CN114699932B - 动态膜过滤器及其用于处理污水的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及污水过滤处理技术领域，公开一种动态膜过滤器及其用于处理污水的方法，为了解决现有过滤组件过滤层再生耗损水、程序复杂等问题；动态膜过滤器包括：罐体、设置在罐体内的多根过滤管束，和空气捶击机构；其中罐体连通有进水管、出水管、循环管，并开设有引入滤料的进料管，循环管连通进水管和出水管使循环水带动滤料在过滤管束外表面形成过滤层；空气锤击机构用于对过滤管束外表面的过滤层振脱落以便再生处理；应用动态膜过滤器处理污水的方法：包括挂膜、过滤和滤料再生步骤。本申请的动态膜过滤器具有挂膜、过滤、再生、换膜一体操作功能，具有节省反冲洗耗水、简化滤料再生程序、提升滤料利用率和降低水处理成本的效果。

Description

动态膜过滤器及其用于处理污水的方法

技术领域

本申请涉及污水过滤处理的技术领域，尤其是涉及动态膜过滤器，及其用于处理污水的方法。

背景技术

在水公园、水景、观赏鱼池、游泳池等使用循环水的场景中，为了保持水的洁净度，通常需要配备水处理系统。常用的水处理系统为石英砂缸处理系统，直接将水体引流到石英砂缸进行过滤，将水体中的污物截留在石英砂介质之外，过滤后的水进入循环系统，继续使用。这种处理方式利用的是死端过滤原理，简单直接；但是，死端过滤的过滤面积就是缸体的横截面，在处理大流量水体时，需要的水处理装置很多，对土建机房要求很高；并且石英砂过滤截流一定量污染物后就需要反冲洗，反冲洗时水全部排放，反冲洗耗水量很大。

目前，有些水处理系统采用了错流过滤来增大过滤面积，进而减少单位水处理装置。错流过滤，是指在水泵的推动下，料液沿平行于过滤膜面的方向流动，与死端过滤不同的是料液流经过滤膜面时产生的剪切力能够把过滤膜面上滞留的颗粒带走，使污染层保持在一个较薄的水平，从而减少对过滤层清洁的频率。

采用错流过滤对水进行处理时，需要对过滤管束进行预挂膜形成过滤层，即将滤料均匀涂布在过滤管束的外表面；再将预涂膜的过滤管束垂直安装到过滤缸体内进行过滤作业；使用时，污物会黏附在过滤层外，形成污物层，降低了过滤管束的过滤效率，因此过滤管束需要定期进行再生处理，目前常用的滤料/过滤层再生方式有两种，一种是反向通入水对过滤管束进行反冲清洗，将附在过滤层外表面的污物层冲掉。由于反冲水跟污物混在一起，反冲洗水需要全部排放，也会造成水浪费。另一种是将过滤管束拆卸下，到指定的水池进行清洗，除去污物层使过滤层恢复，但每次清洗都会造成过滤层损耗；并且在污水处理流量大及水处理频繁的场景，需要频繁拆卸过滤管束清洗，人工拆洗的方式不仅浪费人力物力，且耗费清洗水。

有鉴于此，本发明人认为错流过滤的过滤管束在后续滤料/过滤层再生工序中存在耗费大量清洗水的缺陷。

发明内容

为了改善现有水处理过程中，过滤管束后续的滤料/过滤层再生工序耗费大量清洗水的缺陷，本申请提供一种动态膜过滤器及其用于水处理的方法。

第一方面，本申请提供的一种动态膜过滤器，采用如下的技术方案：

一种动态膜过滤器，包括，

罐体，用于装载待处理污水；所述罐体上连通有进水管、出水管和循环管，所述罐体上还开设有进料管，所述进料管用于通入滤料；

若干过滤管束，设置在罐体内，所述过滤管束内部中空并具有一端开口，所述过滤管束的外表面布置有过滤层；

隔水盘，设置在罐体内并将罐体分隔成集水腔和过滤腔，所述集水腔与出水管连通，用于汇集过滤管束得到的过滤水；所述过滤腔与进水管连通，用于接收待处理的水；过滤管束与隔水盘连接并连通集水腔；及；

空气捶击机构，设置在罐体顶壁并可穿入罐体并与隔水盘连接，用于振动过滤管束，使过滤管束外表面的过滤层脱落；

其中，循环管连通进水管和出水管，所述循环管用于提供循环水，使滤料均匀附着在过滤管束外表面形成所述过滤层。

通过采用上述技术方案，通过循环管连通进水管、罐体和出水管形成内循环，可以通入循环水带动滤料在过滤腔内流动，使滤料均匀附着在过滤管束的外表面形成过滤层；在过滤层需要再生的时候，通过空气锤击振动过滤管束，使过滤管束上过滤层掉落，再通过入循环水使滤料重新附着在过滤管束上，完成过滤管束过滤层动态再生，无需将过滤管束拆卸清洗或对过滤管束进行反冲洗，可以节约水资源，同时简化了滤料层再生的操作程序，提高了过滤层再生效率。

可选的，所述空气锤击机构包括相互连接的驱动机和锤击杆，所述驱动机驱动锤击杆对隔水盘进行锤击。

通过采用上述技术方案，隔水盘与若干过滤管束连接，一方面限定过滤管束的位置，使若干过滤管束保持一定的间距，有利于保持过滤管束与待处理污水接触；另一方面，驱动机驱动锤击杆锤击隔水盘，隔水盘将振动到每一组过滤管束，从而使过滤层从过滤管束上脱落。

可选的，所述隔水盘外侧壁套设有弹性密封圈，所述弹性密封圈与罐体内壁抵紧连接。

通过采用上述技术方案，弹性密封圈一方面使隔水盘隔开的集水腔和过滤腔之间保持相互的独立性，另一方面允许隔水盘有振动浮动的空间，从而使过滤管束的能够在隔水盘的振动传动下进行抖动脱料。

可选的，所述过滤管束包括中空管和包覆在中空管外表面的膜丝层；所述中空管上端开口，所述中空管相对的下端封口，所述中空管侧壁均匀开设有进水孔；所述膜丝层具有孔隙，所述孔隙供滤料附着在膜丝层上形成滤料层；所述中空管与隔水盘连接并连通集水腔。

通过采用上述技术方案，过滤水的流向路径为从过滤层到经孔隙，在从进水孔进入中空管内部、在通过中空管上端开口入集水箱往外排出；膜丝层提供孔隙使滤料附着在膜丝层上，有利于形成致密过滤层，提升过滤效果；

可选的，所述中空管为刚性管，所述膜丝层具有柔性。

通过采用上述技术方案，由于中空管为刚性管，所述膜丝层具有柔性，过滤组件为外柔内刚，一方面内刚可以使过滤水顺畅的输送，另一方面外柔可接受水压带来的形变，并随着气动锤击的进行一定范围的形变抖动，使过滤层快速脱落，提升滤料再生效率。

可选的，所述膜丝层上的孔隙大小不一；所述过滤层是由粒径为150-250目的滤料组成。

通过采用上述技术方案，不同级配的滤料便于形成致密的过滤层，粒径大在水的压力下，先附着膜丝中大的大的孔隙上，依次堆叠附着从而形成均匀致密的过滤层，有效提升过滤层的阻隔过滤效果。

可选的，所述过滤层的滤料级配为150目：200目：250目=0.8~1.2：0.8~1.2:0.8~1.2

通过采用上述技术方案， 采用上述范围级配的粒径滤料，可以得到更好的过滤效果。

可选的，所述动态膜过滤器还包括真空投料机构，所述真空投料机构设置在罐体侧壁上，所述真空投料机构设有连通集水腔的抽气管，所述真空投料机构用于对罐体内进行抽气。

通过采用上述技术方案，真空投料机构对对罐体进行抽气，使罐体内部形成负压，自动从进料管吸取滤料；由于抽气管连通集水腔，过滤腔的空气从过滤管束流向集水腔，降低滤料封堵抽气管；由于滤料的粒径较小，通过负压进料一方面提升进料速度，另一方面提升罐体内部空间利用率，滤料可以在重力作用下集中到罐底部，便于后续引入循环水后，滤料与水混合，以便更好地复杂在过滤管束表面上。

另一方面，本申请还提供一种使用上述动态膜过滤器处理污水的方法，采用以下技术方案：

一种使用动态膜过滤器处理污水的方法，包括以下步骤：

挂膜，将预制的滤料从进料管通入所述罐体的过滤腔，并从进水管引入水，使滤料充满过滤腔；关闭出水管，打开循环管并抽水，使水在罐体和循环管中循环流动并带动滤料附着在过滤管束外壁上，至形成均匀的过滤层；

过滤，从所述进水管通入待处理水，并充满过滤腔，待处理水中的杂质被截留在所述过滤层外，透过过滤层的水进入过滤管束内部并从汇集到集水腔，然后从出水管排出；

滤料再生，关闭出水管，启动空气锤击机构对隔水盘进行锤击，过滤管束随之进行上下往运动和振动，使滤料和附着在滤料上的杂质振落至罐体底部；同时从进水管引入水，打开循环管并抽水，使振脱的滤料重新附着在过滤管束外壁上，完成过滤层的再生。

通过采用上述技术方案，挂膜、过滤、滤料再生均在一个罐体内完成，一方面节约了水处理系统的占地面积，另一方面简化了滤料挂膜和再生的工序，节省了人力物力和水资源。

可选的，当罐体的进水管和出水管的水压差在12~ 15psi之间，或/和过滤管束表面含有蜡烛状表面，或/和变频大于或等于50Hz且流量低于正常值时，启动滤料再生程序；当滤料再生后，罐体的进水管和出水管的水压差大于15psi；或/和变频大于50Hz，启动更换滤料程序，将振落的滤料和污物一起从排污口排出。

通过采用上述技术方案，在上述一种或两种以上结合的情况出现的下启动滤料再生或更换滤料，实现自动动态膜过滤的效果，提升水处理的自动化程度和效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、通过循环管设置，引入内循环，实现滤料自动挂膜，形成更致密均匀的过滤层，从而提升过滤效果；

2、通过设置气动锤击装置，利用高频振动的原理，使过滤管束发生振动、抖动，使过滤层和污物层直接从过滤管束外表面脱落，免除清洗和反冲的工序，在通过循环水使脱落的滤料重新附着在过滤管束上，完成滤料的再生，从而实现动态膜的过滤效果。

附图说明

图1是本申请实施例1动态过滤膜器正视图。

图2是图1的剖面图。

图3是本申请实施例1动态过滤膜器中过滤管束剖面图。

图4是本申请实施例1动态过滤膜器中锤击装置、隔水盘的组合示意图。

附图标记说明：1、罐体；11、进水管；12、出水管；13、循环管；14、进料管；15,、排污口；

2、过滤管束；21、中空管；211、开口；222、进水孔；22、膜丝层；23、连接轴套；

3、隔水盘；31、集水腔；32、过滤腔；33、弹性密封圈；34、连接孔；35、连接轴套；

4、空气捶击机构；41、锤击杆；

5、固定管座；

6、过滤层；

7、真空投料机构；71、抽气管；8、控制面板；9、可视窗口；100、循环泵。

具体实施方式

为了节省滤料/过滤层再生过程的清洁水消耗，并简化过滤层的再生程序，同时延长滤料的使用寿命。本申请公开一种动态膜过滤器以及其用于处理污水的方法。

以下结合图1-4对本申请作进一步详细说明。

实施例1

参照图1和图2，一种动态膜过滤器，包括罐体1、垂直安装在罐体1内部的多根过滤管束2，过滤管束外壁附着有滤料形成过滤层6；罐体1用于装载待处理污水，过滤管束2用于过滤处理待处理污水。罐体1连通有进水管11、出水管12、循环管13和进料管14。进水管11、出水管12、循环管13和进料管14上均设有控制阀门，以控制管路与罐体1的连通或关闭。进水管11、罐体1和循环管13之间还设有循环泵100；进水管11通过循环泵100加压引入循环水或待处理的污水，出水管12用于排出经过处理的过滤水；进料管14用于引入滤料，循环管13连通进水管11和出水管12，用于使循环水带动滤料在过滤管束2外表面形成过滤层6；过滤层6用于截留污水中的杂质和污物。

动态膜过滤器还包括安装在罐体1外壁的空气捶击机构4和控制面板8；空气锤击机构4用于对过滤管束2外表面的过滤层6振脱落以便再生处理；控制面板8用于控制污水处理、滤料挂膜、滤料再生等程序的启闭以及采集污水处理过程参数值。

当过滤层6的滤孔被截留的污水杂质堵塞，影响动态膜过滤器的处理效果时，启动空气锤击机构4，使过滤层6和杂质一同振落，再通入循环水将振落的滤料重新附着在过滤管束2外壁形成新的过滤层6，从而实现动态膜过滤。不仅简化了滤料的再生程序，并且延长滤料和过滤管束2的使用寿命，节约滤料再生的洁净水用量，进而降低水处理成本。

参照图2，罐体1内部上段内壁设置一圆形隔水盘3，隔水盘3将罐体1隔分成集水腔31和过滤腔32，过滤管束2位于过滤腔32内，进料管14连通过滤腔32。

参照图2，罐体1内部相对的底壁焊接有多个固定管座5，固定管座5供过滤管束2插入连接，隔水盘3和固定管座5共同使过滤管束2限定在罐体1垂直方向内。

参照图3，过滤管束2包括中空管21和膜丝层22，其中膜丝层22包覆在中空管21的外壁，密封轴套套接在中空管21的两端。中空管21连接隔水盘3的一端具有开口211，连接固定管座5的一端封口，中空管21管壁则均匀开设有进水孔，进水孔供过滤水通过；中空管21与隔水盘3的连接接口壁焊接固定。膜丝层22为尼龙材质，具有大小不一的孔隙，孔隙的孔径小于进水孔。孔隙一方面利用水分子通过，另一方面利于滤料附着形成过滤层6。

在本实施例中，上述中空管21为不锈钢管，在其他实施例中，中空管21可以是硬塑料管。

参照图4，隔水盘3上均匀开设有多个连接孔34，连接孔34供过滤管束2插入连接，以连通集水腔31。隔水盘3外周侧壁套接有弹性密封圈33，弹性密封圈33与罐体1内壁过盈配合连接，从而保证集水腔31与过滤腔32相互独立和密封性。隔水盘3与空气锤击机构4连接，空气锤击机构4通过对隔水盘3锤击，与隔水盘3连接的过滤管束2随着隔水盘3的振动而振动。

参照图2，空气捶击机构4为气动振动器，包括缸体42和锤击杆41。缸体42安装在罐体1顶壁，锤击杆41穿入罐体1内。参照图2，隔水盘3中部焊接有连接轴套35，连接轴套35相对的另一端与罐体1顶内壁焊接。锤击杆41穿入轴套，缸体42通入压缩空气驱动锤击杆41进行往复运动对隔水盘3进行锤击，隔水盘3因弹性密封圈33与罐体1过盈配合连接，使隔水盘3发生振动，并带着过滤管束2一同振动。

参照图1和图2，为了提升投料效率，动态膜过滤器还包括设置在罐体1侧壁的真空投料机构7，真空投料机构7连接有抽气管71，抽气管71与集水腔31连通。通过真空投料机构7抽吸罐体1内部的空气，使罐体1内部形成负压，罐体1自动从进料管14吸取滤料，使滤料在重力的作用下集中到罐体1的底部，同时提升罐体1的空间利用率，。

参照图1，为了直观的观察到罐体1内部情况，罐体1外壁设有可视窗口9。

参照图1，为了直观了解到罐体1水进出口的压力情况，罐体1外还安装有压力表。

参照图1，罐体1底壁还开设有排污口15，排污口15用于将污水杂质和置换的滤料排出。

在本实施例中，滤料为粒径为150~250目的珍珠岩，滤料挂膜完成的过滤层6厚度为2-3mm，不同粒径的珍珠岩的级配重量比为150目：200目：250目=0.8~1.2:0.8~1.2: 0.8~1.2。在此级配范围下，过滤后水的浊度降低至0.1~0.15NTU，可以满足景观水使用。

进一步的，在其他实施例中滤料还可以是硅藻土和活性炭。

实施例2，为了方便过滤管束2的安装和拆卸，参照图3，过滤管束2包括两个密封轴套23，密封轴套23与中空管21的两端过盈配合连接，过滤管束2通过密封轴套23与隔水盘3的连接接口过盈配合连接。

进一步的，在其他实施例中，密封轴套23与中空管21螺纹连接。

实施例3

一种使用上述动态膜过滤器处理污水的方法，包括以下步骤：

S1预制滤料，按照级配重量比为150目：200目：250目=0.8：1.0: 1.2的配制珍珠岩滤料，放入真空投料机构7；

S2挂膜，关闭出水管12的阀门，启动真空投料机构7对罐体1抽气，随后，打开进料管14的阀门，罐体1从进料管14负压吸入预制的滤料至过滤腔32内；打开进水管11的水阀并泵入洁净水，洁净水与滤料混合并充满过滤腔32；打开循环管13的阀门，水从过滤组件中流至集水腔31、循环管13，再循环至罐体1，水循环流动过程带动滤料附着在膜丝层22上，如此循环10min，得到均匀的过滤层6，关闭循环管13阀门；

S3过滤，打开出水管12阀门，从进水管11引入待处理污水，充满过滤腔32；待处理污水中的杂质被截留在过滤层6外，透过过滤层6的水进入中空管21内部并从汇集到集水腔31，然后从出水管12排出；

S4滤料再生，当罐体1的进水管11和出水管12的水压差之间的压差在12~15psi，或/和过滤管束2表面含有蜡烛状表面，或/和变频大于或等于50Hz且流量低于正常值时，启动滤料再生程序；关闭出水管12阀门，从进水管11引入洁净水，打开循环管13阀门和循环泵100抽水，使振脱的滤料重新附着在膜丝层22上，循环10min，完成过滤层6的再生。

S5换膜，当滤料再生后，罐体1的进水管和出水管的水压差仍然大于12psi；或/和变频大于50Hz且流量小于正常值。说明滤料再生已经不能实现过滤的要求了，此时需要启动更换滤料程序。启动空气锤击机构4对隔水盘3进行锤击，过滤管束2随之发生振动和抖动，滤料和附着在滤料上的杂质被振落至罐体1底部；锤击2分钟后，泵入水将振落的滤料和污物一起从排污口15排出；然后启动挂膜程序，同步骤S1。

本申请实施原理：挂膜时，现将预制的滤料通过负压投入罐体1，滤料在重力的作用下集中在罐体1底部，在通入洁净水与滤料混合，循环泵100将水抽出至循环管13道，不同级配的滤料在循环泵100的吸力下随着水往过滤管束2表面运动并附着在膜丝表面，大直径的滤料会最先附着在膜丝表面，小的滤料会最后附着在膜丝表面，最后形成孔道均匀的过滤层6。循环水作用使滤料体系始终保持均匀的状态，有利于滤料有序地附着。

滤料再生时，通过空气锤击机构4对隔水盘3进行锤击，振动波由隔水盘3传递至过滤管束2，使过滤管束2进行有规律地上下往复运动和振动，使滤料和附着滤料上的杂质一起掉落。启动挂膜程序，使振落的滤料重新附着在膜丝层22上，由于滤料为立体结构，重新挂膜相当于重新排布滤料的层构，没有吸附有杂质的一面朝向过滤管束的外侧，从而使滤料层可以继续过滤作业。通过动态循环挂膜，充分利用滤料多面结构，提升滤料的利用率。相比传统石英砂缸过滤器能节省94%以上的反冲洗耗水；利用错流过滤原理，还可以进一步减少杂质污物层的外过滤管束2外壁堆叠导致过滤层堵塞，从而降低过滤层6再生频率；此外挂膜、过滤、再生步骤均可在罐体1内完成，节省水处理系统设备的占地空间，进一步降低水处理成本。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动态膜过滤器，其特征在于：包括，

罐体（1），用于装载待处理污水；所述罐体（1）上连通有进水管（11）、出水管（12）和循环管（13），所述罐体（1）上还开设有进料管（14）；

若干过滤管束（2），设置在罐体（1）内，所述过滤管束（2）内部中空并具有一端开口（211），所述过滤管束（2）的外表面布置有过滤层（6）；所述过滤管束（2）包括中空管（21）和膜丝层（22），其中膜丝层（22）包覆在中空管（21）的外壁，所述中空管（21）为刚性管，膜丝层（22）具有柔性；

隔水盘（3），设置在罐体（1）内并将罐体（1）分隔成集水腔（31）和过滤腔（32），所述集水腔（31）与出水管（12）连通，用于汇集过滤管束（2）得到的过滤水；所述过滤腔（32）与进水管（11）连通，用于接收待处理的水；过滤管束（2）与隔水盘（3）连接并连通集水腔（31）；所述进料管（14）与过滤腔（32）连通，用于通入滤料；及；

空气捶击机构（4），设置在罐体（1）顶壁并可穿入罐体（1）与隔水盘（3）连接，用于振动过滤管束（2），使过滤管束（2）外表面的过滤层（6）脱落；

其中，循环管（13）连通进水管（11）和出水管（12），所述循环管（13）用于提供循环水，使滤料均匀附着在过滤管束（2）外表面形成所述过滤层（6）；

所述空气锤击机构包括相互连接的驱动机（42）和锤击杆（41），所述驱动机（42）驱动锤击杆（41）对隔水盘（3）进行锤击。

2.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于：所述隔水盘（3）外侧壁套设有弹性密封圈（33），所述弹性密封圈（33）与罐体（1）内壁抵紧连接。

3.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于：所述中空管（21）上端开口（211），所述中空管（21）相对的下端封口，所述中空管（21）的侧壁均匀开设有进水孔；所述膜丝层（22）具有若干孔隙，所述孔隙供滤料附着在膜丝层（22）上形成过滤层（6），所述中空管（21）与隔水盘（3）连接并连通集水腔（31）。

4.根据权利要求3所述的动态膜过滤器，其特征在于：所述膜丝层（22）上的孔隙大小不一；所述过滤层（6）是由粒径为150-250目的滤料组成。

5.根据权利要求4所述的动态膜过滤器，其特征在于：所述过滤层（6）的滤料级配重量比为150目：200目：250目=0 .8~1 .2:0 .8~1 .2:0 .8~1 .2。

6.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于：所述动态膜过滤器还包括真空投料机构（7），所述真空投料机构（7）设置在罐体（1）侧壁上，所述真空投料机构（7）设有连通所述集水腔（31）的抽气管（71），所述真空投料机构（7）用于对罐体（1）内进行抽气。

7.一种使用权利要求1所述动态膜过滤器处理污水的方法，其特征在于；包括以下步骤：

挂膜，将预制的滤料从进料管（14）通入所述罐体（1）的过滤腔（32），并从进水管（11）引入水，使滤料充满过滤腔（32）；关闭出水管（12），打开循环管（13）并抽水，使水在罐体（1）和循环管（13）中循环流动并带动滤料附着在过滤管束（2）外壁上，至形成均匀的过滤层（6）；

过滤，所述进水管（11）通入待处理污水，并充满过滤腔（32），待处理污水中的杂质被截留在所述过滤层（6）外，透过过滤层（6）的水进入过滤管束（2）内部并从汇集到集水腔（31），然后从出水管（12）排出；

滤料再生，关闭出水管（12），启动空气锤击机构（4）对隔水盘（3）进行锤击，过滤管束（2）随之进行振动，使滤料和附着在滤料上的杂质振落至罐体（1）底部；同时从进水管（11）引入水，打开循环管（13）并抽水，使振脱的滤料重新附着在过滤管束（2）外壁上，完成过滤层（6）的再生。

8.根据权利要求7所述的处理污水的方法，其特征在于：当罐体（1）的进水管（11）和出水管（12）的水压差为12~15psi，或/和过滤管束（2）表面含有蜡烛状表面，或/和变频大于或等于50Hz且流量低于正常值时，启动滤料再生步骤；当滤料再生后，罐体（1）的进水管（11）和出水管（12）的水压差大于12psi；或/和变频大于50Hz，启动更换滤料步骤，将振落的滤料和污物一起排出。

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