CN101247872B - 在使用双重隔离的过滤暗渠水道中进行反冲洗过程时用于配气和配液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种具有过滤槽和多个暗渠支管的用于过滤的反冲洗分配装置，包括位于共用总管内的第一和第二隔离装置，其用以确定第一和第二辅助水道。第一和第二辅助水道与共用总管和暗渠支管液体连通。第一隔离装置具有至少一个水道液体计量孔，其优选位于第一隔离装置的底部附近，从而其可以低于第一辅助水道内的气液界面。第二隔离装置具有堰边或多个计量孔(或二者)，用以使反冲洗液体从常规总管流入第二辅助水道内。第二隔离装置在共用总管内产生充足的液体池，用以防止气体短循环至常规总管的液体开口内，还用以在其中提供低流速的反冲洗液体，同时还提供不受限制的反冲洗气体流。第二分离器还控制反冲洗液体和/或气体在常规总管内的分配。还公开了一种在根据本发明的液体的存在下对气体进行反冲洗的方法。

Description

在使用双重隔离的过滤暗渠水道中进行反冲洗过程时用于配气和配液的装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2005年5月17日申请的系列号为No.60/681,592的美国临时专利申请的权益。

技术领域

本发明涉及从共用总管向用于反冲洗过滤媒质的过滤暗渠分别和同时配气和配液的装置。

背景技术

在用于过滤水和废水的常用的重力过滤器中，将一个或多个过滤槽排列成相邻和相对的组。过滤暗渠的支线一个接一个地平行位于过滤槽的底面上，用以确定处于过滤媒质床下面的气体和液体流动管道。所述管道的存在使在过滤过程中收集被过滤的液体和对用于反冲洗的气体和液体进行分配成为可能。共用总管(称作“水道”)紧邻过滤槽，用以在过滤过程中从暗渠支管中收集被过滤的液体和在气体(通常为空气)或液体(通常为水)的反冲洗过程中将气体和/或液体分配至暗渠支管。共用总管还在反冲洗过程中将气体和液体分别和/或同时分配至各个暗渠支管。在一些装置中，共用总管具有比过滤器底面低一些或者与过滤器底面同样高度的底面。顾问工程师和建筑承包人更喜欢这种布置，因为其建造方便和便宜。在用新暗渠改造旧过滤器时，优选保留现存的水道结构以降低成本。

将Bergmann等人的、发明名称均为“Apparatus for Distributing Gasand Liquid During Concurrent Gas/Liquid Backwash in Filter UnderdrainFlumes”的两个美国专利No.6,306,310和6,312,611的全部内容据此结合进来作为参考。这些专利各自涉及在反冲洗过程中通过增大气体和液体的界面而为过滤系统提供更大空间，同时在共用总管内提供空旷的管道用以使气体流至暗渠支管。

但是已发现，在一些装置中希望在气/液共存的反冲洗过程中防止或限制空气进入敞开至总过滤水道内的反冲洗液体中。还发现在空气和水共存的反冲洗过程中希望限制水从过滤水道中置换进入过滤槽中，这样使过滤槽内的水的增加得到控制。还发现进一步控制主水道中的液体的流速以确保均匀的液体反冲洗分配。

本发明涉及由下文的描述中而显而易见的这些和其它目的。

发明内容

本发明提供一种具有带过滤槽的过滤器的反冲洗分配装置。水道被安装在与过滤槽邻接的位置上并与过滤槽连通。所述水道具有洗涤液开口。第一分离器装置被安装在水道内从而在所述第一隔离装置和所述过滤槽之间确定出第一辅助水道。所述第一辅助水道与水道和过滤槽液体连通。所述第一隔离装置具有至少一个位于第一隔离装置内的水道液体计量孔。所述水道液体计量孔的位置设置是用以在过滤器内的气/液共存的反冲洗操作过程中将液体输送至第一辅助水道内。

第二隔离装置位于水道内并与第一隔离装置间隔开，用以确定出第二辅助水道。所述第二隔离装置延伸到反冲洗液体开口的上面。在气/液共存的反冲洗过程中，液体从位于第二隔离装置之上或穿过其中的水道流至第二辅助水道内。然后液体流过所述的至少一个液体计量孔进入所述第一辅助水道。液体从该处流入过滤槽中。

液体可以从第二隔离装置的上边缘流过而进入第二辅助水道中。可选地，液体可以流过第二隔离装置内的至少一个液体计量孔而进入第二辅助水道。优选地，该液体计量孔单独地位于第二隔离装置内的上部区域。正如本领域熟练技术人员所显而易见的，过滤槽可以包括多个位于过滤槽内的暗渠支管，且过滤媒质床位于所述暗渠支管上。所述暗渠支管可以以暗渠区或其它适当的暗渠组形式设置。本发明还可以用在液体仅仅存在于主水道中但不流动(例如，只有气体反冲洗的情况下)。所述暗渠可以为假底和喷嘴设置，或者可以用于气体和液体反冲洗的任何其它暗渠设置。

所述第一隔离装置可以包括折流板，例如不锈钢折流板，其伸展到小于水道高度的高度上以确定出位于折流板之上的清除区域。类似地，所述第二隔离装置可以包括伸展到小于水道高度的高度上的不锈钢折流板。可选地，所述第二隔离装置可以伸展至水道的整个高度，从而在所述第二隔离装置上提供非清除区域。所述第一和第二隔离装置间隔适当的距离，例如3-8英寸，从而确定出介于之间的第二辅助水道。更进一步的替换，所述第一隔离装置可以伸展至大于所述第二隔离装置的高度，从而防止溢出。

过滤器包括分隔所述第一辅助水道和所述过滤槽的过滤槽壁。所述过滤槽壁具有至少一个位于其中的用于使第一辅助水道与过滤槽液体连接的开口。该开口可称作“壁套”。

第一隔离装置内的水道液体计量孔优选位于第一隔离装置的较低区域内。第二隔离装置可以在其上部内包括两排计量孔。上排应包括气体和/或液体计量孔，下排包括液体计量孔。此外，第二隔离装置在其较低的边缘附近可以含有多个排水孔。

第二隔离装置的更进一步的替换应该为沿其长度上包括多个锥形计量孔。所述锥形计量孔通常应位于第二隔离装置的上部区域内，而且沿着第二隔离装置的长度其尺寸减小。

本发明还包括一种在反冲洗液体存在下将反冲洗气体引入到具有过滤槽的过滤器中的方法。所述方法包括在反冲洗液体存在下将反冲洗气体引入到封闭的水道中的步骤。第一气/液界面建立在封闭水道内并且位于将反冲洗液体引入至水道内的开口之上，第二气/液界面建立在封闭水道内。第三气/液界面建立在封闭水道内，且所述第三气/液界面位于所述第一气/液界面之下。所述第二气/液界面在空间上位于第一和第三界面之间。

然后可以使反冲洗液体从所述第二气/液界面之下流入过滤槽内。反冲洗气体流过位于第三气/液界面之上的开口，与反冲洗液体分别或同时从封闭水道进入过滤槽。此外，所述第二气/液界面可以位于第一气/液界面之下或与其同高，且第三气/液界面位于第二气/液界面之下。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施方案，在气/液共存的反冲洗过程中水道和过滤槽的正视图；

图2为根据本发明的、常用的第一隔离装置的截面正视图；

图3为根据本发明的、常用的第二隔离装置的截面正视图；

图4为在气/液共存的反冲洗过程中，根据本发明的实施方案的水道和过滤槽的正视图；

图5为根据本发明第二个实施方案的第二隔离装置的截面正视图；

图6为根据本发明的第三个实施方案，在气/液共存的反冲洗过程中水道和过滤槽的正视图；

图7为根据本发明的可选的第二隔离装置的截面正视图；

图8为根据本发明的第四个实施方案，在气/液共存的反冲洗过程中水道和过滤槽的正视图；和

图9为根据本发明的第五个实施方案，在气/液共存的反冲洗过程中水道和过滤槽的正视图。

具体实施方式

参考图1，本发明包括可以为折流板的第一隔离装置10，其位于共用总管(也称作水道、水槽、沟渠、总管或室)12内用以在总管内产生第一辅助水道14。所述总管12形成于过滤器11内并且邻接于过滤槽13而设置。总管12是封闭的，即其不向空气敞开。总管12和过滤槽13共享一个共用的过滤器底面15，这样总管12和过滤槽13的底面位于同一高度。可选地，虽然未示出，但是总管12的底或底面可以比过滤槽13的底面低一些。该后一设置称作“凹水道”设置。另一种替换(虽然不常用)是过滤器底面可以低于水道底面。

水道液体计量孔16(参见图2)优选位于在气/液共存反冲洗过程中用于使液体从总管12流至辅助水道14的第一隔离装置10的较低部分。所述辅助水道14在气/液共存反冲洗过程中用作气体和液体的管道。通常，液体流过辅助水道14然后流过壁套17进入暗渠18。同样地，气体流过壁套进入暗渠18。如上所述，在共存反冲洗过程中液体通过液体计量孔16而被引入至辅助水道14。

在气/液共存的反冲洗过程中，界面20形成于第一辅助水道14内。其可以与在暗渠18内形成的界面21在或不在严格的同一水平上。

液体开口24将反冲洗液体引入到总管12中。重要的是总管12内的界面26不会下降至低于开口24的水平。否则，气体会被引回到液体管路系统中而带来不利影响。为此，将根据本发明的第二隔离装置28安装在总管12内。所述第二隔离装置28还可以为与第一隔离装置10类似的折流板形式。第二隔离装置28与第一隔离装置10间隔适当的距离，例如3-8英寸。在中间的间隔内限定了第二辅助水道30。除了其它功能之外，所述第二隔离装置28还确保界面26维持在高于液体开口24的水平上，用以防止气体短循环至液体管路系统内。第二隔离装置28通常与液体开口24等高，用以防止短循环。

如图1所示，第二隔离装置28防止总管12中的大部分液体被置换到过滤槽13中。在结合的气体和液体的过滤反冲洗时，为了液位的上升必须在过滤槽13内预留出液体上升的垂直距离，此时其在特定过滤器的设计中可能很重要。此外，第二隔离装置28在总管12中保持最大水位，从而给水流提供最大的横截面积，其使总管12中的水流速度保持为可接受的最小值。在气/液共存的反冲洗过程中，水在主管道12内的速度通常在为0.5-1英尺/秒(正常的反冲洗速率下)。在只有液体的反冲洗过程中，主管道12内的液体的速度应该为2-3英尺/秒范围内(正常的反冲洗速率下)。

第二隔离装置28可以由不锈钢或其它适当的材料制成，其与第一隔离装置10的间距应该足够大用以使从总管12进入第二辅助水道30的液体不会超过第二隔离装置28和第一隔离装置10。参考图3，第二隔离装置28可以选择地包括在第二隔离装置28的底上排水孔，例如在1英尺中央上的1/2英寸的孔，用以防止第二辅助水道30内的水汇集。

参考图4，显示了本发明的第二个实施方案。第二隔离装置28’伸展至总管12的整个高度并且含有两排计量孔。尤其，在气/液共存的反冲洗过程中，上计量孔34计量从总管12进入到辅助水道14内的气体(可能和一些液体一起)。下计量孔36计量从总管12进入到第二辅助水道30内的液体。如在第一实施方案中，重要的是进入第二辅助水道30的液体不会超过第一隔离装置10，这样第一辅助水道14内的气/液界面20不受到干扰。

为了从第二辅助水道30中排放液体，可以将排水口32设置在位于第一和第二隔离装置10，28’之间的主管道12的前壁上。

参考图5，显示了圆形的上计量孔34。但是，任何形状都是可以接受的，只要其具有适当的横截面积和间距。上孔34的尺寸和间距取决于特定系统的水力学，可以由本领域熟练技术人员确定。下计量孔36使液体可以以低的反冲洗速率流过其中。下计量孔36通常比上计量孔34具有更小的横截面积。

参考图6，显示了本发明的第三个实施方案。第二隔离装置28″伸展至比第一隔离装置10′上边缘低的高度位置。其避免液体超过第二隔离装置28′和进入第一辅助水道14。气/液界面26a或26b可以建立在总管12内。第一隔离装置10′和第二隔离装置28′都伸展至低于总管12的全高的高度上，这样在各个隔离装置10′，28′的顶缘上面都有清除区域。其使气体以不受阻碍的方式从总管12流至第一辅助水道14内，最终流入到暗渠18内。计量孔38可以为如图7所示的锥形，这样孔38的横截面开口将沿着第二隔离装置28′的长度而减小。这样就在高速液体反冲洗过程中提供均等的液体分配。锥形孔38的尺寸和间距取决于其使用的特定过滤器的水力学，这对于本领域熟练技术人员来说是显而易见的。可以预见这种排列(图7)在与图4的隔离装置28的连接中特别有用。

通常，上述的根据本发明第一至第三实施方案的双重隔离排列方式允许工程师和工程承包人使总管12的尺寸最小化(在新结构中)，还可以有效改造现有的具有小横截面的水道，同时确保适当的水力学以及反冲洗液体和气体的均匀分配。“双重隔离”的意思是说反冲洗液体在流过壁套17和进入暗渠18之前被从总管12中分离出两次。如本领域熟练技术人员公知的，过滤媒质床(未示出)被设置在暗渠18上面且通常位于图1、4和6中注出的液体表面的下面。该床被定期反冲洗以清除和移走过滤媒质上的污垢颗粒，确保过滤器的适当操作。

在操作中，将反冲洗液体，通常是水，引过液体开口24而达总管12。有时，为了仅对水进行高速反冲洗将水单独引至总管12。而且，也可以单独引入气体。但是，通常需要以共存的方式引入反冲洗水和反冲洗气体，通常是空气，用以提高过滤媒质床的冲洗作用。在那种情况下，通过本领域熟练技术人员公知的各种方式将气体同时引入到总管12中。当两种流体同时在总管12内时(在共存过程或只有气体的反冲洗过程中)，气/液界面26形成于总管12内。重要的是，根据本发明，气/液界面26的大部分都维持在液体开口26之上，这样基本上没有气体进入液体开口26。根据图1的实施方案，反冲洗液体在第二隔离装置28上流过并进入第二辅助水道30。从而在第二辅助水道30内形成另一个气/液界面27。气/液界面27可以位于气/液界面26的水平之下或者不位于其之下。

然后反冲洗液体流过第一隔离装置10内的水道计量孔16而进入第一辅助水道14内。从该处，反冲洗液体继续流过壁套17而进入暗渠18。反冲洗气体沿总管12前进并进入第一辅助水道14。从而在第一辅助水道14内形成气/液界面20。气体通过壁套17进入暗渠18。气/液界面20位于界面26和界面27下。界面27在空间上(即，在图1中从左向右看)位于界面26和20之间。

在只有水的高速反冲洗过程中，总管12、第一辅助水道14和第二辅助水道30全部都被水填满。

参考图4，本发明的该实施方案与参照图1所描述的操作类似。但是，第二隔离装置28′伸展至主管道12的整个高度，这样反冲洗气体(可能伴有一些液体)必须通过上计量孔34而进入第一辅助水道14内。反冲洗液体通过下计量孔36进入第二辅助水道30，从那通过计量孔16进入第一辅助水道14。气/液界面的相对位置与参照图1所作的描述一样。

参考图6，可以通过锥形孔38或在第二隔离装置28″的上面或者通过二者而将反冲洗液体引入到第二辅助水道30内。同样地，气/液共存的反冲洗过程中，气/液界面通常与上面参照图1所作的描述相同。

图8和9显示了根据本发明第四和第五实施方案的可选的排列。尤其，图8显示了从第一隔离装置10偏离出的呈L-形的第二隔离装置28。在图9中，混凝土基底29位于第一隔离装置10和第二隔离装置28之间。在该排列中，第二隔离装置28可以一直伸展至总管12的底面也可以不伸展至底面。

虽然本文中描述了本发明的优选实施方案，但是本领域熟练技术人员显而易见可以对本发明进行变型和增加，同时不偏离其范围和精神。

Claims (22)

1.一种反冲洗分配装置，包括：

具有过滤槽的过滤器；

与过滤槽相邻并与过滤槽液体连通的水道，所述水道具有用于将反冲洗液体引入水道内的液体开口；

第一隔离装置，其设置在所述水道内从而在所述第一隔离装置和所述过滤槽之间确定出第一辅助水道，所述第一辅助水道与水道并与过滤槽液体连通，所述第一隔离装置具有至少一个位于第一隔离装置内的水道液体计量孔，设置所述水道液体计量孔用以在过滤槽内的气/液共存反冲洗操作过程中将液体输送至第一辅助水道；和

第二隔离装置，其设置在水道内并与所述第一隔离装置间隔开从而在第一和第二隔离装置之间确定出第二辅助水道，所述第一隔离装置和第二隔离装置都位于液体开口的同一侧，所述第二隔离装置伸展至高于所述液体开口的高度上；

其中在用气体进行反冲洗的过程中，当液体存在于水道中时，将水道中的气/液界面维持于高于所述液体开口。

2.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中在气/液共存的反冲洗操作过程中，所述液体从所述第二隔离装置上流过而进入所述第二辅助水道内。

3.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中在气/液共存的反冲洗操作过程中，液体流过至少一个在所述第二隔离装置内的液体计量孔而进入所述第二辅助水道。

4.如权利要求3所述的反冲洗分配装置，其中在所述第二隔离装置内的所述液体计量孔被设置在其上部区域内。

5.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，包括多个设置在过滤槽内的暗渠支管，且过滤媒质床位于所述暗渠支管之上。

6.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第一隔离装置包括伸展高度小于水道高度的折流板，从而在折流板上确定出清除区域。

7.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第二隔离装置包括伸展高度小于水道高度的折流板，从而在折流板上确定出清除区域。

8.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第一和第二隔离装置间隔3－8英寸的距离。

9.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，包括分隔第一辅助水道和过滤槽的过滤槽壁，所述过滤槽壁处具有至少一个用于使第一辅助水道与过滤槽液体连通的开口。

10.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述水道液体计量孔位于所述第一隔离装置内的下部区域内。

11.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第二隔离装置在其上部包括两排计量孔，上排孔包括气体计量孔，下排孔包括液体计量孔。

12.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第二隔离装置在其上部区域包括多个液体计量孔，所述液体计量孔沿所述第二隔离装置的长度而尺寸减小。

13.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第二隔离装置伸展至所述水道的整个高度，并且含有多个液体计量孔和多个气体计量孔。

14.如权利要求1所述的反冲洗分配装置，其中所述第一隔离装置伸展至大于所述第二隔离装置的高度。

15.一种在反冲洗液体存在下将反冲洗气体引入到具有过滤槽的过滤器中的方法，所述方法包括步骤：

a.在反冲洗液体存在下将反冲洗气体引入到封闭的水道中；

b.在封闭水道内建立第一气/液界面，所述第一气/液界面位于液体进入水道内的开口之上；

c.在封闭水道内建立第二气/液界面；

d.建立第三气/液界面，所述第三气/液界面位于封闭水道内的所述第一气/液界面之下，所述第二气/液界面位于所述第一气/液界面和第三气/液界面之间；

e.使反冲洗气体流过位于所述第三气/液界面之上的开口，与反冲洗液体同时从封闭水道进入过滤槽。

16.如权利要求15所述的方法，其中通过使反冲洗液体流过位于所述水道中的隔离装置内的计量孔而建立所述第二气/液界面。

17.如权利要求15所述的方法，其中通过使反冲洗液体流过至少一个位于所述第二气/液界面之下的计量孔而建立所述第三气/液界面。

18.如权利要求15所述的方法，其中将所述第二气/液界面设置在与所述第一气/液界面大约相等的高度上。

19.如权利要求15所述的方法，其中通过使反冲洗液体在位于所述水道内的隔离装置之上流过而建立所述第二气/液界面，所述隔离装置位于所述第一气/液界面和所述第二气/液界面之间。

20.如权利要求19所述的方法，包括进一步的步骤：使所述反冲洗液体流过位于所述水道内的随后的隔离装置，所述随后的隔离装置位于所述第二气/液界面和所述过滤槽之间。

21.如权利要求15所述的方法，其中所述第二气/液界面位于所述第一气/液界面之下。

22.如权利要求15所述的方法，包括进一步的步骤：使反冲洗液体与反冲洗气体同时从第二气/液界面下流入过滤槽内。