一种垂向呼吸式污水处理多重过滤板的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种垂向呼吸式污水处理多重过滤板。

背景技术：

污水处理：为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。

按水污的质性来分，水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染，当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：⑴未经处理而排放的工业废水；⑵未经处理而排放的生活污水；⑶大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；⑷堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；⑸水土流失；⑹矿山污水。

而污水中无疑重金属污染是最难处理的一种，重金属的种类不同，存在自然界中的形式价态也不同，处理方法也有所不同。常见的处理方法有3种：(1)化学处理法，即废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法，又分为化学沉淀法（中和沉淀法，硫化物沉淀法，铁氧体沉淀法）和电化学处理法。(2)物理处理法，是指使废水中的重金属离子在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，包括离子交换法，电渗析法，分离法，溶剂萃取法，吸附等方法。(3)生物处理法，是指借助微生物或植物的絮凝、吸收累积、富集等作用去除废水中重金属离子的方法，包含植物修复法，生物絮凝法和生物吸附法等方法。

目前我国的污水处理现状多采用物理处理法中的吸附剂，处理效果往往取决于吸附剂的吸附能力，最为常见的为活性炭，然而目前的活性炭吸附能力有效，尤其是在吸附的主动性方面较差，制备成本高，再生困难，主要体现在吸附饱和后难以脱附，大多直接报废导致了水处理的成本高昂，制约了重金属污染污水的物理处理的发展。有人调查100多座大处理厂，存在较多严重的问题，如资金不足\成本高\效率低等大问题，普遍效率不足70%，低的只有40%。污水处理成本能耗情况：基本都是高能耗\低效率，尤其是针对高重金属污染的污水处理，大多采用先动态过滤后静态处理的方式，不但处理效率低下，且能耗过高，导致污水处理成本显著增高。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种垂向呼吸式污水处理多重过滤板，它可以实现将动态过滤和静态重金属污染处理有机结合，通过将污水的流动动能基于能量转化的原理，将其转化为重金属污染主动吸附处理的动力，具体通过高震弹性片的高弹性在污水冲击下，一方面起到截流作用，另一方面转变为高震弹性片的高频震动，并将震动通过弧形摩擦片进行特定区域的摩擦生热，利用高功热转化球的高功热转化特性，将弧形摩擦片做功的能量快速高效的转化为热量加热气体，使得气体受热膨胀挤压离子交换膜袋变形复原，并且遇冷散去热量后回缩，实现离子交换膜袋的呼吸式吸附污水中的重金属离子进行捕捉，同时高震弹性片的震动和离子交换膜袋区域的加热均会加速重金属离子的运动速率，提高捕捉效率，可以实现过滤和捕捉的同步处理，且方便回收重金属污染物。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种垂向呼吸式污水处理多重过滤板，包括多块垂向且平行设置的呼吸式过滤框，一对所述呼吸式过滤框之间固定连接有位于下侧的过滤底板，所述呼吸式过滤框左右两端开凿有多排均匀分布的碗形通孔和条形多震孔，且碗形通孔位于条形多震孔上侧并一一对应，所述条形多震孔内固定连接有一排弹性支点球，所述弹性支点球内贯穿连接有横跨呼吸式过滤框内外两侧的高震弹性片，所述呼吸式过滤框内固定连接有相匹配的离子交换膜袋，且离子交换膜袋在正对碗形通孔的区域设置为凹陷区，一对左右对应的所述凹陷区之间固定连接有自呼吸杆，所述高震弹性片靠近自呼吸杆一端固定连接有延伸至自呼吸杆内侧的弧形摩擦片，所述高震弹性片与自呼吸杆之间固定连接有包裹在弧形摩擦片外侧的防水囊袋。

进一步的，所述自呼吸杆包括中心处的绝热套筒，所述绝热套筒左右两端与凹陷区之间均固定连接有弹性气囊杆，所述弹性气囊杆中心位置固定连接有导热包覆块，所述绝热套筒下端和导热包覆块上开凿有与防水囊袋相匹配的弧形摩擦孔，弧形摩擦片在弧形摩擦孔内与导热包覆块发生高频摩擦生热的现象，通过绝热套筒内气体膨胀现象迫使弹性气囊杆发生延伸，而气体在弹性气囊杆中和接触离子交换膜袋的区域与水发生换热冷却回缩现象，进而通过自呼吸杆实现离子交换膜袋的“呼吸作用”，完成重金属污染主动吸附处理。

进一步的，所述导热包覆块上的弧形摩擦孔侧壁上开凿有多个功热转化孔，所述功热转化孔内镶嵌安装有高功热转化球，高功热转化球起到与弧形摩擦片接触直接摩擦生热的作用并将产生的热量迅速传导至导热包覆块进而对绝热套筒内的气体进行加热。

进一步的，所述高功热转化球包括相互结合成球的摩擦半球和导热半球并相互粘接，所述高功热转化球内填充有导热混合物，摩擦半球用来与弧形摩擦片接触直接摩擦生热，导热半球具有良好的热传导作用，导热混合物既能传导热量同时可以二次生热，提高高功热转化球整体的功热转化率。

进一步的，所述导热混合物为导热油和导热砂的混合物，且导热油和导热砂的混合比例为1:0.1-0.2，所述导热混合物在高功热转化球的填充体积为75-85%，合适的混合比例和填充体积可以充分提高导热体的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为高功热转化球在摩擦产生微小震动时导热砂时也会产生一定的热能。

进一步的，所述摩擦半球采用铈、镧、钕、镨等稀有金属和铁组成的合金材料制成，所述导热半球采用铝合金或者铜质材料制成，且摩擦半球与弧形摩擦片接触摩擦，摩擦半球具有优异的物理性能和机械强度，且具备良好的摩擦生热特性，生热现象十分明显，导热半球弹性较好，且导热性优异，既可以满足高功热转化球受到摩擦后进行震动二次生热，同时也可以快速将热量传导至导热包覆块。

进一步的，所述导热包覆块左右两端均固定连接有多根均匀分布的密集导热丝，所述绝热套筒内填充有二氧化碳气体，密集导热丝用来将导热包覆块的热量迅速传导至二氧化碳，增大接触面积，二氧化碳相比于空气具有更快的受热膨胀速度。

进一步的，所述高震弹性片采用铍青铜或者弹簧钢材料制成，且高震弹性片位于呼吸式过滤框内外两侧的长度比为5:1-2，高震弹性片具有优异的高弹性，可以在水流冲击下进行高频震动，且长度的设置基于力臂原理，加大呼吸式过滤框内侧高震弹性片的震动幅度。

进一步的，所述呼吸式过滤框下端设置为开口，所述开口下端通过螺钉安装有沉淀盒，所述呼吸式过滤框和过滤底板均采用活性炭纤维材料制成，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，沉淀盒则起到收纳重金属污染物沉淀的作用，方便技术人员直接回收，降低回收难度。

进一步的，其中一个所述呼吸式过滤框上固定连通有加料管，且加料管贯穿其余呼吸式过滤框并与离子交换膜袋内腔连通，所述离子交换膜袋内填充有混合有重金属捕捉剂的溶液，加料管用来进行实时加料，重金属捕捉剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，因能在常温和很宽的ph值条件范围内，与废水中的cu2+、cd2+、hg2+、pb2+、mn2+、ni2+、zn2+、cr3+等各种重金属离子进行化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，且絮状沉淀无法从离子交换膜袋中逸散，从而积聚在沉淀盒内等待回收。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现将动态过滤和静态重金属污染处理有机结合，通过将污水的流动动能基于能量转化的原理，将其转化为重金属污染主动吸附处理的动力，具体通过高震弹性片的高弹性在污水冲击下，一方面起到截流作用，另一方面转变为高震弹性片的高频震动，并将震动通过弧形摩擦片进行特定区域的摩擦生热，利用高功热转化球的高功热转化特性，将弧形摩擦片做功的能量快速高效的转化为热量加热气体，使得气体受热膨胀挤压离子交换膜袋变形复原，并且遇冷散去热量后回缩，实现离子交换膜袋的呼吸式吸附污水中的重金属离子进行捕捉，同时高震弹性片的震动和离子交换膜袋区域的加热均会加速重金属离子的运动速率，提高捕捉效率，可以实现过滤和捕捉的同步处理，且方便回收重金属污染物。

（2）自呼吸杆包括中心处的绝热套筒，绝热套筒左右两端与凹陷区之间均固定连接有弹性气囊杆，弹性气囊杆中心位置固定连接有导热包覆块，绝热套筒下端和导热包覆块上开凿有与防水囊袋相匹配的弧形摩擦孔，弧形摩擦片在弧形摩擦孔内与导热包覆块发生高频摩擦生热的现象，通过绝热套筒内气体膨胀现象迫使弹性气囊杆发生延伸，而气体在弹性气囊杆中和接触离子交换膜袋的区域与水发生换热冷却回缩现象，进而通过自呼吸杆实现离子交换膜袋的“呼吸作用”，完成重金属污染主动吸附处理。

（3）导热包覆块上的弧形摩擦孔侧壁上开凿有多个功热转化孔，功热转化孔内镶嵌安装有高功热转化球，高功热转化球起到与弧形摩擦片接触直接摩擦生热的作用并将产生的热量迅速传导至导热包覆块进而对绝热套筒内的气体进行加热。

（4）高功热转化球包括相互结合成球的摩擦半球和导热半球并相互粘接，高功热转化球内填充有导热混合物，摩擦半球用来与弧形摩擦片接触直接摩擦生热，导热半球具有良好的热传导作用，导热混合物既能传导热量同时可以二次生热，提高高功热转化球整体的功热转化率。

（5）导热混合物为导热油和导热砂的混合物，且导热油和导热砂的混合比例为1:0.1-0.2，导热混合物在高功热转化球的填充体积为75-85%，合适的混合比例和填充体积可以充分提高导热体的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为高功热转化球在摩擦产生微小震动时导热砂时也会产生一定的热能。

（6）摩擦半球采用铈、镧、钕、镨等稀有金属和铁组成的合金材料制成，导热半球采用铝合金或者铜质材料制成，且摩擦半球与弧形摩擦片接触摩擦，摩擦半球具有优异的物理性能和机械强度，且具备良好的摩擦生热特性，生热现象十分明显，导热半球弹性较好，且导热性优异，既可以满足高功热转化球受到摩擦后进行震动二次生热，同时也可以快速将热量传导至导热包覆块。

（7）导热包覆块左右两端均固定连接有多根均匀分布的密集导热丝，绝热套筒内填充有二氧化碳气体，密集导热丝用来将导热包覆块的热量迅速传导至二氧化碳，增大接触面积，二氧化碳相比于空气具有更快的受热膨胀速度。

（8）高震弹性片采用铍青铜或者弹簧钢材料制成，且高震弹性片位于呼吸式过滤框内外两侧的长度比为5:1-2，高震弹性片具有优异的高弹性，可以在水流冲击下进行高频震动，且长度的设置基于力臂原理，加大呼吸式过滤框内侧高震弹性片的震动幅度。

（9）呼吸式过滤框下端设置为开口，开口下端通过螺钉安装有沉淀盒，呼吸式过滤框和过滤底板均采用活性炭纤维材料制成，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，沉淀盒则起到收纳重金属污染物沉淀的作用，方便技术人员直接回收，降低回收难度。

（10）其中一个呼吸式过滤框上固定连通有加料管，且加料管贯穿其余呼吸式过滤框并与离子交换膜袋内腔连通，离子交换膜袋内填充有混合有重金属捕捉剂的溶液，加料管用来进行实时加料，重金属捕捉剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，因能在常温和很宽的ph值条件范围内，与废水中的cu2+、cd2+、hg2+、pb2+、mn2+、ni2+、zn2+、cr3+等各种重金属离子进行化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，且絮状沉淀无法从离子交换膜袋中逸散，从而积聚在沉淀盒内等待回收。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明呼吸式过滤板正常状态下的内部结构示意图；

图4为本发明自呼吸杆的结构示意图；

图5为本发明高功热转化球的结构示意图；

图6为本发明呼吸式过滤板呼吸状态下的内部结构示意图。

图中标号说明：

1呼吸式过滤框、2过滤底板、3沉淀盒、4碗形通孔、5高震弹性片、6离子交换膜袋、7绝热套筒、8弹性气囊杆、9弧形摩擦片、10防水囊袋、11弹性支点球、12导热包覆块、13高功热转化球、131摩擦半球、132导热半球、133导热混合物、14加料管、15密集导热丝。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种垂向呼吸式污水处理多重过滤板，包括多块垂向且平行设置的呼吸式过滤框1，一对呼吸式过滤框1之间固定连接有位于下侧的过滤底板2，呼吸式过滤框1左右两端开凿有多排均匀分布的碗形通孔4和条形多震孔，且碗形通孔4位于条形多震孔上侧并一一对应，条形多震孔内固定连接有一排弹性支点球11，弹性支点球11采用遇水膨胀橡胶材质制成，弹性支点球11内贯穿连接有横跨呼吸式过滤框1内外两侧的高震弹性片5，高震弹性片5采用铍青铜或者弹簧钢材料制成，且高震弹性片5位于呼吸式过滤框1内外两侧的长度比为5:1-2，高震弹性片5具有优异的高弹性，可以在水流冲击下进行高频震动，且长度的设置基于力臂原理，加大呼吸式过滤框1内侧高震弹性片5的震动幅度，呼吸式过滤框1下端设置为开口，开口下端通过螺钉安装有沉淀盒3，呼吸式过滤框1和过滤底板2均采用活性炭纤维材料制成，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，沉淀盒3则起到收纳重金属污染物沉淀的作用，方便技术人员直接回收，降低回收难度，其中一个呼吸式过滤框1上固定连通有加料管14，且加料管14贯穿其余呼吸式过滤框1并与离子交换膜袋6内腔连通，离子交换膜袋6内填充有混合有重金属捕捉剂的溶液，加料管14用来进行实时加料，重金属捕捉剂是一种与重金属离子强力螯合的化工药剂，因能在常温和很宽的ph值条件范围内，与废水中的cu2+、cd2+、hg2+、pb2+、mn2+、ni2+、zn2+、cr3+等各种重金属离子进行化学反应，并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀，且絮状沉淀无法从离子交换膜袋6中逸散，从而积聚在沉淀盒3内等待回收。

请参阅图3，呼吸式过滤框1内固定连接有相匹配的离子交换膜袋6，且离子交换膜袋6在正对碗形通孔4的区域设置为凹陷区，凹陷区的“呼吸”作用可以实现对重金属离子的主动捕捉，离子交换膜袋6具有离子的选择透过性，满足重金属离子向离子交换膜袋6内渗透，而重金属捕捉剂却无法渗透出去，因此可以实现将重金属沉淀后方便收集，不会逸散到污水中，一对左右对应的凹陷区之间固定连接有自呼吸杆，高震弹性片5靠近自呼吸杆一端固定连接有延伸至自呼吸杆内侧的弧形摩擦片9，高震弹性片5与自呼吸杆之间固定连接有包裹在弧形摩擦片9外侧的防水囊袋10，自呼吸杆包括中心处的绝热套筒7，具有优异的隔热作用，绝热套筒7左右两端与凹陷区之间均固定连接有弹性气囊杆8。

请参阅图4，弹性气囊杆8中心位置固定连接有导热包覆块12，采用导热材质，例如铝合金、紫铜、导热石墨等，绝热套筒7下端和导热包覆块12上开凿有与防水囊袋10相匹配的弧形摩擦孔，弧形摩擦片9在弧形摩擦孔内与导热包覆块12发生高频摩擦生热的现象，通过绝热套筒7内气体膨胀现象迫使弹性气囊杆8发生延伸，而气体在弹性气囊杆8中和接触离子交换膜袋6的区域与水发生换热冷却回缩现象，进而通过自呼吸杆实现离子交换膜袋6的“呼吸作用”，完成重金属污染主动吸附处理，导热包覆块12上的弧形摩擦孔侧壁上开凿有多个功热转化孔，功热转化孔内镶嵌安装有高功热转化球13，高功热转化球13起到与弧形摩擦片9接触直接摩擦生热的作用并将产生的热量迅速传导至导热包覆块12进而对绝热套筒7内的气体进行加热，导热包覆块12左右两端均固定连接有多根均匀分布的密集导热丝15，绝热套筒7内填充有二氧化碳气体，密集导热丝15用来将导热包覆块12的热量迅速传导至二氧化碳，增大接触面积，二氧化碳相比于空气具有更快的受热膨胀速度。

请参阅图5，高功热转化球13包括相互结合成球的摩擦半球131和导热半球132并相互粘接，高功热转化球13内填充有导热混合物133，摩擦半球131用来与弧形摩擦片9接触直接摩擦生热，导热半球132具有良好的热传导作用，导热混合物133既能传导热量同时可以二次生热，提高高功热转化球13整体的功热转化率，导热混合物133为导热油和导热砂的混合物，且导热油和导热砂的混合比例为1:0.1-0.2，导热混合物133在高功热转化球13的填充体积为75-85%，合适的混合比例和填充体积可以充分提高导热体的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为高功热转化球13在摩擦产生微小震动时导热砂时也会产生一定的热能，摩擦半球131采用铈、镧、钕、镨等稀有金属和铁组成的合金材料制成，弧形摩擦片9采用和摩擦半球131一样的材质，导热半球132采用铝合金或者铜质材料制成，且摩擦半球131与弧形摩擦片9接触摩擦，摩擦半球131具有优异的物理性能和机械强度，且具备良好的摩擦生热特性，生热现象十分明显，导热半球132弹性较好，且导热性优异，既可以满足高功热转化球13受到摩擦后进行震动二次生热，同时也可以快速将热量传导至导热包覆块12。

使用时，先通过一段时间的清水进行预热，清水在冲击高震弹性片5时，高震弹性片5的另一端会放大震动幅度，带动弧形摩擦片9在导热包覆块12内进行高频的往复摩擦，高功热转化球13迅速生热并将热量传导至导热包覆块12，导热包覆块12藉由密集导热丝15对绝热套筒7内的二氧化碳进行加热，二氧化碳受热迅速膨胀迫使弹性气囊杆8延伸，接着弹性气囊杆8挤压离子交换膜袋6的凹陷区恢复平整或者向外凸出，在高震弹性片5的高频震动作用，以及绝热套筒7和凹陷区附近高温二氧化碳的散热作用下，污水中的重金属离子运动速率加快，可以更好与离子交换膜袋6进行离子交换，而二氧化碳在散热结束后会发生回缩现象，弹性气囊杆8又拉动离子交换膜袋6恢复凹陷区，实现离子交换膜袋6上凹陷区的“呼吸”作用，离子交换膜袋6在凹陷的时候会主动吸入污水，在冲击作用下重金属离子被吸入离子交换膜袋6的速度得到加快，与重金属捕捉剂反应后生成沉淀积累在沉淀盒3内，总体上由于高震弹性片5的阻挡，污水在经过时会层层截流，减缓通过速度，使得污水具有更多的过滤和处理时间，呼吸式过滤框1和过滤底板2作为框架的同时也可以起到优异的过滤作用。

本发明可以实现将动态过滤和静态重金属污染处理有机结合，通过将污水的流动动能基于能量转化的原理，将其转化为重金属污染主动吸附处理的动力，具体通过高震弹性片5的高弹性在污水冲击下，一方面起到截流作用，另一方面转变为高震弹性片5的高频震动，并将震动通过弧形摩擦片9进行特定区域的摩擦生热，利用高功热转化球13的高功热转化特性，将弧形摩擦片9做功的能量快速高效的转化为热量加热气体，使得气体受热膨胀挤压离子交换膜袋6变形复原，并且遇冷散去热量后回缩，实现离子交换膜袋6的呼吸式吸附污水中的重金属离子进行捕捉，同时高震弹性片5的震动和离子交换膜袋6区域的加热均会加速重金属离子的运动速率，提高捕捉效率，可以实现过滤和捕捉的同步处理，且方便回收重金属污染物。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。