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，?？冢?70000)

近年來我國水刺非織造布生產(chǎn)雖然受到世界經(jīng)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(chǎn)線的建設形成了又一個高潮，生產(chǎn)能力有了大幅提高。截止2011年底，全國已有178條生產(chǎn)線在運行，年生產(chǎn)能力超過41.5萬t，實際年生產(chǎn)量達到26.5萬t。目前水刺非織造布的應用領(lǐng)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本就成為各個生產(chǎn)廠家十分關(guān)心的問題。

水刺非織造工藝是以水為介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換，使纖網(wǎng)中的纖維相互纏結(jié)抱合而加固的工藝，用水量很大。一條3.5 m幅寬的生產(chǎn)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(chǎn)生的，對水質(zhì)尤其是水中顆粒物的要求很高，所以生產(chǎn)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(wǎng)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(zhì)?，F(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(nèi)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)徹底過濾掉。經(jīng)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(wǎng)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(zhì)和管道內(nèi)新形成的雜質(zhì)，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(chǎn)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(wǎng)”，1998年從法國引進的第二條水刺生產(chǎn)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(wǎng)”。經(jīng)過后期改進，兩條生產(chǎn)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(wǎng)”和“氣浮+砂濾+帶式+疊片式過濾+金屬安全過濾網(wǎng)”，經(jīng)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(chǎn)的要求。

由于“疊片式過濾”在水刺生產(chǎn)線中的應用較少，對其了解不多，所以本文將通過實際生產(chǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)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(nèi)部，水中大于疊片縫隙的物質(zhì)被截留在疊片濾芯外面。水壓越大，疊片濾芯的內(nèi)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(jīng)過疊片間隙流向內(nèi)部，形成過濾。當疊片外面被截留的物質(zhì)達到一定量時，過濾器內(nèi)外壓差變大;當達到設定的壓差值后，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)換外接閥門開關(guān)，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(zhuǎn)，將截留在疊片外面的物質(zhì)沖洗旋轉(zhuǎn)，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(jù)不同的水質(zhì)要求選擇不同過濾精度的過濾疊片。為了便于管理，根據(jù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量。

采用不同二級過濾器的兩條生產(chǎn)線在生產(chǎn)同一種產(chǎn)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(guān)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(chǎn)黏膠纖維/滌綸混紡產(chǎn)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(jù)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(chǎn)同一種產(chǎn)品時，兩條生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)速度，因而會影響生產(chǎn)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(jù)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(chǎn)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(jù)廠房的空間大小和方位進行靈活組合?？臻g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(jīng)多年生產(chǎn)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(chǎn)的疊片，其材質(zhì)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)品的競爭力。欣龍公司水刺二線和新上生產(chǎn)線都采用了疊片式過濾方法，獲得了很好的經(jīng)濟效益。建議水刺非織造布生產(chǎn)企業(yè)在水刺生產(chǎn)線的水處理系統(tǒng)上使用疊片式過濾方法。