调查研究表明，近年来传统的海水淡化技术多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、压气蒸馏法在市场的份额越来越低，膜分离技术以其投资省、能耗低、建设期短、运行灵活、占地少、技术可靠等优势被广泛应用，现约占市场份额的70%。为保护反渗透(RO)安全稳定的运行，超滤(UF)一般作为反渗透(RO)的前置过滤。为保护超滤(UF)安全稳定的运行，过滤器一般作为超滤(UF)的前置过滤。进入超滤(UF)的水质如果不稳定，进水水质达不到进入超滤水质要求，则可能造成超滤污堵、反渗透(RO)脱盐率下降、水量下降，严重者可使整个系统膜损坏。过滤装置作为超滤前置处理装置显得非常重要，关系到整套装置能否安全有效的运行。传统常规的过滤器存在的不耐腐蚀、流量小、更换滤芯不便、成本过高等因素，难以满足现代工程的需求。针对这些不足，康洁公司研发出一种高耐蚀性、用于海水淡化、舰船和海上钻井平台等环境中使用的新型无弹簧叠片式过滤器系统。
1新型无弹簧叠片式过滤器简介
1.1新型无弹簧叠片式过滤器的工作原理
新型无弹簧叠片过滤器的滤芯是由一组带沟槽的盘片组成，每张盘片正反两面都有沟槽且方向相反，在过滤时，过滤盘片压紧，使盘片间的沟槽交叉，从而形成具有一系列独特过滤通道的深层过滤单元，液体由压紧的盘片外缘通过沟槽和棱形成流体通道流向盘片内缘，流体通道逐渐变窄，可以将水中的硬质颗粒、软质颗粒和纤维颗粒拦截在盘片外缘或盘片之间的沟槽内。过滤结束后通过控制器自动控制反冲洗阀改变水流的方向，通过液压松开盘片组，水流同时沿切线喷射出，使盘片旋转，盘片上截留的固体物被冲洗除去，从而实现过滤介质的过滤和过滤器纳污能力的再生。
1.2新型无弹簧叠片式过滤器工作状态
如图所示，来水从侧部的进水口沿切线进入过滤单元，通过顶杆中心小孔进入隔膜上腔(同时浮子浮起，关闭排气阀)，推动隔膜下移，并带动顶杆下压盘片组，盘片组被压紧形成致密过滤芯，水中杂质被滤芯拦截后，出水经由滤芯中心部位的鸭嘴单向阀至下部的出水口，完成过滤。
1.3新型无弹簧叠片式过滤器反洗状态
如图3所示，过滤单元反洗时，侧部进水口成为排水口，由于进排气阀的打开和水的自重，隔膜腔和进排气阀腔内的水迅速被排掉，使过滤进水腔内的水迅速泄空，隔膜装置也就失去了先前的下压力，此时反洗来水从下部的出水口进入，由于鸭嘴单向阀的作用，反洗水只能经由四根带有喷嘴的导管向上顶开滤芯压帽和隔膜装置，松开盘片组，同时沿切线喷射出，使盘片旋转，盘上截留的固体物被冲洗除去。反洗时，上部的自动进排气阀会自动打开，空气可以进入腔体内，有助于提高喷射清洗效果。
2新型无弹簧叠片式过滤器的特点与优势
新型无弹簧叠片式过滤器系统应用于海水淡化最重要的优点是的是整个盘式过滤器和配套的管路系统为全塑料的。传统叠片过滤器必须设置单独的排气阀，其管道多采用衬塑碳钢管路。其过滤单元压紧弹簧采用不锈钢304材质，造成其耐腐蚀型差，使用寿命短。
(1)整个过滤系统为全塑料的，滤芯采用独特的“无弹簧”设计(专利技术)，抗腐蚀效果强。反洗运行压力低，不需要增减压装置，可直接接入超滤。
传统叠片式过滤器，其中的一个主要部件是弹簧，过滤时，过滤盘片在弹簧和水的作用下被紧密的压在一起;当含有杂质的水通过时，大颗粒和粗纤维直接被拦截，称为表面过滤，而比较小的颗粒与纤维进入沟纹孔后到达盘片内部，由于沿程孔隙逐渐减小，细小的颗粒和纤维分别被拦截在各通道的途中，称为深层过滤。反洗时，反洗阀门改变了过滤单元的水流方向，过滤芯上的弹簧被水压顶开，所有盘片及盘片间的小孔隙被打开。位于过滤芯中央的喷嘴沿着切线喷水，使盘片旋转，在水流的冲刷与盘片的高速旋转离心力的作用下，截留在盘片上的固体物质被冲洗出去，达到反洗效果。随后反洗阀门恢复过滤位置，过滤芯上的弹簧再次压紧盘片，恢复到过滤状态。
在传统的叠片式过滤器中弹簧在运行-反洗-运行循环往复过程中起着至关重要的作用。而在海水淡化项目中，金属部件在海水中受化学因素、物理因素和生物因素的作用而发生的破坏，金属结构腐蚀的结果是材料变薄,强度降低,有时发生局部穿孔或断裂,甚至使结构破坏。传统的叠片式过滤器中的弹簧部件在过滤器运行-反洗循环过程中一直重复着弹起-压紧状态，即使在弹簧表面做防腐处理，也会因为弹簧一直在运动中，防腐材料很快脱落而达不到有效的防腐作用。在海水淡化工程中，也很快因为海水对弹簧的腐蚀作用，使得过滤器使用运行使用寿命偏短。海水对金属件的腐蚀作用制约着叠片式过滤器在海水淡化项目中的推广和应用。
新型无弹簧叠片式过滤器在过滤运行状态时，利用来水驱动隔膜向下压紧盘片，而不是用弹簧压紧盘片。反洗时，由于反洗阀切换到反洗状态，叠片单元腔体通过反洗阀与排污管道连接，直接排空，此时叠片腔体内形成负压。在负压和重力的作用下，盘式过滤器顶部排气阀打开，向盘滤中进气。由于盘式过滤器中没有压力，通过从中心导管喷嘴喷出反洗水的压力顶开叠片压盖，松开盘片，无需客服传统过滤器的弹簧弹力，使得反洗压力大大降低，系统可以安全稳定的运行。新型无弹簧叠片式过滤器是全塑料的，在海水淡化项目中不易腐蚀，克服了叠片式过滤器因为金属件易腐蚀而不能广泛在海水淡化项目推广的历史难题。
另外，这种采用独特的“无弹簧”设计,过滤时巧妙利用来水压力和排气装置(顶杆)压紧盘片，反洗时排气装置启动，将过滤单元内的水排尽，盘片自行松动，大大降低反洗的压力。
正是新型无弹簧叠片式过滤器的“无弹簧”设计，使得反洗来水不用克服弹簧压力松开盘片进行反洗，反洗水压相比传统式过滤器水压要低很多。新型无弹簧叠片式过滤器进水压力为0.2~0.8MPa，反洗压力为0.15~0.8MPa,由于超滤的进水压力一般为0.2~0.3MPa,叠片式过滤器进出水前后不需要加增减压装置，可直接进入超滤装置。相比传统的过滤器前后要加增减压装置，新型无弹簧叠片式过滤器投资运行成本低、安装维护方便、节省能源。
(2)加设排气装置，大大的提高了反洗效果。
传统叠片式过滤器反洗时，进水口变成排污口，出水口为反洗进水口，在盘片松动的同时通过反洗喷嘴对盘片进行切线冲洗。通过实践发现，外壳和中心骨架之间构成的过滤进水腔在泄空状态下，反冲洗效果最好;但遗憾的是传统的叠片式过滤器通常即使出水口变成排水口，由于外界大气压的作用及排水管路设计的原因，过滤器外壳内的存水并不能迅速泄空，反洗已经开始，过滤器进水腔的存水会严重影响喷射效果和旋转效果，造成反洗效果不好。另外传统的叠片式过滤器由于过滤芯在过滤和反洗过程中，盘片组压紧和松开都在过滤器外壳之内，人无法知道过滤芯的工作是否正常，特别是反洗出现故障，影响了对故障的判断，只能在泄压后打开外壳观察，这样带来很多不要的麻烦，费时费力。
新型无弹簧叠片式过滤器在过滤器顶部加进排气阀装置，当过滤器反洗状态切换到过滤状态时，排走过滤进水腔的内的空气，避免水锤现象对过滤器的破坏;在过滤器过滤状态切换到反洗状态时，在进排气装置的上口迅速沟通大气，破环虹吸作用，使过滤器进水腔内的存水迅速泄空，大大的提高了反冲洗的冲刷效果。新型无弹簧叠片式过滤器处于运行状态时，过滤器进排气装置内的红色浮子在水的浮力下浮起，过滤器处于反洗状态时，进排气装置的水泻空，浮子下落，使用者可清楚的观察到过滤器的工作运行状态以及盘片的打开程度，有利于现场各种问题的判断，安装、运行、调试、维修省时省力。
(3)抛弃了常用的金属卡箍设计，过滤器采用自锁卡扣配合特殊设计的密封圈，材料为全塑料的，耐腐蚀性强。
叠片式过滤器一般由过滤器底座、外壳和滤芯构成。传统的的叠片式过滤器底座和外壳的连接一般采用金属卡箍连接。采用金属卡箍连接时，拆装方便，但这种过滤器的底座和外壳的连接外圆都比较大，一般直径都大于200mm,且材质为金属，在海水淡化项目中耐腐蚀性效果差，使用寿命短，从而投资运营成本高，运行维护困难。或者采用紧配合，造成拆卸和安装过滤器外壳时非常费力，甚至需要专用工具，很不方便。新型无弹簧叠片式过滤器抛弃了常用金属卡箍设计，过滤单元采用自锁卡扣配合特殊设计的密封圈，外壳和底座连接的结构为旋转式连接结构，使得过滤单元外壳的安装和拆卸变得非常简单容易，端面密封效果好。
3多介质过滤器、网式过滤器和叠片式过滤器的比较
在海水淡化超滤前置过滤中，目前前置过滤的方法有多介质过滤、网式过滤器、新型无弹簧叠片式过滤器。
(1)石英砂过滤。其特点过滤精效果好;其缺点成本高，占地面积大(以处理量为250m³/h为例，占地面积约为48m2)。
(2)网式过滤器。其特点产水量大，成本较高;缺点：反洗效果差，由于其主要部件为不锈钢316L材质，造成其耐腐蚀性差(以处理量为250m³/h为例，占地面积约为2m2)。
(3)新型无弹簧叠片式过滤器。其优点：耐腐蚀性好，产水量较大，反洗效果好，成本相对低，占地面积小(以处理量为250m³/h为例，占地面积约为2.7m2)。
4运营成本分析
经过对三种过滤厂家的初步调研，以处理量为4000m³/h的海水连续运行10年为例进行运营成本分析：
4.1叠片式过滤器运行费用：
年自耗水成本=处理水量×自耗水率×水费×365天=4000m³/h×24×0.5%*0.5元/m³×365天=8.76万元，10年约为87.6万元。
叠片式过滤器运行压力低，进水不需要前面加压，可以节省电能。
人工成本10年约2万。
合计=87.6万元+2万=89.6万元
4.2自清洗过滤器
自耗水成本=处理水量×自耗水率×水费×365天=4000m³/h×24×1%*0.5元/m³×365天=17.52万元，10年约为175.2万元。
自清洗过滤器需要定期更换滤网，一般两年更换一次，滤网价格根据市场价约为10万，更换滤网费用=10万×5次=50万。
自清洗过滤前置加压电机功率约1kw，年耗电大约1万元，10年约为10万。
人工运行成本：每台按两个月清洗一次。每次2天，每年约2万元左右，10年约20万。
合计=175.2万元+50万+10万+20万=255.2万元
4.3多介质过滤器
自耗水成本=处理水量×自耗水率×水费×365天=4000m³/h×24×3%*0.5元/m³×365天=52.56万元，10年约为525.6万元。
多介质过滤器滤料一般2~3年更换一次，滤料成本=300t×800元/t×4次=96万
人工运行成本：10年约33万元。
合计=525.6万元+96万元+33万元=654.6
综上处理量为4000m³/h的海水连续运行10年：叠片式过滤器运行成本约为：89.6万;自清洗过滤器运行成本约为：255.2万;多介质过滤器运行成本约为654.6万元;叠片式过滤器的运行费用比自清洗过滤器运行费用低约86%，比多介质过滤器低约85%。
5结论
新型无弹簧叠片式过滤器在海水淡化应用中具有耐腐蚀、使用寿命长、运营成本低、运行简单、管理维护简单等优点，正在逐步推广实施。
作者：北京康洁之晨水处理技术有限公司 王世杰,许杰,杨亚洲
原标题：新型无弹簧叠片式过滤器在海水淡化中的应用
