)行準(zhǔn)確描述。這取決于用于測(cè)量污染物的顆粒大小的方法，相關(guān)液體的類型，粒子的形狀，過(guò)濾條件和顆粒的特性。
3.2助濾劑預(yù)涂
使用硅藻土的步是在過(guò)濾介質(zhì)上建立一個(gè)硅藻土助濾劑“預(yù)涂”。預(yù)涂的目的有三個(gè)層面：
1. 防止雜質(zhì)與過(guò)濾介質(zhì)直接接觸不被堵塞；
2. 使被過(guò)濾液體一開始就能獲得滿意的澄清度；
3. 過(guò)濾周期結(jié)束后有助洗清過(guò)濾介質(zhì)。
1）預(yù)涂量
預(yù)涂是將助濾劑預(yù)涂在過(guò)濾介質(zhì)上，是整個(gè)濾程與濁度關(guān)鍵的一環(huán)。將預(yù)涂液（助濾劑與清液混合）在預(yù)涂罐內(nèi)充分?jǐn)嚢?，同時(shí)應(yīng)根據(jù)過(guò)濾面積與過(guò)濾機(jī)相連管道及預(yù)涂罐總?cè)莘e（已配好的漿液體積應(yīng)為過(guò)濾機(jī)空腔與相應(yīng)的管線容積之和的1.25倍）來(lái)確定預(yù)涂漿的濃度，其濃度不能低于3%（助濾劑與清液），若低了就會(huì)出現(xiàn)預(yù)涂困難，將濃縮的預(yù)涂液泵入過(guò)濾機(jī)內(nèi)，不可太快或太慢，否則會(huì)造成預(yù)涂層不平或脫落。
助濾劑預(yù)涂量與過(guò)濾面積成正比，預(yù)涂層的厚度取決于采用的預(yù)涂方式及過(guò)濾設(shè)備，通常過(guò)濾介質(zhì)上應(yīng)形成3～5mm厚的預(yù)涂層。每平方米面積助濾劑的預(yù)涂量約為0.75～1.2kg。如果助濾劑分布較均勻，那么每平方米過(guò)濾面積0.75kg的助濾劑將形成預(yù)涂層厚度約1.6毫米。預(yù)涂過(guò)程中應(yīng)使用擋板或以不同的速度進(jìn)行預(yù)涂。
在助濾劑預(yù)涂的操作時(shí)應(yīng)注意：預(yù)涂層是通過(guò)在過(guò)濾器與預(yù)涂罐之間使助濾劑和濾液或潔凈介質(zhì)的混合物形成循環(huán)而建立。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的助濾劑粒子小于過(guò)濾介質(zhì)的孔徑，用做預(yù)涂層的助濾劑中比過(guò)濾介質(zhì)空隙大的顆粒少要占1～5%，它們必須在這些大的孔口上“架橋”形成預(yù)涂。這些橋架會(huì)被氣泡、壓力的突變或振動(dòng)打破，所以要保持過(guò)濾機(jī)內(nèi)壓力的穩(wěn)定，（特別是由預(yù)涂轉(zhuǎn)為正常過(guò)濾，切換閥門時(shí)），防止濾層起泡或脫落。一旦出現(xiàn)此現(xiàn)象，視鏡處的液體就會(huì)迅速變混，此時(shí)必須重新進(jìn)行預(yù)涂循環(huán)，以待濾液變清后再行過(guò)濾。
2) 預(yù)涂速率
預(yù)涂泵的泵送率主要取決于液體的粘度，泵送率應(yīng)該足以讓所有助濾劑保持懸浮狀態(tài)，但又不能過(guò)快而在過(guò)濾器內(nèi)造成對(duì)預(yù)涂層的沖蝕。對(duì)水而言，標(biāo)準(zhǔn)的速率為每平方米過(guò)濾面積每分鐘40～80升。對(duì)粘性液體來(lái)說(shuō)，這個(gè)速率可能低至每平方米每小時(shí)120升。原則上，預(yù)涂的一般是在大約0.4MPa的差壓下進(jìn)行。對(duì)水而言，上升速度至少為1.4米/分鐘來(lái)保持助濾劑的懸浮狀態(tài)。助濾劑懸浮液也可以在壓力葉片式過(guò)濾器內(nèi)將進(jìn)料從過(guò)濾器頂部至預(yù)涂罐形成循環(huán)來(lái)改善懸浮狀態(tài)。
3) 故障排除
預(yù)涂層建立一般需要2～5分鐘。然而，這并不意味著預(yù)涂層已經(jīng)到位。繼續(xù)預(yù)涂，直到過(guò)濾器內(nèi)液體變得相對(duì)清澈。這個(gè)過(guò)程通常多需要10到15分鐘。得不到清晰的濾液可能由下列原因引起：
過(guò)濾器不正當(dāng)?shù)呐艢猓?/p>
循環(huán)速率過(guò)快引起預(yù)涂層侵蝕；
過(guò)濾介質(zhì)堵塞；
預(yù)涂循環(huán)過(guò)少造成的葉片頂部預(yù)涂層過(guò)薄；
濾介質(zhì)破裂；
濾網(wǎng)磨損和/或金屬絲偏離；
葉片邊緣之間滲漏；
葉片底部噴嘴與集液管之間的密封圈損壞；
過(guò)濾介質(zhì)負(fù)壓造成葉內(nèi)凸起鼓包起皺；
集液管負(fù)壓導(dǎo)致葉片內(nèi)液體反向流動(dòng)。
3.3過(guò)濾與助濾劑添加
預(yù)涂后待預(yù)涂液澄清，過(guò)濾器開始工作，打開助劑泵及過(guò)濾器進(jìn)料管線，同時(shí)關(guān)閉預(yù)涂循環(huán)泵管線，這樣進(jìn)入過(guò)濾器的物料便是連續(xù)的，不存在壓力的突然波動(dòng)。如果過(guò)濾器通過(guò)過(guò)濾液預(yù)涂，預(yù)涂罐好立即填滿濾液。預(yù)涂罐也可以在過(guò)濾循環(huán)后期充滿，但這可能會(huì)造成問(wèn)題，因?yàn)檫^(guò)濾器的液流壓力可能會(huì)突然下降，這樣就需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)填充預(yù)涂罐。
助濾劑的添加：按一定比例把助濾劑添加液均勻地分散加入在濾漿中并送入過(guò)濾機(jī)，助劑添加也是整個(gè)濾程與濁度分不開的一環(huán)。添加助濾劑是為了延長(zhǎng)過(guò)濾周期，原濾層上形成助濾劑與雜質(zhì)粒子相混合的多孔濾層，維持新的過(guò)濾表面。
1) 助劑添加量
助劑的添加多少與流量和濾前粘度有密切關(guān)系，添加量應(yīng)控制在進(jìn)口壓差均衡上升為準(zhǔn)。過(guò)量的助劑的影響見下圖。
壓差急劇上升說(shuō)明添加量不足，因?yàn)樘砑又鸀V劑已被雜質(zhì)完全包圍，只是增加了濾層厚度，而沒有增加濾層滲透性；
壓差上升太慢，說(shuō)明添加量過(guò)多，助濾劑利用不足，這還要看被過(guò)濾的液體濁度是否理想。
曲線3顯示過(guò)濾的壓差突增，這是葉片間濾餅橋接的結(jié)果。這將導(dǎo)致過(guò)濾面積的急劇減少，它可能導(dǎo)致葉片的嚴(yán)重?fù)p壞。
不同的助劑添加量的影響見上圖和下圖。下圖顯示了總流量（豎軸）與助劑量百分比（水平軸）。在圖中可以看出，額外添加少量的助劑就會(huì)顯著減少總流量，因?yàn)橹鷦┍晃慈芙獾墓腆w完全包圍，所以不能增加濾餅的滲透率。這只會(huì)增加濾餅厚度沒有明顯增加其滲透性。從這一點(diǎn)開始，隨著助劑量逐漸增加，總流量也緩慢增加，然后在一段短時(shí)間內(nèi)迅速增加。隨著增加的速度逐漸降低，達(dá)到峰值。之后因?yàn)闉V餅厚度增加但沒有進(jìn)一步增加濾餅滲透率，它實(shí)際上會(huì)再次減少。
2）過(guò)濾速率
下圖顯示了過(guò)濾速率對(duì)過(guò)濾周期長(zhǎng)度的影響。例如，5L/m2/min的過(guò)濾速率，過(guò)濾器將運(yùn)行480分鐘并達(dá)到2.1bar的壓降。以兩倍的過(guò)濾速率運(yùn)行，循環(huán)周期長(zhǎng)度大約為150分鐘。一個(gè)典型壓力葉片式過(guò)濾器，當(dāng)達(dá)到3.5bar壓降時(shí)，過(guò)濾周期結(jié)束。
過(guò)濾時(shí)應(yīng)注意：過(guò)濾周期一定要保持原液進(jìn)口壓力不要太大，清液出口壓力不要太小，過(guò)濾期間一般不要人為的減少原液流量，以免造成預(yù)涂層起泡或脫落，造成濾液渾濁至停機(jī)。
3）葉片粘連及它的影響
在葉片過(guò)濾器中，葉片間的濾餅發(fā)生粘連，葉片上壓力不同將導(dǎo)致葉片嚴(yán)重變形。通過(guò)過(guò)濾器的濾餅容積(過(guò)濾面積乘以濾餅厚度，濾餅間至少保持1/4到1/2英寸的間隔)以及助劑和濾餅的密度可以計(jì)算出添加多少助濾劑不會(huì)引起濾餅的粘連。大多數(shù)硅藻土助濾劑的密度一般為320kg/ m3。這也等于濾餅的密度，因?yàn)楣腆w雜質(zhì)被濾除并包含在助濾劑顆粒的間隙中。
4) 故障排除
過(guò)濾器是在工作過(guò)程中，濾液應(yīng)是清澈的。如果不是，問(wèn)題可能是由于下列原因引起：
部分的過(guò)濾介質(zhì)堵塞；
進(jìn)料液體中含有氣體；
預(yù)涂環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致預(yù)涂的形成不理想；
助劑暫時(shí)或永久性堵塞能引起過(guò)濾循環(huán)周期縮短、過(guò)濾介質(zhì)堵塞、待過(guò)濾液的特性改變；
過(guò)濾器濾過(guò)率過(guò)高。
5) 濾餅卸除
過(guò)濾周期結(jié)束時(shí)濾餅的卸除一般采用以下方法:
反沖或碰撞(管式過(guò)濾元件)；
沖洗；
過(guò)濾器中殘液吹除后，進(jìn)行濾餅干燥，然后通過(guò)輕敲、或刮擦葉片或是機(jī)械振動(dòng)卸除干燥濾餅；
干燥濾餅卸除并沖洗;
對(duì)于在高溫下進(jìn)行過(guò)濾的粘性液體，要利用熱空氣或氣體從濾餅中提取盡可能多的液體。
無(wú)論采用何種方法進(jìn)行濾餅卸除，這都是極其重要的環(huán)節(jié)。濾餅必須卸除徹底，否則將導(dǎo)致過(guò)濾介質(zhì)的堵塞并影響過(guò)濾性能。
4.?結(jié)語(yǔ)
助濾劑的選擇，主要依據(jù)過(guò)濾目的、待濾物料的特性以及使用的過(guò)濾介質(zhì)等來(lái)確定助濾劑的種類、粒徑及添加量，以達(dá)到理想的助濾效果。過(guò)濾的目的是將懸浮液中的固相與液相分開，有的是為了得到澄清的濾液，有的是需要固形物形成的濾餅，或者濾液和濾餅都回收。工業(yè)過(guò)濾的很多場(chǎng)合是舍去濾餅而凈化液體的。如果是為了得到澄清的濾液而且需要較大的過(guò)濾速度，可選用硅藻土助濾劑，它本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種多孔物質(zhì)，且具有非壓縮性，有很好的過(guò)濾性能，是一種比較理想的助濾劑。
如果過(guò)濾所需要的有價(jià)物是濾餅，終還必須從濾餅中把助濾劑除掉才能得到純凈的固形物，這種場(chǎng)合若采用硅藻土，則將其從濾餅中分離出來(lái)較困難，故一般不被采用。若選用纖維素或活性炭粉作助濾劑較適合，因這二種助濾劑可通過(guò)加熱燃燒的方法從濾餅中全部清除，因此可得到單一純凈的固形物。
另外，為防止造成濾液通道短路而影響過(guò)濾精度，往往在硅藻土助濾劑中混加1-3%的纖維素或石棉纖維，可大大改善濾餅的性能。
