專利名稱：多孔介質(zhì)過濾工藝及設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理過濾技術(shù)中多孔介質(zhì)過濾工藝及設備的改進，特別涉及以纖維材料作為過濾介質(zhì)的過濾工藝及設備的改進。
近十年來，在水處理過濾技術(shù)中采用纖維材料代替粒狀濾料(石英砂、無煙煤等)作為過濾介質(zhì)的工藝及設備國內(nèi)外都有研究，并已有產(chǎn)品打入市場，如膠囊式纖維過濾器和活動孔板式(或雙孔板式)纖維過濾裝置，雖然它們都采用了纖維絲束松散時反洗，壓實時過濾的方式，而且均能實現(xiàn)過濾時濾層中沿水流方向濾料孔隙率和孔隙尺寸呈由大而小，比表面積由小而大分布的理想層態(tài)。但是它們也都具有設備復雜、維護檢修難、不易于操作，而且安全性、可靠性以及經(jīng)濟性差等諸多缺點。還有它們本身所固有的缺欠，像膠囊式纖維過濾器，雖然有理想的變孔隙濾層，但是由于膠囊占據(jù)了一定的過濾橫截面積而使有效的過濾面積減少，直接影響了設備出力的提高。像改進后的活動孔板式纖維過濾裝置，雖然在過濾時只靠水流的作用就使濾料壓實，反洗時同樣使濾料松散，但不足之處是纖維束在堆積壓實過程中，由于纖維束任意部位彎曲而不容易形成有序變孔隙的理想層態(tài)的濾層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有纖維過濾工藝及設備的缺點，提供一種新的既能充分發(fā)揮纖維濾料的特點，又使過濾方法簡單可靠、運行操作容易、維護檢修量小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、經(jīng)濟耐用的，并在過濾過程中，纖維絲束在水流作用下自動形成有序變孔隙理想層態(tài)濾層結(jié)構(gòu)的過濾工藝及設備。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種多孔介質(zhì)過濾工藝是以纖維絲桄為過濾介質(zhì)，若干纖維絲桄與其對應的浮子依次連接成串構(gòu)成濾元，再以一定的數(shù)量在過濾橫截面上均勻地豎向排列，并自由地放置于壓縮空氣裝置的濾料支撐部件的上面，組成一松散的、易于清洗的浮子纖維絲桄串濾料層。濾層中的每個濾元的各纖維絲桄是由纖維絲直徑為同桄中相同，異桄間不等，直徑為20～500μm不等的纖維絲繞制成桄后經(jīng)膨化處理的，其折長為200～600mm不等，重量為0.04～0.15kg不等，并按其纖維絲直徑由大到小從上往下拴掛在對應的浮子的下端，各浮子及重墜是橫截面為星形、圓形或多邊形的實心或空心筒體的一種，它們在同一設備中其外徑相同，而內(nèi)徑沿過濾時介質(zhì)流動方向由大依次變小設計，并且設計時它們的內(nèi)外徑值應與其開孔率相應(這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知的)。過濾時，水從上而下穿過濾層，由于水流的作用產(chǎn)生對浮子向下的阻力，使浮子向下移動并推擠拴掛其下面的纖維絲桄呈壓實狀態(tài)從而得到過濾；反洗時，清洗水從下而上流過濾層，由于同樣的作用產(chǎn)生對浮子向上的阻力，使浮子向上移動并拉展拴掛其下面的纖維絲桄呈松散狀態(tài)而有利于清除被截留物。特別的是這一作用力是水流穿過濾層時遇到的阻力，濾元自身的重力以及濾料層中被截留物的重力之和，它在濾層中沿水流方向逐漸增大，因此，在這個力的作用下，加上濾元中的各纖維絲桄按其纖維絲直徑由大到小依次排列的，從而過濾時就自動形成有序變孔隙理想層態(tài)的濾層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的設備主體可以是壓力式過濾器的罐體，也可以是重力式濾池的池體。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于濾層密度的調(diào)節(jié)是靠水流作用于浮子產(chǎn)生阻力，使其上下移動，并推擠或伸展拴掛其下面的纖維絲桄，從而達到濾料的松散或壓實狀態(tài)，并且過濾時，被濾介質(zhì)從上向下通過濾層，在其作用下上一層濾料對其下面的濾層的壓力逐漸增大，加上濾元中各纖維絲桄按纖維絲直徑大的在上，依次向下遞減，這樣就形成沿水流方向濾料孔隙率和孔隙尺寸由大到小，而比表面積由小到大分布的有序變孔隙理想層態(tài)濾層結(jié)構(gòu)，因此充分發(fā)揮了深層過濾的作用，使本發(fā)明過濾速度快、濾層阻力小、過濾精度高、截污容量大，而且設備結(jié)構(gòu)簡單、操作容易以及安全可靠。應用于壓力式過濾器和重力式濾池等。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。


圖1濾元結(jié)構(gòu)示意圖；圖2壓力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維過濾器過濾狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3壓力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維過濾器反洗狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4重力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維濾池過濾狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5重力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維濾池反洗狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
實施例1壓力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維過濾器，參見圖1、圖2、圖3。
該過濾器包括主體(罐體)(14)，位于上部的進水裝置，位于下部的出水裝置，位于出水裝置上面的壓縮空氣裝置及其上面的變孔隙濾層，該濾層是以丙綸纖維絲桄為濾料，由纖維絲桄(一)(6)、纖維絲桄(二)(7)、纖維絲桄(三)(8)、纖維絲桄(四)(9)與其對應的浮子(一)(5)、浮子(二)(4)、浮子(三)(3)、浮子(四)(2)及重墜(1)用不銹鋼絲吊環(huán)(10)端與端連接成串組成濾元，再以85kg/m3的裝填密度在過濾橫截面上均勻地垂直排列于壓縮空氣裝置的濾料支撐部件(13)的上面，構(gòu)成一松散的、易于清洗的濾層。每個濾元的各纖維絲桄是由直徑分別為200μm、150μm、100μm、50μm不等的纖維絲繞制成桄后經(jīng)膨化處理的，同桄中纖維絲直徑相同，異桄間不等，其每桄的折長為300mm，重量為0.05kg，并按纖維絲直徑由大到小從上往下拴掛在對應的浮子的下端，各浮子是橫截面為圓形的實心簡體，其外徑相同，直徑均為φ55mm，而內(nèi)徑沿過濾對水流方向由大依次變小設計，各為浮子(一)為φ45mm、浮子(二)為φ35mm、浮子(三)為φ25mm、浮子(四)為φ15mm，重墜的內(nèi)經(jīng)為φ5mm，浮子和重墜每個長度均為200mm。
過濾時如圖2所示，具有一定工作壓力的原水，進入封閉的罐體(14)，自上而下穿過濾層時，由于水流的動壓頭作用于浮子產(chǎn)生阻力，推動各浮子下移并擠壓其下面的纖維絲桄，由于浮子和纖維絲桄本身的重力以及濾層截留物的重力，上一層濾料層對其下面的濾層的壓力逐漸增大，在這一合力的作用下，濾層按水流方向形成孔隙率由大到小的合理層態(tài)的濾層結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮深層過濾作用。又由于下面的浮子所受到的流體阻力比上面的逐漸增大，這樣就確保了位于濾層底部的壓實區(qū)的密度足夠的大，使本發(fā)明具有過濾精度高(可達出水濁度為0)、濾速快(最高可達50m/h)、阻力小(周期平均水頭損失僅為0.015～0.05MPa)、截污容量大(原水懸浮物含量10～30mg/L時為1.3～3.2kg/m3)，而且設備結(jié)構(gòu)簡單，制造使用成本均低于其它類似設備，操作容易猶如機械過濾器并更安全可靠。
反洗時如圖3所示，反洗水由下而上作用于重墜及浮子，使浮子升起并拉展其下面的纖維絲桄，使濾層松散，由反洗進水系統(tǒng)(11)進反洗水，配合來自壓縮空氣系統(tǒng)(17)的壓縮空氣實施反洗。該過濾器由于濾層濾元自由地放置在濾料支承部件(13)的上面，當大流量的反洗水流入時，濾層呈懸浮狀態(tài)，從而更有利于反洗效果的提高，并縮短反洗時間到5～7分鐘。
上述實施例經(jīng)實驗臺實驗，得到技術(shù)參數(shù)如下運行流速35～40m/h；過濾精度(經(jīng)混凝處理水)當入口水濁度為10～20mg/L時，出口水濁度≯1mg/L；當入口水濁度5～10mg/L時，出口水濁度≯0.5mg/L；反洗自耗水≯5％。
實施例2重力式浮子纖維絲桄串濾料層纖維濾池，參見圖1、圖4、圖5。
本實例與實施例1不同之處是過濾裝置的主體是敞開口的池體(1)，實施過濾及反洗原理、過程同實施例1。
本實施例經(jīng)實驗臺實驗，得到技術(shù)參數(shù)如下；運行流速為15～20m/h；過濾精度(經(jīng)混凝處理水)當入口水濁度≯20mg/L時，出口水濁度≯2mg/L；當入口水濁度5～10mg/L時，出口水濁度≯1mg/L；反洗自耗水≯5％。
權(quán)利要求
1.一種多孔介質(zhì)過濾工藝，將被過濾的介質(zhì)通過一過濾裝置內(nèi)的纖維濾層，該過濾裝置包括主體(14)、主體內(nèi)的纖維濾層、位于主體上部的進水裝置、位于主體下部的出水裝置、位于纖維濾層下的壓縮空氣裝置，其特征在于所說的纖維濾層為用一定數(shù)量的由若干纖維絲桄(一)(6)、纖維絲桄(二)(7)、纖維絲桄(三)(8)、纖維絲桄(四)(9)等和與其對應的浮子(一)(5)、浮子(二)(4)、浮子(三)(3)、浮子(四)(2)等及重墜(1)用不銹鋼絲吊環(huán)(10)或尼龍繩的一種，按照一定的排列依次端與端拴掛連接成串構(gòu)成濾元，在過濾橫截面上均勻豎向垂直排列，并自由地放置在壓縮空氣裝置上面的濾料支承部件(13)的上面組成浮子纖維絲桄串式纖維濾料層，過濾時將被濾介質(zhì)從上而下通過濾層，由于流體的作用對浮子產(chǎn)生向下的阻力，使其向下移動并推擠拴掛在其下面的纖維絲桄呈壓實狀態(tài)，從而自動地使此時的濾層密度增大使介質(zhì)得到過濾，反洗時將清洗介質(zhì)從下而上通過濾層，同樣，由于流體的作用，自動地使此時的濾層密度變小從而各纖維絲桄呈松散狀態(tài)而有利于清除被截留的污物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的各浮子及重墜的外徑相同，而內(nèi)徑的尺寸沿介質(zhì)流動方向由大依次變小并在設計時直徑值與其開孔率相應，對應的各纖維絲桄中的纖維絲直徑同桄內(nèi)相同，異桄間不等并按其直徑由大依次變小順序排列。
3.一種多孔介質(zhì)過濾設備，包括主體、主體內(nèi)的纖維濾層、位于主體上部的進水裝置、位于主體下部的出水裝置、位于纖維濾層下的壓縮空氣裝置，其特征在于所說的的纖維濾層為用一定數(shù)量的由若干纖維絲桄和與其對應的浮子或重墜用不銹鋼絲吊環(huán)或尼龍繩的一種，沿過濾時介質(zhì)流動方向按纖維絲直徑由大到小對應的各浮子或重墜也按其內(nèi)徑值由大到小依次端與端拴掛連接成串構(gòu)成濾元，在過濾橫截面上均勻豎向垂直排列組成的浮子纖維絲桄串式纖維濾料層，并將其自由地放置在與壓縮空氣裝置為一體的濾料支撐部件(13)的上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于同一設備中的濾元結(jié)構(gòu)相同，不同用途的設備中的濾元的各浮子、重墜和纖維絲桄的排列相同，浮子與纖維絲桄的數(shù)量及其形狀尺寸相同或不同，其總密度為0。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于所說的纖維絲桄是由滌綸纖維、聚乙烯醇半碳化纖維、尼龍絲中的一種，繞制成桄后經(jīng)膨化處理組成的，其每桄的折長為200～500mm不等，每桄內(nèi)的纖維絲直徑相同，濾元中各桄的纖維絲直徑為20～500μm或以上不等，重量為0.04～0.10kg不等，每濾元內(nèi)的各纖維絲桄的折長和重量相同或不等，并同一濾層同一層面的纖維絲桄的折長和重量相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于所說的浮子和重墜為外徑相同，內(nèi)徑不等的橫截面為多邊形、腰果形、星形、齒形及圓環(huán)形的筒體的一種，其長一般為100～300mm不等，并同一濾層同一層面的浮子或重墜的長相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于所說的浮子為實心體或空心體的一種，其整體密度為0.3～0.7。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于實心浮子的材料為多孔塑料、海綿橡膠、電木、賽璐珞、聚氯乙烯或木材的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于空心浮子的材料為聚乙烯、聚丙烯、ABS工程塑料、賽璐珞、聚氯乙烯、硬質(zhì)橡膠、玻璃、陶瓷、粉末冶金、鋁或鋼的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾設備，其特征在于重墜的材料為陶瓷、玻璃、粉末冶金、不銹鋼、鑄鐵或碳鋼掛膠、碳鋼涂塑的一種，其密度為3～7。
全文摘要
本發(fā)明涉及水處理中多孔介質(zhì)過濾工藝及設備的改進,特別涉及以纖維材料作為過濾介質(zhì)的過濾工藝及設備的改進。用一定數(shù)量的由若干纖維絲桄和與其對應的浮子或重墜依次連接成串構(gòu)成的濾元在過濾橫截面內(nèi)均勻豎向排列并自由地放置在壓縮空氣裝置的上面組成濾層,過濾時水從上向下穿過濾層,浮子自動擠壓其下面的纖維絲桄呈壓實狀態(tài)從而得到過濾,反洗時水從下向上穿過濾層,浮子自動拉展其下面的纖維絲桄呈松散狀態(tài)而利于清除截留物。本發(fā)明濾速快、阻力小、過濾精度高、截污容量大、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、維護檢修量少以及安全可靠。應用于壓力式過濾器或重力式濾池。
文檔編號B01D24/02GK1249956SQ9812352
公開日2000年4月12日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
發(fā)明者杜躍成 申請人:杜躍成