CN108159744A - 一种装备式低压渗透组合过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式低压渗透组合过滤器。过滤器包括外部的基础模块和内部的储水罐，通过不同类型基础模块的自由组合以形成不同类型，在实现快速拼卸的同时还可以适应不同地形地貌需要，其中基础模块包括内外置筛网和采用反粒径填料方式的过滤介质，工作时，过滤器利用内外水头差产生的水压，使黄河水渗透通过基础模块完成过滤后进入储水罐。所述过滤器兼具砂石过滤器和筛网过滤器的特点，其中采用反粒径的填料方式可以有效减缓过滤器的堵塞时间，在不清洗状态下保持较长时间内稳定的出水流量；另外在所述过滤器顶部空间可搭建凉亭，在实现滴灌系统工程的同时又成为了城市景观展示的一部分。

Description

一种装备式低压渗透组合过滤器

技术领域

本发明属于砂石过滤和滴灌技术领域，特别地，涉及一种利用水压渗透实现兼具砂石和筛网过滤器特性的模块化过滤器。

背景技术

众所周知，黄河流域多属干旱、半干旱地区，尤其是近年来黄河可供水量呈逐年递减趋势，水资源短缺的问题严重制约着工农业的发展。之前引黄灌溉大多是地面漫灌，造成大量宝贵水资源浪费，加剧了黄河水资源的紧张和短缺。滴灌技术是利用塑料管道将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，因其精量、可控等特点，节水、节肥、省工、保持土壤结构、改善产品品质、增产增效等优点被认为是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95％。目前采用引黄滴灌已成为解决黄河水资源供需矛盾的重要途径。例如在内蒙古自治区新增“四个千万亩”节水灌溉、宁蒙黄河水权转换等一批重大工程的实施过程中，引黄滴灌技术都有举足轻重的作用。

黄河是典型的多泥沙河流，引黄必定引沙,由于黄河水含沙量极高，且其泥沙的黏粒含量高、比表面积大、吸附作用强,而灌水器流道狭窄(一般只有0.5-1.2mm)等复杂水质特征，极易引起灌水器的堵塞，进而影响引黄滴灌系统正常使用寿命和效益，解决过滤问题是解决黄河水泥沙问题的首要因素。

现有技术研究发现引黄灌溉水源中泥沙颗粒的粒度偏细，其中泥沙粒径小于50μm颗粒达到90％以上,目前国内外适用于引黄水滴灌的过滤器产品大多采用较高的过滤目数或者通过组合过滤器的形式去滤除细小泥沙颗粒，例如以下已有的专利技术：

1、专利号：CN201320460300.9公开了一种移动式滴灌过滤器，其串联组合了离心过滤器、砂石过滤器和网式过滤器，过滤的出流水质得到明显提升。但因整体结构复杂，当过滤器堵塞后，清洗过程繁琐，使得运行维护成本增高，极大的影响了使用。

2、专利号：CN201420834724.1公开了一种滴灌节水过滤装置，通过高目数的筛网以及沙石过滤器组合，具有较好的泥沙去除能力。但在过滤过程中极易造成过滤器堵塞，影响正常使用，需要频繁的通过反冲洗减少泥沙堵塞过滤器的影响，使得运行维护成本高、人工需求量大。

针对上述现有技术中存在的问题，如何开发一种新型的滴灌过滤器，有效解决运行维护成本高、结构复杂、高水头损失等影响引黄水滴灌技术发展的瓶颈问题，需要尽快解决。

基于此，本发明的目标是从过滤能力、过滤成本、城市景观、实际使用等多角度出发，利用过滤器内外水头差产生的水压，使劣质水渗透通过过滤介质层完成过滤的基本原理，开发一种适用于引黄滴灌用低运行成本、高效能、简易、并具有景观功能的装配式低压渗透组合过滤器。

发明内容

本发明的目的是提出了一种外部是模块化组合式过滤介质层、内部是储水罐的过滤器，利用过滤器内外水头差产生的水压，使黄河水渗透通过介质层完成过滤，滤后水进入储水罐中。

本发明的一种装备式低压组合渗透过滤器，其由不同类型的基础模块组合成不同形状，其中，所述基础模块包括内置筛网5、过滤介质层1、外置筛网4、基座、活动顶盖6和换砂口；所述内置筛网5配置于过滤介质层1的内侧；所述外置筛网4配置于过滤介质层1的外侧；所述过滤介质层1填放过滤介质8；所述活动顶盖6配置于所述基础模块的顶部，其上配置有填砂口3便于填砂；所述换砂口配置于所述基础模块的底部便于排砂。

进一步地，所述基础模块的内置筛网5和外置筛网4均采用低碳钢丝，所述换砂口配置有活动门。

进一步地，所述内置筛网5和外置筛网4的低碳钢丝选用50-70目，两者之间间距为50-70cm，所述过滤介质8为3种不同粒径级配的石英砂，分别为1.5-2mm、2-2.5mm、2.5-3mm。

进一步地，所述过滤器由所述基础模块通过粗螺丝以及防水胶带拼接而成。

进一步地，所述过滤器的内部为储水罐2，所述储水罐2的内部配置有潜水泵7，所述潜水泵7连接抽水管9，用于输送过滤后的水；所述储水罐2的顶部还设置有进人口与进人梯，方便维修和保养。

进一步地，所述过滤器还包括加固装置10，其配置于所述外置筛网4的外侧，起到保护支撑作用，所述加固装置10为石笼或钢筋笼。

进一步地，所述基础模块为三角形或矩形；所述过滤器为正方体、长方体、三棱柱或六棱柱。

进一步地，还可以在所述过滤器的顶部安装可拆卸凉亭和灯光。

进一步地，所述过滤器的技术参数设计如下：

通过测试试验结果分析得到过滤器高度、过滤器宽度、过滤介质粒径、过滤介质层厚度与过滤流量的关系，其最佳回归模型为：

Q＝(0.86H×0.47W)+0.27d²-0.0038h³-0.42

式中：Q为过滤流量，H为过滤器高度，W为过滤器宽度，d为过滤介质粒径大小，h过滤介质层厚度。

本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的清洗方法，所述清洗方法为，步骤一、将所述过滤器拆分成多个基础模块；步骤二、将所述基础模块的所述过滤介质8置入清理筛网11中，所述清理筛网11的孔径比所述过滤介质8的最小粒径小；步骤三、依靠所述清理筛网11晃动产生的震动力，使所述过滤介质8与细小泥沙堵塞物质分离，所述细小泥沙堵塞物质随着清理筛网的孔隙下落，而所述过滤介质8留在所述清理筛网上；步骤四、筛除完毕后，将所述过滤介质8通过所述活动门沿着滑梯输送到回收装置中。

本发明解决的技术问题为：

1)利用自然水压渗透实现过滤，解决了系统运行过程中高水头损失的问题，降低了滴灌系统设计水头标准，进而降低了整个滴灌系统工程造价；

2)采用模块化设计，实现了过滤器快捷的拼装和拆卸，进而避免了大型组合过滤器繁琐的安装与拆卸过程，模块间灵活多变的模块组合模式，进一步提升了过滤器适应复杂地形的能力；

3)兼具砂石过滤器和筛网过滤器的特点，依靠水压渗透过滤，有效减缓过滤器的堵塞时间，使过滤器在不清洗状态下较长时间保持一个稳定的出流流量；

4)采取反粒度的过滤介质填放方式，待滤水先经过粗滤料,再经过细滤料的过滤，即改善水质又充分发挥整个过滤介质层的截污作用，进一步提升了过滤器正常使用时间，解决了过滤器频繁清洗的问题。

本发明的有益效果为：

1)实现了二级过滤，滤层堵塞慢、滤料阻力小、过滤速率增大、单位面积滤层出水量大、出流水质得到明显提升，泥沙去除率达76％-83％；

2)利用自然渗透的原理，降低了装置在运行过程中的能量损耗，实现了装置低成本运行；

3)利用模块化设计，制作工艺简单、装卸的难度小、操作简便，造价相对同类型砂石过滤器低50％以上；

4)充分利用了过滤器顶部空间搭建凉亭，在实现滴灌系统工程的同时又成为了城市景观展示的一部分。

附图说明

图1为本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的不同类型结构示意图，其中1-1为正方体形低压渗透组合过滤器，1-2为长方体形低压渗透组合过滤器，1-3为三棱柱形低压渗透组合过滤器；

图2为本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的水平剖面示意图；

图3为本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的不同类型基础模块的结构示意图，包括三棱柱形基础模块和正方体形基础模块；

图4为本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的筛网结构示意图；

图5为本发明的一种装配式低压渗透组合过滤器的滤料清洗过程示意图；

图中各标记如下：

1-过滤介质层、2-储水罐、3-填砂口、4-外置筛网、5-内置筛网、6-活动顶盖、7-潜水泵、8-过滤介质、9-抽水管、10-加固装置、11-清理筛网。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

为了更好的理解本发明，下面参照附图对本发明的优先实施例作进一步说明。下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-4所示，在本发明的一个宽泛实施例中，一种装配式低压渗透组合过滤器，采用模块化设计理念，所述过滤器由不同类型的基础模块组合成正方体、长方体、三棱柱或六棱柱等形状，所述基础模块可以为三角形或矩形，其包括内置筛网、过滤介质层、外置筛网、加固装置、基座、活动顶盖和换砂口等，其中内置筛网配置于过滤介质层的内侧，外置筛网配置于过滤介质层的外侧，加固装置配置于外置筛网的外侧，起到保护支撑作用，活动顶盖配置于基础模块的顶部，其上配置有填砂口便于填砂，换砂口配置于基础模块的底部便于排砂。

所述过滤器的内部为储水罐，其配置有大功率的潜水泵，潜水泵连接抽水管，用于输送过滤后的水；储水罐的顶部设置有进人口与进人梯，方便维修和保养。

所述基础模块的内置筛网和外置筛网均采用低碳钢丝筛网，优选地选用50-70目，优选地两者之间间距为50-70cm，所述内置筛网和外置筛网既发挥过滤作用，还起到了固定过滤介质的作用；所述过滤介质层中填放过滤介质，优选地填放不同粒径级配的石英砂；所述填砂口优选地等间距设置为3-5个。

所述过滤器的技术参数设计如下：

通过测试试验结果分析得到过滤器高度、过滤器宽度、过滤介质粒径、过滤介质层厚度与过滤流量的关系，其最佳回归模型为：

Q＝(0.86H×0.47W)+0.27d²-0.0038h³-0.42

式中：Q为过滤流量，H为过滤器高度，W为过滤器宽度，d为过滤介质粒径大小，h过滤介质层厚度，r1、r2分别为相关系数和修正相关系数。该回归模型充分考虑了过滤器结构设计参数与过滤流量的线性相关关系，对于以后结构参数设计具有参考意义。

如图5所示，随着污染物在过滤介质层中不断积累，过滤水出流量不断减小，当出流量降低到一定的设定限度时，需要对过滤器中的过滤介质进行清洗，考虑到其中细小的泥沙颗粒是堵塞的主要原因，清洗方法主要为将过滤器拆分成多个模块，分别对各模块过滤介质中的细小堵塞物质进行筛除。

所述清洗方法配备有清理筛网，其孔径的选取参考最小过滤介质粒径大小，保证过滤介质不从清理筛网下方漏掉。过滤介质的筛除是依靠清理筛网晃动产生的震动力使清理筛网上方的过滤介质与细小泥沙堵塞物质分离，堵塞物质随着清理筛网孔隙下落而过滤介质留在清理筛网上，筛除后的过滤介质8通过活动门沿着滑梯输送到回收装置中。

下面结合本发明的一个实施例对本发明进行进一步描述。

本发明的其中一个实施例，一种装配式低压渗透组合过滤器，其为由36块矩形基础模块组合而成的长方体形过滤器。所述矩形基础模块包括内置筛网5、过滤介质层1、外置筛网4、加固装置10、基座、活动顶盖6和换砂口等，其中内置筛网5配置于过滤介质层1的内侧，外置筛网4配置于过滤介质层1的外侧，加固装置10配置于外置筛网4的外侧，起到保护支撑作用，活动顶盖6配置于基础模块的顶部，其上设置有填砂口3便于填砂，换砂口配置于基础模块的底部，位置与填砂口3相对应，其上设置有活动门，在实现换砂功能的前提下不影响过滤器的过滤流量。

所述过滤器的内部为储水罐2，其配置有大功率的潜水泵7，潜水泵连接抽水管9，用于输送过滤后的水；储水罐2的顶部设置有进人口与进人梯，方便维修和保养。

所述矩形基础模块的内置筛网5和外置筛网4优选地均采用60目低碳钢丝筛网，优选地两者之间间距为60cm；所述过滤介质层1的过滤介质8为3种粒径级配的石英砂，分别为1.5-2mm、2-2.5mm、2.5-3mm；所述填砂口等间距设置，优选地设置为3个；所述加固装置10为石笼或钢筋笼；所述基座焊接有钢板，确保密封性从而阻止污水直接进入模块内部。

所述过滤器由所述矩形基础模块通过粗螺丝以及防水胶带拼接而成。

运行时，所述过滤器放置在水池中，池子水位不能高于过滤器自身高度。借助于外部和内部的水头差，利用水压使劣质水源渗透过过滤介质层1，依次通过60目外置筛网4、60cm厚过滤介质层1和60目内置筛网5，过滤后的水源进入内部储水罐2中，通过潜水泵7和抽水管9输送出去。

另外，为了美化环境，同时实现过滤器的多功能，可以在所述过滤器顶部安装可拆卸凉亭和灯光，使其发挥水体净化的作用的同时成为城市景观重要内容。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述过滤器由不同类型的基础模块组合成不同形状，其中，

所述基础模块包括内置筛网(5)、过滤介质层(1)、外置筛网(4)、基座、活动顶盖(6)和换砂口；

所述内置筛网(5)配置于过滤介质层(1)的内侧；

所述外置筛网(4)配置于过滤介质层(1)的外侧；

所述过滤介质层(1)中填放过滤介质(8)；

所述活动顶盖(6)配置于所述基础模块的顶部，其上配置有填砂口(3)便于填砂；

所述换砂口配置于所述基础模块的底部便于排砂。

2.根据权利要求1所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述基础模块的内置筛网(5)和外置筛网(4)均采用低碳钢丝，所述换砂口配置有活动门。

3.根据权利要求2所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述基础模块的内置筛网(5)和外置筛网(4)的低碳钢丝选用50-70目，两者之间间距为50-70cm，所述过滤介质(8)为3种不同粒径级配的石英砂，分别为1.5-2mm、2-2.5mm、2.5-3mm。

4.根据权利要求1所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述过滤器由所述基础模块通过粗螺丝以及防水胶带拼接而成。

5.根据权利要求1所述的滴灌低压渗透过滤器，其特征在于，所述过滤器的内部为储水罐(2)，所述储水罐(2)的内部配置有潜水泵(7)，所述潜水泵(7)连接抽水管(9)，用于输送过滤后的水；所述储水罐(2)的顶部还设置有进人口与进人梯，方便维修和保养。

6.根据权利要求1所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述过滤器还包括加固装置(10)，其配置于所述外置筛网(4)的外侧，起到保护支撑作用，所述加固装置(10)为石笼或钢筋笼。

7.根据权利要求1-5任一项所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述基础模块为三角形或矩形；所述过滤器为正方体、长方体、三棱柱或六棱柱。

8.根据权利要求1任一项所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，在所述过滤器的顶部安装可拆卸凉亭和灯光。

9.根据权利要求1所述的装配式低压渗透组合过滤器，其特征在于，所述过滤器的技术参数设计如下：

通过测试试验结果分析得到过滤器高度、过滤器宽度、过滤介质粒径、过滤介质层厚度与过滤流量的关系，其最佳回归模型为：

Q＝(0.86H×0.47W)+0.27d²-0.0038h³-0.42

式中：Q为过滤流量，H为过滤器高度，W为过滤器宽度，d为过滤介质粒径大小，h过滤介质层厚度。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的装配式低压渗透组合过滤器的清洗方法，其特征在于，所述清洗方法为，

步骤一、将所述过滤器拆分成多个基础模块；

步骤二、将所述基础模块的所述过滤介质(8)置入清理筛网(11)中，其中，所述清理筛网(11)的孔径比所述过滤介质(8)的最小粒径小；

步骤三、依靠所述清理筛网(11)晃动产生的震动力，使所述过滤介质(8)与细小泥沙堵塞物质分离，所述细小泥沙堵塞物质随着清理筛网的孔隙下落，而所述过滤介质(8)留在所述清理筛网上；

步骤四、筛除完毕后，将所述过滤介质(8)通过所述活动门沿着滑梯输送到回收装置中。