CN100548448C - 基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程，涉及一种过滤设备。本过滤设备包括罐体(1)、搅拌机构(2)、锥帽分水头(3)、反冲洗出水口(4)、纤维球(5)、硅藻精土滤盘(6)、沸石(7)、出液口(8)、支承钢管架(9)；所述的纤维球(5)是一种坦塞尔半透膜纤维滤料；所述的硅藻精土滤盘(6)是一种将硅藻精土压制煅烧成的陶瓷滤盘。本过滤流程包括：混合；过滤；清洗。本发明过滤精度高；自动化程度高；环保无二次污染；投资成本及运行成本低；不仅可用于城市污水处理及回用，也可用于油田含油污水的处理与回用，还可用于海水淡化的预处理等。

Description

基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程

技术领域

本发明涉及一种过滤设备，尤其涉及一种基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程。

背景技术

硅藻精土新材料在污水处理中的应用已向世人展示了其神奇的效果。近年来，纳米微孔硅藻精土处理污水技术作为一种特殊而高效的新技术，不断被水处理专家所认可，被市场所接受，业内人士喻之为“国内首创，国际领先”的高新技术。一个新兴的纳米微孔硅藻产业在全国悄然兴起。

硅藻精土新材料之所以在污水处理中被广泛应用，正是其本身所具有的特点决定的。

1、物理絮凝作用：硅藻精土由不导电非晶体二氧化硅的硅藻壳体和超导的硅藻纳米微孔组成，可在硅藻表面形成不平衡电位和外场电位；在水处理过程中，污染物被快速物理絮凝、沉淀。

2、物理吸附作用：硅藻60m²/g具有很大的比表面积，具有极强的吸附力，把超细微粒物质、色度、有毒有害物质和气味吸附到硅藻表面，下沉并与水体分离。

3、物理超滤作用：在污水处理中，由2～2.5亿个/g、形体体积0.6～0.8cm³/g、形体内含一千多个纳米微孔、孔径7～125纳米，每毫米30万层形成的数公尺渣层中滤出，悬浮物、重金属离子及细菌等被硅藻纳米微孔超滤去除。

4、生物处理作用：硅藻60m²/g的比表面积，在2％浓度时，比表面积竟能达到120万m²；用硅藻作载体，微生物在硅藻巨大的比表面积上繁殖，去除污水中的COD、BOD和氨氮。

5、硅藻脱水作用：硅藻具有自身脱水功能，泥渣经脱水、干燥后，易于处理，不会形成二次污染。

硅藻精土之特点在污水处理中是否能充分显示出来，必须具备两个条件：一是新材料本身必须具备其特点的条件；二是与其配套的设备能否具备完成上述特点工艺的条件。

然而，目前市面上硅藻精土污水处理设备采用的是传统的过时的水力循环澄清池技术。显然，这种落后的设备技术与先进的新材料是不能相匹配的，这就大大地阻碍了硅藻精土新材料的充分利用与发展。

目前市面上硅藻精土污水处理设备存在的问题，公开号CN1184082A(用硅藻精土处理污水的工艺及设备，ZL：96122377.4)是这样述说的：加入的污水处理剂过低，则处理效果不明显，过高则造成不必要的浪费，不利于降低成本。污水的流量过小，不能形成涡流，从而没有离心作用，影响污物与水的分离；流量过大，影响污水处理剂对污物的吸附、絮凝作用，无法使之沉降，不能分离污物和水。澄清处理时间过短，分离不充分；过长影响处理效率，不利于进行工业处理。

显而易见，硅藻精土污水处理设备沿用传统水力循环澄清池与新材料是极不匹配的。虽然传统水力循环澄清池能得以改造，效果有所改观；但硅藻精土污水处理设备的起点是不够高的，这严重地阻碍了硅藻精土新材料的应用与发展；

如果说硅藻精土在污水处理领域里是一次革命；那么基于硅藻精土纤维球超滤器的污水处理设备其专业化、标准化、系列化、成套化、生产规模化就是污水处理领域里的二次革命。

本发明就是在这样的背景技术下产生出来的。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备及其过滤流程。

本发明的设计思想：

利用硅藻精土这种新材料的特点，其设备的设计应该完全满足硅藻精土这种新材料的特点，应该将硅藻精土这种新材料的特点完全发挥出来。

1、硅藻精土新材料的特点是絮凝、吸附好，设备就应该将硅藻精土这种新材料与污水在最短的时间内以最快的速度将其混合好。传统的机械搅拌混合与孔室混合效果较差，很难达到预期的效果，而对于高浊度水而言，更是收获不佳。扩散式和双螺旋静态式管道混合器能满足快速混合的要求。

本发明设计时集中了上述两种管道混合器的优点，在污水进入罐体前就将其与硅藻精土以最短的时间、最快的速度充分混合。

2、硅藻精土新材料的又一特点是具备过滤性能好，设备就应该充分发挥硅藻精土这种新材料的过滤性能。

硅藻精土形体内含一千多个纳米微孔、孔径7～125纳米是天然的绝好的过滤材料。将硅藻精土压制成圆盘煅烧成陶瓷滤盘，其过滤精度可达微米及纳米级。大家知道：凡是高精度的过滤元件都有两个致命弱点，一是过滤速度低；二是容易堵塞。过滤面积是过滤速度的一个重要参数，过滤面积与过滤速度成正比例；过滤面积大则过滤速度高，一般过滤器都是平面过滤，而硅藻精土纤维球超滤器是立体过滤就非常巧妙地解决了过滤速度低问题。在硅藻精土陶瓷滤盘的上方覆盖一层很厚的(1000mm)纤维球对其进行保护就非常巧妙地解决了容易堵塞的问题，这种将纤维球(初滤)与硅藻精土陶瓷滤盘(精滤)有机地结合在一台过滤器内是过滤领域的一个创举，这两种过滤介质形成过滤床，实现了传统过滤手段不能达到的过滤精度和经济效益，同时体现了新的过滤概念。

3、硅藻精土新材料还有一个重要特点是脱水性能好，设备就应该充分发挥硅藻精土这种新材料的脱水性能。

本发明在完成过滤程序后(过滤周期24h)，就进入废渣自动脱水、充分发挥了硅藻精土的脱水性能。

具体地说：

一、基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备(简称本过滤设备)的结构

如图1，本过滤设备包括罐体(1)、搅拌机构(2)、锥帽分水头(3)、反冲洗出水口(4)、纤维球(5)、硅藻精土滤盘(6)、沸石(7)、出液口(8)、支承钢管架(9)；

固定在支承钢管架(9)上的罐体(1)由依次连接的上封头(1.1)、上筛板(1.3)、筒体(1.2)和下封头(1.4)及焊接在下封头(1.4)之上的下底板(1.6)组成，在筒体(1.2)上设置有上人孔(1.5)；

搅拌机构(2)由减速机(2.1)、搅拌轴(2.2)、搅拌浆叶(2.3)组成；减速机(2.1)和搅拌轴(2.2)安装在上封头(1.1)上，搅拌轴(2.2)的上端连接减速机(2.1)的转轴，搅拌轴(2.2)的下端连接搅拌浆叶(2.3)的转轴；

在上封头(1.1)的上部，设置有锥帽分水头(3)和反冲洗出口(4)；

在下封头(1.4)上面焊接有下底板(1.6)，硅藻精土滤盘(6)安装在下底板(1.6)上，硅藻精土滤盘(6)周围充满沸石(7)，在硅藻精土滤盘(6)和沸石(7)上面铺盖有深度为9000～1100mm的纤维球(5)，从而构成一种硅藻精土纤维球超滤器；

在下封头(1.4)底部设置有出液口(8)。

所述的纤维球(5)是一种Tencel G-100(坦塞尔)半透膜纤维滤料；

所述的硅藻精土滤盘(6)是一种将硅藻精土压制煅烧成的陶瓷滤盘。

二、基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤流程(简称本过滤流程)

本过滤流程包括下列步骤：

①混合

将污水加入硅藻精土，经泵打入扩散式和双螺旋静态式管道混合器(简称混合器，是一种定型产品)内快速混合，再进入沉降罐沉淀3～4h；

②过滤

将沉淀后的混合水的上清液从锥帽分水头(3)泵入罐体(1)内，过滤水最后从出液口(8)流出；

该上清液在进入锥帽分水头(3)的一刹那间经过扩散、碰撞、变向进入筒体(1.2)下部(也称分离区)，此时带有压力的上清液在向下行的过程中首先受到纤维球(5)的拦截而被强迫刚性过滤得一级过滤水，又经下封头(1.4)上的若干硅藻精土滤盘(6)再次过滤得二级过滤水，最后从出液口(8)流出。

③清洗

本设备运行24h后，需要清洗纤维球(5)；

首先关闭锥帽分水头(3)，打开反冲洗出口(4)；反冲洗水从罐体(1)的底部出液口(8)进入，待反冲洗水冲满罐体(1)后，启动搅拌机构(2)开始搅拌，反冲洗时间为30min。

本发明具有下列特点：

1、采用扩散式和双螺旋静态式管道混合器将污水和硅藻精土预前混合，有利于快速混合、絮凝与吸附，提高过滤效率，减少运行成本。

2、采用纤维球(5)和硅藻精土滤盘(6)构成一种硅藻精土纤维球超滤器，有利于提高过滤精度，降低能耗，减少运行成本。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、过滤精度高

以0.45μm为分界线，在此界线以上的物质为悬浮物，透过此界线的物质为可容固体。硅藻精土纤维球超滤器处理污水的物质不是悬浮物而是透过此界线(0.45μm)的可容固体，如：染料、病毒、病菌、容于污水中的乳化油等，故滤后水含油≤0mg/L，滤后水SS≤0mg/L，滤后水矿化度≤1000mg/L，硫酸盐还原菌≤2个/mL，滤后水硫酸盐还原菌≤2个/mL。

2、自动化程度高

设备的全部操作都进入程序化，污水的混合、过滤运行、纤维球(5)的清洗等都无需人工操作。

3、环保无二次污染

本超滤设备不产生污泥，只产生废渣。污泥与废渣是有区别的，污泥有粘性，而废渣没有粘性。渣极易脱水，此废渣可自动脱水，干燥后可作能源材料。

4、投资成本及运行成本低

目前社会上处理城市污水的投资成本一般为1000～1200元/T，运行成本为2.2元/T。

本发明处理污水的投资成本为600元/T，运行成本为1.2元/T。

5、适用面广、通用性强

不仅可用于城市污水处理及污水回用，也可用于油田含油污水的处理与回用，还可用于海水淡化的预处理等。

海水淡化至今不能普及的一个重要原因是没有找到一个好的办法来解决预处理的问题，以至抬高了海水淡化的成本。本发明由于过滤精度高、抗污性强，是海水淡化的理想预处理设备。

附图说明

图1是本过滤设备结构图。

其中：

1-罐体，

1.1-上封头，1.2-筒体，1.3-上筛板，

1.4-下封头，1.5-上人孔，1.6-下底板；

2-搅拌机构，

2.1-减速机，2.2-搅拌轴，2.3-搅拌浆叶；

3-锥帽分水头；

4-反洗水出口；

5-纤维球；

6-硅藻精土滤盘；

7-沸石：

8-出液口；

9-支承钢管架。

具体实施方式

下面结合附图对有关部件进一步说明：

1、锥帽分水头(3)

锥帽分水头(3)是由进水管的下端口通过圆钢和锥体朝上的锥型体连接而成。

在进水管的下端口用四根圆钢将一锥型体(锥体朝上)连接，污水进入后即碰到锥型体，污水就会向四周分散，污水在运行中水压处处相等。

2、纤维球(5)

纤维球(5)是一种Tencel G-100(坦塞尔)半透膜纤维滤料。

纤维球(5)或制作成纤维布块，或制作成纤维球，或制作成纤维束，或制作成针刺造纸毛毯等。

人们一直在寻找一种不怕油、强度高、能耐磨、耐腐蚀、耐酸碱、化学稳定性好、耐热、不霉、不蛀、能反洗再生，并且在其结构中含有亲水性强的羟基，即寻找一种吸水性特强的滤料。尽管人们寻找了很久很久，也找了很多滤料，但都不理想。沿用至今的纤维球、纤维束、纤维条、纤维布块等都采用的是高分子合成纤维，其最大的优点是不怕油，其最大的缺点是其结构中不含亲水性羟基。不亲水，故不吸水，这是污水处理的大忌。

最近，本发明人找到了，并研制成功一种新的滤料：坦塞尔半透膜纤维滤料，该半透膜纤维滤元，是一种亲水抗污型纤维滤料，这种新的滤料在其结构中含有亲水性强的羟基，特亲水并且其自身具有天然的半透膜性质。

坦塞尔半透膜纤维滤料的特点：

①原料具有再生性。纤维素是地球上最丰富的并易于再生的生物聚合物。

②对环境影响小且可生物降解。

③高强度及可原纤化。该纤维的干、湿强度都很高。它的强度明显地大于其它包括棉在内的纤维素纤维，并接近聚酯纤维的强度。

④高吸水性及悬垂性。该纤维对水的亲和力使它有广泛的应用。在生产吸水产品方面，它有比棉还高的膨润性。当其暴露在水中时，纤维的横截面积增加了50％，为棉纤溶涨的2倍多。

⑤对油有强烈的排斥性，抗污性能强，特不怕油。

Claims (2)

1、一种基于硅藻精土纤维球超滤器的过滤设备，其特征在于：

包括罐体(1)、搅拌机构(2)、锥帽分水头(3)、反冲洗出水口(4)、纤维球(5)、硅藻精土滤盘(6)、沸石(7)、出液口(8)、支承钢管架(9)；

固定在支承钢管架(9)上的罐体(1)由依次连接的上封头(1.1)、上筛板(1.3)、筒体(1.2)和下封头(1.4)及焊接在下封头(1.4)之上的下底板(1.6)组成，在筒体(1.2)上设置有上人孔(1.5)；

搅拌机构(2)由减速机(2.1)、搅拌轴(2.2)、搅拌浆叶(2.3)组成；减速机(2.1)和搅拌轴(2.2)安装在上封头(1.1)上，搅拌轴(2.2)的上端连接减速机(2.1)的转轴，搅拌轴(2.2)的下端连接搅拌浆叶(2.3)的转轴；

在上封头(1.1)的上部，设置有锥帽分水头(3)和反冲洗出口(4)；

在下封头(1.4)上面焊接有下底板(1.6)，硅藻精土滤盘(6)安装在下底板(1.6)上，硅藻精土滤盘(6)周围充满沸石(7)，在硅藻精土滤盘(6)和沸石(7)上面铺盖有深度为9000～1100mm的纤维球(5)，从而构成一种硅藻精土纤维球超滤器；

在下封头(1.4)底部设置有出液口(8)；

所述的纤维球(5)是一种坦塞尔半透膜纤维滤料；

所述的硅藻精土滤盘(6)是一种将硅藻精土压制煅烧成的陶瓷滤盘。

2、按权利要求1所述的过滤设备，其特征在于：

纤维球(5)或制作成纤维布块，或制作成纤维球，或制作成纤维束，或制作成针刺造纸毛毯。

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