CN113274776B - 一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法 - Google Patents

一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法，该多级过滤器系统包括若干个单级过滤器，每个单级过滤器后端增设取样口，并分别设水质传感器进行出水水质的监测，对出水水质不合格的单级过滤器进行下线清洗处理后再重新上线。本发明的单级过滤器之间采用串联连接，可将若干个相同或不同类型的过滤器进行组合实现过滤操作，下线清洗后的单级过滤器放在最下游，其余单级过滤器位置无需变化即可继续进行过滤，如此循环，可完成全部单级过滤器的清洗工作，无需停机，不影响系统的工作状态，不需要中断后续过滤工作，过滤效率高，过滤效果良好，减小停机带来的损失，适合推广使用。

Description

一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法
技术领域
本发明属于过滤装置技术领域，具体涉及一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法。
背景技术
随着环境标准的日益提高，国家对很多污染物的排放标准也逐步提高，相应的污染物的可排放浓度也越来越低，给传统吸附塔类反应器带来较大的挑战。如图1所示，现有反应器内的填料支撑板1-3上设置液体分布器1-1和填料/吸附剂1-2，当反应器出水污染物穿透浓度已经接近或者超过排放标准时，也就意味着必须对反应器进行清洗或者再生才能进行后续的吸附、过滤作业，但是由图2所示的填料/吸附剂的吸附工作曲线可知，填料/吸附剂1-2的现有吸附容量远低于饱和吸附容量，也就意味着吸附药剂仍然有很大的吸附容量可以使用，若此时进行反应器清洗或再生，对反应器内的吸附药剂来说可谓是极大的资源浪费，如何正视并权衡好二者之间的矛盾成为新的命题。
除了上述存在的吸附容量不饱和、资源浪费等问题，在实际应用中，现有的反应器还存在运行周期过短、清洗更换更频繁的问题，对于深入到过滤器内壁的污染物或杂质而言，采用常规水洗方式不仅费水、费力，而且清洗效果难以恭维。此外，由于在清洗和再生的过程中，过滤系统必须要下线，因此会中断系统工作模式，给实际操作带来不便，造成经济损失。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法，最大化利用吸附药剂，减少资源浪费，可实现工作模式下自清洗切换，减少系统下线时间，提高综合产水率，实现连续出水。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种自动清洗切换的多级过滤器系统，包括多级过滤器，所述多级过滤器包括若干个单级过滤器，每个单级过滤器后端分别设置水质传感器，通过水质传感器进行出水水质的监测，对出水水质不合格的单级过滤器进行下线清洗处理后再重新上线。
进一步的，包括多级过滤器，所述多级过滤器包括若干个串联连接的单级过滤器，每个单级过滤器后端分别设置水质传感器，通过水质传感器进行出水水质的监测，对出水水质不合格的单级过滤器进行下线清洗处理后再重新上线。
进一步的，所述多级过滤器系统处于工作模式时，第一个单级过滤器和/或最后一个单级过滤器的水质传感器监测到出水水质接近或超出水质排放临界值或不合格时，第一个单级过滤器下线进行清洗处理，余下的单级过滤器位置不变并进行水过滤操作，第一个单级过滤器完成清洗后再放置于最下游并作为最后一个单级过滤器，如此循环。
进一步的，还包括控制器，所述控制器与每个单级过滤器后端的水质传感器连接。
进一步的，每个单级过滤器前端分别设置压力传感器和止回阀，每个单级过滤器后端沿进水方向依次设置压力传感器、流量调节阀、流量传感器、控制阀门、单向阀、水质传感器和产水导出阀。
本发明公开了一种自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法，包括以下步骤：
所述多级过滤器系统处于工作模式时，第一个单级过滤器和/或最后一个单级过滤器的水质传感器进行出水水质的实时监测并上传数据至控制器进行处理，通过控制器判断实时出水水质接近或超出水质排放临界值或不合格时，第一个单级过滤器下线进行清洗处理，余下的单级过滤器位置不变并进行水过滤操作，第一个单级过滤器完成清洗后再放置于最下游并作为最后一个单级过滤器，如此循环。
进一步的，所述单级过滤器为柔性膜过滤器或烛式过滤器，单级过滤器下线进行清洗处理的步骤包括：
S1、将气源内压力<0.3MPa的气体导入单级过滤器的外壳内，通过气体推动外壳内产水侧的液体使之反向穿过单级过滤器内的支撑层；
步骤S1的持续时间为2-120s；
重复步骤S1 2-5次，过滤器内产水侧的液体沿反产水过滤方向实现反洗；
S2、将单级过滤器放空，并向其内导入气源内的气体，使气体顺着过滤方向正向穿过支撑层，再通过产水侧排出，使单级过滤器内残留的截留物质干燥；
重复步骤S2 2-5次，每次持续时间为2-120s；
S3、以错留的方式从产水侧引入气源内的气体，同时保证过支撑层压力为正、部分气体穿过支撑层、部分气体扫过支撑层表面，用于干燥支撑层表面；
S4、将净水或产水注入单级过滤器，排出所有的气体，然后重复步骤S1-S3，完成清洗。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法，该多级过滤器系统为N级过滤器，N≥2，N为自然数，包括多级过滤器，多级过滤器包括若干个单级过滤器，每个单级过滤器后端增设取样口，并分别设置水质传感器，通过水质传感器进行出水水质的监测，对出水水质不合格的单级过滤器进行下线清洗处理后再重新上线，如此循环。本发明提供的自动清洗切换的多级过滤器系统及清洗切换方法，单级过滤器之间可采用串联连接，可将若干个相同类型或不同类型的过滤器进行组合连接进行水过滤操作，控制器通过监测的出水水质控制需要清洗的单级过滤器下线，清洗后的单级过滤器放在最下游，其余单级过滤器位置无需变化即可继续进行过滤，如此循环，可完成全部单级过滤器的清洗工作，无需停机，不影响系统的工作状态，不需要中断后续过滤工作，过滤效率高，过滤效果良好，减小停机带来的损失，适合推广使用。
附图说明
图1为现有技术的反应器的结构示意图；
图2为现有技术中出水污染物浓度与填料/吸附剂的吸附容量的曲线图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的实施例1的结构示意图；
图5为本发明的实施例1的第一个单级过滤器下线处理时的结构示意图；
图6为本发明的实施例1的第一级反应器重新上线后的结构示意图；
图7为本发明的单级过滤器的清洗工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图3-7所示，一种自动清洗切换的多级过滤器系统，为N级过滤器，其中，N≥2，N为自然数，为便于区分，本发明将按序连接的单级过滤器以阿拉伯数字依次编号，排在最上游的第一个单级过滤器命名为01，排在第一个单级过滤器下游的单级过滤器命名为02，依次类推，排在最下游的单级过滤器命名为N；多级过滤器系统包括控制器和多级过滤器，多级过滤器包括若干个串联连接的单级过滤器01、02。。。。。。N，每个单级过滤器后端分别设置与控制器连接的水质传感器，通过水质传感器进行出水水质的监测并将数据上传至控制器进行处理，多级过滤器系统处于工作模式时，第一个单级过滤器和/或最后一个单级过滤器的水质传感器监测到出水水质接近或超出水质排放临界值或不合格时，第一个单级过滤器下线进行清洗处理，余下的单级过滤器位置不变并进行水过滤操作，第一个单级过滤器完成清洗后再放置于最下游并作为最后一个单级过滤器，如此循环。
每个单级过滤器前端分别设置压力传感器4和止回阀，每个单级过滤器后端均依次按进水方向设置压力传感器4、流量调节阀1、流量传感器2、控制阀门、单向阀、水质传感器3和产水导出阀，流量传感器2、水质传感器3和压力传感器4均与控制器连接，压力传感器4用于监测与其连接的单级过滤器内的能耗状况，在能耗过高的时候触发单级过滤器下线反洗，达到节能降成本目的。
通过流量传感器2监测当前流量并传送至控制器处理，便调控水流定量流动，控制器接收压力、流量、产水水质数据信息并与预设值进行比对，超出预设值时控制器驱动报警器报警，便于用户通过打开或关闭控制阀门、单向阀、产水导出阀调控水流态，可采用现有产品。本发明不限定上述部件之间的安装顺序，可根据需求安装在单级过滤器的下游出水处或者上、下游。
通过水质传感器3可以检测水中的TOC、COD、UV等有机物、某些特定重金属离子污染物、某些特征化合物如砷、氟等。
控制器内的存储模块设有压力、流量、水质临界值，包括有机物、重金属离子及特征化合物的可排放标准值或临界值，控制器接收压力传感器4、水质传感器3以及流量传感器2的实时数据并不断调用存储模块内的临界值进行对比，便于用户调控数据，用以获得比较值，便于控制第一个单级过滤器进行下线处理，提高过滤效果。
第一个单级过滤器是否进行下线清洗处理主要取决于两个条件：
一是，第一个单级过滤器完全穿透，即进水水质和出水水质相同时；
二是，最后一个单级过滤器的实时出水水质接近或超出水质排放临界值时；
针对第一个条件，运行过程中，通过水质传感器3对每一个单级过滤器的出水水质进行实时监测，了解水质变化情况，当第一个单级过滤器完全穿透，即水质传感器3监测得到的进水水质和出水水质相同时，当前第一个单级过滤器(不一定是原始标注的第一个单级过滤器)下线，进行清洗、再生或重新加药等，余下的单级过滤器位置不变，此时，待过滤水跳过下线的单级过滤器，依次进入剩余的单级过滤器继续进行过滤，下线的单级过滤器清洗完成后重新上线，并放置于最下游，作为最后一个单级过滤器，原来的第N个单级过滤器成为新的第N-1个单级过滤器，依次类推，如此循环进行水质监测、下线清洗、上线操作，在运行中能够不断检测最终出水水质并根据需要对当前的第一个单级过滤器进行下线清洗等，不需要中断后续过滤工作，过滤效率高。
针对第二个条件，运行过程中，通过水质传感器3对每一个单级过滤器的出水水质进行实时监测，了解水质变化情况，以决定什么时候对当前第一个单级过滤器(不一定是原始标注的第一个单级过滤器)进行下线处理，具体步骤为：
最后一个单级过滤器后端的水质传感器3实时监测最终产水水质或出水水质数据并传输至控制器，控制器接收最终产水水质或出水水质数据并与其内预设的水质排放临界值进行比对，若接近或超过水质排放临界值，当前第一个单级过滤器下线，进行清洗、再生或重新加药等，余下的单级过滤器位置不变，此时，待过滤水跳过下线的单级过滤器，依次进入剩余的单级过滤器继续进行过滤，下线的单级过滤器清洗完成后重新上线，并放置于最下游，作为最后一个单级过滤器，原来的第N个单级过滤器成为新的第N-1个单级过滤器，依次类推，如此循环进行水质监测、下线清洗、上线操作，在运行中能够不断检测最终出水水质并根据需要对当前的第一个单级过滤器进行下线清洗等，不需要中断后续过滤工作，过滤效率高。
当N>2时，通过控制阀门完成N级过滤器的更换，如图3所示，阀门状态如下表1所示。
表1
Figure BDA0003139167810000051
表1展示了多级过滤器系统中实现单级过滤器调整变换的过程，每行分别显示了每个步骤中的阀门状态，阀门皆为三通阀门，表1中加粗的两端表明阀门当时开通的流道，未加粗的那一端为当时状态下不流通的流道。
本发明公开了一种自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法，包括以下步骤：
多级过滤器系统处于工作模式时，第一个单级过滤器和/或最后一个单级过滤器的水质传感器进行出水水质的实时监测并上传数据至控制器进行处理，控制器接收实时出水水质并与水质排放临界值对比，通过控制器判断实时出水水质接近或超出水质排放临界值或不合格时，第一个单级过滤器下线进行清洗处理，余下的单级过滤器位置不变并继续进行水过滤操作，第一个单级过滤器完成清洗后重新上线，并放置于最下游并作为最后一个单级过滤器，如此循环。
实施例1
如图4-7所示，一种自动清洗切换的多级过滤器系统，为二级过滤器，其中，N＝2，包括控制器及沿进水方向依次连通的第一个单级过滤器01和第二个单级过滤器02，每个单级过滤器前端分别设置压力传感器4和止回阀，每个单级过滤器后端分别依次设置压力传感器4、流量调节阀1、流量传感器2、控制阀门、单向阀、水质传感器3和产水导出阀，压力传感器4、流量传感器2、水质传感器3均与控制器连接，压力传感器4用于监测与其连接的单级过滤器内的能耗状况，通过流量传感器2监测当前流量并传送至控制器处理，便调控水流定量流动，控制器接收压力、流量、产水水质数据信息并与预设值进行比对，超出预设值时控制器驱动报警器报警，便于用户通过各阀门进行调控。
如图4所示，运行过程中，对每一个单级过滤器的过滤工况和产水水质进行实时监测，最后一个单级过滤器02后端的水质传感器3监测最终出水水质并上传至控制器，水质传感器3可以检测水中的TOC、COD、UV等有机物、某些特定重金属离子污染物、某些特征化合物如砷、氟等，控制器接收并与其内预设的水质排放临界值进行比对，若超过或接近水质排放临界值，第一个单级过滤器01下线进行清洗、再生或重新加药等处理，此时，待过滤水跳过原来的第一个单级过滤器01，直接进入最后一个单级过滤器02进行过滤，如图5所示；当对第一个单级过滤器01处理完毕并重新上线时，将其放置于原来的最后一个单级过滤器02的最后端，作为第二级，原来的最后一个单级过滤器02转变为新的第一个单级过滤器，再进行过滤工作，如图6所示。在此阶段，最后一个即新的第二个单级过滤器后端的水质传感器3监测到最终出水水质并上传至控制器进行比对，若实际最终水质接近水质排放临界值时，新的第一个单级过滤器下线进行清洗、再生或重新加药等处理，此时，待过滤水直接进入新的第二个单级过滤器，下线的新的第一个单级过滤器清洗处理完毕并重新上线时，将其放置于新的第二个单级过滤器的最后端，作为最后一个，依次循环往复，过滤效果优良，可以使吸附剂的吸附容量最大化，达到吸附和运用的最优解。
本实施例1的单级过滤器优选为柔性膜过滤器或烛式过滤器5-1，内置支撑层，支撑层的直径不小于5mm，支撑层的孔径为6-200μm，支撑层采用均质膜制成，正向和反向清洗过滤效果相同，支撑层具有足以进行物理形变的柔性；单级过滤器上设置与其内部相连通的顶部排空阀5-4、产水侧进气阀门5-5、进水侧清洗进水阀5-6、产水侧排气阀门5-7和进水侧底部进气阀5-8，顶部排空阀5-4和进水侧清洗进水阀5-6分别位于单级过滤器顶部和底部，单级过滤器产水侧与气源5-2之间的管路上设置产水侧进气阀门5-5，单级过滤器底部与气源5-2之间的管路上设置进水侧底部进气阀5-8，产水侧排气阀门5-7与产水侧进气阀门5-5不同侧，气源5-2内的空气等气体能够分别通过开启的产水侧进气阀门5-5和进水侧底部进气阀5-8进入单级过滤器内，再经由产水侧排气阀门5-7排出。
产水侧进气阀门5-5与气源5-2之间以及进水侧底部进气阀5-8与气源5-2之间分别设置气体流量计5-13，便于实时测定气体流量；单级过滤器与淤泥池12之间的管路上设置流量阀5-15，进水侧清洗进水阀5-6与清水泵5-10之间设置液体流量计5-11，便于实时测定液体流量。
如图7所示，单级过滤器采用以下步骤进行清洗处理：
S1、将气源5-2内的压力<0.3MPa的空气等气体导入单级过滤器的膜壳内，利用压力推动膜壳内产水侧的液体使之反向穿过支撑层；步骤S1的持续时间为2-120s；
重复步骤S1 2-5次，每次持续时间为2-120s，膜壳内产水侧的液体沿反产水过滤方向实现反洗；
S2、将单级过滤器放空，沿与步骤S1相反的方向将气源5-2内的气体导入膜壳内，使气体顺着过滤方向正向穿过支撑层，再通过产水侧排出，使单级过滤器内残留的截留物质干燥；
以脉冲形式反复进行步骤S2 2-5次，每次持续时间为2-120s；
S3、以错流的方式从膜壳内进水侧引入气源5-2内的气体，同时保证过支撑层压力为正、部分气体穿过支撑层、部分气体扫过支撑层过滤表面，用于干燥支撑层表面；
S4、将净水或产水注入单级过滤器内，排出所有的气体，然后重复步骤S1-步骤S3若干次(根据实际需求加以选择)，直至完成清洗。
步骤S1中，具体包括以下步骤：
S11、打开气源5-2顶部的气体开关5-3，气源5-2内的空气等气体的压力限定在0.1～0.3MPa范围内；
S12、打开与单级过滤器连通且位于其顶部的顶部排空阀5-4；
S13、打开与单级过滤器连通的产水侧进气阀门5-5，气源5-2内的气体通过气源5-2顶部的气体开关5-3后从产水侧进气阀门5-5导入单级过滤器的膜壳内，利用压力推动膜壳内产水侧的液体使之反向穿过支撑层；
产水侧的液体沿与过滤方向相反的方向穿过支撑层时，支撑层同时向内塌陷，发生形变；气体持续通过支撑层管壁，持续时间以将产水侧水排空为准，气体流量以支撑层的表面积来计算，保证过膜速度在2～20cm/s；
气体的温度为0～90℃，采用室温或加热空气进行。
步骤S2中，具体包括以下步骤：
S21：关闭气源5-2顶部的气体开关5-3；
S22：关闭产水侧进气阀门5-5；
S23：关闭单级过滤器顶部的顶部排空阀5-4；
S24：打开气源5-2底部的气体开关5-3，打开与单级过滤器连通的进水侧底部进气阀8，开启与单级过滤器连通的产水侧排气阀门5-7，气源5-2内的气体从进水侧注入单级过滤器内，使气体沿过滤方向正向穿过支撑层管壁，然后经由产水侧排气阀门5-7排出；气体的温度、湿度、压力等性质同步骤S1。
步骤S3中，具体包括以下步骤：
S31：将单级过滤器顶部、底部及产水侧顶部的所有排空阀打开；
S32：气源5-2内的气体由进水侧底部进气阀5-8进入支撑层；
S33：调节产水侧排气阀门5-7处的流量调节器5-9，从而控制气体分配比例，控制产水侧排气阀门5-7与顶部排空阀5-4排出的气体流量比为5：1～2：1，保证过支撑层压力为正、部分气体穿过支撑层、部分气体扫过支撑层表面；气体流量以支撑层的数量来计算，为0.5～5立方米每小时每通道；气体的温度、湿度、压力等性质同步骤S2；
S34：通过控制气源5-2顶部和底部两侧的气体开关5-3的启闭反复执行步骤S31-步骤S33 2-5次。
步骤S4中，具体包括以下步骤：
S41：所有阀门复位；
S42：打开单级过滤器顶部的顶部排空阀5-4；
S43：打开单级过滤器产水侧的产水侧排气阀门5-7；
S43：打开进水侧清洗进水阀5-6；
S45：打开清水泵5-10，将出水池5-14内的净水或产水注入单级过滤器内，排出所有的空气；
S46：空气排出后关闭单级过滤器顶部及产水侧顶部的顶部排空阀5-4和产水侧排气阀门5-7。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法，其特征在于，所述自动清洗切换的多级过滤器系统包括多级过滤器，所述多级过滤器包括若干个串联连接的单级过滤器，每个单级过滤器后端分别设置水质传感器，通过水质传感器进行出水水质的监测，对出水水质不合格的单级过滤器进行下线清洗处理后再重新上线；
自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法包括以下步骤：
所述多级过滤器系统处于工作模式时，第一个单级过滤器和/或最后一个单级过滤器的水质传感器进行出水水质的实时监测并上传数据至控制器进行处理，通过控制器判断实时出水水质接近或超出水质排放临界值或不合格时，第一个单级过滤器下线进行清洗处理，余下的单级过滤器位置不变并进行水过滤操作，第一个单级过滤器完成清洗后再放置于最下游并作为最后一个单级过滤器，如此循环；
所述单级过滤器为柔性膜过滤器或烛式过滤器，单级过滤器下线进行清洗处理的步骤包括：
S1、将气源内压力<0.3MPa的气体导入单级过滤器的外壳内，通过气体推动外壳内产水侧的液体使之反向穿过单级过滤器内的支撑层；
步骤S1的持续时间为2-120s；
重复步骤S1 2-5次，过滤器内产水侧的液体沿反产水过滤方向实现反洗；
S2、将单级过滤器放空，并向其内导入气源内的气体，使气体顺着过滤方向正向穿过支撑层，再通过产水侧排出，使单级过滤器内残留的截留物质干燥；
重复步骤S2 2-5次，每次持续时间为2-120s；
S3、以错留的方式从产水侧引入气源内的气体，同时保证过支撑层压力为正、部分气体穿过支撑层、部分气体扫过支撑层表面，用于干燥支撑层表面；
S4、将净水或产水注入单级过滤器，排出所有的气体，然后重复步骤S1-S3，完成清洗。
2.根据权利要求1所述的一种自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法，其特征在于，所述自动清洗切换的多级过滤器系统还包括控制器，所述控制器与每个单级过滤器后端的水质传感器连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动清洗切换的多级过滤器系统的清洗切换方法，其特征在于，每个单级过滤器前端分别设置压力传感器和止回阀，每个单级过滤器后端沿进水方向依次设置压力传感器、流量调节阀、流量传感器、控制阀门、单向阀、水质传感器和产水导出阀。
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