CN114042346A - 一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及给水处理等领域，公开了一种自清洗保安过滤装置，包括：进水管（1）、上盖（2）、罐体（4）、滤芯（5）、下盖（6）、集水槽（8）、出水管（9）和清洗管（10），所述上盖（2）和下盖（6）分别固定在所述罐体（4）的两端，所述进水管（1）设于所述罐体（4）上端一侧，所述清洗管（10）设于所述罐体（4）下端一侧，所述集水槽（8）设于所述下盖（6）底端，所述出水管（9）设于所述集水槽（8）下端，所述滤芯（5）设有多个并安装于所述罐体（4）内部，本发明可以快速恢复滤芯通量等的性能，延长保安过滤装置的连续工作时间，实现快速更换单根滤芯。

Description

一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法

技术领域

本发明涉及给水处理等领域，特别是涉及纳滤或反渗透前处理的一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法。

背景技术

随着城市净水工艺的不断发展变革，居民饮用水的安全观念逐步提升，以膜分离技术为核心的高品质饮用水技术逐渐被广泛推广应用。膜分离技术按照膜的孔径，可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透。纳滤与反渗透作为一种饮用水膜处理新兴的技术，已经国内开始了探索。

保安过滤器一般用于纳滤或反渗透工艺前，作为精密过滤器使用。其作用是截留原水中的大于5µm的颗粒，因为原水中较大的颗粒经高压泵加速后极易划伤膜表面的脱盐表皮层，甚至可能击穿膜组件，因而一般纳滤或反渗透设备前都要安装保安过滤器，以保证膜不被大颗粒的悬浮物划伤；另一个作用就是通过滤芯处同时也可使还原剂充分混合反应，中和氧化剂。保安过滤器是以滤芯为核心作为过滤介质、利用加压作用使液固分离的一种过滤机。使用滤芯进行液固分离的方法属于微孔过滤技术，主要适用于固体颗粒0.5～10µm的物料，或者颗粒虽大于0.5µm，但颗粒非刚性、易变形、颗粒之间或颗粒与过滤介质之间黏度大的难滤物料。将待过滤液体由过滤器进口压入，经滤芯自外向里透过滤层而被过滤成澄清液体，然后经出口排出。杂质被截留在滤芯的深层及表面，从而达到液体被过滤的目的。滤芯作为过滤器的一个关键组成部分，是一种耗材，通常的滤芯进出水口压差在0.06~0.12MPa或使用3~4个月就需要更换，并且在更换的过程中需要停运拆卸保安过滤器管路，更换不便并且对生产造成影响。此外滤芯容易受到污染，需要经常更换才能保证保安过滤器保持正常的运作状态，一般的滤芯为一次性使用，使用完毕后就直接做废弃处置，既增加了膜工艺运行管理的成本，又不符合绿色生产的要求。因此，亟需一种更换滤芯便捷，连续工作寿命长，且过滤性能更优的保安过滤技术。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法，使滤芯纳污能力高、扛污染负荷冲击强，可以延长保安过滤装置的连续工作时间，实现快速对单根滤芯的替换。

为达上述目的，本发明提出一种自清洗保安过滤装置，包括：

进水管、上盖、罐体、滤芯、下盖、集水槽、出水管和清洗管；

所述上盖和下盖分别固定在所述罐体的两端，所述进水管设于所述罐体上端一侧，所述清洗管设于所述罐体下端一侧，所述集水槽设于所述下盖底端，所述出水管设于所述集水槽下端，所述滤芯设有多个并安装于所述罐体内部。

进一步地，所述滤芯包括把手、滤芯上盖、外部滤网、滤材、内骨架、滤芯下盖、定位模块和滤芯中心管，所述外部滤网内由外至内依次设有滤材、内骨架，所述外部滤网上端和下端分别设有滤芯上盖和滤芯下盖，所述滤芯上盖顶端连接所述把手，所述滤芯下盖底端连接所述滤芯中心管，所述滤芯下盖与滤芯中心管之间设有定位模块。

进一步地，所述上盖分布设有容纳滤芯的安装孔，所述下盖分布设有固定滤芯的定位孔，所述定位孔可旋转。

进一步地，所述安装孔上部设有四个固定卡扣，所述安装孔内部设有防水隔板，所述防水隔板能够打开和关闭。

进一步地，所述定位孔底端设有定位凹槽，所述定位凹槽中间设有定位孔出水管，所述定位孔出水管通过齿轮连接有防水挡板。

进一步地，所述滤芯上盖设有密封圈，所述滤芯上盖还设有与固定卡扣相匹配的孔，所述定位凹槽与所述定位模块相匹配。

进一步地，所述外部滤网的材料为304L或316L不锈钢中的一种，所述外部滤网孔眼数目为50目，所述内骨架表面每隔1cm开直径为3mm的圆孔，所述滤材为无支撑层的功能纳米纤维，优选为超亲水聚偏氟乙烯复合纳米纤维，滤材展开面积＞6.5㎡，单支滤芯的内骨架材质为强化PP、304L或316L不锈钢中的一种，褶数＞155褶，所述滤芯上盖和滤芯下盖的材料为聚乙烯，单支滤芯的长、内径及外径分别为70″、1″及2.5″。

为达上述目的，本发明还提供一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法，包括如下步骤：

步骤一，所述自清洗保安过滤装置的进水管与出水管压差在0.05~0.08MPa时开始物理反洗，所述物理反洗采用高压空气2s内通过清洗管泵入高速气水混合物2~5L，气水混合物比例为15:1~30:1，冲洗外表面去除外部滤网上的杂物；

步骤二，进水管与出水管压差在0.09~0.12MPa时启动反扩散化学清洗：进行步骤一中的物理反洗至少一次，再采用高压空气5s内泵入高速气水及药剂混合物，深度去除外表面，去除外部滤网及滤材上的杂物，最后进行所述物理反洗至少1次；

步骤三，进水管与出水管压差＞0.12MPa时开始恢复性化学清洗：先进行步骤一中的物理反洗和步骤二中的反扩散化学清洗至少1次，再采用清洗液浸泡，最后进行所述物理反洗和反扩散化学清洗至少1次。

于步骤二中，采用高压空气5s内泵入高速气水及药剂混合物5~10L，气水混合物比例为20:1~30:1，药剂为50~1000ppm次氯酸钠溶液。

于步骤三中，采用浓度为0.5~4%的碱性清洗液，浸泡时间为2~24小时。

与现有技术相比，本发明一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法，可以实现对水中大于5µm的颗粒进行过滤，连续工作寿命＞12个月，设置物理反洗、反扩散化学清洗及恢复性化学清洗，高效清洗实现滤芯通量等的性能快速恢复，其中物理清洗后通量可以恢复原来的75%以上，反扩散化学清洗后通量可恢复85%，化学清洗后通量可恢复95%以上；该自清洗保安过滤装置使用时间长，并且可以实现对滤芯单独快捷更换，减小对生产的影响。

附图说明

图1为本发明一种自清洗保安过滤装置的结构示意图；

图2为本发明一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法的步骤流程图；

图3为本发明一种自清洗保安过滤装置中安装孔的侧视图；

图4为本发明一种自清洗保安过滤装置中滤芯的局部图；

图5为本发明一种自清洗保安过滤装置中定位孔的俯视图；

图6为本发明一种自清洗保安过滤装置中定位孔的侧视图。

图7为本发明中滤芯装入定位孔的结构示意图。

图中：1-进水管；2-上盖；3-安装孔；4-罐体；5-滤芯；6-下盖；7-定位孔；8-集水槽；9-出水管；10-清洗管；11-防水隔板；12-固定卡扣；13-定位孔出水管；14-防水挡板；15-把手；16-滤芯上盖；17-滤材；18-内骨架；19-外部滤网；20-滤芯下盖；21-定位模块；22-定位凹槽；23-滤芯中心管。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1本发明一种自清洗保安过滤装置的结构示意图，如图1所示，本发明一种自清洗保安过滤装置，包括：

进水管1、上盖2、罐体4、滤芯5、下盖6、集水槽8、出水管9和清洗管10，上盖2和下盖6分别固定在罐体4的两端，进水管1设于罐体4上端一侧，清洗管10设于罐体4下端一侧，集水槽8设于下盖6底端，出水管9设于集水槽8下端，滤芯5设有多个并安装于罐体4内部。

本实施例中，上盖2分布设有容纳滤芯5的安装孔3，下盖6分布设有固定滤芯5的定位孔7，所述定位孔7可旋转。

图3为本发明一种自清洗保安过滤装置中安装孔的侧视图，如图3所示，本实施例中，安装孔3上部设有多个固定卡扣12，优选为四个固定卡扣，安装孔3内部设有防水隔板11，防水隔板11能够打开和关闭，也就是，当滤芯5插入时防水隔板11打开，拔出时防水隔板11关闭。

图4为本发明一种自清洗保安过滤装置中滤芯的局部图，如图4所示，本实施例中，所述滤芯5包括把手15、滤芯上盖16、外部滤网19、滤材17、内骨架18、滤芯下盖20、定位模块21和滤芯中心管23，所述滤芯5由外至内依次设有外部滤网19、滤材17、内骨架18，所述外部滤网19上端和下端分别设有滤芯上盖16和滤芯下盖20，所述滤芯上盖16顶端连接所述把手15，所述滤芯下盖20底端连接所述滤芯中心管23，所述滤芯下盖20与滤芯中心管23之间设有定位模块21。

本实施例中，滤芯上盖16上设有密封圈，滤芯上盖16上还设有与固定卡扣12相匹配的孔，定位凹槽22与所述定位模块21相匹配。

图5为本发明一种自清洗保安过滤装置中定位孔的俯视图，图6为本发明一种自清洗保安过滤装置中定位孔的侧视图，如图5、6所示，本实施例中，所述定位孔7底端设有定位凹槽22，所述定位凹槽22中间设有定位孔出水管13，所述定位孔出水管13通过齿轮连接有防水挡板14。

本实施例中，所述外部滤网19的材料为304L或316L不锈钢中的一种，所述外部滤网19孔眼数目为50目，所述内骨架18表面每隔1cm开直径为3mm的圆孔，所述滤材17为无支撑层的功能纳米纤维，优选为超亲水聚偏氟乙烯（PVDF）复合纳米纤维，滤材17展开面积＞6.5㎡，单支滤芯5的内骨架18材质为强化PP、304L或316L不锈钢中的一种，褶数＞155褶，所述滤芯上盖16和滤芯下盖20的材料为聚乙烯，单支滤芯5的长、内径及外径分别为70″、1″及2.5″。

其中，滤芯5所选用的功能纳米纤维膜具有高效抑菌性，以及高效的空气、水蒸气透过性。

高效抑菌性在于：其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌活性值均大于3。

高效的空气、水蒸气透过性在于：按照GB/T1037-1988，测得膜片的水蒸气透过量为47.4~89.7[g/(m2•24h)]；按照GB/T1037-1997，测得膜片的氧气透气率为15000~20782[cm3/(m2•24h，0.1MPa)]；按照GB 8808-1988，测得膜片的抗剥离强度为：未剥开（剥离力，N/15mm）；

按照《中国药典》（2000版）操作，功能纳米纤维膜加入量对乙烯氨基酚溶液含量的影响为：每增加1mg功能纳米纤维，对乙烯氨基酚溶液吸收度平均降低1~3‰，即每增加1mg功能纳米纤维，损失乙酰氨基酚1~3‰。

功能纳米纤维表面的Zeta电位（pH=7）为-30.1~-16.2 mV，纳米纤维表面代表羧酸基团的氧元素（EDS测试结果）含量为11.5~15.0 wt.%。

本发明一种自清洗保安过滤装置进行过滤操作及滤芯更换操作时的工作原理如下：

参考图7，装入滤芯5时，滤芯5插入安装孔3，防水隔板11由于受到挤压打开，将滤芯5下部的定位模块21对准定位孔7上的定位凹槽22，此时滤芯中心管23嵌入定位孔出水管13，使滤芯5的下部固定于定位孔7，通过把手15将滤芯5顺时针旋转90°，因定位孔7可旋转设置，连接于滤芯5的定位模块21带动定位凹槽22转动，进而带动连接于定位孔出水管13上的齿轮转动，使与齿轮连接的防水挡板14打开。定位完成后关闭安装孔3上的固定卡扣12，完成滤芯5在上盖2上的固定。

参考图1，在使用时，打开进水管1和出水管9阀门，关闭清洗管10的阀门，水自进水管1流入罐体4，罐体4内填充有滤芯5，水流经滤芯5过滤后通过定位孔7内的定位孔出水管13进入集水槽8后经过出水管9流出。

参考图7，更换滤芯5时，将安装孔3上固定卡扣12打开，抓住滤芯把手15，逆时针旋转90°后拔出，在滤芯5的旋转过程中，带动定位模块21旋转，进而带动定位凹槽22转动，使与定位凹槽22连接的定位孔出水管13转动，接着使防水挡板14的齿轮传动，防水挡板14关闭，防止集水槽8中的水回流，安装孔3中的防水隔板11在拔出滤芯5后自动回弹封闭，防止水流出。

需要说明的是，本发明中滤芯5、定位孔7可以旋转任意角度，只要确保在两次旋转之后防水挡板14能够准确堵住定位孔出水管13即可，打开防水挡板14优选为顺时针旋转90°，关闭防水挡板14优选为逆时针旋转90°。

本发明一种自清洗保安过滤装置的自清洗原理如下：

当进水管1与出水管9压差在0.05~0.08MPa时，启动物理反洗：

打开清洗管10的阀门，反洗时采用高压空气2s内通过清洗管10，泵入高速气水混合物2~5L，气水混合物比例为15:1~30:1，冲洗外表面，去除外部滤网19上的杂物；

当进水管1与出水管9压差在0.09~0.12MPa时，启动反扩散化学清洗：

先进行物理反洗至少1次，再采用高压空气5s内通过清洗管10泵入高速气水及药剂混合物5~10L，气水混合物比例为20:1~30:1，深度去除外表面，去除外部滤网19及滤材17上的杂物，药剂为50~1000ppm次氯酸钠溶液，最后再进行物理反洗至少1次；

当进水管1与出水管9压差＞0.12MPa时，开始恢复性化学清洗：

先进行物理反洗+反扩散化学清洗至少1次，再通过清洗管10泵入浓度为0.5~4%的碱性清洗液，浸泡时间为2~24小时，最后再进行物理反洗+反扩散化学清洗至少1次。

图2为本发明一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法的步骤流程图，如图2所示，本发明一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法，包括以下步骤：

步骤S1，自清洗保安过滤装置的进水管1与出水管9压差在0.05~0.08MPa时，开始物理反洗，反洗时采用高压空气2s内通过清洗管10，泵入高速气水混合物2~5L，气水混合物比例为15:1~30:1，冲洗外表面，去除外部滤网19上的杂物；

步骤S2，自清洗保安过滤装置的进水管1与出水管9压差在0.09~0.12MPa时启动反扩散化学清洗：先进行物理反洗至少1次，再采用高压空气5s内通过清洗管10泵入高速气水及药剂混合物5~10L，气水混合物比例为20:1~30:1，深度去除外部滤网19及滤材17上的杂物，药剂为50~1000ppm次氯酸钠溶液，最后再进行物理反洗至少1次；

步骤S3，进水管1与出水管9压差＞0.12MPa时开始恢复性化学清洗：先进行物理反洗+反扩散化学清洗至少1次，再通过清洗管10泵入浓度为0.5~4%的碱性清洗液，浸泡时间为2~24小时，最后再进行物理反洗+反扩散化学清洗至少1次。

与现有技术相比，本发明一种自清洗保安过滤装置及自清洗方法具有如下优点：

（1）本发明可以实现对水中大于5µm的颗粒进行过滤，连续工作寿命12个月以上；

（2）本发明可以实现对滤芯单独快捷更换，减小对生产的影响，并达成节约资源的目的；

（3）本发明提出的物理反洗、反扩散化学清洗及恢复性化学清洗方法，可以高效清洗实现滤芯通量等的性能快速恢复，其中物理清洗后通量可以恢复原来的75%以上，反扩散化学清洗后通量可恢复85%，化学清洗后通量可恢复95%以上，可以有效减少滤芯更换的频次，延长保安过滤装置的使用时间。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种自清洗保安过滤装置，其特征在于，包括：进水管（1）、上盖（2）、罐体（4）、滤芯（5）、下盖（6）、集水槽（8）、出水管（9）和清洗管（10），所述上盖（2）和下盖（6）分别固定在所述罐体（4）的两端，所述进水管（1）设于所述罐体（4）上端一侧，所述清洗管（10）设于所述罐体（4）下端一侧，所述集水槽（8）设于所述下盖（6）底端，所述出水管（9）设于所述集水槽（8）下端，所述滤芯（5）设有多个并安装于所述罐体（4）内部。

2.如权利要求1所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述滤芯（5）由外至内依次设有外部滤网（19）、滤材（17）、内骨架（18），所述外部滤网（19）上端和下端分别设有滤芯上盖（16）和滤芯下盖（20），所述滤芯上盖（16）顶端连接有把手（15），所述滤芯下盖（20）底端连接有滤芯中心管（23），所述滤芯下盖（20）与滤芯中心管（23）之间设有定位模块（21）。

3.如权利要求2所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述上盖（2）分布设有容纳滤芯（5）的安装孔（3），所述下盖（6）分布设有固定滤芯的可旋转定位孔（7）。

4.如权利要求3所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述安装孔（3）上部设有四个固定卡扣（12），所述安装孔（3）内部设有防水隔板（11），所述防水隔板（11）能够打开和关闭。

5.如权利要求4所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述定位孔（7）底端设有定位凹槽（22），所述定位凹槽（22）中间设有定位孔出水管（13），所述定位孔出水管（13）通过齿轮连接有防水挡板（14）。

6.如权利要求5所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述滤芯上盖（16）上设有密封圈，所述滤芯上盖（16）上设有与固定卡扣（12）相匹配的孔，所述定位凹槽（22）与所述定位模块（21）相匹配。

7.如权利要求6所述的一种自清洗保安过滤装置，其特征在于：所述外部滤网（19）的材料为304L或316L不锈钢中的一种，所述外部滤网（19）孔眼数目为50目，所述内骨架（18）表面每隔1cm开直径为3mm的圆孔，所述滤材（17）为无支撑层的功能纳米纤维，滤材（17）展开面积＞6.5㎡，单支滤芯（5）的内骨架（18）材质为强化PP、304L或316L不锈钢中的一种，褶数＞155褶，所述滤芯上盖（16）和滤芯下盖（20）的材料为聚乙烯，单支滤芯（5）的长、内径及外径分别为70″、1″及2.5″。

8.一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法，包括如下步骤：

步骤一，所述自清洗保安过滤装置的进水管（1）与出水管（9）压差在0.05~0.08MPa时开始物理反洗，所述物理反洗采用高压空气2s内通过清洗管（10）泵入高速气水混合物2~5L，气水混合物比例为15:1~30:1；

步骤二，进水管（1）与出水管（9）压差在0.09~0.12MPa时启动反扩散化学清洗：进行步骤一中的物理反洗至少一次，采用高压空气5s内泵入高速气水及药剂混合物，进行所述物理反洗至少1次；

步骤三，进水管（1）与出水管（9）压差大于0.12MPa时开始恢复性化学清洗：进行步骤一中的物理反洗和步骤二中的反扩散化学清洗至少1次，采用清洗液浸泡，进行所述物理反洗和反扩散化学清洗至少1次。

9.如权利要求8所述的一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法，其特征在于，于步骤二中，采用高压空气5s内泵入高速气水及药剂混合物5~10L，气水混合物比例为20:1~30:1，药剂为50~1000ppm次氯酸钠溶液。

10.如权利要求8所述的一种自清洗保安过滤装置的自清洗方法，其特征在于，于步骤三中，采用浓度为0.5~4%的碱性清洗液浸泡，浸泡时间为2~24小时。

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