专利名称：一种由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料，用于含有固体颗粒的液体的固液分离过程，特别是在水过滤工艺中用于截留和分离水中的悬浮颗粒，属水处理技术领域。
在饮用水净化、污水处理、海水淡化、制盐工业、水产品养殖、工业水循环等领域中，悬浮颗粒与水的分离是一个重要的工艺环节。传统的过滤工艺中采用的过滤材料为颗粒滤料，如石英砂、无烟煤、陶瓷小球等，这种滤料为颗粒形态，比表面积小，过滤精度低，滤床纳污量小，过滤速度低。
对颗粒滤料的改进使用了合成纤维滤料，目的在于利用纤维比表面积大，滤床空隙率可调节的特点。初期采用短纤维丝乱堆的方法形成滤床，如日本特开昭56-152709，这种滤料虽然能弥补传统颗粒滤料过滤精度低、滤床纳污量小、过滤速度低的缺陷，但是由于纤维与水的比重差小，同时纤维丝之间相互缠绕，所以清洗效果差，并且反冲洗时纤维滤料容易随反冲洗排水流失。
为避免短纤维单丝滤料的缺陷提出了各种纤维成型体滤料。日本特公平1-26726中采用液体中缠绕法制球形纤维滤料。特开昭63-93312中用卷缩纤维束中心结扎的方法制球形纤维滤料。中国实用新型85200039.1中提出了纤维丝束中心结扎法制造球形纤维滤料。上述球形滤料的共同特征是滤料由相同材料制成的对称结构，由于靠近滤料球中心处纤维密实度大，所以反冲洗时很难清洗彻底，反冲洗后滤床的剩余积泥量大，由此造成滤池容积利用率低。此外，由于球形滤料形成的滤床纤维密实度不均匀，滤料球与球之间的空隙大，造成过滤时水流不均匀，滤床对悬浮颗粒的截留效率降低，在高速过滤条件下出水水质变差。
中国实用新型98249298.7提出了一种由彗核和彗尾丝束组成的彗星式纤维过滤材料，该过滤材料克服了球状纤维滤料滤床纤维密实度不均匀和滤床反冲洗效果差的缺陷，具有固液分离效率高，反冲洗效果好的优点，但该滤料一端为实心的彗核，另一端为松散的纤维丝束，这种构型造成了每个彗核固定的纤维数量较少，相应地，对过滤不起作用的实心彗核在滤床中占较大容积，因而滤床的容积利用率小。
本发明的目的是提出一种由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料，针对以往过滤材料的缺陷，使过滤材料既具有纤维材料比表面积大，过滤精度高，滤床纳污量大的特点，又具有颗粒滤料反冲洗洗净度高的特点，同时，该滤料由两股或两股以上的纤维丝束构成，滤料中纤维占滤料的体积比例大，由该滤料形成的过滤床可充分发挥纤维的过滤作用，因此，滤床的容积利用率高，滤池体积小。
本发明提出的由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料，由丝束节和纤维丝束组成，纤维丝束固定在丝束节中，纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。
本发明提出的过滤材料，还可以由多种不同的结构形式；第一种结构形式，丝束节为长条形，长条形上固定有多束纤维丝束，多束纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。第二种结构形式，丝束节有二个或二个以上，丝束节相互串联，中间由多束丝束相联。第三种结构形式，纤维丝束在丝束节上的固定方式为平面交叉或空间立体交叉。
本发明的过滤材料是由两股或两股以上的纤维丝集束而成的丝束与由固体材料制成的丝束节组成的，丝束节起到了固定纤维丝束的作用，没有丝束节固定的纤维丝束呈松散状态。利用丝束节与纤维丝束的比重差，在过滤时起到了对滤料纤维丝束的压密作用，使得由本发明滤料构成的滤床空隙小，从而提高了滤床的截污能力和过滤出水水质，在反冲洗时，由于丝束节和纤维丝束的比重差较大，松散的纤维丝束随反冲洗气流或水流而摆动，产生了较强的甩曳力，同时，不同滤料的丝束节与纤维丝束相互碰撞，加剧了滤料在水中所受到的机械作用力，滤料的不规则形状使滤料在反冲洗水流或气流的作用下产生旋转，强化了反冲洗时滤料受到的机械作用力。上述几种力的共同作用结果使附着在纤维表面的悬浮颗粒很容易脱落，从而极大地提高了滤料的洗净度，也减少了反冲洗的耗水量。
图1是本发明设计的过滤材料的结构示意图。
图2到图6是本发明的实施例。
图7a和图7b是本发明的过滤材料用于过滤和滤床反冲洗时的运行示意图。
下面结合附图详细介绍本发明的内容，图1和图7中，1是纤维丝束，2是丝束节，3是进水管，4是滤池，5是滤床，6是承托层，7是进入管，8是出水管，9是空气管，10是排水口。
图1中，滤料由两股长度相同的纤维丝束1和丝束节2.构成；纤维丝束1由纤维丝集束而成，纤维丝可选择天然纤维、人造纤维、合成纤维或无机纤维，如棉纤维、玻璃纤维、涤纶、锦纶、腈纶等纤维丝。纤维丝束可用上述纤维中的一种，也可由上述纤维的两种或多种混合组成。纤维可使用直纤维，也可使用卷曲纤维、变形纤维、中空纤维或异形纤维等。纤维单丝直径5-500微米，集束后的纤维丝束外接圆直径0.2-60毫米，纤维丝束1的长度为0.2-500毫米。丝束节2是由塑料、陶瓷、玻璃、橡胶或金属制成的实心体或带孔的多孔体，丝束节的外接圆直径为0.3-80毫米。丝束节2起到了固定纤维丝束的作用，同时，利用丝束节2与纤维丝束1的比重差，过滤时，丝束节2可以起到对滤床纤维丝的压实作用，反洗时在水流或气流的作用下，丝束节2可以提供较强的机械作用力。
图2所示为丝束节两端纤维束的长度不相等的过滤材料。
图3所示为多股纤维丝束和一个丝束节构成的滤料。
图4所示为三个丝束节串联，丝束节之间由两束纤维相联的过滤材料。
图5所示为纤维束在纤维节上的固定方式呈平面交叉的过滤材料。
图6所示为纤维束在纤维节上的固定方式呈立体交叉的过滤材料。
下面以滤池向下流过滤方法为例说明本发明滤料的过滤和反冲洗运行情况。
本发明的过滤材料用于过滤时的情况如图7a所示。被过滤液从进水管3流进滤池4，经由滤料组成的滤床5过滤后，从出水管8排出，滤床5由承托层6挡住，以免滤料进入出水中流失。过滤时滤料被挤压在滤池的下部，由于丝束节密度较大，对滤床有一定的压实作用，整个滤床的空隙率由上至下逐渐减小，从而提高了滤床中滤料的利用率，增加了滤床的纳污量。
本发明的过滤材料滤床反冲洗时的情况如图7b所示。采用空气—水联合反冲洗时，反冲洗水从反冲洗进水管7进入滤池，空气由空气管9进入滤池，反冲洗排水由排水口10排出。在反冲水流或气泡的作用下，滤床膨胀，滤料上浮，纤维丝束在水中呈松散状态，由于丝束节和纤维丝束的比重差较大，在反冲洗水流和空气气泡的作用下造成纤维丝的甩动作用，水流与纤维丝间的剪切作用，气泡与纤维丝间的作用，滤料的自旋作用，上述几种作用的结果使纤维丝上附着的颗粒物迅速脱落，从而达到滤料清洗彻底的目的。
与以往的过滤材料相比，本发明的过滤材料用于过滤工艺有其特有的优点。以向下流过滤方法为例，过滤时滤床的密实度由上至下逐渐增大，相应地，滤床空隙率由上至下逐渐变小，因此，滤床截污量大，滤床下部由于滤床密实而截污精度高，使得滤床截污能力和截污精度大幅度提高，同时，滤床空隙率由上至下逐渐变小也使得滤床水头损失小，有利于高速过滤。反冲洗时，特别是气流反冲洗时，由底部上升的气泡逐渐增大，在滤池上部气泡的作用力大于滤池底部的小气泡，由于滤床上部滤料截污量大，与滤池上部较大的机械作用力相适应，实现了对于较脏的滤料，相应的清洗强度也大，这是本发明的滤料独有的特点，其结果是节省反冲洗的动力消耗和反冲洗的用水量。
本发明的过滤材料的另一个突出特点是滤床中纤维所占的体积比较大，因而滤床容积利用率高，更加有效地利用了滤池容积。
上述特点将在实例中进一步阐明。
实施例1由单丝直径40微米的涤纶低弹丝构成的两股纤维丝束，丝束节两侧的纤维丝束长度分别为20和60毫米，纤维丝束直径1毫米，丝束节由添加陶瓷粉末的塑料制成，丝束节外接圆直径为2毫米。滤料放入滤池中形成过滤床。滤池直径1.5米，滤床高600毫米，滤池高4.4米，运行结果见下表。该表同时给出了石英砂颗粒滤料和市售球状纤维滤料的运行结果。
实施例2单丝直径60-100微米的锦纶长丝构成的六股纤维丝束，每股丝束的外接圆直径2毫米。丝束节由一个椭球形多孔陶瓷制成，椭球外接圆直径4.2毫米，6股纤维丝束以丝束节为中心向6个方向散开，丝束长度分别为2、2.5、30、35、40、60毫米，构成立体构型的滤料。滤池尺寸和滤床高度同实施例1，运行结果如下滤速(米/小时) 40-50进水ss(mg/l)20-40出水ss(mg/l) 1-5反冲洗耗水量(％) 1.0-1.5剩余积泥率(％)0.5滤床容积利用率(％) 88-92实施例3由单丝直径60-100微米的涤纶纤维丝构成的丝束，丝束节为边长1.5毫米的橡胶制成的立方体构成，滤料由5个丝束节串联组成，丝束节与丝束节间的纤维丝束长度为20-40毫米。滤池尺寸和滤床高度同实施实例1，运行结果如下滤速(米/小时) 30-40进水ss(mg/l) 15-30出水ss(mg/l)1-3反冲洗耗水量(％)1.5-2.0剩余积泥率(％) 2-5滤床容积利用率(％)85-90
权利要求
1.一种由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料，其特在于该过滤材料由丝束节和纤维丝束组成，纤维丝束固定在丝束节中，纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。
2.如权利要求1所述的过滤材料，其特征在于其中所述的丝束节为长条形，长条形上固定有多束纤维丝束，多束纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。
3.如权利要求1所述的过滤材料，其特征在于所述的丝束节有二个或二个以上，丝束节相互串联，中间由多束丝束相联。
4.如权利要求1所述的过滤材料，其特征在于所述的纤维丝束在丝束节上的固定方式为平面交叉或空间立体交叉。
全文摘要
本发明涉及一种由纤维丝束和丝束节构成的过滤材料,由丝束节和纤维丝束组成,纤维丝束固定在丝束节中,纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。本发明提出的过滤材料,还可以由多种不同的结构形式,如:丝束节为长条形,长条形上固定有多束纤维丝束,多束纤维丝束在丝束节两边的长度相等或不等。过滤材料既具有纤维材料比表面积大,过滤精度高,滤床纳污量大的特点,又具有颗粒滤料反冲洗洗净度高的特点。
文档编号B01D39/02GK1273872SQ00107758
公开日2000年11月22日 申请日期2000年5月26日 优先权日2000年5月26日
发明者李振瑜 申请人:清华大学