硅藻土助濾劑在過(guò)濾中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2016/08/02 點(diǎn)擊量：
1. 前言
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，是最常用的助濾劑。
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，過(guò)使助濾劑在過(guò)濾介質(zhì)上形成多孔、疏松的濾餅，此處稱(chēng)為“預(yù)涂”?？梢杂行Х乐闺s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。最主要的一個(gè)特點(diǎn)是便于卸除濾餅和清洗過(guò)濾介質(zhì)。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，助濾劑與原液中的懸浮固體雜質(zhì)混合并沉積到預(yù)涂層上，這樣新的預(yù)涂層不斷形成，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，當(dāng)濾液通過(guò)預(yù)涂層時(shí)，懸浮液中的固體顆粒成聚集狀態(tài)，尺寸分布發(fā)生變化，大顆粒的雜質(zhì)在介質(zhì)表面被捕獲而截留，形成尺寸分布較窄的一層，并通過(guò)它們繼續(xù)阻擋，捕獲與其尺寸相接近的顆粒雜質(zhì)，逐漸構(gòu)成有一定孔隙的濾餅。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，顆粒尺寸較小的雜質(zhì)，逐漸進(jìn)入多孔隙的硅藻土助濾介質(zhì)而被截留。因?yàn)楣柙逋辆哂?0%左右的孔隙率，比表面積很大，細(xì)小微粒以一進(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(méi)有裂紋與脫落的硅藻土預(yù)涂層，這在豎直葉片式過(guò)濾器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(méi)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(méi)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，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)濾的程度很大程度上取決于固體不溶物的類(lèi)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)，能提供最大的流量(或每單位助濾劑的最大處理量),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（body feed）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。
想要得到清晰的濾液,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(jué)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(lèi)型，粒子的形狀，過(guò)濾條件和顆粒的特性。
3.2
助濾劑的預(yù)涂
使用硅藻土的第一步是在過(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(kāi)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)濾程與濁度最關(guān)鍵的一環(huán)。將預(yù)1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），若低于就會(huì)出現(xiàn)預(yù)涂困難，將濃縮的預(yù)涂漿泵入過(guò)濾機(jī)內(nèi)，預(yù)涂可根據(jù)濾機(jī)的過(guò)濾面積，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2～4mm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?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)較少的預(yù)涂而以不同的速度進(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)空隙大的顆粒最少要占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(mén)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0.8MPa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儲(chǔ)罐或壓力葉片式過(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)程通常最多需要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?；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)??；過(guò)濾介質(zhì)破裂；濾網(wǎng)磨損和/或金屬絲偏離；隔板與葉片邊緣之間滲漏；葉片排放嘴與集液管之間的墊片或密封圈磨損；過(guò)濾介質(zhì)負(fù)壓造成葉內(nèi)閃爍鼓包起皺；排放集液管負(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(kāi)始工作，打開(kāi)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)涂罐最好立即填滿濾液。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漿均勻地分散加入在濾液中并送入過(guò)濾機(jī)，添加也是整個(gè)濾程與濁度分不開(kāi)的一環(huán)。添加助濾劑是為了延長(zhǎng)過(guò)濾周期，使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
添加泵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。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(méi)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(jiàn)圖4和圖5。圖5顯示了總流量（豎軸）與助劑量百分比（水平軸）。在圖3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(méi)有明顯增加其滲透性。從這一點(diǎn)上,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(méi)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
過(guò)濾速率對(duì)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?xún)杀兜倪^(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)，周期結(jié)束。
過(guò)濾注意：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
在壓力過(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；從預(yù)涂切換到過(guò)濾時(shí)物料流損失；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、截留在過(guò)濾器中的空氣引起過(guò)濾面積減少或者濾過(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，冉阿后通過(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。
工業(yè)上有各種各樣的硅藻土過(guò)濾器,每個(gè)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。這些設(shè)備基本歸于兩類(lèi)：1)在壓力下操作；2)在真空下運(yùn)行。
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(lèi)、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(kāi)，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，最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。
