串联式多级过滤装置的制作方法

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种串联式多级过滤装置。

背景技术：

过滤作为水处理中非常重要的环节，是保证出水水质浊度达标的重要措施。过滤的功效，不仅仅在于进一步降低水的浊度，还应该随着浊度的降低部分去除水中的有机物、细菌乃至病毒等。根据滤料层的层数不同，分为单层均质滤料、双层滤料、三层滤料和混合滤料。三层滤料占据平均粒径由上而下递减的优点，使得其不仅含污能力大，且因下层重质滤料粒径很小，对保证滤后水质有很大作用。但三层滤料存在缺陷，即反冲洗时易发生混层现象，降低了滤料的有效使用期，且难以控制反冲洗参数，反冲洗能耗大。

滤料及滤料层的构成是过滤技术中重要组成部分，是决定过滤设备性能优劣的关键，决定着滤后水水质与过滤设备的基本性能，因此过滤技术的发展在很大程度上取决于对滤料和滤料层构成的研究与改进。例如中国专利号为200980126068.1，发明创造名称为“多级水过滤器”；专利号为200910154854.4，发明创造名称为“多级过滤滤芯”和专利号为201310427555.X，发明创造名称为“一种多级渗透过滤净化装置”等先后公开了不同结构的多级过滤反应装置。前两者为过滤器或净水器中的过滤构件，核心滤料为活性炭滤料或纤维复合材料，结构简单，占用体积小，适用于家用小型净水器。后者虽然是多级过滤反应装置，但与本反应装置在结构上大有不同，其滤料在同一个过滤反应器内，类似于多层过滤，虽然每层有滤网将滤料隔开，但滤网易堵塞，水头损失会相应的增加，过滤周期会相应缩短，且位置偏下层的滤料更新较为麻烦。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的不足，本发明所解决的问题在于，怎样提供一种滤料不会混杂、反冲洗效率高能耗小、滤料更换方便、过滤效果更好的串联式多级过滤装置。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种串联式多级过滤装置，其特征在于：包括多个过滤单元，所述过滤单元包括过滤器主体以及设在主体上部的进水口、设在主体底部的出水口、设在主体中部的滤料层、设在滤料层与出水口之间的承托层，所述过滤器主体在底部还设有反冲洗进水管，在进水口与滤料层之间设有可开闭的反冲洗出水渠；反冲洗进水管一端接出水口，另一端与反冲洗泵连接；在反冲洗进水管靠近出水口的位置设有出水管，所述出水管和反冲洗进水管上设有阀门，以控制出水管和反冲洗进水管的开闭；所述过滤单元之间通过上一级过滤单元的出水管与下一级过滤单元的进水口相连接的方式依次组成多级串联；单个过滤单元中只包含单层滤料。

作为进一步优化，沿着过滤水流经过的顺序，所述多级过滤单元中滤料的粒径从大到小依次递减。

作为进一步优化，所述过滤单元有三级，第一级中滤料为粒径0.8-1.6mm的无烟煤滤料，第二级中滤料为粒径0.5-0.8mm的沸石或石英砂滤料，第三级中滤料为粒径0.25-0.5mm的瓷砂或重质矿石滤料。

作为进一步优化，所述进水口还包括进水口布水渠。

作为进一步优化，所述过滤单元在进水口与反冲洗出水渠之间设有溢流出水口。

作为进一步优化，所述溢流出水口设置在靠近进水口的位置。

作为进一步优化，所述承托层包括承托板，承托板上放置大粒径的鹅卵石，粒径范围为2-16mm。

作为进一步优化，所述反冲洗出水渠的高度不小于滤料完全膨胀时的高度。

作为进一步优化，每一级过滤单元的出水管水平延伸绕开过滤器主体后向上弯折，弯折到一定高度后再水平弯折并与下一级过滤单元的进水口连接，弯折高度位于该级滤料层高度之间；最后一级过滤单元的出水管水平弯折后再竖直向下弯折，弯折到出水管与反冲洗进水管连接位置后水平弯折。

作为进一步优化，所有过滤单元反冲洗进水管通过同一主管道与共同的反冲洗泵连接。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用将过滤单元多级串联，每个过滤单元只设置一种滤料，有效地防止了多层滤料之间的混杂，解除了对滤料层数的限制，方便滤料的更换，使滤料的选择更自由；

2、本发明过滤单元中滤料的粒径从大到小逐级递减，可以有效减小滤池的水头损失，延长过滤周期，提高过滤效果，还可以减少混凝过程药剂投加量，缩短沉淀时间，甚至于取消混凝沉淀工艺；

3、本发明中不同级中的滤料可以通过阀门控制分别单独冲洗，使得反冲洗参数控制更容易，减少了反冲洗的能耗，效率高，连接到同一个反冲洗泵还方便统一反冲洗；

4、本发明在在进水口与反冲洗出水渠之间设置了溢流出水口，能排出多余的水以防止过滤器受损，可起到一定的保护作用；

5、本发明的出水管设置成连续弯折的形状，可以抬高出水高度，能有效避免过滤单位内部出现负水头现象，从而减轻滤层气阻。

附图说明

图1为本发明过滤单元结构示意图；

图2为本发明串联式多级过滤装置示意图；

图中，1-过滤器主体，2-进水口，3-出水管，4-滤料层，5-承托层，51-承托板，6-反冲洗进水管，7-反冲洗出水渠，8-溢流出水口，9-反冲洗泵，10-阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种串联式多级过滤装置，如图1-2所示，包括多个过滤单元，所述过滤单元包括过滤器主体1以及设在主体1上部的进水口2、设在主体1底部的出水口、设在主体1中部的滤料层4、设在滤料层4与出水口之间的承托层5，所述过滤器主体1在底部还设有反冲洗进水管6，在进水口2与滤料层4之间设有可开闭的反冲洗出水渠7；反冲洗进水管6一端接出水口，另一端与反冲洗泵连接；在反冲洗进水管6靠近出水口的位置设有出水管3，所述出水管3和反冲洗进水管6上设有阀门10，以控制出水管3和反冲洗进水管6的开闭；所述过滤单元之间通过一过滤单元的出水口3与另一过滤单元的进水口2相连接的方式依次组成多级串联；单个过滤单元中只包含单层滤料。

当对进水进行过滤时，关闭全部的反冲洗进水管和反冲洗出水渠，打开全部出水口；此时进水从第一级过滤单元的进水口进入，经过多级过滤后从最后一级过滤单元的出水口流出。经过一段时间的过滤，滤料上附着的污染物逐渐增加，使滤层的阻力逐渐变大，水头损失也随之增大，当达到最大允许水头损失时，需停止过滤对滤料进行反冲洗。当对滤料进行反冲洗时，关闭所有出水口，打开某一级过滤单元的反冲洗进水管和反冲洗出水渠；此时反冲洗泵抽水进行反冲洗，冲洗水通过反冲洗进水管进入过滤器主体，将过滤层中的污染物冲刷出来后由反冲洗出水渠流出。如此即可实现对该级滤料的反冲洗，若要全部反冲洗则打开所有过滤单元的反冲洗进水管和反冲洗出水渠。

串联式多级过滤装置有很多优点：一，虽然理论上滤料的层数越多越好，但由于在实际应用中，传统多层滤料中存在很多问题，比如相邻两层滤料间易混杂、滤料易流失、加工复杂等，对滤料层数就有了限制，导致生产中所采用的仍然是双层或三层的滤料，难以继续增加；而本发明中的串联式多级过滤装置，通过每级过滤单元只包含一种滤料，并将其多级串联组合，不但解决了多层滤料存在的上述问题，还打破了对滤料层数的限制，串联的级数可以根据需求任意增加。二，传统多层滤料在反冲洗时不仅易发生混层，降低了滤料的有效使用期，还难以控制反冲洗参数，反冲洗能耗大；而本发明中的串联式多级过滤装置可通过阀门的开闭实现每一级过滤单元的单独反冲洗，反冲洗参数更易控制，能耗减小效果显著，效率更高。三，本发明中的串联式多级过滤装置还能充分利用不同滤料对不同污染物去除效果的互补作用，根据实际情况更换所需的滤料，满足有效去除多种污染物的要求，由于采用多级结构，其对滤料的更换比传统多层滤料结构更加方便快捷，根据需要还能很容易地调整级与级之间的过滤顺序。四，传统多层滤料还要考虑粒径和密度的要求，以传统的三层滤料为例，三层滤料之间需满足“粒径：上层＞中层＞下层”以及“密度：上层＜中层＜下层”的条件，才能保证滤料不易混层，达到较好的过滤效果，这样一来就对滤料的选择有了一定的限制；而本发明中的串联式多级过滤装置并不需要满足上述对滤料密度的要求，这样一来对滤料的选择就变得更加自由，只需考虑滤料的过滤效果，有利于找出比传统多层滤料过滤效果更好的滤料组合。

沿着过滤水流经过的顺序，所述多级过滤单元中滤料的粒径从大到小依次递减。由大到小的滤料级联组合不仅可以减小滤池的水头损失，延长过滤周期，提高过滤效果，还可以减少混凝过程药剂投加量，缩短沉淀时间，甚至可以取消混凝沉淀工艺，直接应用在村镇地区的水处理厂站。

以三级过滤装置为例，从第一级到第三级，依次为：大颗粒过滤单元，放置大粒径滤料；中颗粒过滤单元，放置中粒径滤料；小颗粒过滤单元，放置小粒径滤料。其中，大粒径滤料可以为粒径0.8-1.6mm的无烟煤滤料，中粒径滤料可以为粒径0.5-0.8mm的沸石或石英砂滤料，小粒径滤料可以为粒径0.25-0.5mm的瓷砂或重质矿石滤料。进水首先经过大颗粒过滤单元发生截留、筛滤、粘附以及吸附作用，然后流过中颗粒过滤单元进一步截留吸附，最后经过小颗粒过滤单元进行深度过滤。进水口上可安装一个流量计调整进水流量以调节滤速，过滤后的水通过出水口输送到下一步的工艺流程中。

所述进水口2还包括进水口布水渠。进水口设置布水渠可以让进水较为均匀地流向滤料。

所述过滤单元在进水口2与反冲洗出水渠7之间设有溢流出水口8。若过滤层中堆积了过多的污染物造成过滤层发生堵塞，导致过滤器主体内的压力过大，此时进水口下方的溢流出水口可以排出多余的水以防止过滤器受损，起到一定的保护作用。

所述溢流出水口8设置在靠近进水口2的位置。这样可以在实际使用中方便操作。

所述承托层5包括承托板51，承托板51上放置大粒径的鹅卵石，粒径范围为2-16mm。这样可以防止滤料从集水系统中流失，在反冲洗时可起到均匀布水铺助作用。

每一级过滤单元的出水管3水平延伸绕开过滤器主体1后向上弯折，弯折到一定高度后再水平弯折并与下一级过滤单元的进水口2连接，弯折高度位于该级滤料层4高度之间；最后一级过滤单元的出水管3水平弯折后再竖直向下弯折，弯折到出水管3与反冲洗进水管6连接位置后水平弯折。这样一来可以抬高出水高度，能有效避免过滤单位内部出现负水头现象，从而减轻滤层气阻。

所有过滤单元反冲洗进水管6通过同一主管道与共同的反冲洗泵9连接。这样可以更方便统一对过滤单元进行反冲洗。

所述反冲洗出水渠7的高度不小于滤料完全膨胀时的高度。也就是说反冲洗出水渠与承托层之间的距离≥滤料厚度×(1+滤料反冲洗膨胀率)，这样在反冲洗时，可以保证滤料不会从反冲洗出水渠流出过滤器导致滤料的流失。

举例说明过滤单元的尺寸及内部的安装位置，作为优选，设过滤器主体总高h＝1m，从下至上依次有：承托板与底部的距离＝0.05h＝5cm、承托层高度＝0.1h＝10cm、滤料厚度＝0.4h＝40cm，若反冲洗膨胀率25％，则反冲洗出水渠与滤料表层之间为10cm(即反冲洗出水渠与承托层距离50cm)，溢流口距反冲洗出水渠＝0.2h＝20cm，池顶超出溢流口15cm。

过滤单元横断面面积为：

$F=\frac{Q}{vT}\left(m^2\right)$

过滤单元长宽比取1:1，则每个过滤单元为正方体结构。

其中，Q—设计水量(m³/d)；

v—设计滤速，取8～10m/h；

T—每日实际工作时间，一般取24h。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。