CN101417189B - 无维护全自动过滤机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种无维护全自动过滤机，该过滤机由至少两组过滤单元组成，每组过滤单元包括多个过滤芯，过滤芯均置于过滤机的封闭外壳内；所述过滤机的进水管线设置进水管线分压器，形成的每个支管与对应的过滤单元组的每个过滤芯下端的内孔相连，每个支管上均设置电子阀门；所述的每组过滤单元下方设置尾料排出口，该尾料排出口与该组过滤单元的每个过滤芯下端的内孔相连，该尾料排出口(10)设置电子阀门。本发明突破现有过滤机滤芯连接方式的滞障，实现了滤芯的无限不规则排列；并能利用自身压差实现反冲功能，在不影响正常做功的状态下，完成自身的反冲功能，为过滤机连续工作创造了前提条件，也为大规模工程精细过滤提供了坚实基础。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域中的污水处理设备，尤其是涉及一种过滤机，该过滤机实现了过滤芯的无限不规则排列，利用自身压差实现反冲功能，为过滤机连续工作创造了前提条件。
背景技术
获得清洁的水源已经成为当前制约经济发展和改善人民生活质量的最重要的因素，在目前因污染严重和水资源紧缺的条件下，被污染的水源需要通过处理以便能继续使用。目前，使用具有过滤芯的过滤机，采用物理方法对使用水源进行过滤仍然是获得清洁水的主要手段。为了达到较好的过滤效果，现有的过滤机一般采用多个滤芯串联的方式，实现多级过滤。上述滤芯多级串联的方式容易形成每个滤芯内部压力不均衡，每个滤芯的做功效率不能保持一致，因而串联级数有限，实现不了大规模的无限排列方式，达不到工业化生产的规模和效率；而且对于如何解决过滤状态下形成的滤芯的堵塞和二次污染，一般采用设备停机，对滤芯人工清理或反冲的方式解决污物的残留和滋生病毒的可能性，使过滤状态恢复正常。这种反冲方式是间歇式的，一般滤芯污染到相当程度以后才进行，使过滤机的效率大大下降，而且二次污染的情况不能彻底解决，滤芯的使用寿命降低。
现有的过滤机在大规模使用时，解决二次污染方面的成本高昂，不是一般产业可以接受的，更不用说环境治理了。最为关键的是，世界各国实现不了大规模的无限排列方式和全自动一体化的控制，因而突破不了产业化的瓶径。
目前，在城市污水处理方面，采用美国70年代的SPR模式物理方法和化学方法结合的城市污水处理的工艺。SPR模式采用的核心技术是用沙罐填充过滤介子料，进行污水过滤，体积非常大，造价成本很高，过滤的精度分布不均匀，过滤效率低下。维护时还得把过滤介子填充料拿出来，进行清洗后放回去，维护成本太高。设备占地面积比较大，工程量巨大，在大城市地皮成本非常高的情况下，建设成本和运行成本居高不下，常制约该项技术的使用。对于超细颗粒，工艺还得采用化学方法絮凝后才可以进行过滤造成化学药剂絮凝后的残留物质的二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无维护全自动过滤机，突破现有过滤机滤芯连接方式的滞障，实现了滤芯的无限不规则排列，并能利用自身压差实现反冲功能，在不影响正常做功的状态下，完成自身的反冲功能，为过滤机连续工作创造了前提条件，也为大规模工程精细过滤提供了坚实基础。
本发明提出的一种无维护全自动过滤机，该过滤机由至少两组过过滤单元组成，每组过滤单元包括1个或多个过滤芯，过滤芯均置于过滤机的封闭外壳内；
所述封闭外壳的下端设置滤后排料口；
所述过滤机的进水管线设置进水管线分压器，进水管线分压器分成的支管数和所述过滤单元的个数相同，每个支管与对应的过滤单元组的每个过滤芯下端的内孔相连，每个支管上均设置电子阀门；
所述的每组过滤单元下方设置尾料排出口，该尾料排出口与该组过滤单元的每个过滤芯下端的内孔相连，该尾料排出口设置电子阀门；
其中，组成所述过滤单元的过滤芯的侧壁为采用蜂窝状结构，形成六方体孔道，其孔径通道呈波纹状曲线。
所述过滤机的封闭外壳上设置有外置加药口，封闭外壳内设置内置加药口。
所述内置加药口上设置内置连接管，内置连接管通向过滤机的封闭外壳外。
所述过滤机封闭外壳上设置有水位仪。
所述进水管线分压器的每个支管连接单排、双排或多排过滤芯，并且根据过滤芯的数量设置一个或多个滤后排料口。
采用所述多个过滤单元共用一个封闭外壳的连体机组形式，并相应设置多个进料口和多个滤后排料口。
本发明还提出一种使用具有上述特征的过滤机的造纸污水过滤系统，该系统包括沉淀池、串联排列的三级过滤机组、尾料池和滤后清水池，污水经过所述三级过滤机组的一级过滤机的进料口压入一级过滤机，经过滤后的水进入二级过滤机，经二级过滤机过滤后的水最后进入三级过滤机，最后从三级过滤机排出的清水通过滤后清水池收集。
所述沉淀池具有初滤沉淀池和溢流沉淀池，所述初滤沉淀池上设置微孔过滤网，污水经过所述微孔过滤网流入所述初滤沉淀池，再进入所述的溢流沉淀池。
一级过滤机采用3um～5um孔径的过滤芯144个，二级过滤机采用1um孔径的过滤芯81个，三级过滤机采用0.2um的过滤芯81个。
本发明进一步提出一种使用具有上述特征的过滤机的河道污水重力过滤系统，所述过滤系统采用多个过滤机，所述过滤系统的进水口设置在挡水坝的上游来水方向，滤后清水的出水口设置在挡水坝的下游方向；所述多个过滤机之间采用并联形式或串联形式。
所述挡水坝在河道一侧设置溢流通道。
所述过滤系统采用两个并联形式的一级过滤机和二级过滤机，所述过滤系统设置两个进水口，分别通向两个过滤机，一级过滤机的滤后稀释水经出水口返回上流河道的水源地；二级过滤机的出水口通下游河道。
所述过滤系统采用两个串联形式一级过滤机和二级过滤机，一级过滤机的入水口设置在上游河道，一级过滤机的出水口和二级过滤机的进水口相通，二级过滤机组的出水口通向下游河道。
所述一级过滤机的进水口采用分层取水的方式。
从以上发明内容可以知道，本发明的过滤机整体运行的原理是利用了U型水平衡的原理，使每个过滤芯内部的压力均等，使其每个过滤芯的做功效率保持一致。使用并连均衡压力，串联解决规模，最终实现2个以上的过滤芯的无限多个排列方式，解决工业化生产的规模和效率。把过滤芯串并联结合为一体，为规模和效率提供工作基础。
附图说明
图1是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明过滤机的过滤流程；
图2是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明过滤机的反冲流程；
图3是本发明过滤机的过滤芯结构示意图；
图4是本发明过滤机的单行过滤芯组合和双行过滤芯组合示意图；
图5本发明过滤机的多个过滤芯排列的连接形式示意图；
图6是移动式过滤机的过滤芯的排列方式示意图；
图7A和图7B是利用本发明过滤机的造纸厂污水处理系统示意图；
图8A和图8B是利用本发明过滤机的河道重力过滤装置示意图。
图中
1过滤单元 17滤孔排列
2过滤芯 18过滤孔
3进水管线分压器 19初滤沉淀池
4电子阀门 20微孔过滤网
5电子阀门 21一级过滤机组
6滤后排料口 22二级过滤机组
7电子阀门 23三级过滤机组
8整体反冲接 24清水池
9电子阀门 25尾料池
10尾料排出口 26溢流沉淀池
11滤后尾料集合器 27溢流通道
12电子阀门 28河坝
13水位仪 29一级机组
14内置加药 30二级机组
15外置加药口 31数控操作室
16内置连接管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的过滤机的结构和工作流程作详细说明。
图1是利用本发明过滤机的一组过滤单元显示本发明的过滤流程。本发明过滤机由至少两组如图所示的过滤单元组成，可以并联或串联多组过滤单元，组成适合多种需要的过滤机。过滤单元1包括1个或多个过滤芯2，本实施例设置每个过滤单元包括3个过滤芯，整个过滤机包括3组过滤单元。过滤芯2均置于过滤机的封闭外壳内。
过滤机的进水通过进水管线分压器3，由电子阀门4控制。进水管线分压器3进而分成3个支管，分别由3个电子阀门5控制。图1所示的过滤单元1通过最下面的一个支管进水，污水从过滤机下方通过管道进入过滤芯2的内孔。此时，尾料排出口10在电子阀门12的控制下处于关闭状态。在重力或排污泵作用下污水形成的压力使之按照内进外出和下进上出的方式从过滤芯2的内，通过过滤孔过滤，使过滤后的清洁 水进入过滤单元1的封闭空间，并从电子阀门7控制的滤后排料口6排出。
过滤机还设置有水位仪13、内置加药口14、外置加药口15和内置连接管16，在观察过滤单元1内的水位，以及在必要时，分别对过滤芯2的内外施加必要的药物时，不必打开过滤机的外壳，方便操作。
图2显示本发明过滤机的反冲流程。如图所示，本过滤单元1的进水支管在电子阀门5的控制下关闭，其他两个支管仍处于打开的状态。尾料排出口10在电子阀门12的控制下打开，在过滤芯2的内腔与外部之间形成压差，其他过滤单元过滤后的清水从过滤单元1的过滤芯2外部，反向通过过滤孔，对残留的污物进行反冲，通过尾料排出口10排出过滤孔收集处理。对一组过滤单元的过滤芯进行反冲清污流程时，其他组的过滤单元并没有停止工作，整个过滤流程仍在进行。
如过滤机需检修，可以进行整体彻底反冲，使过滤状态恢复最初正常的状态。其流程是采用图2所示的整体反冲接口8，通过电子阀门9打开整体反冲接口8，使加压的反冲清洁水从整体反冲接口8按虚线箭头方向进入，完成反冲流程。
本发明过滤机的过滤单元使用的过滤芯采用特殊结构，为了提高过滤效果，顺利实施反冲流程，过滤芯2采用如图3所示的结构。过滤芯2的壁为多孔结构，17是过滤孔排列的放大示意图，18为过滤孔的放大示意图。过滤孔在侧壁的排列采用蜂窝状结构，六方体孔道，使单位面积的空隙最多，提高过滤效率；同时，过滤芯的孔径通道呈波纹状曲线，这种结构有利于改变物质在通道里的通过方向，减轻物质通过孔径通道的摩擦力，更加有利于物质颗粒的通过，使正方向和反向通过通道的阻力保持一致，便于在反冲流程中清洗孔径通道中的残留物。由于蜂窝状结构排列，所以决定了孔径精度的均匀度，更加有利于均匀分级过滤，使过滤中值保持高度的一致，偏差可以控制在正负一左右。基本保证了 这种过滤芯在方向上一致。就是用过滤后的液体进行正常的反冲。避免不必要的特殊加入反冲液体，这是这种过滤芯的最大特点。并且在六方体的角度上，形成了圆弧状，减少了通过的阻力。实现效率的最大化，这是建立全新连接方式的材料基础。此种过滤芯的材质的选择上是比较宽松，原因如下，由于过滤机排列方式的合理性和过滤芯特殊的曲线结构和均等的蜂窝状排列，决定了过滤机整体需要的过滤压力大大的降低了，也就是过滤效率显著提高了。所以在建造过滤机时所需材料强度上是比较宽松的。可以是不锈钢，也可以是水泥的，更可以是普通钢材的。这是区别其它过滤机的特别之处，这个前提为企业降低运行成本和建造成本提供了材料支持。也相应的扩大了应用范围，更实际的解决污染治理问题。过滤孔径精度控制在200um-0.05um之间，达到了超细膜的精度，不同于超细膜，它具有反复冲洗功能，为本发明的过滤机采用的连接方式提供了现实依据，使超细单晶体颗粒的收集和分级成为现实。在空气过滤和液体过滤，油和水的分离方面，实现单独运用物理方法就能达到过滤目的。
本发明的过滤机具体的特点是采用内进外出，下进上出，外压内排，集合分组排渣。利用三组基础结构，二组正常工作对一组形成自然压差，实现尾料集合的方式把正常工作和排渣同步进行的作用机理，目的是用物理方法取代化学絮凝的方法，解决过滤状态下形成的二次污染，随时反冲解决了污物的残留和滋生病毒的可能性。这种反冲是日常的反冲，所以要结合过滤对象的浓度和悬浮物的含量而定。本机的过滤芯连接方式是法兰式连接，增强了抗压能力和做功效率，为高精度过滤提供基础条件和前提，此类过滤机连接方式是实现全自动过滤根本条件和基础。在排料口采用了电子三向转向阀门，在进料口采用电子阀门，为实现自动化控制提供基础条件。在此基础上在法兰上嵌入式的设置有加药口，利用并串方式，为每个过滤芯进行内部高效小范围加药提供基础可能， 也为空气过滤提供了反冲和清洗提供可行方案，最终使得加药，排渣，正常过滤，同时协调进行。我们在管线连接上，采用了拨片和电子传感分压，使其每个过滤通道的流量和压力大致保持一致和均等，为机体整体正常协调工作创造条件。此类过滤机适用于高压和低压一切过滤条件，是规模和效率和自动化统一结合。为了节约运行成本，我们把过滤芯的内部冲量控制在最小范围，我们所采用的过滤芯整体内径为30mm-80mm-120mm范围内。过滤芯孔径精度控制在200um-0.05um范围，但实践检验认为实现工程过滤0.2um是此类过滤机最佳结合点，因为此类过滤机采用二级缓冲分压，已经达到了过滤芯最高的工程要求强度的临界点，精度过高和冲量阻力过大对自动反冲和滤芯强度带来负面的影响。
图4、图5和图6是本发明过滤机的过滤芯组合示意图，显示过滤芯组的排列方式。其中图4是单行和双行过滤芯组合的连接形式。图4左图是单行过滤芯组合，三组并联，每组三个滤芯2，整个过滤机采用一个进水管线分压器3和一个滤后排料口6。一般用于家庭小型过滤机上。图4右图是双行过滤芯组合，三组并联，每组双行共12个滤芯2，整个过滤机采用1个进水管线分压器3和2个滤后排料口6。一般用于中型过滤机上。图5多个过滤芯排列的连接形式，左边的图表示共12×12个过滤芯，使用了4滤后排料口6个。滤芯分别按4×12个过滤芯为一组，3组并联。右边的图表示可以按照类似的方式组合成任意多个过滤芯的组合，并相应增加滤后排料口6的数量。
图4和图5所示的过滤芯排列组合，都是按照3个组并联的方式，也可以根据需要，通过为进水管线分压器3设置更多地支管，安排3个以上的组。随着过滤芯的增加，可以根据需要适当增加滤后排料口的数量，例如，增加到6个或6个以上。
图6移动式过滤机的过滤芯的排列方式。3个机组采用连体机组形 式，采用3个进料口3，5个滤后出料口6，该装置体积小效率高，适合车载使用，用于户外应急需要。
图7和图8所示为本发明过滤机的应用实施例，其中图7A和图7B是利用本发明过滤机的造纸厂污水处理系统示意图。如图7 A和图7B所示，该系统包括沉淀池、串联排列的三级过滤机组21，22和23、尾料池25和滤后清水池24。沉淀池具有初滤沉淀池19和溢流沉淀池26，初滤沉淀池19上设置微孔过滤网20，污水经过微孔过滤网20流入初滤沉淀池19，再进入溢流沉淀池26。
溢流沉淀池26中的经过初滤的污水利用污水泵，经过一级过滤进料口3压入一级过滤机组21，经过滤后的水进入二级过滤机组22。经二级过滤机组22过滤后的水最后进入三级过滤机组23，最后从三级过滤机组23排出的清水通过滤后清水池24收集。
三级过滤机组的尾料管10将尾料排入尾料池25收集处理。
本系统所采用三级过滤，原因在于造纸厂污水里的渣子含量高，并且含碱性物资永远悬浮的特点，一级采用3um-5um的孔径的过滤芯进行阻隔过滤，去除70/100的碱类渣子，液体明显退色。二级采用1um孔径的过滤芯，去污量达到总体的25/100。液体呈现浅黄色，已经透明了。三级采用0.2um的过滤芯进行扫尾阻隔过滤，液体基本完全澄清略微有浅黄色，基本实现碱类物质的除污工作。过虑芯的个数：一级为144个过虑芯，二级为81个，三级为81个。根据规模大小的不同，加大过虑芯数量和冲量值得大小。BOD和COD的指标。维持在0.5mg/L左右。建议最好采用重力过滤，这样有利于解决运行成本和长期维护的成本的降低。三级过滤最好配合浓密机和拖泥斗来清除可以自然沉淀的渣子含量，以便于完成更好的工程过滤效果，保证系统长期的运行。过滤系统的各项指标稳定。基本能满足日处理量5000吨左右。
本系统用物理方法取代化学和物理的混合法，不会形成二次污染， 运行成本和投资成本远远低于现行的处理模式，对造纸厂污水的处理精度和效率都大大优于现行的处理模式。
图8A和图8B是利用本发明过滤机的河道重力过滤装置示意图。该装置采用二级重力过滤，一侧设置溢流通道27，防止汛期河道中水流过大冲击河坝和机组设施，保证汛期也能正常过滤。其中图8A是并联形式的二级重力过滤，图8B是串联形式的二级重力过滤。
如图8A所示，并联形式的二级重力过滤装置设置在河坝28之间，主要特点是设置两个进水口，污水同时进入一级机组29和二级机组30，进入一级机组29的污水经过过滤后，通过滤后稀释出水口6仍返回上流河道的水源地，其任务是对大颗粒的污物进行过滤除污，降低水源地的水样浓度，起到稀释作用，减轻二级机组30的纳污压力。稀释后的污水进入二级机组30，经二级机组30过滤后，清水排入下游河道。一级机组29和二级机组30反冲后的尾料通过尾料排放管10排入尾料池。河岸设有数控操作室31，控制机组的运行。该并联模式适用于污染比较重浓度比较高的河道。
如图8B所示，串联形式的二级重力过滤装置的污水入口采用分层取水口，根据水的污染程度的大小来选择过滤水样，一级机组29过滤后的稀释水直接进入二级机组30的入水口，二级机组30并不直接从上游河道进水。采用串联形式的前提条件是河水污染不太重，并且主要是悬浮物质的污染，浓度比较低的情况。
并联形式的二级重力过滤，充分利用河水的重力作用，一级机组29和二级机组30的过滤效率都高。串联形式的二级重力过滤，进入二级机组30的水重力压力降低，影响二级机组30过滤效果，但是过滤后的水质更好，整个装置成本较低。
尾料池的污物经过沉淀后，上面的污水从新返回水源地进入过滤流程，下面的干物质清理运走处理。
Claims (14)
1.一种无维护全自动过滤机，其特征在于，该过滤机由至少两组过滤单元组成，每组过滤单元包括1个或多个过滤芯，过滤芯均置于过滤机的封闭外壳内；
所述封闭外壳的下端设置滤后排料口；
所述过滤机的进水管线设置进水管线分压器，进水管线分压器分成的支管数和所述过滤芯的个数相同，每个支管与对应的过滤单元的每个过滤芯下端的内孔相连，每个支管上均设置电子阀门；
所述的每组过滤单元下方设置尾料排出口，该尾料排出口与该组过滤单元的每个过滤芯下端的内孔相连，该尾料排出口设置电子阀门；
其中，组成所述过滤单元的过滤芯的侧壁为采用蜂窝状结构，形成六方体孔道，其孔径通道呈波纹状曲线。
2.根据权利要求1所述的过滤机，其特征在于，所述过滤机的封闭外壳上设置有外置加药口，封闭外壳内设置内置加药口。
3.根据权利要求2所述的过滤机，其特征在于，所述内置加药口上设置内置连接管，内置连接管通向过滤机的封闭外壳外。
4.根据权利要求1所述的过滤机，其特征在于，所述过滤机封闭外壳上设置有水位仪。
5.根据权利要求1所述的过滤机，其特征在于，所述进水管线分压器的每个支管连接单排、双排或多排过滤芯，并且根据过滤芯的数量设置一个或多个滤后排料口。
6.根据权利要求1或5所述的过滤机，其特征在于，采用多个所述过滤单元共用一个封闭外壳的连体机组形式，并相应设置多个进料口和多个滤后排料口。
7.一种使用权利要求1-6所述的过滤机的造纸污水过滤系统，其特征在于，该系统包括沉淀池、串联排列的三级过滤机组、尾料池和滤后清水池，污水经过所述三级过滤机组的一级过滤机的进料口压入一级过滤机，经过滤后的水进入二级过滤机，经二级过滤机过滤后的水最后进入三级过滤机，最后从三级过滤机排出的清水通过滤后清水池收集。
8.根据权利要求7所述的过滤系统，其特征在子，所述沉淀池具有初滤沉淀池和溢流沉淀池，所述初滤沉淀池上设置微孔过滤网，污水经过所述微孔过滤网流入所述初滤沉淀池，再进入所述的溢流沉淀池。
9.根据权利要求7所述的过滤系统，其特征在于，一级过滤机采用3um～5um孔径的过滤芯144个，二级过滤机采用1um孔径的过滤芯81个，三级过滤机采用0.2um的过滤芯81个。
10.一种使用权利要求1-6所述的过滤机的河道污水重力过滤系统，其特征在于，所述过滤系统采用多个过滤机，所述过滤系统的进水口设置在挡水坝的上游来水方向，滤后清水排出口设置在挡水坝的下游方向；所述多个过滤机之间采用并联形式或串联形式。
11.根据权利要求10所述的过滤系统，其特征在于，所述挡水坝在河道一侧设置溢流通道。
12.根据权利要求10所述的过滤系统，其特征在于，所述过滤系统采用两个并联形式一级过滤机和二级过滤机，所述过滤系统设置两个进水口，分别通向两个过滤机，一级过滤机的滤后稀释水经滤后排料口返回上流河道的水源地；二级过滤机的滤后排料口通下游河道。
13.根据权利要求10所述的过滤系统，其特征在于，所述过滤系统采用两个串联形式一级过滤机和二级过滤机，一级过滤机的进料口设置在上游河道，一级过滤机的滤后排料口和二级过滤机的进料口相通，二级过滤机的滤后排料口通向下游河道。
14.根据权利要求13所述的过滤系统，其特征在于，所述一级过滤机的进料口采用分层取水的方式。
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