CN101791501A - 一种抗污染高效振动过滤分离设备 - Google Patents
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Abstract
一种抗污染高效振动过滤分离设备，属于水环境保护与治理设备。过滤分离元件安装在过滤分离元件支架上，并共同安装在混合液容器内；混合液容器的顶盖上或侧面安装动力机构和运动变换机构，动力机构通过运动变换机构带动过滤分离元件做竖直或水平方向上的直线往复振动；混合液容器外部还设置外接的控制单元、供气单元、提升单元和抽吸单元。通过使过滤分离元件在待分离混合液中进行直线式循环运动，加强了混合液或气泡对过滤分离元件表面污染物摩擦作用的强度和频率，减缓了过滤分离元件的污染进程，提高了产量。可用于地表水中藻类的分离和收集、污水处理厂泥水分离、以及其他需要固液分离的场合。
Description
技术领域
本发明属于水环境保护与治理设备，具体涉及一种抗污染高效振动过滤分离设备，适用于地表水中藻类的分离和收集，污水处理厂泥水分离以及需要固液分离的场所。
背景技术
近年来，随着环境治理工作的开展，特别是水环境治理工作的深入，过滤分离技术也有了很大的发展和进步。这不仅体现在过滤分离技术本身有了质的飞跃，也体现在其应用范围和场合的大范围拓展。目前，过滤分离技术可以分为两大类：介质过滤(石英砂过滤、慢滤、多介质过滤、活性炭吸附过滤)和膜技术及其衍生技术(微滤、超滤、纳滤、反渗透、MBR、EDI)，这些技术有最初的给水处理已经扩展到生活污水处理、工业废水处理、地表水处理、海水处理、再生水生产、超纯水生产等领域。
在过滤分离技术的使用过程中，始终都要遇到一个问题，即过滤分离介质的污染和堵塞，一旦发生污染和堵塞，过滤分离系统的功能和效率就会显著下降，同时引起能耗的增加和能源浪费。例如：当普通石英砂滤池发生堵塞时，滤前水头就会不断上升，同时滤池的产水量会显著下降；当超滤膜发生污染时，膜前高压水泵的阻力会增加，同时超滤膜的产水量会显著下降。为了解决这一问题，人们尝试了很多种方法，并且很多已经成功应用，包括：(1)进行预处理，这是最普遍和有效的解决办法，例如预先去除混合液中较大的颗粒物，预先进行消毒处理等，以防止颗粒物污染和微生物污染等；(2)反冲洗，主要针对过滤孔径较大的介质过滤分离系统、微滤、超滤，例如：单独水反冲洗、单独气反冲洗、气水联合反冲洗、药剂反冲洗等；(3)在进水混合液中预先添加阻垢剂等抑制无机、有机污染物和微生物在分离过滤介质表面的吸附、沉积和积累，主要针对纳滤、反渗透等过滤孔径很小的过滤分离系统，例如碳酸盐阻垢剂、硫酸盐阻垢剂等；(4)过滤分离运行方式的改变，主要体现在纳滤、反渗透等过滤分离系统中，例如由死端过滤方式改进为错流过滤方式；(5)流体冲刷，利用过滤分离过程中液体、气体或混合液的冲刷作用延缓分离过滤介质表面污染和堵塞进程，例如在MBR系统中的曝气作用产生的气泡就具有对过滤膜表面的冲刷作用。
为了进一步提高过滤分离系统的抗污染、抗堵塞能力，提高其过滤分离效率，延长其反冲洗或清洗周期，提高和改善上述各方法的效果就成为一种重要的思路。针对平板膜组件及类似结构的过滤分离组件，提出在采用流体冲刷、摩擦技术削减过滤分离介质表面污染物累积数量的基础上，采取使过滤分离介质本身在待分离混合液内发生直线式往复振动的技术，进一步提高流体与过滤分离介质表面的相对运动速度及流体的局部湍流程度，强化冲刷和摩擦效果，延长过滤分离系统的反冲洗或清洗周期。通过设备设计、加工组装、试验验证，在地表水藻类的分离、MBR泥水分离、水解酸化池泥水分离、染料富集等方面，过滤分离介质振动技术能够延长反冲洗周期30％～80％，提高过滤分离效率20％～40％。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗污染高效振动过滤分离设备。通过巧妙的将往复式振动驱动系统与平板膜等过滤分离元件进行集成，实现过滤分离元件的往复式振动，提高待分离混合液与过滤分离元件表面的相对运动速度及混合液的局部湍流程度，强化冲刷和摩擦效果，延长过滤分离系统的反冲洗或清洗周期。
为达此目的，本发明采取以下技术方案：
一种抗污染高效振动过滤分离设备，其结构为：过滤分离元件安装在过滤分离元件支架上，并共同安装在混合液容器内；混合液容器的顶盖上或侧面安装动力机构和运动变换机构，运动变换机构的输出端通过拉杆与过滤分离元件连接，动力机构通过运动变换机构驱动拉杆做竖直或水平方向运动，进而带动过滤分离元件沿过滤分离元件长度或宽度方向做竖直或水平方向上的直线往复振动，其振幅为与振动方向平行的过滤分离元件边长的0.2～0.5倍，振动频率为1次/5s～20次/s。
所述混合液容器外部还设置外接的控制单元、供气单元、提升单元和抽吸单元；混合液容器的侧壁上部设置与供气单元连接的进气口、与提升单元连接的入口、与抽吸单元连接的分离液出口、以及溢流口，混合液容器的侧壁下部设置预留口和浓缩液排放口；所述入口的位置高于容器最高水位，溢流口与容器最高水位相平。
所述过滤分离元件为平板膜组件、中空纤维膜组件、工业用无纺布组件、或其它具有过滤分离性质的薄膜材料组件，其中，所述工业无纺布组件或其它具有过滤分离性质的薄膜材料组件的结构均类似于平板膜组件，均由最内层的导流层、中间层的导流膜、及最外层的过滤分离膜组成。
所述过滤分离元件在工作过程中整体浸没在混合液中，不允许过滤分离元件露出液面，其顶部距离混合液液面至少10cm。
所述过滤分离元件的数量为1个或多个，分为由单个过滤分离元件或多个过滤分离元件组成的组，并配备与组的数量相同的动力机构和运动变换机构。
所述各组分离过滤元件中，相邻的过滤分离元件之间按净距2～10cm被固定成一个整体，在动力机构和运动变换机构的带动下进行同步振动。
所述过滤分离元件的振动轨迹由过滤分离元件支架限制，工作时，过滤分离元件通过动力机构和运动变换机构带动沿着过滤分离元件支架上的运动轨道进行振动，不工作时，过滤分离元件由过滤分离元件支架支撑和固定。
所述过滤分离元件的底部设置布气单元，且布气单元距离过滤分离元件的最小距离不小于10cm；布气单元采用穿孔布气管，布气面积不小于过滤分离元件的垂直投影面积，穿孔管孔径为0.5～5mm，穿孔总面积不小于布气管总侧面积的5％。
所有与所述过滤分离元件直接相连的链接管均采用柔性抗压管，抗压能力不小于0.5MPa。
所述动力机构为电动机，运动变换机构为减速箱和滚珠丝杠运动变换机构，抽吸单元为离心泵，提升单元为离心泵，供气单元为鼓风曝气机。
本发明的有益效果为：
1.自动化程度高，本发明中振动驱动单元、动力机构、抽吸单元、供气单元的启动、运行、停止等均可有控制单元进行独立、精密的自动控制，特别是过滤分离元件的振动频率、振幅等的调节控制；
2.抗污染能力强，过滤分离元件的抗污染能力大大增强，特别是对微生物、无机颗粒物(SS)等物理性污染的抵抗能力；
3.反冲洗周期长，过滤分离元件的反冲洗周期大大延长，针对不同的应用场合，过滤分离元件的反冲洗周期延长了30％～80％；
4.分离效率高，混合液的分离效率大大提高，相同时间内混合液中溶剂的产出量增加20％～40％；
5.应用范围广，本发明中过滤分离元件采用不同的材料，就能够应用于不同的场合，包括地表水藻类的分离、MBR泥水分离、水解酸化池泥水分离、染料富集等方面。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的结构示意图；
图2是本发明第二种实施例的结构示意图；
图3是本发明第三种实施例的结构示意图；
图4是本发明第四种实施例的结构示意图。
图中标号：
1-混合液容器；2-过滤分离元件；3-过滤分离元件支架；4-动力机构；5-运动变换机构；6-控制单元；7-供气单元；8-提升单元；9-抽吸单元；1a-进气口；1b-分离液出口；1c-入口；1d-混合液容器上；1e-为预留口；1f-浓缩液排放口；3a-运动轨道；5a-拉杆；7a-布气管；9a-柔性抗压连接管；9b-汇集管。
具体实施方式
本发明提供了一种抗污染高效振动过滤分离设备，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明的结构为：过滤分离元件2安装在过滤分离元件支架3上，并共同安装在混合液容器1内；混合液容器1的顶盖上或侧面安装动力机构4和运动变换机构5，运动变换机构5的输出端通过拉杆5a与过滤分离元件2连接，动力机构4通过运动变换机构5驱动拉杆5a做竖直或水平方向运动，并带动过滤分离元件2沿过滤分离元件长度或宽度方向做竖直或水平方向上的直线往复振动，其振幅为与振动方向平行的过滤分离元件2边长的0.2～0.5倍，振动频率为1次/5s～2次/s。
所述混合液容器1外部还设置外接的控制单元6、供气单元7、提升单元8和抽吸单元9；混合液容器1的侧壁上部设置与供气单元7连接的进气口1a、与提升单元8连接的入口1c、与抽吸单元9连接的分离液出口1b、以及溢流口1d，混合液容器1的侧壁下部设置预留口1e和浓缩液排放口1f；所述入口1c的位置高于容器最高水位，溢流口1d与容器最高水位相平。
混合液通过提升单元8，由入口1c进入混合液容器1；若干过滤分离元件2组成过滤分离元件组，由拉杆5a带动进行平行于过滤分离元件表面的往复运动，运动过程中，过滤分离元件组始终位于液面以下，其顶部距离容器1中液面始终不小于10cm；动力机构4产生的旋转运动通过运动变换机构5进行减速，同时转变为拉杆5a的直线往复运动；过滤分离元件2的运动轨迹受过滤分离元件支架3上运动轨道3a的限制；过滤分离元件支架3与混合液容器1被固定在一起；过滤分离元件2在振动过程中依靠抽吸单元9提供的负压，迫使混合液容器1内溶剂透过过滤分离元件2表面上的微孔，通过柔性抗压连接管9a进入汇集管9b，再通过混合液容器上分离液出口1b进入抽吸单元流出，而混合液中的大颗粒物质则被留在混合液容器内，不断的被浓缩，最后通过浓缩液排放口1f进行排放；柔性抗压连接管9a的有效伸缩长度约为过滤分离元件振幅的1.5倍；混合液容器上1d为溢流口，使过多的混合液回流到提升单元8前端，1e为预留口，以备其他需要时使用；动力机构4、运动变换机构5、供气单元7、提升单元8及抽吸单元9等的启动、运行、关闭均有控制单元6进行控制。
在图1、3和4中均有供气单元7，外界空气通过供气单元7、混合液容器上的进气口1a到达布气管7a，以微小的气泡形式在混合中扩散开来。图2中，由于工艺要求原因，不设供气单元。在图1、3和4中，通过气泡的摩擦作用和过滤分离元件2本身的振动以抵抗过滤分离元件表面的污染，特别是颗粒污染；在图2中，仅仅依靠过滤分离元件2本身的振动延缓过滤分离元件表面的污染。
实施例1
如图1所示，将本发明用于MBR污水处理工艺。混合液容器1为钢板焊制而成，混合液容器1中的混合液为泥水混合物，提升单元8为污水泵，进水为生活污水，供气单元7为鼓风机，布气管7a为穿孔布气管，过滤分离单元为平板膜，共17片组成一个组件。平板膜沿竖直方向振动，振动频率为1次/2s，振幅为平板膜竖直方向长度的30％。动力机构4为电动机，运动变换机构5为减速箱和滚珠丝杠运功变换机构，控制单元6为PLC控制箱，抽吸单元9为高压离心泵。排放口1f排放的浓缩液为剩余污泥。外界空气通过供气单元7、混合液容器上的进气口1a到达布气管7a，以微小的气泡形式在混合中扩散开来，通过气泡的摩擦作用和过滤分离元件2本身的振动以抵抗过滤分离元件表面的污染，特别是颗粒污染。
其他条件相同的情况下，与平板膜不进行振动时相比，当平板膜按照上述设定进行振动时，其一，平板膜的反冲洗周期延长了35％，即平板膜内外压差达到上限的时间推迟了35％；其二，相同时间内平板膜的产水量增加了24％。
实施例2
如图2所示，将本发明用于水解酸化工艺泥水分离，这里不设供气单元。混合液容器1为钢板焊制而成，混合液容器1中的混合液为泥水混合物，提升单元8为污水泵，进水为生活污水，过滤分离单元为平板膜，共17片组成一个组件。平板膜沿竖直方向振动，振动频率为1次/3s，振幅为平板膜竖直方向长度的20％。动力机构4为电动机，运动变换机构为减速箱和滚珠丝杠运功变换机构，控制单元6为PLC控制箱，抽吸单元为高压离心泵。排放口1f排放的浓缩液为剩余污泥。本实施例中，仅仅依靠过滤分离元件2本身的振动延缓过滤分离元件表面的污染。
其他条件相同的情况下，与平板膜不进行振动时相比，当平板膜按照上述设定进行振动时，其一，平板膜的反冲洗周期延长了80％，即平板膜内外压差达到上限的时间推迟了80％；其二，相同时间内平板膜的产水量增加了40％。
实施例3
如图3所示，将本发明用于地表景观水体藻类收集分离。混合液容器1为钢板焊制而成，混合液容器中的混合液为藻水混合液，提升单元8为离心泵，进水为发生水华的地标景观水，供气单元7为鼓风机，布气管7a为穿孔布气管，过滤分离单元为中空纤维膜组件，共15组。中空纤维膜沿竖直方向振动，振动频率为1次/1s，振幅为中空纤维膜组件竖直方向长度的25％。动力机构4为电动机，运动变换机构为减速箱和滚珠丝杠运功变换机构，控制单元6为PLC控制箱。排放口1f排放的浓缩液为浓缩藻液。外界空气通过供气单元7、混合液容器上的进气口1a到达布气管7a，以微小的气泡形式在混合中扩散开来，通过气泡的摩擦作用和过滤分离元件2本身的振动以抵抗过滤分离元件表面的污染，特别是颗粒污染。
其他条件相同的情况下，与中空纤维膜组件不进行振动时相比，当中空纤维膜组件按照上述设定进行振动时，其一，中空纤维膜组件的反冲洗周期延长了28％，即平板膜内外压差达到上限的时间推迟了28％；其二，相同时间内平板膜的产水量增加了22％。
实施例4
如图4所示，将本发明用于MBR污水处理工艺，混合液容器1为钢板焊制而成，混合液容器中的混合液为泥水混合物，提升单元8为污水泵，进水为生活污水，供气单元7为鼓风机，布气管7a为穿孔布气管，过滤分离单元为平板膜，共17片组成一个组件。平板膜沿水平方向振动，振动频率为1次/2s，振幅为平板膜水平方向长度的50％。动力机构4为电动机，运动变换机构为减速箱和滚珠丝杠运功变换机构，控制单元6为PLC控制箱。排放口1f排放的浓缩液为剩余污泥。外界空气通过供气单元7、混合液容器上的进气口1a到达布气管7a，以微小的气泡形式在混合中扩散开来，通过气泡的摩擦作用和过滤分离元件2本身的振动以抵抗过滤分离元件表面的污染，特别是颗粒污染。
此外，图4中拉杆5a与混合液容器的接触处需要安装防水套管。
其他条件相同的情况下，与平板膜不进行振动时相比，当平板膜按照上述设定进行振动时，其一，平板膜的反冲洗周期延长了40％，即平板膜内外压差达到上限的时间推迟了40％；其二，相同时间内平板膜的产水量增加了32％。
以上只是本发明几个比较典型的实施例，本领域内技术人员可在权利要求的范围内作出任意修改。
Claims (10)
1.一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于，过滤分离元件(2)安装在过滤分离元件支架(3)上，并共同安装在混合液容器(1)内；混合液容器(1)的顶盖上或侧面安装动力机构(4)和运动变换机构(5)，运动变换机构(5)的输出端通过拉杆(5a)与过滤分离元件(2)连接，动力机构(4)通过运动变换机构(5)驱动拉杆(5a)做竖直或水平方向运动，进而带动过滤分离元件(2)沿过滤分离元件长度或宽度方向做竖直或水平方向上的直线往复振动，其振幅为与振动方向平行的过滤分离元件(2)的边长的0.2～0.5倍，振动频率为1次/5s～20次/s。
2.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于，所述混合液容器(1)外部还设置外接的控制单元(6)、供气单元(7)、提升单元(8)和抽吸单元(9)；混合液容器(1)的侧壁上部设置与供气单元(7)连接的进气口(1a)、与提升单元(8)连接的入口(1c)、与抽吸单元(9)连接的分离液出口(1b)、以及溢流口(1d)，混合液容器(1)的侧壁下部设置预留口(1e)和浓缩液排放口(1f)；所述入口(1c)的位置高于容器最高水位，溢流口(1d)与容器最高水位相平。
3.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于，所述过滤分离元件(2)为平板膜组件、中空纤维膜组件、工业用无纺布组件、或其它具有过滤分离性质的薄膜材料组件，其中，所述工业无纺布组件或其它具有过滤分离性质的薄膜材料组件的结构均类似于平板膜组件，均由最内层的导流层、中间层的导流膜、及最外层的过滤分离膜组成。
4.根据权利要求1或3所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于，所述过滤分离元件(2)在工作过程中整体浸没在混合液中，不允许过滤分离元件(2)露出液面，其顶部距离混合液液面至少10cm。
5.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所述过滤分离元件(2)的数量为1个或多个，分为由单个过滤分离元件(2)或多个过滤分离元件(2)组成的组，并配备与组的数量相同的动力机构和运动变换机构。
6.根据权利要求5所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所述各组分离过滤元件中，相邻的过滤分离元件(2)之间按净距2～10cm被固定成一个整体，在动力机构和运动变换机构的带动下进行同步振动。
7.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所述过滤分离元件(2)的振动轨迹由过滤分离元件支架(3)限制，过滤分离元件支架(3)上设有运动轨道(3a)，工作时，过滤分离元件通过动力机构(4)和运动变换机构(5)带动沿着过滤分离元件支架上的运动轨道(3a)进行振动，不工作时，过滤分离元件由过滤分离元件支架支撑和固定。
8.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所述过滤分离元件(2)的底部设置布气单元(7a)，且布气单元(7a)距离过滤分离元件(2)的最小距离不小于10cm；布气单元(7a)采用穿孔布气管，布气面积不小于过滤分离元件(2)的垂直投影面积，穿孔管孔径为0.5～5mm，穿孔总面积不小于布气管总侧面积的5％。
9.根据权利要求1所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所有与所述过滤分离元件(2)直接相连的链接管均采用柔性抗压管，抗压能力不小于0.5MPa。
10.根据权利要求1或2所述的一种抗污染高效振动过滤分离设备，其特征在于：所述动力机构为电动机，运动变换机构为减速箱和滚珠丝杠运动变换机构，抽吸单元为离心泵，提升单元为离心泵，供气单元为鼓风曝气机。
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