CN106390543A - 压紧式自动形成密度梯度的高精度纤维布块高效过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压紧式自动形成密度梯度的高精度纤维布块高效过滤器，涉及工业污水处理技术。本过滤器由上封头装置、筒体装置、下封头、搅拌轴、纤维布块和钢管支撑架组成；上封头装置、筒体装置、下封头和钢管支撑架依次连接组成一个整体，在筒体装置内设置有搅拌轴和纤维布块。本发明过滤精度高，水质可达到微滤水平；过滤范围大，可将初级过滤和深度（精密）过滤结合在同一台过滤罐内；通用性强，不仅适用于油田含油污水处理技术领域，也适用于印染污水、造纸污水、电镀污水、医药污水、屠宰污水和皮革污水等多种工业污水处理技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及工业污水处理技术，尤其涉及一种压紧式自动形成密度梯度的高精度纤维布块高效过滤器。
背景技术
十几年来，专利申请人程中和潜心研究纤维深度过滤器，不断地积累、不断地创新，时至今日，从未放弃。其中发明“压紧式高精度纤维球高效过滤器”（ZL201210144989.4，CN：102657965）存在如下问题（见图7）：
1、过滤与反洗始终是一对矛盾，为了提高过滤精度，必须压紧纤维；然而，反洗又必须松开纤维。多年来，这对矛盾时至今日一直未处理好。将减速机、底座、搅拌轴、桨叶全部固定在一起，采用提升机牵引上升，下降则依靠自身重量，为了保证同心还设置了4根导向管。试验证明：这种设计存在严重的问题，上升时还可以达到上止点，可是下降时就不是那么顺利了，这是因为导向管先天性的无法定位稳定导致不同心所致。
2、为了提高过滤精度及扩大过滤范围，人们一直在努力研究密度梯度，然而，时至今日还未见密度梯度的有关报道。
上述专利存在的问题，使其无法推广。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述技术存在的缺点和不足，提供一种压紧式自动形成密度梯度的高精度纤维布块高效过滤器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明对上述问题进行了改革：
1、废除减速机、底座、搅拌轴、桨叶固定在一起的升降设计；
2、实现纤维过滤器的自动形成密度梯度。
具体地说，
本过滤器由上封头装置、筒体装置、下封头、搅拌轴、纤维布块和钢管支撑架组成；
上封头装置、筒体装置、下封头和钢管支撑架依次连接组成一个整体，在筒体装置内设置有搅拌轴和纤维布块。
本发明具有下列优点和积极效果：
1、过滤精度高，水质可达到微滤水平；
2、过滤范围大，可将初级过滤和深度（精密）过滤结合在同一台过滤罐内；
3、通用性强，适用于各类工业污水。
总之，本发明不仅适用于油田含油污水处理技术领域，也适用于印染污水、造纸污水、电镀污水、医药污水、屠宰污水和皮革污水等多种工业污水处理技术领域。
附图说明
图1是本过滤器的结构示意图；
图2是上封头装置的结构示意图；
图3.1是下封头装置的结构示意图；
图3.2是圆锥形内胆的结构示意图；
图3.3是刚性支撑座的结构示意图；
图4是下封头装置的结构示意图；
图5是搅拌轴的结构示意图；
图6是形成密度梯度的说明图；
图7是ZL 201210144989.4的结构示意图。
图中：
100—上封头装置，
101—上固定筛板， 102—上人孔，
103—反冲洗水出口法兰， 104—搅拌轴密封套，
105—滤后水出口法兰， 106—上封头；
200—筒体装置，
210—筒体，201—圆锥形内胆， 202—中间人孔，203—视镜，
220—刚性支撑座装置，
22A—箱体， 22B—小液压缸，
221—活动钢块， 222—小液压缸法兰，
223—箱体法兰， 224—上下筋板，
225—筒体加强板， 226—前进油嘴，
227—后退油嘴， 228—连接螺杆，
229—小液压杆；
300—下封头装置，
301—下活动筛板， 302—支撑钢管，
303—支撑钢管大法兰， 304—排污口法兰，
305—液压缸大法兰， 306—进水口法兰，
307—液压缸， 308—下封头；
400—搅拌轴装置，
401—搅拌减速机， 402—空套凹型活节，
403—凸型活节， 404—轴用卡圈，
405—小平键， 406—筛板法兰，
407—桨叶平键， 408—哈夫式搅拌桨叶，
409—搅拌轴；
500—纤维布块；
600—钢管支撑架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本过滤器详细说明：
一、过滤器
如图1，本过滤器由上封头装置100、筒体装置200、下封头300、搅拌轴400、纤维布块500和钢管支撑架600组成；
上封头装置100、筒体装置200、下封头300和钢管支撑架600依次连接组成一个整体，在筒体装置200内设置有搅拌轴400和纤维布块500。
二、功能装置
1、上封头装置100
如图2，上封头装置100包括上固定筛板101、上人孔102、反冲洗水出口法兰103、搅拌轴密封套104、滤后水出口法兰105和上封头106；
在上封头106的下面连接有上固定筛板101，在上封头106的周边设置有上人孔102、反冲洗水出口法兰103和滤后水出口法兰105，在上封头106中间的顶部设置有搅拌减速机401，在上封头106中间的下部设置有搅拌轴密封套104；
上封头106和搅拌轴密封套104及固定筛板101上下连接成一个整体。
2、筒体装置200
如图3.1、3.2，筒体装置200包括筒体210、圆锥形内胆201、中间人孔202、视镜203和刚性支撑座装置220；
其位置和连接关系是：
在筒体210内设置有圆锥形内胆201，在筒体210上的圆锥形内胆201的下面的 400-500mm处的圆周上等分3点设置有3组刚性支撑座装置220，在筒体210的中间设置有中间人孔202和视镜203。
如图3.3，所述的刚性支撑座装置220包括箱体22A、小液压缸22B、活动钢块221、小液压缸法兰222、小箱体法兰223、上下筋板224、筒体加强板225、前进油嘴226、后退油嘴227、连接螺杆228和小液压杆229；
其位置和连接关系是：
在箱体22A的左面设置有小箱体法兰223，在箱体22A的右面设置有筒体加强板225，在箱体22A的上下面设置有上下筋板224，在箱体22A内设置有活动钢块221；
在小液压缸22B的右边设置有小液压缸法兰222，在小液压缸22B上设置有前进油嘴226、后退油嘴227，在小液压缸22B内设置有小液压杆229；
活动钢块221通过连接螺杆228和小液压杆229连接；
小液压缸22B的小液压缸法兰222与箱体22A的小箱体法兰223采用螺栓连接，这样就形成了刚性支撑座装置220。
其工作机理是：
当前进油嘴226进油时，活动钢块221前进并伸入筒体210，下活动筛板301就定位在活动钢块221上，当液压缸307需要下行时，后退油嘴227进油，活动钢块221向左移动，退出筒体210，这样活动钢块221活动就很自由了。
在筒体210的中部圆周上设置有三组刚性支撑座220，其作用是支撑定位下活动筛板301，筒体装置200的设置是过滤器的最大亮点，下活动筛板301的压紧，接着松开，且刚性地定位在上止点下行400mm处，这一压紧又一松开就自动形成了设计的密度梯度。
3、下封头装置300
如图4，下封头装置300包括下活动筛板301、支撑钢管302、支撑钢管大法兰303、排污口法兰304、液压缸大法兰305、进水口法兰306、液压缸307和下封头308；
其位置和连接关系是：
在下封头308左边设置有进水口法兰306，在下封头308右边设置有排污口法兰304，在下封头的上边设置有下活动筛板301，在下活动筛板301中间的上部设置有筛板法兰406，在下活动筛板301中间的下部依次连接有支撑钢管302、支撑钢管大法兰303、液压缸大法兰305和液压缸307。
4、搅拌轴装置400
如图5，搅拌轴装置400包括搅拌减速机401、空套凹型活节402、凸型十字活节403、轴用卡圈404、小平键405、筛板法兰406、桨叶平键407、哈夫式搅拌桨叶408和搅拌轴409；
其位置和连接关系是：
搅拌轴409的上端穿过搅拌轴密封套104及搅拌减速机401的空套凹型活节402，空套凹型活节402的上端和凸型活节403离合连接；
凸型活节403和搅拌轴409通过平键405连接，凸型活节403的固定由下有搅拌轴409的止口和上有轴用卡圈404而锁住；
哈夫式搅拌桨叶408与搅拌轴409的扭矩传递采用桨叶平键407固定，哈夫式搅拌桨叶408是采用螺栓连接，搅拌轴409的最下端与下活动筛板301连接是：搅拌轴409的下端有一凹槽，哈夫铜板法兰405嵌入其中，然后，再与焊接在下活动筛板301的法兰406采用螺栓连接。
5、纤维布块500
纤维布块500见程中和的发明专利“污水回用纤维布块深度过滤器”（ ZL 2004 10012642.X）和“纤维布块海水淡化处理器”（ ZL 2005 1 0019891.6 ）
人们一直在寻找一种不怕油、强度高、能耐磨、耐腐蚀、耐酸碱、化学稳定性好、耐热、不霉、不蛀、能反洗再生、并且在其结构中含有亲水性的强羟基,这就是说吸水性要特强的滤料。人们寻找了很久很久,也找了很多滤料,但都不理想。时至今日，本发明人找到并加以研制了一种新的滤料——纤维布块500，这种新的纤维滤料，强度高、能反洗再生、使用寿命长。新滤料的材质是由腈纶加天丝（Tencel）混纺而成，然后，用这种混纺纤维纺成粗纱、纱捻成线、线织成布、布缝成块，这就形成了一种新的滤料——纤维布块滤料。这种滤料不仅强度高，而且弹性好。由于弹性好，压缩时密度增加，过滤精度高；松开时空隙增大，藏在里面的悬浮物、颗粒在其机械离心力的作用下很容易清洗干净
6、钢管支撑架600
钢管支撑架600是本过滤器的支撑体。
三、工作原理
现有的精细过滤技术中多采用滤芯，尤其是采用微孔滤芯进行过滤。
但现有技术中的滤芯，均存在不可反洗再生以及对进水要求很高的不足。
本过滤器利用大的液压缸307的活塞能提供静压的一个功能，对筒体210内的纤维布块500进行有效地压缩，使纤维布块500在空间随机形成三维微孔结构，维孔孔径沿滤液流向呈梯度分布，集表面、深层和精细过滤于一体，可截留不同粒径的杂质，过滤范围之大（0.1～1000μm）是其它任何过滤器无法比拟的。
深层过滤的最大特点应该具有一定深度的过滤梯度，过滤梯度取决于密度梯度。在反滤的条件下（由下至上过滤），人们按粗、细从下至上排列，下部最粗、松，上部最细、密，这样的排列人们把它称为理想的密度梯度。然而，只要一反洗，这种人为的排列就会立即被打破。
本过滤器的密度梯度是自动形成的：
过滤器的密度梯度的自动形成是一个难题，因为24h后需要反洗就会打破这个密度梯度。本发明克服了这一难题，设计了自动形成密度梯度。
举个例子加以说明：
有多台汽车在十字路口等红绿灯，绿灯亮时，汽车被放行，第一辆汽车过去了，接着第二辆汽车过去了，接着第三辆汽车也过去了……前面已经留出了很大的空间，可是在后面的第八、第九、特别是第十辆汽车却一动都未动。这种现象大家都很清楚，现在本发明用这种现象来描述一下自动形成密度梯度，见图6。
（请将被压紧在过滤器内胆的纤维视为汽车，下活动筛板下行时视为开启绿灯，当下活动筛板停止时视为红灯开启，请观察纤维的变化。）
图6的左图标注筒体210直径为：Ф1200mm；
底面积：1m2（约）；
圆锥形内胆201的高度：800mm。
第一步：在筒体210内装填320kg纤维布块500，液压缸307上升至上止点。
说明：
1、此时圆锥形内胆201内的纤维布块500的平均密度：400kg/m3；
2、圆锥形内胆201的顶部与上固定筛板101焊接在一起，那么圆锥形内胆201顶部的那部分纤维布块500（大约有200mm高度）就会刚性接触变形，也就是说这部分纤维布块500没有弹性了，会紧紧地贴服在圆锥形内胆201的顶部。
3、圆锥形内胆201顶部这部分纤维布块500：400kg/m3×1m2×0.2m=80Kg；
4、320kg-80kg=240kg
第二步：关闭液压系统，打开液压缸307的进出油阀门，让液压缸307自动下行，此时将3组刚性支撑座220的活动钢221块伸进筒210体，当液压缸307下行至刚性支撑座220时就会停止在此处，见图6中间图。
说明：
1、液压缸307下行400mm，那么圆锥形内胆201的容积就会变大：1m2×1.2m=1.2m3
2、圆锥形内胆201顶部这部分纤维布块500：这部分纤维布块500的密度是大于400kg的，高度为200mm，而且紧紧地贴服在圆锥形内胆201顶部是不会动的；
3、那么，当液压缸307下行的时候，能够反弹移动的纤维布块500的高度1200 mm-200mm=1000mm，大约320Kg-80Kg=240Kg；
4、当液压缸307下行的时候，动作最快，得到释放最大的纤维布块500应该就是靠近活动筛板的那部分纤维布块500了，其它部分的纤维布块500就要看下层的纤维布块500的动作了，下层纤维布块500动，它们才有机会动，由于是靠纤维布块500的反弹力自然下动（很有规律的动）。什麽时候平衡呢，就是内部的下行与纤维布块500的变形程度相抵。
5、在1000mm高度的过滤的纤维布块500体中平均密度：240÷1=240kg
第三步：见图7的右图
按照上述松动的规律计算一下
1、高度：1000mm，密度：240kg/m3
2、靠近活动筛板的那部分纤维布块500密度：240kg/m3÷2=120kg/m3
3、离圆锥形内胆201的顶部200mm处的这部分纤维布块500的密度：240 kg/m3+120 kg/m3=360kg/m3。
这样就形成了密度梯度。有了密度梯度，才能实现过滤梯度，这是深层过滤的特点。
深层过滤是利用过滤介质内部间隙进行过滤的过程，悬浮颗粒小于过滤介质的孔隙，因此颗粒可以进人较长而弯曲的孔隙而被截留，这一过程的特征是过滤作用产生于过滤介质层内部，同时每个孔隙具有从流经它的悬浮液中截留颗粒的可能性。
四、本过滤器的操作
1、将清水灌满过滤器，开启滤后水出口法兰105的阀门，排尽空气；
2、关闭所有阀门，启动液压站液压马达使液压缸307移动，当液压缸307移动至上止点后，启动小液压缸22B让活动钢块221伸入筒体210，液压站停止工作；
3、液压站停止工作后，液压缸307下行，当下行至活动钢块221时，下活动筛板301便停留在此处（工作状态点）；
4、打开进水口法兰306的阀门和滤后水出口法兰105的阀门，过滤器开始工作；
5、过滤器运行23小时后，开始反洗，洗涤时间15min；
6、反洗时，启动液压站，液压缸307顶起，小液压缸22B收回到位；
7、液压缸307开始下行至下止点，打开反冲洗出口法兰103的阀门，启动过滤泵运行3min；
8、过滤泵运行时，开启搅拌减速机401，运行10min；
9、10min后，进入过滤程序，从步骤2、3、4开始运行。
Claims (5)
1.一种压紧式自动形成密度梯度的高精度纤维布块高效过滤器，其特征在于：
由上封头装置（100）、筒体装置（200）、下封头（300）、搅拌轴（400）、纤维布块（500）和钢管支撑架（600）组成；
上封头装置（100）、筒体装置（200）、下封头（300）和钢管支撑架（600）依次连接组成一个整体，在筒体装置（200）内设置有搅拌轴（400）和纤维布块（500）。
2.按权利要求1所述的高精度纤维布块高效过滤器，其特征在于：
所述的上封头装置（100）是：在上封头（106）的下面连接有上固定筛板（101），在上封头（106）的周边设置有上人孔（102）、反冲洗水出口法兰（103）和滤后水出口法兰（105），在上封头（106）中间的顶部设置有搅拌减速机（401），在上封头（106）中间的下部设置有搅拌轴密封套（104）；
上封头（106）和搅拌轴密封套（104）及固定筛板（101）上下连接成一个整体。
3.按权利要求1所述的高精度纤维布块高效过滤器，其特征在于：
所述的筒体装置（200）是：在筒体（210）内设置有圆锥形内胆（201），在筒体（210）上的圆锥形内胆（201）的下面的 400-500mm处的圆周上等分3点设置有3组刚性支撑座装置（220），在筒体（210）的中间设置有中间人孔（202）和视镜（203）；
所述的刚性支撑座装置（220）是：在箱体（22A）的左面设置有小箱体法兰（223），在箱体（22A）的右面设置有筒体加强板（225），在箱体（22A）的上下面设置有上下筋板（224），在箱体（22A）内设置有活动钢块（221）；在小液压缸（22B）的右边设置有小液压缸法兰（222），在小液压缸（22B）上设置有前进油嘴（226）、后退油嘴（227），在小液压缸（22B）内设置有小液压杆（229）；活动钢块（221）通过连接螺杆（228）和小液压杆（229）连接；小液压缸（22B）的小液压缸法兰（222）与箱体（22A）的小箱体法兰（223）采用螺栓连接。
4.按权利要求1所述的高精度纤维布块高效过滤器，其特征在于：
所述的下封头装置（300）：在下封头（308）左边设置有进水口法兰（306），在下封头（308）右边设置有排污口法兰（304），在下封头（308）的上边设置有下活动筛板（301），在下活动筛板（301）中间的上部设置有筛板法兰（406），在下活动筛板（301）中间的下部依次连接有支撑钢管（302）、支撑钢管大法兰（303）、液压缸大法兰（305）和液压缸（307）。
5.按权利要求1所述的高精度纤维布块高效过滤器，其特征在于：
所述的搅拌轴装置（400）是：搅拌轴（409）的上端穿过搅拌轴密封套（104）及搅拌减速机（401）的空套凹型活节（402），空套凹型活节（402）的上端和凸型活节（403）离合连接；凸型活节（403）和搅拌轴（409）通过平键（405）连接，凸型活节（403）的固定由下有搅拌轴（409）的止口和上有轴用卡圈（404）而锁住；哈夫式搅拌桨叶（408）与搅拌轴（409）的扭矩传递采用桨叶平键（407）固定，哈夫式搅拌桨叶（408）是采用螺栓连接，搅拌轴（409）的最下端与下活动筛板（301）连接是：搅拌轴（409）的下端有一凹槽，哈夫铜板法兰（405）嵌入其中，然后，再与焊接在下活动筛板（301）的法兰（406）采用螺栓连接。
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2016
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