CN2172280Y - 静电絮凝过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新的静电絮凝过滤器。 它主要是对目前的纤维型滤料的水过滤装置做了根 本改进。在原装置的基础上，在纤维型填料之间，出 水口端设置了一个密封电极，在电极与外壳之间设立 了一个高压静电场，由电极接阳极，外壳接负极，这样 就可以在过滤过程中施加静电场力使得产生电泳和 絮凝聚过程，增大了截污能力，并可通过对静电场的 控制实现对过滤水质的保障和有效调整，实现低阻高 流速水处理过程。

Description

本实用新型属于一种水处理装置，特别是应用于对饮用水或高品质低浊度用水的净化处理过程。

随着科技发展和人类进步，各行各业对水质的要求也越来越高。对饮用水的标准从浊度和每毫升粒子数含量上看目前我国的处理标准已落后两个数量级。这将严重影响到国际间的交往和限制进一步的改革开放。目前由于国力所限，采用国际上的高技术水处理设备，如多层、多次低速过滤是不可能的。由于人口众多和工业用水量大，目前我国只能采用10－12m／h的高滤速处理自来水，因而水浊度只能达到国外30年代水平，浊度偏高。按国内目前的财力，只能仍采用高滤速水处理工艺同时对原有设备加以改进，提高水处理质量。进入九十年代以来，我国东北电力学院刘凡清等研制成功“LLY高效过滤器”将纤维材料成功应用于水的过滤装置之中。使在高滤速下其出水浊度达1.0数量级，其截污能力加大到6kg／m³。其采用重坠悬挂式纤维束做为滤料，靠设置在纤维束间的充水胶囊来控制滤料的装填孔隙率，从而实现对水质的控制。然而，高水质是由损失初滤水头来换取的，从这一点来看并不合算。对于水中的胶体颗粒“LLY过滤器”并不理想，要经絮凝后才能去除，阻力太大是其明显的缺点。除“LLY高效过滤器”外由清华大学等单位研制的“高效快速纤维球过滤器”也是较先进的一种，其在整体结构上和前者类似，也是由外壳、外壳上的进水管、出水管、进气管、排气管、清洗进水管、排水管；外壳内的多孔过水板等主要部件组成。所不同的是由纤维球取代的悬挂纤维束。省去了控制充水囊。其水质决定于纤维球自身重力造成的纤维球挤压空隙。过滤水流的动压头，以及阻力系数和截流物重力，也是很难用人力加以控制的，虽然其滤速、过滤阻力和截污容量等指标上居有一定优势，但用于大规模生产的自来水厂还是不够理想。

本实用新型的目的即是对现有的水过滤器做进一步的结构改造，使其在保留纤维型滤料直径小，清洗时不跑料的优点。同时克服以减小孔隙率来换取高效率的局限性，并使其提高对胶体颗粒的截容能力。

本发明从更深入的过滤机制入手，对过滤器做重大结构改进。按水中颗粒（包括悬浮物、胶体、大分子有机物、细菌、病毒等）的表面都具有自由能，而且都带电荷的事实，提出本发明静电絮凝过滤器，它是在过滤器接近出水管端的滤料层内设置有一个高压密封式电极，并使该电极接高压发生器的阳极输出端，过滤器外壳接负极输出端。从而形成一个高压静电场，用以迫使水中颗粒在电场力的驱动下，沿着电力线方向产生电泳移动，主动去撞击滤料的表面。颗粒和滤料表面的胶体化学性质，使它在电场中产生极化，并在颗料之间以及颗料与滤料之间产生聚凝，以达到强化颗粒滤除机制的目的。

在过滤介质中施加静电场以后，对过滤效率所产生的影响，系由于静电场中所产生的凝聚作用，增加了颗粒之间的有效碰撞次数，静电场带电颗粒所产生的电泳运动，直接影响到滤过效率，实验证明滤过效率取决于颗粒表面的电荷密度和电场强度E乘积的函数。

也就是说，在过滤介质中施加静电场以后，水中的颗粒除了五种常规迁移作用之外，还增加了一种可以人为控制的静电场力，由于它的存在，不仅可以使水中颗料产生电泳效应增其与滤料表面的碰撞机率，还可以因絮凝作用增大颗粒粒径，强化与滤料表面的粘着作用。不仅可以使纤维在不受挤压（即低阻力）的条件下强化其滤除的机制，使滤料层中过滤效率沿水流方向由低而高逆增形成合理分布，而且在某些场合还可以用静电絮凝取代化学絮凝。实现投药、混合、反应、沉淀、过滤甚至还包括消毒在内的传统水处理工艺的功能于一身。从而可以简化水处理流程，降低水处理成本。由于过滤的阻力小，滤料的容污能力大，因而过滤清洗周期长，对进水水质的适应性强。

本设备所用的阳电极，是密封在绝缘壳体内的。因而电能消耗低。

本设备针对不同的滤料，有不同的过滤器形式，本设备可以实行压力过滤，也可以实行重力过滤。

下面结合附图进一步说明本实用新型的目的是如何实现的：

附图1为悬挂纤维束为填充滤料的静电絮凝过滤器的结构示意图。

附图2是以纤维球为填充滤料的静电絮凝过滤器的结构示意图。

其中1为过滤器外壳，2为多孔过水板，3为进水管，4为出水管，5为清洗进水管，6为污水排水管，7为进气管，8为排气管，9为纤维束，10为悬坠，11为纤维球，12为密封电极，13为静电高压发生器。

由附图1可以看出此种实施例中，采用长纤维束9为滤料。该种滤料采用径膨化处理后纤维丝结成束9，靠悬坠10悬挂在多孔过水板2下面，均匀分布。多孔过水板2设置在外壳内上部，密封电极12设置在多孔过水板2下中心位置，埋没在纤维束9之中。纤维束9直径为20－50μm，按常规自来水厂设备考虑，其纤维悬挂长度为1350－1650mm，滤料填孔隙率为88－92％。密封电极12是可用园柱形金属制成，或用绝缘电线绕在铁芯上制成，整体密封在聚四氟乙稀制成的塑料壳内，与水保持良好的绝缘。电级由绝缘引线接至静电高压发生器13的阳极输出端。接通电源后，在电极12与壳1之间即形成一个高压静电场，电压的大小，电极的形状尺寸及与壳1之间的距离应根据水质条件和处理质量要求进行设定和调整。工作状态时，进水管3、出水管4打开水从下而上穿过纤维束之间的孔隙。在下端主要借拦截，沉淀、惯性、扩散和水动力作用，水中部分悬浮颗粒会脱离水流线与纤维束产生表面接触，借助范德华力和固有的静电引力粘着在纤维表面。进入过滤器上部即有较强的外加静电场开始使用。水中的颗粒（包括悬浮物、胶体、细菌、病毒和大分子有机物）在几十μ到100μ的窄小纤维孔隙内沿电力线方向排列并产生了电泳迁移，增加了颗料与纤维束之间碰撞机会，这就较大提高了过滤器的拦截能力。同时在较高的静电场作用下水中颗料和滤粒表面发生极化现象，使相互作用的能量剧增；使颗粒之间或颗粒与滤料之间产生凝聚，从而加大了碰撞几率，因此明显提高了整机的滤除效率。而滤出水的质量又可通过静电场调整实现有效的控制和保障。在滤过过程中纤维束间隙并不需变小，也就是说本过滤器可以在低阻力高流速情况下完成对水的高质量控制。静电高压发生器通常负极接地，有效功率为15－40W，输出直流高压为4000－6000V，其清洗操作时要首先切断静电高压发生器电源，后打开进气管阀用汽泡抖动纤维束使截留物离开下沉，并打开污水排水管使浊水排出。排空后再打开清洗进水口注入清水再次充气抖动，直至将纤维束冲洗干净，后关闭进气阀，打开进水管开始新的过滤操作。

附图2所给的结构中采用纤维球为填充滤料，在这种设计中多孔过水板2设置在外壳1内下部，滤料采用20－30μm膨化纤维束结扎成20－30mm的纤维球11，堆放在多孔过水板2之上，密封电极12设置在多孔过水板2上中心位置，埋没在纤维球11这间。纤维球11做为填充滤料时填充孔隙率为90－96％，装填高度为1500－1600mm，密封电极12的结构、形状以及静电高压发生器13的技术条件都与上一实施例相同，结构上的不同还在于进水管3在上，出水管4在下。过滤过程中的机理以及清洗操作则与上一实施例相同，不再赘叙。

由于在本实用新型中增加了高压静电场的设计，使得过滤器由静电场激发产生了电泳和絮凝过程，强化了滤除作用，因而大大提高了效率。本设计完全可以用于其它颗粒滤料的过滤器之中，使过滤过程部分取代化学絮凝而部分去除水中的胶体物。特别是在保留了纤维类滤料的全部优点，又克服了其利用调整孔隙率增大惯性阻力的方法来换取高品质，高速率的过滤控制方式。从目前的实验结果看，其清洗周期可延长50％，截污能力有明显提高且能耗低，工艺短，使目前的过滤器得到了本质的改进。

Claims (7)

1、一种静电絮凝过滤器，结构中包括外壳1，外壳1上设有进水管3、出水管4、进气管7、排气管8、清洗进水管5和污水排水管6，外壳内设置有多孔过水板2和滤料，其特征在于在接近出水管端4的滤料层内设置有高压密封式电极12，该电极接高压发生器13的正极输出端，外壳1接负极输出端。

2、根据权利要求1所说的静电絮凝过滤器，其特征在于多孔过水板2设置在外壳1内上部，滤料采用经膨化处理的纤维丝束9、靠悬坠10将纤维束悬挂在过水板2下，密封电极12设置在多孔过水板2下中心位置，埋没在纤维束9之中。

3、根据权利要求2所说的静电絮凝过滤器，其特征在于纤维束9直径为20－50μm，悬挂长度为1350－1650mm，滤料填孔隙率为88－92％。

4、根据权利要求1所说的静电絮凝过滤器，其特征在于多孔过水板2设置在外壳1内下部，滤料采用20－30μm膨化纤维束结扎成的直径20－30mm的纤维球11，堆放在多孔过水板2上，密封电极12设置在多孔过水板2上中心位置，埋没在纤维球11之间。

5、根据权利要求4所说的静絮凝过滤器，其特征在于纤维球11装填孔隙率为90－96％，装填的高度为1500－1600mm。

6、根据权利要求2或4所说的静电絮凝过滤器，其特征在于密封电极12为金属质园柱形或用电导线绕在铁芯上制成，密封在聚四氟乙稀塑料壳内，由绝缘引线接至高压发生器13的阳极输出端。

7、根据权利要求1所说的静电絮凝过滤器，其特征在于高压发生器13的输出电压为4000V－6000V，功率为15－40W，负极端接地。

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