過(guò)濾器在系統(tǒng)中是一種*的過(guò)濾裝置，其目的在于過(guò)濾介質(zhì)中的雜質(zhì)，保證介質(zhì)流通順暢及保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的重要元件［1］。當(dāng)介質(zhì)進(jìn)入置有過(guò)濾網(wǎng)或其他過(guò)濾部件的濾筒后，雜質(zhì)被阻擋，而其余的介質(zhì)則由過(guò)濾器的出口排出。過(guò)濾器一般用于石油、煤炭、化工、食品、醫(yī)藥、造紙、水電廠、壓縮機(jī)、農(nóng)田灌溉、空調(diào)制冷、污水處理以及油水分離處理等領(lǐng)域［2］。近年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視環(huán)境保護(hù)以及資源的有效利用，不斷加大環(huán)保資金投入，加強(qiáng)政策引導(dǎo)。中共十七大報(bào)告指出，必須把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，加大節(jié)能環(huán)保投入，重點(diǎn)加強(qiáng)水、大氣、土壤等污染防治，改善城鄉(xiāng)人居環(huán)境［3］。因此，這都預(yù)示著過(guò)濾器巨大的應(yīng)用前景。
    1· 過(guò)濾器的基本分類
    過(guò)濾技術(shù)直接影響著過(guò)濾器的發(fā)展，同時(shí)也制約著過(guò)濾器的研發(fā)。按照過(guò)濾機(jī)理的不同，過(guò)濾技術(shù)一般可分為表層過(guò)濾、涂層過(guò)濾、深層過(guò)濾等。
    表層過(guò)濾：雜質(zhì)的中徑大于濾網(wǎng)的孔隙，過(guò)濾器此時(shí)起到一種篩網(wǎng)作用，雜質(zhì)會(huì)被濾網(wǎng)截留并快速流散到其他地方。
    涂層過(guò)濾：分離過(guò)程中添加一定量的助濾劑，一段時(shí)間后，會(huì)在濾網(wǎng)上形成一層穩(wěn)定的過(guò)濾涂層，能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的過(guò)濾作用。
    深層過(guò)濾：分離過(guò)程只發(fā)生在過(guò)濾器內(nèi)部，雜質(zhì)的中徑小于內(nèi)部管道的孔隙，依靠其受到的慣性力與阻力的平衡吸附到管道表面，分離過(guò)程見圖1。
                 
    過(guò)濾器的分類較為復(fù)雜，在不同的行業(yè)都有著不同應(yīng)用。按照種類的不同，過(guò)濾器可分為液壓過(guò)濾器、發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)濾器、空壓機(jī)過(guò)濾器、空氣過(guò)濾器、流體過(guò)濾器等。
    液壓過(guò)濾器：在液壓系統(tǒng)中，能夠?yàn)V除過(guò)濾介質(zhì)中的雜質(zhì)。常見的有吸油過(guò)濾器、壓力管路高壓濾、回油過(guò)濾器、油箱空濾器、雙聯(lián)過(guò)濾器等。
    發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)濾器：位于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中，由一個(gè)或幾個(gè)清潔空氣的過(guò)濾器部件組成的總成。作用是濾除將要進(jìn)入氣缸的空氣中有害雜質(zhì)，以減少氣缸、活塞、活塞環(huán)、氣門及氣門座的早期磨損。常見的有燃油過(guò)濾器和機(jī)油過(guò)濾器。空壓機(jī)過(guò)濾器：由空濾總成和濾芯組成，外部通過(guò)接頭和螺紋管連接到空壓機(jī)的進(jìn)氣閥，從而濾除進(jìn)入空氣中粉塵，顆粒等雜質(zhì)。常見的有空壓機(jī)空濾器、油壓機(jī)油濾器和油氣分離過(guò)濾器。
    空氣過(guò)濾器：一般用于潔凈車間，潔凈廠房，實(shí)驗(yàn)室及潔凈室，或者用于電子機(jī)械通信設(shè)備等的防塵。常見的有廂式過(guò)濾器、袋式過(guò)濾器、板式過(guò)濾器、密褶式過(guò)濾器等。
    流體過(guò)濾器：具有自潔作用的濾筒型過(guò)濾器，適用于清除流體中的雜質(zhì)顆粒。常見的有板框式過(guò)濾器、藍(lán)式過(guò)濾器、筒式過(guò)濾器、管式過(guò)濾器、盤式過(guò)濾器、帶式過(guò)濾器、立式過(guò)濾器、針式過(guò)濾器、微孔過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器、Y型過(guò)濾器、U型過(guò)濾器、T型過(guò)濾器、自沖洗過(guò)濾器、袋式過(guò)濾器、機(jī)械過(guò)濾器等。
    過(guò)濾器內(nèi)部的濾芯是其zui重要的過(guò)濾元件。濾芯的主要材料是過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)主要是編織網(wǎng)、紙制濾材、玻璃纖維濾材、化學(xué)纖維濾材以及金屬纖維濾材［4］，濾芯的基本結(jié)構(gòu)見圖2。
               
    盡管過(guò)濾器有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但隨著人們對(duì)機(jī)械性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)過(guò)濾器的局限性也日益凸顯。為了加快國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程，提高社會(huì)綠色化發(fā)展，增強(qiáng)人民節(jié)能化意識(shí)，開發(fā)新型過(guò)濾器迫在眉睫。本文主要介紹了過(guò)濾器的發(fā)展過(guò)程及在相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用，闡述了各種過(guò)濾技術(shù)及其的科研動(dòng)態(tài)，明確了其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
    2· 過(guò)濾器的研究進(jìn)展
    公元105年，蔡倫總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了造紙術(shù)，將植物纖維紙漿蕩于致密的細(xì)竹簾上，水經(jīng)竹簾縫隙濾過(guò)，一層薄濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。在一世紀(jì)的羅馬，人們?cè)谔峒兯y的時(shí)候用粗麻制成的面具對(duì)自身進(jìn)行保護(hù)。zui早的過(guò)濾大多為重力過(guò)濾，后來(lái)為提高過(guò)濾速度采用了加壓過(guò)濾，進(jìn)而又出現(xiàn)了真空過(guò)濾。一戰(zhàn)期間，由于各種生化武器的使用，以石棉纖維過(guò)濾紙作為濾煙層的防毒面具應(yīng)運(yùn)而生［5］。二戰(zhàn)期間，為滿足空中堡壘B-17轟炸機(jī)液壓油過(guò)濾的需要，英國(guó)人為波音公司發(fā)明了疊片過(guò)濾器，并獲得了。20世紀(jì)60~70年代，動(dòng)態(tài)過(guò)濾器的出現(xiàn)，使其能夠去除難以過(guò)濾的雜質(zhì)［6］，其穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)、安全的工作、無(wú)須助濾器等優(yōu)點(diǎn)得到業(yè)內(nèi)界*。20世紀(jì)80年代，瑞士的Rosenmund公司首先推出了一款名為Nutrex的多功能過(guò)濾器，主要用于精細(xì)化工生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代，生物過(guò)濾器的發(fā)展，使其對(duì)VOCs的去除率可達(dá)95%，對(duì)惡臭物質(zhì)的去除率可達(dá)99%［7］。近些年，我國(guó)的新型過(guò)濾器的研究雖然取得一定成果，在相關(guān)行業(yè)都有著不俗的表現(xiàn)，但與國(guó)外同類產(chǎn)品相比仍有差距。
    2.1 自清洗過(guò)濾器的研究
    自清洗過(guò)濾技術(shù)是新型的過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)是利用水壓自動(dòng)清洗且不停止過(guò)濾［8］。而自清洗過(guò)濾器是一種將過(guò)濾介質(zhì)中的雜質(zhì)在一定條件下自動(dòng)過(guò)濾的裝置［9］，其優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)過(guò)濾器相比不言而喻。
    對(duì)于自清洗過(guò)濾器的研究，國(guó)外比較早并起始于20 世紀(jì)中后期，比如Vehashkaya Amiad Si?nun較早提出了一種自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，Anon很早就對(duì)自清洗過(guò)濾器有了很深的研究，JanHermene針對(duì)一種自清洗連續(xù)過(guò)濾系統(tǒng)，解決了濾網(wǎng)堵塞問(wèn)題等［10-15］。目前像美國(guó)、以色列、德國(guó)、日本等具有不少研制和生產(chǎn)自清洗過(guò)濾器的公司和廠家，它們出品的自清洗過(guò)濾器擁有著各種型號(hào)和種類［16-22］。國(guó)內(nèi)對(duì)自清洗過(guò)濾器的研究較晚，起始于21世紀(jì)初，比如李亞雄等人研制了一種自動(dòng)清洗網(wǎng)式過(guò)濾器，楊萬(wàn)龍等人研制了一種灌溉用疊片式自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，張振軍等人研制了一種全自動(dòng)吮吸式自清洗過(guò)濾器，成玉彪等人研制一種全自動(dòng)清洗過(guò)濾器等［23-26］。國(guó)內(nèi)外過(guò)濾器的相關(guān)參數(shù)見表1。

    隨著引進(jìn)*過(guò)濾器產(chǎn)品數(shù)量的增多，國(guó)內(nèi)相關(guān)人士對(duì)自清洗過(guò)濾器的研究有著進(jìn)一步的深入。郭米［27］等人研制的LZ型立式自清洗過(guò)濾器解決了臥式過(guò)濾器的占地面積大、制作成本高等缺點(diǎn)，提高過(guò)濾效率，使過(guò)濾精度≤120 μm。于明言［28］等人在自清洗過(guò)濾器中添加了西門子S7-200PLC電控系統(tǒng)，在水處理應(yīng)用中效果，濾后水質(zhì)良好，不僅降低了生產(chǎn)成本，還提高了該過(guò)濾器的穩(wěn)定可靠性和抗干擾能力。翟國(guó)亮［29］等人對(duì)微灌用砂石過(guò)濾器反沖洗參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，雖然這些成果從一定程度上完成了過(guò)濾雜質(zhì)的自動(dòng)清洗，但其清理機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍需外力驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而增加了過(guò)濾器的制造和使用成本。滕守容、榮劍波［30］等人研制的臥式水力驅(qū)動(dòng)自清洗過(guò)濾器，只需水力驅(qū)動(dòng)便可自動(dòng)清洗。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的李光永［31］等人研制的全自動(dòng)自吸附反沖洗網(wǎng)式過(guò)濾器，利用水流反作用力實(shí)現(xiàn)污物吸附，無(wú)須利用液壓驅(qū)動(dòng)。張晶晶［32］等人研制的輻射自清洗過(guò)濾器，其實(shí)際處理效果明顯優(yōu)于模擬實(shí)驗(yàn)的處理效果。潘子衡［33］等人通過(guò)ANSYS建立有限元模型，導(dǎo)入CFX軟件，對(duì)改進(jìn)后的自清洗過(guò)濾器吸污器進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明改進(jìn)后的過(guò)濾器的過(guò)濾效率明顯提高。
    2.2 石油化工過(guò)濾器的研究
    2006年我國(guó)石油凈進(jìn)口1.6億噸，同年中國(guó)原油產(chǎn)量在1.84億噸，據(jù)估計(jì)，到2020年zui多能達(dá)到2億噸［34］。在石油行業(yè)如此如火如荼的形勢(shì)下，石油化工過(guò)濾器在其中的應(yīng)用也日漸顯現(xiàn)出來(lái)。
    為了滿足各種油層條件對(duì)注入水質(zhì)的要求，近些年開發(fā)出了各式各樣的過(guò)濾器，比如石英砂過(guò)濾器、輕質(zhì)濾料過(guò)濾器、主微孔陶瓷過(guò)濾器、膜過(guò)濾器、纖維介質(zhì)過(guò)濾器等［35］。隨著過(guò)濾器在油田應(yīng)用的不斷深入，一些新型的石油化工過(guò)濾器也應(yīng)運(yùn)而生。李濤［36］設(shè)計(jì)的低壓反沖洗過(guò)濾器，是在原石英砂過(guò)濾器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，該技術(shù)降低了反沖洗壓力，保證了反沖洗流量，提高了反沖洗效果，確保了濾后水質(zhì)達(dá)標(biāo)，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)見圖3。
                
    朱之錦［37］等人研制的PTI-500精細(xì)過(guò)濾器，具有耐腐性能高、使用壽命長(zhǎng)、綜合成本低、過(guò)濾面積大等優(yōu)點(diǎn)，懸浮物顆粒直徑能達(dá)到0.5 μm以下。尹先清［38］等人研制的雙濾料過(guò)濾器是為了解決低滲漏油田回注污水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，濾后水質(zhì)指標(biāo)為懸浮物固體含量≤3 mg/L，油含量≤5 mg/L，顆粒粒徑≤3 μm（占總顆粒體積的85%以上）。胡子斌［39］設(shè)計(jì)的微孔精細(xì)過(guò)濾器由過(guò)濾介質(zhì)與機(jī)體結(jié)構(gòu)兩大部分構(gòu)成，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，懸浮物固體含量＜1.0 mg/L，濾后水中機(jī)雜粒度中值≤1.0 μm。為了更好的處理油水分離，楊慶忠［40］提出了兩種新型過(guò)濾器，即改性纖維球過(guò)濾器和碰撞聚結(jié)式油水分離器。改性纖維球過(guò)濾器具有親水曾油性，反洗再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有著更好的過(guò)濾效果；碰撞聚結(jié)式油水分離器由碰撞、聚油、過(guò)濾三部分原件組成，濾后含油量＜10mg/L，懸浮物＜17 mg/L，顆粒中徑＜4 μm，過(guò)濾效果較好。劉興宇［41］通過(guò)對(duì)油田注聚含油污水纖維濾料過(guò)濾器的性能研究，發(fā)現(xiàn)濾后水中含油均值為8 mg/L，懸浮物含量均值為2 mg/L，粒徑中值≤2.0 μm。
    2.3 污水處理過(guò)濾器的研究
    我國(guó)的水資源相對(duì)匱乏，并且水的污染問(wèn)題也較為嚴(yán)重。不管在什么行業(yè)，對(duì)于污水的處理一直都是該行業(yè)的頭等大事。因此，推廣合適的過(guò)濾器對(duì)污水進(jìn)行處理是節(jié)約水資源、提高水資源利用率的有效途徑，尤其是在水資源緊缺的西北地區(qū)。
    疊片式過(guò)濾器是一種較為常見的污水處理過(guò)濾器（見圖4），它具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，是當(dāng)前污水處理領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)［42］。
                
    崔春亮［43］等人對(duì)國(guó)內(nèi)外疊片過(guò)濾器的性能進(jìn)行比較，研究結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的疊片過(guò)濾器，其過(guò)流性能、抗壓能力和過(guò)濾精度均達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的的技術(shù)水平。在工業(yè)污水處理中，還有一種zui為常見的是盤式過(guò)濾器，其過(guò)濾機(jī)理［44］是通過(guò)壓緊的塑料盤片實(shí)現(xiàn)表面過(guò)濾與深層過(guò)濾的組合。劉廣容［45］等人將國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口的盤式過(guò)濾器進(jìn)行了工藝性能對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，在相同試驗(yàn)條件下，兩種過(guò)濾器的工藝性能和出水水質(zhì)都相近，國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品的差距逐步縮小。郭沂林［46］等人研制了一種節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過(guò)濾器，較傳統(tǒng)過(guò)濾器而言，其具有工作壽命長(zhǎng)、工作效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。鄭春生［47］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，壓力式濾料過(guò)濾器在污水懸浮物較多的情況下能確保濾后水質(zhì)的質(zhì)量。其具有過(guò)濾速度高、處理水量大、占地面積小、操作簡(jiǎn)單省力、不易出現(xiàn)故障，并且能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)或者多臺(tái)過(guò)濾器系統(tǒng)PC自控等優(yōu)點(diǎn)。在循環(huán)供水系統(tǒng)中使用可改善水質(zhì)，提高水的循環(huán)利用率，以達(dá)到節(jié)約新水用量的目的，是當(dāng)前工業(yè)水處理設(shè)施中*的設(shè)備。陳穎敏［48］等人研制彗星纖維濾料過(guò)濾器在過(guò)濾和反洗時(shí)均有其*的優(yōu)點(diǎn)。過(guò)濾時(shí)，能提高濾床的截污能力；反洗時(shí)，能提高濾料的洗凈度。
    2.4 其他過(guò)濾器的研究
    對(duì)于流化床顆粒層過(guò)濾器的過(guò)慮性能，國(guó)內(nèi)外都有一定的研究。Joseph S. Mei［49］等人對(duì)采用方柱形過(guò)濾元件的二維流化床顆粒層過(guò)濾器的過(guò)濾性能進(jìn)行測(cè)試。數(shù)據(jù)表明，濾后的氣流中，灰塵的平均尺寸大約為1.5 μm。華中理工大學(xué)的張世紅［50］等人在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的三維冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上，用黃砂作床料，濾后的清潔氣流中，灰塵的平均粒徑為5 μm左右。針對(duì)礦井下水質(zhì)差、環(huán)境惡劣，徐雙用［51］研制了一種新型反沖洗過(guò)濾器，設(shè)計(jì)采用了棘輪控制方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、過(guò)流量大、操作簡(jiǎn)單及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。PALL公司研制的S1501過(guò)濾器［52］是高溫高壓的灰塵過(guò)濾設(shè)備，由于Shell煤化氣產(chǎn)生的灰塵從氣化爐排出，為保證下游壓縮機(jī)及催化劑的健康運(yùn)行，該過(guò)濾器是否正常工作是Shell氣化裝置穩(wěn)定的一個(gè)制約因素。Gabriel Beko［53］等人通過(guò)對(duì)F7袋式過(guò)濾器的研究，將活性炭與該過(guò)濾器結(jié)合，大大提高了其過(guò)濾性能。跟傳統(tǒng)玻璃纖維過(guò)濾器做對(duì)比，后者的過(guò)濾性能僅為前者的50%。
    3 ·過(guò)濾器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
    過(guò)濾器作為一個(gè)系統(tǒng)的重要部件，在未來(lái)的科技發(fā)展過(guò)程中擁有一個(gè)全新的地位，它將逐漸走向成熟，成為一個(gè)公共的研究對(duì)象。隨著我國(guó)機(jī)械化進(jìn)程的不斷加快，過(guò)濾器在未來(lái)的發(fā)展會(huì)有以下幾個(gè)趨勢(shì)：
    （1）集成智能化［47］通過(guò)在過(guò)濾器上添加集成電路、電子芯片等一些裝置，使得過(guò)濾器擁有可識(shí)別功能，對(duì)即將過(guò)濾的介質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)掃描，篩選出可通過(guò)的物質(zhì)，對(duì)于其它物質(zhì)予以阻止，達(dá)到快速過(guò)濾的效果，從而提高過(guò)濾的效率及準(zhǔn)確度，避免二次過(guò)濾。
    （2）精密大型化隨著競(jìng)爭(zhēng)的不斷加大，我國(guó)的機(jī)械設(shè)備逐漸向大型化方向發(fā)展，同時(shí)其對(duì)過(guò)濾器的要求也會(huì)不斷提高。為了便于過(guò)濾器適用于不斷大型化的機(jī)械設(shè)備上，使其能夠更好的跟機(jī)械設(shè)備相兼容，在選材、整體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分配上也會(huì)十分苛刻。
    （3）系統(tǒng)編程化由于一些特定的要求，過(guò)濾器會(huì)演變成為一個(gè)可編程化的系統(tǒng)出現(xiàn)，編程控制在其身上會(huì)充分體現(xiàn)。通過(guò)編程，過(guò)濾系統(tǒng)會(huì)在特定的時(shí)間、特定的溫度、特定的光線對(duì)輸送的介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)于排放出的物質(zhì)會(huì)充分回收并再次過(guò)濾，以達(dá)到過(guò)濾的標(biāo)準(zhǔn)。
    4 ·結(jié)束語(yǔ)
    過(guò)濾器在各行各業(yè)都具有廣泛應(yīng)用，然而在重要場(chǎng)合使用的過(guò)濾器多為國(guó)外制造，國(guó)內(nèi)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品依然很少，現(xiàn)如今，低碳的概念悄然進(jìn)入人們的生活，這對(duì)于國(guó)內(nèi)過(guò)濾器以及整個(gè)行業(yè)是個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，培養(yǎng)相關(guān)人才和擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模是該行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。面對(duì)國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品對(duì)本國(guó)市場(chǎng)的強(qiáng)烈沖擊，產(chǎn)業(yè)的合理化建設(shè)尤為必要。1992年美國(guó)廠商供應(yīng)*的評(píng)定過(guò)濾器性能用的“實(shí)驗(yàn)粉末"的停產(chǎn)以及1999年評(píng)定液壓過(guò)濾器標(biāo)準(zhǔn)ISO4572的“壽終"，無(wú)疑是對(duì)過(guò)濾器行業(yè)的一次震撼，因此，發(fā)展本國(guó)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及改變相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)顯得十分重要。