專利名稱：一種水處理用的纖維濾料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理用的過濾材料，用于分離水中各種懸浮雜質(zhì)，特別是用于分離水中油類或脂類等懸浮雜質(zhì)，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
水的過濾是靠填充在過濾器中各種形狀的過濾材料實現(xiàn)的。過濾器中填充濾料形成濾床，過濾時，水中雜質(zhì)被濾床截留，水流則穿過濾床中濾料構(gòu)成的空隙得到澄清。含有油脂和其他懸浮雜質(zhì)廢水的過濾對形成濾床的濾料有如下要求①濾料比表面積大，因而截污能力強(qiáng)；②濾料表面具有親水性，從而在反洗時易于將附著在濾料上的油脂洗掉排出；③濾料的形狀應(yīng)使得填充成濾床后保持空隙通道，避免過濾水流阻塞；④濾料應(yīng)具有較大比重，以免濾料與附著在其表面上的油脂一同上浮造成濾床破壞。
以往的過濾材料不能同時滿足上述四個要求，分述如下。
傳統(tǒng)過濾工藝中采用的過濾材料有石英砂、無煙煤、磁鐵礦砂等顆粒濾料，當(dāng)過濾含有油脂的原水時，濾料表面易被油、脂與其它懸浮物的混和物所包覆，濾床很快失去過濾能力。由于核桃殼表面具有更強(qiáng)的親水疏油性能，作為過濾材料也用于含油脂水的過濾，其缺點是過濾后水中懸浮物含量較高，而且使用過程中核桃殼磨損情況嚴(yán)重，需要較頻繁地補(bǔ)充濾料。
傳統(tǒng)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，目的在于利用纖維材料比表面積大，濾床空隙率可調(diào)節(jié)的特點。日本特開昭56-152709采用短纖維絲亂堆的方法形成濾床，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，同時纖維絲之間相互纏繞，所以清洗效果差，并且反沖洗時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。日本特開昭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。上述球形濾料由于靠近濾料球中心處纖維密實度大，所以反沖洗時很難清洗徹底，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度不均勻，濾料球與球之間的空隙大，造成過濾時水流不均勻，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。
中國實用新型ZL98249298.7提出了一種由彗核和彗尾絲束組成的彗星式纖維濾料，該過濾材料克服了球狀纖維濾料濾床纖維密實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。但其形成的濾床，空隙保持力差，在水流作用下濾床易壓實，造成空隙堵塞而無法過濾，特別是當(dāng)水中有油脂時，堵塞更加嚴(yán)重。
日本特開平8-182929采用粉末狀吸油樹脂與親水性纖維共熱制成過濾纖維塊，特點是對含油脂水的過濾性能好，但油脂及其他懸浮物鑲嵌在纖維塊濾料上后，難以清洗干凈。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種水處理用的纖維濾料，包括絲束節(jié)和固定在絲束節(jié)中的尾絲絲束，其特征在于該纖維濾料還包括固定在絲束節(jié)中的絲束圈。
本發(fā)明中所述的絲束圈采用一個或兩個，其絲束圈的拉直長度為5～60mm。
所述的尾絲絲束、絲束圈采用植物纖維、親水性合成纖維或親水性人造纖維中的一種或兩種以上纖維絲單絲集束而成。所述的植物纖維優(yōu)選苧麻纖維或亞麻纖維；所述的親水性合成纖維優(yōu)選用丙稀酰胺改性的聚酯纖維；所述的親水性人造纖維優(yōu)選采用粘膠纖維。
本發(fā)明所述的絲束節(jié)是由塑料、陶瓷、橡膠或金屬制成的實心體或帶孔的多孔體，形狀為柱體、球體或橢球體。
本發(fā)明采用親水性纖維絲束使得濾料在截留水中油、脂和其它懸浮物后，在反沖洗時容易使其上附著的污物脫落而清洗干凈。絲束圈可增加濾料形成濾床后的彈性并保持濾床的水流空隙通道，避免濾床堵塞。尾絲絲束的作用是提高濾料的比表面積，進(jìn)而提高濾床納污量。絲束節(jié)的作用是固定絲束圈和尾絲絲束，同時通過改變絲束節(jié)的制作材料可增加濾料比重，避免濾料附著油脂后上浮而使濾床破壞。
本發(fā)明的過濾材料用于水的過濾可實現(xiàn)如下技術(shù)效果親水性纖維材料為濾床提供了較大的比表面積，增大了吸附能力和納污量；纖維的親水性使濾料在反沖洗后容易再生；由絲束圈、尾絲絲和絲束節(jié)構(gòu)成的特定形狀可增加濾床彈性并使濾床在過濾水流壓力下保持空隙通道；濾床彈性增大，使濾床在反洗時容易膨松，濾料在反洗水流作用下易于分散，清洗方便；用絲束節(jié)固定纖維絲束，增加了濾料的強(qiáng)度，防止纖維在反沖洗過程中脫落；調(diào)節(jié)絲束節(jié)的比重，增大其與纖維絲束的比重差，有利于增大反沖洗時濾料所受到的剪切力，提高反沖洗效率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該濾料具有比表面積大、濾床彈性好、濾料強(qiáng)度大、固液分離效率高、納污量大、反沖洗效果好和反沖洗耗水量低以及使用壽命長等優(yōu)點，用于水中各種懸浮雜質(zhì)的分離，特別適用含有油類或脂類的懸浮雜質(zhì)的分離。


圖1是本發(fā)明的由尾絲、絲束節(jié)和一個絲束圈構(gòu)成的濾料的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的由尾絲、絲束節(jié)和兩個絲束圈構(gòu)成的濾料的結(jié)構(gòu)圖。
圖3a、3b是本發(fā)明的過濾材料分別用于過濾和濾床反沖洗時的運(yùn)行示意圖。
圖1和圖2為本發(fā)明提供的纖維濾料的結(jié)構(gòu)示意圖。該濾料由絲束圈1、尾絲絲束3和用于固定絲束圈和尾絲絲束的絲束節(jié)2構(gòu)成。絲束圈1和尾絲絲束3可采用植物纖維、親水性合成纖維或親水性人造纖維，纖維可使用直纖維，也可使用卷曲纖維或變形纖維。纖維單絲直徑5-500微米，集束后的纖維絲束外接圓直徑1～5毫米。絲束圈可采用一個或兩個，絲束圈的拉直長度為5-60毫米，尾絲長度為10～150毫米。絲束節(jié)是由塑料、陶瓷、橡膠或金屬制成的實心體或帶孔的多孔體，形狀可為柱體、球體或橢球體，絲束節(jié)的外接圓直徑為2～10毫米。
下面以過濾器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(如圖3a或3b所示)。
如圖3a所示，被過濾液從進(jìn)水管9流進(jìn)過濾器7，經(jīng)由濾料組成的濾床6過濾后，從出水管4排出，濾床6由帶網(wǎng)眼的下隔板5擋住，以免濾料進(jìn)入出水中流失。帶網(wǎng)眼的上隔板8可防止反洗時濾料逃逸出過濾器。
本發(fā)明的濾料在濾床反沖洗時的情況如圖3b所示。采用空氣—水聯(lián)合反沖洗時，反沖洗水從反沖洗進(jìn)水管12進(jìn)入過濾器，空氣由空氣管11進(jìn)入過濾器，反沖洗排水由排水口10排出。
過濾時，濾料在水流作用下在過濾器的下隔板5上形成濾床，由于絲束節(jié)2密度較大，對濾床有一定的壓實作用，整個濾床的空隙率由上至下逐漸減小，從而提高了濾床中的濾料比表面積的利用率，增加了濾床的納污量。絲束圈1的存在使得濾床在壓實狀態(tài)下仍可保持水流通道。該濾料利用絲束節(jié)2與纖維絲束的比重差，在過濾時起到了對濾料絲束圈1和尾絲絲束3的壓密作用，使得由本發(fā)明的濾料構(gòu)成的濾床的空隙均勻性得到提高，從而提高了濾床的納污能力和過濾出水水質(zhì)。絲束圈1有利于保持濾床空隙，防止濾料在油脂等污物的包覆作用下板結(jié)。
反洗時，在反沖水流或氣泡的作用下，使得濾床膨脹，絲束圈1增大了濾床彈性，濾料上浮，纖維絲束在水中呈松散狀態(tài)，由于絲束節(jié)2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束圈1和尾絲絲束3的甩動作用、水流與纖維絲間的剪切作用、氣泡與纖維絲間的沖擊作用和濾料的自旋作用；同時，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)果使附著在濾料上的污物很容易脫落，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。
使用本發(fā)明的濾料，濾床空隙率由上至下逐漸變小使得濾床水頭損失小，有利于高速過濾。反沖洗時，特別是氣流反沖洗時，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，由于濾床上部截污量大，與濾池上部受到較大的機(jī)械作用力相適應(yīng)，實現(xiàn)了對于較臟的濾料，清洗強(qiáng)度也大，其結(jié)果使反沖洗耗水率減少。
上述特點將在實施例中進(jìn)一步闡明。
實施例1單絲絲徑15微米的苧麻植物纖維集束后構(gòu)成一個絲束圈和尾絲絲束的過濾材料，絲束圈拉直長度為5毫米，尾絲絲束長20毫米，多根苧麻纖維構(gòu)成絲束，集束后絲束的外接圓直徑1.5毫米。絲束圈和尾絲用熱壓法固定于絲束節(jié)中，絲束節(jié)由添加陶瓷粉末的塑料制成球形，絲束節(jié)外接圓直徑2.5毫米。
過濾器直徑1.5米，高4.4米。過濾器中填充上述濾料形成濾床，濾床高1.0米。采用下向流運(yùn)行方式進(jìn)行過濾，采用氣—水聯(lián)合方式進(jìn)行濾床反沖洗，運(yùn)行結(jié)果見下表。該表同時給出了石英砂顆粒濾料、市售球狀纖維濾料和核桃殼濾料的運(yùn)行結(jié)果。

實施例2單絲絲徑10微米的粘膠纖維與單絲絲徑15微米的苧麻纖維各50％混合集束構(gòu)成兩個絲束圈和尾絲的過濾材料，絲束圈拉直長度為40毫米，尾絲絲束長120毫米，多根纖維集束后絲束的外接圓直徑2毫米。絲束圈和尾絲用模壓法固定于絲束節(jié)中，絲束節(jié)由橢球形多孔陶瓷微波低溫?zé)Y(jié)制成，絲束節(jié)外接圓直徑5毫米。
過濾器尺寸，濾料填充高度，以及運(yùn)行操作條件同實施例1，運(yùn)行結(jié)果如下。
濾速 32 (m/h)進(jìn)水ss 25-28(mg/l)出水ss 3-4 (mg/l)進(jìn)水油脂 15-48(mg/l)出水油脂 2-4 (mg/l)反沖洗耗水率 1.2 (％)實施例3單絲絲徑27微米的丙稀酰胺接枝改性的滌綸卷曲纖維構(gòu)成一個絲束圈和尾絲的過濾材料，絲束圈拉直長度為60毫米，尾絲長150毫米，多根親水化改性后的滌綸纖維(聚酯纖維)集束后絲束的外接圓直徑3毫米，絲束圈和尾絲用壓注法固定于絲束節(jié)中，絲束節(jié)由添加金屬粉末的橡膠制成球形，絲束節(jié)外接圓直徑10毫米。
過濾器尺寸，濾料填充高度，以及運(yùn)行操作條件同實施例1，運(yùn)行結(jié)果如下。
濾速 28-30(m/h)進(jìn)水ss15-30(mg/l)出水ss3-5 (mg/l)進(jìn)水油脂 80-120 (mg/l)出水油脂 5-12 (mg/l)反沖洗耗水率 1.5 (％)
權(quán)利要求
1.一種水處理用的纖維濾料，含有絲束節(jié)和固定在絲束節(jié)中的尾絲絲束，其特征在于該纖維濾料還含有固定在絲束節(jié)中的絲束圈。
2.按照權(quán)利要求1所述的纖維濾料，其特征在于所述的絲束圈為一個或兩個，其絲束圈的拉直長度為5～60m。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的纖維濾料，其特征在于所述的尾絲絲束、絲束圈采用植物纖維、親水性合成纖維或親水性人造纖維中的一種或兩種以上纖維單絲集束而成。
4.按照權(quán)利要求3所述的纖維濾料，其特征在于所述的植物纖維采用苧麻纖維或亞麻纖維；所述的親水性合成纖維采用丙稀酰胺改性聚酯纖維；所述的親水性人造纖維采用粘膠纖維。
5.按照權(quán)利要求1所述的纖維濾料，其特征在于所述的絲束節(jié)是由塑料、陶瓷、橡膠或金屬制成的實心體或帶孔的多孔體，其形狀為柱體、球體或橢球體，絲束節(jié)的外接圓直接為2～10毫米。
全文摘要
一種水處理用的纖維濾料，涉及一種用于分離水中油類或脂類等懸浮雜質(zhì)的過濾材料。該濾料由絲束節(jié)和固定在其中的絲束圈和尾絲絲束構(gòu)成，絲束圈和尾絲絲束由植物纖維、親水性合成纖維或親水性人造纖維中的一種或兩種以上的單絲纖維集束而成。絲束節(jié)是由塑料、陶瓷、橡膠或金屬制成的實心體或帶孔的多孔體。本發(fā)明具有比表面積大、濾床彈性好、濾料強(qiáng)度大等優(yōu)點，用于水中各種懸浮雜質(zhì)的分離，特別適用含有油類或脂類的懸浮雜質(zhì)的分離。本發(fā)明具有使用壽命長、固液分離效率高、納污量大、反沖洗效果好和反沖洗耗水量低的優(yōu)點。
文檔編號B01D39/04GK1432423SQ0310477
公開日2003年7月30日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者李振瑜, 劉沫 申請人:清華大學(xué)