疊片式過濾器在水刺工藝水處理上的應用

周從民 (欣龍控股〔集團〕股份有限公司，海口，570000)

近年來我國水刺非織造布生產雖然受到世界經濟發(fā)展放緩的影響，但仍然保持了較快的增長勢頭，水刺生產線的建設形成了又一個高潮，生產能力有了大幅提高。截止2011年底，全國已有178條生產線在運行，年生產能力超過41.5萬t，實際年生產量達到26.5萬t。目前水刺非織造布的應用領域雖然有所拓展，應用量增長明顯，但市場競爭也日益激烈，所以怎樣提高生產效率和產品質量，降低生產成本就成為各個生產廠家十分關心的問題。

水刺非織造工藝是以水為介質進行能量轉換，使纖網中的纖維相互纏結抱合而加固的工藝，用水量很大。一條3.5 m幅寬的生產線一般需要水量100～300 t/h，所以工藝用水都是循環(huán)處理使用。同時，水壓是由水針板的微細針孔(水針板孔徑一般為0.08～0.12 mm)產生的，對水質尤其是水中顆粒物的要求很高，所以生產線的水處理工藝和系統(tǒng)精度顯得格外重要。

水刺單元主要由水循環(huán)系統(tǒng)和纖網加固系統(tǒng)兩部分組成。水循環(huán)系統(tǒng)主要由水的過濾、增壓、水刺、回收等裝置組成。過濾一般都采用多級水過濾并應用不同的過濾手段，最終要濾去直徑小至20 μm的雜質。現(xiàn)在應用最多的比較成熟的且被實踐證明效果最好的方式是:氣浮+砂濾+二級過濾+安全過濾。

現(xiàn)在國內外一般水刺機水處理系統(tǒng)水的循環(huán)工藝流程見圖1。

圖1 水刺生產線水循環(huán)過濾系統(tǒng)示意

氣浮可以將水中細小的顆粒和懸浮物等物質通過加入適量絮凝劑進行化學凝聚并浮于水面進行分離。氣浮分為傳統(tǒng)氣浮和淺層氣浮，目前應用較多的是淺層氣浮。砂式過濾器可以對氣浮后的水進行過濾、凈化。砂濾包括靜態(tài)砂濾和動態(tài)砂濾，應用較多的是靜態(tài)砂濾。二級過濾一般選用帶式過濾、袋式過濾、金屬過濾、芯式過濾、活性炭過濾、疊片式過濾或其中的兩種、多種組合等。二級過濾的過濾精度更高，對循環(huán)水進行進一步的過濾和凈化，將粒徑大于要求的雜質徹底過濾掉。經過二級過濾后的水一般濁度小于3 NTU，顆粒粒徑小于20 μm，是符合工藝要求的潔凈水。安全過濾網靠近水針板，主要是起到保全作用，用于進一步去除前面漏掉的極少量雜質和管道內新形成的雜質，是最后一道過濾屏障，一般選擇金屬過濾。

欣龍控股(集團)股份有限公司(下稱欣龍公司)1995年從法國引進的第一條水刺生產線的水處理過濾系統(tǒng)是“帶式+袋式+線繞式芯式+金屬安全過濾網”，1998年從法國引進的第二條水刺生產線的水處理過濾系統(tǒng)是“帶式+疊片式過濾+金屬安全過濾網”。經過后期改進，兩條生產線的水處理過濾系統(tǒng)分別改造為“氣浮+砂濾+帶式+袋式+線繞式芯式+金屬安全過濾網”和“氣浮+砂濾+帶式+疊片式過濾+金屬安全過濾網”，經過多年的運行，證明改造效果明顯，能夠很好地滿足目前生產的要求。

由于“疊片式過濾”在水刺生產線中的應用較少，對其了解不多，所以本文將通過實際生產過程中的應用對比，重點介紹疊片式過濾器的工作原理、特性及其在水刺工藝水處理中的使用效果。

1 疊片式過濾器的工作原理

疊片式過濾器一般是由外殼、疊片、彈簧、支架和鎖緊裝置組成(圖2)。外殼的主要作用是將過濾元件罩住形成過濾腔體，材料一般使用不銹鋼或工程塑料，有時也使用鋼化有機玻璃等。疊片是過濾器的過濾主體，材料一般使用特制的工程塑料，制成圓環(huán)狀(圖3)，疊片表面開有很多微米級的正三角形或圓形的溝槽(圖4)。疊片式過濾器的過濾精度由疊片表面所開的溝槽的尺寸決定，溝槽越小，過濾精度越高。很多張規(guī)格一樣的疊片疊加在一起，形成過濾體。支架用來固定疊片，彈簧用來提供預緊力，它們和鎖緊裝置結合在一起將多片疊片鎖緊，并給疊片一定的預緊力，從而形成過濾主體，又稱疊片濾芯。

圖2 疊片式過濾器的結構及工作原理

圖3 疊片式過濾器的疊片

圖4 疊片表面的溝槽形狀

工作時，疊片通過彈簧和鎖緊裝置被固定在支架上，形成過濾主體。一般情況下，循環(huán)水都是從濾芯的外面流向內部，水中大于疊片縫隙的物質被截留在疊片濾芯外面。水壓越大，疊片濾芯的內外壓差越大，對疊片的預緊力也越大，過濾效果越好，所以疊片式過濾器具有自鎖功能。

疊片式過濾器運行時有兩種狀態(tài):工作狀態(tài)和反洗狀態(tài)(圖2)。

疊片式過濾器容易實現(xiàn)自動控制。工作狀態(tài)時，循環(huán)水從外面經過疊片間隙流向內部，形成過濾。當疊片外面被截留的物質達到一定量時，過濾器內外壓差變大;當達到設定的壓差值后，系統(tǒng)可自動轉換外接閥門開關，進入反洗狀態(tài)，實現(xiàn)自動反沖洗。在反洗狀態(tài)時，反沖洗壓力克服彈簧的預緊力，疊片被松開，此時位于支架柱上的噴嘴沿切線噴射水，使疊片旋轉，將截留在疊片外面的物質沖洗旋轉，利用離心力甩出，形成反洗。反洗水必須有一定的壓力，用于克服彈簧的預緊力。為了達到更好的反洗效果，一般反洗時在反洗水中加入適量的壓縮空氣，利用氣體的爆破力進行沖洗，會起到事半功倍的效果，其工作流程見圖5。

圖5 疊片式過濾器工作流程

工作狀態(tài)和反洗狀態(tài)的自動控制也可以通過設定運行時間的方法來實現(xiàn)。

2 疊片式過濾器的特點

2.1 過濾精確

從過濾原理上可以看出，疊片式過濾器可根據不同的水質要求選擇不同過濾精度的過濾疊片。為了便于管理，根據過濾精度要求將疊片制成各種規(guī)格系列，如制成 10、15、20、55 和 100 μm 等多種規(guī)格的過濾疊片，并且各種過濾疊片以不同的顏色加以區(qū)別。只要選擇了某種過濾精度要求的疊片，就能按選擇的過濾要求進行工作，粒徑超過過濾要求的雜質很難通過，且反洗過程自動進行，不需要將疊片拆下清洗，避免了發(fā)生二次污染和帶進大粒徑雜質等的可能性。

與疊片式過濾器相比，袋式過濾器和繞線式芯式過濾器存在以下問題:

(1)過濾等級難以精確，離散性比較大。

(2)隨著使用時間的延長，過濾效率衰減比較嚴重。

(3)過濾阻力比較大，有時難免有極少部分粒徑超過要求的雜質被漏過;需要人工拆出進行清洗，在拆出過程中很難保證濾袋或濾芯上附著的雜質不會落入過濾系統(tǒng)，清洗過程有可能造成二次污染。因此，很容易堵塞水針板，影響產品質量。

采用不同二級過濾器的兩條生產線在生產同一種產品時，水針板清洗的頻次對比見表1，過濾后循環(huán)水濁度與開機時間的關系曲線對比見圖6。由表1和圖6可以看出，疊片式過濾器的過濾效果要好于袋式過濾器+繞線式芯式過濾器。

圖6 生產黏膠纖維/滌綸混紡產品時過濾后循環(huán)水的濁度曲線

2.2 高效反洗

疊片式過濾器可以根據設定的壓差或時間自動進行反沖洗，每次反沖洗時間約為10～20 s，用水量大約是過濾水量的0.5%。

在生產同一種產品時，兩條生產線的反清洗情況是:二級過濾采用袋式+繞線式芯式過濾器的水刺一線清洗用水4 t/d，清洗更換過濾袋和芯式過濾棒時間為每次70 min，清洗間隔時間是8 h;而二級過濾采用疊片式過濾器的水刺二線清洗用水2 t/d，按設計壓差自動進行清洗，不需要人工操作，更換疊片的周期是15～25 d，每次更換時間30 min。可以看出，使用疊片式過濾器可以大幅度減輕工人的勞動強度，節(jié)約水源，提高工作效率。

2.3 自動運行，出水穩(wěn)定

疊片式過濾器可以實現(xiàn)全自動運行和穩(wěn)壓出水。在整個工作流程中，系統(tǒng)內實現(xiàn)多個過濾單元輪流進行反沖洗，工作和反沖洗自動切換，保證系統(tǒng)出水穩(wěn)定。而袋式過濾器需要人工清洗，每次清洗都要人工切換，清洗繞線式芯式過濾器則需要停一臺高壓泵，壓力變化較大，要適當降低生產速度，因而會影響生產效率。

2.4 模塊化設計與組裝

疊片式過濾器采用標準的模塊化設計，可根據用戶的使用要求進行模塊化組裝，可迅速提高流量，并且具有很強的互換性。如需要增加過濾的水量，只需要增加一個或多個模塊即可，簡單易行，這是袋式過濾器等無法比擬的。如設計一臺過濾流量為150 t/h的疊片式過濾系統(tǒng)，可采用過濾量為10 m3/h的過濾單元20個，分成四組，并聯(lián)排列。在生產過程中，三組運行，即共15個過濾單元運行，另一組5個過濾單元反清洗備用。圖7是一個流量為150 t/h的設計方案的一組過濾單元。上述系統(tǒng)也可以設計為分成三組，每組6個過濾單元，其中5個單元工作，1個單元反洗備用。

圖7 流量150 t/h疊片式過濾系統(tǒng)中的一組過濾單元

2.5 節(jié)省占地

由于疊片式過濾器是標準模塊化設計和組裝，所以可以根據廠房的空間大小和方位進行靈活組合。空間低矮而面積較大的廠房，可以采用臥式組合;空間較高而面積較小的廠房，可采用立式安裝。

2.6 使用壽命長

疊片濾芯采用特制高科技工程塑料制成，材料堅固耐用、極耐磨損、耐腐蝕、不變形。經多年生產實踐驗證，疊片式過濾器的過濾效率不會隨使用時間的延長而衰減。欣龍公司使用以色列ARKAL公司生產的疊片，其材質是聚丙烯/聚酰胺，1998年投入使用的疊片至今還在正常使用。

2.7 投資少

以建設一套流量為150 t/h水處理系統(tǒng)為例，使用進口疊片式過濾器的投資約為40萬元，而使用一套進口袋式+線繞式芯式過濾器至少需要60萬元。

2.8 運行成本低

疊片式過濾器運行可靠，操作簡單，維護費用低。

(1)使用袋式+線繞式芯式過濾器的年運行成本:年使用過濾袋數(shù)量為1 296個，每個價值29元，合計37 584元;年使用過濾芯數(shù)量為1 176根，每根價值46元，合計54 096元;兩項總計91 680元。

(2)使用疊片式過濾器的年運行成本:每套疊片的價格約為3.5萬元，一備一用，共兩套，合計7萬元，使用壽命按4年計算，則年運行費用為1.75 萬元。

由上可見，疊片式過濾器的運行費用遠遠低于袋式+線繞式芯式過濾器的運行費用，更何況疊片式過濾器的使用壽命不止4年，只要保護得好，實際使用壽命可以保持在10年以上。

3 結語

疊片式過濾是工業(yè)水處理的一種過濾方法，像氣浮和砂濾一樣，疊片式過濾也可以應用到水刺生產線的水處理工藝中，并且使用效果很好。疊片式過濾具有高效、節(jié)能、投資少和運行成本低等其他過濾方法不可比擬的優(yōu)點，可以提高工作效率，減輕員工的勞動強度，增強產品的競爭力。欣龍公司水刺二線和新上生產線都采用了疊片式過濾方法，獲得了很好的經濟效益。建議水刺非織造布生產企業(yè)在水刺生產線的水處理系統(tǒng)上使用疊片式過濾方法。