叠片式过滤器在水刺工艺水处理上的应用

周从民 (欣龙控股〔集团〕股份有限公司，海口，570000)

近年来我国水刺非织造布生产虽然受到世界经济发展放缓的影响，但仍然保持了较快的增长势头，水刺生产线的建设形成了又一个高潮，生产能力有了大幅提高。截止2011年底，全国已有178条生产线在运行，年生产能力超过41.5万t，实际年生产量达到26.5万t。目前水刺非织造布的应用领域虽然有所拓展，应用量增长明显，但市场竞争也日益激烈，所以怎样提高生产效率和产品质量，降低生产成本就成为各个生产厂家十分关心的问题。

水刺非织造工艺是以水为介质进行能量转换，使纤网中的纤维相互缠结抱合而加固的工艺，用水量很大。一条3.5 m幅宽的生产线一般需要水量100～300 t/h，所以工艺用水都是循环处理使用。同时，水压是由水针板的微细针孔(水针板孔径一般为0.08～0.12 mm)产生的，对水质尤其是水中颗粒物的要求很高，所以生产线的水处理工艺和系统精度显得格外重要。

水刺单元主要由水循环系统和纤网加固系统两部分组成。水循环系统主要由水的过滤、增压、水刺、回收等装置组成。过滤一般都采用多级水过滤并应用不同的过滤手段，最终要滤去直径小至20 μm的杂质。现在应用最多的比较成熟的且被实践证明效果最好的方式是:气浮+砂滤+二级过滤+安全过滤。

现在国内外一般水刺机水处理系统水的循环工艺流程见图1。

图1 水刺生产线水循环过滤系统示意

气浮可以将水中细小的颗粒和悬浮物等物质通过加入适量絮凝剂进行化学凝聚并浮于水面进行分离。气浮分为传统气浮和浅层气浮，目前应用较多的是浅层气浮。砂式过滤器可以对气浮后的水进行过滤、净化。砂滤包括静态砂滤和动态砂滤，应用较多的是静态砂滤。二级过滤一般选用带式过滤、袋式过滤、金属过滤、芯式过滤、活性炭过滤、叠片式过滤或其中的两种、多种组合等。二级过滤的过滤精度更高，对循环水进行进一步的过滤和净化，将粒径大于要求的杂质彻底过滤掉。经过二级过滤后的水一般浊度小于3 NTU，颗粒粒径小于20 μm，是符合工艺要求的洁净水。安全过滤网靠近水针板，主要是起到保全作用，用于进一步去除前面漏掉的极少量杂质和管道内新形成的杂质，是最后一道过滤屏障，一般选择金属过滤。

欣龙控股(集团)股份有限公司(下称欣龙公司)1995年从法国引进的第一条水刺生产线的水处理过滤系统是“带式+袋式+线绕式芯式+金属安全过滤网”，1998年从法国引进的第二条水刺生产线的水处理过滤系统是“带式+叠片式过滤+金属安全过滤网”。经过后期改进，两条生产线的水处理过滤系统分别改造为“气浮+砂滤+带式+袋式+线绕式芯式+金属安全过滤网”和“气浮+砂滤+带式+叠片式过滤+金属安全过滤网”，经过多年的运行，证明改造效果明显，能够很好地满足目前生产的要求。

由于“叠片式过滤”在水刺生产线中的应用较少，对其了解不多，所以本文将通过实际生产过程中的应用对比，重点介绍叠片式过滤器的工作原理、特性及其在水刺工艺水处理中的使用效果。

1 叠片式过滤器的工作原理

叠片式过滤器一般是由外壳、叠片、弹簧、支架和锁紧装置组成(图2)。外壳的主要作用是将过滤元件罩住形成过滤腔体，材料一般使用不锈钢或工程塑料，有时也使用钢化有机玻璃等。叠片是过滤器的过滤主体，材料一般使用特制的工程塑料，制成圆环状(图3)，叠片表面开有很多微米级的正三角形或圆形的沟槽(图4)。叠片式过滤器的过滤精度由叠片表面所开的沟槽的尺寸决定，沟槽越小，过滤精度越高。很多张规格一样的叠片叠加在一起，形成过滤体。支架用来固定叠片，弹簧用来提供预紧力，它们和锁紧装置结合在一起将多片叠片锁紧，并给叠片一定的预紧力，从而形成过滤主体，又称叠片滤芯。

图2 叠片式过滤器的结构及工作原理

图3 叠片式过滤器的叠片

图4 叠片表面的沟槽形状

工作时，叠片通过弹簧和锁紧装置被固定在支架上，形成过滤主体。一般情况下，循环水都是从滤芯的外面流向内部，水中大于叠片缝隙的物质被截留在叠片滤芯外面。水压越大，叠片滤芯的内外压差越大，对叠片的预紧力也越大，过滤效果越好，所以叠片式过滤器具有自锁功能。

叠片式过滤器运行时有两种状态:工作状态和反洗状态(图2)。

叠片式过滤器容易实现自动控制。工作状态时，循环水从外面经过叠片间隙流向内部，形成过滤。当叠片外面被截留的物质达到一定量时，过滤器内外压差变大;当达到设定的压差值后，系统可自动转换外接阀门开关，进入反洗状态，实现自动反冲洗。在反洗状态时，反冲洗压力克服弹簧的预紧力，叠片被松开，此时位于支架柱上的喷嘴沿切线喷射水，使叠片旋转，将截留在叠片外面的物质冲洗旋转，利用离心力甩出，形成反洗。反洗水必须有一定的压力，用于克服弹簧的预紧力。为了达到更好的反洗效果，一般反洗时在反洗水中加入适量的压缩空气，利用气体的爆破力进行冲洗，会起到事半功倍的效果，其工作流程见图5。

图5 叠片式过滤器工作流程

工作状态和反洗状态的自动控制也可以通过设定运行时间的方法来实现。

2 叠片式过滤器的特点

2.1 过滤精确

从过滤原理上可以看出，叠片式过滤器可根据不同的水质要求选择不同过滤精度的过滤叠片。为了便于管理，根据过滤精度要求将叠片制成各种规格系列，如制成 10、15、20、55 和 100 μm 等多种规格的过滤叠片，并且各种过滤叠片以不同的颜色加以区别。只要选择了某种过滤精度要求的叠片，就能按选择的过滤要求进行工作，粒径超过过滤要求的杂质很难通过，且反洗过程自动进行，不需要将叠片拆下清洗，避免了发生二次污染和带进大粒径杂质等的可能性。

与叠片式过滤器相比，袋式过滤器和绕线式芯式过滤器存在以下问题:

(1)过滤等级难以精确，离散性比较大。

(2)随着使用时间的延长，过滤效率衰减比较严重。

(3)过滤阻力比较大，有时难免有极少部分粒径超过要求的杂质被漏过;需要人工拆出进行清洗，在拆出过程中很难保证滤袋或滤芯上附着的杂质不会落入过滤系统，清洗过程有可能造成二次污染。因此，很容易堵塞水针板，影响产品质量。

采用不同二级过滤器的两条生产线在生产同一种产品时，水针板清洗的频次对比见表1，过滤后循环水浊度与开机时间的关系曲线对比见图6。由表1和图6可以看出，叠片式过滤器的过滤效果要好于袋式过滤器+绕线式芯式过滤器。

图6 生产黏胶纤维/涤纶混纺产品时过滤后循环水的浊度曲线

2.2 高效反洗

叠片式过滤器可以根据设定的压差或时间自动进行反冲洗，每次反冲洗时间约为10～20 s，用水量大约是过滤水量的0.5%。

在生产同一种产品时，两条生产线的反清洗情况是:二级过滤采用袋式+绕线式芯式过滤器的水刺一线清洗用水4 t/d，清洗更换过滤袋和芯式过滤棒时间为每次70 min，清洗间隔时间是8 h;而二级过滤采用叠片式过滤器的水刺二线清洗用水2 t/d，按设计压差自动进行清洗，不需要人工操作，更换叠片的周期是15～25 d，每次更换时间30 min。可以看出，使用叠片式过滤器可以大幅度减轻工人的劳动强度，节约水源，提高工作效率。

2.3 自动运行，出水稳定

叠片式过滤器可以实现全自动运行和稳压出水。在整个工作流程中，系统内实现多个过滤单元轮流进行反冲洗，工作和反冲洗自动切换，保证系统出水稳定。而袋式过滤器需要人工清洗，每次清洗都要人工切换，清洗绕线式芯式过滤器则需要停一台高压泵，压力变化较大，要适当降低生产速度，因而会影响生产效率。

2.4 模块化设计与组装

叠片式过滤器采用标准的模块化设计，可根据用户的使用要求进行模块化组装，可迅速提高流量，并且具有很强的互换性。如需要增加过滤的水量，只需要增加一个或多个模块即可，简单易行，这是袋式过滤器等无法比拟的。如设计一台过滤流量为150 t/h的叠片式过滤系统，可采用过滤量为10 m3/h的过滤单元20个，分成四组，并联排列。在生产过程中，三组运行，即共15个过滤单元运行，另一组5个过滤单元反清洗备用。图7是一个流量为150 t/h的设计方案的一组过滤单元。上述系统也可以设计为分成三组，每组6个过滤单元，其中5个单元工作，1个单元反洗备用。

图7 流量150 t/h叠片式过滤系统中的一组过滤单元

2.5 节省占地

由于叠片式过滤器是标准模块化设计和组装，所以可以根据厂房的空间大小和方位进行灵活组合。空间低矮而面积较大的厂房，可以采用卧式组合;空间较高而面积较小的厂房，可采用立式安装。

2.6 使用寿命长

叠片滤芯采用特制高科技工程塑料制成，材料坚固耐用、极耐磨损、耐腐蚀、不变形。经多年生产实践验证，叠片式过滤器的过滤效率不会随使用时间的延长而衰减。欣龙公司使用以色列ARKAL公司生产的叠片，其材质是聚丙烯/聚酰胺，1998年投入使用的叠片至今还在正常使用。

2.7 投资少

以建设一套流量为150 t/h水处理系统为例，使用进口叠片式过滤器的投资约为40万元，而使用一套进口袋式+线绕式芯式过滤器至少需要60万元。

2.8 运行成本低

叠片式过滤器运行可靠，操作简单，维护费用低。

(1)使用袋式+线绕式芯式过滤器的年运行成本:年使用过滤袋数量为1 296个，每个价值29元，合计37 584元;年使用过滤芯数量为1 176根，每根价值46元，合计54 096元;两项总计91 680元。

(2)使用叠片式过滤器的年运行成本:每套叠片的价格约为3.5万元，一备一用，共两套，合计7万元，使用寿命按4年计算，则年运行费用为1.75 万元。

由上可见，叠片式过滤器的运行费用远远低于袋式+线绕式芯式过滤器的运行费用，更何况叠片式过滤器的使用寿命不止4年，只要保护得好，实际使用寿命可以保持在10年以上。

3 结语

叠片式过滤是工业水处理的一种过滤方法，像气浮和砂滤一样，叠片式过滤也可以应用到水刺生产线的水处理工艺中，并且使用效果很好。叠片式过滤具有高效、节能、投资少和运行成本低等其他过滤方法不可比拟的优点，可以提高工作效率，减轻员工的劳动强度，增强产品的竞争力。欣龙公司水刺二线和新上生产线都采用了叠片式过滤方法，获得了很好的经济效益。建议水刺非织造布生产企业在水刺生产线的水处理系统上使用叠片式过滤方法。