一种虹吸过滤池的零动力滤料自动回流装置的制作方法

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1.一种虹吸过滤池的零动力滤料自动回流装置，属于水处理领域。


背景技术：

2.我公司在授权专利zl201420489268.1中提出了一种可虹吸反洗的双滤一体过滤器，包括一个外过滤池和一个位于外过滤池中央的内过滤桶，反洗蓄水池位于内过滤桶的上方，虹吸反洗管组件安装在内过滤桶的顶部中央；两级过滤池采用容重比水大的相同滤料，它们在底部联通；进水先下向流经过内过滤桶过滤后，然后上向流经过外过滤池过滤，再存储在反洗水蓄水池，达到一定水位后排出。两级过滤池在底部的联通方式主要有两种，一种是滤料和水都能流动，另一种是水可以流动但滤料不能流通。如采用第二种方式，由于双滤过滤器的外过滤池过滤面积一般大于内过滤池，当内过滤池滤料得到充分的反洗时，外滤池滤料往往达不到足够的反洗强度，也没有反洗膨胀率，因此很难得到足够的反洗，运行一段时间后会出现外过滤池穿透、结块等现象，需要人工定期翻洗，维护工作量大，劳动强度高。如采用第一种方式，每次虹吸反洗时，内过滤池的滤料发生膨胀，会带动外过滤池底部滤料向内过滤池底部移动，从而逐步抬高内过滤池滤料厚度。当内过滤池滤料厚度足够大，使内滤料池内不足以保持足够的膨胀空间(石英砂为45％左右)时，只要虹吸反洗发生，就会有相当部分滤料被从虹吸管中被带出。当然，可以人工将带出的滤料重新摊铺在外过滤池表面，形成滤料人工辅助循环，但这同样有较大的劳动强度。
3.事实上，任何虹吸过滤池都可能面临类似的情况，当滤料层厚度太大，使过滤池内膨胀空间不够时，就会出现滤料被虹吸反洗带出问题。
4.专利cn201710880141.0等专利提出过多种滤料回收装置，但基本上都是考虑在滤料被带出后如何收集起来，没有一种直接收集后摊铺到过滤池的方案。
5.现在市场上已经有一种活性砂过滤器，它通过水泵或者风机等外部动力将过滤池底部的滤料进行清洗后逐步转移到过滤池的顶部，使过滤池滤料实现清洗和上下循环。但这种方法需要较大的外部动力和功耗。


技术实现要素：

6.本实用新型专利提出一种虹吸过滤池的零动力滤料自动回流装置，包括圆环形的下锥、圆锥形的上罩，虹吸过滤池的过滤池安装在反洗蓄水池的中部，其虹吸反洗装置带有垂直的虹吸上升管，其特征是：虹吸上升管的进水口上部四周开有若干个切口；上罩和下锥均开口向下，两者的顶部分别同轴安装在切口的上方和下方，两者的下端内外密封联接；下锥可伸缩，其底部至少固定联接一个浮球。
7.本专利的指导思想是在虹吸上升管的进水口上部外增设一个可拆卸的环形密封仓。环形密封仓的底部固定至少一个浮球，它的位置基本上在反洗蓄水池的破坏水位附近。它的截面积大于虹吸水流上升面积的数倍，使虹吸上升水流在流经这个截面时，流速显著下降而使滤料沉淀在这个环形密封仓内。当反洗水位降到反洗破坏水位时，浮球会下降从
而打开这个环形密封仓，致命虹吸破坏，虹吸上升管内的水会快速下降，将环形密封仓内的滤料重新摊铺在外过滤池内或者使滤料回到虹吸过滤池的底部附近，再由虹吸反洗时将这部分滤料带入过滤池底部，形成滤料收集、摊铺；当水位上升时，浮球上升将环形密封仓关闭。利用这种方式就可以使滤料通过虹吸反洗动力实现自动回流。
8.如果将壁厚忽略不计。设虹吸下降管、上罩的直径分别为d和 d，虹吸反洗时相应管内水的流速分别为v和v，则虹吸反洗时，通过虹吸下降管的流量应与通过环形密封仓和虹吸上升管内流量相等，即：
9.d
^2
*v＝(d
^2-d
^2
)*v
10.根据有关设计规范，取v＝1米/秒。根据水力学试验，石英砂作滤料的自由沉降速度约0.3米/秒。取v＝0.3米/秒，则d
^2
＝4.3d
^2
，即 d＞2.1d。即上罩的直径至少应是虹吸下降管直径的2.1倍。
11.环形密封仓由环形的下锥和圆锥形的上罩组成。虹吸上升管的进水口上部四周开有若干个槽孔，以便虹吸上升管与环形密封仓之间水相通并形成基本相同的流速。为使上罩与下锥的底部之间形成可靠有效的密封，下锥和上罩应同轴安装，如均同轴安装在虹吸上升管上：上罩顶部同轴密封安装在虹吸上升管槽孔的上方，下锥顶部同轴密封固定安装在虹吸上升管槽孔的下方，上罩和下锥在底部密封联接，形成一个环形密封仓。两者均同轴安装虹吸上升管上，因此上罩与下锥保持一定的同轴度。由于上罩与下锥之间的虹吸上升管四周开有若干个槽孔，因此可以使环形密封仓与虹吸上升管内的水流速度基本相同；为使环形密封仓内的滤料沉积轴对称，槽孔布置也应轴对称。下锥可以伸缩，其底部固定联接至少1个浮球(或者浮标)，为保证下锥轴对称移动，浮球也应与下锥轴对称安装，如采用一个环形浮球，环形浮球也基本同轴套在虹吸上升管上。
12.一种是下锥可以上下伸缩，如下锥用用柔性塑料制成，或者有一定刚度的硬布制成，浮球的上、下移动会直接带动下锥的底部上、下移动，使下锥发生上、下伸缩。另一种是下锥可以径向伸缩，如采用类似雨伞的结构，下锥由带有径向骨架的柔性材料制成，骨架又通过铰接方式与另一骨架相联，再联接在一个可在虹吸上升管上上、下滑动的滑动环上。浮球的上、下移动会先带动滑动环上、下移动，从而通过骨架使下锥做径向伸缩运动；径向伸开则使其与上罩底部形成环形密封仓。虹吸反洗发生时，反洗蓄水池的水位会下降；当水位下降到浮球顶部以下时，浮球浮力会逐渐下降；当下降到一定高度时，下锥的重力会大于浮力，下锥在浮球和沉淀滤料重力的共同作用下(虹吸过程中，虹吸斜管顶部内会产生负压，因此，几乎没有水的重力)会下行使环形密封仓打开一个缺口，从而缺口进气使反洗虹吸破坏。虹吸一旦破坏，虹吸上升管甚至虹吸斜管内的水会快速下降，使缺口快速扩大，并将沉淀在环形密封仓内的滤料带出，实现滤料回流和摊铺。反洗虹吸破坏以后，过滤会恢复，反洗蓄水池内的水位会逐渐上升，虹吸上升管内的水位也同步上升，一般其水位稍高于反洗蓄水池内的水位。由于虹吸上升管的进水口在浮球下方，刚开始恢复进水时，只要浮球高于虹吸上升管的进水口一定高程，虹吸上升管内的水位就不会高于下锥的顶部。随着反洗蓄水池内的水位上升，浮球也会相应抬升，使下锥底部向上收缩，从而使其与上罩之间恢复密封联接，从而保证过滤池恢复正常运行。
13.对外展式虹吸反洗装置，虹吸上升管上面还有虹吸斜管，上罩顶部开口，同轴密封固定在虹吸上升管的顶部附近。对中央同轴虹吸反洗装置，没有虹吸斜管，虹吸下降管和虹
吸辅助管安装虹吸上升管内，因此上罩可以采用顶部密封形式。还可以将上罩与虹吸上升管设计成螺纹联接方式，可以人工旋转上罩使上罩上、下移动，作为环形密封仓开启和关闭的辅助方式。
14.为便于滤料的自动下滑，下锥宜有一定的锥角，且其锥底角宜大于滤料的稳定角。
15.上罩与下锥之间的联接可采用直接接触密封形式，也可以在它们之间安装密封胶圈。一般来讲，密封胶圈既可以增加密封性，也可以减少两部件的直接摩擦，是较好的选择。
16.显然，本专利可以适合带中央同轴虹吸装置的虹吸过滤池，包括一级过滤池或者底部联通的双滤一体过滤器。对后者，每次虹吸反洗产生时，内过滤池会产生滤料膨胀，同时高速水流会将外过滤池底部滤料带入内过滤池的底部，使内过滤池的滤层厚度增加；当内过滤池的滤料膨胀空间不够时，虹吸反洗水流会将部分内过滤池表层滤料带入虹吸上升管内，收集在滤料回流装置内；当虹吸破坏时，收集在滤料回流装置内的滤料又被摊铺在外过滤池的表层，形成滤料的循环回流。事实上，对双滤一体式过滤器，一般其外过滤池截面积都大于内过滤池面积数倍。当虹吸反洗强度按内过滤池设计时，外过滤池的反洗强度也数倍下降，并且无法得到膨胀空间，因此仅依靠内过滤池虹吸反洗事实上无法使外过滤池得到真正有效地反洗。而安装本专利的滤料回流装置后，每反洗一次，就有部分滤料被循环回流一次，形成间歇式活性砂过滤器，长期使用时，在使内过滤池得到充分虹吸反洗的同时，也可以使外过滤池滤料得到循环分层反洗。
17.颗粒滤料过滤有物理过滤和生物网捕等多重作用，特别是当外过滤池设计的滤速较低(如低于0.3米/小时)，滤料内会形成生物膜。采用本专利技术，既可以使外过滤池滤料层保持一定的稳定性，又可以使外过滤池滤料得到循环分层反洗。与传统的连续活性砂过滤器相比，这种间歇式活性砂过滤器不仅过滤效果更好，而且完全依靠全水力实现滤料回流，只要能够实现自动虹吸反洗，就能够实现滤料自动回流，不需要增加其它动力，可以零动力实现滤料间歇式自动回流。
附图说明：
18.附图1和2分别是实施例设计正视图和俯视图，图1是半剖视图。附图3是本专利实施例在虹吸过滤池中的安装位置图。
具体实施方式：
19.如附图1和2所示的实施例。中央同轴虹吸装置的虹吸上升管1 采用不锈钢钢管，其上部四周开有若干过槽孔6，槽孔6用激光切割加工而成；其顶部内管孔内焊接有圆板7，圆板7中央焊接有螺母8，使螺母8与虹吸上升管1同轴。下锥3采用pe塑料特殊制作而成，形成可上下伸缩的锥形，并且其大锥口带有翻边13，以便固定安装浮球11。下锥3的底锥角为50
°
左右，接近石英砂滤料的稳定堆角；其上部用胶粘接在虹吸上升管1上槽孔6的下方，并用不锈钢喉箍14加固。浮球11为一个内孔稍大于虹吸上升管1外径的环形浮标，用聚氨酯泡沫制成；利用其可压缩的特性，在涂胶后压入锥3底部翻边13内；其安装位置在虹吸上升管1的进水口12上方一定距离，以便浮球11上下移动。
20.上罩4用透明abs注塑而成，其顶部密封，顶部内侧注塑时镶嵌有一个不锈钢螺杆9，螺杆9插入螺母8内；用手工旋转上罩4，就可以使上罩4产生上下移动，用于特殊情况下人
工干预，以便于调整上罩4与下锥3接触的紧度。上罩4的底部上套有一个特制的硅胶密封环2，密封环2的内侧有一个环状凸缘，使下锥3能更好地保证与上罩4的密封，形成环形密封仓5。
21.为方便人工旋转上罩4，在上罩4外侧均布有一些长条凸缘10，用于增加旋转时的握紧力。这些凸缘10可以在上罩4注塑时实现。
22.本专利的滤料自动回流装置安装在虹吸过滤池20的虹吸上升管1上，过滤池21位于反洗蓄水池23的中央，虹吸上升管1布置在过滤池21的中央顶部。
23.虹吸过滤池20正常过滤运行时，反洗蓄水池23内的水位高于整个浮球11，在浮球11的浮力作用下，下锥3的底部压紧在上罩4 底部的密封环2上使环形密封仓5封闭；由于浮球11与虹吸上升管 1基本同轴，其浮力也应是同轴的，因此密封应是均匀的。随着过滤持续，滤料逐渐堵塞，虹吸上升管1内的水位逐渐升高，环形密封仓5内也会充满水。
24.当反洗虹吸产生后，虹吸上升管1的顶部出现负压，使虹吸上升管1内的水向上流动，带动部分滤料22随水流动。当上升水流通过槽孔6时，过流截面积成倍增加4倍以上，流速会从1米/秒逐渐下降至0.3米/秒以下，随水流动的石英砂滤料22的沉淀速度会大于随水的上升流速，滤料22会沉淀在环形密封仓5内下锥3上方。
25.随着反洗虹吸的持续，环形密封仓5内的水会逐渐变清，同时反洗蓄水池23内的水位也会逐渐下降，环形密封仓5内的沉淀滤料 22也会逐渐增加；当水位下降到浮球11的一定高度，浮力和虹吸上升管1内的负压不足以支撑虹吸上升管1内的水压力和沉淀滤料 22的重力时，下锥3的底部会下伸，使环形密封仓5打开；空气进入(水位已经下降到下方)，致命反洗虹吸破坏。虹吸破坏后，虹吸上升管1顶部负压消失，其上方的水会自由落体式下降，下锥3承受的水压力瞬间大增，致命其底部快速下移，水流带着沉淀在下锥 3上的滤料22回流到反洗蓄水池23底部。
26.反洗虹吸破坏后，虹吸过滤池20的过滤功能恢复，进水口12 进水会使反洗蓄水池23的逐渐水位上升，使浮球11的浮力逐渐上升。而此时环形密封仓5内已无存水、基本无沉淀滤料。浮力上升会很快使下锥3向上收缩，使环形密封仓5恢复密封。从而使整个虹吸过滤池20恢复过滤运行。
27.由于上罩4可以旋转上下移动，因此可以通过它调整上罩4与下锥3之间的密封状态，必要时可以通过旋转上罩4调整密封紧度。用户也可以通过透明的abs上罩4观察到环形密封仓5内滤料22 收集情况；当发现滤料22较多时，反洗虹吸仍没有产生，也可以向上旋转上罩4，使上罩向上移动，从在打开环形密封仓5，由于下锥 3的底锥角很大，接近石英砂的稳定角，环形密封仓5内的滤料22 会在存水的带动下自动下滑，从而回流到过滤池21底部。滤料22 基本回流后，再反洗旋转上罩4，使其下移，从而使环形密封仓5 重新封闭，即可恢复过滤运行。即可以手动强制启动滤料回流。由于上罩4下行时也同时在旋转，旋转有利于清除密封环2上可能残存的滤料22，可以更好地保障环形密封仓5的密封。
28.采用本专利，实际上就可以在每次反洗虹吸时，将过滤池21 顶部滤料22分批自动转移到过滤池21的底部，实现间歇式活性砂效果。而这些不需要任何外部动力，只需要虹吸过滤池20能自动虹吸反洗即可，因此是零动力自动完成的。