Фильтрация — это процесс разделения твердой фазы и жидкости, при котором с помощью пористого фильтрующего материала улавливаются твердые частицы, содержащиеся в суспензии, а жидкость пропускается. По сравнению с методом гравитационной седиментации процесс фильтрации не только обеспечивает быстрое разделение твердой фазы и жидкости, но и более полное разделение, что позволяет получить фильтрационный осадок и прозрачную жидкость с меньшим содержанием твердых частиц. Таким образом, фильтрация является универсальным и эффективным методом разделения твердой фазы и жидкости. Как правило, суспензию, направляемую на фильтрацию, называют фильтрационной суспензией, пористый материал, удерживающий твердые частицы, — фильтрующим материалом, а слой осадка, задержанный на фильтрующем материале, — фильтрационным кеком или фильтрационным остатком. Прозрачный раствор называют фильтратом.
Разные фильтрующий материал может применяться в зависимости от характера фильтрационной суспензии и размера твердых частиц. Когда фильтрационная суспензия проходит через фильтрующий материал, твердые частицы задерживаются, образуя слой осадка. В начале фильтрации фильтрат часто бывает мутным, и его необходимо возвращать в фильтр. После образования слоя осадка фильтрация может эффективно продолжаться. В ходе процесса фильтрации толщина фильтрационного осадка продолжает увеличиваться, сопротивление фильтрационного осадка потоку жидкости также продолжает расти, а скорость фильтрации продолжает снижаться. Поэтому сопротивление фильтрующего материала потоку жидкости часто меньше сопротивления фильтрационного осадка, а скорость фильтрации в основном определяется толщиной фильтрационного осадка и его характеристиками (прежде всего пористостью фильтрационного осадка). Пористость фильтрационного осадка зависит от формы твердых частиц, распределения частиц по размерам, шероховатости поверхности частиц и способов их заполнения.
В зависимости от характеристик фильтрационного осадка его можно разделить на сжимаемый и несжимаемый. Несжимаемый фильтрационный осадок в основном состоит из минеральных частиц и кристаллических осадков, и на его сопротивление потоку жидкости в меньшей степени влияют перепад давления по обе стороны от осадка и скорость осаждения частиц. Сжимаемый фильтрационный осадок состоит из аморфных отложений, и его сопротивление потоку жидкости увеличивается с ростом перепада давления между двумя сторонами фильтрационного осадка и скорости осаждения материала.
Фильтрующий материал часто служит опорой для фильтрационного осадка, а именно слой фильтрационного осадка выполняет собственно фильтрующую функцию. Фильтрующий материал должен обладать достаточной механической прочностью, коррозионной стойкостью, хорошими эксплуатационными характеристиками и низким сопротивлением прохождению жидкости.
Существует три типа наиболее распространенных фильтрующих материалов:
(1) К зернистым наполнителям относятся гравий, песок, стеклошлак, древесный уголь, диатомовая земля и т. д. Эти наполнители состоят из твердых частиц и могут укладываться слоями для очистки суспензий с мелкими твердыми частицами.
(2) Фильтрующие ткани: Фильтрующие ткани могут быть изготовлены из металлической и неметаллической нити. К широко используемым металлическим материалам относятся нержавеющая сталь, латунь, сплав Монтессори и т. д., а к неметаллическим — шерсть, хлопок, лен, нейлон, пластик, стекло и т. д. При выборе материала фильтрующей ткани следует в первую очередь учитывать такие факторы, как коррозионная активность жидкости, рабочая температура твердых частиц и износостойкость.
(3) Пористые твердые фильтрующие материалы: обычно используются пористая керамика, пористое стекло, пористые металлы, пористые пластики и т. д., которые часто изготавливаются в виде пластин или трубок. Такой материал характеризуется мелким размером пор, высокой механической прочностью, а также устойчивостью к коррозии под воздействием кислот, щелочей, солей и органических растворителей. Он подходит для фильтрации материалов, содержащих мелкие частицы. Недостатком является то, что микропоры легко забиваются, и для поддержания фильтрующей способности их необходимо регулярно регенерировать (путём обратной промывки или химически).