CN110066007B - 过滤单元、膜堆反应器、柱式反应器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过滤单元、膜堆反应器、柱式反应器及其制造方法，过滤单元包括滤膜件及曝气件，滤膜件内设有集水通道，滤膜件为多个，滤膜件围绕曝气件设置或滤膜件设于曝气件两侧，曝气件内设有充气通道，曝气件为可膨胀的弹性件，曝气件上设有多个可变形口，曝气件具有常规状态及充气状态，在常规状态下，可变形口闭合，在充气状态下，曝气件膨胀，可变形口打开。上述过滤单元，当向曝气件内的充气通道充气时，可变形口打开，气体由充气通道通过可变形口进入污水中对滤膜件进行刷洗，当停止向充气通道内充气时，滤膜件恢复到常规状态，可变形口重新闭合，因此无需一直对充气通道充气即可防止污水进入充气通道内并堵塞充气通道。

Description

过滤单元、膜堆反应器、柱式反应器及其制造方法

技术领域

本发明涉及水资源再利用技术领域，特别是涉及一种过滤单元、膜堆反应器、柱式反应器及其制造方法。

背景技术

在中国全面进入工业化时代的同时，环境污染与之相随，特别是水污染，近年来各种污染事件层出不穷，处理被污染的生产和生活用水成为当务之急。而国内现阶段对污水的处理多停留在化学药剂处理或传统沉淀生化处理阶段。其问题是引入新的污染源，处理水质不达标或处理效率较低下。超滤膜或微滤膜做为一种污水处理的有效利器，可有效去除水中浊度，在和生化工艺搭配使用时，显著提高了生化的效率和产水的水质。在膜生物反应器应用中，主要通过曝气的方式擦洗膜丝，防止污水沉程粘滞在膜丝上面而影响产水，但传统的应用中存在曝气效率低下，能耗高和容易堵塞缺点，而且堵塞后非常不容易清理的问题，在应用中经常造成曝气结构报废的情况。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种不易堵塞的过滤单元、膜堆反应器、柱式反应器及其制造方法。

其技术方案如下：

一种过滤单元，包括滤膜件及曝气件，所述滤膜件内设有集水通道，所述滤膜件为多个，所述滤膜件围绕所述曝气件设置或所述滤膜件设于所述曝气件的两侧，所述曝气件内设有充气通道，所述曝气件为可膨胀的弹性件，所述曝气件上设有多个可变形口；所述曝气件具有常规状态及充气状态，在所述常规状态下，所述可变形口闭合，所述可变形口内相对的两个内壁之间距离为0.1mm～1mm，所述可变形口与所述充气通道断开导通，在所述充气状态下，所述曝气件膨胀，所述可变形口打开，所述可变形口与所述充气通道连通；所述集水通道与所述充气通道沿同一方向设置，所述集水通道的前端为第一开口端，所述集水通道的后端为第一封闭端，所述充气通道的前端为第二封闭端，所述充气通道的后端为第二开口端，沿所述第二开口端至所述第二封闭端的方向上，所述可变形口的数量减少。

上述过滤单元，滤膜件可用于过滤污水，并通过滤膜件内的集水通道将过滤后的水进行收集，曝气件在常规状态下未变形，且可变形口闭合，则污水无法进入曝气件内，也就不会堵塞充气通道，当向曝气件内的充气通道充气时，曝气件可膨胀，此时可变形口打开并与充气通道连通，气体由充气通道通过可变形口进入污水中，由于滤膜件围绕曝气件或滤膜件位于曝气件的两侧，由可变形口喷出的气体可对滤膜件进行刷洗，防止污水沉程粘滞在膜丝上面而影响产水，由于滤膜件为弹性件，当停止向充气通道内充气时，滤膜件恢复到常规状态，可变形口重新闭合，因此无需一直对充气通道充气即可防止污水进入充气通道内并堵塞充气通道，提高了使用寿命，且能耗较低。

在其中一个实施例中，所述可变形口为工字型口。

在其中一个实施例中，所述可变形口为长条口、微型圆孔或椭圆孔。

在其中一个实施例中，所述曝气件为折扁管或圆管。

在其中一个实施例中，所述集水通道的前端及后端沿由上到下的方向设置，所述充气通道的前端及后端沿由上到下的方向设置。

一种膜堆反应器，包括第一安装件、第二安装件及如上述任一项所述的过滤单元，所述过滤单元为至少两组，所述第一安装件内设有输气通道，所述第二安装件内设有净水通道，所述滤膜件的两端分别与所述第一安装件、所述第二安装件连接，所述曝气件的两端分别与所述第一安装件、所述第二安装件连接，所述充气通道与所述输气通道连通，所述净水通道与所述集水通道连通。

上述膜堆反应器，可直接放入污水中，通过采用过滤单元，可通过向曝气件的充气通道内充气，使曝气件膨胀，同时可变形口打开并喷气，对曝气件周围的滤膜件进行刷洗，而停止对充气通道充气后，曝气件会恢复至常规状态，可变形口变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道，同时无需一直对充气通道充气，第一安装件内的输气通道可分别对不同过滤单元内的充气通道进行充气，第二安装件内的净水通道可收集不同过滤单元内滤膜件产生的过滤水，过滤效率高，因此上述膜堆反应器的使用效果好，提高了使用寿命，且能耗较低。

一种柱式反应器，包括反应壳体及如上述任一项所述的过滤单元，所述过滤单元为至少两组，所述过滤单元设于所述反应壳体内。

上述柱式反应器，一个反应壳体为一个处理污水的组件，可将污水通过反应壳体内，可通过向曝气件的充气通道内充气，使曝气件膨胀，同时可变形口打开并喷气，对曝气件周围的滤膜件进行刷洗，而停止对充气通道充气后，曝气件会恢复至常规状态，可变形口变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道，同时无需一直对充气通道充气，同时曝气件及滤膜件均位于反应壳体内，可提升曝气效果，因此上述柱式反应器的使用效果好，提高了使用寿命，且能耗较低。

其中一个实施例中，所述反应壳体的两端开口均设有堵头，所述滤膜件、所述曝气件均穿设所述堵头，所述反应壳体上分别设有进水口及出水口，所述进水口、所述出水口均与所述反应壳体内的腔体连通。

一种如上述柱式反应器的制造方法，包括以下步骤：

将所述曝气件的前端插入中空管，将所述曝气件的后端插入实心棒，在所述曝气件的两端外均套上固定件并扎紧；

将所述曝气件设于多个所述滤膜件之间，使所述滤膜件围绕所述曝气件设置，将所述滤膜件的前端及所述中空管堵孔；

将至少两组所述过滤单元装入所述反应壳体内，并将所述反应壳体的两端开口封闭；

切掉所述滤膜件及所述中空管内被堵孔的部分；

将滤膜件的前端再次堵孔。

上述柱式反应器的制造方法，通过上述步骤，使曝气件的开口侧与滤膜件的开口侧相反，则对曝气件充气的位置及利用滤膜件得到过滤水的位置互不干扰，且可变形口通过曝气件的膨胀可向反应壳体内喷气，对滤膜件进行刷洗，且曝气件恢复常规状态后，可变形口变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道。

附图说明

图1为本发明实施例所述的滤膜件围绕曝气件设置的过滤单元的斜视图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明实施例所述的膜堆反应器的装配示意图；

图4为本发明实施例所述的膜堆反应器的正视图；

图5为本发明实施例所述的滤膜件位于曝气件两侧的过滤单元的斜视图一；

图6为本发明实施例所述的滤膜件位于曝气件两侧的过滤单元的斜视图二；

图7为本发明实施例所述的柱式反应器的斜视图。

附图标记说明：

100、滤膜件，110、第一封闭端，200、曝气件，210、可变形口，310、第一安装件，320、第二安装件，400、反应壳体，410、进水口，420、出水口，500、中空管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1及图2所示，一实施例公开了一种过滤单元，包括滤膜件100及曝气件200，滤膜件100内设有集水通道，滤膜件100为多个，滤膜件100围绕曝气件200设置或滤膜件100设于曝气件200的两侧，曝气件200内设有充气通道，曝气件200为可膨胀的弹性件，曝气件200上设有多个可变形口210，曝气件200具有常规状态及充气状态，在常规状态下，可变形口210闭合，在充气状态下，曝气件200膨胀，可变形口210打开。

上述过滤单元，滤膜件100可用于过滤污水，并通过滤膜件100内的集水通道将过滤后的水进行收集，曝气件200在常规状态下未变形，且可变形口210闭合，则污水无法进入曝气件200内，也就不会堵塞充气通道，当向曝气件200内的充气通道充气时，曝气件200可膨胀，此时可变形口210打开并与充气通道连通，气体由充气通道通过可变形口210进入污水中，由于滤膜件100围绕曝气件200或滤膜件100位于曝气件200的两侧，由可变形口210喷出的气体可对滤膜件100进行刷洗，防止污水沉程粘滞在膜丝上面而影响产水，由于滤膜件100为弹性件，当停止向充气通道内充气时，滤膜件100恢复到常规状态，可变形口210重新闭合，因此无需一直对充气通道充气即可防止污水进入充气通道内并堵塞充气通道，提高了使用寿命，且能耗较低。此外，此时是否对滤膜件100进行曝气刷洗可控，可方便根据实际情况选择是否对滤膜件100进行曝气，使用更灵活。

可选地，滤膜件100可为微滤膜、超滤膜等通过过滤的方式处理污水的结构。具体地，滤膜件100上的滤孔孔径为0.01μm～0.5μm。

可选地，曝气件200可为TPU(Thermoplastic polyurethanes)、TPE(Thermoplastic Elastomer)、EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)或硅胶等弹性材料。具体地，曝气件200为TPU材料时较好。

可选地，可采用激光、水刀等方式在曝气件200上切出可变形口210；或采用化学工艺在曝气件200上侵蚀出可变形口210；或采用发泡成型等工艺，在制造曝气件200时直接在曝气件200上形成可变形口210。

在其中一个实施例中，如图2所示，可变形口210为工字型口。当向充气通道内充气使曝气件200膨胀时，工字型口打开，且此时可变形口210可减少曝气阻力，并阻止可变形口210在变形的过程中发生撕裂等情况，同时气体由可变形口210进入污水中形成气泡时，气泡均匀、连续，对滤膜件100的刷洗效果较好。

在其他实施例中，可变形口210也可为长条口、微型圆孔、椭圆孔等结构。

在其中一个实施例中，在常规状态下，可变形口210内相对的两个内壁之间距离为0.1mm～1mm。此时当不曝气，即不向充气通道内充气时，由于可变形口210的尺寸较小，且曝气件200为弹性件，则曝气件200受到外部压力时，曝气件200可发生变形使可变形口210闭合，此时可变形口210可防止污水进入曝气管，同时在曝气时，可变形口210可随着曝气件200的膨胀而变大，进而输出气体。

在其中一个实施例中，曝气件200为折扁管或圆管。由于折扁管的外侧壁均为平面，在膨胀及恢复的过程中，折扁管的各处变化更为平缓，不会造成可变形口210边缘处出现撕裂等损伤，则当曝气件200由膨胀状态恢复至常规状态时，可变形口210可更好的重新进入闭合状态，而圆管在膨胀时各处形变相同，变化平缓。具体地，折扁管可为矩形管或方形管。

在其他实施例中，折扁管也可为多边形管等结构。

在其中一个实施例中，集水通道与充气通道沿同一方向设置，集水通道的前端为第一开口端，集水通道的后端为第一封闭端110，充气通道的前端为第二封闭端，充气通道的后端为第二开口端，沿第二开口端至第二封闭端的方向上，可变形口210的数量减少。此时滤膜件100的开口方向与曝气件200的开口方向相反，布置更合理，方便了充气及收集过滤水。

在其中一个实施例中，集水通道的前端及后端沿由上到下的方向设置，充气通道的前端及后端沿由上到下的方向设置。在污水中，集水通道内过滤后的水由下到上排出，而充气通道内气体流动方向也为由下到上，由于可变形口210的数量由下到上减少，则在滤膜件100的下侧会产生较多的气泡，同时此时气体排出曝气件200的速度较快，而气泡在污水内会不断上升，进而将滤膜件100进行由下到上的洗刷，因此上述设置方式可提高对滤膜件100的刷洗效果。

如图3及图4所示，一实施例公开了一种膜堆反应器，包括第一安装件310、第二安装件320及如上述任一项的过滤单元，过滤单元为至少两组，第一安装件310内设有输气通道，第二安装件320内设有净水通道，滤膜件100的两端分别与第一安装件310、第二安装件320连接，曝气件200的两端分别与第一安装件310、第二安装件320连接，充气通道与输气通道连通，净水通道与集水通道连通。

上述膜堆反应器，可直接放入污水中，通过采用过滤单元，可通过向曝气件200的充气通道内充气，使曝气件200膨胀，同时可变形口210打开并喷气，对曝气件200周围的滤膜件100进行刷洗，而停止对充气通道充气后，曝气件200会恢复至常规状态，可变形口210变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道，同时无需一直对充气通道充气，第一安装件310内的输气通道可分别对不同过滤单元内的充气通道进行充气，第二安装件320内的净水通道可收集不同过滤单元内滤膜件100产生的过滤水，过滤效率高，因此上述膜堆反应器的使用效果好，提高了使用寿命，且能耗较低。

可选地，如图5及图6所示，滤膜件100位于曝气件200的两侧，具体可为：滤膜件100为片状过滤膜，不同的滤膜件100间隔设置，曝气件200位于两片滤膜件100之间，曝气件200可为管状或片状，曝气件200可呈列或分散布置于膜架上；或滤膜件100为膜丝，滤膜件100为多列设置，曝气件200位于两列滤膜件100之间，曝气件200与滤膜件100可平行设置或垂直设置；滤膜件100为膜丝，滤膜件100为多列设置，曝气件200穿过一列滤膜件100，使滤膜件100分别位于曝气件200的两侧。此时均可利用曝气件200对滤膜件100进行曝气处理。

可选地，上述膜堆反应器还包括反应池、收集泵及风机，过滤单元沿竖向设于反应池内，收集泵用于收集净水通道内的水，风机用于向输气通道内送风。

可选地，第一安装件310及第二安装件320为管件，过滤单元沿第一安装件310的长度方向间隔设置。此时过滤面积较大。

如图7所示，一实施例公开了一种柱式反应器，包括反应壳体400及如上述的过滤单元，过滤单元为至少两组，过滤单元设于反应壳体400内。

上述柱式反应器，一个反应壳体400为一个处理污水的组件，可将污水通过反应壳体400内，可通过向曝气件200的充气通道内充气，使曝气件200膨胀，同时可变形口210打开并喷气，对曝气件200周围的滤膜件100进行刷洗，而停止对充气通道充气后，曝气件200会恢复至常规状态，可变形口210变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道，同时无需一直对充气通道充气，同时曝气件200及滤膜件100均位于反应壳体400内，可提升曝气效果，因此上述柱式反应器的使用效果好，提高了使用寿命，且能耗较低。

其中一个实施例中，反应壳体400的两端开口均设有堵头，滤膜件100、曝气件200均穿设堵头，反应壳体400上分别设有进水口410及出水口420，进水口410、出水口420均与反应壳体400内的腔体连通。此时污水进入反应壳体内的路径不为直线路径，可减缓污水的流动速度，提高过滤效果。

一实施例公开了一种柱式反应器的制造方法，包括以下步骤：

将曝气件200的前端插入中空管500，将曝气件200的后端插入实心棒，在曝气件200的两端外均套上固定件并扎紧；

将曝气件200设于多个滤膜件100之间，使滤膜件100围绕曝气件200设置，将滤膜件100的前端及中空管500堵孔；

将至少两组过滤单元装入反应壳体400内，并将反应壳体400的两端开口封闭；

切掉滤膜件100及中空管500内被堵孔的部分；

将滤膜件100的前端再次堵孔。

上述柱式反应器的制造方法，通过上述步骤，使曝气件200的开口侧与滤膜件100的开口侧相反，则对曝气件200充气的位置及利用滤膜件100得到过滤水的位置互不干扰，且可变形口210通过曝气件200的膨胀可向反应壳体400内喷气，对滤膜件100进行刷洗，且曝气件200恢复常规状态后，可变形口210变小并闭合，可防止污水进入充气通道并堵塞充气通道。

此外，由于曝气件200为弹性件，质地较软，因此为保证曝气效果，在曝气件200的两端分别插入实心件及中空件，实心件用于堵住充气通道的前端，并利用中空件对充气通道内充气，使曝气件200膨胀。

可选地，上述实心件及中空件均为硬质材料。可防止变形。

可选地，固定件可为扎带、铁丝或卡箍等。可利用扎带、铁丝或卡箍等套在曝气件200外并扎紧，防止曝气件200在膨胀时与实心件或中空件分离。

可选地，上述堵孔为利用环氧树脂胶或聚氨脂树脂等胶水堵住开口。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种过滤单元，其特征在于，包括滤膜件及曝气件，所述滤膜件内设有集水通道，所述滤膜件为多个，所述滤膜件围绕所述曝气件设置或所述滤膜件设于所述曝气件的两侧，所述曝气件内设有充气通道，所述曝气件为可膨胀的弹性件，所述曝气件上设有多个可变形口；所述曝气件具有常规状态及充气状态，在所述常规状态下，所述可变形口闭合，所述可变形口内相对的两个内壁之间距离为0.1mm～1mm，所述可变形口与所述充气通道断开导通，在所述充气状态下，所述曝气件膨胀，所述可变形口打开，所述可变形口与所述充气通道连通；所述集水通道与所述充气通道沿同一方向设置，所述集水通道的前端为第一开口端，所述集水通道的后端为第一封闭端，所述充气通道的前端为第二封闭端，所述充气通道的后端为第二开口端，沿所述第二开口端至所述第二封闭端的方向上，所述可变形口的数量减少。

2.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述可变形口为工字型口。

3.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述可变形口为长条口、微型圆孔或椭圆孔。

4.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述曝气件为折扁管或圆管。

5.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述集水通道的前端及后端沿由上到下的方向设置，所述充气通道的前端及后端沿由上到下的方向设置。

6.一种膜堆反应器，其特征在于，包括第一安装件、第二安装件及如权利要求1-5任一项所述的过滤单元，所述过滤单元为至少两组，所述第一安装件内设有输气通道，所述第二安装件内设有净水通道，所述滤膜件的两端分别与所述第一安装件、所述第二安装件连接，所述曝气件的两端分别与所述第一安装件、所述第二安装件连接，所述充气通道与所述输气通道连通，所述净水通道与所述集水通道连通。

7.一种柱式反应器，其特征在于，包括反应壳体及如权利要求1-5任一项所述的过滤单元，所述过滤单元为至少两组，所述过滤单元设于所述反应壳体内。

8.根据权利要求7所述的柱式反应器，其特征在于，所述反应壳体的两端开口均设有堵头，所述滤膜件、所述曝气件均穿设所述堵头，所述反应壳体上分别设有进水口及出水口，所述进水口、所述出水口均与所述反应壳体内的腔体连通。

9.一种如权利要求7-8任一项所述的柱式反应器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述曝气件的前端插入中空管，将所述曝气件的后端插入实心棒，在所述曝气件的两端外均套上固定件并扎紧；

将所述曝气件设于多个所述滤膜件之间，使所述滤膜件围绕所述曝气件设置，将所述滤膜件的前端及所述中空管堵孔；

将至少两组所述过滤单元装入所述反应壳体内，并将所述反应壳体的两端开口封闭；

切掉所述滤膜件及所述中空管内被堵孔的部分；

将滤膜件的前端再次堵孔。

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