CN103055573A - 一种浓缩过滤装置及其滤芯的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及 一种浓缩过滤装置及其滤芯的清洗方法，浓缩过滤装置包括过滤水箱，设置在过滤水箱内的过滤部件，产水箱，进水泵，用于对过滤部件进行反冲洗的反冲洗装置，过滤部件包括直立设置且相互平行的多个筒形滤芯，滤芯中用于起过滤作用的部件为过滤膜，多个滤芯通过产水管道与的产水箱连通，构成产水通路，且在产水通路上设有控制阀，特别是，反冲洗装置包括用于向过滤部件提供气体以对滤芯实施气洗的气体发生装置。本发明采取气洗反冲洗方式， 可以使产水率提高，运营成本降低；同时，装置更加简单、成本降低、操作更方便。

Description

一种浓缩过滤装置及其滤芯的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种浓缩过滤装置及其滤芯的清洗方法。

背景技术

随着工业进步和社会发展，水污染日趋严重，现已成为世界性的头号环境治理难题。现有的污水处理系统存在操作复杂、运行成本高、处理效果差等问题，且设备工艺复杂。

现有技术的浓缩过滤装置例如本申请人的中国专利ZL201210215158.1所公开的浓缩过滤装置，均利用水来进行反冲洗。然而，由于目前市场纤维膜组件，不管是管式、卷式或中空纤维膜式，其滤膜材料都如同“海绵”一样，在正压操作压力达到0.2Mpa或负压操作压力大于0.05Mpa的条件下，废水中的胶体大分子，微生物和悬浮物等物质的单体的约1/3部分会进入膜材料“海绵”体孔隙内，由此导致膜材料不可逆的污染，使膜材料的孔隙率降低。采用水洗方式进行反冲洗，对于膜通量的恢复有限。特别是在实际应用中，为了增加过滤通量，其正压操作压力一般要大于0.2Mpa，负压操作压力也大于0.05Mpa；在高压下，膜材料的污染不可逆更严重，而任何一种化学药剂也无法将堵塞物全部清除出来。现有的水洗反冲洗方式，由于膜清洗不彻底，膜通量会随着使用越来越小，一方面，限制了产水率；另一方面，装置的运营成本较高。

膜材料因胶体、微生物的堵塞而形成的不可逆污染已然成为行业内的世界难题。对浓缩过滤装置的反冲洗方式进行改进以提高其产水率和降低运营成本具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对现有的浓缩过滤装置的反冲洗方式进行改进，以提高产水率和反洗效果以及降低运营成本。

本发明同时还要提供一种浓缩过滤装置的滤芯的清洗方法，采取该方法，过滤膜的膜通量恢复好，成本低。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种浓缩过滤装置，其包括过滤水箱，设置在过滤水箱内的过滤部件，产水箱，用于向过滤水箱内泵入待过滤水的进水泵，用于对过滤部件进行反冲洗的反冲洗装置，过滤部件包括直立设置且相互平行的多个筒形滤芯，滤芯中用于起过滤作用的部件为过滤膜，所述的多个滤芯通过产水管道与产水箱连通，构成产水通路，且在产水通路上设有控制阀，特别是，所述的反冲洗装置包括用于向所述过滤部件提供气体以对滤芯实施气洗的气体发生装置。

根据本发明的一个优选方面，所述的气体发生装置包括空压机、用于连通空压机与所述控制阀的气洗进气管，设置在所述气洗进气管上的气动阀，所述的反冲洗装置还包括设置在过滤水箱的上部且与所述多个滤芯的顶部连通的排气管，以及设置在所述排气管上的排气气动阀。进一步地，还可设一储气罐，先将空压机产生的高压气体导入储气罐中，再将气体从储气罐通过气洗进气管输送至控制阀，最终进入到滤芯中。

优选地，所述的空压机能够提供压力大小在0.25MPa~0.40MPa之间的高压空气。

根据本发明的又一优选方面，所述的控制阀为旋转阀门，具体由阀体部分与位于阀体部分内且能够被驱动而转动的阀芯部分密闭式吻合结合构成，在阀体部分的侧部、阀芯部分的外侧分别设有多个位孔，阀体部分上的多个位孔与阀芯部分的多个位孔一一对应，其中阀体部分上的多个位孔通过产水管道与多个滤芯一一对应连接，阀体部分的多个位孔中的其中一个与的气洗进气管连通构成反冲洗通路，其余位孔与产水箱连通构成产水通路，过滤装置还包括用于驱动旋转阀门的阀芯部分转动的驱动机构。控制阀更具体的结构可参见中国发明专利ZL201210215158.1。

进一步地，所述的控制阀可以位于过滤水箱的上方或下方，当控制阀位于过滤水箱上方时，滤芯的产水方式为虹吸式，当控制阀位于过滤水箱下方时，所述滤芯的产水方式为渗漏式。这两种产水方式与传统滤芯相比，无需机电动力驱动，工作压力≤0.02Mpa，废水中的胶体物质、微生物和悬浮物只是被吸附于膜材料的表面，易于脱落。更具体地，当控制阀位于过滤水箱上方时，可使产水管道的一端从过滤水箱内部连接至滤芯底部的安装底座上，另一端与控制阀相连；当控制阀位于过滤水箱下方时，产水管道通过水箱底部的密封阀与控制阀相连。

根据本发明的一个优选方面，所述滤芯至少有三个。所述滤芯的个数可以为例如8~60个，没有特别限制，理论上滤芯个数越多越好，但需要考虑实际需求来定。

优选地，所述的产水箱位于过滤水箱下方。

进一步地，过滤水箱的上部设有第一液位点和第二液位点，在各液位点处分别设有开关，其中，上液位点的开关用于在工作过程中的过滤水箱内液位上升到上液位点时，使进水泵停止进水；中液位点的开关用于在工作过程中的过滤水箱内液位下降至中液位点时，使进水泵开始进水。

更进一步地，过滤水箱的下部设有第三液位点，在该第三液位点处也设有开关，该开关用于在维护程序中的过滤水箱内液位下降至第三液位点时，使进水泵开始工作。

根据一个具体方面，过滤水箱的上部连接有过滤水箱溢流管，当过滤水箱内液位超过溢流口高度点时，水通过过滤水箱溢流管排出。

进一步地，浓缩过滤装置还包括连接在产水箱上用于将水排出的出水管和出水泵。

优选地，在控制阀与产水箱之间的产水管道上也设有气动阀，产水箱的上部、中部和下部分别设有上液位点、中液位点和下液位点，在各液位点处分别设有开关，在产水箱上部连接有产水箱溢流管，产水箱的上液位点与过滤水箱的第二液位点之间的落差大于等于1米，其中：上液位点开关用于在产水箱内液位上升至上液位点时，关闭气动阀，中液位点开关用于在产水箱内液位下降至中液位点时，打开气动阀；下液位点开关用于在产水箱内液位下降至下液位点时，关闭出水泵。

优选地，所述滤芯中用于起过滤作用的部件为孔径为0.01~5.0微米的过滤膜。更优选地，所述滤芯具有中国发明专利ZL201120063461.5所描述的结构。

优选地，可以在滤芯水箱底部铺设曝气管，或者还可以在箱体内壁四周做喷水设计，如此，通过底部曝气和四周水流冲射，可以使滤芯表面无沉积物的堆积，维持高水通量。

本发明采取的又一技术方案是：一种上述的浓缩过滤装置的滤芯的清洗方法，该清洗方法利用气体发生装置向滤芯内通入冲洗气体，冲洗气体自底部进入，自下而上通过所述滤芯，最后从滤芯顶端排出，所述冲洗气体在通过滤芯时能够挤压滤芯内的水而使过滤膜膨胀。

优选地，所述冲洗气体为压力大小为0.25MPa~0.40MPa之间的高压空气。

优选地，在产水的同时进行所述清洗，如此更利于恢复过滤膜的膜通量。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的装置及方法利用高压气体对过滤膜进行反冲洗，高压气体从滤芯底部进入，由下而上迅速挤压滤芯内的水，产生“海啸”效应，由此产生例如0.25~0.4Mpa的反向压力使膜材料瞬间膨胀，致使膜表面的附着物脱落，从而恢复膜的通量，高压气体从下往上进入，可充分清洗滤芯的每一部分，与传统的水洗反冲洗方式相比，反洗效果更佳，产水率提高，运营成本降低。此外，本发明的装置更加简单、成本降低、操作更方便。

附图说明

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：

图1为实施例1的浓缩过滤装置的结构示意图；

图2为实施例2的浓缩过滤装置的结构示意图；

其中：1、过滤水箱；10、过滤水箱溢流管；11、排污管；2、过滤部件；21、滤芯；210、安装底座；20、产水管；3、产水箱；30、产水箱溢流管；31、过滤产水流量计；32、出水管；33、出水泵；34、出水流量调节阀；35、出水流量计；36、排污管；4、进水泵；50、空压机；51、储气罐；52、气洗进气管；53、排气管；54、排气帽；55、单向阀；56、气洗压力调节阀；57、曝气管；58、曝气进气管；6、控制阀；60、阀体部分；61、阀芯部分；7、密封阀；Yh、第一液位点开关；Y1、第二液位点开关；Y0、第三液位点的开关；Ych、上液位点开关；Ycl、中间液位点开关；Yc0、下液位点开关；K1、排气气动阀；K2,K3,K4、气动阀。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，按照本实施例的浓缩过滤装置主要包括过滤水箱1、设置在过滤水箱内的过滤部件2（16个平行设置的滤芯21）、产水箱3、进水泵4、反冲洗装置、以及连接管道、开关、阀门等辅助部件。

过滤水箱1位于整个装置的上方位置，其上部设有第一液位点，第一液位点开关Yh，第二液位点以及第一液位点开关Y1；其下部设有第三液位点和第三液位点开关Y0。在过滤水箱1的上部连接有过滤水箱溢流管10，在底部连接有排污管11。16个筒形滤芯21（具体结构参见中国发明专利ZL201120063461.5）直立设置在过滤水箱1内，且下端部穿过过滤水箱1的底部而通过产水管20与控制阀6连接。

反冲洗装置包括空压机50，与空压机50连通的储气罐51、气洗进气管52、设置在气洗进气管52上的气动阀K2，设置在过滤水箱1的上部且与所述多个滤芯21的顶部连通的排气管53，设置在所述排气管53上的排气气动阀K1以及将排气管53的排气端与储气罐51连通的回气管57，进一步地，在滤芯21顶端设排气帽54、在排气帽54与排气管53之间设有单向阀55，在气洗进气管52上设有气洗压力调节阀56。滤芯21的反冲洗采用高压空气，空气压力最好要大于0.25Mpa，并于小0.40Mpa。

本例中，控制阀6位于过滤水箱1的下方，产水管20通过过滤水箱1底部的密封阀7与控制阀6相连。此时，滤芯21的产水方式为渗漏式，无需机电动力驱动，工作压力≤0.02Mpa，废水中的胶体物质、微生物和悬浮物只是被吸附于膜材料的表面，易于脱落。控制阀6具体由阀体部分60与阀芯部分61密闭式吻合结合构成，其中阀体部分60具有16只凸出的位孔，它们通过16根产水管20与16个滤芯21一一对应连接。阀体部分60的16只位孔中的15个共用一个通道，且通过一个出口和产水管20与产水箱3相连，构成产水通路，阀体部分60的剩余1只位孔与气洗进气管52相连，构成反冲洗通路。所述的控制阀6的结构同中国发明专利ZL201210215158.1的旋转阀门，具体结构可参见该专利文献。与ZL201210215158.1相同，本例中，在一个工作周期中，任一时间段，15个滤芯21是产水过程，1个滤芯21是反冲洗过程。不同的是，本例中，反冲洗为气洗方式，反冲洗时，控制阀6会按顺序将高压空气分配给所有滤芯21中的其中一只滤芯21，其余滤芯21产水不受影响。

产水箱3的上部、中部和下部分别设有上液位点、中液位点和下液位点，并对应设有上液位点开关Ych、中液位点开关Ycl和下液位点开关Yc0。产水箱3的上液位点与过滤水箱1的第二液位点之间的落差大于1米，即压差大于等于0.01MPa，从而可利用水的落差产生压力差来驱动水体渗透滤芯的滤膜达到净化过滤的目的。在产水箱3与控制阀6之间的产水管20上设有气动阀K4和过滤产水流量计31。在产水箱3的上部连接有产水箱溢流管30，下侧部连接有出水管32、出水泵33、出水流量调节阀34、出水流量计35，底部连接有排污管36。

此外，还在滤芯水箱1底部铺设曝气管57，曝气管57通过曝气进气管58与储气罐51连通，由储气罐51供气。通过底部曝气和四周水流冲射，可以使滤芯表面无沉积物的堆积，维持高水通量。

上述的浓缩过滤装置的产水/气洗过程如下：

进水泵4打开，气动阀K3打开，关闭气动阀K2，由进水泵4向滤芯水箱1中进水，至液位上升到第一液位点时，停止进水；开始产水，同时，对滤芯21气洗时，控制阀6旋转后，气动阀K2打开，排气气动阀K1关闭，进行高压空气对滤芯21反冲洗，空气将滤芯21内部通道中的水挤出而完成反冲洗；单支滤芯21空气反冲洗完成后，排气气动阀K1打开，气动阀K2关闭，通过排气帽53、单向阀54和排气管52将滤芯21内的空气排出；当过滤水箱1内的液位下降至第二液位点时，进水泵4又开始进水。

产水箱3内进水，当产水箱3液位达到上液位点，气动阀K4关闭，当液位达到产水箱3中液位点时，气动阀K4打开，出水泵33开启；当液位达到产水箱下液位点时，出水泵33关闭。

装置运行一段时间后，停止产水，对过滤水箱1中的滤芯21进行短期维护气洗。气洗时，进水泵4停止进水，过滤水箱1不产水只进行反冲洗，反洗5-10分钟，维护程序结束，进水泵4开始工作。

综上，本发明提供的浓缩过滤装置除了具有ZL201210215158.1所公开的浓缩过滤装置的全部优点外，还具有如下优点：

1、滤芯的产水为渗漏式产水，与传统超滤相比，无需机电动力驱动，工作压力≤0.02Mpa，废水中的胶体物质、微生物和悬浮物只是被吸附于膜材料的表面，易于脱落；

2、高压气流反洗从滤芯底部进入，由下而上迅速挤压滤芯内的水，产生“海啸”效应，由此产生0.25~0.4Mpa反向压力使膜材料瞬间膨胀，致使膜表面的附着物脱落，从而恢复膜的通量。高压气流从下往上进入，可充分清洗滤芯的每一部分，反洗效果更佳，产水率提高，运营成本降低；

3、装置更加简单、成本降低、操作更方便。

实施例2

如图2所示，本实施例所提供的浓缩过滤装置基本同实施例1，不同的是，其控制阀6位于过滤水箱1的上方，产水管20从过滤水箱1内部连接至滤芯21底的安装底座210与控制阀6。滤芯21的产水方式为虹吸式。采取该产水方式，同样无需机电动力驱动，工作压力≤0.02Mpa，废水中的胶体物质、微生物和悬浮物只是被吸附于膜材料的表面，易于脱落。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种浓缩过滤装置，包括过滤水箱，设置在所述过滤水箱内的过滤部件，产水箱，用于向所述过滤水箱内泵入待过滤水的进水泵，用于对过滤部件进行反冲洗的反冲洗装置，所述的过滤部件包括直立设置且相互平行的多个筒形滤芯，所述滤芯中用于起过滤作用的部件为过滤膜，所述的多个滤芯通过产水管道与所述的产水箱连通，构成产水通路，且在所述产水通路上设有控制阀，其特征在于：所述的反冲洗装置包括用于向所述过滤部件提供气体以对所述滤芯实施气洗的气体发生装置。

2.根据权利要求1所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的气体发生装置包括空压机、用于连通所述空压机与所述控制阀的气洗进气管，设置在所述气洗进气管上的气动阀，所述的反冲洗装置还包括设置在所述过滤水箱的上部且与所述多个滤芯的顶部连通的排气管，以及设置在所述排气管上的排气气动阀。

3.根据权利要求2所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的空压机能够提供压力大小在0.25MPa~0.40MPa之间的高压空气。

4.根据权利要求1所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的控制阀为旋转阀门，具体由阀体部分与位于所述阀体部分内且能够被驱动而转动的阀芯部分密闭式吻合结合构成，在所述阀体部分的侧部、阀芯部分的外侧分别设有多个位孔，阀体部分上的多个位孔与阀芯部分的多个位孔一一对应，其中阀体部分上的多个位孔通过产水管道与所述多个滤芯一一对应连接，所述阀体部分的多个位孔中的其中一个与所述的气洗进气管连通构成反冲洗通路，其余位孔与产水箱连通构成产水通路，所述过滤装置还包括用于驱动所述旋转阀门的阀芯部分转动的驱动机构。

5.根据权利要求1或4所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的控制阀位于所述的过滤水箱的上方或下方，当所述控制阀位于所述过滤水箱上方时，所述滤芯的产水方式为虹吸式，当所述控制阀位于所述过滤水箱下方时，所述滤芯的产水方式为渗漏式。

6.根据权利要求1所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的滤芯至少有3个。

7.根据权利要求1所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的产水箱位于所述过滤水箱下方。

8.根据权利要求7所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的过滤水箱的上部设有第一液位点和第二液位点，在各液位点处分别设有开关，其中，上液位点的开关用于在工作过程中的过滤水箱内液位上升到上液位点时，使进水泵停止进水；中液位点的开关用于在工作过程中的过滤水箱内液位下降至中液位点时，使进水泵开始进水。

9.根据权利要求8所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的过滤水箱的下部设有第三液位点，在该第三液位点处也设有开关，该开关用于在维护程序中的过滤水箱内液位下降至第三液位点时，使进水泵开始工作。

10.根据权利要求8所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的过滤水箱的上部连接有过滤水箱溢流管。

11.根据权利要求8所述的浓缩过滤装置，其特征在于：所述的浓缩过滤装置还包括连接在所述产水箱上用于将水排出的出水管和出水泵。

12.根据权利要求11所述的浓缩过滤装置，其特征在于：在所述控制阀与所述产水箱之间的产水管道上也设有气动阀，所述的产水箱的上部、中部和下部分别设有上液位点、中液位点和下液位点，在各液位点处分别设有开关，在产水箱上部连接有产水箱溢流管，产水箱的上液位点与过滤水箱的第二液位点之间的落差大于等于1米，其中：上液位点开关用于在产水箱内液位上升至上液位点时，关闭气动阀，中液位点开关用于在产水箱内液位下降至中液位点时，打开气动阀；下液位点开关用于在产水箱内液位下降至下液位点时，关闭出水泵。

13.一种如权利要求1~12所述的浓缩过滤装置的滤芯的清洗方法，其特征在于：该清洗方法利用所述气体发生装置向所述滤芯内通入冲洗气体，冲洗气体自底部进入，自下而上通过所述滤芯，最后从滤芯顶端排出，所述冲洗气体在通过滤芯时能够挤压滤芯内的水而使过滤膜膨胀。

14.根据权利要求13所述的清洗方法，其特征在于：所述冲洗气体为压力大小为0.25MPa~0.40MPa之间的高压空气。

15.根据权利要求13所述的清洗方法，其特征在于：在产水的同时进行所述清洗。

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