CN102641665A - 一种水质处理机膜滤芯声波清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水处理机中的膜清洗装置，应用流体动力作为动力推动流体声波发生器产生声波，对膜材料进行声物理，声化学清洗。声能传输到任何有水的地方，能对膜进行分子间隙级别的清洗，解决了传统膜清洗只清洗表面的问题。其结构简单，实施方便，无需要电力等额外动力；并有涡流冲洗、顺冲洗，净水反冲洗、自动排污等功能。

Description

一种水质处理机膜滤芯声波清洗装置

所属技术领域

本发明涉及一种家用小型水质处理机中所使用的带膜滤芯的清洗装置，其特征是利用流体动力作为动力推动流体声波发生器产生声波，对滤芯中的膜进行声物理和声化学清洗；及利用其特定结构进行水流涡流冲洗，水流顺冲洗，净水反冲洗，并自动排污。

背景技术

目前，家用水质处理机约60％的膜滤芯没有清洗装置及其相配套的排污装置，这样，膜前面需要增加微滤拦截工艺，如常见的五级超滤；这种工艺结构复杂，工艺流程长，机器体积庞大，连接接头部件和结构部件多、成本高、相反可靠性低，细菌容易繁殖，水体更换不全面的情况；虽然有微滤预处理，但因为微滤拦截的孔径较大，还是有胶体和藻类透过微滤，累积在超滤膜的外表；微滤、超滤使用拦截式净化污染物，其污染物累积有很大的安全风险。约40％有的膜滤芯有清洗装置。以带清洗的内压超滤为例，其常用清洗方法是原水端水流单侧顺冲膜表面的水流清洗，其清洗是膜表面性的，不能清洗膜材料的内部和较狭窄的间隙，更不能达到分子间隙级别的清洗。再以家用水质处理机中用于脱盐的反渗透膜为例，因其进水端单位时间水通量有限，反渗透膜的内部过水面积大，内部结构复杂，反渗透的膜材料分子间极其致密，因此一般方法清洗效果非常有限。工业大型反渗透清洗一般使用化学药剂法，药剂有腐蚀性，多次清洗以后会降低膜的性能，用量大还会造成环境污染，其运行还需要设置独立的药剂循环设备，这种方法不适合家用水质处理的小型机。

声波处理水其作用包含机械效应，热效应，溶氧及空化清洗效应，热解消化和自由基氧化效应，声流促使粒子移动效应，生化反应加速传质效应，加速污染固体物质絮凝触变效应等。特别是15KHZ-10MHZ的超声波，足够强度的超声波产生空化作用，水中的气泡瞬间形成又消失，产生微秒时间的高压和高温，其高温在微秒内冷却，产生强大的冲击波和射流，产生新的物理和化学效应。超声波声处理在污水处理方面有非常成功的应用，在生物膜法(MBR)污水处理方面几乎是标准配备。通常污水的量多，因此需要超声波能量较大，一般用电发声法。声处理在大型的工业水处理方面也有部分应用，主要应用电发声法，有专门的清洗池和发声槽进行脱机清洗，工艺复杂。这些需要脱机方式不适合家用小型水质处理机。

流体动力式声波发生器俗称液哨，有成本低廉、结构简单、坚固耐用、效果显著，以及动力源方便等特点，在石油开采方面有非常成功的应用，但在其他流体介质方面很少应用。

发明内容

为克服家用小型水质处理机及其他小型水质处理机中超滤膜、反渗透等膜材料滤芯清洗只用水流清洗表面，或其他清洗方法复杂，如需要额外的电声设备等的问题；本发明设有特定的流程结构，在滤芯内部原水侧特定位置安装有流体动力声波发生器，利用自来水动力作为动力产生声波，对膜滤芯内部的分子间隙进行声物理清洗和声化学清洗，特别是应用到传统水流冲洗较难起作用的反渗透膜方面，利用声波无处不在的传播特性，对反渗透膜进行全面的、分子间隙级别的彻底清洗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是

密封承压力过滤器带有三个接口：进水口，净水出水口，排污出水口。进水口接水源，在滤瓶内部的进水端安装一流体声波发生器，排污出水口接排污阀门。以内置膜为超滤膜为例，超滤膜安装于出水端；净水出水口连接后段水处理工艺。当排污口关闭，净水出水端开启时，因为水流较慢，声波发生器不会产生声波，超滤膜通过净水出水口对后段水处理工艺供水。当净水出水口关闭，排污排污出水口开启时候，水流速度足够快，对超滤膜进行水流冲洗；并推动声波发生器产生声波，对膜滤芯内部的膜材料分子间隙进行声物理清洗和声化学清洗；污染杂质通过声波絮凝触变，絮凝成较大的颗粒，通过排污口排出污染颗粒。

本发明的有益效果是

与传统的水质处理机水流表面清洗不同，本发明利用声波无处不在的特性，能深入到膜材料内部进行分子级别的声物理和声化学多重的清洗，污染物质经过声波效应絮凝成较大的颗粒随排污口排出，更合理，更安全。电声波发生方法相比，本发明应用的流体声波发生器结构极其简单，不多占任何体积，成本低廉，制作方便，利用自来水动力，无须额外动力，运行可靠，体积非常小巧，适用于家庭等小空间场合。同时，利用本发明特殊的结构，能对膜材料进行水流顺冲，涡流错冲，净水反冲等多重清洗。

应用在反渗透清洗方面，利用声波在流体中无处不在的特性，能对反渗透进行分子间隙级别的声物理和声化学多重清洗，克服了反渗透传统方法清洗不完全，或有化学腐蚀膜材料，及化学污染的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理图。

图2是本发明是出水端在上部的实施例子

图3是本发明是流体声波发生器安装在出水导管的实施例子

图4是声波发生器的结构形式之一

图5是声波发生器的结构形式之二

图6是声波发生器的结构形式之三

图7是本发明的波纹状不锈钢气室的结构图

图8是本发明的带反冲功能气缸的结构图

图9是本发明内压式超滤膜的实施例子

图10是本发明反渗透膜的实施例子

图1中，1.滤瓶盖，2.滤瓶，3.进水口，4.排污出水口，5.净水出水口，6.声波发生器，7.超滤膜，8.净水腔，9.气囊，12.波纹不锈钢气室。

具体实施方式

在图1中，密封承压力过滤器含滤瓶(2)和滤瓶盖(1)，在滤瓶盖(1)上设有进水口(3)和净水出水口(5)；进水口(3)端口尾端，也即是进水口(3)在滤瓶盖(1)的内侧端安装有流体声波发生器(6)，此位置有利于产生的声波传播到整个滤瓶(2)。滤瓶(2)的底部设有排污出水口(4)。超滤膜(7)为外压式超滤膜，超滤膜(7)通过净水腔(8)与净水出水口(5)相联。滤瓶(2)底部有排污出水口(4)。气囊(9)和波纹不锈钢气室(12)安装于净水腔(8)内部。波纹不锈钢气室(12)也可以安装于滤瓶(2)内的任何位置，并可以安装多块。

进水口(3)接自来水，排污出水口(4)接排污阀门，净水出水口(5)通过后端水处理工艺接净水龙头。不使用时，用户的这两个阀门都处于关闭状态。这时，气囊(9)和波纹不锈钢气室(12)因为其内部有空气均处于被压缩、储压、储能的状态。当用户开启净水龙头时，水从进水口(3)进来，经过声波发生器(6)，超滤膜(7)，再经过净水腔(8)流到净水出水口(5)供应后端水处理工艺。这时因为水流动力小，声波发生器不工作。

当用户开启排污阀门时，水从进水口(3)进来，经过声波发生器(6)，在滤瓶(2)和超滤膜(7)之间形成旋涡，对超滤膜(7)进行表面旋涡错冲。最后流到下部的排污出水口(4)到排出。这时，水流速度较快，声波发生器(6)产生声波。声波透过超滤膜(7)传播到波纹不锈钢气室(12)，并经过波纹不锈钢气室(12)放大加强，对超滤膜(7)进行声波清洗。其声波清洗效应有振动，热，冲击波，射流，声化学，空化等多重效应，能对超滤膜的分子间隙进行清洗。部分声波反馈到声波发生器(6)，对声波进行调制。同时，气囊(9)的储存的压力推动净水腔(8)内的净水对超滤膜(7)进行净水反冲。污染物质声波絮凝触变成较大的颗粒后脱离超滤膜，并沉淀在滤瓶(2)底部通过排污出水口(4)随水流排出。

净水腔(8)的作用是为气囊(9)和波纹不锈钢气室(12)提供特定放置空间。在微污染的水源中，或处理要求不高的场合，声波发生器(6)单独工作，省略净水腔(8)，气囊(9)和波纹不锈钢气室(12)。也可以省略声波发生器(6)和波纹不锈钢气室(12)，由气囊(9)对超滤膜(7)进行净水反冲洗这两种组合都可以满足最低要求。

图2为本发明的另外一个实施例子，

与图1实施例子比，差别在排污出水口(4)在上方，增加出水导管(10)

排污出水口(3)在滤瓶盖(1)的上方，排污出水口(3)连接出水导管(10)，出水导管(10)深入到滤瓶(2)的底部，方便吸出沉淀的污染物。

图3是本发明是流体声波发生器(6)安装在出水导管(10)的实施例子。与图2差别在于声波发生器(6)不是安装在进水口(3)端口尾端，而是安装在出水导管(10)的内部，利用出水导管(10)的较薄的金属管壁作为声振动膜，对声波进行放大，使声波充满整个滤瓶(2)。排污出水口(4)在上方设计比较适合家庭用户实际使用环境，声波发生器(6)的生产加工更快速，产生的声波的强度更大，是较理想的、完美的结构形式。

金属管管身可以依需要设计成波纹管状，以适应金属管振动的工作方式。金属管壁作为声振动膜的方式也可以应用到图1进水口(3)的末端安装流体声波发生器(6)的方式。其方式是在进水口末端安装较短的金属导管，并把流体声波发生器(6)安装于其内，要求进水与排污水形成对流，污水口的进水端在底部。

图4为流体动力式声波发生器(6)的形式之一帕尔曼液哨

图5为流体动力式声波发生器(6)的形式之二哈特曼液哨

图6为流体动力式声波发生器(6)的形式之二射流自激液哨

以上是比较常见的流体动力式声波发生器，即液哨，本发明三种液哨均可以工作，水压大的地方推荐使用图6结构，图6的自激腔体较好结构是非对称结构。水处理的场合通常为微污染的自来水，因此其频率要求控制在100kHz以下，声强控制在0.5瓦/平方厘米的安全范围，对造成膜堵塞的胶体、细菌和碳酸钙沉积等有非常良好的效果。声波发生器工作时，膜表面没有承受压力，因此不会造成声波机械损伤。其他各种流体动力式声波发生器只要能在本发明结构中可以应用，那么并不改变本发明构思声波清洗的结构和原理。

图7是波纹不锈钢气室(12)的内部结构。为上下两片同心圆波纹状的不锈钢片(18)焊接成的密闭的圆型空心气室，内充有空气(19)。因为空气(19)的可压缩性，和不锈钢波纹片的弹性，在工作状态时，不锈钢片(18)的内外压差为零，这样就为滤瓶(2)内部提供了个弹性的空间，弹性空间有利于声波发生器(6)声波的产生。声波传到波纹不锈钢气室(12)表面后得到放大加强，并反馈到声波发生器(6)。波纹不锈钢气室(12)的不锈钢材料厚度1毫米以内，可以由其他有弹性、无腐蚀性的、无害的金属材料代替，如无铅铜。声放大加强装置是针对膜滤芯声波放大的全新创造。根据其原理，波纹不锈钢气室(12)可以放置在滤瓶内部任何位置，并可以放置多个。

图1中气囊(9)为内充空气的橡胶球，具有波纹不锈钢气室(12)的部分声学特性，因此，如果在滤瓶内部任何位置有安装有气囊(9)，那么波纹不锈钢气室(12)可以省略，反之也一样。不过，气囊(9)声学特性没有波纹不锈钢气室(12)好。

在污染物质不多，或清洗要求不高的场合，气囊(9)，波纹不锈钢气室(12)均可省略。声波发生器(6)照样工作，能满足基本的清洗要求。

图8是安装于净水腔(8)内的气缸(11)的结构图，气缸(11)内置弹簧(16)，并有波纹弹性声膜的活塞(17)和活塞密封圈(16)，气缸充有压缩空气。气缸(11)安装于净水腔(8)内，其设计意图在于取代波纹不锈钢气室(12)和气囊(9)两者。

图9是本发明构思在内压式超滤的应用。原水和声波，经过超滤膜(7)内壁才到排污出水口(4)，净水出水口(5)在上端。其应用的声波清洗发明原理与外压式超滤没有差异。因为内压式超滤膜(7)外壳滤瓶(2)多使用不锈钢材质，一般所使用不锈钢厚度0.5毫米以下，有定的声学弹性，具有波纹不锈钢气室(12)的声学特性，因此这样的场合，波纹不锈钢气室(12)完全可以省略。只有在较厚的情况下才需要安装。

图10是本发明构思在卷式反渗透的应用，反渗透膜(14)为卷式反渗透膜，波纹不锈钢气室(12)或气囊(9)只能安置于浓缩水腔。声波通过卷式膜内部膜与膜的间隙传到浓缩水腔。机器在冲刷清洗膜的状态下，声波发生器(6)才会工作，在制水状态不工作。

卷式反渗透膜结构复杂，过水面积大，内部水流速较慢，膜分子间隙较紧密，一般的冲洗方法效果很有限度。细菌繁殖，胶体覆盖，碳酸钙膜沉积是反渗透性能下降的主要原因，这三者一般清洗方法效果很有限；而声波对细菌、胶体，碳酸钙膜等均有效果，且声波无处不在的特性刚好适合卷式反渗透膜复杂的内部结构，这些情况表明声处理法无疑是较适合的家用卷式反渗透膜清洗方法。

Claims (8)

1.一种家用水质处理机膜过滤器膜清洗装置，过滤器含滤瓶(2)和滤瓶盖(1)，并有进水口(3)，排污出水口(4)，净水出水口(5)三个水路；进水口(3)连接有压力驱动的水源，排污出水口(4)接排污阀门，净水出水口(4)接其他水处理工艺后再接净水龙头；其特征是排污出水口(3)在滤瓶盖(1)的上方，排污出水口(3)连接出水导管(10)，出水导管(10)深入到滤瓶(2)的底部，方便吸出沉淀的污染物；外压超滤膜的净水端通过净水腔(8)连接净水出水口(5)；声波发生器(6)安装在出水导管(10)的内部，利用出水导管(10)的较薄的管壁作为声振动膜，对声波进行放大。

2.一种家用水质处理机膜过滤器膜清洗装置，过滤器含滤瓶(2)和滤瓶盖(1)，并有进水口(3)，排污出水口(4)，净水出水口(5)三个水路；进水口(3)连接有压力驱动的水源，排污出水口(4)接排污阀门，净水出水口(5)接其他水处理工艺后再接净水龙头；其特征是进水口(3)的末端安装流体声波发生器(6)；外压式超滤膜(7)安装于滤瓶中，并通过净水腔(8)与净水出水口(5)相连；当净水出水口(5)打开，水经过进水口(3)，经过流体声波发生器(6)，从超滤膜(7)原水侧透过超滤膜材料，到达超滤膜的净水侧，到达净水出水口(5)；当排污出水口(4)打开，水从进水口(3)进入，经过流体声波发生器(6)，并推动其发生声波，对超滤膜(7)进行声物理、声化学清洗；超滤膜(7)表面的污染物经过声效应处理后，絮凝成较大的颗粒经过排污出水口(4)排出。

3.一种家用水质处理机内压式超滤膜过滤器清洗装置，其特征是进水口(3)的末端安装流体声波发生器(6)；流程是在排污状态时，原水和声波经过内压超滤膜的膜内侧到达排污出水口(4)侧。

4.一种家用水质处理机卷式反渗透膜过滤器清洗装置，其特征是进水口(3)的末端安装流体声波发生器(6)；流程是在排污状态时，原水和声波经过卷式反渗透膜片与膜片的缝隙到达浓水侧。

5.根据权利要求1和权利要求2所述声波清洗装置，其特征是净水腔(8)内放置气囊(9)，当净水龙头打开，水经过进水口，从超滤膜原水侧透过超滤膜材料，到达超滤的净水侧，流经净水腔，再到净水出水口；当排污出水口打开，净水腔内的气囊(9)内的空气推动净水腔内的水对超滤膜进行净水反冲洗。

6.根据权利要求1和权利要求2所述声波清洗装置，其特征是净水腔内放置带活塞的气缸(11)，该气缸内置不锈钢弹簧(15)，活塞上有对声波进行放大的波纹不锈钢片(17)，气缸(11)内充空气，与弹簧一起推动活塞(16)对膜进行净水反冲洗。

7.根据权利要求1和权利要求2和权利要求4所述声波清洗装置，其特征是在滤瓶中放置波纹不锈钢气室(12)；波纹不锈钢气室(12)由上下两片同心圆波纹状的不锈钢片(18)焊接成的圆型空心气室，气室中充有气体(19)；该波纹不锈钢气室(12)可安装于净水腔(8)；其原理是当流体声波发生器发声时提供弹性空间，并对声波进行放大加强，并反馈回流体声波发生器，根据其原理，该波纹不锈钢气室可以放置多个，并可以安置在滤瓶中其他任何位置。

8.根据权利要求4所述声波清洗装置，其特征是在卷式反渗透膜浓水侧安置气囊(9)。

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