CN101077814B

CN101077814B - 基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备及其工艺流程

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Publication number: CN101077814B
Application number: CN200710051775A
Authority: CN
Inventors: 程中和
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-04-02
Also published as: CN101077814A

Abstract

本发明公开了一种基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备及其工艺流程，涉及一种过滤设备。本设备包括罐体(1)，还包括提升机构(2)、锥帽分水头(3)、锥帽分气头(4)、排气管(5)、清洗水阀门(6)、清洗水槽(7)、锥型筛板活动架(8)、纤维滤元(9)、滤后均匀接收水头(10)、污泥管(11)和干渣出口阀门(12)；纤维滤元(9)是一种Tencel G-100半透膜纤维滤料。本流程包括预前混合；过滤；污泥干燥出渣；清洗纤维滤元；更换纤维滤元。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，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。

Description

基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备及其工艺流程

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和纤维滤元的过滤设备及其工艺流程。

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。在王庆中先生的推动下，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。

王庆中先生的庆中公司遍布全国各大城市，发展迅速，在城市污水处理领域创造出了很大的业绩。然而，该硅藻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利用。

王庆中先生设计的这种硅藻精土污水处理设备存在的问题，王庆中先生本人在专利中(专利号：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。

在实际运用中，这一传统的水力循环澄清池确实存在某些薄弱环节。

水力循环澄清池存在的问题：

1、泥渣回流量难以控制。水力循环澄清池在运行过程中，排泥为人工控制，因人为的因素经常造成活性泥渣不足，或是旧泥渣过剩，使水力分布不均，失去原有平衡，形成不良的水力循环，既浪费了人力物力，又增加了维护检修费用。

2、反应室容积较小，反应时间较短，回流泥渣接触絮凝作用的发挥受到影响，矾花絮体松散，比重轻，混合反应及净化效果相对较差，从而造成耗药量较大。

3、原水浊度低或短时间内水量、水质和水温变化较大时，运行效果不够稳定，适应性较差，在一定程度上抑制了水力循环功能的发挥。

4、喷嘴、喉管处阻力较大，造成水头损失增大，能量消耗相应较大。

5、单池生产能力较小，且生产能力仅达到设计生产能力的76.5％。

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。

如果说王庆中发明的硅藻精土在污水处理领域里是一次革命；那么使硅藻精土污水处理设备专业化、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和纤维滤元的过滤设备及其工艺流程。

本发明的设计思想：

本发明是利用硅藻精土这种新材料的特点，它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满足了快速混合的要求。

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

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。

本发明是采用硅藻精土混合、絮凝、吸附膨胀后堆积在纤维滤元表面，使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、在罐体的下方设置有一锥型筛板，在锥型筛板上又安放有锥型筛板活动架，在锥型筛板活动架的内面覆盖有纤维滤元，经混合、絮凝、吸附膨胀后的硅藻精土进入分离区后，在纤维滤元前是过不去的，只有清水从此滤过。

4、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)，就进入污泥脱水、浓缩、干燥、输出程序，充分发挥了硅藻精土的脱水性能。

大家知道：在低温加压法中，往反应罐直接吹入空气，在温度145～165℃、压力10kg/cm²以下的反应条件，可以改善污泥的脱水性。正是因为硅藻精土具有脱水性能，所以就不需要上述两个条件了。只需往过滤罐中吹入空气，压力在6kg/cm²，就可使罐内的硅藻精土脱水50％以上。罐内没有清水以后，此时罐内空气的压力保持在6kg/cm²，打开罐体底部的干渣出口阀门，同时打开阀门下部的压缩空气，利用罐内压缩空气和罐体下部的压缩空气形成的大压差将污泥吹出。在吹出的过程中含50％水份的硅藻精土在其管内又会使水份挥发，硅藻精土在出口处时已是干燥的粉末了。

具体地说：

一、基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备(简称本设备)的结构

如图1，本设备的结构是：

包括罐体(1)，固定在支架(13)上的罐体(1)由依次连接的上封头(1.1)、筒体(1.2)、锥型筛板(1.6)、下封头(1.3)组成，在筒体(1.2)上设置有上人孔(1.4)和下人孔(1.5)；

还包括提升机构(2)、锥帽分水头(3)、锥帽分气头(4)、排气管(5)、清洗水阀门(6)、清洗水槽(7)、锥型筛板活动架(8)、纤维滤元(9)滤后均匀接收水头(10)、污泥管(11)和干渣出口阀门(12)；

提升机构(2)由减速机(2.1)、滑轮(2.2)、钢丝绳(2.3)组成；减速机(2.1)和滑轮(2.2)安装在上封头(1.1)上，钢丝绳(2.3)的一端连接减速机(2.1)的转轴，钢丝绳(2.3)的伸出端穿过滑轮(2.2)连接锥型筛板活动架(8)的吊环(8.1)；

在上封头(1.1)的上部，从中间到边沿，分别设置有锥帽分水头(3)、锥帽分气头(4)和排气管(5)；

在筒体(1.2)的中部，设置有前后连接的清洗水阀门(6)、清洗水槽(7)，清洗水槽(7)上设置有喷嘴；

安放在锥型筛板(1.6)上的锥型筛板活动架(8)，其上面边缘设置有吊环(8.1)，其内面覆盖有纤维滤元(9)；(见图2)

在下封头(1.3)两侧设置有2个滤后均匀接收水头(10)，滤后均匀接收水头(10)的出水口设置有滤后阀门(10.1)；

污泥管(11)的进口与锥型筛板(1.6)的底部连接；污泥管(11)的出口穿过下封头(1.3)中央并通过三通(11.1)分别连接有压缩空气阀门(11.2)和法兰(11.3)；法兰(11.3)和干渣出口阀门(12)连接。

二、基于硅藻精土和纤维滤元的过滤工艺流程(简称本流程)

本流程包括下列步骤：

②预前混合

污水加硅藻精土后，经泵打入扩散式和双螺旋静态式管道混合器(简称混合器)内，变为快速混合、絮凝与吸附的混合水。

所述的混合器是一种定型产品。

②过滤

将第一次快速混合、絮凝与吸附的混合水从锥帽分水头(3)泵入罐体(1)内；该混合水在进入锥帽分水头(3)的一刹那间经过扩散、碰撞、反向变为第二次快速混合、絮凝与吸附的混合水；向上升的第二次混合水又经上封头(1.1)的碰撞而再次反向进入分离区(筒体下部)，此时带有压力的混合水在向下行的过程中受到锥型筛板活动架(8)上的纤维滤元(9)及无数层硅藻精土的拦截而被强迫刚性过滤，过滤水经下封头(1.3)，再从滤后均匀接收水头(10)流出。

③污泥干燥出渣

本设备在运行24h后，需要清理污泥。

首先关闭清洗水阀门(6)，打开锥帽分气头(4)的阀门，用空气的压力将罐体(1)内的水全部压出后，再关闭滤后阀门(10.1)；与此同时，打开压缩空气阀门(11.2)和干渣出口阀门(12)，此时的污泥在压缩空气的压力下吹干成干渣从干渣出口阀门(12)、干渣出口管道被输送至干渣场。

④清洗纤维滤元

清除污泥后，通过提升机构(2)将锥型筛板活动架(8)提升并上、下运行，此时打开滤后阀门(10.1)；与此同时，让高压清水从清洗水阀门(6)进入，通过清洗水槽(7)的喷嘴喷出，清洗锥型筛板活动架(8)上的纤维滤元(9)，只需5分钟，纤维滤元(9)就十分干净了。

⑤更换纤维滤元

纤维滤元(9)的更换周期为12个月。打开上人孔(1.4)、下人孔(1.5)，更换锥型筛板活动架(8)上的纤维滤元(9)。

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，减少投资与运行成本。

2、采用纤维滤元加硅藻精土作为过滤滤床的滤料，有利于提高过滤精度，减少运行成本。

3、采用压缩空气将污泥脱水、干燥，有利于提高工作效率，减少运行成本。

4、采用环形水槽及多点喷嘴用高压水清洗纤维滤元，有利于节约用水，提高清洗效率，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

1)工业污水处理

COD_cr≤60mg/L BOD₅≤20mg/L

SS≤20mg/L 氨氮≤8mg/L

S^2-≤1mg /L TP≤1mg/L

色度≤20 pH 6-9

SDI≤5(反渗透膜正常运行要求的技术指标)

2)油田含油污水处理：

原水含油≤200mg/L 滤后水含油≤3mg/L

原水SS≤100mg/L 滤后水SS≤3mg/L

原水矿化度≥8000 滤后水矿化度≥1000

硫酸盐还原菌≤200个mL 滤后水硫酸盐还原菌≤2个/mL

SDI≤5(反渗透膜正常运行要求的技术指标)

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、污泥干燥出渣、纤维滤元的清洗等都无需人工操作。

3、环保无二次污染

各类污水处理后可以回用，污泥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0.82元/T。

本发明运行的流量能达到50～100m³/h，投资成本只需500元/T，运行成本只需0.35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-本设备主体结构图；

图2-锥型筛板活动架结构图；

图3-清洗水槽结构图。

其中：

1-罐体，

1.1-上封头，1.2-筒体，1.3-下封头，

1.4-上人孔，1.5-下人孔；1.6-锥型筛板；

2-提升机构，

2.1-减速机，2.2-滑轮，2.3-钢丝绳；

3-锥帽分水头；

4-锥帽分气头；

5-排气管；

6-清洗水阀门；

7-清洗水槽，包括：

7.1-上清洗水槽，7.2-中清洗水槽，7.3-下清洗水槽；

8-锥型筛板活动架，8.1-吊环；

9-纤维滤元；

10-滤后均匀接收水头，10.1-滤后阀门；

11-污泥管，11.1-三通，11.2-压缩空气阀门，11.3-法兰；

12-干渣出口阀门；

13-支架。

具体实施方式

下面结合附图对有关功能块进一步说明：

1、锥帽分水头(3)

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

2、锥帽分气头(4)、

在进气管的下端用四根圆钢将一锥型体(锥体朝上)连接，气进入碰到锥型体，气就会向四周分散，气在运行中气压处处相等。

3、清洗水槽(7)

如图3，清洗水槽(7)为环形，包括上清洗水槽(7.1)、中清洗水槽(7.2)和下清洗水槽(7.3)，每个清洗水槽上均匀设置有4～6个喷嘴。

4、纤维滤元(9)

纤维滤元(9)是一种Tencel G-100(坦塞尔)半透膜纤维滤料。

纤维滤元(9)或制作成纤维布袋，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，并研制了一种新的滤料：Tencel G-100(坦塞尔)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。

Tencel G-100(坦塞尔)半透膜纤维滤元的特点：

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。

⑥吸附能力强，含有微正电荷(ZeTa电位)，能对被滤液中小于过滤通道难以滤除的微粒杂质，起到充分的物理能动吸附，可以使正磷酸盐和部分重金属离子从溶解态转化为颗粒态，继而通过絮凝沉淀而将它们有效地去除。

⑦与硅藻精土污水处理剂互补性很强，它们的共同点是吸水性特强；它们的不同点是纤维滤元带正电，硅藻精土带负电，在污水处理中各起各的作用；硅藻精土粉末剂很细腻约200目，只有这种纤维布才能使硅藻精土不漏土且过滤性能超群。

Claims

1.一种基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备，包括罐体(1)，固定在支架(13)上的罐体(1)由依次连接的上封头(1.1)、筒体(1.2)、锥型筛板(1.6)、下封头(1.3)组成，在筒体(1.2)上设置有上人孔(1.4)和下人孔(1.5)；

还包括提升机构(2)、锥帽分水头(3)、锥帽分气头(4)、排气管(5)、清洗水阀门(6)、清洗水槽(7)、锥型筛板活动架(8)、纤维滤元(9)、滤后均匀接收水头(10)、污泥管(11)和干渣出口阀门(12)；

安放在锥型筛板(1.6)上的锥型筛板活动架(8)，其上面边缘设置有吊环(8.1)，其内面覆盖有纤维滤元(9)；

2.按权利要求1所述的一种基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备，其特征在于：

纤维滤元(9)或制作成纤维布袋，或制作成纤维球，或制作成纤维束，或制作成针刺造纸毛毯。

3.按权利要求1所述的一种基于硅藻精土和纤维滤元的过滤设备，其特征在于：

清洗水槽(7)为环形，包括上清洗水槽(7.1)、中清洗水槽(7.2)和下清洗水槽(7.3)，每个清洗水槽上均匀设置有6～8个喷嘴。