固液分離技術(shù)的新進(jìn)展及發(fā)展動向
行業(yè)動態(tài)
1 前言
固液分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，如選礦、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、食品等。傳統(tǒng)的固液分離技術(shù)主要集中在過濾、壓濾、重力沉降、浮選等方面。隨著礦物資源的不斷開采和利用，礦石日趨“貧、細(xì)、雜”，有用礦物經(jīng)選別作業(yè)的后期處理日漸困難。許多選礦廠通過助磨劑的添加等措施，解決了微細(xì)礦粒的單體解離問題，前段選別作業(yè)能夠很好地回收有用礦物，而后期則大大地?fù)p失了有用礦物。如東鞍山鐵礦濃縮機(jī)溢流跑渾水高達(dá)5%的固體含量，其結(jié)果一是損失嚴(yán)重；二是給附近造成環(huán)境污染。同時，全球水資源急劇短缺，生存環(huán)境日益惡化，于是，人們對固液分離技術(shù)提出了更高要求，并傾注了很多心血去研究開發(fā)新的分離技術(shù)。
2 傳統(tǒng)分離技術(shù)概述
傳統(tǒng)的分離技術(shù)中，占主導(dǎo)地位的是過濾、沉降、篩分、干燥和離心沉降技術(shù)，其中，沉降技術(shù)又分為濃縮和澄清。首先，對于過濾技術(shù)，工業(yè)上基本使用圓盤過濾機(jī)，利用真空使固液分離，形成濾餅，濾液循環(huán)再用。盤式真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小、處理量大、價格低、維修工作量小，初期投資比其他脫水方式都低。但對粘性微細(xì)粒物料脫水效果差。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用濾紙分離晶體與濾液。其次，是沉降。沉降技術(shù)應(yīng)用的范圍較廣，在選礦廠、水廠中隨處可見，如各式各樣的沉淀池、澄清池、濃縮池等。沉降過程以及所用的機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)備比較簡單，使得重力沉降在各種固液分離技術(shù)中是較便宜的。這是因?yàn)樗幂^少的金屬構(gòu)件，能處理高水流速率，而且溢流常能達(dá)到較高的澄清度。有些難于過濾的物料能藉沉降法有效地分離。而干燥分離技術(shù)多用于寒冷地區(qū)的精礦脫水，以防凍車。篩分分離技術(shù)應(yīng)用較為普遍，主要用于大塊物料的脫水。
如前所述，傳統(tǒng)的固液分離技術(shù)雖然對世界各國的工業(yè)發(fā)展起過非常重要的作用，但時代的發(fā)展卻要求有更為先進(jìn)、更為精確的固液分離技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工礦企業(yè)乃至家庭生活中。
3 分離技術(shù)的新進(jìn)展
3.1 沉降技術(shù)
沉降分離技術(shù)的發(fā)展除了設(shè)計使用不同機(jī)械原理的沉淀、澄清、濃縮設(shè)備外，主要集中于絮凝劑的開發(fā)上。當(dāng)物料粒度很細(xì)時，特別是粒度小于5～10μm的礦泥，細(xì)小顆粒之間由于范德華力的相互作用使其吸引，經(jīng)常呈無選擇的粘附狀態(tài)。又由于細(xì)粒物料本身具有很大的比表面、質(zhì)量小、表面能高，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，故細(xì)粒微料之間的粘附現(xiàn)象，經(jīng)?？梢宰园l(fā)產(chǎn)生。
絮凝劑的研究和開發(fā)在固液分離技術(shù)中深受重視并取得了較大進(jìn)展。如美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)麥凱礦山學(xué)院化學(xué)和冶金工程系的A.M雷查等關(guān)于生物絮凝劑絮凝粉煤的研究就是一個好的發(fā)展方向。
為了生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的煤以及提高粉煤的脫水性能，以前就研究過煤絮凝。其中大多數(shù)人的研究重點(diǎn)放在合成聚合絮凝劑的使用上。已用于煤處理的絮凝劑包括：部分水解的聚丙烯酰胺、非離子型的聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸鹽、含有螯合基和絡(luò)合基團(tuán)的聚丙烯酰胺。在許多情況下，需同時用表面活性劑與聚和絮凝劑來提高煤的疏水性。如果不在適當(dāng)條件下使用，合成絮凝劑就傾向于沒有選擇性。生物絮凝劑則正相反，在自然狀態(tài)有選擇性，并可在較寬的pH范圍內(nèi)作用，而且比合成絮凝劑的濃度要低。
該研究所用生物絮凝劑為微生物分支桿菌屬，呈一種凍干細(xì)菌培養(yǎng)的狀態(tài)。作為對比所用的兩種合成聚合絮凝為聚氧化乙烯（PEO）和聚丙烯酰胺（PAM）。在這項(xiàng)研究中考察了時間、濃度、pH和不同絮凝劑對于粉煤的絮凝影響。
使用不同絮凝劑時，時間對煤樣沉淀量的影響也不同。較好的結(jié)果是使用從微生物中取得的生物聚合物獲得的。隨時間而增加的沉淀量在約2min內(nèi)達(dá)到98%，然后隨著時間進(jìn)一步延長，沉淀量保持恒定。在使用合成聚合絮凝劑（PEO和PAM）時，4min之后才達(dá)到80%左右的沉淀量。使用生物絮凝劑，可以獲得較快的沉降速率，因?yàn)樾鯃F(tuán)的形成非常迅速，并且很快沉降。使用合成絮凝劑時，絮團(tuán)慢慢地形成，結(jié)合松散的絮團(tuán)緩慢沉降。
研究了絮凝劑的濃度對煤樣絮凝效率的影響。絮凝時間保持在3min。使用生物絮凝劑，當(dāng)增加濃度時，絮凝效率顯著地增加，在50×10-6的濃度下，達(dá)到大約0.98的絮凝效率，然后在更高濃度下保持恒定，用PEO和PAM絮凝劑表明，在150×10-6濃度下絮凝效率只有0.8。增加PEO濃度不影響絮凝效率。然而PAM在較高濃度下，絮凝效率卻降低。這可能是因?yàn)轭w粒之間的空間穩(wěn)定性導(dǎo)致親水表面的形成。另一方面，用生物絮凝劑提高了絮凝效率，達(dá)到一種顯示煤表面疏水的平穩(wěn)狀態(tài)。用于該項(xiàng)研究的合成絮凝劑的用量比文獻(xiàn)中報道的用量高得多。合成絮凝劑在中性pH下效果較好，而生物絮凝劑在pH為3～5的酸性范圍內(nèi)有選擇性。
3.2 過濾技術(shù)
在金屬礦山中，隨著選礦工業(yè)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源日益貧化、細(xì)化，一些選礦廠采用了細(xì)磨工藝，細(xì)粘物料日益增加，使浮選過濾變得更加困難。選煤也是如此，小于0.5mm粒級煤的含量逐年增加。因此精礦和精煤脫水問題日益突出，是亟待解決的問題，引起有關(guān)人員的關(guān)注。國內(nèi)外有關(guān)科研院所、制造廠和使用部門在不斷改進(jìn)連續(xù)真空過濾機(jī)，連續(xù)加壓過濾機(jī)在許多公司得到成功應(yīng)用。而且在工藝和節(jié)能方面得到某些優(yōu)化和改進(jìn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了蒸汽加壓過濾技術(shù)和陶瓷過濾技術(shù)，出現(xiàn)了新型過濾機(jī)。這些新型連續(xù)式過濾設(shè)備具有濾餅水分低、形成快、處理能力大、壓氣消耗少、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)時間中取得了良好的效果。
3.2.1 盤式真空過濾機(jī)
盤式真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小、處理量大、價格低、維修工作量小，初期投資比其他脫水方式都低。但對粘性微細(xì)物料脫水效果差。為此，挪威海德拉力夫特（HYdraliftA/S）公司斯坎梅克（Scanmec）選礦分公司對盤式真空過濾機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，將過濾機(jī)蝸輪蝸桿驅(qū)動裝置改用鏈條驅(qū)動；加大管路直徑和頭部外形尺寸；扇形過濾板用聚氨酯或模鑄橡膠制造。從而降低流速，提高過濾效率，降低濾餅水分，便于維修。改造后Scanmec盤式真空過濾機(jī)有22臺用于美國明尼蘇達(dá)梅薩比（Mesabi）鐵礦區(qū)，對鐵精礦過濾，濾餅水分為9.2%。
3.2.2 陶瓷過濾機(jī)
陶瓷過濾機(jī)首由芬蘭Valmetoy公司研制成功，80年代中期芬蘭Outo Kumpu mintec公司購置制造陶瓷片的專利，九十年代出了以毛細(xì)作用為原理的CC系列陶瓷過濾機(jī)以來，在世界各地有色金屬選礦廠對銅、鋅、鋁、鉛、鎳及硫等精礦脫水過濾中獲得廣泛應(yīng)用。該機(jī)兼?zhèn)淞顺Ｒ?guī)真空盤式過濾機(jī)和壓濾機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，濾餅水分低，能耗低，濾液清澈，自動化程度高，處理能力大（一般為圓盤式真空過濾機(jī)的三倍），無濾布損耗，減少維修費(fèi)用，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，安裝費(fèi)用低，且生產(chǎn)成本更低。
陶瓷過濾機(jī)獨(dú)特之處是利用毛細(xì)效應(yīng)原理用于脫水過濾，用親水性材料，燒結(jié)氧化鋁制成陶瓷過濾板上布滿了直徑1.5μm和2μm小孔，每小孔即相當(dāng)一個毛細(xì)管。這種過濾板經(jīng)與真空系統(tǒng)連接后，當(dāng)水澆注到陶瓷過濾板時液體將從微孔中通過，直到所有游離水消失為止。而微孔中水阻止氣體通過，形成了無空氣消耗的過濾過程，當(dāng)陶瓷過濾板浸入過濾礦漿中時，在無外力作用下，借助毛細(xì)效應(yīng)產(chǎn)生自然力進(jìn)行脫水過程，過濾板堆積固體顆粒形成濾餅，濾液通過過濾盤進(jìn)入濾液管連續(xù)排出，直到排干為止。整個過程只需一臺很小的真空泵，就能取得處理能力大，濾餅水分低的效果。
目前又開發(fā)出加壓型陶瓷過濾機(jī)以滿足高海拔地區(qū)使用。其過濾機(jī)理和工藝效果有新的突破。我國是能源相對短缺的國家，開發(fā)低能耗陶瓷過濾機(jī)，潛在市場很大，勢在必行。
3.2.3 蒸汽過濾技術(shù)與設(shè)備
蒸汽過濾是為解決細(xì)粘物料在常溫下過濾效率低的問題而提供的一種新的過濾途徑，可以進(jìn)一步降低濾餅水份，從而節(jié)省干燥作業(yè)費(fèi)用。
3.2.3.1 帶蒸汽罩的真空過濾機(jī)
1962年，Burton首次將有100℃過濾蒸汽直接施加到用于浮選精煤的旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的脫水區(qū)，可使細(xì)粒煤濾餅水分含量減少一半，每除去1kg水約0.75kg蒸汽，同時減少濾餅厚度與細(xì)顆粒含量均能提高蒸汽的有效作用。當(dāng)蒸汽所受壓差大于濾餅孔隙的毛細(xì)壓力時，蒸汽便進(jìn)入濾餅的孔隙中，排出濾餅孔隙中的自由水。當(dāng)濾餅中水分被高溫蒸汽加熱，使濾液溫度升高，從而降低水的粘度和表面張力。一般15℃水的粘度為1.14MPa·s，當(dāng)溫度升高到80℃時水的粘度下降到0.351Mpa·s，強(qiáng)化了脫水過程。蒸汽的高溫也會使濾餅內(nèi)部水分蒸發(fā)，從而極大地降低濾餅水分。
美國Eimco公司曾對硫化礦的浮選精煤，已脫泥后金屬礦物、細(xì)磨過的金屬礦物和洗煤廠的尾煤用真空過濾機(jī)進(jìn)行蒸汽脫水試驗(yàn)，加蒸汽真空過濾機(jī)濾餅水分比真空過濾機(jī)濾餅水分分別降低了2.6%、3.9%、4.6%和5.5%。并得出蒸汽脫水與熱力干燥法比較，在過濾費(fèi)用、所占廠房面積、所需設(shè)備等方面具有明顯優(yōu)越性。
為解決過濾機(jī)受蒸汽腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，塑料元件不能耐高溫的問題，科佩茲研制了一臺用高強(qiáng)度耐腐蝕材料制造的60㎡真空過濾機(jī)，配以高強(qiáng)度耐腐蝕的蒸汽罩。進(jìn)行脫水試驗(yàn)表明：與普通真空過濾機(jī)相比，濾餅水分顯著降低，在運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和使用壽命上不低于普通真空過濾機(jī)。
3.2.3.2 蒸汽加壓過濾技術(shù)
蒸汽加壓過濾機(jī)是把機(jī)械和熱力過程結(jié)合到同一過濾設(shè)備上，在溫度較低的濾餅表面，蒸汽冷凝形成冷層，進(jìn)而從濾餅中排出毛細(xì)水。
德國BOKELA機(jī)械工藝技術(shù)工程師協(xié)會的博特博士進(jìn)行了蒸汽加壓過濾機(jī)實(shí)驗(yàn)研究。他將真空過濾機(jī)置于加壓容器中，驅(qū)動裝置安裝在壓力容器外部，對高溫引起變化要格外注意，如過濾機(jī)控制頭、濾布、濾餅、排出機(jī)構(gòu)等。在壓力容器中充以壓縮空氣，蒸汽室充以蒸汽，并減少了熱輻射而引起蒸汽損失。通過壓差控制使蒸汽室蒸汽壓力稍高于壓力容器中壓氣壓力，以防止進(jìn)入蒸汽過濾區(qū)域。壓力容器內(nèi)儀器設(shè)施不接觸高溫與蒸汽室相隔離。容器中懸浮液的表面只與壓氣接觸，并主要靠壓氣過濾形成濾餅，這樣就較大限度降低了由于冷凝而損失的蒸汽。
3.2.4 帶式壓榨過濾機(jī)
帶式壓榨過濾機(jī)是世界上一種發(fā)展較快的污泥脫水設(shè)備，它結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能耗低、噪音小、可連續(xù)作業(yè)，因而美國、英國、德國以及奧地利等國相繼對它進(jìn)行了研究和開發(fā)應(yīng)用。應(yīng)用范圍除了城市下水污泥處理外，已普及到造紙和紙漿、選礦、選煤、化工、食品等行為，以及工業(yè)廢水污泥處理。
提高自動化操作水平始終是帶式壓榨過濾機(jī)高效率化的重要研究課題。因此，近幾年國外一些公司進(jìn)行了以調(diào)節(jié)污泥性狀為主的、監(jiān)控脫水操作過程的自動控制系統(tǒng)的研究，如美國Von Roll公司和日本（株）神戶制鋼所，它們研究出了由微機(jī)輔助的自動控制系統(tǒng)。這種自動控制系統(tǒng)由傳感原件和控制臺所組成，用來控制和調(diào)節(jié)絮凝劑的添加量，污泥的投放量以及脫水操作過程等。
濾帶再生效果的好壞將影響到濾餅剝離和脫水效率。傳統(tǒng)采用高壓水噴洗濾帶的方法。這種方法的缺點(diǎn)是用水量大，每小時需5～10t/m（水壓0.8～160MPa），清洗下來的污泥混入清洗液回流，增加了水處理系統(tǒng)的負(fù)荷。國外開發(fā)出了一種濾帶超聲波清洗新技術(shù)。這種超聲波清洗機(jī)構(gòu)裝置在濾帶返回的一定部位，部分返回濾帶浸入清洗水槽內(nèi)，由超聲波發(fā)振裝置發(fā)出的振波從行走著的濾帶反面（非濾帶承載面）向?yàn)V帶輻射，使附著在濾帶面上的污泥浮離于水槽水中，然后由設(shè)在超聲波發(fā)振器后的高壓清洗噴嘴輔助噴洗，使濾帶完全再生。
目前，帶式壓榨過濾機(jī)已由普及型向高效率化方向發(fā)展。這一發(fā)展趨勢的主要標(biāo)志是：（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)的緊湊化；（2）濾餅低含液量及脫水操作的高效化；（3）自動控制系統(tǒng)化等。
3.3 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)發(fā)明后，隨著新型高分子材料的開發(fā)，分離功能材料在功能高分子材料中已占有十分重要的地位。1994年世界分離膜的總產(chǎn)值已達(dá)22億美元。并以12%～15%年需求增長速率向前發(fā)展。膜分離技術(shù)是用人工或天然合成的高分子分離膜，借助于化學(xué)位差或外界能量的推動力對雙組份或多組份的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、提純和富集的方法，以壓力差為推動力的膜分離過程可分為微濾、超濾、反滲透等。由于使傳統(tǒng)的分離工序發(fā)生革命性的變化，所以高分子分離膜，廣泛地應(yīng)用于化學(xué)工程、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、石油探測等眾多領(lǐng)域內(nèi)，在當(dāng)代高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，膜分離技術(shù)將作為開發(fā)的重點(diǎn)，對其研究的主要方向集中在膜材的研制和膜應(yīng)用的研究。
3.3.1 新型膜材
（1）聚砜超濾膜
聚砜膜為一種性能優(yōu)良的膜，膜厚＜40μm，內(nèi)層空隙率高，孔規(guī)則且無致密外層的特點(diǎn)。聚砜膜可制成三層結(jié)構(gòu)的膜，錠狀孔的內(nèi)表層，圓形孔的外表層和枝形孔的中間層。使用氯甲基化聚砜為原料，采用干一濕法紡制中空纖維膜。采用聚砜反滲透膜成功地用于工業(yè)廢水和廢液處理，是它比較有希望的應(yīng)用領(lǐng)域之一。
（2）納濾膜
納濾膜介于反滲透與超濾膜之間，由于該過濾過程的膜孔徑處在納米級內(nèi)，截留分子是在百量級，因此成為：“納濾”。其對NaCl的截留率為50%～70%，對有機(jī)物的截留率為90%。
（3）聚乙烯醇膜
聚乙烯醇由聚乙酸乙烯醇解制成，我國為世界聚乙烯醇生產(chǎn)的第一大國。具有原料易得的生產(chǎn)優(yōu)勢。聚乙烯醇膜的制備可分為交聯(lián)法和交聯(lián)前先共聚兩種，采用的共聚單體可以是甲醛丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯腈等。
（4）中空纖維富氧復(fù)合膜
中空纖維復(fù)合膜直徑小，可緊密排列，在膜分離器內(nèi)裝填密度大，可使設(shè)備更加小型化，結(jié)構(gòu)簡單化。由于中空纖維具有大的比表面積和自我支撐特點(diǎn)，適于制成小型裝置，特別適應(yīng)于醫(yī)藥和生物工程中等不同物質(zhì)的分離。中空纖維富氧復(fù)合膜具有高的富氧能力，其通量遠(yuǎn)大于均質(zhì)中空纖維膜和不對稱中空纖維膜，且耐壓性好，為中空纖維膜。
3.3.2 膜的應(yīng)用
在膜的應(yīng)用方面，與膜流場相對應(yīng)，有兩種膜過濾形式：死端過濾和十字流過濾。由于十字流過濾具有膜污染程度較小，膜通量大，能持續(xù)運(yùn)行而得到廣泛應(yīng)用，微濾技術(shù)因?yàn)殚_發(fā)早，應(yīng)用較廣泛。因此，十字流微濾技術(shù)成為膜分離領(lǐng)域較受重視的一項(xiàng)技術(shù)，但困擾膜分離技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的一個關(guān)鍵問題是由于濃差極化和膜污染而造成膜過濾通量下降。膜的污染是指由于濃差極化在膜的表面形成濾餅層，或由于顆粒的沉積，堵塞膜孔，使膜過濾通量下降。為了使過濾能持續(xù)高效的運(yùn)行，必須減小濃差極化現(xiàn)象和顆粒的沉積。人們采用了一些不同方法來解決膜的污染問題，比如采用反向沖洗技術(shù)、外加電場、增加流動不穩(wěn)定、脈沖進(jìn)料等方法，但這些方法的共同特點(diǎn)是膜本身是靜止的，因此總是存在著濾餅層。1978年，A·Magraritis和C.R.Wilke提出了旋轉(zhuǎn)動態(tài)膜過濾，由于它的膜是運(yùn)動，濾餅層較難形成，所以成為一種很有應(yīng)用前景的分離技術(shù)，也成強(qiáng)化過濾方法研究較多的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)動態(tài)膜結(jié)構(gòu)一般分為兩種形式：一種是圓筒式（管式）結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為膜管或內(nèi)外均為膜管，內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)；另一種是圓盤式結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)件為膜面或緊鄰膜面處加旋轉(zhuǎn)件。相對而言，旋轉(zhuǎn)管式動態(tài)膜比旋轉(zhuǎn)盤式動態(tài)膜研究更多一些，這是由于旋轉(zhuǎn)管式動態(tài)膜的內(nèi)管旋轉(zhuǎn)在管環(huán)隙間形成泰勒渦二次流，強(qiáng)化過濾效果明顯。
雖然動態(tài)膜分離有諸多好處，但由于其研究時間較短，自身也存在產(chǎn)量小，能耗相對較高等缺點(diǎn)，因此，它還沒有得到廣泛的應(yīng)用。但很多學(xué)者對其賦予很高的期望，并做了大量的工作，使其能得到廣泛應(yīng)用有了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
3.4 超聲分離技術(shù)
在化學(xué)研究和化工生產(chǎn)中常常要把浮在液體中的固體粒子清除，為此需要相應(yīng)的分離技術(shù)。傳統(tǒng)的方法是使用各種類型與規(guī)格不同的過濾膜或過濾網(wǎng)，濾除粒子；或者是采用離心分離器、旋流分離器，利用離心力分離固體粒子。前者因常常出現(xiàn)過濾阻塞，因此不得不定期清理或更換過濾膜；后者因?yàn)橐挂后w產(chǎn)生高速運(yùn)動，所以能耗較大，特別在分離細(xì)小粒子時就更為困難。如果能使固液分離過程避免過濾阻塞，保持連續(xù)工作，又能使分離所用能耗較大幅度降低，這將會帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用功率超聲可為解決這個問題提供理想的途徑，超聲分離能夠徹底革除過濾這道工序，因此與過濾阻塞有關(guān)的一切問題自然不復(fù)存在，超聲分離無需使液體產(chǎn)生高速運(yùn)動，故而能耗較低。
超聲分離的原理是利用液體中兩個不同頻率、振動方向、相對方向傳播的兩個平面聲波，在傳播過程中疊加，產(chǎn)生若干個振動速度為零的點(diǎn)，并且此點(diǎn)以一定速度向某一方向移動。而液體中的固體粒子在聲波作用下總是在振動速度為零處聚集，并隨此點(diǎn)運(yùn)動而運(yùn)動，聚集在裝置的一側(cè)，從而使固液分離得以實(shí)現(xiàn)。
超聲頻率、聲強(qiáng)的選擇是相關(guān)聯(lián)的。一定頻率、一定聲強(qiáng)的波作用于液體，有時會產(chǎn)生超聲空化，從而使液體中的固體粒子被粉碎，這是分離過程不希望發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)證明：頻率越高、聲強(qiáng)越小的平面波在液體中越不會產(chǎn)生空化現(xiàn)象，且聲強(qiáng)比頻率對空化的產(chǎn)生影響較大。但聲強(qiáng)較小時，液體對固體粒子的推動力就小，因此兩個換能器的頻率和聲強(qiáng)的選擇依據(jù)是：
（1）在此頻率下，液體中微小質(zhì)點(diǎn)受聲波作用，產(chǎn)生要對運(yùn)動互相碰撞，使之產(chǎn)生凝聚。
（2）在此頻率和聲強(qiáng)下，液體不會產(chǎn)生空化現(xiàn)象，固體粒子不會被粉碎。
3.5 磁濾技術(shù)
近二十年來，國外高梯度磁過濾技術(shù)的研究十分活躍，已用于解決許多環(huán)境和工業(yè)問題。例如：核反應(yīng)堆冷卻水的過濾，水中磷酸鹽的脫除，赤鐵礦和鉻鐵粉末及超細(xì)粉末的回收，廢水中重金屬的脫除等，并從分離強(qiáng)磁性大顆粒發(fā)展到去除弱磁性反磁性低濃度小顆粒，因而該技術(shù)引起了國內(nèi)外科技工作者的普遍注意。
高梯度過濾技術(shù)（簡稱HGMF），即讓濾漿流過高梯度磁過濾器，利用高梯度磁場產(chǎn)生的強(qiáng)大的磁場力，脫除濾漿中的固相。從濾漿中去除磁性固相，如鐵、鎳、鈷等比較簡單，使濾漿直接流過高梯度磁過濾器即可實(shí)現(xiàn)。而去除非磁性及反磁性固相，如十氧化硅、有機(jī)物、藻類、酵母和細(xì)菌，則需先投加磁種（高磁化率的顆粒）與待分離顆粒形成順磁性凝聚物，然后用高梯度磁過濾器脫除，這個過程稱為磁種過濾。
高梯度過濾技術(shù)的特點(diǎn)是：
（1）處理濾漿速度快，能力大，效率高。
（2）設(shè)備簡單，操作簡便，維修費(fèi)用低。
（3）易再生，可在高溫下（可達(dá)600K）使用。
（4）可減少或不使用化學(xué)藥品，消除二次污染。
（5）適宜處理固相為微米級的低濃度（可達(dá)10-3～10-5mg/kg）懸浮液，且溫度及氣候的變化不影響處理效果。
為了使高梯度磁過濾技術(shù)在分離領(lǐng)域中獲得更廣泛的應(yīng)用，以下幾個動向值得重視。
（1）目前研究的主要對象是如何改善過濾性能，改善的方法是增加磁場梯度和提高過濾能力，而這兩點(diǎn)均與過濾介質(zhì)材料有關(guān)。
（2）用極廉價的順磁性材料（如煉爐的粉塵）代替強(qiáng)磁材料做磁種處理含非磁性物質(zhì)的廢水，用后與濾渣一并廢棄，省去了磁種回收工藝，可以大大節(jié)省費(fèi)用。鋼鐵生產(chǎn)中的廢水，含有磁鐵類粒子，特別適合用于高梯度磁過濾過程，這是以廢治廢的有效措施。
（3）把高梯度磁過濾技術(shù)應(yīng)用到生物分離過程，以簡化工藝，提高產(chǎn)品回收率，降低生產(chǎn)成本，將會給生物下游加工技術(shù)帶來新的發(fā)展。
（4）超導(dǎo)磁過濾技術(shù)是未來高梯度磁過濾技術(shù)的發(fā)展方向。通常，提高磁場強(qiáng)度即可提高流速，增加濾漿處理量，而不影響高梯度磁過濾器的性能。但是，隨著處理量的增加，過濾器成本與耗電量也顯著增加。而且，若超過一定流速，高梯度磁過濾器控制過濾的能力就要下降。超導(dǎo)磁過濾器可克服上述缺陷。其磁場強(qiáng)度可高達(dá)14T，由于超導(dǎo)體在臨界溫度以下無電阻。因此，運(yùn)行時耗電極低。它能在較大的空間范圍內(nèi)提供強(qiáng)磁場及高梯度磁場，因而可提高處理量。由于超導(dǎo)磁過濾器能夠產(chǎn)生很高的磁場強(qiáng)度，可使懸浮液中的順磁性顆粒充分極化，從而可直接去除順磁性固相，而不要投加磁種。
（5）高梯度磁過濾機(jī)理模型的構(gòu)建，改變當(dāng)前關(guān)聯(lián)各種具體參數(shù)的局面，考慮關(guān)聯(lián)一組無因次參數(shù)，例如：取無因次速度、雷諾數(shù)、無因次長度為一組參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，事實(shí)上這一組參數(shù)包括了磁過濾體系所有參數(shù)，從而建立起普遍化機(jī)理模型。
