一、過(guò)濾的基本類型
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，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。微粒化的粒子有利于提高產(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，以便得到致密的濾餅并利于洗滌。
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。可采用的方法有空氣吹風(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。
