过滤液体的方法和用于过滤液体的过滤设备与流程

本公开一般涉及液体过滤。特别地，提供了一种过滤液体的方法和用于过滤液体的过滤设备。

背景技术：

1、当今世界的主要挑战之一是为人类和动物提供安全的饮用水。造成水污染的一些主要原因来自未经处理的污水、工业未经处理工艺水、农业废物和径流水。这种水需要经过处理才能安全饮用。

2、从受污染的水中提供安全饮用水的一种方法是在真空下蒸发受污染的水。通过在真空下将水的相转变为蒸汽，水在低温下沸腾。这种方法的缺点是需要大量的能量才能在真空下将水相转变为蒸汽。

3、wo 2020164730a1公开了一种用于从流体中过滤颗粒的过滤设备，该过滤设备包括过滤容器；至少一个过滤元件，用于从通过其中的流体中去除颗粒，所述至少一个过滤元件被布置成沿着进入所述过滤容器的路径移动，并从所述过滤容器移出；过滤入口，所述过滤入口布置成将颗粒和流体的混合物输送到所述过滤容器内的所述至少一个过滤元件；以及过滤出口，所述过滤出口被布置成将被所述至少一个过滤元件过滤的流体从所述过滤容器输送出去；其中所述过滤设备被配置为在所述过滤容器内的所述至少一个过滤元件上建立压差。

技术实现思路

1、本公开的一个目的是提供一种有效过滤液体的方法。

2、本公开的另一个目的是提供一种过滤液体的方法，该方法有效地杀死液体中的活体。

3、本公开的又一目的是提供一种过滤液体的方法，该方法是节能的。

4、本公开的又一目的是提供一种过滤液体的方法，该方法具有成本效益。

5、本公开的又一目的是提供一种过滤液体的方法，该方法是环境友好的。

6、本公开的又一目的是提供一种过滤液体的方法，该方法可以长时间过滤大量液体。

7、本公开的又一个目的是提供一种过滤液体的方法，该方法结合解决了上述几个或全部目的。

8、本公开的又一目的是提供一种用于过滤液体的过滤设备，该过滤设备具有紧凑的设计。

9、本公开的又一目的是提供一种用于过滤液体的过滤设备，该过滤设备解决了上述目的中的一个、几个或全部。

10、根据一个方面，提供了一种过滤液体的方法，该方法包括引导液体通过过滤元件，通过过滤元件下游的出口管线，并到达出口管线下游的收集容积；控制所述过滤元件上的液体的压差；以及结合压差来控制液体通过过滤元件的过滤流量的通过时间；其中所述压差和所述通过时间的控制包括控制所述液体从所述收集容积流出的收集容积液体流；以及控制从收集容积流出的气流。

11、该方法可以用根据本公开的任何类型的过滤设备来进行。该方法可以用于各种应用中。该方法可以例如用于提供安全的饮用水或用于清洁来自养鱼场的水。在后一种情况下，来自养鱼场的出水可以在返回到养鱼场之前通过本文所述的过滤设备再循环。该方法可用于过滤任何需要减少活体数量的液体。过滤元件的入口水可以被预处理，也可以不被预处理。预处理的示例包括预清洁和预热。

12、所有活体，如细菌和寄生虫，都有一层膜。因此，活体对压力的变化作出反应。活体能很好地承受压力的突然增加，但不能承受压力的急剧下降。如果人类暴露在从1巴到500毫巴的大气压的突然压降下，人类的肺会破裂，人体的血液会通过释放氧气和二氧化碳等气体而开始沸腾。在大气压下，人的正常肺容量是6升。当压力从1巴下降到250毫巴时，肺的体积将膨胀到24升，以此类推。虽然细菌和寄生虫没有肺，但它们的膜内有含有溶解气体的液体，这些气体在压力突然下降时会在膜内膨胀，导致膜破裂。因此，快速的压力下降会杀死细菌和寄生虫。

13、在紧接过滤元件下游的出口管线中的液体的压力被称为负压或出口压力。紧邻过滤元件上游的液体的压力可以称为入口压力。当执行该方法时，入口压力可以是大气压或基本大气压(例如995毫巴至1035毫巴)。

14、该方法还可以包括监测紧接在过滤元件下游的出口管线中的负压。可以通过根据本公开的压力传感器来监测负压。

15、收集容积的液体流可以通过液体出口装置来控制。液体出口装置可以是根据本公开的任何类型的。通过液体出口装置，可以控制液体的负压。

16、可以通过气体出口装置来控制从收集容积流出的气体。气体出口装置可以是根据本公开的任何类型的。

17、流动的液体，如水，可能含有大量的能量。水锤现象证明了这一点，水流突然停止会对管道、阀门和其他设备造成大量损坏。

18、通过结合通过时间来控制压差，该方法可以提供从液体的受控能量释放。收集容积的液体流和气体流可以例如基于出口管线中的目标负压来联合控制。压差越高，通过时间越短，从液体释放的能量就越高。通过在足够短的通过时间内通过过滤元件从液体中产生足够高的能量释放，液体中的任何活体都将被杀死。通过使液体中的活体经受高能释放，例如几微秒内的高压降，液体中的任何活体的膜都将破裂，活体将被有效地杀死。由此，由该方法提供的从液体的能量释放使得残余污染物在很大程度上被消除。因此，该方法将对液体清洁产生巨大影响，例如提供安全的饮用水。

19、该方法进一步使得从收集容积中的液体释放的气体能够被抽空。这类气体的示例有二氧化碳、氮气、双氧和氨气。当生物的膜在经过过滤元件的快速压力降低时破裂时，尤其产生气体。气体在离开液体之前会上升到液体表面。通过监测紧接在过滤元件下游的负压和液体的温度，可以看到不同的气体在什么负压和什么温度下从液体中释放(闪蒸)。一般来说，压差越高，产生的气体就越多。

20、因此，该方法可以还包括监测液体的温度。可以通过根据本公开的温度传感器来监测温度。

21、通过控制从收集容积流出的气体，可以控制从收集容积内的液体释放的气体的气体压力。气体压力影响收集容积中的液体的压力，该压力又影响过滤元件上的压差。通过控制从收集容积流出的气体，可以控制和稳定过滤元件下游的负压。

22、该方法可以包括控制收集容积中的液位，使得液位在地理上高于进入收集容积的出口管线的出口的大地测量高度。以这种方式，可以防止气体从收集容积进入出口管线。为此，过滤设备可以包括出口液位传感器，该出口液位传感器被配置为监测收集容积中的液体的出口液位。收集容积中的液位因此可以称为液体的出口液位。

23、在整个本公开中，液体可以是水。将水压从相对较低的压力改变为相对较高的压力所需的能量可以确定为水流乘以重力乘以提升高度。当水经历从相对高压到相对低压的压力降低时，相应的能量被释放。通过控制通过时间，也可以控制功率。

24、通过过滤元件的液体的流速或速度可以确定为过滤流量除以过滤元件的有效过滤面积。通过时间可以确定为过滤元件的厚度或有效深度除以流速。该方法能够准确地控制过滤流量和压差。

25、过滤元件可以例如设置在连续带上。当执行该方法时，过滤元件可以连续地或间歇地移动。随着时间的推移，过滤元件堵塞。当堵塞增加时，液体通过过滤元件的流速增加。

26、或者，该方法可以采用一个或多个固定的过滤元件。在提供多个过滤元件的情况下，这些过滤元件并行布置，并且有效过滤区域因此可以由多于一个的过滤元件组成。

27、出口管线可以仅通向至少一个上游过滤元件和下游收集容积。可以在出口管线中提供一定的液体落差。液体落差可以包括一米到十米的大地测量高度差。液体落差的高度影响过滤元件上的压差。通过控制过滤元件上的压差，可以在不使用液体泵的情况下控制通过过滤元件的液体流。因此，该方法将减少碳足迹。

28、出口管线可以包括管道。在这种情况下，管道可能是落差管道。管道可以例如竖直定向或倾斜，例如相对于竖直方向高达45度或更多。收集容积可以是罐。

29、该方法还可以包括在引导液体通过过滤元件之前，引导液体通过位于过滤元件上游的上游过滤器。上游过滤器可以是粗过滤器，即具有比过滤元件高得多的渗透性。

30、压差的控制和/或通过时间的控制还可以包括控制液体到过滤元件的入口流量；控制所述过滤元件的过滤速度；控制所述过滤元件的有效过滤面积；控制过滤流量；控制所述过滤流量的流速；和/或控制液体在出口管线中的出口管线流量。

31、入口流量可以通过根据本公开的液体入口装置来控制。例如，可以控制液体入口装置，使得过滤元件上游的容器中的液位保持基本恒定或恒定。为此，可以基于来自入口液位传感器的信号来控制液体入口装置。入口液位传感器被配置为监测例如容器中的液体的入口液位。通过结合气体出口装置和液体入口装置控制液体出口装置，可以从收集容积中排出气体，并且可以准确地保持紧接在过滤元件下游的目标负压。

32、过滤元件的过滤速度可以通过马达来控制。在过滤元件布置在连续带上的情况下，马达可以驱动带。

33、过滤流量可以例如通过控制有效过滤器面积和/或通过控制过滤速度来控制。通过降低过滤速度，颗粒将相继堵塞过滤元件，从而降低过滤元件的渗透性。当过滤元件的渗透性降低时，过滤元件上的压差将增加。

34、出口管线可以具有至少一米的大地测量高度差。通过出口管线的高度的大地测量差，出口管线中的液柱的重力拉动液体通过过滤元件。当出口管线的高度的大地测量差足够高以获得期望的压差时，液体出口装置可以由阀而不是液体泵构成。通过这种方式，该方法可以更节能地进行。

35、压差可以通过液体在出口管线中的下游运动来建立。当液体在出口管线中向下游移动时，在出口管线的液体上游有更多的可用空间。这在过滤元件下方产生负压。

36、通过时间可以被控制为小于0.1s，例如小于0.01s，例如小于0.001s。

37、压差可以被控制到至少0.1巴，例如至少0.5巴，诸如至少0.8巴。可替换地，或者附加地，负压可以被控制为0.9巴或更小，例如0.5巴或更小、例如0.2巴或更小。通过使液体通过过滤元件，使得液体在0.1s或更短的时间内经历至少0.1巴的压力变化，液体中的活体将被杀死。

38、在过滤元件的标称堵塞程度之后，过滤元件可以具有基本恒定的或恒定的过滤渗透性。例如，过滤元件连续堵塞初始数量的过滤循环，其中每个过滤循环包括液体的过滤和随后的清洁，例如反洗。过滤元件的渗透性对于初始过滤循环次数之后的过滤循环是基本恒定的或恒定的。这种过滤元件的一个示例是由haver&boecker销售的rpdhiflo-s，例如rpd hiflo 5s、10s、15s、20s、30s或40s。

39、过滤元件可以包括具有三维孔隙几何形状的丝网布，例如金属丝网布或合金丝网布。这种过滤元件可以在过滤元件的标称堵塞程度之后为过滤提供基本恒定的或恒定的渗透性。丝网布可以包括相互交叉并通过编织图案交织的经线和纬线。经线可以形成为至少两种不同的配置，以限定第一类型和第二类型的经线。相对于特定的长度单位，第一类型经线的长度可以偏离第二类型经线长度。孔隙可以形成在两个相邻经线的部分之间的间隙中以及两个相邻纬线的交叉部分中。

40、根据本公开的丝网布的一个示例是由haver&boecker销售的rpdhiflo-s，例如rpd hiflo 5s、10s、15s、20s、30s或40s。与相同孔径的其他过滤器相比，这种丝网布具有异常高的渗透性和更高的丝承载能力，并且可以在宽范围的压差上进行过滤。在美国专利申请us2011290369a1中也描述了根据本公开的丝网布的另一个示例。所述至少一个过滤元件可以是耐酸的、耐腐蚀的、耐压的和/或耐温度的。

41、收集容积可以具有水平延伸尺寸和竖直延伸尺寸，其中水平延伸尺寸大于竖直延伸尺寸。收集容积的水平面积可以是竖直延伸尺寸的平方的至少两倍。例如，如果收集容积的竖直延伸尺寸为2米，则收集容积的水平面积可以至少为4平方米。通过提供具有较大的水平面积的收集容积，液体中的气体更有效地从液体中释放。气体释放的增加继而改善了对该方法的控制。

42、收集容积可以与大气封闭。在这种情况下，收集容积和大气之间不存在直接连通。根据一个示例，到收集容积外部的唯一接口是出口管线、液体出口装置和气体出口装置。

43、过滤设备可以包括多个下游容积，这些下游容积并行地布置在液体出口装置的下游。每个下游容积可以包括下游罐。在这种情况下，该方法还可以包括交替地将收集容积液体流供应到下游容积。

44、根据另一方面，提供了一种用于过滤液体的过滤设备，该过滤设备包括过滤元件；在所述过滤元件下游的出口管线；出口管线下游的收集容积；液体出口装置，所述液体出口装置被配置为控制从所述收集容积流出的液体的收集容积液体流；气体出口装置，所述气体出口装置被配置为控制从所述收集容积流出的气体；以及控制系统，所述控制系统被配置为控制所述过滤元件上的液体的压差；并且结合所述压差来控制所述液体通过所述过滤元件的过滤流量的通过时间；其中所述压差和所述通过时间的控制包括控制所述液体出口装置以控制所述收集容积的液体流；以及控制气体出口装置以控制气流。

45、液体出口装置和气体出口装置可以并行布置。液体出口装置可以例如包括比例阀。或者，液体出口装置可以包括液体泵，例如凸角泵。

46、气体出口装置可以例如包括真空泵。因此，真空泵可用于从收集容积中吸出溶解的气体，并将气体排放到例如大气中。可替换地或附加地，气体出口装置可以包括一个或多个阀，例如恒压阀。在任何情况下，气体出口装置可以定位在收集容积的大地测量最高部分处和/或连接到收集容积的大地测量最高部分。

47、过滤设备可以还包括用于监测液体温度的温度传感器。温度传感器可以布置在收集容积中。

48、过滤设备能够通过过滤元件过滤液体，通过快速减压杀死液体中的活体，并在单个设备中排出从液体释放的气体。即使当执行所有这些功能时，过滤设备也可以被制成紧凑的。

49、过滤设备可以还包括用于移动过滤元件的马达。在这种情况下，控制系统可以被配置为控制马达，从而控制过滤元件的过滤速度，以便至少部分地控制压差和/或通过时间。

50、或者，过滤设备可以包括一个或多个固定的过滤元件。在提供多个过滤元件的情况下，这些过滤元件被并行地布置。在这种情况下，出口管线可以包括与每个过滤元件相关联并且在每个过滤元件下游的公共部分和过滤部分。过滤部分可以连接到公共部分中。因此，公共部分可以在上游方向上分支到过滤部分中。

51、压差和通过时间的控制还可以包括控制液体到过滤元件的入口流量；控制所述过滤元件的过滤速度；控制所述过滤元件的有效过滤面积；控制过滤流量；控制所述过滤流量的流速；和/或控制液体在出口管线中的出口管线流量。

52、过滤设备还可以包括定位在过滤元件上游的液体入口装置，例如在入口管线上。通过液体入口装置，可以控制液体到过滤元件的入口流量。

53、过滤设备可以还包括上游过滤器。上游过滤器可以定位在入口管线和过滤元件之间或者在入口管线中。

54、过滤设备可以还包括容器。容器可以定位在入口管线和过滤元件之间。在一个示例中，上游过滤器集成在容器中，例如集成在容器的底部中。

55、在一些变型中，可以手动将相对小体积的液体倒入入口管线和/或容器中。因此，过滤设备也可以用于相对小规模的实施，例如在较小的社区中提供安全的饮用水。

56、过滤设备可以还包括多个限制构件。限制构件可以定位在过滤元件的下游，例如紧邻过滤元件的有效过滤部分的下游。通过添加或移除一个或多个限制构件，过滤元件的有效过滤面积分别减小或增大。通过限制构件，可以预设到过滤元件的入口流量。如果所有其他参数保持不变，当有效过滤器面积减少时，容器中的液位增加，反之亦然。每个限制构件可以选择性地移入和移出液体路径。根据一个示例，限制构件是可以手动移入和移出液体路径的限制板。

57、出口管线可以具有至少一米的大地测量高度差。

58、过滤设备可以被配置为通过液体在出口管线中的下游移动来建立压差。

59、控制系统可以被配置为将通过时间控制为小于0.1s，例如小于0.01s，例如小于0.001s。

60、控制系统可以被配置为将压差控制到至少0.1巴。

61、在过滤元件的标称堵塞程度之后，过滤元件可以具有基本恒定的或恒定的过滤渗透性。

62、收集容积可以具有水平延伸尺寸和竖直延伸尺寸。在这种情况下，水平延伸尺寸可以大于竖直延伸尺寸。

63、收集容积可以与大气封闭。

64、过滤设备还可以包括多个下游容积，这些下游容积并行地布置在液体出口装置的下游。每个下游容积可以包括下游罐。在这种情况下，控制系统可以被配置为控制液体出口装置以交替地将收集容积出口流供应到下游容积。

65、提供多个下游容积使得一个下游容积能够在清空一个下游容积的同时被填充。此外，多个下游容积使得过滤设备能够实现操作冗余。

66、控制系统可以与液体入口装置、带马达、一个或多个阀、压力传感器、液位传感器、温度传感器、所述一个或多个液体出口装置和所述气体出口装置中的几个或全部信号通信。信号通信可以例如经由电气总线系统进行。