專利名稱：一種過(guò)濾器加氣沖洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理濾料清洗方法，特別是終端過(guò)濾裝置重型濾料和高度堆積 濾料的清洗。
背景技術(shù)：
濾料是水處理中重要的過(guò)濾介質(zhì)，起到濾出有害物、調(diào)節(jié)水的軟硬度等作用。由 于在過(guò)濾裝置工作一段時(shí)間后，濾料顆粒及其內(nèi)部孔隙，被沉淀物、吸附物、化學(xué)電化學(xué)反 應(yīng)物、有機(jī)體尸體所覆蓋和堵塞，導(dǎo)致濾料逐漸失去水處理效能，必須對(duì)濾料進(jìn)行沖洗和再 生，以保證水處理裝置持久穩(wěn)定的出水能力和出水品質(zhì)。由于常規(guī)沖洗流量一般在最大工作流量的2倍以下，這種沖洗方式只能適應(yīng)活性 炭、樹(shù)脂等輕型濾料的清洗再生要求。對(duì)全罐徑布放的石英砂、礦物濾料、金屬濾料，滿足不 了沖洗流速要求，難以實(shí)現(xiàn)有效清洗、再生；對(duì)比重較不是很大但堆積高度較高的濾料，也 存在流化困難，清洗效果差等問(wèn)題。必須采用強(qiáng)化清洗方法。在水廠等大型水處理中，由于操作環(huán)境允許，現(xiàn)有技術(shù)采用高速水流沖洗、攪拌清 洗、移出池外清洗、高速氣流清洗等辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)各種濾料的有效清洗。家用、商用、小型工業(yè)終端水處理，往往在一個(gè)密封的小型罐體內(nèi)完成，占地空間 很小，需要安靜工作，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、長(zhǎng)期免維護(hù)自動(dòng)運(yùn)行。難以采用攪拌清洗、移出池外 清洗等方法；受裝置的耐壓性、供水管路能夠達(dá)到的水流量，以及需大流量加壓泵等因素制 約，采用加大水流量的辦法也難以實(shí)施。現(xiàn)有技術(shù)中，引入空氣作為清洗介質(zhì)，主要是利用大流量高壓空氣進(jìn)入過(guò)濾器后 膨脹形成的高速、高能氣流的沖擊力。中國(guó)專利200620052435. 1是在濾床內(nèi)沿過(guò)濾罐 體內(nèi)壁均布一組可獨(dú)立運(yùn)行的強(qiáng)力噴嘴，通過(guò)設(shè)置在罐體外的配流環(huán)連接空壓機(jī)。專利 200420032466. 1是在整個(gè)濾料層及其上部、下部空間范圍內(nèi)設(shè)置帶有各種角度噴嘴的左旋 及右旋旋轉(zhuǎn)壓力氣管、帶有一系列噴嘴的直向壓力氣管、配套的壓力水管、擦洗水管、排氣 管等等復(fù)雜的壓力水氣管路系統(tǒng)。兩專利基本方法均是采用高速氣流的直接沖擊、濾料的 翻滾碰撞，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾料的清洗。200420032466. 1公布了其進(jìn)入噴嘴前的氣壓0. 1-1MP，即 1-10個(gè)大氣壓；其進(jìn)氣量是進(jìn)水量的2. 5-10倍(原文5 10 1 2)。該方法的清洗效果是可以實(shí)現(xiàn)的，但是在實(shí)際應(yīng)用到終端水處理系統(tǒng)中存在以下 問(wèn)題1、噴嘴的設(shè)置大大增加了過(guò)濾器的復(fù)雜性；2、要求氣流壓力高，對(duì)裝置的耐壓性能要求高，容易導(dǎo)致部件過(guò)壓損壞、密封泄 漏，一旦排污系統(tǒng)受阻，還有可能發(fā)生水處理容器爆裂危險(xiǎn)；3、要求進(jìn)氣量大，需要配置較大功率和體積的氣泵；4、容易導(dǎo)致濾料破碎。5、不僅造價(jià)大幅上升，還要占用較大空間，產(chǎn)生較大工作噪聲。因此，在家用和商用水處理系統(tǒng)中難以實(shí)施。
3
導(dǎo)致這些問(wèn)題的原因是其實(shí)現(xiàn)方法及所利用的機(jī)制存在缺陷，主要在于只著眼于 顯而易見(jiàn)的高壓氣流產(chǎn)生的宏觀、有序作用，沒(méi)想到或忽視了氣、水、固體濾料顆粒三相物 質(zhì)之間的微觀、無(wú)序運(yùn)動(dòng)及其相互作用機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)向有技術(shù)在濾料清洗方面存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)氣、水、濾料顆粒三相物質(zhì)之間 的微觀、無(wú)序運(yùn)動(dòng)及其相互作用機(jī)制和過(guò)程的研究，本發(fā)明提出了不依賴于宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能， 充分利用氣、水、濾料顆粒三相物質(zhì)之間的微觀、無(wú)序運(yùn)動(dòng)和相互作用機(jī)制的一種安全、小 型化、低噪音、低造價(jià)的加氣清洗方法。特別適合于重型濾料、濾床較高的非重型濾料以及 易碎濾料的清洗。對(duì)氣源壓力、流量要求低，可制成小體積、低噪聲、免維護(hù)、安全、可靠、低 造價(jià)、低消耗的終端水保護(hù)理裝置。不同于直接利用氣源產(chǎn)生的高速氣流沖擊濾料的辦法，本發(fā)明提出的清洗方法是 利用以下微觀機(jī)制1、在沖洗過(guò)程中，氣泡在浮力作用下向上加速運(yùn)動(dòng)，濾料顆粒對(duì)氣泡分割，水流對(duì) 氣泡撕扯，大氣泡不斷破裂，小氣泡不斷積聚成大氣泡；2、氣泡在上升的同時(shí)，形態(tài)不斷變化，氣、水在空間上的快速替換產(chǎn)生沖擊力，并 導(dǎo)致濾料顆粒表面的水流速度和方向快速變化；3、在氣泡的表面張力、水和濾料的擠壓、濾料顆粒棱角的刺扎共同作用下，氣泡爆 裂形成沖擊和破擦力；4、氣泡破裂時(shí)，水快速補(bǔ)位，導(dǎo)致濾料顆粒周邊水流速更加迅速地變化，并形成強(qiáng) 烈的渦流；5、氣、水換位及氣泡破裂時(shí)，導(dǎo)致濾料顆粒間相互沖撞；6、上述各項(xiàng)機(jī)制使濾料周圍的流動(dòng)為喘流，層流邊界層被破壞，大大增加了沖洗 效果。沖擊力來(lái)自于變化，來(lái)自于加速度，類似于空化效應(yīng)(當(dāng)然強(qiáng)度遠(yuǎn)小于空化效 應(yīng))，盡管這些機(jī)制很微觀，絕對(duì)量上很小，但其作用的區(qū)域也很小，相對(duì)強(qiáng)度是巨大的。在 這些多重作用下，足以使濾料吸附物、表面附著物脫落，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾料的高效清洗。本發(fā)明的技術(shù)方案是在濾床的底部或位于濾床下方的集水室(在逆流過(guò)濾時(shí)是布水室)，設(shè)置布?xì)庋b 置，該裝置通過(guò)管路與氣源連通；進(jìn)氣管路上設(shè)置進(jìn)氣開(kāi)關(guān)閥、單向閥，控制進(jìn)氣并防止水倒流進(jìn)氣管；布?xì)庋b置的作用是使進(jìn)入水處理裝置的空氣在濾床的底部均勻分布，并通過(guò)擾動(dòng) 裝置，防止溝流和管流的形成；為匹配氣源的壓力流量特性，減少進(jìn)氣阻力，宜在布?xì)庋b置的出水口處設(shè)置射流 機(jī)構(gòu)，以便小型氣源獲得最大進(jìn)氣流量，并保證氣壓較低的情況下正常進(jìn)氣；在沖洗時(shí)打開(kāi)進(jìn)氣管路，引入空氣，實(shí)現(xiàn)氣液共洗。本方法不要求進(jìn)氣壓力，只要能夠使空氣進(jìn)入罐底，并達(dá)到一定的進(jìn)氣量即可，進(jìn) 氣壓力范圍為進(jìn)水壓力的0. 5-2倍，并小于水處理裝置最高耐壓，一般小于0. IMP。本方法不要求大的進(jìn)氣量，具體范圍為沖洗水流量的0. 5-2. 5倍，過(guò)高的進(jìn)氣量
4會(huì)形成大的管流，導(dǎo)致短路，使氣體直接從該通道泄漏，直接排出，失去作用。本方法適合于被沖洗物為比重較大的重型顆粒濾料，如石英砂、礦物濾料、金屬濾 料，或堆積厚度較大的非重型濾料；適合于易碎濾料。


圖1、本發(fā)明實(shí)例示意2、實(shí)例采用水力旋轉(zhuǎn)布水器時(shí)的局部示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的是一種濾料清洗技術(shù)原理和方法，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方法，可設(shè)計(jì) 出各種實(shí)施方案，這里給出的實(shí)施方式是示意性的較佳方案，旨在便于理解本發(fā)明，不是本 發(fā)明的全部實(shí)施方式，不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖1給出了順流過(guò)濾、逆向加氣沖洗實(shí)施本專利清洗技術(shù)的水處理器示意圖，5為 容器罐體，罐體分割為下部的集水室11、中部的濾床(濾料室)8、上部的原水室6，其中集水 室集工作狀態(tài)下的集水、逆洗狀態(tài)下的布水、布?xì)夤δ転橐惑w；集水室11與濾床8通過(guò)承重 托架10、篩網(wǎng)9分隔；進(jìn)水管7與布水器12相連；進(jìn)氣管3套裝在進(jìn)水管7內(nèi)，下部與套裝 在布水器內(nèi)的布?xì)馄?4相連，上部通過(guò)進(jìn)氣閥2與氣源1相連；布?xì)馄髦Ч転樽儚叫螤?，?氣口 15開(kāi)在最大徑處，以便產(chǎn)生射流作用。工作和正洗時(shí)，進(jìn)氣閥2處于關(guān)閉狀態(tài)。逆洗時(shí)，打開(kāi)進(jìn)氣閥2，逆洗水流從進(jìn)水管7進(jìn)入布水器12，從布水帽13進(jìn)入集水 室11 ；空氣從氣源通過(guò)氣閥2，沿進(jìn)氣管3進(jìn)入布?xì)馄?4，在氣源壓力和布?xì)馄髯儚街Ч芘c 布水器管腔間形成的射流結(jié)構(gòu)的共同作用下，從出氣孔15射出，與沖洗水一同經(jīng)布水帽13 進(jìn)入集水室11 ；水汽在集水室11回合后，向上通過(guò)濾床8，在壓力差和空氣浮力的共同作用 下，水和氣相互裹挾，氣泡爆裂、聚合，水汽快速換位，水流快速變化，在濾料顆粒相互串動(dòng) 碰撞和水氣沖刷綜合作用下，完成對(duì)濾料的清洗；水氣帶著污濁物從排水口 4經(jīng)排污管排 出水處理器。如果為下布水逆流工作，只須要把圖1中的原水室6變?yōu)楣δ茏優(yōu)閮羲?，集水?11變?yōu)榧妓?、布?xì)夤δ転橐惑w的布水室，清洗過(guò)程完全相同。示意圖1中，布水器采用了分支管結(jié)構(gòu)，以便布?xì)狻⒉妓鶆?，在水處理容器直?比較小的情況下，可采用普通單頭布水器，相應(yīng)的布?xì)馄饕矠閱晤^，布水器與布?xì)馄髦g仍 以形成射流機(jī)制為宜。為防止水氣在濾床內(nèi)形成溝流或管流，應(yīng)對(duì)在進(jìn)入濾床前對(duì)水氣流施以擾動(dòng)，可 以采用以下三種方式1、在濾床承重托架下側(cè)構(gòu)造適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)，破壞水氣匯集和集中管路的形成。2、在濾床承重托架10和布水器12之間，加裝擾流裝置，如水力葉輪。3、對(duì)布水器的連接方式進(jìn)行改造，使之水力旋轉(zhuǎn)。圖2給出了使布水器水力旋轉(zhuǎn)的連接結(jié)構(gòu)和布水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中布水器與中心進(jìn) 水管、罐底，布?xì)馄髋c中心進(jìn)氣管，通過(guò)軸、套結(jié)構(gòu)成為可旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；軸、套對(duì)分別為進(jìn)氣管 3a與布?xì)夤芙宇^16，進(jìn)水管7a與布水器接頭17，罐底半軸19與布水器底部套筒18 ；布水帽13a出水口周向布置。這樣在沖洗時(shí)，在水力作用下，布水器自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，形成有效擾動(dòng)。在 軸套的設(shè)計(jì)是要考慮適當(dāng)?shù)乃删o度，以便控制旋轉(zhuǎn)速度；宜應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)拿芊猓灰笸?全密封。
權(quán)利要求
一種過(guò)濾裝置濾料的氣水共洗方法，通過(guò)在反沖洗時(shí)向過(guò)濾器底部導(dǎo)入空氣，在水流及氣泡宏觀有序向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，濾料顆粒、氣、水相互作用，導(dǎo)致一系列快速、無(wú)序的微觀運(yùn)動(dòng)變換和強(qiáng)烈能量交換，由多種微觀作用機(jī)制完成對(duì)重型濾料的高效清洗，其特征是a、氣源壓力能夠克服進(jìn)氣口部位罐內(nèi)水壓即可，在采用方?jīng)_洗水射流結(jié)構(gòu)進(jìn)氣的情況下，氣源壓力可低至沖洗水壓的0.5倍以下，氣源壓力一般控制在進(jìn)水壓力的0.5-2.5倍之間，且不超過(guò)裝置允許壓力；b、空氣流量只要達(dá)到反沖洗水流量的0.5倍以上即可產(chǎn)生效果，一般在沖洗水流量的0.5-2.5倍之間；c、在濾床下均勻布?xì)猓諝饫酶×ι仙?，不利用氣流?dòng)能，不要求氣體對(duì)濾料形成直接壓力和速度沖擊。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于布?xì)夤芘c布水器套裝，布?xì)夤苣┒瞬捎昧骶€型 變徑結(jié)構(gòu)，在最大徑處開(kāi)出氣孔，與套裝在其外的布水器腔體形成射流結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于利用下述方法，使氣流受到不斷的擾動(dòng)，以防 止管流或溝流的形成在布?xì)馄髦衔恢迷O(shè)置擾流壓板；或在濾床承托板下側(cè)面構(gòu)造擾流 結(jié)構(gòu)；或在其與布水器之間設(shè)置可繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的水力葉輪；或?qū)⒉妓髋c進(jìn)水管軸套連 接，布?xì)馄髋c進(jìn)氣管軸套連接，使布水器偕同布?xì)馄魉πD(zhuǎn)。
4.采用權(quán)利要求1所述方法的水處理裝置，其特征在于在濾床的底部或位于濾床下 方的集(布)水室，設(shè)置布?xì)庋b置，該裝置通過(guò)管路與氣源連通，進(jìn)氣管路上設(shè)置進(jìn)氣開(kāi)關(guān) 閥、單向閥，氣源可為氣泵或壓縮氣瓶。
5.如權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于進(jìn)氣管與中心水管套裝，布?xì)馄髋c布 水器套裝并形成射流結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于進(jìn)氣管與進(jìn)水管分別布設(shè)，布?xì)馄髋c 布水器套裝并形成射流結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于在濾床承重托架下側(cè)面，構(gòu)造擾流結(jié) 構(gòu)形狀或結(jié)構(gòu)物。
8.如權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于在濾床承重托架和布水器之間，加裝 繞垂向軸轉(zhuǎn)動(dòng)的水力葉輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于布水器與進(jìn)水管、進(jìn)氣管與布?xì)馄?均通過(guò)軸套連接，各布水帽同向(順時(shí)針或逆時(shí)針)周向布置，或在布水支管上設(shè)置周向噴 水(噴氣)孔，在沖洗時(shí)布水器偕同布?xì)馄魉πD(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水處理裝置，其特征在于采用微型氣泵等小型、低壓、低噪 聲氣源。
全文摘要
一種過(guò)濾器加氣沖洗方法。本發(fā)明不依賴于氣流的直接沖擊，只需在過(guò)濾器的底部均勻布?xì)?。其原理是在進(jìn)行逆洗時(shí)，氣泡和水向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在濾料顆粒分割與水流的撕扯下，氣泡不斷破裂、聚合，濾料顆粒周圍水氣兩相介質(zhì)快速變換，形成高速湍流，氣泡爆裂形成的沖擊，濾料顆粒間相互沖撞，多種機(jī)制使濾料表面吸附的雜質(zhì)脫落，實(shí)現(xiàn)對(duì)重型濾料的徹底沖洗。對(duì)進(jìn)氣壓力和流量要求低，氣源壓力為沖洗水壓0.5-2倍，空氣流量為沖洗水流量0.5-2.5倍。微小型氣泵即可滿足需要，可與凈水機(jī)本體集成，工作噪音小，運(yùn)行安全，制造和運(yùn)行成本低。解決了在工作環(huán)境限制下過(guò)濾器中重型濾料的沖洗問(wèn)題，特別適合民用、家用凈水系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B01D24/46GK101869783SQ200910135620
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者朱鳳翔 申請(qǐng)人:朱鳳翔