阅读说明：本技术 一种高效水过滤器 (High-efficiency water filter ) 是由 梁立军 刘毅 于 2020-02-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效水过滤器,包括过滤桶,所述过滤桶内部设置有滤芯,所述滤芯一周设置有爆气管,所述过滤桶上端一侧设置有进水管,所述过滤桶底部设置有出水管,所述过滤桶顶部设置有出气口,所述过滤桶一端设置有爆气循环泵,所述滤芯是倒锥形状的金属滤网,所述爆气管有若干个,所述爆气管放置于滤芯的下部；本发明公开的一种高效水过滤器,在过滤过程中可产生持续、稳定的过滤效果,过滤的水质效果和效率稳定,相比于传统的的反冲洗过滤器存在反冲洗后,过滤循环初期过滤效果好,过滤过程中压差增加,在过滤循环的末期过滤效果差的缺点,一种高效水过滤器运行效益和设备效益显著提高。(The invention discloses a high-efficiency water filter, which comprises a filter barrel, wherein a filter element is arranged in the filter barrel, an aeration pipe is arranged around the filter element, a water inlet pipe is arranged on one side of the upper end of the filter barrel, a water outlet pipe is arranged at the bottom of the filter barrel, an air outlet is arranged at the top of the filter barrel, an aeration circulating pump is arranged at one end of the filter barrel, the filter element is a metal filter screen in an inverted cone shape, a plurality of aeration pipes are arranged, and the aeration pipes are arranged at the lower part of the filter element; the efficient water filter disclosed by the invention can generate continuous and stable filtering effect in the filtering process, has stable filtering water quality effect and efficiency, and has the defects of good filtering effect at the initial stage of filtering cycle, increased pressure difference in the filtering process and poor filtering effect at the final stage of filtering cycle compared with the traditional backwashing filter.)

一种高效水过滤器

技术领域

本发明涉及污水净化领域，具体是一种高效水过滤器。

背景技术

随着中国工业化进程和城市化进程的不断加速，在工业、商业及民用领域产生了越来越多的废水，这些废水在进行处理时均需进行过滤处理，以降低悬浮物含量和浊度，同时由于我国水资源的严重匮乏和环保监管力度的加大，海水淡化的产量和企业中水处理的产量在持续攀升，海水淡化装置及绝大多数中水处理装置均需使用水过滤器，常规水过滤器一般以石英砂、金属材质滤芯或非金属高分子材料为滤芯材料，水进入过滤器后非溶解性的悬浮物被滤芯材料的间隙阻挡，达到隔离、去除悬浮物的目的，但过滤过程中悬浮物会聚集在滤芯材料的进水一侧表面，增加了滤芯两侧的压力差，水过滤时增加了阻力，降低了水过滤的效率和效果。

目前我国的水处理装置均为压差和反冲洗原理，随着过滤过程中悬浮物聚集在滤芯材料进水一侧，导致滤芯材料进水一侧的压力不断增加，过滤的阻力增加至一定值时需要执行与过滤过程相反的反冲洗工作，使用清洁的水将聚集在滤芯进水一侧的悬浮物进行反方向冲洗，反方向冲洗的目的是恢复滤芯的性能，使过滤器重新达到设计性能，这样的工作原理存在以下缺陷和不足：

1、反冲洗过程需要配备额外的压差监测装置、反冲洗水箱、反冲洗泵及切换水流向的阀门，这无疑增加了设备投资；

2、反冲洗过程还需要占用过滤器的正常工作时间，根据应用领域及水质的不同，通常反过滤过程需要占用过滤器工作时间的5％-10％，很大程度上降低了设备的有效工作时间，降低了设备的效益；

3、部分过滤设备在反冲洗后虽然压力差达到了要求，但过滤效果会有明显下降，过滤后的水质往往会降低，从而降低了水的质量；

4、常规的反冲洗装置无法解决过滤器内部由于微生物生长堵塞滤芯的问题。

本发明公开的一种高效水过滤器，可以解决上述问题，避免反冲洗时间，减少反冲洗设备，增加了设备效益，在过滤过程中可产生持续、稳定的过滤效果，还可选配增加灭菌、灭微生物的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效水过滤器，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效水过滤器，包括过滤桶，所述过滤桶内部设置有滤芯，所述滤芯一周设置有爆气管，所述过滤桶上端一侧设置有进水管，所述过滤桶底部设置有出水管，所述过滤桶顶部设置有出气口，所述过滤桶一端设置有爆气循环泵。

一种高效水过滤器采用污水处理过程中的爆气原理对滤桶中滤芯的进水一侧表面做持续的清洁，始终保持滤芯进水一侧悬浮物无法聚集，从而达到过滤器可以持续工作，避免反冲洗的过程而浪费时间，污水从进水管进入滤桶中，受压力差驱使水从滤芯外表面流入滤芯内部，经过滤处理的水在滤芯内部汇集后经出水管流出一种高效水过滤器，完成过滤过程，过滤过程中，爆气循环泵产生的气泡通入爆气管中，滤芯下部的爆气管持续放出特定流量、尺寸的气泡，这些气泡在上升过程中与锥形过滤器外表面形成扰动，持续产生清除滤芯进水一侧外表面悬浮物的剪切力，从而使悬浮物无法聚集在滤芯外表面，滤芯内外压差稳定在特定范围内，保持净水工作的持续性和稳定性。

所述滤芯是倒锥形状的金属滤网。

倒锥形状金属滤网的滤芯可以和爆气管放出的气泡产生剪切力。

所述爆气管有若干个，所述爆气管放置于滤芯的下部。

若干个爆气管有利于产生足够的气泡，爆气管放置于滤芯的下部有利于气泡产生足够的浮力和剪切力，来冲洗悬浮物，阻止悬浮物聚集在滤芯外表面。

所述爆气循环泵一侧连接有第一循环管，所述第一循环管穿过滤桶和爆气管连通，所述爆气循环泵上端连接有第二循环管，所述第二循环管和出气口密封连接。

上述气体从爆气循环泵通过第一循环管进入爆气管，爆气循环泵配合爆气管可以产生特定的爆气量及气泡尺寸，气泡进入过滤桶对污水进行过滤，然后上升依次经过出气口、第二循环管，再次进入爆气循环泵，如此循环对污水产生持续的清洁效果。

所述出水管和滤芯底部连通。

经过滤芯过滤完成的水，从滤芯底部流出，经过出水管收集。

所述爆气管排出气泡，所述气泡的直径是a，所述a的范围是1mm～5mm。所述滤芯的锥度是b，所述b的范围是5°～20°，所述气泡的流量是c，所述c的范围是200L/h～800L/h。

所述滤桶进出口的压差值是ΔF，所述ΔF和a、b、c之间的关系是：ΔF＝0.67*10⁶*COS(b)/((1000+c)*(1000+a³))。

滤芯的锥度、气泡的浮力和气泡的流量可以决定悬浮物聚集在滤芯上的速度，进而决定滤芯在进水管一侧的浓度，得出滤芯内外表面的压差，当滤芯内外表面的压差保持一个较为稳定的值时，一种高效水过滤器可以持续稳定的产出净水，避免了反冲洗过程，可以显著提高一种高效水过滤器的运行效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、一种高效水过滤器相比于传统过滤器，避免了设置 5％-10％的反冲洗时间，设备的运行效益显著提高；

2、反冲洗过程需要配备额外的压差监测装置、反冲洗水箱、反冲洗泵及切换水流向的阀门，这无疑增加了设备成本，本发明无反冲洗过程，减少了上述设备，减少了设备成本。

3、传统过滤器存在反冲洗后正常过滤循环初期过滤效果好，但过滤过程中压差增加，在正常过滤循环的末期过滤效果差的缺陷，一种高效水过滤器在过滤过程中可产生持续、稳定的过滤效果。

4、由于过滤过程中的爆气气体可以混入用于杀菌的微量氯气或微量臭氧，这种设计结构可以选配增加灭菌、灭微生物的功能。

附图说明

图1为本发明一种高效水过滤器的截面图；

图2为本发明一种高效水过滤器A部的结构示意图；

图3为本发明ΔF随时间变化的曲线；

图4为本发明G随时间变化的曲线。

附图标记：1、滤桶；2、滤芯；3、爆气管；4、进水管；5、出水管；6、出气口；7、爆气循环泵；8、第二循环管；9、气泡；10、第一循环管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1～2，本发明实施例中，一种高效水过滤器，包括过滤桶1，滤桶1是常规的不锈钢、玻璃钢等材质的圆柱体，过滤桶1内部设置有滤芯2，滤芯2是倒圆锥形状的不锈钢滤网，不锈钢滤网采用多层不锈钢网，是过滤器的专用滤材，经辗压成波浪网形，以正确的角度彼此交叉叠合而成，过滤网多层折叠扩张是以不同的密度、孔径由粗到细的排列，使水通过时多次改变流动方向，具有较好的过滤效果，滤芯2一周设置有爆气管3，爆气管3是在光滑的塑料圆管表面打出一系列的微孔，空气通过微孔产生大量气泡9向水中转移，过滤桶1 上端一侧设置有进水管4，过滤桶1底部设置有出水管5，过滤桶1顶部设置有出气口6，过滤桶1一端设置有爆气循环泵7，爆气循环泵7是用于气体循环的真空泵，可以将气体压入泵腔，形成微正压再排出。

污水从过滤过程，过滤过程中，爆气循环泵7产生的气泡9 通入爆气进水管4进入滤桶1中，受压力差驱使水从滤芯2外表面流入滤芯2内部，经过滤处理的水在滤芯2内部汇集后经出水管5流出完成管3中，滤芯2下部的爆气管3持续放出特定流量、尺寸的气泡9，这些气泡9在上升过程中与滤芯2外表面形成扰动，持续产生清除滤芯2进水一侧外表面悬浮物的剪切力，从而使悬浮物无法聚集在滤芯2外表面，滤芯2内外压差稳定在特定范围内，保持净水工作的持续性和稳定性。

滤芯2是倒锥形状的金属滤网。金属滤网过滤器通常过滤杂质颗粒直径为15-1000微米的液体，处理该范围颗粒杂质的水是金属滤网型过滤器主要的应用，在使用过程中水中的杂质颗粒会附着在金属滤网上，形成污垢和过滤污垢阻力。倒锥形状的滤芯2可以和气泡9产生剪切力，阻止悬浮物聚集在滤芯2 上。

爆气管3有若干个，若干个爆气管3可以产生足够流量的气泡9，足以阻止悬浮物聚集，爆气管3放置于滤芯2的下部，爆气管3产生的气泡9会做自下而上的运动，气泡9在运动过程中与滤芯2的金属滤网表面接触则会产生剪切力，此剪切力会清除滤芯2表面的污垢。

爆气循环泵7一侧连接有第一循环管10，第一循环管10 穿过滤桶1和爆气管3连通，气体从爆气循环泵7通过第一循环管10进入爆气管3，爆气循环泵7配合爆气管3可以产生特定的爆气量及气泡尺寸，爆气循环泵7上端连接有第二循环管 8，第二循环管8和出气口6密封连接，气泡进入过滤桶1在滤芯2表面产生剪切力，对滤芯2表面的污垢进行扰动剪切，然后持续上升依次经过出气口6、第二循环管8，再次进入爆气循环泵7，如此循环对污水产生持续的清洁效果。

出水管5和滤芯2底部连通。经过滤芯2过滤完成的水，从滤芯2底部流出，经过出水管5收集。

实施例2～12：滤芯2的金属滤网通常过滤杂质颗粒直径为 15-1000微米的液体，处理该范围颗粒杂质的水是金属滤网型过滤器主要的应用，在使用过程中水中的杂质颗粒会附着在金属滤网上，形成污垢和过滤污垢阻力，为解决此问题，考虑利用空气在水中运动时产生的浮力和扰流持续清除此污垢层，以达到免反冲洗的目的。

气泡9在水中会由于浮力作用做自下而上的运动，气泡9 在运动过程中如与金属滤网表面接触则会产生剪切力，气泡9 产生的剪切力受气泡9的尺寸、滤芯2的锥度、气泡9的流量等因素的影响，此剪切力会清除滤网表面的污垢，进而使得滤芯2内外表面的压差保持稳定，当滤芯内外表面的压差保持一个较为稳定的值时，一种高效水过滤器可以持续稳定的产出净水，避免了反冲洗过程，可以显著提高一种高效水过滤器的运行效率。

现在选择滤芯2为每平方英寸面积上滤网孔的数量为500 的不锈钢滤网的一种高效水过滤器和传统的反水洗过滤器，传统的反水洗过滤器的型号是DLS400-SJ-00-01，并在一种高效水过滤器中选择不同气泡的直径a、不同滤芯的锥度b、不同气泡的流量c，选择相同的长江下游常州段南岸-20米处的水作为过滤对象，在两种过滤器的进水管4处和出水管5处各设置一个压力表，当一种高效水过滤器和传统的反水洗过滤器运行不同时长时，利用进水管4和出水管5处设置的压力表，计算出滤桶(1)进出口的压差值ΔF，并通过流量计测量出水管处的净水流量G，因为传统反水洗过滤器运行一定时间后需要进行反洗，反洗过程中不产生压力差和净水流量，所以选择监测时间段为0h～8h、8.5h～16.5h、17h～25h、25.5h～33h时，滤桶(1) 进出口的压差值ΔF和出水管处的净水流量G，其中ΔF1～ΔF12和G1～G12分别表示过滤时长t＝0h、t＝4h、t＝8h、t＝8.5h、 t＝12.5h、t＝16.5h、t＝17h、t＝21h、t＝25h、t＝25.5h、t＝29.5h、 t＝33.5h时滤桶(1)进出口的压差值和出水管处的净水流量，得到表1和表2：

表1

表2

从表1和表2中可以看出，选择实施例2～12中的任一方案，运行6h后，滤桶(1)进出口的压差值ΔF均小于传统反水洗过滤器的内外表面的压差值，从实施例3～5中可以看出，当气泡的直径a、滤芯的锥度b一定时，滤桶(1)进出口的压差值ΔF 随着气泡的流量c的增大而减小，出水管处的净水流量G随着气泡的流量c的增大而增大；从实施例6～8中可以看出，当气泡的直径a、气泡的流量c一定时，滤桶(1)进出口的压差值ΔF随着滤芯的锥度b的增大而减小，出水管处的净水流量G 随着滤芯的锥度b的增大而增大；从实施例9～10中可以看出，当滤芯的锥度b、气泡的流量c一定时，气泡的直径a越大，滤桶(1)进出口的压差值ΔF越小，出水管处的净水流量G越大，但从实施例10～12中可以看出，当滤芯的锥度b、气泡的流量c 一定，气泡的直径a大于5mm时，滤桶(1)进出口的压差值Δ F变化不再明显，出水管处的净水流量G的变化也不再明显，这是因为当气泡的直径a大于5mm时，气泡9上升过程中会破碎变成尺寸较小的气泡9，剪切力会降低，所以滤桶(1)进出口的压差值ΔF变化不再明显；且当一种高效水过滤器运行24h 后，滤桶(1)进出口的压差值ΔF均小于0.6kg/m²，不需要进行反水洗操作。

由表1中数据得到图3(ΔF随时间变化的曲线)，图3中可以看出，一种高效水过滤器滤桶(1)进出口的压差值ΔF在 33.5h内均保持在一个稳定的数值范围，而传统反水洗过滤器滤桶(1)进出口的压差值ΔF在33.5h内反复增大，且平均过滤八小时会进行反洗，反洗过程中没有净水产生。

由表2中数据得到图4(G随时间变化的曲线)，图4中可以看出，一种高效水过滤器滤出水管处的净水流量G在33.5h 内均保持在一个稳定的数值范围，传统反水洗过滤器在运行 33.5h内，水管处的净水流量G反复的减小，且在反洗时间内无净水产出，只能间断的进行净水工作，极大的降低了净水效率。

综合实施例2～12，从表1中可以看出，滤桶(1)进出口的压差值ΔF随着气泡的直径a、滤芯的锥度b、气泡的流量c的增大而减小，当气泡的直径a大于5mm时，滤桶(1)进出口的压差值ΔF和水管处的净水流量G的变化不再明显，又考虑到设备制造成本、运行费用和过滤流量等因素，确定一种高效水过滤器，曝气管3产生的气泡9的尺寸为5mm，即a的值是5mm，滤芯2锥度为15°，即b的值是15°，气泡9产生的流量是 600～800L/h，即c的值是600～800L/h为最优方案。

本发明的工作原理是：一种高效水过滤器采用污水处理过程中的爆气原理对滤桶1中滤芯2的进水一侧表面做持续的清洁，始终保持滤芯2进水一侧悬浮物无法聚集，从而达到一种高效水过滤器可以持续工作，避免反冲洗的过程而浪费时间，污水从进水管4进入滤桶1中，受压力差驱使水从滤芯2外表面流入滤芯2内部，经过滤处理的水在滤芯2内部汇集后经出水管5流出，完成过滤过程，过滤过程中，爆气循环泵7产生的气泡9通入爆气管3中，滤芯2下部的爆气管3持续放出特定流量、尺寸的气泡9，这些气泡9在上升过程中与锥形滤芯2 外表面形成扰动，持续产生清除滤芯2进水一侧外表面悬浮物的剪切力，从而使悬浮物无法聚集在滤芯2外表面，滤芯2内外压差稳定在特定范围内，保持净水工作的持续性和稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。