专利名称：使用纤维过滤材料的高速过滤机的制作方法
技术领域：
本发明涉及填充飘浮性的合成树脂纤维过滤材料的过滤机的改进，特别涉及可高速过滤和精密过滤的向上流动式高速过滤机的改进。
背景技术：
通常，在使用飘浮性过滤材料的过滤机中，在过滤槽内的上部设有防止过滤材料流失用的滤网。在该滤网的下方填充飘浮性过滤材料，形成过滤材料层。过滤机使原液从过滤槽的下方以向上向流动的方式形成流通液，通过过滤材料层进行固液分离的过滤处理。
发明内容
作为本发明的要点，使用纤维过滤材料的高速过滤机包含立式的密闭式过滤槽1。上述过滤机包含在上述过滤槽1内填充飘浮性纤维过滤材料2，3而形成的过滤材料层4。上述过滤机包含在该过滤槽1的顶壁部垂直设置的防止纤维过滤材料流失用的聚水喷口5。上述过滤机包含配设在该过滤槽1的底部的原液供给口6。上述过滤机通过向上流动对原液进行过滤处理。上述纤维过滤材料2，3是用三种不同纤维直径的合成树脂纤维构成的非织造性纤维过滤材料2，3。上述纤维过滤材料包含在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维、纤度为18～65旦尼尔的第一纤维2a。上述纤维过滤材料包含原材料为聚丙烯纤维、纤度为3～10旦尼尔的第二纤维2b。上述纤维过滤材料包含在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维、纤度为1.5～6旦尼尔的第三纤维2c。上述纤维过滤材料是通过针刺法使各纤维混棉的棉网布形化，不使两面的棉网的起毛状态平滑化地进行加热处理，制成板状体，并裁断该板状体。上述过滤材料层4的容量相对于过滤槽1的容量是0.5～0.6。
而且，上述纤维过滤材料2，3的表观比重为0.7～0.92、是厚度为2～30mm、宽度为5～30mm、长度为5～30mm的长方体或立方体。在将上述表观比重调整到0.92或0.92以下时，上述纤维过滤材料使用以上述板状体夹住发泡性树脂板3a并胶合、裁断的过滤材料。籍此，就可以与原液性状相适应选定最佳的纤维过滤材料。另外，一边用设在过滤槽1的下底部的搅拌装置7搅拌由该纤维过滤材料形成的过滤材料层4，一边以30～50m/hr的流速注入向下流动的洗涤水。籍此，可以效率良好地洗净纤维过滤材料。此时的搅拌叶片7a的回转速度取为7～11m/sec。籍此，上述过滤材料层可以效率良好地流动。另外，在用纤维过滤材料吸附的固体物质的比重小、粒子直径小的情况下，由于沉降性能小，也可以用向上流动的方式洗涤。
上述纤维过滤材料的网眼堵塞严重时，若长时间进行机械搅拌有可能损伤纤维过滤材料。此时，向喷气管9供给空气，使机械搅拌和空气搅拌并用。籍此，可以用短时间进行纤维过滤材料的洗涤·再生，可防止纤维过滤材料的损伤。
本发明使用的纤维过滤材料是将三种不同的纤维直径的合成树脂纤维加热处理而制成板状体，将该板状体裁断做成过滤材料，或者用上述板状体夹住低比重的发泡性树脂板并粘合、裁断而成。如果使用这样的纤维过滤材料，就能够与原液性状和处理方法相适应地将过滤材料的比重取为最佳，即使长时间使用，抗压缩性也不降低，还可以防止处理能力的降低。因此，可以实现长时间而稳定的连续运转。另外，在对过滤材料进行洗涤·再生时，相对于过滤槽的容量，可以达到最佳的过滤材料层的容量。因此，过滤效率及搅拌效率良好，过滤材料的搅拌·洗涤能有效而容易地进行，过滤材料的损伤小，能够长期使用。另外，由于本纤维过滤材料具有大的空隙率，所以过滤材料层的空隙率也大，压力损失就小，就可以实现高速过滤，能够得到稳定水质的处理水。
图1是本发明的高速过滤机的示意纵剖面图。
图2A是图1的高速过滤机的侧视图。图2B是图2A的高速过滤机的俯视图。图2C是图2A中IIC方向的高速过滤机的向视图。
图3是表示本发明的单片的纤维过滤材料的立体图。
图4是表示本发明的另一实施例的单片的纤维过滤材料的立体图。
图5是表示本发明的聚水喷口的图。图5A是立体图，图5B是X2-X2线的放大剖面图，图5C表示聚水喷口的安装方法。
图6是表示用于图5A的聚水喷口的冲孔金属的平面图。
图7是适用于图1的高速过滤机的定时图。在该图中，实线所示的范围表示机器的工作状态、阀处于开启状态。空栏表示机器的停止状态、阀处于关闭状态。
图8是表示适用于图1的高速过滤机的过滤工序的流程图。
图9表示适用于图1的高速过滤机的过滤材料搅拌工序的流程图。
图10是表示适用于图1的高速过滤机的过滤材料洗净工序的流程图。
图11是表示适用于图1的高速过滤机的另一种过滤材料洗净工序的流程图。
图12是表示适用于图1的高速过滤机的另一种过滤材料洗净工序的流程图。
图13是表示适用于图1的高速过滤机的弃水工序的流程图。
图14表示在过滤材料洗净工序中搅拌机的圆周速度和搅拌效果的关系。图中，◎表示过滤材料的最佳的流动状态。○表示过滤材料的良好的流动状态。×表示过滤材料处于不良的流动状态或过滤材料处于静止状态。
具体实施例方式
在本发明的过滤机中，在立式的密闭式过滤槽内填充飘浮性的纤维过滤材料使过滤材料层的容量相对于过滤槽的容量为0.5～0.6。通过供给泵从过滤槽下部的流入口供给原液。籍此，纤维过滤材料与原液一起浮在过滤槽上方，因过滤材料的浮力和原液的向上流动，形成被压密的过滤材料层。该过滤材料层对原液进行固液分离，吸附固体物质。其处理水从过滤槽上部的取出口取出到外部。在完全形成过滤材料层、处理水的浊度稳定的期间，可以将处理水回送到原液槽或排水设备中。
在上述过滤机中使用的纤维过滤材料是用三种不同的纤维直径的合成树脂纤维构成的非织造性纤维过滤材料。第一纤维是在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维，其纤度为18～65旦尼尔。第二纤维的原材料是聚丙烯纤维，其纤度为3～10旦尼尔。第三纤维是在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维，其纤度为1.5～6旦尼尔。将各纤维混棉的棉网用针刺法布形化，不使两面的棉网的起毛状态平滑化地进行加热处理，制成板状体。裁断该板状体得到纤维过滤材料。这样的纤维过滤材料的表观比重大体是0.92。在因原液的性状和过滤速度、使用表观比重以、飘浮力大的纤维过滤材料时，通过用上述板状体夹住比重小的发泡性树脂板并进行粘合，可以将纤维过滤材料的比重调整到0.7～0.92范围内使用。
由于连续过滤运转，纤维过滤材料会发生网眼堵塞。如果过滤装置的处理能力降低，就有必要洗净并再生纤维过滤材料。纤维过滤材料的洗净时间是使因过滤材料层的阻力产生的压力损失达到设定值的时间，或者用定时器的设定值检测。首先，停止原液的供给，驱动设在过滤槽的下底部的搅拌装置。与过滤材料层的下面相比，使位于其下方的搅拌叶片回转，通过该搅拌叶片的水流搅拌过滤材料层。籍此，纤维过滤材料彼此反复冲撞，使吸附在纤维过滤材料的表面和内部的固体物质剥离。然后，一边继续搅拌叶片的回转，一边从过滤槽的上部以向下流动的方式注入洗涤水，从过滤槽的下部排出污浊的洗涤排水。籍此，纤维过滤材料的洗净结束。对于洗涤水，既可以使用原液，也可以使用处理水。另外，如果将上述的搅拌叶片的回转速度设定为7～11m/sec，全部的纤维过滤材料可以平滑地流动，可以有效地进行洗涤。另外，通过以流速30～50m/hr注入洗涤水，纤维过滤材料可以均匀分布在过滤槽内，能有效地进行洗涤。如果洗涤结束，可以停止搅拌装置，停止搅拌叶片的回转。用供给泵从过滤槽下部的流入口重新供给原液，直至处理水的浊度稳定之前，进行纤维过滤材料的洗涤和排水。以下，根据附图，对本发明的高速过滤机进行详细的说明。
图1是本发明的高速过滤机的示意纵剖面图。图2A～图2C是高速过滤机的外观图。图3及图4是上述高速过滤机使用的飘浮性纤维过滤材料。参照上述图1～图4，对本发明的过滤机的结构进行详细的说明。过滤机具有过滤槽1、在过滤槽1旁边的控制盘21。圆筒状的过滤槽1直立设置，而且具有密闭结构。过滤槽1具有各自为圆弧状的底板1a和顶板1b。在该过滤槽1的内部填充图3或图4所示的飘浮性的纤维过滤材料2，3。在进行过滤时，纤维过滤材料2，3形成过滤材料层4。纤维过滤材料2，3的填充量相对于过滤槽1的容量取为0.5～0.6。籍此，过滤效率及搅拌效率成为最佳。比0.5小的填充量，搅拌动力虽小，但过滤槽1的容量却大，因而设备费用、设置面积就大。另外，比0.6大的填充量，搅拌动力大，因而使电气设备的容量大，或者因强力的搅拌会使纤维过滤材料2，3受到严重的损伤。
上述纤维过滤材料2，3是用三种不同的纤维直径的合成树脂纤维构成的非织造性的纤维过滤材料。第一纤维2a是在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维，其纤度为18～65旦尼尔。第二纤维2b，其原材料是聚丙烯纤维，其纤度为3～10旦尼尔。第三纤维2c是在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维，其纤度为1.5～6旦尼尔。将各纤维混棉的棉网通过针刺法被布形化，不使两面的棉网的起毛状态平滑化地进行加热处理，制成板状体。裁断该板状体，得到纤维过滤材料2，3。该纤维过滤材料2，3的表观比重为0.7～0.92、是厚度为2～30mm、宽度为5～30mm、长度为5～30mm的长方体或立方体。由于纤维过滤材料2仅用聚丙烯纤维构成，所以其比重大体是0.92。在将比重调整到0.92或0.92以下时，如纤维过滤材料3那样，通过用上述板状体夹住发泡性树脂板3a并粘合、裁断，就可以任意地调整到0.7～0.92的比重。另外，通过使发泡性树脂板3a的比重更小，还可以将纤维过滤材料3的比重做到0.7或0.7以下。如上所述，可以与原液性状和过滤运行方法相适应，选择最佳的纤维过滤材料2，3。
在上述过滤槽1的底板1a上的中心位置，设置用来搅乱过滤材料层4的搅拌装置7。该搅拌装置7包含直立设置在过滤槽1内的搅拌叶片7a和配设在过滤槽1外部的驱动机7b。搅拌叶片7a延伸设置至过滤材料层4的下面附近。这种配置关系可以将由搅拌叶片7a产生的涡流有效地传递到过滤材料层4。搅拌叶片7a的回转速度设定为7～11m/sec。用这样的回转速度可以使构成过滤材料层4的全部纤维过滤材料2，3有效地流动、旋转。当回转速度比上述设定速度慢时，只有一部分纤维过滤材料2，3流动。与此相反，当回转速度比上述设定速度快时，纤维过滤材料2，3和搅拌叶片7a的冲撞次数增加。因此，纤维过滤材料会受到严重的损伤，纤维过滤材料2，3的寿命变短。在搅拌叶片7a的下方，铺设防止纤维过滤材料2，3流失用的滤网8。在过滤槽1的旁边、搅拌叶片7a的上部和过滤材料层4的下面之间，设置喷气管9。该喷气管9沿过滤槽1的中心线从一端延伸设置至另一端。或者也可以沿过滤槽1的内圆周面配置成环状。供给口6供给原液。原液从供给泵10被压送到该供给口6，流入到过滤槽1内。
与流入的原液一起的纤维过滤材料2，3飘浮在过滤槽1内，形成过滤材料层4。该过滤材料层4吸附原液中的固体物质。过滤液作为处理水从与过滤槽1的顶板1b连接的取出口11取出到外部。在顶板1b的中央位置，垂直设有防止纤维过滤材料2，3流失用的聚水喷口5。因此，纤维过滤材料2，3不会流失到处理水中。根据图5A、5B、5C，对聚水喷口5进行详述。图5A是聚水喷口5的立体图。该聚水喷口5制成圆筒状。在聚水喷口5的外圆周面上，铺设由楔形金属丝或冲孔金属构成的滤网5a。在滤网5a的内面以等间隔固定数个加强用的筋5b。聚水喷口5的底部制成无孔板，上部呈开放状，凸缘5d固定在圆周部分。把手5c在将聚水喷口5从过滤槽1中取出时使用。图5B是将图5A的聚水喷口5沿X2-X2线切断的放大的剖面图。在本图中，滤网5a用楔形金属丝。以缝隙H侧作为外圆周面，由于该缝隙H的间隔比纤维过滤材料2，3的最小厚度L更小，所以纤维过滤材料2，3不能通过缝隙H而流失。图5C是表示聚水喷口5的安装方法的图。由固定在顶板1b上的法兰盘1c处插入聚水喷口5，使凸缘5d放置在法兰盘1c上。用盖1d盖上该凸缘5d。用螺栓将盖1d的圆周部和法兰盘1c互相安装固定。
参照图6A～图6D，对在聚水喷口5上使用的冲孔金属50a～50d代替楔形金属丝进行说明。
在图6A中，冲孔金属50a具有在不锈钢的片51a上并列配置的圆形孔52a。孔52a的直径是1～3mm，比过滤材料2，3的纤维的粗度(3mm)设定的小。
在图6B中，冲孔金属50b具有在片51b上并列配置的圆形孔52b及十字形的孔53b。孔52b、53b交替配置。
在图6C中，冲孔金属50c具有在片51c上并列配置的矩形孔52c。
在图6D中，冲孔金属50d具有在片51d上并列配置的长孔52d、53d。孔52d、53d相互相反地倾斜。
以下，根据图7～图13说明各操作工序。图7是表示各机器的操作及阀门开闭状态的定时图。图8是表示过滤工序的流程图。在过滤工序中，供给阀V1及处理水阀V3是开启状态，转换阀V2、弃水阀V4、排水阀V5是关闭状态。排泄阀V6也关闭。原液从供给口6流入过滤槽1中。过滤材料层4使原液进行固液分离，吸附来自原液的固体物质。处理水从取出口11取出，从处理水阀V3排出到外部。如果长时间连续过滤处理，过滤材料会发生网眼堵塞，过滤槽1内的压力上升。图1所示的压力传感器12可以检测该上升的压力。
当压力达到设定值以上的时刻，过滤工序终止，工序转移到过滤材料的搅拌及洗涤工序。另外，向过滤材料的搅拌及洗涤工序转移的时间也可以作为过滤连续时间的定时器终止的时刻。
以下，对过滤材料的搅拌及洗涤工序进行说明。首先，参照图9，在过滤材料搅拌工序中，关闭供给阀V1、转换阀V2、处理水阀V3、弃水阀V4、排水阀V5的全部的阀。停止供给泵10，停止原液的流入及处理水的排出。同时驱动搅拌装置7，产生以垂直轴为中心的涡流。搅拌叶片7b的回转速度设定为7～11m/sec。用这样的涡流搅拌过滤材料层4，使过滤材料流动。通过一边用涡流转动过滤材料，一边通过由水流和过滤材料彼此的冲撞产生的冲击，使吸附在过滤材料的表面和内部的固体物质剥离。该过滤材料搅拌工序对设定定时器的终止予以响应，转换到以下的过滤材料洗涤工序。
参照图10，在过滤材料洗涤工序中，打开转换阀V2、排水阀V5，关闭供给阀V1、处理水阀V3、弃水阀V4。搅拌装置7继续被驱动。驱动供给泵10，从过滤槽1的上部的取出口11供给原液。原液从取出口11成为向下流动的洗涤水。
向下流动的洗涤水洗涤过滤材料，从过滤槽1下部的供给口6与固体物质一起排出。在过滤槽1的下部，铺设滤网8。滤网8可以防止过滤材料的流失。上述是用原液进行过滤材料洗涤时的说明。但是，原液的浊度高、不适宜作为洗涤水时，也可以使用处理水或其它的清水。利用上述的向下流动进行过滤材料洗涤时，优选将洗涤水的流速控制为30～50m/hr。在30m/hr或30m/hr以下的流速时，会使以涡流转动的过滤材料向下方移动的力弱，过滤材料不能进行上下方向的旋转，过滤材料的洗涤·再生就不充分。另外，在50m/hr或50m/hr以上的流速时，过滤材料将集中在过滤槽1的下部。因此，洗涤不完全。另外，相对于搅拌叶片7a的过滤材料的冲撞次数增加，成为过滤材料损伤的原因。
参照图11，使用的纤维过滤材料2，3的比重大时，如果停止原液的供给，纤维过滤材料2，3因吸附的固体物质的重量而沉降。因此，适宜从供给口6注入洗涤水、从取出口11排水的向上流动的洗涤。
另外，仅用洗涤水时，过滤材料的洗涤·再生需要较长的时间，或者有时发生不完全的洗涤·再生。这时，参照图12，从喷气管9供给空气，使空气与洗涤水并用。籍此，过滤材料和空气反复冲撞，洗涤效果提高。但是，使用空气时，由于空气的上升速度快，所以用向下流动的洗涤时，空气不能排出到外部。因此，适宜向上流动的洗涤。该过滤材料洗涤工序也通过设定定时器的终止而转换到以下的弃水工序。
参照图13，在弃水工序中，打开供给阀V1、弃水阀V4，关闭转换阀V2、处理水阀V3、排水阀V5。将原液或其它洗涤水由供给口6注入到过滤槽1内。含有残存在过滤槽1内的微细的污浊物的洗涤排水从取出口11排水。该弃水工序也通过设定定时器的终止或由浊度计检测在设定浊度以下而转换到最初的过滤工序。
如上述那样，本发明的高速过滤机连续地、顺序地进行过滤工序→过滤材料搅拌工序→过滤材料洗涤工序→弃水工序。因而，可以实现长时间的无人运转，维修所要的费用极少，能够高速处理各种原液。
参照图14，说明在过滤材料洗涤工序中、相对于搅拌叶片的圆周速度的搅拌效果。
作为试验条件，过滤槽的直径为φ1600mm、高度为2170mm，容量为4.63m3。过滤材料的填充率为60％。搅拌装置的电动机的输出功率为11kW。
其结果，在试验1、4、5中，过滤材料的流动状态为良好。另一方面，在试验2中，全部的过滤材料不流动。在试验3中，过滤槽上部的过滤材料不流动。
由以上可知，优选将搅拌叶片的圆周速度设定为7～11m/sec。
由于在本发明的高速过滤机中使用的纤维过滤材料的抗压缩性及空隙率大，可以调整为适于原液性状、处理速度的比重，所以能够适用于各种领域的原液。例如，可以对汇流式下水道中的雨天时未处理水进行高速过滤处理，或者使用于进行工业用水的高度处理的精密过滤，或者可以作为水族馆的水净化和游泳池、浴池的循环过滤等所有方面的过滤处理装置而利用。
权利要求
1.一种使用纤维过滤材料的高速过滤机，包含立式的密闭式过滤槽，在上述过滤槽内填充飘浮性的纤维过滤材料而形成的过滤材料层，在该过滤槽的顶壁部垂直设置的防止纤维过滤材料流失用的聚水喷口，和配设在该过滤槽底部的原液供给口，在对向上流动的原液进行过滤处理的过滤机中，其特征在于上述纤维过滤材料是由三种不同的纤维直径的合成树脂纤维构成的非织造性纤维过滤材料；上述纤维过滤材料包含在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维、纤度为18～65旦尼尔的第一纤维，原材料为聚丙烯纤维、纤度为3～10旦尼尔的第二纤维，和在聚丙烯的芯上被覆聚乙烯的热熔粘性复合纤维、纤度为1.5～6旦尼尔的第三纤维；上述纤维过滤材料通过针刺法使将各纤维混棉的棉网布形化，不使两面的棉网的起毛状态平滑化地进行加热处理，制成板状体，裁断该板状体而成；上述过滤材料层的容量相对于上述过滤槽的容量为0.5～0.6。
2.根据权利要求1所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于上述纤维过滤材料是表观比重为0.7～0.92、厚度为2～30mm、宽度为5～30mm、长度为5～30mm的长方体或立方体，在将上述表观比重调整到0.92或0.92以下时，上述纤维过滤材料使用以上述板状体夹住发泡性树脂板并粘合、裁断而成的过滤材料。
3.根据权利要求1或2所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于一边利用设置在上述过滤槽的下底部的搅拌装置搅拌纤维过滤材料，一边以30～50m/hr的流速从过滤槽的上部注入洗涤水，从过滤槽的下部排出洗涤排水的同时，在过滤槽的下部铺设防止纤维过滤材料流出用的滤网。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于上述搅拌装置包含直立设置在过滤槽下部内的搅拌叶片，和配设在过滤槽外部的驱动机，上述搅拌装置使上述搅拌叶片以7～11m/sec的回转速度搅拌过滤材料层。
5.根据权利要求1、2或4所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于一边用设置在上述过滤槽的下底部的搅拌装置搅拌纤维过滤材料，一边从过滤槽的下部注入洗涤水，从过滤槽的上部排出洗涤排水。
6.根据权利要求1、2或4、5所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于在上述过滤槽的下部侧面配设喷气管，向该喷气管供给空气而搅拌上述过滤材料层的同时，从过滤槽的下部注入洗涤水，从过滤槽的上部排出洗涤排水而洗涤上述纤维过滤材料。
7.根据权利要求1所述的使用纤维过滤材料的高速过滤机，其特征在于将垂直设置在上述过滤槽的顶壁部的聚水喷口以做成大体的圆筒状，在该聚水喷口的侧面铺设由楔形金属丝或冲孔金属构成的滤网，使滤网的网眼的尺寸比纤维过滤材料更小的同时，根据过滤槽的过滤面积，设置多个在上述过滤槽的顶壁部设置的聚水喷口。
全文摘要
本发明涉及填充飘浮性的合成树脂纤维过滤材料的过滤机的改进，特别涉及可高速过滤和精密过滤的向上流动式高速过滤机的改进。本发明提供的高速过滤机通过用飘浮性的合成树脂制纤维过滤材料形成过滤材料层，可以得到大的过滤速度，可有效地进行与原液性状相适应的过滤处理。将强度和空隙率大、比重调整容易的飘浮性合成树脂制纤维过滤材料(2，3)填充在立式的密闭式过滤槽(1)中，通过将填充量取为过滤槽(1)的容量的0.5～0.6，能够连续地进行高速过滤，能以最佳的搅拌效率，短时高效地实现纤维过滤材料(2，3)的洗涤·再生，能长时间稳定地进行过滤运转。
文档编号B01D39/00GK1506145SQ20031011820
公开日2004年6月23日 申请日期2003年12月5日 优先权日2002年12月9日
发明者石垣真, 诧间治, 山下修, 中浦三平, 平 申请人:株式会社石垣