CN105999851A - 新型金属膜滤料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水过滤滤料，具体是一种新型金属膜滤料及其制备方法和应用。该新型金属膜滤料以不锈钢的金属丝网为材质，金属丝网经多层叠加，真空烧结，金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，形成均匀结构的金属膜滤料。本发明解决了传统污水过滤滤料对于小分子有机物、微小悬浮物、微小粒径物无法进行有效的过滤分离，使常规处理后的水无法满足国家地层回注水、内陆外排水、居民饮用水水质指标要求的问题。该金属膜滤料在抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器的精细过滤设备中或在建材耐热零件及热处理有困难的零件，居民饮用水的精细过滤设备中得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及水过滤滤料，具体是一种新型金属膜滤料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，污水、饮用水过滤处理大致分为两个阶段：一是污水、饮用水常规处理阶段，即：污水、饮用水一级过滤阶段和二级过滤阶段，一、二级过滤阶段也叫粗过滤阶段；二是污水、饮用水精细过滤阶段，即：污水、饮用水三级过滤阶段。污水、饮用水常规过滤阶段的滤料一般采用鹅卵石滤料、无烟煤滤料、核桃壳滤料、改性纤维球滤料、纤维束滤料、石英砂滤料、核桃壳+改性纤维球两级滤料等，这些滤料只能对大分子有机物、大型悬浮物、大型粒径物进行过滤分离、去除，但对于小分子有机物、微小悬浮物、微小粒径物无法进行有效的过滤分离，使常规处理后的水无法满足国家地层回注水、内陆外排水、居民饮用水水质指标的要求，对地层、内陆环境具有很大的污染破坏，对居民的身心健康也具有很大的伤害。
中国发明专利CN201410565120.6，公开了一种油田回注水过滤系统，包括依次相连的净水罐，过滤提升泵和过滤器，所述过滤器为依次串联的金刚砂过滤器和钛金属膜过滤器。该发明过滤系统处理液量大，处理后悬浮物含量远低于国家标准，连续使用过程中只采用水洗+气洗，无需使用化学药剂，减少运行费用，同时避免化学药剂造成二次污染，但是未公开钛金属膜的化学成分，也没有提供金属膜的制备工艺。
中国实用新型专利CN201520487107.3， 公开了一种应用于污水深度处理的金属膜过滤系统，包括依次连通的一级沉降罐 、二级沉降罐、缓冲罐、A 过滤提升泵 、核桃壳过滤罐、纤维球过滤罐、净水罐,以及与净水罐相连通的金属膜过滤装置 。专利中虽有提及金属膜为钛金属膜，但并未公开金属膜的化学成分，也没有提供金属膜的制备工艺。
中国实用新型专利CN201520274319.3，公开了应用钛金属膜过滤器的一级 A 标水质处理系统，包括原水罐、格栅过滤池、水力旋流器、吸附气浮机、第一钛金属膜过滤器、 多介质过滤器、第二钛金属膜过滤器、净水罐、污 水罐和增压泵 。但也没有公开钛金属膜的化学组成及制备工艺。
因此，本领域技术人员有必要开发一种新型金属膜滤料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有水处理传统过滤滤料的不足，提供了一种新型金属膜滤料及其制备方法和应用；解决使常规处理后的水无法满足国家地层回注水、内陆外排水、居民饮用水水质指标要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种新型金属膜滤料，以不锈钢的金属丝网为材质，金属丝网经多层叠加，真空烧结，金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，形成均匀结构的金属膜滤料。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，从而形成一种均匀而高强度的过滤结构，使得该材料具备普通金属丝网无法达到的性能，如强度高、刚性好、网孔形状稳定的有益的技术效果。
由于本发明的新型金属膜滤料能够对材料的孔隙大小、渗透性能和强度特性进行合理的匹配与设计，从而使其具有良好的过滤精度、过滤阻抗、机械强度、耐磨性、耐热性和被加工性，综合性能明显优于其它类型的过滤材料。
新型金属膜滤料的设计能承受气流化学特性变化的影响、组分变化的影响，并保持高的过滤效率、保持高流量及低压降特性，同时能承受气流脉冲喷射清洗引起的振动力和热应力。
本发明优选方案如下；
所述不锈钢的金属丝网是以321不锈钢钢板为材质，把321不锈钢制成金属丝网；优选金属丝网孔隙直径为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm。
所述金属丝网多层叠加为2-16层，优选3-8层。
所述金属膜滤料的结构为在真空环境下把金属丝网一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
所述金属膜滤料外型尺寸为500mm×60mm，采用3层金属膜网叠加烧结而成；层间距为3㎜，金属膜网是由2μm直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0μm。
所述金属膜滤料的外型尺寸为50mm×120mm，采用6层金属膜网叠加烧结而成；层间距为5㎜，金属膜网是由3㎜直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0μm。
按照重量百分比计，所述金属膜滤料的化学成分为：C≤0.08，Si≤2.00，S≤0.030，P≤0.035，Cr为17.00~19.00，Ni9.00~12.00，Ti含量为C含量的5倍以上，其余为不锈钢。
本发明还提供了一种金属膜滤料的制备方法，包括如下步骤：
a:选材
金属膜滤料的主材是321不锈钢。
b: 金属丝制作
将321不锈钢经高温压制成金属丝。
c:
丝网制作
根据待处理污水、饮用水原水的成分构成、物质分子直径的大小，以及金属膜过滤后的水质要求，将金属丝编织成金属丝网。
d:网管制作
根据水质处理的指标需求，将金属丝网经2-16层叠加成网管，每层网管之间的间距视网管层数和最大网管直径而定。
将网管放置密闭的空间中，向密闭的空间注入氩气，使网管空间处在真空状态之下，将网管烧结成坚硬的金属网管。
e:护管制作
在金属网管的外表面加制一层金属网管护管，护管利用激光割缝技术在真空状态下割制而成，割缝板的孔隙直径与网管孔隙直径相同。
f:金属膜滤料制作
将网管放置护管之中，根据过滤设备空间的布局方式，将网管和护管一起放置在真空的环境中切割、焊接成符合设备要求的金属网，在真空环境下把金属网一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
作为优选，步骤b中所述高温为500-620℃；所述金属丝直径在1μm以上。
步骤c中所述金属丝网孔隙直径为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm。
步骤d中所述网管烧结是利用真空扩散焊接方式。
步骤e中所述护管材质也是321不锈钢材质。
本发明还提供了新型金属膜滤料在抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器的精细过滤设备中或在建材耐热零件及热处理有困难的零件，居民饮用水的精细过滤设备中的应用。
附图说明
图1是8层金属膜滤料的主视图；
图2是8层金属膜滤料的俯视半剖图；
图3是8层金属膜滤料的右视半剖图；
图中：1-金属膜网；2-滤前水进膜通道；3-滤后水出口通道；4-金属膜护网；5-金属膜层；6-金属膜固定端。
具体实施方式
下面结合图1至3给出的实施例对本发明作进一步阐述，但实施例不对本发明构成任何限制。
本实施例所述的一种新型金属膜滤料，参见图1至3，以321不锈钢的金属丝网1为材质，金属丝网经8层叠加，真空烧结，金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，形成均匀结构的金属膜滤料。
该金属膜滤料滤前水进膜通道2置于金属膜滤料的下端，滤后水出口通道3位于金属膜滤料的右侧。
金属膜护网4置于金属膜滤料的外围。
金属膜层5通过右侧的金属膜固定端6固定。
金属膜滤料的结构为在真空环境下把金属丝网1一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
按照重量百分比计，该金属膜滤料的化学成分为：C≤0.08，Si≤2.00，S≤0.030，P≤0.035，Cr为17.00~19.00，Ni9.00~12.00，Ti含量为C含量的5倍，其余为不锈钢。
该新型金属膜滤料的制备方法，步骤如下：
a:选材
新型金属膜的主材是321不锈钢，国标为0Cr18Ni9Ti；其机械强度高，耐氧化、耐还原、耐磨性性能好，耐热性和被加工性强，自身半衰期长、无辐射、无腐蚀性，能适合各类型的污水、饮用水的水质之中。
b: 金属丝制作
将321不锈钢经高温压制成金属丝。
其中高温为500-620℃；金属丝直径在1μm以上。
c: 丝网制作
根据待处理污水、饮用水原水的成分构成、物质分子直径的大小，以及金属膜过滤后的水质要求，将金属丝编织成金属丝网。
其中，金属丝网孔隙直径为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm。
d:网管制作
根据水质处理的指标需求，将金属丝网经2-16层叠加成网管，每层网管之间的间距视网管层数和最大网管直径而定。
将网管放置密闭的空间中，向密闭的空间注入氩气，使网管空间处在真空状态之下，将网管烧结成坚硬的金属网管。
其中，网管烧结是利用真空扩散焊接方式。
e:护管制作
在金属网管的外表面加制一层金属网管护管，护管利用激光割缝技术在真空状态下割制而成，割缝板的孔隙直径与网管孔隙直径相同。
其中，护管材质也是321不锈钢材质。
f:金属膜滤料制作
将网管放置护管之中，根据过滤设备空间的布局方式，将网管和护管一起放置在真空的环境中切割、焊接成符合设备要求的金属网，在真空环境下把金属网一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
采用本实施例制备的新型金属膜滤料的力学性能如下：
采用本实施例制备的新型金属膜滤料与金属粉末滤料性能对比，优势如下表：
该新型金属膜滤料在采油厂4000方污水精细处理站的应用验证：
该站的新型金属膜滤料是使用321不锈钢为材料，采用两级金属膜过滤器，日最大污水精细处理量为4000方。
该金属膜的外型尺寸为500×60，采用3层金属膜网叠加烧结而成；层间距为3㎜，金属膜网是由2μm直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0μm。
该站金属膜滤料过滤器有自动反冲洗系统，没有过滤搅拌电机，
经验证，该金属膜滤料过滤技术稳定，免维护保养，耗能低，水质指标稳定，达到国家地层水回注的指标要求。
该新型金属膜滤料在另一个采油厂污水精细处理装置上的应用验证：
该站的新型金属膜滤料是使用321不锈钢为材料，采用两级金属膜过滤器，日最大污水精细处理量为5000方。
该金属膜的外型尺寸为500×120，采用6层金属膜网叠加烧结而成；层间距为5㎜，金属膜网是由3㎜直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0㎜。
经验证，该金属膜滤料过滤的污水水质指标稳定达到国家地层水回注的指标要求。
通过以上实施例的说明，本发明提供的新型金属膜具有以下优势：
金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，从而形成一种均匀而高强度的过滤结构，使得该材料具备普通金属丝网无法达到的性能，如强度高、刚性好、网孔形状稳定等。
由于本发明的新型金属膜滤料能够对材料的孔隙大小、渗透性能和强度特性进行合理的匹配与设计，从而使其具有良好的过滤精度、过滤阻抗、机械强度、耐磨性、耐热性和被加工性，综合性能明显优于其它类型的过滤材料。
新型金属膜滤料的设计能承受气流化学特性变化的影响、组分变化的影响，并保持高的过滤效率、保持高流量及低压降特性，同时能承受气流脉冲喷射清洗引起的振动力和热应力。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种新型金属膜滤料，以不锈钢的金属丝网为材质，其特征在于，金属丝网经多层叠加，真空烧结，金属膜网状叠加结构烧结网的各层网孔相互交错，形成均匀结构的金属膜滤料。
2.根据权利要求1所述的新型金属膜滤料，其特征在于：所述不锈钢的金属丝网是以321不锈钢钢板为材质，把321不锈钢制成金属丝网；优选金属丝网孔隙直径为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm。
3.根据权利要求1或2所述的新型金属膜滤料，其特征在于：所述金属丝网多层叠加为2-16层，优选3-8层。
4.根据权利要求1或2所述的新型金属膜滤料，其特征在于：所述金属膜滤料的结构为在真空环境下把金属丝网一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
5.根据权利要求3所述的新型金属膜滤料，其特征在于：所述金属膜滤料外型尺寸为500mm×60mm，采用3层金属膜网叠加烧结而成；层间距为3㎜，金属膜网是由2μm直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0μm。
6.根据权利要求3所述的新型金属膜滤料，其特征在于：所述金属膜滤料的外型尺寸为500mmm×120mm，采用6层金属膜网叠加烧结而成；层间距为5㎜，金属膜网是由3㎜直径的金属丝编织而成，金属丝网的孔隙直径为1.0μm。
7.根据权利要求3所述的新型金属膜滤料，其特征在于：按照重量百分比计，所述金属膜滤料的化学成分为：C≤0.08，Si≤2.00，S≤0.030，P≤0.035，Cr为17.00~19.00，Ni9.00~12.00，Ti含量为C含量的5倍以上，其余为不锈钢。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的新型金属膜滤料的制备方法，其特征周期与，包括如下步骤：
a:选材
金属膜滤料的主材是321不锈钢；
b: 金属丝制作
将321不锈钢经高温压制成金属丝；
c: 丝网制作
根据待处理污水、饮用水原水的成分构成、物质分子直径的大小，以及金属膜过滤后的水质要求，将金属丝编织成金属丝网；
d:网管制作
根据水质处理的指标需求，将金属丝网经2-16层叠加成网管，每层网管之间的间距视网管层数和最大网管直径而定；
将网管放置密闭的空间中，向密闭的空间注入氩气，使网管空间处在真空状态之下，将网管烧结成坚硬的金属网管；
e:护管制作
在金属网管的外表面加制一层金属网管护管，护管利用激光割缝技术在真空状态下割制而成，割缝板的孔隙直径与网管孔隙直径相同；
f:金属膜滤料制作
将网管放置护管之中，根据过滤设备空间的布局方式，将网管和护管一起放置在真空的环境中切割、焊接成符合设备要求的金属网，在真空环境下把金属网一端用321不锈钢板封死，另一端焊接上321不锈钢螺丝头。
9.根据权利要求8所述新型金属膜滤料的制备方法，其特征在于：
步骤b中所述高温为500-620℃；所述金属丝直径在1μm以上；
步骤c中所述金属丝网孔隙直径为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、5μm；
步骤d中所述网管烧结是利用真空扩散焊接方式；
步骤e中所述护管材质也是321不锈钢材质。
10.一种如权利要求1至7任一项所述的新型金属膜滤料的应用，其特征在于：在抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器的精细过滤设备中或在建材耐热零件及热处理有困难的零件，居民饮用水的精细过滤设备中的应用。
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