專利名稱：一種由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料，用于含有固體顆粒的液體的固液分離過程，特別是在水過濾工藝中用于截留和分離水中的懸浮顆粒，屬水處理技術(shù)領(lǐng)域。
在飲用水凈化、污水處理、海水淡化、制鹽工業(yè)、水產(chǎn)品養(yǎng)殖、工業(yè)水循環(huán)等領(lǐng)域中，懸浮顆粒與水的分離是一個(gè)重要的工藝環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的過濾工藝中采用的過濾材料為顆粒濾料，如石英砂、無煙煤、陶瓷小球等，這種濾料為顆粒形態(tài)，比表面積小，過濾精度低，濾床納污量小，過濾速度低。
對顆粒濾料的改進(jìn)使用了合成纖維濾料，目的在于利用纖維比表面積大，濾床空隙率可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。初期采用短纖維絲亂堆的方法形成濾床，如日本特開昭56-152709，這種濾料雖然能彌補(bǔ)傳統(tǒng)顆粒濾料過濾精度低、濾床納污量小、過濾速度低的缺陷，但是由于纖維與水的比重差小，同時(shí)纖維絲之間相互纏繞，所以清洗效果差，并且反沖洗時(shí)纖維濾料容易隨反沖洗排水流失。
為避免短纖維單絲濾料的缺陷提出了各種纖維成型體濾料。日本特公平1-26726中采用液體中纏繞法制球形纖維濾料。特開昭63-93312中用卷縮纖維束中心結(jié)扎的方法制球形纖維濾料。中國實(shí)用新型85200039.1中提出了纖維絲束中心結(jié)扎法制造球形纖維濾料。上述球形濾料的共同特征是濾料由相同材料制成的對稱結(jié)構(gòu)，由于靠近濾料球中心處纖維密實(shí)度大，所以反沖洗時(shí)很難清洗徹底，反沖洗后濾床的剩余積泥量大，由此造成濾池容積利用率低。此外，由于球形濾料形成的濾床纖維密實(shí)度不均勻，濾料球與球之間的空隙大，造成過濾時(shí)水流不均勻，濾床對懸浮顆粒的截留效率降低，在高速過濾條件下出水水質(zhì)變差。
中國實(shí)用新型98249298.7提出了一種由彗核和彗尾絲束組成的彗星式纖維過濾材料，該過濾材料克服了球狀纖維濾料濾床纖維密實(shí)度不均勻和濾床反沖洗效果差的缺陷，具有固液分離效率高，反沖洗效果好的優(yōu)點(diǎn)，但該濾料一端為實(shí)心的彗核，另一端為松散的纖維絲束，這種構(gòu)型造成了每個(gè)彗核固定的纖維數(shù)量較少，相應(yīng)地，對過濾不起作用的實(shí)心彗核在濾床中占較大容積，因而濾床的容積利用率小。
本發(fā)明的目的是提出一種由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料，針對以往過濾材料的缺陷，使過濾材料既具有纖維材料比表面積大，過濾精度高，濾床納污量大的特點(diǎn)，又具有顆粒濾料反沖洗洗凈度高的特點(diǎn)，同時(shí)，該濾料由兩股或兩股以上的纖維絲束構(gòu)成，濾料中纖維占濾料的體積比例大，由該濾料形成的過濾床可充分發(fā)揮纖維的過濾作用，因此，濾床的容積利用率高，濾池體積小。
本發(fā)明提出的由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料，由絲束節(jié)和纖維絲束組成，纖維絲束固定在絲束節(jié)中，纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。
本發(fā)明提出的過濾材料，還可以由多種不同的結(jié)構(gòu)形式；第一種結(jié)構(gòu)形式，絲束節(jié)為長條形，長條形上固定有多束纖維絲束，多束纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。第二種結(jié)構(gòu)形式，絲束節(jié)有二個(gè)或二個(gè)以上，絲束節(jié)相互串聯(lián)，中間由多束絲束相聯(lián)。第三種結(jié)構(gòu)形式，纖維絲束在絲束節(jié)上的固定方式為平面交叉或空間立體交叉。
本發(fā)明的過濾材料是由兩股或兩股以上的纖維絲集束而成的絲束與由固體材料制成的絲束節(jié)組成的，絲束節(jié)起到了固定纖維絲束的作用，沒有絲束節(jié)固定的纖維絲束呈松散狀態(tài)。利用絲束節(jié)與纖維絲束的比重差，在過濾時(shí)起到了對濾料纖維絲束的壓密作用，使得由本發(fā)明濾料構(gòu)成的濾床空隙小，從而提高了濾床的截污能力和過濾出水水質(zhì)，在反沖洗時(shí)，由于絲束節(jié)和纖維絲束的比重差較大，松散的纖維絲束隨反沖洗氣流或水流而擺動，產(chǎn)生了較強(qiáng)的甩曳力，同時(shí)，不同濾料的絲束節(jié)與纖維絲束相互碰撞，加劇了濾料在水中所受到的機(jī)械作用力，濾料的不規(guī)則形狀使濾料在反沖洗水流或氣流的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)化了反沖洗時(shí)濾料受到的機(jī)械作用力。上述幾種力的共同作用結(jié)果使附著在纖維表面的懸浮顆粒很容易脫落，從而極大地提高了濾料的洗凈度，也減少了反沖洗的耗水量。


圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2到圖6是本發(fā)明的實(shí)施例。
圖7a和圖7b是本發(fā)明的過濾材料用于過濾和濾床反沖洗時(shí)的運(yùn)行示意圖。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容，圖1和圖7中，1是纖維絲束，2是絲束節(jié)，3是進(jìn)水管，4是濾池，5是濾床，6是承托層，7是進(jìn)入管，8是出水管，9是空氣管，10是排水口。
圖1中，濾料由兩股長度相同的纖維絲束1和絲束節(jié)2.構(gòu)成；纖維絲束1由纖維絲集束而成，纖維絲可選擇天然纖維、人造纖維、合成纖維或無機(jī)纖維，如棉纖維、玻璃纖維、滌綸、錦綸、腈綸等纖維絲。纖維絲束可用上述纖維中的一種，也可由上述纖維的兩種或多種混合組成。纖維可使用直纖維，也可使用卷曲纖維、變形纖維、中空纖維或異形纖維等。纖維單絲直徑5-500微米，集束后的纖維絲束外接圓直徑0.2-60毫米，纖維絲束1的長度為0.2-500毫米。絲束節(jié)2是由塑料、陶瓷、玻璃、橡膠或金屬制成的實(shí)心體或帶孔的多孔體，絲束節(jié)的外接圓直徑為0.3-80毫米。絲束節(jié)2起到了固定纖維絲束的作用，同時(shí)，利用絲束節(jié)2與纖維絲束1的比重差，過濾時(shí)，絲束節(jié)2可以起到對濾床纖維絲的壓實(shí)作用，反洗時(shí)在水流或氣流的作用下，絲束節(jié)2可以提供較強(qiáng)的機(jī)械作用力。
圖2所示為絲束節(jié)兩端纖維束的長度不相等的過濾材料。
圖3所示為多股纖維絲束和一個(gè)絲束節(jié)構(gòu)成的濾料。
圖4所示為三個(gè)絲束節(jié)串聯(lián)，絲束節(jié)之間由兩束纖維相聯(lián)的過濾材料。
圖5所示為纖維束在纖維節(jié)上的固定方式呈平面交叉的過濾材料。
圖6所示為纖維束在纖維節(jié)上的固定方式呈立體交叉的過濾材料。
下面以濾池向下流過濾方法為例說明本發(fā)明濾料的過濾和反沖洗運(yùn)行情況。
本發(fā)明的過濾材料用于過濾時(shí)的情況如圖7a所示。被過濾液從進(jìn)水管3流進(jìn)濾池4，經(jīng)由濾料組成的濾床5過濾后，從出水管8排出，濾床5由承托層6擋住，以免濾料進(jìn)入出水中流失。過濾時(shí)濾料被擠壓在濾池的下部，由于絲束節(jié)密度較大，對濾床有一定的壓實(shí)作用，整個(gè)濾床的空隙率由上至下逐漸減小，從而提高了濾床中濾料的利用率，增加了濾床的納污量。
本發(fā)明的過濾材料濾床反沖洗時(shí)的情況如圖7b所示。采用空氣—水聯(lián)合反沖洗時(shí)，反沖洗水從反沖洗進(jìn)水管7進(jìn)入濾池，空氣由空氣管9進(jìn)入濾池，反沖洗排水由排水口10排出。在反沖水流或氣泡的作用下，濾床膨脹，濾料上浮，纖維絲束在水中呈松散狀態(tài)，由于絲束節(jié)和纖維絲束的比重差較大，在反沖洗水流和空氣氣泡的作用下造成纖維絲的甩動作用，水流與纖維絲間的剪切作用，氣泡與纖維絲間的作用，濾料的自旋作用，上述幾種作用的結(jié)果使纖維絲上附著的顆粒物迅速脫落，從而達(dá)到濾料清洗徹底的目的。
與以往的過濾材料相比，本發(fā)明的過濾材料用于過濾工藝有其特有的優(yōu)點(diǎn)。以向下流過濾方法為例，過濾時(shí)濾床的密實(shí)度由上至下逐漸增大，相應(yīng)地，濾床空隙率由上至下逐漸變小，因此，濾床截污量大，濾床下部由于濾床密實(shí)而截污精度高，使得濾床截污能力和截污精度大幅度提高，同時(shí)，濾床空隙率由上至下逐漸變小也使得濾床水頭損失小，有利于高速過濾。反沖洗時(shí)，特別是氣流反沖洗時(shí)，由底部上升的氣泡逐漸增大，在濾池上部氣泡的作用力大于濾池底部的小氣泡，由于濾床上部濾料截污量大，與濾池上部較大的機(jī)械作用力相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對于較臟的濾料，相應(yīng)的清洗強(qiáng)度也大，這是本發(fā)明的濾料獨(dú)有的特點(diǎn)，其結(jié)果是節(jié)省反沖洗的動力消耗和反沖洗的用水量。
本發(fā)明的過濾材料的另一個(gè)突出特點(diǎn)是濾床中纖維所占的體積比較大，因而濾床容積利用率高，更加有效地利用了濾池容積。
上述特點(diǎn)將在實(shí)例中進(jìn)一步闡明。
實(shí)施例1由單絲直徑40微米的滌綸低彈絲構(gòu)成的兩股纖維絲束，絲束節(jié)兩側(cè)的纖維絲束長度分別為20和60毫米，纖維絲束直徑1毫米，絲束節(jié)由添加陶瓷粉末的塑料制成，絲束節(jié)外接圓直徑為2毫米。濾料放入濾池中形成過濾床。濾池直徑1.5米，濾床高600毫米，濾池高4.4米，運(yùn)行結(jié)果見下表。該表同時(shí)給出了石英砂顆粒濾料和市售球狀纖維濾料的運(yùn)行結(jié)果。

實(shí)施例2單絲直徑60-100微米的錦綸長絲構(gòu)成的六股纖維絲束，每股絲束的外接圓直徑2毫米。絲束節(jié)由一個(gè)橢球形多孔陶瓷制成，橢球外接圓直徑4.2毫米，6股纖維絲束以絲束節(jié)為中心向6個(gè)方向散開，絲束長度分別為2、2.5、30、35、40、60毫米，構(gòu)成立體構(gòu)型的濾料。濾池尺寸和濾床高度同實(shí)施例1，運(yùn)行結(jié)果如下濾速(米/小時(shí)) 40-50進(jìn)水ss(mg/l)20-40出水ss(mg/l) 1-5反沖洗耗水量(％) 1.0-1.5剩余積泥率(％)0.5濾床容積利用率(％) 88-92實(shí)施例3由單絲直徑60-100微米的滌綸纖維絲構(gòu)成的絲束，絲束節(jié)為邊長1.5毫米的橡膠制成的立方體構(gòu)成，濾料由5個(gè)絲束節(jié)串聯(lián)組成，絲束節(jié)與絲束節(jié)間的纖維絲束長度為20-40毫米。濾池尺寸和濾床高度同實(shí)施實(shí)例1，運(yùn)行結(jié)果如下濾速(米/小時(shí)) 30-40進(jìn)水ss(mg/l) 15-30出水ss(mg/l)1-3反沖洗耗水量(％)1.5-2.0剩余積泥率(％) 2-5濾床容積利用率(％)85-90
權(quán)利要求
1.一種由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料，其特在于該過濾材料由絲束節(jié)和纖維絲束組成，纖維絲束固定在絲束節(jié)中，纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征在于其中所述的絲束節(jié)為長條形，長條形上固定有多束纖維絲束，多束纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。
3.如權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征在于所述的絲束節(jié)有二個(gè)或二個(gè)以上，絲束節(jié)相互串聯(lián)，中間由多束絲束相聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征在于所述的纖維絲束在絲束節(jié)上的固定方式為平面交叉或空間立體交叉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由纖維絲束和絲束節(jié)構(gòu)成的過濾材料,由絲束節(jié)和纖維絲束組成,纖維絲束固定在絲束節(jié)中,纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。本發(fā)明提出的過濾材料,還可以由多種不同的結(jié)構(gòu)形式,如:絲束節(jié)為長條形,長條形上固定有多束纖維絲束,多束纖維絲束在絲束節(jié)兩邊的長度相等或不等。過濾材料既具有纖維材料比表面積大,過濾精度高,濾床納污量大的特點(diǎn),又具有顆粒濾料反沖洗洗凈度高的特點(diǎn)。
文檔編號B01D39/02GK1273872SQ00107758
公開日2000年11月22日 申請日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者李振瑜 申請人:清華大學(xué)