[科普中国]-过滤阻力

基本概念

过滤阻力，是指过滤时过滤层对滤液流动的阻力。在膜过滤中，对于渗透液的流动有几种阻力，最著名的阻力就是“浓差极化”阻力。如果膜成功地将悬浮物在其表面截留下来，那么在膜表面和大量进入的悬浮液之间势必会产生浓度梯度。渗透液流动的阻力随悬浮固体颗粒的含量而增加。因此渗透液流动的阻力随着膜面浓度增加而明显增大。随着膜两侧的压力差的增加，膜面的浓度可能达到一个最大值或极限值，压力的进一步增大不会使这一浓度增大，但可能会导致膜面沉淀层厚度增加。因此，膜面的厚度可变化的恒浓度层会产生附加的浓差极化阻力，这个阻力通常称作“凝胶层”阻力。1

特性即使没有任何悬浮物，膜也有固有的流动阻力，该阻力可以通过清洁流体流动测试确定。在过滤过程中，悬浮物质可能附着在膜的孔通道的内壁上，而使流体通道的尺寸减小，或者孔被完全堵塞。后两个现象导致了吸附阻力和孔堵塞阻力。在过滤悬浮液时，通常不可能将这两种阻力单独地量化，悬浮物的沉积层也会产生一个相当大的阻力。如果膜只起到真正的表面过滤的作用，则膜阻力会保持恒定，但通常膜会产生一些渗漏，实际的膜阻力在该位置会有所减小。因此，实际的膜阻力是吸附和孔堵塞共同作用的结果。在膜过滤模型中，通常考虑只存在单一的沉积层阻力：有效沉积层阻力。该阻力由浓差极化和凝胶层（或饼层）形成，膜和沉积层对孔吸附和堵塞状况的影响是相互作用的。1

常用的过滤介质常用过滤介质有：（1）粒状颗粒，如细砂、木炭等；（2）烧结金属、烧玻璃及多孔陶瓷等固体多孔介质；（3）纤维状介质，即滤布。它有包括天然纤维、合成纤维使用最广。合成纤维有涤纶、尼龙、氯纶、过氯乙烯、聚丙烯纤维等。与天然纤维相比较，其抗酸碱性能好，机械强度高，因而使用寿命长、吸湿性小，滤布易再生。其中涤纶耐酸性强，耐碱性中等，软化点255~260°C，在100°C时，能溶于40%NaOH溶液。尼龙耐碱性好，但耐无机酸腐蚀性差。聚丙烯既耐酸碱又耐热，被认为是有发展前途的合成材料。

天然纤维有棉、麻、毛及石棉制品等，除耐热性尚可外，其它性质均不如合成材料，在工业上已逐步为前者所取代。2

玻纤滤材过滤阻力的预测高效过滤器是保证医疗卫生、食品、生物工程、化学药品制造、航天、电子、精密机械制造等行业空气洁净的重要手段，其中过滤材料是决定空气过滤器过滤性能的关键。因纤维直径细、化学稳定性好等优点，以超细玻璃纤维作为过滤介质的高效过滤器在市场中占主导地位。

评价过滤材料过滤性能的主要参数有：过滤效率、过滤阻力、容尘量。对于高效过滤材料而言，最重要的参数是过滤效率，它是产品分级的依据；其次为过滤阻力和容尘量，它们是区分产品优劣的重要参数。相同过滤效率的高效过滤材料，过滤阻力越低，空气洁净系统的进气负荷越小，运行成本更低，高效过滤器的使用寿命也倾向于更长。所以，相同效率、更低过滤阻力是设计高效过滤材料的必然趋势。3