CN101869783A

CN101869783A - 一种过滤器加气冲洗方法

Info

Publication number: CN101869783A
Application number: CN200910135620A
Authority: CN
Inventors: 朱凤翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-10-27

Abstract

一种过滤器加气冲洗方法。本发明不依赖于气流的直接冲击，只需在过滤器的底部均匀布气。其原理是在进行逆洗时，气泡和水向上运动时，在滤料颗粒分割与水流的撕扯下，气泡不断破裂、聚合，滤料颗粒周围水气两相介质快速变换，形成高速湍流，气泡爆裂形成的冲击，滤料颗粒间相互冲撞，多种机制使滤料表面吸附的杂质脱落，实现对重型滤料的彻底冲洗。对进气压力和流量要求低，气源压力为冲洗水压0.5-2倍，空气流量为冲洗水流量0.5-2.5倍。微小型气泵即可满足需要，可与净水机本体集成，工作噪音小，运行安全，制造和运行成本低。解决了在工作环境限制下过滤器中重型滤料的冲洗问题，特别适合民用、家用净水系统。

Description

一种过滤器加气冲洗方法

技术领域

本发明涉及一种水处理滤料清洗方法，特别是终端过滤装置重型滤料和高度堆积滤料的清洗。

背景技术

滤料是水处理中重要的过滤介质，起到滤出有害物、调节水的软硬度等作用。由于在过滤装置工作一段时间后，滤料颗粒及其内部孔隙，被沉淀物、吸附物、化学电化学反应物、有机体尸体所覆盖和堵塞，导致滤料逐渐失去水处理效能，必须对滤料进行冲洗和再生，以保证水处理装置持久稳定的出水能力和出水品质。

由于常规冲洗流量一般在最大工作流量的2倍以下，这种冲洗方式只能适应活性炭、树脂等轻型滤料的清洗再生要求。对全罐径布放的石英砂、矿物滤料、金属滤料，满足不了冲洗流速要求，难以实现有效清洗、再生；对比重较不是很大但堆积高度较高的滤料，也存在流化困难，清洗效果差等问题。必须采用强化清洗方法。

在水厂等大型水处理中，由于操作环境允许，现有技术采用高速水流冲洗、搅拌清洗、移出池外清洗、高速气流清洗等办法实现对各种滤料的有效清洗。

家用、商用、小型工业终端水处理，往往在一个密封的小型罐体内完成，占地空间很小，需要安静工作，要求结构简单、长期免维护自动运行。难以采用搅拌清洗、移出池外清洗等方法；受装置的耐压性、供水管路能够达到的水流量，以及需大流量加压泵等因素制约，采用加大水流量的办法也难以实施。

现有技术中，引入空气作为清洗介质，主要是利用大流量高压空气进入过滤器后膨胀形成的高速、高能气流的冲击力。中国专利200620052435.1是在滤床内沿过滤罐体内壁均布一组可独立运行的强力喷嘴，通过设置在罐体外的配流环连接空压机。专利200420032466.1是在整个滤料层及其上部、下部空间范围内设置带有各种角度喷嘴的左旋及右旋旋转压力气管、带有一系列喷嘴的直向压力气管、配套的压力水管、擦洗水管、排气管等等复杂的压力水气管路系统。两专利基本方法均是采用高速气流的直接冲击、滤料的翻滚碰撞，实现对滤料的清洗。200420032466.1公布了其进入喷嘴前的气压0.1-1MP，即1-10个大气压；其进气量是进水量的2.5-10倍(原文5～10∶1～2)。

该方法的清洗效果是可以实现的，但是在实际应用到终端水处理系统中存在以下问题：

1、喷嘴的设置大大增加了过滤器的复杂性；

2、要求气流压力高，对装置的耐压性能要求高，容易导致部件过压损坏、密封泄漏，一旦排污系统受阻，还有可能发生水处理容器爆裂危险；

3、要求进气量大，需要配置较大功率和体积的气泵；

4、容易导致滤料破碎。

5、不仅造价大幅上升，还要占用较大空间，产生较大工作噪声。

因此，在家用和商用水处理系统中难以实施。

导致这些问题的原因是其实现方法及所利用的机制存在缺陷，主要在于只着眼于显而易见的高压气流产生的宏观、有序作用，没想到或忽视了气、水、固体滤料颗粒三相物质之间的微观、无序运动及其相互作用机制。

发明内容

针对向有技术在滤料清洗方面存在的问题，通过对气、水、滤料颗粒三相物质之间的微观、无序运动及其相互作用机制和过程的研究，本发明提出了不依赖于宏观运动动能，充分利用气、水、滤料颗粒三相物质之间的微观、无序运动和相互作用机制的一种安全、小型化、低噪音、低造价的加气清洗方法。特别适合于重型滤料、滤床较高的非重型滤料以及易碎滤料的清洗。对气源压力、流量要求低，可制成小体积、低噪声、免维护、安全、可靠、低造价、低消耗的终端水保护理装置。

不同于直接利用气源产生的高速气流冲击滤料的办法，本发明提出的清洗方法是利用以下微观机制：

1、在冲洗过程中，气泡在浮力作用下向上加速运动，滤料颗粒对气泡分割，水流对气泡撕扯，大气泡不断破裂，小气泡不断积聚成大气泡；

2、气泡在上升的同时，形态不断变化，气、水在空间上的快速替换产生冲击力，并导致滤料颗粒表面的水流速度和方向快速变化；

3、在气泡的表面张力、水和滤料的挤压、滤料颗粒棱角的刺扎共同作用下，气泡爆裂形成冲击和破擦力；

4、气泡破裂时，水快速补位，导致滤料颗粒周边水流速更加迅速地变化，并形成强烈的涡流；

5、气、水换位及气泡破裂时，导致滤料颗粒间相互冲撞；

6、上述各项机制使滤料周围的流动为喘流，层流边界层被破坏，大大增加了冲洗效果。

冲击力来自于变化，来自于加速度，类似于空化效应(当然强度远小于空化效应)，尽管这些机制很微观，绝对量上很小，但其作用的区域也很小，相对强度是巨大的。在这些多重作用下，足以使滤料吸附物、表面附着物脱落，实现对滤料的高效清洗。

本发明的技术方案是：

在滤床的底部或位于滤床下方的集水室(在逆流过滤时是布水室)，设置布气装置，该装置通过管路与气源连通；

进气管路上设置进气开关阀、单向阀，控制进气并防止水倒流进气管；

布气装置的作用是使进入水处理装置的空气在滤床的底部均匀分布，并通过扰动装置，防止沟流和管流的形成；

为匹配气源的压力流量特性，减少进气阻力，宜在布气装置的出水口处设置射流机构，以便小型气源获得最大进气流量，并保证气压较低的情况下正常进气；

在冲洗时打开进气管路，引入空气，实现气液共洗。

本方法不要求进气压力，只要能够使空气进入罐底，并达到一定的进气量即可，进气压力范围为进水压力的0.5-2倍，并小于水处理装置最高耐压，一般小于0.1MP。

本方法不要求大的进气量，具体范围为冲洗水流量的0.5-2.5倍，过高的进气量会形成大的管流，导致短路，使气体直接从该通道泄漏，直接排出，失去作用。

本方法适合于被冲洗物为比重较大的重型颗粒滤料，如石英砂、矿物滤料、金属滤料，或堆积厚度较大的非重型滤料；适合于易碎滤料。

附图说明

图1、本发明实例示意图

图2、实例采用水力旋转布水器时的局部示意图

具体实施方式

本发明提供的是一种滤料清洗技术原理和方法，根据本发明的技术方法，可设计出各种实施方案，这里给出的实施方式是示意性的较佳方案，旨在便于理解本发明，不是本发明的全部实施方式，不能用来限制本发明的范围。

图1给出了顺流过滤、逆向加气冲洗实施本专利清洗技术的水处理器示意图，5为容器罐体，罐体分割为下部的集水室11、中部的滤床(滤料室)8、上部的原水室6，其中集水室集工作状态下的集水、逆洗状态下的布水、布气功能为一体；集水室11与滤床8通过承重托架10、筛网9分隔；进水管7与布水器12相连；进气管3套装在进水管7内，下部与套装在布水器内的布气器14相连，上部通过进气阀2与气源1相连；布气器支管为变径形状，出气口15开在最大径处，以便产生射流作用。

工作和正洗时，进气阀2处于关闭状态。

逆洗时，打开进气阀2，逆洗水流从进水管7进入布水器12，从布水帽13进入集水室11；空气从气源通过气阀2，沿进气管3进入布气器14，在气源压力和布气器变径支管与布水器管腔间形成的射流结构的共同作用下，从出气孔15射出，与冲洗水一同经布水帽13进入集水室11；水汽在集水室11回合后，向上通过滤床8，在压力差和空气浮力的共同作用下，水和气相互裹挟，气泡爆裂、聚合，水汽快速换位，水流快速变化，在滤料颗粒相互串动碰撞和水气冲刷综合作用下，完成对滤料的清洗；水气带着污浊物从排水口4经排污管排出水处理器。

如果为下布水逆流工作，只须要把图1中的原水室6变为功能变为净水室，集水室11变为集布水、布气功能为一体的布水室，清洗过程完全相同。

示意图1中，布水器采用了分支管结构，以便布气、布水均匀，在水处理容器直径比较小的情况下，可采用普通单头布水器，相应的布气器也为单头，布水器与布气器之间仍以形成射流机制为宜。

为防止水气在滤床内形成沟流或管流，应对在进入滤床前对水气流施以扰动，可以采用以下三种方式：

1、在滤床承重托架下侧构造适当的结构形态，破坏水气汇集和集中管路的形成。

2、在滤床承重托架10和布水器12之间，加装扰流装置，如水力叶轮。

3、对布水器的连接方式进行改造，使之水力旋转。

图2给出了使布水器水力旋转的连接结构和布水系统结构。其中布水器与中心进水管、罐底，布气器与中心进气管，通过轴、套结构成为可旋转机构；轴、套对分别为进气管3a与布气管接头16，进水管7a与布水器接头17，罐底半轴19与布水器底部套筒18；布水帽13a出水口周向布置。这样在冲洗时，在水力作用下，布水器自动旋转，形成有效扰动。在轴套的设计是要考虑适当的松紧度，以便控制旋转速度；宜应考虑适当的密封，但不要求完全密封。

Claims

1.一种过滤装置滤料的气水共洗方法，通过在反冲洗时向过滤器底部导入空气，在水流及气泡宏观有序向上运动过程中，滤料颗粒、气、水相互作用，导致一系列快速、无序的微观运动变换和强烈能量交换，由多种微观作用机制完成对重型滤料的高效清洗，其特征是：

a、气源压力能够克服进气口部位罐内水压即可，在采用方冲洗水射流结构进气的情况下，气源压力可低至冲洗水压的0.5倍以下，气源压力一般控制在进水压力的0.5-2.5倍之间，且不超过装置允许压力；

b、空气流量只要达到反冲洗水流量的0.5倍以上即可产生效果，一般在冲洗水流量的0.5-2.5倍之间；

c、在滤床下均匀布气，空气利用浮力上升，不利用气流动能，不要求气体对滤料形成直接压力和速度冲击。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：布气管与布水器套装，布气管末端采用流线型变径结构，在最大径处开出气孔，与套装在其外的布水器腔体形成射流结构。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：利用下述方法，使气流受到不断的扰动，以防止管流或沟流的形成：在布气器之上位置设置扰流压板；或在滤床承托板下侧面构造扰流结构；或在其与布水器之间设置可绕垂直轴旋转的水力叶轮；或将布水器与进水管轴套连接，布气器与进气管轴套连接，使布水器偕同布气器水力旋转。

4.采用权利要求1所述方法的水处理装置，其特征在于：在滤床的底部或位于滤床下方的集(布)水室，设置布气装置，该装置通过管路与气源连通，进气管路上设置进气开关阀、单向阀，气源可为气泵或压缩气瓶。

5.如权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：进气管与中心水管套装，布气器与布水器套装并形成射流结构。

6.如权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：进气管与进水管分别布设，布气器与布水器套装并形成射流结构。

7.如权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：在滤床承重托架下侧面，构造扰流结构形状或结构物。

8.如权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：在滤床承重托架和布水器之间，加装绕垂向轴转动的水力叶轮。

9.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：布水器与进水管、进气管与布气器均通过轴套连接，各布水帽同向(顺时针或逆时针)周向布置，或在布水支管上设置周向喷水(喷气)孔，在冲洗时布水器偕同布气器水力旋转。

10.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：采用微型气泵等小型、低压、低噪声气源。