CN108926880A - 一种混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，涉及水处理技术领域，所述混合滤料由两种或两种以上滤料颗粒混匀配制，单一种类的所述滤料颗粒的粒径分布均匀，不同种类的所述滤料颗粒的比重、形状与粒度使得不同种类的所述滤料颗粒在水中的沉降速度比值在预设范围内；所述过滤装置采用上述混合滤料进行过滤。本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，将沉降速度相同或相近的不同滤料颗粒混合，使得混合滤料在反冲洗过程中不会发生分层，混合滤料从上至下均是均匀分布，均能起到过滤作用，提高了滤料的过滤效果。

Description

一种混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置。

背景技术

过滤装置又叫做浅层介质过滤装置，主要是利用石英砂作为滤料，浊度较高的水流通过一定厚度的石英砂层进行过滤，可有效的截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒等。

在过滤装置工作时，由于石英砂层的截留作用，石英砂滤料颗粒间会夹杂有脏物，且随着工作的进行，赃物量逐渐增多，使得过滤装置工作一定时间后会进行反冲洗作用，即采用方向与工作时水流通方向相反的冲洗水对石英砂滤料进行反冲洗，但是由于石英砂在制备时无法达到粒径完全相同，以及石英砂易发生磨损使得粒径不均一，造成石英砂粒径较大的颗粒逐渐向下沉积，如图1 所示，此时上层的石英砂粒径小，其颗粒间间距小，而下层粒径较大的石英砂间距较大，过滤装置工作时上层滤料起到截留作用，下层滤料工作效果差。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种混合滤料，所述混合滤料由两种或两种以上滤料颗粒混匀配制，单一种类的所述滤料颗粒的粒径分布均匀，不同种类的所述滤料颗粒的比重、形状与粒度使得不同种类的所述滤料颗粒在水中的沉降速度比值在预设范围内。

较佳的，所述预设范围为0.95-1.05。

较佳的，所述混合滤料包括石英砂与石榴石，所述石英砂与所述石榴石均为球形或类球形结构。

较佳的，所述石英砂的粒径在100-1600μm范围内。

较佳的，所述石英砂粒径小于等于100微米，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.24-1.3范围内。

较佳的，所述石英砂粒径大于100微米并小于1600微米，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.3-1.42范围内。

较佳的，所述石英砂粒径大于等于1600μm，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.47-1.8范围内。

较佳的，所述石英砂与所述石榴石的质量配比在0.5-4范围内。

较佳的，一种过滤装置，所述过滤装置使用上述任一所述混合滤料进行过滤，所述过滤装置包括过滤层，所述混合滤料置于所述过滤层内。

较佳的，所述过滤层内所述混合滤料的高度在400-1500mm范围内。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1、本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，将沉降速度相同或相近的不同滤料颗粒混合，使得混合滤料在反冲洗过程中不会发生分层，混合滤料从上至下均匀分布，均能起到过滤作用，提高了滤料的过滤效果。

2、本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，通过不同比重的石英砂与石榴石进行配比，调节石英砂与石榴石的粒径来控制石英砂与石榴石在水中的沉降速度相同或相近，简单易行。

3、本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，将粒径大的石英砂与粒径小的石榴石混合配制，减小滤料之间的缝隙，增大滤料的过滤效果。

4、本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，加入了比重较大的石榴石，在石榴石粒径较小时，相比于同样粒径的石英砂，不易发生跑砂现象。

5、本发明的混合滤料及具有该混合滤料的过滤装置，控制石榴石与石英砂之间的配比，可调节过滤装置对不同种类的水进行过滤，并保证较好的过滤效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明现有技术中石英砂滤料颗粒的分布图；

图2是本发明的混合滤料示意图；

图3是本发明的混合装置过滤层示意图。

图中数字表示：

1-石英砂，2-石榴石，3-外壳，31-进水口，32-出水口，4-过滤层，41-滤网，42-第一滤网，43-第二滤网。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

本实施例的一种混合滤料，由两种或两种以上滤料颗粒混匀配制，不同种类的滤料颗粒比重不同，单独每一种滤料颗粒的粒径均匀分布，既单一种类的滤料颗粒的粒径分布均匀，通过斯托克斯公式的计算，控制不同滤料颗粒的粒径大小，使得不同滤料颗粒在水中的沉降速度比值在预设范围内，预设范围为 0.95-1.05，当不同滤料颗粒在水中的沉降速度比值为1时为最佳状态，即不同滤料颗粒在水中的沉降速度相同。

本实施例中，粒径分布均匀是指同一种滤料颗粒的粒度分布曲边平滑，不存在单个或少量颗粒的粒度脱离整体粒度范围，且同一种滤料颗粒中最小粒径的颗粒粒径与最大粒径的颗粒粒径比值大于等于60％。

本实施例中，如图2所示，混合滤料由石英砂与石榴石混合配置，通过控制石英砂与石榴石的粒径，将石英砂与石榴石颗粒的平均沉降速度比值控制在 95％-105％范围内，保证石英砂与石榴石在反冲洗过程结束后，能够保持混匀状态而不发生分层。

本实施例中，当石英砂的平均粒径小于100μm时，石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值范围为1.24-1.3；

当石英砂的平均粒径d1在100-1600μm范围内，石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值范围为1.3-1.42；

当石英砂的平均粒径d1大于1600μm时，石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值范围为1.47-1.8。

本实施例中，石榴石与石英砂的质量配比在0.5-4范围内，石榴石与石英砂均为球形或类球形结构。

实施例2

本实施例在上述实施例的基础上，提出一种混合滤料，混合滤料包括石英砂1与石榴石2，石英砂1与石榴石2混合均匀，石英砂1与石榴石2均为球形或者类球形结构，其中石英砂1的质量与石榴石2的质量比为2，石英砂1的平均粒径为100μm，石榴石2的平均粒径为80μm，混合滤料中石英砂1的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.6，混合滤料中石榴石2的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.6，石英砂1与石榴石2在水中的沉降速度相同或相近；本实施例将两种滤料充分混匀后形成混合滤料，直接替代传统过滤装置中单层石英砂滤料，使得滤料在反冲洗过程中不会发生滤料因颗粒沉降速度的不同而造成大颗粒石英砂在下层，小颗粒石英砂在上层，确保滤料在不同高度的混匀程度，确保颗粒之间的缝隙保持在较小的程度，对水中的杂质具有更好的过滤功能，处理后的水浊度更低。

本实施例中的滤料经过反冲洗过程不会发生颗粒在粒径上的分层，使得混合滤料在处理水时能快速的对杂质进行过滤，水在较短时间内就可达到最佳过滤效果，通常石英砂单层滤料对水进行过滤时需30min才达到最佳过滤效果，而本实施例的混合滤料在3min即可达到最佳过滤效果。

在单层石英砂滤料进行反冲洗时，粒径和密度小的石英砂易发生跑砂现象，本实施例采用密度较大而粒径较小的石榴石进行混合，减弱了跑砂现象的发生。

实施例3

本实施例与上述实施例的区别在于，本实施例中，石英砂1的质量与石榴石2的质量比为0.5，石英砂1的平均粒径为100μm，石榴石的平均粒径为80 μm，混合滤料中石英砂1的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.8，混合滤料中石榴石2的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.8，本实施例中小粒径的石榴石2所占比例增大，石英砂1颗粒之间夹杂更多的石榴石2，滤料之间的间隙小，有利于含有微细杂质的水过滤。

实施例4

本实施例与上述实施例的区别在于，本实施例中，石英砂1的质量与石榴石2的质量比为4，混合滤料中石英砂1的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.8，混合滤料中石榴石2的最小颗粒粒径与最大粒径的比值为0.8，石英砂1 的平均粒径为1800μm，石榴石2的平均粒径为1100μm，滤料粒径大，尤其是粒径较大的石英砂1的含量，混合滤料颗粒之间的间隙增大，可处理含有较大体积杂质的水。

实施例5

本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种通过计算不同滤料颗粒在介质中的粒径比值，确保不同滤料颗粒在介质中的沉降速度比值在0.95-1.05范围内的计算方法，所述计算方法如下所述：

颗粒在介质中向下沉降时受到阻力F_d、浮力F_b与重力F_g的共同作用：

其中，ξ为阻力系数，d_p为颗粒粒径，ρ为介质的密度，u为颗粒沉降速度， g为重力加速度，ρ_p为颗粒密度；

颗粒向下沉降的加速度为a，根据受力平衡关系可知：

F_g-F_d-F_b＝ma (4)

其中中，m为颗粒的质量；

当颗粒沉降速度u(沉降速度u为颗粒与介质的相对速度)增大到恒定值时，加速度a为零，阻力F_d、浮力F_b与重力F_g平衡，即F_g＝F_d+F_b，结合公式(1)- (3)求得：

颗粒沉降恒定时的沉降速度u₀为：

颗粒雷诺数Re_p的计算公式为：

颗粒在介质中所处环境的流层分为以下三种情况：

I.当滤料颗粒处于层流区(Re_p<1)时，阻力系数ξ为：

ξ＝24/Re_p (7)

结合公式(5)、公式(6)与公式(7)求得滤料颗粒沉降速度为：

当石英砂与石榴石颗粒沉降速度比值在95％-105％范围内时，既结合公式(8)求得石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值关系为：

式中，ρ_石英砂为石英砂的密度，ρ_石英砂＝2.65；ρ_石榴石为石榴石的密度，ρ_石榴石＝3.7；当介质为水时，ρ＝1；求得：

II.当滤料颗粒处于过渡区(1<Re_p<500)时，阻力系数ξ为：

结合公式(5)、公式(6)与公式(9)求得滤料颗粒沉降速度为：

当石英砂与石榴石颗粒沉降速度比值在95％-105％范围内时，既结合公式(10)求得石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值关系为：

式中，ρ_石英砂为石英砂的密度，ρ_石英砂＝2.65；ρ_石榴石为石榴石的密度，ρ_石榴石＝3.7；当介质为水时，ρ＝1；求得：

III.当滤料颗粒处于湍流区(500<Re_p)时，阻力系数ξ为：

ξ＝0.44 (11)

结合公式(5)、公式(6)与公式(11)求得滤料颗粒沉降速度为：

当石英砂与石榴石颗粒沉降速度比值在95％-105％范围内时，既结合公式(12)求得石英砂的平均粒径d_石英砂与石榴石的平均粒径d_石榴石比值关系为：

式中，ρ_石英砂为石英砂的密度，ρ_石英砂＝2.65；ρ_石榴石为石榴石的密度，ρ_石榴石＝3.7；当介质为水时，ρ＝1；求得

本实施例中，层流区、过渡区、湍流区中滤料颗粒粒径由无因次判据法确定，无因次判据系数k的计算公式为：

若无因次判据系数k小于2.62时处于层流区，当无因次判据系数k在 2.62-43.6范围内时处于过渡区，当无因次判断系数k大于43.6时处于湍流区。

石英砂的密度为2.65，石榴石的密度为3.7，结合公式(13)求得：

当d_石英砂<100μm时，石英砂颗粒处于层流区，此时

当100μm<d_石英砂<1600μm时，石英砂颗粒处于过渡区，此时

当1600μm<d_石英砂时，石英砂颗粒处于湍流区，此时

实施例6

本实施例在上述实施例的基础上，提供一种含有混合滤料的过滤装置，包括外壳3与过滤层4，外壳3为中空的圆柱体或长方体，较好的为圆柱体，外壳 3具有进水口31与出水口32；过滤层4设置在外壳3中，过滤层4内混合滤料的的高度为400mm，过滤层4内装有混合滤料，混合滤料包括石英砂1与石榴石 2，石英砂1与石榴石2混合均匀；过滤层4设有两层滤网41，滤网分为上层的第一滤网42与下层的第二滤网43，第一滤网42与第二滤网43将混合滤料夹存在过滤层内，防止过滤装置在工作中混合滤料泄露或者跑砂。

实施例7

本实施例与实施例6的区别在于，本实施例的过滤层4内混合滤料的高度为1500mm，过滤路径更长，具有更好的过滤效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.没一种混合滤料，其特征在于，所述混合滤料由两种或两种以上滤料颗粒混匀配制，单一种类的所述滤料颗粒的粒径分布均匀，不同种类的所述滤料颗粒的比重、形状与粒度使得不同种类的所述滤料颗粒在水中的沉降速度比值在预设范围内。

2.如权利要求1所述的混合滤料，其特征在于，所述预设范围为0.95-1.05。

3.如权利要求2所述的混合滤料，其特征在于，所述混合滤料包括石英砂与石榴石，所述石英砂与所述石榴石均为球形或类球形结构。

4.如权利要求3所述的混合滤料，其特征在于，所述石英砂的粒径在100-1600μm范围内。

5.如权利要求3所述的混合滤料，其特征在于，所述石英砂粒径小于等于100微米，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.24-1.3范围内。

6.如权利要求3所述的混合滤料，其特征在于，所述石英砂粒径大于100微米并小于1600微米，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.3-1.42范围内。

7.如权利要求3所述的混合滤料，其特征在于，所述石英砂粒径大于等于1600μm，所述石英砂的粒径与所述石榴石的粒径的比值在1.47-1.8范围内。

8.如权利要求4-7任一所述的混合滤料，其特征在于，所述石英砂与所述石榴石的质量配比在0.5-4范围内。

9.一种过滤装置，其特征在于，所述过滤装置使用上述权利要求1-8任一所述混合滤料进行过滤，所述过滤装置包括过滤层，所述混合滤料置于所述过滤层内。

10.如权利要求9所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤层内所述混合滤料的高度在400-1500mm范围内。