申请日2019.12.05
公开(公告)日2020.03.27
IPC分类号B01D24/16; B01D24/40; B01D24/46; B01D24/48
摘要
本发明公开了一种微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器及其方法，包括：反应器、进水配水系统、气反冲洗系统、微水反洗喷淋系统、集水系统、排水/排泥系统;变速过滤区位于反冲洗剥离区上部，该区域横截面面积由下到上逐渐减小，呈圆台状，因进水流量不变，横截面面积减小，该区域滤料滤层所受到向上的滤速压力也逐渐增大。变过滤截面设计，形成滤速的由慢变快，同时压力由低变高的过滤状态，不仅可以实现过滤时滤层靠水力自动压紧的目的，也相应解决了以往轻质滤料滤层本身无法压实，孔隙松散较大的不足。
权利要求书
1.一种微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器，其特征在于，包括：反应器(1)、进水配水系统、气反冲洗系统、微水反洗喷淋系统、集水系统、排水/排泥系统;
反应器(1)内部分为进水/排泥区(2)、反冲洗剥离区(3)、变速过滤区(4)、压实过滤区(5)、集水区(6);在压实过滤区(5)的上部安装有抗浮滤板(12)，抗浮滤板(12)上安装有滤头(13)，抗浮滤板(12)正上方装有盖板(14)，盖板(14)周边设置有导流板，盖板(14)上设有排气阀(9);
进水/排泥区(2)位于反应器(1)的底部，反冲洗剥离区(3)位于进水区(2)的上部，反冲洗剥离区(3)为圆筒状，反冲洗剥离区(3)容积与变速过滤区(4)和压实过滤区(5)容积之和相等，待处理水中的污物最先会被变速过滤区滤料滤层拦截;
变速过滤区(4)位于反冲洗剥离区(3)上部，该区域横截面面积由下到上逐渐减小，呈圆台状，因进水流量不变，横截面面积减小，该区域滤料滤层所受到向上的滤速压力也逐渐增大;
压实过滤区(5)位于变速过滤区(4)上部，该区域为圆筒状，其横截面积和变速过滤区(4)上部的横截面积相同，压实过滤区(5)的初始水流速度为变速过滤区(4)的最大水流速度，其中的滤料滤层所受压力最大，滤层最为密实。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，待处理原水经过进水/排泥区(2)进入反应器(1)底部，依次经过反冲洗剥离区(3)、变速过滤区(4)和压实过滤区(5)的滤料滤层拦截过滤，过滤水通过滤头会遇到盖板(14)，经过盖板(14)的导流板流入清水槽(15)，再经过溢流堰(16)进入集水区(6)，最后由出水管(17)将水收集进清水箱(38)。
3.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，反应器内填充的滤料为可发性聚苯乙烯颗粒(36)，粒径规格为0.5～1mm。
4.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，进水配水系统包括：原水箱(37)、水泵(18)、原水进水管(10)、进水阀门(25)和反射板(11);原水进水管(10) 上安装进水阀门(25)，反射板(11)位于进水管口的正下方，用以均匀布水;原水箱(37)连接水泵(18)进水口，水泵(18)出水口连接原水进水管(10)和进水阀门(25)，反射板(11)位于原水进水管(10)管口的正下方。待处理水通过水泵加压经原水进水管输送进反应器(1)底部的进水/排泥区(2)，进水通过反射板(11)进行均匀布水。
5.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，集水系统包括清水出水管(17)和清水箱(38)，清水出水管(17)一端连接到集水区(6)，另一端通到清水箱(38)，集水区和清水箱(38)之间存在落差，利用落差清水自动流入清水箱。
6.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，微水反冲洗喷淋系统包括清水泵(19)、微水反冲主管(23)、微水反冲阀门(30)和阀门(31)、微水反冲喷淋支管(8)和滤料助洗喷头(24)、液位感应器(35)和液位检测仪表(34);清水泵(19)连接到清水箱(38)，清水泵(19)通过微水反冲主管(23)、微水反冲阀门(30)、阀门(31)连接微水反冲喷淋支管(8)，微水反冲喷淋支管(8)周向设置在压实过滤区(5)和变速过滤区(4)的外部，每个微水反冲喷淋支管(8)上设置多个滤料助洗喷头(24)将水通入压实过滤区(5)和变速过滤区(4)的内部;液位感应器(35)设置在反冲洗剥离区(3)的顶部，并与液位检测仪表(34)通过数据线相连接，在反冲洗过程中用于根据液位感应器(35)的水位感应结果将水位控制在反冲洗剥离区(3)的顶部。
7.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，气反冲洗系统包括空气压缩机(20)、反冲洗气管(22)、反冲洗气管喷头(7)、反冲洗气阀(28)和逆止阀(26)、反冲洗放气阀(9)。反应器(1)的排水管(21)上安装有排水/排泥阀(27);反应器(1)内的反冲洗气管(22)在位于反冲洗剥离区(3)底部的管段上设置有均匀分布的反冲洗气管喷头(7)，且反冲洗气管(22)上安装有反冲洗气阀(28)和防止倒水的逆止阀(26);反应器(1)的顶部盖板上有排气阀(9)。
8.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，排水/排泥系统包括排水/排泥管(21)、排水/排泥阀(27)，排水/排泥管(21)设置在进水/排泥区(2)的底部，排水/排泥管(21)上设置有排水/排泥阀(27)。
9.根据权利要求1所述的过滤器的运行操作方法，其特征在于，微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器的运行操作过程分为：(1)过滤过程;(2)反冲洗过程;(3)轻质滤料层复位过程;三个过程循环进行;
(1)过滤过程：关闭排水/排泥阀(27)、反冲洗进气阀(28)和连通阀(29)，打开进水阀门(25)和排气阀门(9)，启动进水泵(18)，由水泵(18)将原水箱(37)中待处理水经进水管(10)输送进入反应器(1)，待处理水从进水管(10)流经反射板(11)进行均匀布水，过滤水流向上依次通过反冲洗剥离区(3)、变速过滤区(4)、压实过滤区(5)，最后水流通过滤头进入清水区，上升水流遇到盖板(14)时，出水先由排气管排出，这时关闭排气阀(9)，让水流通过导流板流入清水槽(15)，再经溢流堰(16)流入集水区(6)，最后通过出水管(17)进入清水箱(38)。
(2)反冲洗过程：关闭进水阀门(25)，打开排水/排泥阀(27)，反应器(1)内的水位随着水从排水/排泥阀(27)的排出逐渐下降，滤料也随之下降，这时打开连通阀(29)、微水量进水调节阀(30)和阀门(31)，启动微水量喷淋水泵(19)，借助滤料助洗喷孔(24)的喷淋作用促使压实过滤区(5)的滤料分散下移，最终利用液位感应器(35)和液位检测仪表(34)将水位控制在反冲洗剥离区(3)的顶部。这时关闭连通阀(29)、微水量进水调节阀(30)和阀门(31)，关闭微水量喷淋水泵(19)，打开气反冲洗阀(28)，排气阀(9)，启动气泵(20)，气体经空气压缩机(20)加压后，由气管(20)，气量调节阀(28)，逆止阀(26)进入反应器，再通过反冲洗气管喷头(7)鼓出，对轻质滤料进行搅拌，搅拌时间5-10min，使滤料滤层截留的污物受气体的剪切作用和自身重力作用与滤料剥离，然后关闭空气压缩机(20)和阀门(28)，利用沉淀作用使剥离下来的杂质汇集在排水/排泥区(2)，沉淀时间20-30min，然后打开排水/排泥阀(27)，使污泥通过排泥管(21)随水流排出，完成反冲洗过程。
(3)轻质滤料层复位过程：反冲洗结束并排泥之后，转入下一个过滤过程前，需要进行轻质滤料层复位。首先关闭排水/排泥阀(27)和反冲洗气阀(28)，打开微水量喷淋进水阀(30)和阀门(31)，打开连通阀(29)和排气阀门(9)，启动微水量喷淋水泵(19)，在微水量喷淋水泵(19)冲洗水作用下,水流从滤料助洗喷孔(24)中喷淋到反应器(1)内，反应器(1)内水位逐渐上升，可发性聚苯乙烯颗粒(EPS)滤料(36)因为比重比水小，在这种上升水流的顶托下实现自动复位，同时微水量喷淋对上升过程中的轻质滤料分布进行辅助调整，上升滤料在抗浮滤板的阻挡和水流向上的作用力下，滤层逐渐被压实，这时关闭微水量喷淋进水阀(30)和阀门(31)，继续保持微水量喷淋水泵(19)运行5-10min后，关闭微水量喷淋水泵(19)和连通阀(29)，完成滤料层的复位过程。
说明书
一种微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器及其方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，适用于中小型给水处理、污水深度处理以及工业回用水处理，涉及一种上向变速流轻质悬浮滤料过滤器。特别是一种节水型微水量反冲洗的变速上向流轻质滤料过滤器及其方法。
背景技术
滤层过滤技术是水和废水处理过程中的重要工艺单元，一般通过选用不同材质的粒状滤料构建一定厚度的过滤层，利用颗粒之间的空隙形成过滤通道，从而截留水中的悬浮杂质。目前常用的过滤器主要有普通压滤器、无阀滤池、纤维滤料过滤罐等过滤器。普通快滤池是最传统的过滤器，一般采用石英砂作为过滤滤料，过滤方式采用下向流，由于过滤过程中截留的污染物，需要用水反向冲洗，才能与滤层剥离，从而恢复滤层的截污能力，所以反冲洗需采用高速水流反向将滤层托起，一方面会消耗大量的净水，另一方面也造成能耗的提高。无阀滤池采用了水力原理形成了自动反冲洗的特点，但无阀滤池的反冲洗水量也较高，并且反冲洗不彻底。在污水过滤的研究中，纤维滤料过滤器也是一种常见的过滤器形式，通常滤料可采用纤维球和纤维束，这种形式的过滤器具有过滤速度高，不易污堵的特点，但存在着反冲耗水量大，滤料宜板结的问题。
针对以上问题，轻质悬浮滤料在国内近年来逐渐受到关注，可发性聚苯乙烯颗粒(EPS)轻质悬浮滤料作为新型滤料，具有机械强度高，脱污能力强，化学性质稳定，比重比水小，过滤方式简单，应用范围广等优点，并且与传统的石英砂过滤相比，轻质悬浮滤料过滤具有较大的经济优势，即可以利用进水缓冲段进行沉淀，不需要承托层，构造简单，减少了基建费用。法国得利满公司利用轻质滤料开发出了一种新型上向流悬浮滤池，它具有独具特色的反冲洗方式。但由于其形式仅是常规滤池的反转，并且需要安装大面积抗浮滤板和滤头，增加了结构的复杂程度。而在滤池的反冲节水和滤速上与传统过滤滤速也相差不大，因此目前这种上向流滤池得到了一定的应用，但未能有效推广。
目前，节能降耗是水处理的一个发展方向，传统的过滤设备通常需要消耗大量的反冲洗水，一方面增加了水量和能耗，另一方面也增加了反冲洗废水的处理难度。在反冲过程中通过增加气冲方式可以减少耗水量，但常规滤池的单一气冲又不能将剥离的污染物冲出滤层，必须与水冲配合，所以不能根本解决能耗和水耗的问题。上向流轻质滤料过滤器的开发可以对以上问题提供一个解决途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有上向流过滤器技术存在的缺点，通过创造性改变过滤器形状及组成，实现优化过滤器结构，降低过滤阻力，同时利用变速流的压力变化形成自压紧功能，达到提高过滤精度的目的，反冲洗过程巧妙利用截留污物的重力作用，依靠气洗将杂物与滤料自然分离，实现微水量反冲，大幅降低了反冲水耗和能耗。由此建立一种新型的微水量反冲变速上向流轻质悬浮滤料过滤器及其方法。
为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器，包括：反应器1、进水配水系统、气反冲洗系统、微水反洗喷淋系统、集水系统、排水/排泥系统;
反应器1内部分为进水/排泥区2、反冲洗剥离区3、变速过滤区4、压实过滤区5、集水区6;在压实过滤区5的上部安装有抗浮滤板12，抗浮滤板12上安装有滤头13，抗浮滤板12正上方装有盖板14，盖板14周边设置有导流板，盖板14上设有排气阀9;
进水/排泥区2位于反应器1的底部，反冲洗剥离区3位于进水区2的上部，反冲洗剥离区3为圆筒状，反冲洗剥离区3容积与变速过滤区4和压实过滤区5容积之和相等，待处理水中的污物最先会被变速过滤区滤料滤层拦截;
变速过滤区4位于反冲洗剥离区3上部，该区域横截面面积由下到上逐渐减小，呈圆台状，因进水流量不变，横截面面积减小，该区域滤料滤层所受到向上的滤速压力也逐渐增大;
压实过滤区5位于变速过滤区4上部，该区域为圆筒状，其横截面积和变速过滤区4上部的横截面积相同，压实过滤区5的初始水流速度为变速过滤区4的最大水流速度，其中的滤料滤层所受压力最大，滤层最为密实。
所述的过滤器，待处理原水经过进水/排泥区2进入反应器1底部，依次经过反冲洗剥离区3、变速过滤区4和压实过滤区5的滤料滤层拦截过滤，过滤水通过滤头会遇到盖板14，经过盖板14的导流板流入清水槽15，再经过溢流堰16进入集水区6，最后由出水管17将水收集进清水箱38。
所述的过滤器，反应器内填充的滤料为可发性聚苯乙烯颗粒(EPS)36，粒径规格为0.5～1mm。
所述的过滤器，进水配水系统包括：原水箱37、水泵18、原水进水管10、进水阀门25和反射板11;原水进水管10上安装进水阀门25，反射板11位于进水管口的正下方，用以均匀布水;原水箱37连接水泵18进水口，水泵18出水口连接原水进水管10和进水阀门25，反射板11位于原水进水管10管口的正下方。待处理水通过水泵加压经原水进水管输送进反应器1底部的进水/排泥区2，进水通过反射板11进行均匀布水。
所述的过滤器，集水系统包括清水出水管17和清水箱38，清水出水管17一端连接到集水区6，另一端通到清水箱38，集水区和清水箱38之间存在落差，利用落差清水自动流入清水箱。
所述的过滤器，微水反冲洗喷淋系统包括清水泵19、微水反冲主管23、微水反冲阀门30和阀门31、微水反冲喷淋支管8和滤料助洗喷头24、液位感应器35和液位检测仪表34;清水泵19连接到清水箱38，清水泵19通过微水反冲主管23、微水反冲阀门30、阀门31连接微水反冲喷淋支管8，微水反冲喷淋支管8周向设置在压实过滤区5和变速过滤区4的外部，每个微水反冲喷淋支管8上设置多个滤料助洗喷头24将水通入压实过滤区5和变速过滤区4的内部;液位感应器35设置在反冲洗剥离区3的顶部，并与液位检测仪表34通过数据线相连接，在反冲洗过程中用于根据液位感应器35的水位感应结果将水位控制在反冲洗剥离区3的顶部。
所述的过滤器，气反冲洗系统包括空气压缩机20、反冲洗气管22、反冲洗气管喷头7、反冲洗气阀28和逆止阀26、反冲洗放气阀9。反应器1的排水管21上安装有排水/排泥阀27;反应器1内的反冲洗气管22在位于反冲洗剥离区3底部的管段上设置有均匀分布的反冲洗气管喷头7，且反冲洗气管22上安装有反冲洗气阀28和防止倒水的逆止阀26;反应器1的顶部盖板上有排气阀9;
所述的过滤器，排水/排泥系统包括排水/排泥管21、排水/排泥阀27，排水/排泥管21设置在进水/排泥区2的底部，排水/排泥管21上设置有排水/排泥阀27。
所述的过滤器，微水量反冲变速上向流轻质滤料过滤器的运行操作过程分为：(1)过滤过程;(2)反冲洗过程;(3)轻质滤料层复位过程;三个过程循环进行;
(1)过滤过程：关闭排水/排泥阀27、反冲洗进气阀28和连通阀29，打开进水阀门25和排气阀门9，启动进水泵18，由水泵18将原水箱37中待处理水经进水管10输送进入反应器1，待处理水从进水管10流经反射板11进行均匀布水，过滤水流向上依次通过反冲洗剥离区3、变速过滤区4、压实过滤区5，最后水流通过滤头进入清水区，上升水流遇到盖板14时，出水先由排气管排出，这时关闭排气阀9，让水流通过导流板流入清水槽15，再经溢流堰16流入集水区6，最后通过出水管17进入清水箱38。
(2)反冲洗过程：关闭进水阀门25，打开排水/排泥阀27，反应器1内的水位随着水从排水/排泥阀27的排出逐渐下降，滤料也随之下降，这时打开连通阀29、微水量进水调节阀30和阀门31，启动微水量喷淋水泵19，借助滤料助洗喷孔24的喷淋作用促使压实过滤区5的滤料分散下移，最终利用液位感应器35和液位检测仪表34将水位控制在反冲洗剥离区3的顶部。这时关闭连通阀29、微水量进水调节阀30和阀门31，关闭微水量喷淋水泵19，打开气反冲洗阀28，排气阀9，启动气泵20，气体经空气压缩机20加压后，由气管20，气量调节阀28，逆止阀26进入反应器，再通过反冲洗气管喷头7鼓出，对轻质滤料进行搅拌，搅拌时间5-10min，使滤料滤层截留的污物受气体的剪切作用和自身重力作用与滤料剥离，然后关闭空气压缩机20和阀门28，利用沉淀作用使剥离下来的杂质汇集在排水/排泥区2，沉淀时间20-30min，然后打开排水/排泥阀27，使污泥通过排泥管21随水流排出，完成反冲洗过程。
(3)轻质滤料层复位过程：反冲洗结束并排泥之后，转入下一个过滤过程前，需要进行轻质滤料层复位。首先关闭排水/排泥阀27和反冲洗气阀28，打开微水量喷淋进水阀30和阀门31，打开连通阀29和排气阀门9，启动微水量喷淋水泵19，在微水量喷淋水泵19冲洗水作用下,水流从滤料助洗喷孔24中喷淋到反应器1内，反应器1内水位逐渐上升，可发性聚苯乙烯颗粒(EPS)滤料36因为比重比水小，在这种上升水流的顶托下实现自动复位，同时微水量喷淋对上升过程中的轻质滤料分布进行辅助调整，上升滤料在抗浮滤板的阻挡和水流向上的作用力下，滤层逐渐被压实，这时关闭微水量喷淋进水阀30和阀门31，继续保持微水量喷淋水泵19运行5-10min后，关闭微水量喷淋水泵19和连通阀29，完成滤料层的复位过程。
本发明与现有过滤器相比，具有以下优点：
一是采用变过滤截面设计，形成滤速的由慢变快，同时压力由低变高的过滤状态，不仅可以实现过滤时滤层靠水力自动压紧的目的，也相应解决了以往轻质滤料滤层本身无法压实，孔隙松散较大的不足;
二是反冲洗时，利用截留泥渣的重力作用，通过气冲搅拌使其与滤料实现分离，并靠重力沉降与轻质滤料分离，不需要反冲洗水，节水降耗;
三是首次在轻质滤料区设置了滤料助洗喷孔，既可以反冲开始时帮助压实的滤料下移，也可以在反洗后滤料复位时进一步用微水量冲洗滤料残余的杂质，提高滤层的清洁效果;
四是上向流依靠水力压实作用自动形成孔隙的由大到小分布，符合过滤过程的级配原则，因此过滤阻力小，节能。（发明人夏文香;石志慧;李金成;宋双;越楚遥;赵宝秀;刘杰）
