CN105189883B - 用于使用暗渠的水或污水过滤器的气-液分配技术 - Google Patents

用于使用暗渠的水或污水过滤器的气-液分配技术 Download PDF

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Abstract

一种经由暗渠系统分配气体和液体的方法，所述方法包括：a)将暗渠系统设置于过滤器板上，所述暗渠系统包括至少一个暗渠构件和设置在所述暗渠构件顶部的过滤器介质；b)通过以低于2gpm/ft2的速度将液体与气体同时分配来经由所述暗渠系统以低于2scfm/ft2的速度充分均匀地分配所述气体；c)增加所述液体的分配速度，或者增加所述液体的分配速度和所述气体的分配速度；d)停止所述气体的分配；e)进一步增加所述液体的分配速度；和f)减少所述液体的分配速度。还包括一种在上流式过滤过程期间经由暗渠系统分配气体和液体的方法。

Description

用于使用暗渠的水或污水过滤器的气-液分配技术
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年12月17日提交的美国临时申请第61/738,319号的权益，其全文通过引用并入本文。
发明背景
技术领域
本发明涉及使用暗渠的水或污水过滤器，并且具体地，涉及通过这种暗渠分配气体和液体的方法。
背景技术
重力过滤器被用于从水分离悬浮固体。重力过滤器的主要组件是过滤介质和暗渠构件。暗渠构件一般具有方形、矩形或三角形横截面并有与它们的横截面相比长的纵向轴线。它们末端对末端连接以形成称为支管(lateral)的长部分，或压制成定长，或制作成定长。过滤器暗渠支管一个挨一个平行成排铺设在过滤器罐的板上，以将气体和液体流动管道限定在过滤介质床下方。过滤介质被用于在液体经过介质时从有待过滤的液体捕获污垢或污染物颗粒。过滤器介质由介质保持器支撑以使得它不会进入暗渠构件或收集系统。
气体和液体的流动管道使得可以在气体和液体的过滤和分配其间收集过滤的液体以便反冲洗。通常，共同的主管道(称为“液槽”)紧接过滤器罐或在过滤器罐下方定位以在过滤期间从暗渠支管收集过滤的液体以及在气体(通常为空气)或液体(通常是水)反冲洗期间将气体和/或液体分配至暗渠支管。共同的主管道在反冲洗期间也将气体和液体分别分配至暗渠支管中的每一个。通常情况下，为了制备用于水反冲洗的颗粒介质，浸没的颗粒介质首先用只有气体的反冲洗冲刷，其中将气体向上泵送通过暗渠构件。只有气体的反冲洗松散污垢和其他杂质，以使得它们会更容易被随后的液体和/或当前的气体和液体反冲洗相带走。
有时需要在低于常规气体速度的速度下冲刷过滤器介质，但同时也能够在其他步骤和过程中以惯用速度分配气体。然而，支管式过滤器暗渠通常不能以这些低速度将空气充分均匀地分配在整个过滤器区域上。因此，存在对于在低冲刷速度将气体均匀并高效地在整个过滤器系统区域分配，同时还能够以惯用速度分配气体的方法的需要。
发明内容
根据本发明的一个实施方案，经由暗渠系统分配气体和液体的方法包括：a)将暗渠系统设置于过滤器板上，所述暗渠系统包括至少一个暗渠构件和设置在所述暗渠构件顶部的过滤器介质；b)通过以低于2gpm/ft2的速度将液体与气体同时分配来经由暗渠系统以低于2scfm/ft2的速度充分均匀地分配气体；c)增加液体的分配速度，或者增加液体的分配速度和气体的分配速度；d)停止气体的分配；e)进一步增加液体的分配速度；和f)减少液体的分配速度。在某些实施方案中，在步骤b)中气体可以经由暗渠系统以低于1scfm/ft2的速度分配，且在步骤b)中液体可以经由暗渠系统以0.25至2gpm/ft2的速度分配。在步骤c)中液体的分配速度可以增加至4至8gpm/ft2的速度，并且在步骤e)中进一步增加至15至30gpm/ft2的速度。
在一些实施方案中，气体和液体在反冲洗过程期间经由暗渠系统分配。在这种实施方案中，液体可以首先经由暗渠系统过滤，以使得杂质陷于过滤器介质中。这些杂质可以在步骤e)期间从过滤器介质去除。
根据本发明的另一个实施方案，在上流式过滤过程期间经由暗渠系统分配气体和液体的方法包括：将暗渠系统设置在过滤器板上，所述暗渠系统包括至少一个暗渠构件和设置在所述暗渠构件顶部上的过滤器介质；在过滤生产周期期间通过以低于5gpm/ft2的速度将液体与气体同时分配，来经由暗渠系统以低于2scfm/ft2的速度充分均匀分配气体；
本发明还涉及用于经由过滤器介质分配液体和气体的过滤系统。过滤系统包括：暗渠构件，具有顶壁、底壁和将顶壁连接至底壁的两个侧壁以界定暗渠构件内部；气体入口，用于在压力下向暗渠构件提供气体；和液体入口，用于在压力下向暗渠构件提供液体。过滤系统适用于通过以低于2gpm/ft2的速度将液体与气体同时分配，来以低于2scfm/ft2的速度横穿暗渠构件充分均匀地分配气体。过滤系统还适用于以2scfm/ft2或更高的速度横穿暗渠构件均匀分配气体。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的过滤器系统的透视图；
图2是根据本发明的一个实施方案的暗渠构件的前视图；
图3是经由根据本发明的实施方案的经由过滤器系统分配气体和液体的一般过程的流程图。
具体实施方式
为了下文描述的目的，术语“上方”、“下方”、“右侧”、“左侧”、“垂直”、“平行”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”及其衍生词应当在如它们在附图中的指向与本发明相关联。然而应当理解的是，除了明确相反说明的之外，本发明可以假定可替换的变化和步骤顺序。还应当理解的是附图中示例性说明并且在之后的说明书中描述的具体设备和过程仅是本发明的示例性实施方案。因此，与本文描述的实施方案相关联的具体尺寸和其他物理表征并不认为是限制性的。
同样，应当理解本文所用的任何数字范围预期包括其中归入的所有子范围。例如，“1至10”的范围语气包括所用的最小值1和所用的最大值10之间(并且包括)所有子范围，也就是说具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值的子范围。
在本申请中，除了明确相反说明的之外，单数的使用包括复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另外特别说明，“或”的使用意味着“和/或”，尽管“和/或”可能会明确用于某些例子中
参照图1，可用于本发明的过滤器暗渠系统10的实例可包括底壁12和两个侧壁14。多个暗渠构件16可横穿底壁12末端接末端平行成排设置。可用于本发明的暗渠构件16的类型并不限于具体类型。在一个实施方案中，参照图2，暗渠构件16每个包括顶壁28、底壁30和在顶壁28和底壁30之间延伸的一对相对的侧壁32。多个内部壁将构件16的内部分成一级水平管道36和设置在一级水平管道36的相对侧面上的两个二级平行管道38。槽42可以位于顶壁28中央。一级水平管道36连接至收集液槽66，其反过来将过滤的液体输送至清水池(未示出)以便分配给消耗物。
参照图1，根据本发明，介质保持器18可以固定在每个暗渠构件16顶部。过滤器介质20，诸如砂、无烟煤或例如颗粒活性炭(“GAC”)，直接放置在介质保持器18的顶部。过滤器介质20起到从流经过滤器暗渠系统10的受污染的液体去除和/或捕获不期望的颗粒的作用。暗渠构件16进一步的细节及其在重力过滤器10中的设置可在Farabaugh的美国专利第4,065,391号和Brown的美国专利第5,639,384号中找到，其通过引用并入本文。
为了确保最大的过滤器性能，颗粒过滤器介质必须定期清洗以从过滤器介质20去除颗粒。这通过经由暗渠系统10分配气体和液体并向上经过颗粒介质将外来颗粒从颗粒介质移走来完成。参照图1，气体经由气体入口68引入而液体经由液体入口70引入。通常情况下，在液体和气体同时反冲洗或仅有液体的反冲洗方式之前，过滤器介质20首先采用仅有气体的反冲洗冲刷。气体冲刷使过滤器介质20中的污垢和杂质松散，以便于随后的仅有液体和/或气/液同时反冲洗周期。有时需要在气体冲刷反冲洗期间使用低于常规的气体分配速度，同时在相同或不同的反冲洗过程期间仍然能够使用惯用气体冲刷速度。
根据本发明的一个实施例中，气体可以经由暗渠系统10以惯用冲刷速度以及低于2或1标准立方英尺每分钟每平方英尺过滤器面积(scfm/ft2)的冲刷速度充分均匀分配。充分均匀分配是指反冲洗期间过滤器所有区域都被清洁的过程。因此，气体经由暗渠系统10充分均匀分配意味着气体能够被分配到过滤器的所有区域。相反，不均匀分配会使过滤器一些区域被污垢和/或其他物质污染，并且将需要对暗渠系统10的进一步清洗。另外，本文所使用的，“惯用气体冲刷速度”包括但不限于高于2scfm/ft2的冲刷速度，诸如从2至6scfm/ft2。因此，在根据本发明的一些实施方案中，过滤器介质20首先用气体冲刷。当如上文所述气体经由暗渠系统10泵送以使过滤器介质20内的杂质松散时，少量的液体也经由暗渠系统10分配。通过在初始气体冲刷期间使用少量液体，气体可经由暗渠系统10以小于2scfm/ft2或小于1scfm/ft2的冲刷速度均匀分配。在这些实施方案中的某些中，气体分配经由暗渠系统10以0.25至0.75scfm/ft2的冲刷速度分布。另外，当气体以小于2或1scfm/ft2的冲刷速度经由暗渠系统10泵送时，液体可以小于2加仑每分钟每平方英尺过滤器介质(gpm/ft2)的速度经由暗渠系统10泵送。在一些实施方案中，液体以0.5至2gpm/ft2的速度经由暗渠系统10泵送。因为液体是以低速供应，所以液体不会将杂质运送出暗渠系统10或将滤器介质20吹出介质保持器18
上文描述的初始气体冲刷和液体分配相可以保持一段时间，以允许气体来搅动并解体在其上坡(ascent)至表面上包含在过滤器介质20中的杂质。例如，在一些实施方案中，同时的气体冲刷和液体反冲洗经由暗渠系统10泵送1至6分钟的时间段。然而，时间段可以因本领域一般技术人员的理解而调整，以使得所有陷入过滤器介质20的杂质变得松散并能够在将在下文详细描述的随后的周期中运送出暗渠系统10。
一旦杂质被搅动松散，那么可以将液体或液体和气体增加至更高的分配速度。例如，在一个实施方案中，搅动后过滤器介质20中的杂质松散，液体分配速度可增加到4至8gpm/ft2的流动速度。当液体增加时，气体保持在相同的分配速度。可选地，例如，在某些实施例中，气体分配速度可增加至惯用气体速度诸如大于2scfm/ft2的速度。气体和液体在这一步骤期间经由暗渠系统10充分均匀分配。因此，不同于其他系统，气体能够以惯用和低于惯用气体分配速度两者经由暗渠系统10均匀分配。
在某些实施方案中，增加液体或液体和气体后，气体可以停止而仅有液体可以经由暗渠系统10分配。液体可以以4至8gpm/ft2的流动速度分配。然后液体流动速度可逐渐增加甚至进一步至15至30gpm/ft2。液体分配速度以增加后的流动速度保持将杂质运送出暗渠系统10所必需的一段时间。杂质运送出暗渠系统10后，液体的分配流动速度逐渐减少至零并且随后的过滤过程可以进行。图3显示了经由根据本发明实施方案的经由过滤器系统10分配气体和液体的一般过程的流程图。如上所述，当使用低于常规的气体速度时，在仅有气体的冲刷周期期间使用少量的液体在初始反冲洗步骤产生更好的空气分配。因此，使用少量的液体诸如水允许本文描述的暗渠系统10以低于常规的气体速度在过滤器暗渠系统10中均匀分配气体，所述过滤器暗渠系统10以惯用气体速度也可以均匀分配气体。
本发明经由暗渠系统10分配气体和液体的方法可以采用一个暗渠构件16来使用。可选地，本发明的方法也可用于经由包含由多个暗渠构件16形成的多个支管的暗渠系统10分配气体和液体。支管可以具有不同的长度和大小。
此外，过滤器系统必须在一定的最小液压压头损失的基础上来设计以建立优化的反冲洗分配。对于流态化介质应用来说，这样的压头损失通常必定大于其预期全部介质流态化的初期流态化点时清除过滤器介质的压头损失。另一方面，反冲洗压头损失必定不会高至需要过度能量来达到适合的反冲洗流动。与采用暗渠系统10使用较低速度反冲洗气体的现有方法相比，使用本发明方法的过滤器系统经历压头损失的增加。
除了重力过滤，气体可以在上流式过滤过程期间经由暗渠系统10以低的分配速度分配。在上流式过滤过程中，给水经由液槽引入然后向上经由暗渠构件16。然后水经由暗渠构件16和过滤器介质20的顶部离开。在一个实施方案中，在水被过滤的上流式过滤过程的过滤生产周期期间，当给水向上穿过暗渠系统10时，气体以低于2或1scfm/ft2的速度经由暗渠系统10分配，例如0.25至0.75scfm/ft2的速度。在某些实施方案中，在上流式过滤过程的过滤生产周期期间，给水以低于5gpm/ft2的流动速度经由暗渠系统10分配，诸如小于4gpm/ft2。过滤过程完成之后，可开始反冲洗方法。
尽管上文提供了不同的实施方案，但本领域技术人员可以对这些实施方案进行修饰或改变而不背离本发明的范围和精神。例如，可以理解的是，本公开内容考虑到，在可能的程度，任意实施方案的一个或多个特征可与任意其他实施方案的一个或多个特征组合。因此，上文描述预期是说明性而非限制性的。上文描述的本发明由所附的权利要求限定，并且落入权利要求等价的含义和范围内的对本发明的变化包含在它们的范围内。

Claims (15)

1.一种经由暗渠系统分配气体和液体的方法，所述暗渠系统具有至少一个暗渠构件和设置在所述暗渠构件顶部上的过滤器介质，所述方法包括：
a)经由所述暗渠系统以低于2scfm/ft2的速度分配气体并同时以低于2gpm/ft2的速度分配液体；
b)步骤a)之后增加所述液体的分配速度，或者步骤a)之后增加所述液体的分配速度和所述气体的分配速度；
c)停止所述气体的分配；
d)步骤c)之后进一步增加所述液体的分配速度；和
e)步骤d)之后减少所述液体的分配速度，
其中，所述暗渠构件包括多个内部壁，所述多个内部壁将所述暗渠构件的中空内部分成一级水平管道和两个二级平行管道，
其中，所述液体和所述气体通过所述至少一个暗渠构件的所述中空内部的一级水平管道和二级平行管道被分配且经由所述至少一个暗渠构件的顶壁被分配至暗渠过滤器系统的所述过滤器介质中。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中所述气体经由所述暗渠系统以低于1scfm/ft2的速度分配。
3.如权利要求1所述的方法，其中在步骤a)中所述液体经由所述暗渠系统以0.25至2gpm/ft2的速度分配。
4.如权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中所述液体的分配速度增加至4至8gpm/ft2的速度。
5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中所述气体的分配速度增加至2至6scfm/ft2的速度。
6.如权利要求1所述的方法，其中在步骤d)中反冲洗液体的分配速度增加至15至30gpm/ft2的速度。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述气体和液体在反冲洗过程期间经由所述暗渠系统分配。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括在步骤a)之前经由所述暗渠系统过滤液体以使得杂质陷入所述过滤器介质中。
9.如权利要求8所述的方法，其中在步骤d)期间将所述杂质从所述过滤器介质移除。
10.如权利要求1所述的方法，还包括在步骤e)之后停止液体的分配。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述暗渠系统还包括介质保持器。
12.一种在上流式过滤过程期间经由暗渠系统分配气体和液体的方法，所述方法包括：
a)将暗渠系统设置在过滤器板上，所述暗渠系统包括至少一个暗渠构件和设置在所述暗渠构件顶部上的过滤器介质；和
b)在过滤生产周期期间通过以低于5gpm/ft2的速度将液体与气体同时分配来经由所述暗渠系统以低于2scfm/ft2的速度充分均匀分配所述气体，
其中，所述暗渠构件包括多个内部壁，所述多个内部壁将所述暗渠构件的中空内部分成一级水平管道和两个二级平行管道，
其中，所述液体和所述气体通过所述至少一个暗渠构件的所述中空内部的一级水平管道和二级平行管道被分配且经由所述至少一个暗渠构件的顶壁被分配至暗渠过滤器系统的所述过滤器介质中。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述气体经由所述暗渠系统以低于1scfm/ft2的速度分配。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述液体经由所述暗渠系统以低于4gpm/ft2的速度分配。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述暗渠系统还适用于以2scfm/ft2或更高的速度充分均匀地分配气体。
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