CN101884860A - 一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，由滤料单体组成，每个滤料单体由配重芯体和成对耐腐蚀的平衡过滤翼体配合连接构成，配重芯体表面为塑料，呈椭球状，其平均密度ρ_O的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³，在椭球状配重芯体长轴两端分别设置着平衡翼体，每个平衡翼体为由人造纤维丝构成的纤维束，组成每股纤维束的人造纤维丝其里端被固接在配重芯体长轴的每一端，其另一端呈散发状态，形成触须状，本发明技术优点为：1、孔隙率高；2、过滤速率快；3、过滤精度高；4、阻力小；5、截污量大；6、反冲洗用水量小；7、周期产水量高；8、运行费用少；9、占地面积小；10、抗负荷冲击能力强。

Description

一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体

技术领域

本发明涉及过滤装置，属于纤维滤料过滤单体，特别是一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体。

背景技术

工业和农用以及饮用水源大部分取自地面水。地面水制备的质量是用水安全的保证，因此，设备的性能是至关重要的。滤池是水厂净水工艺中的重要环节，饮用水制备的过滤工艺主要依靠过滤器，而过滤器的性能除了过滤速率、过滤精度和截污量等之外，自用冲洗水的指标也是衡量过滤装置的重要指标，直接影响到出水水量。因而滤池过滤能力的再生，是滤池稳定高效运行的关键。若采用较好的过滤、反冲洗技术，使滤池经常处于最优条件下工作，不仅可以节水、节能，还能提高水质，增大滤层的截污能力，延长工作周期，提高产水量。

目前，常用的过滤装置有砂滤池、无阀滤池、双阀滤池、虹吸滤池、V型滤池和DA超高速滤池等。高速砂滤池的正常滤速：15-16m³/h；虹吸滤池适用于中小型给水处理，正常滤速：8m³/h左右；双阀滤池设计滤速8.5m³/h。还有瑞士CTE公司的CTE翻板滤池一般单层均质滤料是采用石英砂(或陶粒)；双层滤料为无烟煤与石英砂(或陶粒与石英砂)，滤速为9m³/h。法国德利满公司在70年代发展起来的V型滤池，采用了较粗、较厚的均匀颗的石英砂作为滤料。这些滤池的反冲洗水量一般占到总出水量的5％左右。可以看出，以上所有各种型式的滤池均以石英砂或无烟煤等颗粒滤料，虽然来源广泛，价格便宜，滤料的破碎率低。但反冲洗耗水量高，滤池占地面积大。

传统的石英砂滤料作为滤床进行过滤，这种滤层称为均质滤层，滤料则称为均质滤料，其特点是在整个滤层内，滤料的级配都是一样的，因此沿滤层厚度的每一点，滤料颗粒间所形成的空隙大小的分布也是一样的。在沿均质滤层厚度的每一点具有容纳同样多的悬浮固体的能力，但是，当滤池进行反冲洗后，由于石英砂的刚度大，不可压缩和水力分级的作用，原来的均质滤料层就变成了分级滤料的滤层，即在沿滤层的厚度方向上，滤料是按从小到大的顺序排列的。由于均质滤层的分级(也叫级配)作用在过滤时产生以下问题：使滤料层在厚度方向上空隙大小是从滤层的顶部到底部是从小到大排列的，形成一个金字塔的构造。在孔隙最小的顶部滤层要容纳的悬浮固体数量最大，而孔隙最大的底部滤层却是容纳的悬浮固体量最小。滤池由于滤层顶部迅速地被悬浮固体堵塞，水头损失迅速上升，在过滤的水头损失达到允许值的时候，整个滤层的截留悬浮固体能力未能发挥出来。在反冲洗时，由于石英砂和无烟煤等颗粒滤料在水流冲击下，相互之间产生刚性摩擦，滤料外壁层逐渐损失，最终导致滤料流失。因此，颗粒状滤料每年都要进行将近10％的补充，否则将保证不了滤层高度，影响出水水质和处理水量。

而长束纤维滤料由于其长度很长，在过滤状态下，通过压板的压实，很容易造成局部成团，而另外局部某些地方出现假意上的空洞，所以很容易影响出水的精度，浊度很难达到1mg/L以下，通过某些自来水公司实验数据来看，长束纤维滤料在进水浊度大于3NTU以上时，出水浊度便大于1NTU，一般为1.7NTU左右，因此过滤精度不高。长束纤维滤料则因其长度长，安装时一端是固定在下底板上的，在反冲洗时，特别在气水反冲时，随着上压板的迅速上升，容易导致纤维束被拉断，同时当长束纤维滤料达到其伸长的长度后，就再也不能增大反冲洗的空间距离，同时纤维束由于水的浮力被拉紧，这样，在反冲洗时，滤料不能充分涨开，反冲洗时，滤料中的积泥清洗不了，从而影响了滤料的清洗率。长束纤维滤料，由于其在过滤状态下，是通过压板来压实的，这样会使整个过滤层的空隙率的分布不均匀，因为其反冲洗后要求在很短的时间内处于过滤状态的滤层，由于其在反冲洗后由于其洗净率不高，自然导致滤料的重量也不一样，这样，在短的时间内要求到过滤状态下的滤层，自然就会导致滤层厚度的不均匀。这样会增大过滤的阻力，同时长纤维束通过压缩后，由于其长度的原因，其过滤阻力大大增大，所以长束纤维滤料过滤周期要比863滤料的过滤周期短。

彗星式纤维滤料也是一种较先进的纤维滤料，同样具有高效过滤和低耗水、高纳污的性能，但是，由于结构形态的不同，本发明有着更优越的性能。其最主要的区别在于：彗星滤料在反冲洗时，由于“滤珠”自身的重量大于纤维“彗尾”的自重，在水中的形态为伞状，直线自由下落。滤料纤维在气、水流作用下产生摆动和相互碰撞，这种形态比较容易将滤料中的污物很快排出。但是，同时由于“彗尾”较长，整粒滤料的重量不平均，运动中很容易产生缠绕。短期内缠绕不卷曲，仍然有较高的过滤效率。但长期运行后，滤料由缠绕变得卷曲时，逐渐与“滤珠”卷成一体，形成两个相连的球体，又变成了近似颗粒状滤料的形态，重复了颗粒滤料在反冲洗时相互的刚性碰撞并增加相互摩擦，滤料损失越来越大，而对滤料的补充量也越来越多。同时，过滤效率和截污率、清洗率大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其技术优点为：1、孔隙率高；2、过滤速率快；3、过滤精度高；4、阻力小；5、截污量大；6、反冲洗用水量小；7、周期产水量高；8、运行费用少；9、占地面积小；10、抗负荷冲击能力强。

本发明的目的是这样实现的：一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，由滤料单体组成，每个滤料单体由配重芯体和成对耐腐蚀的平衡过滤翼体配合连接构成，配重芯体表面为塑料，呈椭球状，其平均密度ρ_O的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³，在椭球状配重芯体长轴两端分别设置着平衡翼体，每个平衡翼体为由人造纤维丝构成的纤维束，组成每股纤维束的人造纤维丝其里端被固接在配重芯体长轴的每一端，其另一端呈散发状态，形成触须状。

本发明的滤料单体是由椭球体与纤维束构成的对称型过滤滤料，两端为松散的纤维丝束，其总体形状形似“蝶翅”，中心为比重较大的配重芯体-称为“蝶心”，将每股纤维丝束的里端熔化固定在内配重芯体，整体即呈蝴蝶状，而“蝶心”密度大，体积小，滤料“蝶翅”为纤维丝束，密度小。基于本发明的结构特点，所以其滤层在水流方向上具备从大到小的空隙，形成了一个倒金字塔的构造，具有截污量大，过滤精度高；过滤时，比重较大的“蝶心”起到了对纤维丝束的压密作用；微小的滤料直径，极大地增大了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中的杂质和颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率。滤池运行时滤层孔隙率沿水流方向逐渐缩小，纤维密度增大，实现了理想的深层过滤，增加了滤层的截污容量。清洗时滤料恢复自由状态，即可对滤料进行气、水混合擦洗，有效恢复滤料的过滤性能。在反冲洗时，水流和气流的冲击使滤料在“蝶翅”的旋舞下，纤维相互之间产生柔性接触，而避免了“蝶心”之间的直接撞击，因此滤料损失量极小，大约3-5年才进行一次补充，补充量不超过10％，大大节约了滤料成本。

本发明可在过滤精度、反冲洗洗净率、过滤周期和结团等方面有着良好的技术效果。

1.过滤精度

本发明由于纤维束尺寸短，长度只有25-30mm，密度小，所以在过滤状态下，过滤层是随着过滤时间的延长，滤料中的截污量的增多而缓慢下移，由于滤料上“蝶心”的压实作用和水的浮力的作用，使滤料层自然形成上大下小的过滤孔隙率。其整个过滤层是通过滤料自身的重量和水以及截污量的重量来压实的。

2.反冲洗洗净率

本发明由于纤维束尺寸短，长度只有25-30mm，密度小，所以在反冲洗的状态下，能自由的散开，通过气泡的剪切作用，很容易把滤料上的脏物洗下来，通过反冲洗水带出池外，同时能重新使滤料层平铺均匀。

3、过滤周期

由于本发明的反冲洗的洗净率高，滤料经过反冲洗后，过滤层的恢复和重新分布状态，使滤料处于自然分布状态，再加上水的浮力作用，使整个滤床处于微悬浮状态，致使整个滤床空隙率自然形成上大下小的过滤状态，使整个滤床的截污量大大增加，从而延长过滤周期。

4、结团

本发明由于单个滤丝的长度很短，在过滤或者反冲洗的状态下，不容易打结，而长束纤维由于其长度长，在过滤和反冲洗的状态下由于自身缠绕很容易打结，很容易在滤层中形成空洞，从而影响出水水质。再者，滤料经常打结，容易使滤料起毛而最终导致滤料的断裂和磨损。

本发明将纤维滤料截污性能好的特征与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合，使滤床横断面空隙率均匀，自动调适形成上疏下密的理想滤床结构，保证了纵断面上疏下密合理的梯度，确保了高速过滤和高精度过滤得以同时实现。

经过对比试验，其检测，试验数据结果如下表所示：

指标	已知滤料	试验滤料
			滤速m3/h	20	20
进水浊度NTU	67	67
			出水浊度NTU	≤2.5	≤1
初滤阶段min	≤7.2	≤3.2
			截污量kg/m3	15.7	46.3

指标	已知滤料	试验滤料
			去除率％	94.3	99.6
过滤周期h	10	19
			产水量m3/m2(滤料)	230	350
反冲洗耗水率％	3-4	1-2
			剩余淤泥率％	1-3	0.3-1.2

(注：已知滤料为彗星纤维滤料，试验滤料为本发明-蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体。)

因此，本发明的蝶型高效自调适滤料的特点更为突出：

1，孔隙率高；

2，过滤速率快；

3，过滤精度高，阻力小；

4，截污量大；

5，反冲洗水量小；

6，由于滤床结构及滤料自身的特点，絮凝剂投加量是常规技术的1/2-1/3，周期产水量的提高，吨水运行费用也随之减少；

7，占地面积小：制取相同的水量，占地面积为普通砂滤器的1/3以下；

8，抗负荷冲击能力强：能经受短时间内高浊度水的冲击，而仍然保证出水水质。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明滤料单体实施例1的结构示意图；

图2为本发明滤料单体实施例2(平衡过滤翼体最外端端点处于平面内)的结构示意图；

图3为本发明滤料单体实施例3(平衡过滤翼体最外端端点处于曲面内)的结构示意图；

图4为本发明滤料单体实施例4的结构示意图；

图5为本发明滤料单体组成过滤组群的原理结构示意图。

具体实施方式

一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，如图1至图4所示，由滤料单体组成，每个滤料单体由配重芯体和成对耐腐蚀的平衡过滤翼体2配合连接构成，配重芯体表面为塑料，呈椭球状，其平均密度ρ_O的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³，在椭球状配重芯体长轴两端分别设置着平衡翼体2，每个平衡翼体2为由人造纤维丝3构成的纤维束，组成每股纤维束的人造纤维丝3其里端被固接在配重芯体长轴的每一端，其另一端呈散发状态，形成触须状。

椭球状配重芯体1的长轴长度R与平衡过滤翼体2的长度L的之和(R+2L)的阈值范围为25mm≤(R+2L)≤30mm。

椭球状配重芯体1的长轴长度R为2-4mm，平衡过滤翼体2的长度L为12-13mm。椭球状配重芯体1长轴R的长度L其优选长度为2mm，平衡过滤翼体2的长度L其优选长度为12.5mm。其触须状的纤维束呈圆锥状，但其最外端端点则处于平面内(如图2所示)或处于曲面内(如图3所示)，平衡过滤翼体2的长度L应为沿椭球状配重芯体长轴方向的纤维束(被拉直伸展时)根部至其最外端的长度，如图2或图3所标示的长度L。

所述的配重芯体由椭球状蛋壳形的空心壳体4构成，该空心壳体4为由平均密度为2.6g/cm³-8.8g/cm³的金属单质或合金构成；所述的塑料设置在空心壳体4的表面上，为设置着一层密度为0.85g/cm³-1.00g/cm³的由防腐工程塑料构成的防腐涂层5；该空心壳体4的质量M₁和防腐涂层5的质量M₂的总质量与其总体积V相比的商-等效平均密度：[(M₁+M₁)/V＝ρ_A]的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³。所述的金属单质为单质Al或单质Sn或者所述的合金为铝锡合金或铜锡合金。

所述的成对耐腐蚀的平衡过滤翼体2为一股整体纤维束，沿配重芯体长轴方向从配重芯体长轴一端穿进并从其长轴另一端穿出，其中部被聚集固接在配重芯体内部。

配重芯体为实心椭球体1，由密度为1.36g/cm³-1.42g/cm³的工程塑料构成。

所述的工程塑料为符合上述密度阈值范围的硬质PVC或者PET。平均密度ρ_O的优选密度为1.37g/cm³。

本发明可增大设备出水量、降低反冲洗水耗量以及提高出水质量等，取代了传统的石英砂过滤技术，确保滤料具有高效、广域、变速、自适应的性能，过滤速率为18～23m³/h，远远超出其他滤料2～3倍。由于本发明(蝶型高效自调适滤料)的自适应性，反冲洗水量最低仅为设备总出水量的1.5～3％，节约用水非常显著。该项目产品的推广，将突破各种水源制水的过滤设备的技术难题，解决普通滤池占地面积大；过滤周期相对较短；反冲洗自耗水量大；出水水质随着时间的延长而逐渐变差；滤层的截污量小；由于砂滤反冲洗不彻底影响过滤周期及出水水质；反冲洗强度太大跑滤料带来的需要经常更换滤料；过滤时的阻力大；砂滤池的表面容易积泥，导致需要经常换砂等方面的问题。从而提高用水的利用率，对水处理行业的发展有着良好的推动作用。

本发明的技术指标：具有高效、广域、变速、自适应的性能，过滤速率为18～23m³/h，对水中悬浮物的去除率可达95％以上，过滤速率为18～23m³/h，反冲洗水量为设备总出水量的1.5～3％。

彗星式纤维滤料也是一种较先进的纤维滤料，同样具有高效过滤和低耗水、高纳污的性能，但是，由于结构形态的不同，本发明有着更优越的性能。

如图1至图4所示，本发明的纤维束为对称型，“蝶心”为椭圆状，纤维束延长轴方向伸出，“蝶心”两侧重量基本平衡，但在短轴方向上不平衡，因此在反冲洗时，如图5所示，当滤料被气水流冲起来后，长轴处在水平状态时，滤料下落的时候呈蝴蝶飞翔似的“翩翩”状，即滤料整体呈水平下落状态。而当长轴方向呈垂直状态时，由于不平衡而产生自体旋转，将滤料中的污物有效地去除出去，然后在水流和重力作用下自动调适成水平下落状态，因此不易旋转扭曲而造成纤维束的缠绕。所以本发明的截污率、出水量和出水质量更稳定，使用寿命更长。滤料在水中的半悬浮状态和单体滤料在水中纤维束散开如蝶的形态，由于纤维束散开如蝶的形态，使得污物更加容易被清除，明显减少了反冲洗的程序，降低了反冲洗所需的时间。更加有利于节能、提高效率，同时也提高了出水水质。

本发明能够大幅度提高过滤设备出水量，降低反冲洗水耗量以及提高出水质量，并形成年产50吨的生产线。以发明替代反冲洗耗水率高，而出水量小的落后的常规石英滤料，满足水处理行业对高效滤料的需求。将纤维滤料截污性能好的特征与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合，滤床横断面空隙率均匀性和纵断面上疏下密合理的梯度，确保了高速过滤和高精度过滤得以同时实现，并自适应形成上疏下密的理想滤床结构。解决以下各种水源制水的过滤设备的技术难题：普通滤池占地面积大；过滤周期相对较短；反冲洗自耗水量大；滤层的截污量小等一系列技术难题，以达到过滤设备节水节能，提高水质，提高产水量的目的。

Claims (10)

1.一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：由滤料单体组成，每个滤料单体由配重芯体和成对耐腐蚀的平衡过滤翼体(2)配合连接构成，配重芯体表面为塑料，呈椭球状，其平均密度ρ_O的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³，在椭球状配重芯体长轴两端分别设置着平衡翼体(2)，每个平衡翼体(2)为由人造纤维丝(3)构成的纤维束，组成每股纤维束的人造纤维丝(3)其里端被固接在配重芯体长轴的每一端，其另一端呈散发状态，形成触须状。

2.根据权利要求1所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：椭球状配重芯体(1)的长轴长度R与平衡过滤翼体(2)的长度L的之和(R+2L)的阈值范围为25mm≤(R+2L)≤30mm。

3.根据权利要求2所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：椭球状配重芯体(1)的长轴长度R为2-4mm，平衡过滤翼体(2)的长度L为12-13mm。

4.根据权利要求2所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：椭球状配重芯体(1)长轴R的长度L其优选长度为2mm，平衡过滤翼体(2)的长度L其优选长度为12.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：所述的配重芯体由椭球状蛋壳形的空心壳体(4)构成，该空心壳体(4)为由平均密度为2.6g/cm³-8.8g/cm³的金属单质或合金构成；所述的塑料设置在空心壳体(4)的表面上，为设置着一层密度为0.85g/cm³-1.00g/cm³的由防腐工程塑料构成的防腐涂层(5)；该空心壳体(4)的质量M₁和防腐涂层(5)的质量M₂的总质量与其总体积V相比的商-等效平均密度：[(M₁+M₁)/V＝ρ_A]的阈值范围为1.30g/cm³-1.50g/cm³。

6.根据权利要求5所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：所述的金属单质为单质Al或单质Sn或者所述的合金为铝锡合金或铜锡合金。

7.根据权利要求1所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：所述的成对耐腐蚀的平衡过滤翼体(2)为一股整体纤维束，沿配重芯体长轴方向从配重芯体长轴一端穿进并从其长轴另一端穿出，其中部被聚集固接在配重芯体内部。

8.根据权利要求1所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：配重芯体为实心椭球体(1)，由密度为1.36g/cm³-1.42g/cm³的工程塑料构成。

9.根据权利要求8所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：所述的工程塑料为符合上述密度阈值范围的硬质PVC或者PET。

10.根据权利要求1所述的一种蝶型高效自调适塑纤混合滤料过滤体，其特征是：平均密度ρ_O的优选密度为1.37g/cm³。

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