宋顯洪 宋志黎

（上海市東甌微孔過濾技術研究所)

過濾與分離

幾種常見液固過濾方法的能耗與物耗及改進方向

宋顯洪*宋志黎

（上海市東甌微孔過濾技術研究所)

液固過濾過程中能耗與物耗相當可觀，對我國節(jié)能減排任務的負面影響不可忽視。分析了四種常見的過濾方法 （循環(huán)過濾、多級過濾、真空過濾和錯流過濾）的高能耗與三種常見的過濾裝置與方法 （手動板框壓濾機，分散的深層過濾器與助濾過濾）的高物耗的概況，并簡單敘述了改造的大致方向。

過濾 循環(huán)過濾 多級過濾 助濾過濾 澄清度 濾餅過濾

Abstract:In the process of the liquid-solid filtration,energy and material consumption is considerable,the negative impactof the task on energy saving and emission reduction could notbe ignored in our country.Analyzed high energy consumption of four common filterationmethods（circulating filtration,multi-stage filtration,vacuum filtration and cross-flow filtration)and three common types of filtration devices andmethods(manual plate-and-frame filter press,dispersing deep filter,filter-aid filtration),and given abriefdescription of the generaldirection of themodification.

Key words:Filtration;Circulating filtration;Multi-stage filtration;Filter-aid filtration;Clarity;Cake filtration

不可再生的能源與資源日益枯竭，氣候與環(huán)境日益惡化，人口數量日益增加，如果我們還不認真地、堅決地貫徹執(zhí)行節(jié)能減排、節(jié)能減耗、節(jié)能增效的國策，不把低碳綠色經濟作為各行各業(yè)的最高準則，那就是在加速自挖墳墓，加速地球早日毀滅。為了貫徹節(jié)能減排的要求，各行各業(yè)必須摸清本行業(yè)的能耗與物耗的現狀，并在此基礎上找到節(jié)能減排的途徑。

液固過濾是各工業(yè)生產部門，尤其是化工、制藥、食品、冶金、能源、電子、礦山、機械及環(huán)保等工業(yè)部門，不可缺少的、量大面廣的單元操作，有的甚至還是關鍵操作，因此工業(yè)生產上的液固過濾操作其能源消耗與資源消耗相當大。長期的不嚴密設計與粗放操作，企業(yè)管理中能耗指標與物耗指標長期不重視、不考核，使得大家對高能耗與高物耗的現狀熟視無睹，習以為常。筆者迄今尚未看到有人對各種過濾裝置的能耗與物耗作系統(tǒng)與詳細的技術經濟分析，找出哪些能耗與物耗是必須的消耗，哪些是額外的或多余的消耗?，F在，殘酷的現實迫使我們要作這方面的統(tǒng)計與分析。這需要專門的人才與研究課題。筆者作為一名精密微孔過濾技術的研發(fā)者，從事研究、開發(fā)及推廣應用已有四十多年，與各種企業(yè)接觸較多，對各企業(yè)使用的各種過濾裝置有一定了解，為了響應節(jié)能減排的要求，特對幾種常見的過濾技術的能耗與物耗作一分析，目的是引起管理部門與廣大過濾技術工作者關心這些問題、研究這些問題，使工業(yè)生產上過濾操作的高能耗與高物耗現狀有所改善，或有較大幅度的下降。

1 幾種常見的過濾技術的能耗分析

所有的過濾技術通過特定的過濾機來實現。所有的過濾機由特殊的機體結構與過濾濾材兩部分組成。工業(yè)生產上的過濾機其機體結構多種多樣，過濾濾材的種類也不少。這些機體結構與濾材的應用歷史都相當久，因此現在所使用的各種過濾技術都屬于實用技術。但是如用低碳與綠色經濟來評判，用節(jié)能減排、節(jié)能減耗和節(jié)能增效的要求來對照，就可發(fā)現許多被認為是正常的、可行的、實用的過濾技術應盡速革新，不然的話，目前使用的不少過濾技術就將成為消耗能源與資源的 “敗家子技術”。許多所謂的 “循環(huán)過濾”、 “多級過濾”、 “真空過濾”及 “錯流過濾”，其實就是典型的多能耗技術。

（1） 循環(huán)過濾

現在工業(yè)生產上大多數過濾機，當過濾操作啟動后，并不能立即得到澄清度合格的濾液，往往需將濾液全部返回重新過濾。如果這種循環(huán)過濾僅進行一次或二次，也許還屬正常操作，因為不少過濾機的濾液出口管道上常會殘留少許懸浮物，利用濾液循環(huán)過濾一二次，可將這些殘留固體去除。但是目前許多企業(yè)選用濾材前，未作科學試驗與計算，僅作粗淺估算，甚至盲目選擇，導致過濾濾液的澄清度低，無法滿足生產工藝要求。為了提高澄清度，幾乎所有企業(yè)都采用循環(huán)過濾這一方法，循環(huán)1～2 h已成為正常操作，有的甚至循環(huán)3～4 h。不計能耗，不計勞動生產率，用長時間的循環(huán)過濾的方法來提高濾液的澄清度已成為許多企業(yè)一個常規(guī)手段。

如果某種物料中固體顆粒極細，沒有一個較好的辦法用一次高效過濾就解決問題，而需要用長時間循環(huán)過濾才能解決其澄清度，這是不得已而采用的辦法。對絕大多數物料，只要放棄粗放設計與粗放操作，完全可以做到 “不循環(huán)”或 “極短時間循環(huán)”就達到要求。

全國工業(yè)企業(yè)每天過濾的液體量極大，每天究竟循環(huán)多少液體？循環(huán)多少時間？根本沒有統(tǒng)計數據，但其數量必定是天文數字。單舉全國氯堿工業(yè)，據說2010年產量可達3 000萬t，每產1 t燒

式中Q——液體流量，m3/s;

H——泵的揚程，m；

ρ——液體的密度，kg/m3;

η——離心泵的效率，對大型離心泵，η=0.8。

如果每小時過濾量為1億m3，則Q=27 777.8 m3/s。當循環(huán)過濾時，其啟動揚程一般為5m，最高為25m，平均H=15m，對大多數液料，其密度為 1 000～1 100 kg/m3， 一般可取 ρ=1 050 kg/m3；對大型離心泵，η=0.8。將以上數據代入式 （1），得出1億m3料液，每天循環(huán)1 h，其所耗功率N=5 361 533.4 kW，即每天循環(huán)1 h，多耗電力536萬kW·h，每天循環(huán)2 h，則多耗電力1 072萬kW·h。如果全國有1 000億m3料液，每天循環(huán)1 h，每天就多耗電力53.6億kW·h；如果每天循環(huán)2 h，每天就多耗電力107.2億kW·h。上面只是初步估算。實際情況是國內企業(yè)長時間循環(huán)過濾現象非常普遍，許多企業(yè)將此作為經典操作手段，其能耗浪費可能遠遠超過我們的估算。

（2） 多級過濾

對一些質量要求很高的工業(yè)部門，如藥品、食品、微電子工業(yè)等，為了確保產品質量萬無一失，在液體過濾工序中，需設多道防線，即使前一級的液體的澄清度已滿足，往往后面再加一至二級精度更高的精過濾，目的是使產品出現紕漏的概率降至零。但是許多企業(yè)將這一特殊產品的特殊處理方法堿，電解所需的鹽水每小時為10多t，3 000萬t燒堿，每小時所需的鹽水為3億t，這些鹽水電解前需作1～2次精過濾。因此單氯堿的鹽水每小時至少需精濾3億t。全國化工、制藥、食品、冶金、礦山、環(huán)保等部門，產品非常多，有的產量非常大，每小時需過濾的液體總量至少為幾千億m3以上。由于大多數企業(yè)液體過濾的濾材至今絕大多數仍用很傳統(tǒng)甚至很落后的濾材，都需要長時間的循環(huán)過濾，其濾液質量才能達到工藝要求。大多數企業(yè)每天循環(huán)過濾時間至少為1 h，有的超過2 h。

液體過濾的動力有加壓與真空兩大類。加壓操作有氣壓與泵壓兩種，泵壓中采用離心泵最普遍，并且進行循環(huán)過濾也最簡便。因而凡是采用離心泵進行加壓過濾的幾乎都進行循環(huán)過濾。離心泵加壓過濾時，其能耗可按下式計算：移植到含固量多的濾餅過濾操作中。先用一至二級粗級過濾或其他分離方法將絕大多數較粗固體先去除，剩下的極少量的細顆粒再用效率很高的精過濾去除。以為這樣多級串聯過濾既能確保好的濾液質量，又能以較小的過濾面積獲得大量的固體濾餅。這種有違液固過濾基本知識的方法，往往并不能達到希望者的初衷，甚至適得其反，弄巧成拙。筆者曾遇到過很多這樣的案例。本來原先設計的一臺過濾機，其濾液的澄清度與處理能力都能滿足要求，只是原料液含固量較多，每天需幾次卸除濾餅，操作上稍麻煩些。為了減少卸濾餅的次數，就在該過濾機之前增加一級預處理機，有的采用重力沉降，有的用離心機 （如臥式螺旋離心機），有的用加壓過濾機或真空過濾機。前級去除95%以上甚至99%的固體，剩下5%甚至1%的固體再用原來的過濾機過濾。本以為原料液中固體已大幅減少，再用這一臺過濾機就可輕而易舉地完成剩下的固體的過濾任務。結果卻是，別說原來那臺過濾機，即使再把過濾面積放大幾倍，也往往難以勝任。為什么會發(fā)生這種 “不可思議”的 “怪事”呢？只要用 “濾餅過濾”的基本理論分析，就可一目了然。

假設料漿中固體顆粒為不可壓縮固體。按不可壓縮濾餅過濾的基本理論，濾餅過濾的平均濾速可按下式計算：

式中W——濾液的平均濾速；

Rm——濾材的阻力；

ΔP——過濾壓差；

μ——濾液黏度；

α——濾餅層的平均比阻；

c——濾餅體積與濾液體積之比。

當Rm、ΔP、μ，t不變時，W僅與αc有關。

如采用二級過濾，經第一級過濾后，c可大幅減??；第二級過濾時，如形成的濾餅的α仍等同于第一級過濾的α，則第二級的αc會大幅減小，按式 （2）計算，第二級的W會大幅增加。實際上，希望第二級的α等同于第一級的α，這是不可能的，因為第一級過濾后，料液中粗的或較粗的顆粒都被濾除，剩下的都是細的，這些細顆粒組成的濾餅，其α會大幅增加。

根據Kozeny-carman公式，各種顆粒堆積層的比阻α計算式為：

式中J——與顆粒層固體顆粒形狀有關的系數；S0——顆粒層的比表面積，m2/m3;

ε——顆粒層的孔隙率。

有限元法的基本思想是：假定接觸狀態(tài)，求出接觸力，檢驗接觸條件，若與假定的接觸狀態(tài)不符，則重新假定接觸狀態(tài)，直至迭代計算得到的接觸狀態(tài)與假定狀態(tài)一致為止。具體做法是：

顆粒堆積層的孔隙率ε可用下式計算：式

中B——顆粒層的堆積密度，g/cm3；

γ——固體顆粒的真密度，g/cm3。

顆粒堆積層的比表面積S0與平均顆粒粒徑d0存在以下關系：

式中d0——顆粒堆積層中固體顆粒的平均粒徑，m;

Ω——顆粒的球形度。

將式(4)與式(5)代入式(3)，則α的計算式為：

顆粒層的平均粒徑計算方法有多種，有按重量分布的平均粒徑，有按面積分布的平均粒徑，有按直徑分布的平均粒徑，有按個數分布的平均粒徑。作為濾餅比阻計算，通常使用按個數分布的平均粒徑。

顆粒層的堆積密度B也與d0有關，d0愈小，B愈大。B與d0呈何種定量關系，目前尚無人研究，但至少是呈一次反比關系。分析式 （7）可以看出，α與B為五次方正比關系。如果B與d0至少為一次方反比關系，那么α與d0至少為七次方反比關系。

假如二級過濾中前一級已將固體顆粒去除90%，則第二級的c幾乎只有第一級的10%，且顆粒的d0一般會減少至1/3（假如第一級d0=2μm，則第二級d0=0.67μm），如果比阻與d0呈七次方反比關系，則α增加37=2 187倍，αc增加218.7倍。根據式 （2）計算，平均濾速減少至1/14.8，即濾速只有原來的6.76%。采用二級過濾，第一級將固體去除90%，固體只剩下10%，但濾液體積減少不多，仍有90%以上的濾液需通過第二級過濾，而第二級的平均濾速已降至原來的6.76%，因此第二級過濾面積需增加15倍，否則無法達到過濾要求。

總之，采用二級或更多級的多級過濾，徒增加能耗與物耗，徒增加成本，對改善過濾操作毫無好處。

（3） 真空過濾

真空過濾在工業(yè)生產上應用很廣泛，尤其是連續(xù)鼓式、連續(xù)轉盤式與連續(xù)帶式的真空過濾機應用非常普遍。除非某些易揮發(fā)性物料或有嚴重腐蝕性物料不適宜，對大多數顆粒粒徑大于10μm的物料，連續(xù)真空過濾機很實用，使用也很方便。連續(xù)真空過濾需要三種能耗、一是液固過濾過程本身的能耗，二是過濾機連續(xù)轉動時的機械傳動能耗，三是產生真空系統(tǒng)的能耗。第一項與第二項能耗都很小，只有第三項能耗很高，但是很少有人關注真空過濾的能耗為什么相當高？

真空系統(tǒng)的能耗除了少量用于液固過濾本身的能耗外，主要消耗于產生真空與維持真空這兩方面。產生真空的能耗即是將承受濾液的真空容器在過濾啟動前從常壓狀態(tài)抽至真空狀態(tài)所需能耗；維持真空的能耗是在正常過濾時，為了維持真空容器所需的真空，并使過濾濾液順利進入真空容器，將與濾液等體積的真空容器內殘余氣體抽出、壓縮并將其排至大氣所需的能耗。

抽真空的能耗按氣體單級絕熱壓縮功率計算：

式中p1——吸入氣體的壓力 （絕對壓力）；

V——吸入狀態(tài)下氣體的體積流量；p2/p1——氣體壓縮比；

K——氣體絕熱指數， 對空氣K=1.4。將真空容器從大氣狀態(tài)抽至真空狀態(tài)，p1是不斷變化的，從大氣壓 （p2）逐漸減小至最后達到真空狀態(tài) （p1），應將式 （8） 以變量p1進行積分， 最后得到產生真空的能耗公式：

維持真空的能耗按式 （8）計算。

假如某一連續(xù)真空過濾機，真空過濾時，過濾濾液量為 60 m3/h，即 V=1 m3/m in，p1=5 066.25 Pa， 大氣壓力 p2=101 325 Pa， 壓縮比 p2/p1=20，K=1.4，假如真空泵效率為0.75。

按式(8)計算，其維持真空的能耗為10.8 kW。

按式(9)計算，其產生真空的能耗為10.9 kW。

液固過濾本身能耗不高 （按H=9.5 m算，Q=60m3/h=0.017m3/s，η=0.75），以離心泵功率計算，其過濾本身能耗只有2.1 kW。

如不考慮連續(xù)真空過濾機機械運動能耗，其過濾本身能耗與真空系統(tǒng)能耗總計為23.8 kW，過濾本身能耗只占8.8%，91.2%能耗都是真空系統(tǒng)的能耗。真空系統(tǒng)能耗共為21.7 kW，如果每天過濾20 h，每天真空系統(tǒng)耗電為434 kW·h，全年 （按330天計）共需耗電14.33萬kW·h。如果每年這種真空過濾機有一萬臺運行，則全年多耗電14億度。如果全國這類過濾機有十萬臺，全年就多耗電140億度。

（4） 錯流過濾

如果物料中固體顆粒非常細，都小于0.1μm，形成濾餅后其比阻非常大，致使濾餅過濾時的平均濾速非常小；由于顆粒細，顆粒表面能大，顆粒與濾材之間的粘合力也相當大。對于這類物料，為了使其能獲得較滿意的平均濾速，無濾層的錯流過濾方法就為許多人選用。料漿在濾材表面高速流動，可將過濾時形成的濾餅層及時沖刷掉，可使平均濾速大幅提高。料漿在濾材表面的線速度必須很高，一般要超過5～10m/s。顆粒愈細，線速度愈大。料漿高速流動要耗很大的能量。其實只有在濾材表面附近一層的高速流動的能耗是有效能耗，離表面稍遠的高速流動的能耗均是無效能耗。

錯流方法最先用于超濾、納濾、反滲透等均相分離的操作中，是為減少均相膜表面附近的濃差極化而采取的措施。由于料液中沒有固體顆粒，兩相鄰膜之間的間隙可以非常小，因而無效能耗也非常少。此方法如用于含有一定量細顆粒的非均相過濾，兩濾材之間的空間不可能非常小，否則該空間會被濃縮后的細顆粒堵塞，因此非均相分離的錯流過濾器很少制成易堵塞的卷膜式，絕大多數制成不易堵塞的管束式。

錯流管束過濾器只能起增稠作用，不能產生較干濾餅。過濾管直徑必須很小，其無效能耗才較少。這類過濾器的單位體積內可獲得很大的過濾面積。但無論直徑多小，其無效能耗比過濾本身能耗都要大很多倍。

例如一臺過濾面積為50m2的錯流管束過濾器，如果過濾管內徑為4mm，長為1m，過濾機內管數為3 979根，如要保持料漿在過濾管內的平均流速為6 m/s，料漿的循環(huán)流量必須為1 080 m3/h。如果料漿在過濾管進出口壓差為0.1MPa，假如循環(huán)離心泵的效率為0.8，按式 （1）計算，其循環(huán)泵的功耗為36.8 kW，每天耗電882 kW·h，全年 （按330天計）需耗電29萬kW·h；如果將過濾管內徑制為2mm，這么細難制成1m長，只能制成0.5m長，一臺50m2的錯流過濾器需安裝7 958根過濾管。由于過濾管內孔太細，需將料漿在過濾管中的平均濾速提至10m/s，循環(huán)流量為900m3/h，如過濾管進出口壓差需為0.13MPa，其每小時耗電近40 kW·h，每天960 kW·h，全年近32萬kW·h。

一臺50m2的管束型錯流過濾器，如過濾超細的小顆粒，其平均過濾濾速最多只有約1 m3/(m2·h)，總的濾液量也只有約50m3/h。過濾時過濾管內外壓差約0.1MPa，其過濾本身能耗也只有1.36 kW。如果泵效率為0.8，實際過濾本身能耗只有1.7 kW，即全年耗電只有1.35萬kW·h。而采用錯流方式，雖提高了平均濾速，循環(huán)能耗卻比過濾本身能耗高20多倍。

從減排效果看，高精度的錯流過濾器是一種很高效的過濾器?？蛇z憾的是它的高效與減排是建立在高耗能基礎上的。除非細顆粒100%是小于0.1 μm的微粒，目前暫時還找不到更好的方法而不得不采用錯流過濾。如果顆粒稍微大些，應盡可能用更節(jié)能的過濾方法。

2 幾種常用的過濾裝置與過濾方法的物耗分析

某些常見的過濾裝置與過濾方法，其直接能耗雖不高，但間接能耗卻不低。這就是一些高物耗的過濾裝置與過濾方法。

（1）低效又多耗材的手動板框壓濾機或廂式壓濾機

板框壓濾機 （包括廂式壓濾機）是一類有一百五十年歷史的古老過濾機，結構簡單，操作容易，占地面積小，過濾面積大。自采用增強聚丙烯作基礎材料，其防腐性能明顯提高，價格又相對較低，因而在發(fā)展中國家獲得大規(guī)模推廣應用；自采用彈性皮膜擠壓濾餅的技術后，明顯降低能耗，又進一步擴大了其應用領域。

目前板框壓濾機，尤其大量手動板框壓濾機存在的突出問題是其濾材均選用編織的柔性濾布或非編織的柔性濾氈。由于濾布的孔徑比較大，過濾效率較低，過濾啟動后需要長時間的循環(huán)過濾，即使是毛細孔徑較小的非編織濾氈，如遇到平均粒徑為1μm的細顆粒，仍需相當長時間的循環(huán)過濾，只是循環(huán)時間比編織濾布要短一些。嚴重的弊病是這些濾布或濾氈使用壽命都很短。其連續(xù)壽命絕大多數不超過半年，有的甚至不超過三個月。使用壽命短的原因除部分是機械損壞外，大多數是由于濾布或濾氈被細顆粒堵塞后無法用物理方法再生，而循環(huán)過濾又最易導致嚴重堵塞。濾布或濾氈目前價格雖不太貴，但卻需大量化工原料與能耗加工而成，加工過程又易伴生環(huán)境污染問題。全國手動板框壓濾機或廂式壓濾機至少有十多萬臺在使用，每年易耗的濾布或濾氈肯定是個天文數字，只是目前還無人作這方面的統(tǒng)計。每年大批的廢棄濾布或濾氈，雖可部分回收廢物利用，但其資源成本、能源成本與環(huán)境成本是觸目驚心的。

除了板框壓濾機等過濾機所用的濾布與濾氈是短壽命的易耗品，某些澄清過濾濾材，如噴融濾芯、濾紙或濾膜折疊濾芯等濾材，都是一次性使用的易耗品。雖然每個過濾器內濾芯不多，但這種濾芯的應用面極廣。由于其無法再生，每年消耗量也是個天文數字。

（2）分散型濾材的深層澄清過濾器

分散型濾材有分散顆粒型 （如石英砂、無煙煤粒、泡沫微球等）與分散纖維型 （如纖維球與纖維束等）兩大類。這些分散濾材主要用于澄清過濾。濾材層厚度相當厚，一般達1m左右。這些過濾器是傳統(tǒng)古老的裝置，尤其顆粒型，從古代就已存在。分散型濾材的深層澄清過濾器結構簡單，造價低，操作容易。濾層內容渣量很大，料液經過過濾層，其液體線速度也很大，因而這類過濾器的處理能力均很大。這些深層過濾器的濾材基本均可長期使用，壽命相當長，每年消耗量相當少。

分散型濾材的深層澄清過濾器雖有這么多優(yōu)點，卻不屬節(jié)能減排型，因為這些濾器有兩大致命傷。第一，由于深層濾器內濾材相當厚，濾材層孔隙中積留大量細顆粒，這些細顆粒大多與濾材粘吸在一起。物理再生時，需用相當動力的清洗液對過濾器內的濾材層進行劇烈攪動與翻騰，才能將濾材層內的細顆粒與濾材分開，隨清洗液流走。翻動時須劇烈，時間要長，因此不僅翻動的動力消耗大，清洗液消耗量更大。一般再生清洗液的耗量可達過濾液的10%～20%。如果回用這部分清洗液，需另設置高效精密濾餅過濾器，其所能過濾的濾餅量就是深層過濾層內全部截留的細顆粒。由于顆粒相當細，此清洗液過濾器投資費與動力費都不小。如果清洗液不回收，直接排放，將造成嚴重的環(huán)境污染。尤其當分散型濾材的深層過濾器過濾的料液不是中性液體，而是酸性、堿性或其他有毒有害液體，將會對環(huán)境造成嚴重破壞。第二，此類過濾器過濾效率不穩(wěn)定，尤其當固體顆粒是較黏性的物料時，或者經較長時間過濾，濾層內會產生一些粘附性物質，這時就會在分散濾材中局部發(fā)生 “板結”現象。濾層內多處產生板結就會導致整個濾層產生“局部溝流”，以致整體過濾效率大幅惡化。

（3） 助濾過濾

對難濾物料，投加固體助濾劑助濾，是一種很普遍很傳統(tǒng)的方法。助濾分為 “表面預涂助濾”與“本體助濾”兩種。前者可提高過濾精度與過濾效率，又可改善濾餅的卸除效率；后者可改善濾餅層的孔隙率，提高平均濾速。前者的操作相對麻煩；后者操作簡便。對許多難濾物料，兩種助濾方法可同時使用。

固體助濾劑有兩大類。一類是地礦產品，如硅藻土、珍珠巖 （石棉、滑石粉也可被用作助濾劑）；另一類是植物加工產品，如纖維素、炭粉等。助濾劑是一次性使用的易耗品，很少有人使用后進行再生與復用。地礦產品是不可再生資源，只會愈來愈少；植物加工產品是可再生資源，但加工過程的能耗、物耗及對環(huán)境的破壞要比地礦產品高。

固體助濾劑只能用于只要濾液，不回收固體濾餅的那類物料。如固體顆粒非常細、非常黏，濾餅的壓縮性很大，對這類難濾物料，加固體助濾劑是一種比較簡便又有效的方法。這一技術在工業(yè)生產上應用很普遍，因而助濾劑的消耗量相當大。但從節(jié)能減排、低碳經濟、保護地球等要求來評判，采用助濾劑助濾卻是耗能耗材的技術。根據大量應用研究，助濾劑的最佳投加量應與被過濾的固體重量相等。按這一指標去使用，每年使用的助濾劑必然是個天文數字。制取地礦產品的助濾劑需消耗大量能源與化學原料；制取有機助濾劑，能耗與物耗往往更多，價格更貴。如果在助濾劑的制造、應用及回收再生上不作研究，仍按目前的習慣與方法發(fā)展下去，那對我國節(jié)能減排的阻礙，對環(huán)境的破壞也是相當殘酷的。

3 改變液固過濾操作中耗能又耗材的落后面貌

目前生產上既節(jié)能又減排的液固過濾技術已出現幾個，但大多是既不節(jié)能，又不減排；有的雖然減排，卻不節(jié)能；有的表面看雖屬節(jié)能，卻不減排。本文特重點列出四種耗能型與三種耗材型過濾技術，都是目前工業(yè)生產上普遍使用的，但其能耗與物耗至今并未被重視的過濾技術，目的是拋磚引玉，以引起更多人關心與重視。

3.1 積極推廣現有的既節(jié)能又減排的過濾裝置

(1）連續(xù)陶瓷真空過濾機

由芬蘭Valmetoy公司與Auto Kumpom intec等研究試制成功的連續(xù)陶瓷真空過濾機，已獲得廣泛應用。它的過濾推動力不是流體壓差，而是毛細效應。真空作用只是將已吸入陶瓷板毛細孔內的濾液拉引出來，不需多大功率，因而屬節(jié)能型過濾裝置。

這種連續(xù)陶瓷真空過濾機我國已有幾家制造廠仿制，并已在國內不少企業(yè)獲得成功應用。

由于過濾原理是毛細效應，只要固體顆粒為憎液型的，其毛細效應就非常顯著，可以過濾很細小的顆粒。對親液型顆粒，它只適宜較粗顆粒，即只能過濾大于10μm的顆粒。如顆粒小于10μm，其濾餅層中毛細孔的毛細吸引就相當大。陶瓷盤上的毛細吸力難以吸引濾餅層內的濾液，因而對親液型顆粒，該機只適宜過濾較粗的顆粒，這是該過濾機的主要缺陷。此外，陶瓷濾盤的機械性能有待提高，目前發(fā)現某些陶瓷濾盤易損壞，壽命較短。

（2）剛性高分子精密微孔過濾機

這是我們獨立自主研發(fā)成功的過濾機，國外至今還沒有這種完整技術的新型液固過濾裝置。

該過濾技術最大特點是過濾精度與過濾效率非常高，水溶液類液體中，0.3μm微粒幾可100%濾??；采用壓力氣體快速反吹法可很快卸除濾材表面較干的濾餅，且時間短，又很方便。可用氣液快速反吹法對被堵塞濾材進行高效物理再生，簡單又便捷；濾材的化學性能非常優(yōu)越，可耐大多數酸、堿、鹽及大多數有機溶劑，濾材壽命2～5年以上，屬于長效濾材。過濾機的結構有多種，既可用于含固量多的物料的濾餅過濾，以及洗滌、壓干和自動快速卸除濾餅，也可用于含固量少、液體量大的液體澄清過濾；既可用于有腐蝕性物料的過濾，也可用于醫(yī)藥、食品等高要求物料的精密過濾。該過濾機已大規(guī)模用于化工、制藥、冶金、食品、機械、環(huán)保等工業(yè)部門，全國已有6 000多臺各種規(guī)格的過濾機在各工業(yè)部門使用，最長應用歷史已有30多年。這種過濾機是高效長效、節(jié)能減排、完全具有自主知識產權的液固過濾機。

3.2 大力改造高耗能或高耗材的過濾裝置

在四種高耗能與三種高耗材的過濾裝置與過濾方法中，循環(huán)過濾與真空過濾耗能量巨大，板框壓濾機 （或廂式壓濾機）的耗材也極為驚人。

（1）生產上之所以廣泛采用循環(huán)過濾，其原因不僅僅是由于濾材規(guī)格選擇不合理，也與整個過濾工程的設計有關。若濾材選擇正確，過濾工程設計也比較合理，可使循環(huán)時間明顯減少，能耗顯著下降。但由于濾布 （或濾氈）都是難高效物理再生的柔性材質，循環(huán)時間的明顯減少往往會導致其堵塞速度大幅上升，使用壽命更短，耗能型成為耗材型。最近二十多年，許多板框或廂式壓濾機增加了皮膜擠壓裝置，使許多濾餅壓干操作節(jié)能顯著，但高耗材的弊病并沒有多少改觀。

研制能高效簡易物理再生的柔性濾布，是解決柔性濾布短壽命的唯一途徑。但這是一項需長期努力的艱難任務，目前短時間內難有快速突破的希望。對一些新用戶企業(yè)或需重點改造的用戶企業(yè)，要減少過濾操作中的高能耗與高物耗，只能用已成熟的節(jié)能又減排的過濾技術與裝置，而在原來的老裝置上進行小修小改，很難取得較大改觀。

（2）真空過濾是耗能非常高的傳統(tǒng)過濾裝置，全國在用臺數又非常多，如要減低能耗，不必花大代價改造過濾機本身結構，最佳途徑是改造其真空系統(tǒng)。

（3）分散型深層澄清過濾器再生時耗液 （或水）非常大，占地面積也大，過濾效率又不穩(wěn)定。若物料處理量大，料液含有毒有害成分，盡量不要選用這類過濾裝置，可采用大過濾面積的 “剛性濾材的自動薄層過濾”。這種過濾技術既可保證高過濾精度與高過濾效率，又不需大量再生液 （包括再生水）；既可節(jié)約土地面積，又不污染環(huán)境，能耗也不明顯增加。

（4）錯流過濾是一種耗能相當大的過濾技術，不應提倡選用。其高過濾精度與高過濾效率完全可用 “剛性濾材的自動薄層過濾”取代，雖然其平均濾速比錯流過濾低些，但一般只有20%～40%的降低，而能耗卻大幅下降。

（5）現在許多工業(yè)生產廣泛使用一些非過濾的分離裝置。如自然沉降（如濃密機等）、斜板、斜管等，雖屬節(jié)能型，操作也很簡便，但分離效率卻很低，占地面積大，一次性投資往往也不低。自然沉降型的分離裝置對1μm以下的微粒幾乎無法回收，會造成大量寶貴資源流失，資源成為環(huán)境的污染源。這類落后的非過濾分離裝置完全可以用 “剛性自動薄層過濾”取代，雖然其動力消耗比重力沉降大些，但卻可完全解決細顆粒等資源的回收問題，占地面積可大幅減少，也不會對環(huán)境產生污染。

（6）多級過濾一般不宜使用。但如遇到處理量很大，料液中含固濃度又非常高，在此特殊條件下，可采用二級過濾，但第一級過濾效率不能高，只能將料液中60%～70%固體過濾掉，要留下30%～40%固體供第二級過濾。若能達到這一條件，第二級過濾就不必增加很多過濾面積。但實際操作中這往往比較困難，因為第一級過濾時，一旦形成較厚的濾餅，其過濾效率與過濾精度會明顯提高，很難會留下30%～40%的固體供第二級過濾。

（7）助濾過濾雖是解決某些難濾物料過濾的好方法，但不宜廣泛采用，應盡量少用，使用后盡可能以較低代價進行再生與回用。其實在不少的助濾過濾應用中，是可以讓相當大比例的無機助濾劑達到回用要求的。

4 結束語

本文只是對工業(yè)生產上目前常見的過濾技術其能耗與物耗作一些分析，還缺乏統(tǒng)計數據的支持，只希望以此拋磚引玉，能引起各有關領導與廣大過濾行業(yè)科技人員關心能耗與物耗問題，為落實我國節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務作一些貢獻。

Energy and M aterialConsum ption of Some Common M ethodsof Liquid-solid Filtration and ItsDirection of Im provements

Song Xianhong Song Zhili

TQ 051.8

2010-11-23）

*宋顯洪，男，1938年10月生，教授。上海市，200060。