[发明专利]用于过滤原料液体流中的微粒的介质床过滤器和其使用方法

说明书

相关引用文献

本申请要求优先权为美国临时专利申请61/672,098，其申请日为2012年7月16日。

背景技术

(a)技术领域

一般本申请所公开的主题涉及过滤装置以及使用的方法。更具体地，本主题涉及介质床过滤器，用于从原料液体流中过滤微粒。

(b)相关现有技术

介质床过滤器的工作方式是：增加固体颗粒在过滤介质床的表面和内部被捕获的机会。随着流体均匀地分布在过滤器的顶部，它轻轻地流经多孔砂(即过滤介质)，流经一条曲折的路线，颗粒接近和接触所述介质床。它们可以通过几种机制之一被捕获，例如，直接碰撞，范德华力或伦敦吸引力，表面电荷吸引，扩散，和类似作用。

此外，固体颗粒也可以由于表面电荷斥力不利于被捕获，当过滤介质的表面电荷是与固体颗粒相同的符号(即正或负)。此外，也能够释放已被捕获的固体颗粒，尽管它们可能在介质床内更大的深度被再捕获。

过滤介质床可以过滤向上流动的流体或向下流动的液体，而后者是更常用的方式。对于向下流动过滤介质床，流体可以在压力或仅通过重力流动。压力介质床过滤器倾向于在工业应用中使用。重力驱动的过滤器用于水的净化尤其是在大型应用，如饮用水。

总体而言，有几种类型的过滤介质床，如，但不限于，重力介质床过滤器，压力介质床过滤器，上流介质床过滤器，慢介质床过滤器，多介质床过滤器和其他类似设备。

所有这些设备和方法在世界各地的水行业广泛使用。

例如，冷却塔的水连续的吸引并吸收大部分灰尘和空气尘埃。在循环冷却水的循环中的大多数悬浮固体的大小约为0-5微米，这主要是因为化学分散介质被设计来限制循环污垢，防止在热交换表面上凝聚(也就是说，分散用的化学试剂将灰尘和矿物质保持在悬浮液中)。灰尘对热交换表面和冷却塔中的填充效率有负面影响。传统的过滤器，滤网和分离器，在形成低流量区，堵塞过滤器、喷嘴，和热交换器生物结垢之前将不会显著除去这些非常细的污染物。通常，这种类型的大多数介质床过滤器是不能够显著处理尺寸小于5微米的悬浮固体的。因此，有必要提供一种介质床过滤器，旨在提供一种改进的用于过滤下降到0.5微米的微粒。例如，具有3层，包括石榴石的，一个传统的多层介质床过滤器，只能够过滤下降到10或20微米的颗粒。

例如并且参照现有技术图1A，1B，1C，1D和1E，显示了传统的砂过滤器。这些传统的砂过滤器具有多个缺点。其中之一是，进入水箱的原料液体流会引起过滤床一个斜面。在现有技术的设置中，允许原料液体流只在介质床上的一个地方挖入。因此，根据传统的介质床过滤器，仅一部分介质床被用作过滤表面。另一个缺点是传统的砂过滤器不能在更大的流速下使用。当使用传统的砂过滤器，水需要以基本上小的速度进入水箱，并且不可以具有许多流量的变化。另外，由传统的介质床的过滤器提出的这样的配置可能会导致颗粒形成介质床的顶部的滤饼层，且还可能阻止介质床过滤。因此，这样的介质床过滤器需要定期维护，以用于减少在介质床形成的滤饼层。例如，图1，原料液体流进入水箱的层流(即没有或具有减少湍流的区域)。

许多过滤器是在许多应用中已知的，如，但不限于，冷却和热水循环，冷凝水回收，冷却塔组件，铁的去除，离子交换树脂的预过滤，膜预过滤，饮用水和饮料过滤，过程的漂洗水，工艺水的注入，水的再利用，焊工水回路等。

此外，传统的过滤器将需要混凝剂或聚合物，以提高其对更小的颗粒的效率。现有涡旋过滤器具有差的反洗效率，导致更高的水耗，浪费水和大的能源成本的缺点。

传统的涡旋过滤器不具备良好的反冲洗效率，并提示短路，即使清洁时也提示。事实上，位于与水箱的一个顶点显著距离的单个喷射器产生的细砂表面(图1B)(即，也称为微砂或超细砂)的一个显著扰动，介质床一侧比其相对侧显著的更深，产生过滤介质的一个显著倾斜面，约30至40°。这个倾斜面对在流体的表面上和在介质床的深度上的液压分配，产生的扰动。这种现象使得已知涡旋过滤器不能有效地使用过滤表面积。这对于较大的表面，如30英寸直径和更大的过滤器，更加严重。作为用于反洗过程中，典型的单个喷射器，位于从该水箱的一个顶点的显著距离上，不能去除被捕获的粒子(或微粒)，这种设计不能提供一个附加的反洗过程。但应该指出的是，如图1B所示的设置将不会导致一个良好的液压流量。介质床，更具体地说，所述过滤介质由于从离水箱的顶点一显著距离进入水箱的水流，而被显著变形。