깊이 필터

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깊이 필터는 다공질 여과 매체를 사용하여 매체의 표면뿐만 아니라 매질 전체에 입자를 유지하는 다양한 필터입니다.이러한 필터는 다른 유형의 필터에 비해 많은 양의 입자가 ^[1]막히기 전에 유지되기 때문에 여과될 유체에 높은 하중이 포함되어 있을 때 일반적으로 사용됩니다.

깊이를 가진 여러 다공질 층으로 대표되는 깊이 여과는 ^[2]액상으로부터 고체 오염 물질을 포착하기 위해 사용됩니다.여과 매체의 굴곡성 및 채널상 성질에 의해 입자는 표면과 반대로 그 구조 내의 매체 전체에 유지된다.깊이 필터는 분리 효율을 저하시키지 않고 대량의 입자를 얻을 수 있다는 추가적인 이점을 제공합니다.깊이 필터는 일반적으로 모래 필터로 특징지어지며 다른 설계보다 상당히 높은 필터 속도로 사용할 수 있습니다.이러한 특성이 깊이 필터의 효과적인 분리 매체로서의 사용과 인기를 굳혔다.프로세스 기술이 지속적으로 발전함에 따라 심층 필터 설계는 업계의 요구를 충족시키기 위해 지속적으로 조정되고 개선되고 있습니다.

사용 가능한 설계

깊이 필터의 다양한 용도에 대응하기 위해 깊이 필터의 주요 목적을 유지하면서 실현 가능한 프로세스를 보장하기 위해 다양한 설계가 업계 내에서 구현되었습니다.

설계.	특성.	사이클 수	치수	산업용 응용 프로그램
패드 및 패널(카세트)	두꺼운 시트 또는 얇은 시트를 직사각형 모양으로 접은 필터 재료. 칸막이가 [3]있는 직사각형 틀에 채워져 있습니다.	1~2회 청소 주기 동안만 사용	400cm, 1600cm 또는2 3600cm로 각 패드에 75l/h의 유량으로 제공되며,[4] 연마 여과로 130l/h까지 증가할 수 있습니다.	식음료 – 과일 주스, 청량음료 화학물질 –제조용 페인트, 유기용제, 잉크 석유 – 왁스, 등유 와이너리,[5] 화장품
두꺼운[6] 카트리지	금속 또는 단단한 플라스틱으로 만들어진 다공성 실린더에 감긴 필터 재료의 단일 조각으로, 실린더 내부에 용질이 함유된 유체 또는 가스가 흐릅니다.	필터 매체가 최대 용질 부하에 도달하면 카트리지는 폐기됩니다.역세척을 통해 필터를 더 많은 세척 주기를 완료할 수 있습니다.		가정용 물 및 수영장 필터 탄화수소 연료의 산업 분리
딥베드(모래필터)	여과 매체는 위에 용액이 있고 중력을 이용하여 입자를 여과합니다.이것은 가장 오래되고 간단한 여과 방법이다.	복수의 필터링 사이클로, 통상은 플로우 반전에 의해서 클리닝 됩니다.	딥 베드의 종류 낮은 물 흐름 속도(0.1~0.2m/h), 미세한 입자 크기(0.35~0.5mm)로 정의되며 깊이는 약 0.6~1.0m이다. 래피드는 빠른 흐름과 거친 입자(0.5~0.6mm)를 가지고 있으며 깊이는 약 0.75m이다.	음용수, 폐수 처리 후 연마, 담수화 전처리
렌티큘러	적층형 디스크 설계 - 플라스틱제 "칼끝"과 필터 매체 사이의 기계적 압축 씰(8셀 필터당 7개)		디스크 직경 300 또는 400 mm	발효제품, 대마유 여과

깊이 필터 및 이점 적용

지난 10년 동안 깊은 바닥 모래 필터의 사용이 도시 음용수 처리의 최종 운반 단계로 크게 증가했으며, 식수의 정화 및 처리에서 폐수를 ^[10]배출하기 전에 정련해야 하는 폐수 처리 공장까지 적용 범위가 다양했습니다.깊이 여과의 주요 장점은 순수하게 표면에 있는 것이 아니라 중간 채널 전체에 걸쳐 입자를 유지할 수 있다는 것입니다.이는 다른 유형의 여과 공정과 비교하여 매질의 여과 능력을 크게 향상시키고 매트릭스 내에서 다양한 크기의 입자를 여과할 수 있게 한다.

현재 사용되는 현저한 딥베드 여과 프로세스는 직접 여과 및 접촉-응집 여과입니다.직접 여과는 짧은 기간의 응집 전 단계를 거친 후 여과 ^[11]과정을 수반합니다.하수처리장에서는 1차 및 2차 처리 단계를 거친 후 부유물 및 기타 오염물의 대부분이 성공적으로 제거된다.폐수 흐름에서 잔류 고형물 및 유기화합물을 제거하기 위해 직접 여과법을 사용하여 사전 응집한다.여과재 내에서 오염물질 분리공정이 이루어지기 때문에 발생하는 응집량에 직접 영향을 미칠 수 있으므로 응집시간, 여과속도, 응집량 등의 요인을 정기적으로 감시할 필요가 있다.필터 베드의 막힘이나 생체 고장의 가능성을 방지하기 위해 이 프로세스는 필수적입니다.

이 프로세스와 관련된 이점에는 대량의 응집성 물질을 생성할 수 있는 기능이 있으며, 이를 필터링할 수 있습니다.깊이 여과 방법의 또 다른 장점은 높은 고체 저장 용량을 얻으면서도 에너지 소비율을 ^[12]허용 범위 내에서 유지할 수 있는 필터 배열 선택의 유연성입니다.직접 여과 사용의 단점은 미생물이 필터의 채널 내에서 자랄 수 있고, 따라서 긴 작동 기간 동안 번식할 수 있다는 것입니다.필터 매트릭스 내에서 생물이 번식하면 여과액이 오염될 수 있습니다.

깊이 여과는 세포배양 명확화에도 널리 사용된다.세포 배양 시스템은 효모, 세균 및 기타 오염 물질 세포를 포함할 수 있으므로, 입자가 없는 세포 시스템을 생산하기 위해 세포와 다른 콜로이드 물질을 분리하는 효율적인 정화 단계가 필수적이다[9].세포 시스템 수확과 같은 약학적 과정에 사용되는 대부분의 깊이 필터는 셀룰로오스 섬유와 필터 보조제로 구성되어 있습니다.직접 흐름 깊이 필터는 제품의 최대 회수율을 보장하면서 필터 채널 내에 오염 물질을 가두어 경제적으로 적합한 솔루션을 제공합니다.이 시스템의 또 다른 장점은 낮은 전력 비용입니다. 깊이 필터에서 사용되는 펌프는 시스템 내의 작은 압력으로 인해 최소한의 전력 입력이 필요하기 때문입니다.또한 깊이 여과는 높은 수율(>^[13]95%)을 출력하면서 시스템을 스케일업 또는 스케일다운할 수 있다는 점에서 유연합니다.

경쟁 프로세스에 대한 깊이 여과 제한

Depth Filteration(심도 여과) 외에도 Reverse Osmosis(역삼투), 나노 여과(나노 여과), 마이크로 여과(^[14]마이크로 여과)와 같은 다양한 산업 응용 분야에 다양한 멤브레인 여과 방법이 사용됩니다.상기 공정은 필터 크기보다 큰 오염물질을 제거함으로써 동일한 원리로 작동합니다.그 중 가장 큰 특징은 효과적인 모공 크기입니다.예를 들어, 미세 여과는 큰 입자가 필터 매체를 통과할 수 있도록 하는 반면, 역삼투는 매우 작은 종을 제외한 모든 입자를 거부합니다.대부분의 멤브레인 필터는 최종 필터에 사용할 수 있는 반면 깊이 필터는 ^[15]응용 프로그램을 명확히 하는 데 사용할 때 더 효과적인 경향이 있으므로 두 프로세스의 조합은 다양한 응용 프로그램에 적합한 여과 시스템을 제공할 수 있습니다.

주요 공정 특성 평가

여과율이나 필터 미디어 등의 프로세스 특성은 설계상 중요한 고려사항이며 필터 성능에 큰 영향을 미칩니다.따라서 프로세스의 품질을 보다 확실하게 제어하기 위해서는 지속적인 감시와 평가가 필요합니다.

처리 유량

유속은 필터 저항에 대한 구동력의 비율로 정의됩니다.기존의 두 가지 유형의 깊이 필터 설계: 고속 필터와 저속 필터는 각각 5~^[16]15m/h와 0.1~0.2m/h의 속도로 작동하며, 가압 모래 필터는 설계 유속이 238L/min[14]이다.작동 중에는 미립자가 미디어 내에 막힘에 따라 필터 저항이 증가하므로 필터 속도가 감소합니다.여과 속도는 높은 필터 속도로 막힘 속도에 영향을 미쳐 더 빨리 축적됩니다.파일럿 테스트에서는 필터 레이트가 높을수록 필터 영역이 낮아지는 반면 필터 레이트가 증가하면 통과 시간이 단축되고 헤드 손실(헤드 손실) 시간이 단축되며 실행 시간이 단축되고 최적 깊이가 낮아지는 것으로 나타났습니다.또한 더 큰 직경의 미디어를 사용하고 미디어 깊이를 높임으로써 더 높은 필터 레이트를 달성할 수 있음을 보여줍니다.높은 여과율은 미디어 설계에 따라 달라지며, 가장 높은 여과율 설계는 13.5gpm/ft2입니다.^[17]

깊이 필터로 역세척

역세척은 여과된 고형물을 제거하기 위해 사용되는 중요한 작업입니다. 이러한 고형물은 시간이 지남에 따라 여과 저항성이 증가하기 때문입니다.역세척은 깨끗한 ^[18]액체를 사용하는 동안 액체의 흐름 방향을 반대로 하는 것을 포함한다.이 프로세스는 단위 면적당 일반적인 유속이 6.8~13.6L/m2.^[19]s인 5~15분 범위에서 사용된다.대부분의 설계에서는 일반적으로 하루에 한 번 백워시를 사용합니다.깊이 필터의 작동은 프로세스 중에 고형물 제거가 필요하기 때문에 본질적으로 주기적입니다. 이러한 두 개 이상의 장치가 일반적으로 사용되어 역세척이 여과에 방해가 되지 않습니다.필터 매체가 유동화되면 효과적인 역세척이 이루어집니다.유동화 유속은 일반적으로 20~50gpm/ft2 ^[20]범위로 떨어집니다.

분리의 효율

일반적으로 0.3~0.5mm 범위의 매체를 사용하는 가압 모래 필터의 제거 속도는 0.3mm의 매체를 사용하는 경우 6µm의 작은 입자가 95이고 0.5mm의 ^[21]매체를 사용하는 경우 15µm의 작은 입자가 95% 제거되는 것으로 보고되었습니다.

미디어 필터링

깊이 필터 프로세스에 사용할 수 있는 다양한 필터 매체가 있습니다. 가장 일반적인 것은 모래입니다.필터 매체의 선택은 필터 속도, 혼탁도 및 필터 표면적에 영향을 미칩니다.클린 베드 헤드 손실(압력 강하)은 미디어 직경에 민감하며 미디어 직경이 증가하면 헤드 손실 ^[22]설계 시간이 길어집니다.그러나 용지의 직경 및 필터 속도를 높이면 폐수 ^[23]혼탁도가 저하됩니다.이를 보완하기 위해 매체의 깊이를 증가시켜 배수 혼탁에 미치는 영향을 줄일 수 있다.지금까지 고속 여과용으로 설계에 사용된 매체 깊이의 최대값은 100인치이며, 파일럿에서 사용된 매체 크기는 직경 ^[24]2mm입니다.모래, 자철, 코크스 및 무연탄은 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 입자 매체이며, 특히 광범위한 가용성이 있습니다.

표 [1] 폐수 처리용 모노메듐 필터 베드의 프로세스/설계 특성(딥 베드):^[25]

특성.	파라미터 범위	일반적으로 채용되고 있다 파라미터 값
용지 종류: 모래
용지 깊이(cm)	90-180	120
유효 사이즈(mm)	2-3	2.5
여과 속도 m/h	5-24	12
매체 유형: 무연탄
용지 깊이(cm)	90-215	150
유효 사이즈(mm)	2-4	2.75
여과 속도 m/h	5-24	12

표 [2] 압력 깊이 ^[26]필터의 설계 매개변수:

미디어의 유효 크기(mm)	여과 속도 m/h
0.35	25-35
0.55	40-50
0.75	55-70
0.95	70-90

디자인 휴리스틱스

깊이 여과는 전처리에 사용할 수 있으며, 공급 흐름으로 사용되는 운반 유체에서 부유 입자를 제거하거나 제품 흐름을 정화하기 위해 미립자를 제거하는 과정에서 사용할 수 있다.

필터 수명 전반에 걸쳐 일관된 작동을 보장하기 위해 몇 가지 휴리스틱이 깊이 필터 설계에 채택되었습니다.

입자 유지 및 필터 매체

유지와 입자 크기 사이의 관계는 단계 함수가 아닙니다.더 큰 입자는 필터 매체에 의해 쉽게 유지되지만, 공칭 입자와 폐기물 성분 사이의 중간 범위 내에 있는 미립자는 보존하기가 더 어렵고 그 결과 폐기물 성분으로 손실되는 경우가 많습니다.

다양한 입자 크기에 대한 유지 경로를 최대화하기 위해 더 큰 크기의 입자를 포착하기 위해 더 큰 세공 크기를 가진 부분이 입구 스트림에 가까워지도록 필터 매체를 적층한다.모공 크기는 배출구에 가까워질수록 감소합니다.이 방법을 채택함으로써 필터 매체는 보다 넓은 입자 크기를 위해 커팅되므로 유지 제어가 향상되고 필터의 수명이 연장됩니다.

필터 미디어 선택

필터 선택은 필터링하고자 하는 물질의 하중, 지속 시간, 모양, 크기 및 분포와 같은 여러 변수에 의존합니다.이상적으로는 매질이 너무 크면 여과수는 매트릭스 내에서 미립자를 수집하지 못하기 때문에 품질이 떨어집니다.반대로, 매체가 매우 작을 경우 카트리지 표면에 고형물이 축적되어 막힘에 가깝습니다.원형 입자를 사용하는 형태에 대해서는 흡입구가 시스템에 가할 수 있는 압력에 의해 침식되는 경향이 있는 반면, 평탄한 입자는 역세척 중에 시스템 밖으로 떠오를 수 있습니다.Moh의 경도가 높고 상대적으로 비중이 큰 입자는 종종 입자 매체로 사용하는 것이 좋습니다.소재가 부드럽고 가벼울수록 침식 및 유동화에 더 취약합니다.따라서 실리카나 모래와 같은 입자는 가격이 저렴하지만 유입되는 유체의 높은 흐름에 저항하기 때문에 자주 사용됩니다.균일성 계수는 필터 내에서 사용되는 재료의 균일성을 측정하는 것입니다.10%의 재료를 통과시키는 모공 크기에 비해 60%의 재료를 통과시키는 체 모공 비율입니다.비율이 1에 가까울수록 입자의 크기가 더 가깝다는 것을 의미합니다.이상적인 시스템은 계수가 1.3과 1.5 사이이며 1.7을 초과해서는 안 됩니다.1.3보다 작은 것은 시스템에 불필요하고 추가 최적화를 제공하지 않으면 비용이 증가할 수 있음을 나타냅니다.1.5를 초과하면 시스템의 압력 강하가 더 심해지고 앞서 언급한 바와 같이 막힘, 폐기물 유출 및 여과율 ^[28]저하가 발생할 수 있습니다.가이드라인으로 깊이 필터 내에서 사용되는 최소 입자는 유동화를 ^[29]방지하기 위해 출구 흐름에서 최소 150mm 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다.

깊이 필터의 막다른 골목 작동

필터 매체(갈색 공간) 내에 미립자(검은 점)가 잡힙니다.필터 매체보다 크기가 작은 빈 공간은 액체 흐름이 통과할 수 있는 좁은 통로를 제공합니다.

깊이 필터는 데드 엔드 필터의 컨텍스트에서 작동합니다.앞에서 설명한 바와 같이, 유입 흐름의 속도는 필터의 성능에 매우 중요합니다.비교적 큰 미립자를 가진 고속 입구 스트림은 필터 매체의 막힘 및 마모를 일으킬 수 있습니다.이로 인해 시스템의 압력 강하가 증가합니다.필터 미디어가 막히고 압력 강하가 지속적으로 증가하는 상황에서는 카트리지 내의 영역을 통해 노폐물 입자와 스트림이 스며들어 배출구 스트림을 통과하여 정화되지 않을 수 있습니다.

막힘 및 입자 축적 효과를 최소화하기 위해 백 플러싱 시스템은 벌크 흐름의 약 1~5%를 백 플러시로 수용해야 하며, 약 6-8bar에서 작동합니다.이 범위를 벗어나면 미립자가 파편화되어 시스템에서 제거되기 어려워지고 시스템의 ^[30]유동화가 발생할 수 있습니다.

사후 처리 시스템 및 폐기물 생산

깊이 필터의 주요 목적은 정화제 역할을 하여 부유물을 벌크 플로우 액체 흐름에서 분리하는 것이며, 그 결과 분리 프로세스의 최종 단계 내에 사용됩니다.일반적으로 깊이 필터는 시스템 내에 폐입자를 고정하는 정제 액체의 단일 출구 스트림으로 구성됩니다.길이 때문에 표준 필터보다 잔류물 유지 기능이 우수합니다.폐기물 흐름의 경우, 종종 출구 흐름을 후속 필터로 재활용하여 미립자가 없도록 할 수 있습니다.여과재 내에 포착된 물이 반대 방향으로 흐르거나 변위된 매체 입자가 적절히 ^[31]처리되기 전에 장치에서 나올 수 있으므로 여과재를 청소할 때 폐기물 스트림을 발생시킬 수도 있다.

새로운 개발

프로세스 테크놀로지의 계속적인 진보에 수반해, 깊이 필터는, 다양한 산업 분야에서의 실현 가능성을 향상시키기 위해서 수정되고 있습니다.

설계.	특성.	개선.	산업
팟 렌티큘러	여과는 나이프 가장자리 씰에 작용하는 중력 및 수압과 같은 힘에 의해 이루어지며 필터 재료를 압축하고 액체를 여과합니다.	1~5개 또는 5-30개의 Pod를 1개의 홀더에 연결하여 제품을 스케일업 기존 렌티큘러 디스크 대비 40~70%의 볼륨 수율 향상 0.11, 0.55, 1.1m2의 필터 영역 사용 가능 기존의 렌티큘러로는 테스트할 수 없는 필터의 무결성 테스트 기능.	의약품 부문-액체로부터 세포 유기체를 분리한다.
연속 딥베드 필터	신속한 모래 여과 및 필터 재료의 포집과 함께 오염 고형물 처리.공기 분출은 고체 상태의 필터 매체를 필터 상부의 워시 존으로 운반하여 분리한다.세척된 필터 재료는 딥베드 필터에 다시 추가됩니다.	물과 고체 흐름은 역류이므로 고체 제거가 증가합니다.	수처리 - 전처리 시 분리기술 개선

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