CN1432423A - 一种水处理用的纤维滤料 - Google Patents
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Abstract
一种水处理用的纤维滤料，涉及一种用于分离水中油类或脂类等悬浮杂质的过滤材料。该滤料由丝束节和固定在其中的丝束圈和尾丝丝束构成，丝束圈和尾丝丝束由植物纤维、亲水性合成纤维或亲水性人造纤维中的一种或两种以上的单丝纤维集束而成。丝束节是由塑料、陶瓷、橡胶或金属制成的实心体或带孔的多孔体。本发明具有比表面积大、滤床弹性好、滤料强度大等优点，用于水中各种悬浮杂质的分离，特别适用含有油类或脂类的悬浮杂质的分离。本发明具有使用寿命长、固液分离效率高、纳污量大、反冲洗效果好和反冲洗耗水量低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理用的过滤材料，用于分离水中各种悬浮杂质，特别是用于分离水中油类或脂类等悬浮杂质，属于水处理技术领域。
背景技术
在市政污水处理、石油工业含油废水处理、水产品养殖水循环、食品加工废水处理等领域中，水中悬浮颗粒及油脂等杂质与水的过滤分离是一个重要的工艺环节。
水的过滤是靠填充在过滤器中各种形状的过滤材料实现的。过滤器中填充滤料形成滤床，过滤时，水中杂质被滤床截留，水流则穿过滤床中滤料构成的空隙得到澄清。含有油脂和其他悬浮杂质废水的过滤对形成滤床的滤料有如下要求：①滤料比表面积大，因而截污能力强；②滤料表面具有亲水性，从而在反洗时易于将附着在滤料上的油脂洗掉排出；③滤料的形状应使得填充成滤床后保持空隙通道，避免过滤水流阻塞；④滤料应具有较大比重，以免滤料与附着在其表面上的油脂一同上浮造成滤床破坏。
以往的过滤材料不能同时满足上述四个要求，分述如下。
传统过滤工艺中采用的过滤材料有石英砂、无烟煤、磁铁矿砂等颗粒滤料，当过滤含有油脂的原水时，滤料表面易被油、脂与其它悬浮物的混和物所包覆，滤床很快失去过滤能力。由于核桃壳表面具有更强的亲水疏油性能，作为过滤材料也用于含油脂水的过滤，其缺点是过滤后水中悬浮物含量较高，而且使用过程中核桃壳磨损情况严重，需要较频繁地补充滤料。
传统滤料为颗粒形态，比表面积小，过滤精度低，滤床纳污量小，过滤速度低。对颗粒滤料的改进使用了合成纤维滤料，目的在于利用纤维材料比表面积大，滤床空隙率可调节的特点。日本特开昭56-152709采用短纤维丝乱堆的方法形成滤床，这种滤料虽然能弥补传统颗粒滤料过滤精度低、滤床纳污量小、过滤速度低的缺陷，但是由于纤维与水的比重差小，同时纤维丝之间相互缠绕，所以清洗效果差，并且反冲洗时纤维滤料容易随反冲洗排水流失。
为避免短纤维单丝滤料的缺陷提出了各种纤维成型体滤料。日本特公平1-26726中采用液体中缠绕法制球形纤维滤料。日本特开昭63-93312中用卷缩纤维束中心结扎的方法制球形纤维滤料。中国实用新型85200039.1中提出了纤维丝束中心结扎法制造球形纤维滤料。上述球形滤料由于靠近滤料球中心处纤维密实度大，所以反冲洗时很难清洗彻底，反冲洗后滤床的剩余积泥量大，由此造成滤池容积利用率低。此外，由于球形滤料形成的滤床纤维密实度不均匀，滤料球与球之间的空隙大，造成过滤时水流不均匀，滤床对悬浮颗粒的截留效率降低，在高速过滤条件下出水水质变差。
中国实用新型ZL98249298.7提出了一种由彗核和彗尾丝束组成的彗星式纤维滤料，该过滤材料克服了球状纤维滤料滤床纤维密实度不均匀和滤床反冲洗效果差的缺陷，具有固液分离效率高，反冲洗效果好的优点。但其形成的滤床，空隙保持力差，在水流作用下滤床易压实，造成空隙堵塞而无法过滤，特别是当水中有油脂时，堵塞更加严重。
日本特开平8-182929采用粉末状吸油树脂与亲水性纤维共热制成过滤纤维块，特点是对含油脂水的过滤性能好，但油脂及其他悬浮物镶嵌在纤维块滤料上后，难以清洗干净。
发明内容
本发明的目的是提供一种水处理用的新型纤维过滤材料，一方面使该过滤材料能够满足含油脂水的过滤条件要求，有效地去除水中所含的油、脂和悬浮物质，另一方面增加滤料形成滤床后的弹性并保持滤床的水流空隙通道，使其在水流作用下不易压实，避免滤床堵塞，进而提高滤床的纳污能力和过滤出水水质；同时易于清洗，进一步提高反冲洗效率。
本发明的技术方案如下：
一种水处理用的纤维滤料，包括丝束节和固定在丝束节中的尾丝丝束，其特征在于该纤维滤料还包括固定在丝束节中的丝束圈。
本发明中所述的丝束圈采用一个或两个，其丝束圈的拉直长度为5～60mm。
所述的尾丝丝束、丝束圈采用植物纤维、亲水性合成纤维或亲水性人造纤维中的一种或两种以上纤维丝单丝集束而成。所述的植物纤维优选苎麻纤维或亚麻纤维；所述的亲水性合成纤维优选用丙稀酰胺改性的聚酯纤维；所述的亲水性人造纤维优选采用粘胶纤维。
本发明所述的丝束节是由塑料、陶瓷、橡胶或金属制成的实心体或带孔的多孔体，形状为柱体、球体或椭球体。
本发明采用亲水性纤维丝束使得滤料在截留水中油、脂和其它悬浮物后，在反冲洗时容易使其上附着的污物脱落而清洗干净。丝束圈可增加滤料形成滤床后的弹性并保持滤床的水流空隙通道，避免滤床堵塞。尾丝丝束的作用是提高滤料的比表面积，进而提高滤床纳污量。丝束节的作用是固定丝束圈和尾丝丝束，同时通过改变丝束节的制作材料可增加滤料比重，避免滤料附着油脂后上浮而使滤床破坏。
本发明的过滤材料用于水的过滤可实现如下技术效果：亲水性纤维材料为滤床提供了较大的比表面积，增大了吸附能力和纳污量；纤维的亲水性使滤料在反冲洗后容易再生；由丝束圈、尾丝丝和丝束节构成的特定形状可增加滤床弹性并使滤床在过滤水流压力下保持空隙通道；滤床弹性增大，使滤床在反洗时容易膨松，滤料在反洗水流作用下易于分散，清洗方便；用丝束节固定纤维丝束，增加了滤料的强度，防止纤维在反冲洗过程中脱落；调节丝束节的比重，增大其与纤维丝束的比重差，有利于增大反冲洗时滤料所受到的剪切力，提高反冲洗效率。与现有技术相比，该滤料具有比表面积大、滤床弹性好、滤料强度大、固液分离效率高、纳污量大、反冲洗效果好和反冲洗耗水量低以及使用寿命长等优点，用于水中各种悬浮杂质的分离，特别适用含有油类或脂类的悬浮杂质的分离。
附图说明
图1是本发明的由尾丝、丝束节和一个丝束圈构成的滤料的结构图。
图2是本发明的由尾丝、丝束节和两个丝束圈构成的滤料的结构图。
图3a、3b是本发明的过滤材料分别用于过滤和滤床反冲洗时的运行示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，进一步说明本发明的机理及具体实施方式。
图1和图2为本发明提供的纤维滤料的结构示意图。该滤料由丝束圈1、尾丝丝束3和用于固定丝束圈和尾丝丝束的丝束节2构成。丝束圈1和尾丝丝束3可采用植物纤维、亲水性合成纤维或亲水性人造纤维，纤维可使用直纤维，也可使用卷曲纤维或变形纤维。纤维单丝直径5-500微米，集束后的纤维丝束外接圆直径1～5毫米。丝束圈可采用一个或两个，丝束圈的拉直长度为5-60毫米，尾丝长度为10～150毫米。丝束节是由塑料、陶瓷、橡胶或金属制成的实心体或带孔的多孔体，形状可为柱体、球体或椭球体，丝束节的外接圆直径为2～10毫米。
下面以过滤器向下流过滤方法为例说明本发明滤料的过滤和反冲洗运行情况(如图3a或3b所示)。
如图3a所示，被过滤液从进水管9流进过滤器7，经由滤料组成的滤床6过滤后，从出水管4排出，滤床6由带网眼的下隔板5挡住，以免滤料进入出水中流失。带网眼的上隔板8可防止反洗时滤料逃逸出过滤器。
本发明的滤料在滤床反冲洗时的情况如图3b所示。采用空气—水联合反冲洗时，反冲洗水从反冲洗进水管12进入过滤器，空气由空气管11进入过滤器，反冲洗排水由排水口10排出。
过滤时，滤料在水流作用下在过滤器的下隔板5上形成滤床，由于丝束节2密度较大，对滤床有一定的压实作用，整个滤床的空隙率由上至下逐渐减小，从而提高了滤床中的滤料比表面积的利用率，增加了滤床的纳污量。丝束圈1的存在使得滤床在压实状态下仍可保持水流通道。该滤料利用丝束节2与纤维丝束的比重差，在过滤时起到了对滤料丝束圈1和尾丝丝束3的压密作用，使得由本发明的滤料构成的滤床的空隙均匀性得到提高，从而提高了滤床的纳污能力和过滤出水水质。丝束圈1有利于保持滤床空隙，防止滤料在油脂等污物的包覆作用下板结。
反洗时，在反冲水流或气泡的作用下，使得滤床膨胀，丝束圈1增大了滤床弹性，滤料上浮，纤维丝束在水中呈松散状态，由于丝束节2和纤维丝束的比重差较大，在反冲洗水流和空气气泡的作用下造成纤维丝束圈1和尾丝丝束3的甩动作用、水流与纤维丝间的剪切作用、气泡与纤维丝间的冲击作用和滤料的自旋作用；同时，不同滤料的丝束节与纤维丝束相互碰撞，加剧了滤料在水中所受到的机械作用力，滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流或气流的作用下产生旋转，强化了反冲洗时滤料受到的机械作用力。上述几种力的共同作用结果使附着在滤料上的污物很容易脱落，从而极大地提高了滤料的洗净度，也减少了反冲洗的耗水量。
使用本发明的滤料，滤床空隙率由上至下逐渐变小使得滤床水头损失小，有利于高速过滤。反冲洗时，特别是气流反冲洗时，由底部上升的气泡逐渐增大，在滤池上部气泡的作用力大于滤池底部的小气泡，由于滤床上部截污量大，与滤池上部受到较大的机械作用力相适应，实现了对于较脏的滤料，清洗强度也大，其结果使反冲洗耗水率减少。
上述特点将在实施例中进一步阐明。
实施例1：
单丝丝径15微米的苎麻植物纤维集束后构成一个丝束圈和尾丝丝束的过滤材料，丝束圈拉直长度为5毫米，尾丝丝束长20毫米，多根苎麻纤维构成丝束，集束后丝束的外接圆直径1.5毫米。丝束圈和尾丝用热压法固定于丝束节中，丝束节由添加陶瓷粉末的塑料制成球形，丝束节外接圆直径2.5毫米。
过滤器直径1.5米，高4.4米。过滤器中填充上述滤料形成滤床，滤床高1.0米。采用下向流运行方式进行过滤，采用气—水联合方式进行滤床反冲洗，运行结果见下表。该表同时给出了石英砂颗粒滤料、市售球状纤维滤料和核桃壳滤料的运行结果。
| 滤 料 | 本发明的过滤材料 | 球状纤维滤料 | 石英砂滤料 | 核桃壳滤料 | |
| 规 格 | 丝束节外径2.5mm纤维单丝直径15μm纤维束直径1.5mm丝束圈长5mm尾丝长20mm | 纤维单丝直径40-50μm滤料球直径30-35mm | 砂粒径0.6-1.3mm | 粒径0.8-1.2mm | |
| 运行初期(1-30个周期) | 滤速(m/h)进水ss(mg/l)出水ss(mg/l)进水油脂(mg/l)出水油脂(mg/l)反冲洗耗水率(％) | 30-3540-553-535-1803-100.6-1.0 | 20-2540-553-535-1805-101.2-2.2 | 8-1240-554-1035-1807-281.5-2.5 | 20-2440-553-635-1805-101.0-1.5 |
| 长期运行(＞50个周期) | 滤速(m/h)进水ss(mg/l)出水ss(mg/l)进水油脂(mg/l)出水油脂(mg/l)反冲洗耗水率(％) | 30-3540-553-535-1803-100.8-1.5 | 20-2540-555-1035-1808-201.5-2.5 | 8-1240-558-1535-18010-312.0-3.0 | 20-2440-555-1035-18010-151.5-2.5 |
实施例2：
单丝丝径10微米的粘胶纤维与单丝丝径15微米的苎麻纤维各50％混合集束构成两个丝束圈和尾丝的过滤材料，丝束圈拉直长度为40毫米，尾丝丝束长120毫米，多根纤维集束后丝束的外接圆直径2毫米。丝束圈和尾丝用模压法固定于丝束节中，丝束节由椭球形多孔陶瓷微波低温烧结制成，丝束节外接圆直径5毫米。
过滤器尺寸，滤料填充高度，以及运行操作条件同实施例1，运行结果如下。
滤速 32 (m/h)
进水ss 25-28 (mg/l)
出水ss 3-4 (mg/l)
进水油脂 15-48 (mg/l)
出水油脂 2-4 (mg/l)
反冲洗耗水率 1.2 (％)
实施例3：
单丝丝径27微米的丙稀酰胺接枝改性的涤纶卷曲纤维构成一个丝束圈和尾丝的过滤材料，丝束圈拉直长度为60毫米，尾丝长150毫米，多根亲水化改性后的涤纶纤维(聚酯纤维)集束后丝束的外接圆直径3毫米，丝束圈和尾丝用压注法固定于丝束节中，丝束节由添加金属粉末的橡胶制成球形，丝束节外接圆直径10毫米。
过滤器尺寸，滤料填充高度，以及运行操作条件同实施例1，运行结果如下。
滤速 28-30 (m/h)
进水ss 15-30 (mg/l)
出水ss 3-5 (mg/l)
进水油脂 80-120 (mg/l)
出水油脂 5-12 (mg/l)
反冲洗耗水率 1.5 (％)
Claims (5)
1.一种水处理用的纤维滤料，含有丝束节和固定在丝束节中的尾丝丝束，其特征在于该纤维滤料还含有固定在丝束节中的丝束圈。
2.按照权利要求1所述的纤维滤料，其特征在于：所述的丝束圈为一个或两个，其丝束圈的拉直长度为5～60m。
3.按照权利要求1或2所述的纤维滤料，其特征在于：所述的尾丝丝束、丝束圈采用植物纤维、亲水性合成纤维或亲水性人造纤维中的一种或两种以上纤维单丝集束而成。
4.按照权利要求3所述的纤维滤料，其特征在于：所述的植物纤维采用苎麻纤维或亚麻纤维；所述的亲水性合成纤维采用丙稀酰胺改性聚酯纤维；所述的亲水性人造纤维采用粘胶纤维。
5.按照权利要求1所述的纤维滤料，其特征在于：所述的丝束节是由塑料、陶瓷、橡胶或金属制成的实心体或带孔的多孔体，其形状为柱体、球体或椭球体，丝束节的外接圆直接为2～10毫米。
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| CN111543380A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-18 | 广东环境保护工程职业学院 | 养殖水过滤设备 |
-
2003
- 2003-02-28 CN CN 03104773 patent/CN1432423A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100515535C (zh) * | 2007-01-19 | 2009-07-22 | 东华大学 | 一种具有“海绵体”结构的纤维滤料及其制备方法和应用 |
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