CN105289060A - 一种海水淡化用卧式过滤器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海水淡化用卧式过滤器装置，它设有筒体，第一、第二封头。本发明实现了过滤器结构模块化设计，现场安装更加方便、快捷，同时又实现了反洗虹吸结构以及改进的布气结构，在筒体全长范围内自动加速反洗流速并结合筒体全长范围内滤料均匀搅拌翻腾，全面解决了卧式过滤器的大流通面所面临的反洗不充分问题。本发明还公开了一种计算反洗出水管口几何尺寸的计算方法。本发明具有出水水质高、截污能力强、流通面积大、耐海水腐蚀以及布气与反洗均匀、操作简单、占地面积少等优点，满足大规模海水淡化实际生产的需求，尤其适用于大型海水淡化项目，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种海水淡化用卧式过滤器装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化用卧式过滤器装置，属于机械领域。

背景技术

随着人口数量的增加与生活质量的提高，人类对淡水资源的需求量日益增加，而淡水资源缺乏且因污染日益枯竭，面临双重压力，人类将目光转移到广阔的海洋，进行海水淡化。

过滤器是海水淡化预处理的重要组成部分之一。目前，应用于海水淡化领域典型的过滤器一般都是立式过滤器，立式过滤器处理量小、表面式过滤截污能力小，无法满足大中型的海水淡化处理量大、出水品质高且经济性好等工业需求。以10万吨/天的海水淡化厂为例，如果采用3500mm的立式砂滤器需要约140台；如果采用3500×12000mm的卧式过滤器，仅需35台。相比较而言，卧式过滤器与同等处理流量的立式过滤器相比，具有设备数量少、占地面积小、投资少、管理方便等优点。

当过滤器因截留过量的机械杂质会使滤器的前后压差随之升高，当压差大于0.05～0.07Mpa时，通常需要用反冲洗的方法来进行清洗。利用逆向进水，使过滤器内砂滤层松动，可使粘附于滤料表面的截留物剥离并被反冲水流带走，有利于排除滤层中的沉渣、悬浮物等，并防止滤料板结，使其充分恢复截污能力，从而达到清洗的目的。卧式过滤器需要反洗水流量大，常规卧式过滤器由于反洗布气和布水结构设计不合理，导致反洗效果差，不能适应海水淡化的长期、产量稳定的运行要求，进而影响后续反渗透海水淡化的生产能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海水淡化用卧式过滤器装置，能够适配大型反渗透海水淡化，保证长期的高效、大流量的稳定供水。为此，本发明采用以下技术方案：

一种海水淡化用卧式过滤器装置，包括卧式的筒体、所述筒体两侧的第一封头、第二封头；其特征在于：

所述第一封头内设置上反洗排水室，所述上反洗排水室具有侧壁和底壁，第一封头的中部或中部偏上处设置所述上反洗排水室的水流通口；

所述筒体内从上到下依次有反洗排水槽、滤料层、下进出水室；

所述筒体内的上部设置所述反洗排水槽，反洗排水槽吊架安装在所述筒体上；所述反洗排水槽的长度与所述筒体长度相当并具有溢水侧壁，所述反洗排水槽的一端和所述上反洗排水室侧壁相连，所述上反洗排水室侧壁上设置连通槽口；

从所述下进出水室的水流通口到下进出水室、再到所述反洗排水槽、再到所述上反洗排水室、再到所述上反洗排水室的水流通口形成虹吸结构；

所述筒体的底部设置所述下进出水室，所述下进出水室上方设置多孔板，所述多孔板上设置水帽，所述滤料层铺设在所述多孔板上，在所述下进出水室中沿其长度方向分布设置有布气管，所述布气管长度与所述筒体长度相当，所述布气管的出气口设置出气单向阀，布气管吊架连接在所述多孔板上；

所述第一封头设置所述下进出水室的水流通口，所述布气管从所述第一封头处穿入所述下进出水室中，所述上反洗排水室的水流通口处在下进出水室的水流通口的上方；

所述第二封头对应下进出水室设置第一副人孔，所述第二封头在其中部对应所述多孔板之上的筒体内过滤空间还设置有主人孔；

所述筒体的顶部设置有排气口、第二副人孔，所述筒体的上部还设置有窥视镜、吊耳；所述筒体的底部设置有应急卸砂口、底部排污口、支座。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

所述反洗排水槽的底部高于所述上反洗排水室水流通口的最高处，所述上反洗排水室侧壁和底壁通过钢制衬胶或玻璃钢与所述的筒体和所述第一封头、所述反洗排水槽进行连接，共同组成了反洗出水结构并能用于过滤运行时的进水。

所述布气管通过所述布气管吊架悬吊在所述的多孔板上，所述布气管均匀地安装了多个所述的单向阀，所述单向阀单向出气而水不返流，用于保证在正常过滤运行时，所述的布气管内不会流入水，在布气时由于所述的布气管内没有水残余，气体会均匀达到每一个所述的单向阀，各个所述的单向阀出气口的气体压力接近，使气体均匀地进入所述的水帽，到达所述的滤料层。

根据伯努利方程：p+1/2ρv²+ρgh=C，并结合虹吸效应确定所述上反洗排水室水流通口的几何尺寸。

所述反洗排水槽布置在所述筒体上部位置，可以为一个或者对称分布两个。

所述筒体采用碳素钢或玻璃钢，所述碳素钢筒体内衬3～5mm厚天然橡胶，筒体外刷防锈漆，用于保证装置耐海水腐蚀，玻璃钢材质不需要衬胶和涂防锈漆。

所述的滤料层可以由四种不同粒径大小的石英砂组成，由上及下粒径依次变大，用于支撑上层的细砂颗粒，保证细砂颗粒充分发挥过滤的作用，不会泄漏到出水水中，保证出水水质。

由于采用本发明的技术方案，本发明从安装方便以及反洗结构入手，为卧式过滤器装置提供了合理的结构；不仅实现了过滤器结构模块化设计，现场安装更加方便、快捷，同时又实现了反洗虹吸结构以及改进的布气结构，在筒体全长范围内自动加速反洗流速并结合筒体全长范围内滤料均匀搅拌翻腾，全面解决了卧式过滤器的大流通面所面临的反洗不充分问题，确保了在长期应用后，过滤装置仍能保持原始设计产量，保证长期的高效、大流量的稳定供水。本发明具有出水水质高、截污能力强、流通面积大、耐海水腐蚀、以及布气与反洗均匀、操作简单、占地面积少以及经济性好等优点，满足大规模海水淡化实际生产的需求，尤其适用于大中型海水淡化项目，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明提供的海水淡化用高效大流量卧式过滤器装置实施例正视图。

图2为图1所示实施例的俯视图。

图3为图1所示实施例的剖视图。

图4为图1所示实施例布气管的示意图。

图5为本发明反洗结构示意图。

图6为反洗系统工作的示意图。

附图标记：1.筒体；2.前封头；3.后封头；4.排气口；51.第一副人孔；51.第二副人孔；6.上反洗出水室水流通口；7.上反洗出水室；8.反洗排水槽；9.反洗排水槽吊架；10.滤料层；11.主人孔；12.多孔板；13.水帽；14.布气管；15.布气管吊架；16.多孔板支撑板；17.下进出水室水流通口；18.单向阀；19.支座；20.吊耳；21.窥视镜；22.应急卸砂口；23.下进出水室；24.底部排污口；25.槽钢；26.角钢；27.U型螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明所提供的海水淡化用高效大流量卧式过滤器装置的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图。本发明提供的海水淡化用卧式过滤器装置，包括卧式的筒体1、所述筒体两侧的第一封头2、第二封头3。

所述第一封头2内设置上反洗排水室7，所述上反洗排水室具有侧壁71和底壁72，上反洗排水室以第一封头2和侧壁71和底壁72围成，第一封头2的中部或中部偏上处设置所述上反洗排水室的水流通口6；侧壁71和底壁72可预制在第一封头2上，而方便安装，侧壁71可处在第一封头的边界处，在组装时侧壁71也与筒体连接。

所述筒体内从上到下依次有反洗排水槽8、滤料层10、下进出水室23。

所述筒体内的上部设置所述反洗排水槽8，反洗排水槽吊架9安装在所述筒体1上，所述的反洗排水槽8通过所述的反洗排水槽吊架9固定在所述的筒体1内的上部位置；所述反洗排水槽8的长度与所述筒体1的长度相当并具有溢水侧壁，所述反洗排水槽8的一端和所述上反洗排水室侧壁71相连，所述上反洗排水室侧壁71上设置连通槽口70。所述反洗排水槽8的另一端可固定在所述的第二封头3中部偏上的位置。

所述筒体1的底部设置所述下进出水室23，所述下进出水室12上方设置多孔板12，所述多孔板12上设置水帽13，所述滤料层10铺设在所述多孔板12上，在所述下进出水室23中沿其长度方向分布设置有布气管14，所述布气管长度与所述筒体相长度当，所述布气管14的出气口设置出气单向阀18，布气管吊架15连接在所述多孔板12上。

所述第一封头2设置所述下进出水室的水流通口17，所述布气管14从所述第一封头2处穿入所述下进出水室23中，所述上反洗排水室的水流通口6处在下进出水室的水流通口17的上方。

所述上反洗排水室的水流通口6的高度低于所述反洗排水槽8的底部，造成势能差，从所述下进出水室的水流通口17到下进出水室23，再到所述反洗排水槽8，再到所述上反洗排水室7，再到所述上反洗排水室的水流通口6形成虹吸结构。当反洗时水流经过所述的反洗排水槽8在上反洗排水室7中浸没所述的水流通口6时，此时会产生虹吸效应，利用该效应就会产生更高的反洗流速，且反洗时经过滤料层的反洗水从筒体1的全长范围内，从溢水侧壁顶部80流入反洗排水槽8，形成筒体内整体反洗自动加速运行，结合单向阀布气均匀手段，使得滤料得到充分均匀的反洗，确保反洗效果，使反洗后的卧式过滤器能恢复设计时的过滤能力和质量。

所述第二封头3对应下进出水室23设置第一副人孔51，所述第二封头3在其中部对应所述多孔板之上的筒体内过滤空间还设置有主人孔11。

所述筒体1的顶部设置有排气口4、第二副人孔52、吊耳20，所述筒体1的上部还设置有窥视镜21；所述筒体1的底部设置有应急卸砂口22、底部排污口24、支座19。

所述1筒体采用碳素钢，所述筒体内衬3～5mm厚天然橡胶，筒体外刷防锈漆，用于保证装置耐海水腐蚀。

所述反洗排水槽8布置在所述筒体上部位置，可以为一个或者对称分布两个。所述反洗排水槽8的底部高于所述上反洗排水室水流通口6的最高处，所述上反洗排水室侧壁71和底壁72由钢制衬胶或玻璃钢构成，上述反洗排水室侧壁71和底壁72与所述第一封头2、所述的筒体1和所述反洗排水槽8连接，共同组成了反洗出水结构并能用于过滤运行时的进水。在所述装置进行过滤运行时，需过滤的水从所述上反洗排水室的水流通口经上反洗排水室、连通槽口、反洗排水槽进入筒体内的过滤空间。

所述上反洗排水室的水流通口6可采用管件而固定在第一封头2的中部偏上的位置，通过补强圈60进行加强固定，该管件通过法兰与外部管进行连接。

本发明根据流体力学Bernoulliequation：p+1/2ρv²+ρgh=C，并结合虹吸效应确定所述上反洗排水室水流通口的几何尺寸。首先假设有两个反洗排水槽，结合本发明专利的特点，反洗进水流量为800m³/h，为保证稳定运行，反洗出水管的排水流量和反洗排水槽横截面出的排水流量均为800m³/h，反洗排水槽出口面积2×0.3016m²，反洗排水槽出口速度0.3684m/s，位差0.681mm，势能差6673.8kg/m·s²，根据伯努利方程：p+1/2ρv²+ρgh=C，反洗排水管出口速度v=（13.3476+0.1357）^0.5=3.672m/s，再结合流量800m³/h，可以计算出水流通口6采用的管件的面积为0.06052m²，那么水流通口6采用的管件的半径为0.1388m。

所述布气管14通过所述布气管吊架15悬吊在所述的多孔板12上，所述布气管14均匀地安装了多个所述的单向阀18。目前常规的布气装置中进气管上采用的是布气排孔。常规的布气排孔在设备运行和准备进气前，布气管内充满水，距离进气口远端的位置由于有残留水，进气很难达到该处，导致滤器内部反洗布气很不均匀，直接影响到反洗效果。本发明的布气管采用单向阀18出气，单向阀18单向出气而水不返流，保证在正常过滤运行时，所述的布气管14内不会流入水，在布气时由于所述的布气管14内没有水残余，气体会均匀达到每一个所述的单向阀18，各个所述的单向阀出气口的气体压力接近，使气体均匀地进入所述的水帽13，透过所述的滤料层10。

所述的布气管14通过所述的布气管吊架悬吊在所述的多孔板上，其长度方向上从所述的第一封头2一直到所述的第二封头3，所述的布气管由多段管道通过法兰连接组成，其上均匀的布置所述的单向阀。

所述的布气管吊架15包括两侧的槽钢25，底部的角钢26以及U型螺栓27，底部的角钢26和两侧的槽钢25，布气管14支撑在底部的角钢26上，U型螺栓27将布气管固定在底部的角钢26上。

所述的布气管14的进口采用接管，位于所述第一封头中间部分偏下位置，处在下进出水室水流通口17的上方，接管通过补强圈140在第一封头1上进行加强固定，通过法兰与外部接管进行连接。

所述的滤料层10可以由四种不同粒径大小的石英砂组成，由上及下粒径依次变大，用于支撑上层的细砂颗粒，保证细砂颗粒充分发挥过滤的作用，不会泄漏到出水水中，保证出水水质。所述的滤料层顶部与所述的反洗排水槽底部之间预留足够的滤料膨胀高度，避免滤料膨胀后被反洗水冲走。

所述的多孔板12位于所述卧式过滤器的中部偏下位置，与所述筒体1和所述的第一封头2、第二封头3紧密相连，支撑所述的滤料层10。

所述的水帽13安装在所述的多孔板的孔中，用于海水淡化过滤时的过滤出水、布气时的进气以及反洗时的进水。多块的多孔板支撑板16均匀分布地固定在所述筒体1上，支撑所述的多孔板12。

所述的下进出水室水流通口17采用管件，该管件通过补强圈170在第一封头1上进行加强固定，该管件通过法兰与外部接管进行连接。

在筒体1的顶部有两个对称分布的副人孔52，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接。

所述的排气口4固定在筒体1的顶部，且均匀地分布三个，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接。

所述的吊耳20固定在筒体1的上部，且中心对称分布四个，通过补强圈进行加强固定。

所述的窥视镜21安装在筒体1的上部，且对称分布两个，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接。

所述的应急卸砂口22固定在筒体1的下部，且对称分布两个，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接，且与所述的窥视镜21处于一个圆周上。

所述的主人孔11位于所述第二封头3的中心位置处，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接。

所述的副人孔51位于所述第二封头3的下部位置处，通过补强圈进行加强固定，接口处用法兰进行连接；

所述的支座19固定在所述筒体1的底部，且均匀分布三个所述的支座；

本发明运行流程主要分反洗、运行、正洗等工作状态：

1.卧式过滤器的运行

a.卧式过滤器投入运行前，首先进行排气。排气时，开启滤器上进阀V1和排气阀V5，当排气管路出水后排气完毕。

b.排气完毕后，开启下排阀V4，同时关闭排气阀V5，调节进水流量（单台流量约350m³/h），出口压力约为0.25Mpa，此时滤器进入预处理工作状态，打开出水阀V7，关闭下排阀V4，滤器可投入运行。

2.卧式过滤器反洗

卧式过滤器随着运行时间的延长，压差增加。当过滤器压差大于0.05-0.07MPa时，需要反洗，反洗周期大约为7天。

a.反冲松层：开启上排阀V2，再开启下进阀V3，开启1台反洗泵控制进水量，使滤层得以松动，松层时间为5-10min。

b.汽水擦洗：开启排气阀V5、进气阀V6、下进阀V3（即反洗进水阀），以10-15L/m²·s的进气强度（空气压力1-1.5kg/cm²），同时水以10-15m/h的流速进行汽水混合擦洗，时间为10min左右。

c.大反冲洗：同时2台反洗泵，使反洗流量尽可能大，以不冲出石英砂为原则，一般反洗强度为15L/m²·s。冲到进出水的透明度相近时，反冲洗结束。反冲洗结束时，反洗流量应逐渐缓慢增加和减少，以利于滤料按粒径分层。

3.卧式过滤器的正洗

关闭下进阀V3、排气阀V5，开启上进阀V1和下排阀V4，同时开启絮凝剂计量泵，滤器开始正洗。正洗流量为工作流量，正洗时间一般10-30min，正洗完毕后滤器可投入正常运行。

表１卧式过滤器操作程序及阀门开关位置表

注：空格表示阀门关闭，√表示阀门调节开。

Claims (7)

1.一种海水淡化用卧式过滤器装置，包括卧式的筒体（1）、所述筒体两侧的第一封头（2）、第二封头（3）；其特征在于：

所述第一封头内设置上反洗排水室（7），所述上反洗排水室具有侧壁（71）和底壁（72），第一封头的中部或中部偏上处设置上反洗排水室的水流通口（6）；

所述筒体内从上到下依次有反洗排水槽（8）、滤料层（10）、下进出水室（23）；

所述筒体内的上部设置所述反洗排水槽，反洗排水槽吊架（9）安装在所述筒体上；所述反洗排水槽的长度与所述筒体长度相当并具有溢水侧壁，所述反洗排水槽的一端和所述上反洗排水室侧壁相连，所述上反洗排水室侧壁上设置连通槽口（70）；

从所述下进出水室的水流通口（17）到下进出水室,再到所述反洗排水槽再到所述上反洗排水室再到所述上反洗排水室的水流通口形成虹吸结构；

所述筒体的底部设置所述下进出水室，所述下进出水室上方设置多孔板（12），所述多孔板上设置水帽（13），所述滤料层（10）铺设在所述多孔板上，在所述下进出水室（23）中沿其长度方向分布设置有布气管（14），所述布气管长度与所述筒体长度相当，所述布气管的出气口设置出气单向阀（18），布气管吊架（15）连接在所述多孔板（12）上；

所述第一封头设置所述下进出水室的水流通口，所述布气管从所述第一封头处穿入所述下进出水室中，所述上反洗排水室的水流通口（6）处在下进出水室的水流通口的上方；

所述第二封头对应下进出水室设置第一副人孔（51），所述第二封头在其中部对应所述多孔板之上的筒体内过滤空间还设置有主人孔（11）；

所述筒体的顶部设置有排气口（4）、第二副人孔（52），所述筒体的上部还设置有窥视镜（21）、吊耳（20）；所述筒体的底部设置有应急卸砂口（22）、底部排污口（24）、支座（19）。

2.根据权利要求1所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于所述反洗排水槽的底部高于所述上反洗排水室水流通口的最高处，所述上反洗排水室侧壁和底壁通过钢制衬胶或玻璃钢与所述第一封头、所述的筒体和所述反洗排水槽进行连接，共同组成了反洗出水结构并能用于过滤运行时的进水。

3.根据权利要求1所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于，所述布气管通过所述布气管吊架悬吊在所述的多孔板上，所述布气管均匀地安装了多个所述的单向阀，所述单向阀单向出气而水不返流，用于保证在正常过滤运行时，所述的布气管内不会流入水，在布气时由于所述的布气管内没有水残余，气体会均匀达到每一个所述的单向阀，各个所述的单向阀出气口的气体压力接近，使气体均匀地进入所述的水帽，到达所述的滤料层。

4.根据权利要求1或2所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于根据伯努利方程：p+1/2ρv²+ρgh=C，并结合虹吸效应确定所述上反洗排水室水流通口的几何尺寸（式中p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量；也可以表达成为p₁+1/2ρv₁ ²+ρgh₁=p₂+1/2ρv₂ ²+ρgh₂）。

5.根据权利要求1或2所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于所述反洗排水槽布置在所述筒体上部位置，可以为一个或者对称分布两个。

6.根据权利要求1所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于所述筒体采用碳素钢或玻璃钢，所述碳素钢筒体需要内衬3～5mm厚天然橡胶，筒体外刷防锈漆，用于保证装置耐过流海水和海洋环境的腐蚀。

7.根据权利要求1所述的一种海水淡化用卧式过滤器装置，其特征在于所述的多孔板位于所述筒体的中部偏下位置，与所述筒体、所述的第一封头、第二封头紧密相连，支撑所述的滤料层；所述的水帽安装在所述的多孔板的孔中，用于海水淡化过滤时的过滤出水、布气时的进气以及反洗时的进水，多块多孔板支撑板均匀分布地固定在所述筒体上，支撑所述的多孔板。