CN1064855C - 用于在侧面暗沟中改进气体回流的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用来对支承在一侧面暗沟上的粒状介质进行气体回流的设备和方法。侧面暗沟(12)包括多个分散小通孔(40)以及至少一个延伸到在分散小孔(40)以下一平面的排放口(20)的液体回流管(36)。通过使回流气体经分散小孔(40)导入粒状介质(14)的方式使回流气体沿整个侧面暗沟(12)均匀分布，并经过液体回流管从粒状介质(14)中导出液体，而不会阻碍回流气体从在所述小孔(40)下面形成的气袋通过所述小孔(40)。

Description

用于在侧面暗沟中改进气体回流的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在带有气体／液体(或空气／水的侧面型暗沟系统的过滤器里改进气体回流，特别是空气回流的设备和方法。
背景技术
传统的过滤器，如带有处理水和废水的过滤介质层的重力过滤器在过滤介质下有一暗沟以将过滤过的液体带出过滤器并定期分配一种清洁的液体和／或气体来回流过滤介质以延长过滤器寿命。在具有二个侧面空气／水暗沟系统的过滤器的空气／水回流中，如在美国专利号4，065，391Forabaugh所显示的，已发现希望在空气和水的结合顺序中有一纯空气步骤。在过滤介质下面提供空气，在它上升到表面时可强劲地搅动并粉碎过滤介质里的污物。然后在水回流过程中污物可更容易被从过滤器中排除。这样可减少净水的使用。当需要卖主提供新的或改进过的过滤器暗沟设备时，由重力过滤器设计者和用户来指定一种初始的纯空气回流部分或位相就是非常普通的事情了，因为它降低了整个操作和安装成本。除了空气或水外，气体或液体也可用来回流过滤器，但为了简化，在本说明书中，“空气”或“水”可与“气体”或“液体”互换。
在纯空气回流位相，侧面暗沟系统和过滤介质一般要浸没在处理水中。用泵将空气抽入暗沟中，压缩空气在暗沟的上台面或顶壁下面的水中形成一气袋。空气通过在上台面里的分散小孔逸出，并通过介质上升到水表面。在此过程中它强迫污物从介质中分离。
为了取得最大的过滤性能和操作寿命，重要的是支承过滤介质的空气／水侧面暗沟要满足以下设计目标：
a．提供收集过滤液的密闭空间和在侧面暗沟系统的上台面里有回流空气／水分散小孔；
b．使回流空气和水到达最大的过滤介质面积和深度，以避免死角；以及
c．所提供的分散小孔足够大到防止阻塞。
所参考的Farabaugh暗沟是将回流水和回流空气通过在暗沟上台面里主要用来分配水的同样的小孔达到此目的。
但是最近我们发现，在Farabaugh暗沟系统里的小孔的双重用途已在纯空气回流过程中产生一种称为“拖曳水回流”现象。这是发明人和本领域其他技术人员以前所不知道的。这种现象阻止了Farabaugh暗沟系统在纯空气回流过程中获得最大的分配潜力的能力，特别在较低的空气流速时。它还限制了回流空气流速的较低范围部分，因在此范围暗沟可正确地分配空气。经验表明，Farabaugh暗沟系统需要一个0．9m3／min／m2的最小流速以获得合适的空气回流分配。
由于双重用途的特点，在Farabaugh里的分散小孔的尺寸应使其总的截面积能对回流水和回流空气提供合适的压头差。增大此截面积将产生不良的空气分配，而减少截面积将引起在水回流过程中压力下降太多。特别是，任何暗沟系统的设计必须为一定的最小压头差来获得最佳回流水分配为基础。对使用流体介质，其压头差在其早期流体化点时一般大于清洁的过滤介质压头差，这里希望全部介质流体化(即6．8-20．3l／s／m2)。另一方面，回流水压头差不必如此高，以至于获得合适的回流水流需要的能量过度。常规的侧面暗沟系统将提供最佳的水回流性能直到通过包括从排放小孔到介质里的通道的全部暗沟系统最大的水压头差，约13．6l／s／m2回流流速的38．1-101．6厘米的水柱。这是粗略的最大的常规压头差，在此值下最流行的侧面暗沟系统将有效地进行水回流。较高的压头差产生较大的能量损失，并增加所需要的功率和用以进行水处理的泵的尺寸。这些在普通液体回流流速时的一般压头差标线确立了在侧面暗沟系统的上台面里的所有排放小孔的具体数量和尺寸。最好是小孔的尺寸和间距对所有暗沟系统可保持相同，以简化设计和制造要求。
当分配回流空气的小孔与分配回流水的最佳尺寸和间距的无阻塞小孔一样时，通过这些上台面里分配空气的小孔的压头差大大降低，这是因为空气密度大为降低。这种低的压头差足以在上台面下形成空气袋，但它不允许在小孔的前面形成太深的空气袋，这样使空气和水在进入小孔以前能有效地分离。
最近我们已发现，由于高速空气的喷气作用在通过气袋及通过分散小孔到达侧面暗沟系统的介质时会拖曳一些液体，在上台面下面的管道或侧室里会产生一个压力真空。这种压力真空引起相当的水量通过分散小孔连续向下回流以保持暗沟上台面的两边压力平衡。这些“拖曳水回流”将阻塞一些在上台面里的小孔而不能分配空气，而其他小孔仅断续分配空气。这些现象已被在透明的指示过滤器中采用染料试验确定，这些试验有的具有本发明特点，有的则不具有。
几个其他美国专利也揭示了水／空气结合的侧面暗沟系统，其中包括美国专利号5，160，614；5，156，738；5，149，427；5，108，627；5，087，362；5，068，034；5，019，259；4，331，542；4，214，992；4，196，079；4，064，050；3，468，422；以及2，710，692。但是在我们所知道的已有技术中没有说明在采用同样小孔用于空气和水分配的暗沟系统里在纯空气回流过程中产生拖曳水回流的问题。
因此本发明的目的是在一个空气／水侧面暗沟系统的上台面里在纯空气回流过程中避免在一定的小孔里产生空气阻塞。还有一目的是对从暗沟系统上面到压缩空气层下面提供一个用于非阻挡拖曳水回流的通道。它还有一目的是当采用同样小孔来分配回流水和回流空气时大大改善回流空气分配，而不妨碍侧面暗沟的水分配性能和收集过滤液。本发明的最后一个目的是在非常低的纯空气速度下改善回流空气分配，例如在短和长的侧面长度上0．3-0．6m3／min／m2。在较低的纯空气速度时回流有时需要能够使用具有较低额定值的吹风设备，这样降低了涉及空气回流系统的安装和操作成本。
发明概要
本发明提供一个位于过滤器底部的暗沟分配器，用于一种配置在暗沟分配器上面使用一种粒状介质的具有一气体／液体结合的侧面暗沟的过滤器系统。液体被提供到粒状介质，并向下通过介质到达暗沟分配器。此暗沟分配器包括多个限定一内部空腔的外壁。此外壁包括一顶壁和一对连接顶壁和过滤器底部的侧壁。在顶壁里形成多个分散的小孔，它使流体通过内部空腔和介质之间。本发明提供至少一个液体回流管道，它在暗沟分配器里与在多个分散小孔下面的内部空腔一平面上有一管道排放口一起使液体在内部空腔和外部分配器之间流通。管道排放口的位置要使在在顶壁下面形成的一个气袋外的液体能回到分配器内部而不妨碍气体回流流。
本发明的一实施例包括多个内壁，它把内部分成主水平管道和至少一个辅助水平管道，它紧邻主水平管道，每一在顶壁里的小孔与辅助管道之一相通。在该实施例中，液体回流管道可形成如一在顶壁的槽，它带有至少一个位于槽的下端部位的小孔，并与一辅助水平管道相通。液体回流管道还可形成如一管子，它从顶壁延伸到辅助水平管道的内部。
另一实施例包括一小孔状的液体回流管道，它位于分配器的至少一个侧壁的上端部分。一个向下延伸的挡板可紧靠暗沟分配器内部的小孔。挡板将气袋与小孔隔开。
本发明还提供一种用来回流配置在侧面暗沟上面的粒状介质的方法。此暗沟包括多个小通孔，至少一个液体回流管道延伸到小通孔下的暗沟内部的排放器。暗沟和粒状介质浸没在一种处理液中。回流的方法包括：对暗沟提供一回流气体，因而在小通孔和液体回流管道排放口之间形成一回流气袋；将回流气体通过小通孔导向粒状介质；将在气袋外的液体通过液体回流管道传递到液体回流管道排放口。这种方法通过小通孔在整个过滤器底部上提供均匀分布的回流气体，最大程度减少了由于液体从粒状介质侧或分配器外部到分配器内部回流引起气流的部分或随机分配。
从下面的说明附图将更清楚看到本发明的细节和优点，其中相同的编号表示相同的元件。
附图简单说明
图1为按本发明具有一侧面暗沟系统的过滤器示意图；
图2为本发明的过滤器暗沟单元的第一实施例的沿图3中线Ⅱ-Ⅱ的剖面图；
图3为按本发明第一实施例的一个过滤器暗沟单元的平面图；
图4为沿图3中线Ⅳ-Ⅳ的剖面图；
图5为部分切除的侧视图，它显示了本发明的过滤器暗沟单元的第一实施例的承插端；
图6为一局部剖视图，它表示本发明的一个水计量小孔；
图7为一部分切除的剖视图，沿图5 Ⅶ-Ⅶ线剖开，表示本发明的挡板；
图8为显示按本发明带有多孔板的第二实施例的过滤器暗沟单元的立体图；
图9为按本发明的第三实施例的过滤器暗沟单元部分剖面立体图；
图10为按本发明的第四实施例的过滤器暗沟单元部分剖面的立体图；
图11为按本发明的第五实施例的过滤器暗沟单元部分剖面的立体图；
图12为按本发明的第六实施例的过滤器暗沟单元部分剖面的立体图；
图13为一图表，表示本发明与已有技术作比较的表示一个暗沟分配器的回流水不均匀分配与流速的对应关系。
实施例
图1表示一重力过滤器10，它具有一支承一床粒状介质14的侧面暗沟12。侧面暗沟由一端与一端平行紧接成排横跨过滤器底部18的多个过滤器暗沟单元16组成，此重力过滤器10包括一流水槽20，它带有一回流水入口22和一回流空气入口12。
图中重力过滤器10为纯空气回流型，其中处理水26放在过滤器里。如图所示，粒状介质14直接在暗沟12上可包括也可不包括一层衬填砂砾。还有，可应用本发明具有空气／水侧面暗沟的重力过滤器可在美国专利号4，065，391Farabaugh中见到，在此作为参考。过滤器单元16包括一液体或“拖曳水回流”回流管道，这将在以后所示图2至12中所示几个具体单元的实施例中描述。
本发明第一个实施例在图2-7中表示。具体来说图2表示一个单元27，它具有一个顶壁28，底壁30，以及一对从顶壁28延伸到底壁30的相对侧壁32。多个内壁34将单元27的内空腔分割成主水平管道36和二个位于主水平管道36的二侧的辅助水平管道38。
上壁28包括许多分散小孔40，它从上壁外表面有一点凹进去成为沉孔41。按第一较佳实施例单元27一般约1．2米长，包括92个在顶壁28均匀分布的分散小孔40。分散小孔40的直径最好不要超过0．55至0．64厘米。顶壁28约22．5厘米宽，分散小孔40分布的间隔为暗沟单元27中每一直线英尺23个小孔，如图3所示。
一个槽42位于上壁28的中间，多个小孔44位于槽的两侧靠近槽的底部45。小孔44作为拖曳水回流导管，下面还将详细讨论。在较佳实施例中这些小孔为0．63厘米直径，在槽42的每一侧43有六个小孔。小孔44沿单元27的纵向轴线直线中心间距为20厘米。还有孔44是交错排列，所以它们在相对槽43的两侧是相互不对称的。
在过滤时，打算过滤的水向下通过粒状介质14进入非阻塞分散小孔40和槽小孔44。从这里水通过辅助管道38然后进入主管道36。主管道36与收集槽20相连，它将已过滤的液体传到一清洁的井(未图示)中以分配给用户。
为保证最大的过滤性能，必须经常清洗粒状介质14。这是用泵将清洁水向后通过暗沟12，向上通过粒状介质以从粒状介质中去除污物和杂质。
通常，为了准备粒状介质以进行水回流，首先用一种纯空气回流来冲洗浸没的粒状介质，其中将空气通过暗沟12向上抽，如下所讨论。纯空气回流将污物和其他杂物打松，将它们更容易地被以后的水回流位相带出去。
纯空气回流模式一般在一种水和空气共同回流或纯水回流模式之前开始。此时，暗沟和上层粒状介质被浸入处理水26中。图2描绘了纯空气模式。压缩空气被抽入主管道36，因此在主管道里形成了主管道空气／水交接面46。特别是限定主管道36的第一内壁34均包括多个空气计量小孔48。图2和图4中所示为目前空气计量小孔48的较佳配置。在纯空气回流过程中，空气以0．15m3／min／m2的速度被插入暗沟中，特别是空气通过小孔48被计量输入辅助管道38，这里它通过处理水26向上向着顶壁28冒泡。由于分散小孔40的尺子和间距，回流空气通过分散小孔40时产生足够的压头差以致在所有的分散小孔下直接形成了空气层或空气袋50。通过小孔40的空气以箭头52表示。典型的是，空气层50在顶壁28下延伸到深度为0．32到2．72厘米。气层在辅助管道38形成另一空气／水交接面。
如上所述，为了在高速纯水回流时在暗沟里保持一个最佳总的压头差，主要是上台面分散小孔要定好尺寸和间距，以使对常规的水回流速度在顶壁28的压头差正好与总的暗沟压头差要求相平衡。这种压力差的平衡是在将液压不均匀分布保持在最小值的重要因素。典型的是，侧面暗沟将要求暗沟名义压头差在高速回流速度为13．61／s／m2时相等于约38．1-101．6厘米水柱。这是大多数常规的侧面暗沟将有效工作的最大回流水压头差的范围。但是本发明不打算对这种名义压头差限定在任何特定值。本发明适用于在上台面中所有的小孔有合适的尺寸和间距以用于空气和水回流的暗沟，如在Farabaugh的暗沟。
我们已发现在空气流动开始、空气／水交接面54建立并在分散小孔40和顶壁28下面的辅助侧面管道里形成平衡的空气袋大小后，一些数量的水26被在通过顶壁28的小孔40的空气流连续拖曳，如图中56所示。这种残余的“拖曳水”传递在暗沟中产生的静压力不平衡，它通过企图立即将这种拖曳水返回到暗沟中以求自动的平衡。
我们将这种现象称为“拖曳水回流”。从具体的观察可看清，在这种纯空气回流操作过程中从顶壁28上方来的拖曳水事实上要向下回流，随机地阻止回流空气通过几个小孔40。因此在现有技术设计中，在暗沟的上壁28的几个小孔将仅间断地通过空气，其他将根本不通过空气。
仅仅减少分散小孔40的横截面以降低交接面54的解决方案并不令人满意。特别是减少截面积将总要引起下列三个问题中的一个：(1)在水回流过程中增加压头差；(2)在粒状介质里减少回流液的可达范围，引起死点(如间距增大以及孔径保持相同)；或(3)阻塞。按照本发明，拖曳水可通过小孔44进行到在辅助管道38的空气层50下面的位置，如箭头57所示。特别是小孔44的排放口位于空气层50以下，空气／水交接面54遮挡小孔44与空气层50相通。因此拖曳水能回到不被空气层阻止的辅助管道38中。定好分散小孔的尺寸和间距，以及淮体管道排放口的位置，因而在空气回流流速从0．15m3／min／m2到约1．52m3／min／m2排放口保持流体不直接与空气层相通。较少的拖曳水将通过分散小孔40向下回流，而且由于这种现象影响的小孔的数量大大地减少或一同消除。由此大改善了回流空气的分配。证明本发明的效能的定量试验在下面实例Ⅰ-Ⅲ中建立。
本发明被特地采用来解决在空气／水暗沟中拖曳水回流的问题，其中分散小孔被用来分配回流水和回流空气。已有技术中许多侧面暗沟已被分别用于回流水和回流空气分散小孔，其缺点是在回流介质层的范围不如本发明提供的大。还有，它们的空气回流小孔截面积太小，因而在水回流过程中，不会真正提供任何回流能力。因而已有技术的暗沟容易地在介质层里留下无论是回流水或回流空气或两者都不能达到过滤介质和介质所载砂砾以进行充分清洁的死点。
参见图5和7，挡板62可包括在紧邻暗沟单元27的承插端64的辅助管道38中。此挡板向下延伸到在空气／水交接面54下的辅助管道38内。此挡板62防止空气在顶壁28下的转移，否则它可能会变成大的难以控制的空气袋。此辅助挡板62靠防止在处理水26中的滚动波还有助于遮挡空气层50与小孔44相通。这个波可把空气／水交接面54带到小孔44平面以下。
当关闭空气回流时槽孔44有助于促进均匀泄放存留在辅助管道38内的任何空气。这样在向下的处理水57和向上逸出的空气52之间的干扰较少。还有，一旦关闭，向下的水主要通过槽孔44处理。
单元27以下面的方式相互连接。每一单元有一插端68和承插端64。在图4和图5中可清楚地看见。承插端包括一个对准缘70，它被放在一个插端上的对准槽72里。对准缘70和对准槽72位于内壁34的末端上以确保通道36和38适当地分开。插端68被承插端64接受，在插端68上有多个工艺搭子74，则被承插端64里的窗口76接受。工艺搭子74通过搭扣被窗口76接受。一个O型圈环绕紧邻工艺搭子74的插端68以保证在暗沟的联接口处无漏水。
多个水计量小孔80沿着内壁34的较低部分加以间隔。我们发现这些小孔的最佳尺寸和间距是是用把它们放在沿其外部尺寸1．22米单元15．2厘米中心距即尺寸是从面对辅助管道38的壁34的一边算起，约2．22厘米长和7．94厘米宽。因此八个这样的小孔位于在较佳实施例单元27的每个内壁27里。我们发现这个小孔设计增强了回流水分配。如图4所示，小孔的纵向尺寸是在垂直平面。小孔的水平尺寸与壁的厚度的比例已被大大减少；因此小孔80将引导从主管道36垂直向上到辅助管道38的流动而不是象在主管道36中的同样方向。
在水回流过程中，水进入主管道36中并通过水计量小孔80进入到辅助管道38。在辅助管道38中与主流动方向相反的补偿流动通常将使侧面的不均匀分配最小化。为了进一步控制不均匀分配，主管道36可还装有挡板66以控制在主管道36里的回流水流动。水从辅助道38向上升并通过分散小孔40进入粒状介质14。重要的是在水回流过程中使用所有的分散小孔40。通常在水回流过程中用泵抽水或由车头箱来传递并被进一步控制到名义流速6．8-20．4 l／s／m2。
因此过滤器暗沟单元27的第一实施例还在回流水分配方面进行了改进，其结果如图13中图表所示，其中对本发明在侧面暗沟里的不均匀分配与已有技术侧面暗沟进行了比较。如图13所示，由线58代表的暗沟单元27的不均匀分配大大优于线60所示的已有技术，它超过回流水流速的范围。
图13中包括一实际数据见图1。表中另一栏表示本发明所获得的改进的百分比。
表Ⅰ
不均匀分布
较佳实施例与已有技术相比
12．2米长的侧面暗沟
回流流速(l／s／m2) 已有技术(+／-％) 较佳实施例(+／-％) 改进(％)
6．8 1．61 3．35 52
10．2 1．55 2．80 45
13．6 1．83 2．75 33
17 2．01 3．15 36
20．4 2．02 3．75 46
本发明第二实施例如图8所示，其中上述第一实施例带有多孔板82。多孔板装在横跨顶壁28的多个肋条84上。肋条84将分散小孔40和槽42以及槽小孔44隔开以限定各个流体分配室。肋条84两端段有结合块86，以及悬空的支撑肋条88位于肋条84之间并与其垂直。多孔板的两侧边缘被向上凸缘90的横头90接受。一个填垫或密封件(未显示)可设置在横头90里以确保多孔板82和单元27之间的适当密封。有关多孔帽／过滤暗沟单元结合的细节和优点可见美国专利号5，149，427，这里用作参考。重要的是，多孔板82与分散小孔40和槽小孔44垂直间隔。这种垂直间距关系对于回流流体通过多孔板82从单元27向上适当分配是必要的。
本发明的第三实施例如图9所示。单元94包括一顶壁96、底壁98，以及在顶壁96和底壁98之间延伸的对相对的侧壁100。多个内壁102把单元94的内壁分成主水平管道104以及辅助水平管道106。辅助水平管道位于主水平管道104的相对两侧。位于中间的垂直支承壁108在底壁98和顶壁96之间延伸。支承壁108包括在单元94内，因为单元94的宽度稍些大于类似的已有技术单元。在支承壁108内有孔，用于使二个主管道104之间的空气和水可以相通。内壁102包括许多计量小孔109，用来将空气和水分配入辅助管道106。垂直形状的小孔也可设置在内壁102的底部，用来将水分配到辅助管道106中。许多分散小孔110均匀分布在顶壁96的整个表面。分散小孔110将辅助管道106与上层粒状介质14相通。许多拖曳水回流管112位于顶壁96。拖曳水回流管112包括一圆管114它从顶壁96向下延伸入辅助管道106，圆管114可带一向上法兰116或不带。每一圆管114包括一排放口118，它位于辅助管道106里的空气／水交接面120以下。拖曳水回流管112在顶壁96上均匀分布。
在过滤和水回流过程中，单元94的操作与上述本发明的第一和第二个实施例相似。在空气回流过程中，空气输入主管道104并通过计量小孔109进入辅助管道106，因而在顶壁96下形成一气体层122。特别是，空气／水交接面120位于顶壁96和管114的排放口118之间。回流气体将通过分散小孔110，如箭头124所示。从粒状介质14侧来的液体向下通过拖曳水回流管112到位于气体层122以下的排放口118、如图箭头126所示。
本发明第四实施例如图10所示。单元128包括在顶壁132里的一对槽130。在纯空气回流过程中在顶壁132下形成气体层134。顶壁132包括多个分散小孔136，槽130包括在槽下部的槽孔138。槽孔138在纯空气回流过程中作为拖曳水回流管，如上面第一、第二和第三实施例所示。
在纯空气回流过程中，气体层限定一位于顶壁132和槽孔138之间的空气／水交接面140，回流空气向上通过分散小孔136，如箭头142所示；而拖曳水回流通过位于空气／水交接面140以下的槽孔138。如箭头144所示。
本发明第五实施例如图11所示。单元146包括一个顶壁148，一个底壁150，侧壁152和内壁154。内壁限定了两个上辅助管道156和两个下主管道158。一个圆柱形主气体管道160位于上辅助管道156之间。一个中心槽162位于顶壁148中，在其下部有槽孔164。
操作时通过主气体管道160供气，从这里它将空气收集在上辅助管道156里，以在顶壁148下形成气体层166。气体层在顶壁148和槽孔164之间有一空气／水交接面168。回流空气169向上通过在顶壁148里的分散小孔170，而拖曳水171通过位于空气／水交接面168下面的槽孔164回流。
最后，本发明的第六实施例如图12所示。单元172的每一个都包括顶壁174，下壁176，侧壁178，以及内壁180。内壁限定了下主管道182和上辅助管道184。一个主气体管道186位于上辅助管道184之间。侧壁178包括向上向里折角部分188。这些向上折角部分188包括多个位于分散小孔170下面的水回流孔190。在向上折角部分188的内侧面上装有挡板192。在单元172之间可见一层浆料194。浆料平面低于水回流小孔190。在顶壁174里有多个分散小孔196。
在操作中，回流气体输入主气体管道186，并经计量进入上辅助管道184。在顶壁174下形成气体层198，档板192将气体层与水回流小孔190隔开。回流空气向上通过分散小孔196，而拖曳水通过水回流小孔190回流，分别如箭头200和202所示。
上述本发明第一和第二实施例的特上点优点也可结合进本发明的第三到第六实施例中。简述之，这些具体内容还未在本发明所有实例中讨论。在图2-8及10-12所示的具体的单元设计提供了此优点：即可用挤压制造工艺将液体回流管道很方便地结合进去。图9所示单元设计提供这样的优点：即可用分别制造圆管114的方法来来改装现有的暗沟系统，此圆管可被安装在现有的暗沟单元上。
在本发明所有上述的实施例中，除了图9所示在某些情况下拖曳水回流管排放口可位于在辅助管道里的空气／水交接面的上面或下面。这是因为处理水的静压头，它在拖曳水回流管排放口的上面，于拖曳水回流正确流动，不受到向上升的回流空气的压力。
为了进一步理解由本发明解决的问题，并证明将液体回流管加到侧面空气／水暗沟上的作用，申请人作了许多试验，见下面的例子。
例Ⅰ
在开发一种新的暗沟单元过程中，观察到在纯空气回流过程中，在一2．4米长浸没试验的侧面暗沟里会产生不同的表面能量区。在低的空气流速时这些不同的能量区更明显，并一般沿着试验侧面建立在同样地方。这些区域很明显是由上升空气和回流水的过多沟流所造成的。假设，通过上台面小孔向上运动的空气产生一个足够的拖曳力，它将一定量的水通过上台面并带出小孔，也许形成表面热区。在不太热的区域，可认为补充水或回流水向下流入暗沟堵塞一定量的小孔因而阻碍了空气自由流动。
为了证实以前的推测，决定想一种方法将在上台面的补充水或回流水带回到侧面暗沟内而不干扰空气运动通过上台面小孔。因此沿着侧面长度以30．5厘米中心距钻直径为0．95厘米的孔，通过侧壁进入在空气／水交接面以下的辅助室。将空气重新引入侧面以进行确认试验，并发现不同的表面能量区域已消失，表面波动已明显平衡。因而得出结论：向上运动的空气流已将水带到上台面上和辅助小孔外，要求用外部水来补充这些损失，这就引起小孔堵塞，接着引起不同的表面波动或能量区。
例Ⅱ
通过1．2米的试验单元的上台面安装12根0．6厘米内径5厘米长的塑料圆管。在单元的上台面上有92个0．55厘米直径的小孔。
开始，所有水回流圆管均被密封，空气以0．61m3／min／m2的速度被输入到试验单元。然后对那些或是“死孔”或是仅间断地通过纯空气的小孔计数。这种计数将按流速为0．9、1．2和1．5m3／min／m2分别重复进行。然后关闭空气源，就可观察到空气泡的情况。
在所有空气放出后，从六根水回流圆管中去除密封，空气再分别以0．6、0．9、1．2和1．5m3／min／m2流速抽入侧面。最后将剩下的六根圆管的密封去除，因此所有12根圆管均被条开，空气以同样流速输入。在每一流速下分别对六根圆管和十二根圆管状态的“死孔”和间断孔计数，结果记录在下面的表Ⅱ中。
表Ⅱ
带有水回流圆管的PLEXIGLAS试验
上台面小孔，(92)-0．55厘米直径=22．3厘米2
水回流圆管，(12)-0．6厘米直径=3．8厘米2
例Ⅲ
在试验侧面暗沟的上台面的中间部位有一水回流槽。0．6厘米直径水回流孔位于槽的下面部位，槽的每侧6根。上台面含有92个0．55厘米直径的小孔。
起初，在槽里所有的水回流小孔是密封的，空气以与上面例Ⅱ同样速度输入。将所观察数据记录下来。然后从6个水回流孔中去除密封，列出不同的流速再进行试验，同时记下观察数据。最后从剩下的六个孔中去除密封，并在同样流速下记录观察数据。观察数据记在下面的表Ⅲ中：
表Ⅲ
带有水回流孔的PLEXIGLAS试验
上台面小孔，(92)-0．55厘米直径=22．3厘米2
水回流孔，(12)-0．6厘米直径=3．8厘米2
从上面例子Ⅰ-Ⅳ可看出，随着水回流管／孔的数量的增加，中断小孔的百分比减少，而且在较低空气流速时中断小孔的数量减少更明显。换句话，水回流管／孔对空气通过小孔的均匀分配起了很大作用。但是应注意，水回流管道的过多应用可对水和／或空气回流分配起有害作用。如以上例Ⅲ所讨论的，水回流孔比在例Ⅱ讨论的水回流管更有效，因为孔的磨擦系数比管子低。
从上面例子还可看到，当提供水回流装置时，在空气输送结束后，留在暗沟单元里的空气会更均匀更平稳地从上台面孔中释放出来。大多数补充水通过水回流管或孔送入暗沟单元。结果，更多孔打开以散发空气。
已注意到，当空气／水交接面落在管的排水口以下时，在空气输送结束后。水从水回流管的回流总要被间断30至40秒钟。但对槽和孔的配置方面则看不到这个问题。
还应注意到，本发明第三到第六实施例的附图实际上是示意图，而第一和第二实施例的具体内容可适用后面的实施例。例如读了上面的具体说明后就很清楚承插端和插端结构，支承肋条，分散小孔尺寸和间距，多孔板等，这些因为是建立在第一和第二个实施例中的，故也同样适用以后的实施例。
综上所述，本发明在性能上与已有技术空气／水侧面暗沟相比改进如下：
1．大大减少水的不均匀分配，如图13所示与以前的双侧面空气／水暗沟相比，在水的不均匀分配方面平均减少42％。
2．大大改善了空气分配。最佳分配可观察到在沿12．2米试验侧面有0．3-1．5m3／min／m2较宽的空气流范围在5．2厘米水浸没时，大大消除了死点。对一12．2米试验侧面，在低速0．15m3／min／m2时可观察到好的空气分配。
3．通过回流水线路进入过滤器的非控制的空气沿着侧面长度被划分得更均匀，因而减少了非控制空气的浓度。
4．水平面灵敏度减少。观察不到水不均匀分配的不利影响，甚至在12．2米试验侧面的一端高于另一端2．5厘米也如此。当12．2米侧面的一端比另一端高1．3厘米时也观察不到对空气分配的不利影响。故可将安装水平面公差定为±0．6厘米而无不良影响。尽管申请人通过最好方式和较佳实施例对本发明作了具体描述，但应理解熟悉本领域的人员可对此进行修改，而这些都离不开本发明的精神和范围。例如，所揭示的水回流管道可结合在带有支承砂砾和／或多孔介质支承板的各种已知侧面暗沟单元设计中。本发明还适合带流体介质或不带流体介质的暗沟。还有，各种变型可包括一种槽与圆管结合作为拖曳水回流管。由此，本发明的范围仅限于在所附的权利要求。

Claims (22)

1．一种具有一过滤器底部和一位于在所述过滤器底部上的暗沟分配器的过滤系统，其特征在于，包括一配置在所述暗沟分配器上面的粒状过滤介质，一将液体向下通过所述粒状过滤介质，一将注体向下通过所述粒状介质到在过滤模式的暗沟分配器的方法，以及一个用以将气体引入所述暗沟分配器的回流器入口以向上通过在纯气体回流模式的粒状介质的回流气体入口，所述暗沟分配器包括：
多个限定一内部空腔的壁，所述壁包括一顶壁和一对在所述顶壁和所述过滤器底部之间延伸的侧壁；以及
所述顶壁有多个使所述内部空腔和一外部分配器相流通的尺寸一致，在同一平面无阻塞的分散小孔，所述分散小孔的尺理论和间距使所有所述小孔可有选择地分散纯液体回流，共同回流和纯气体回流、以在纯气体回流过程中提供足够的压头差以在所述顶壁下建立一气袋，
改进包括：
在所述分配器里至少有一使所述内部空腔与分配器外部相流通的液体回流管，所述液体回流管在所述多个小孔下的平面上包括一在所述内部空腔里的排放口，所述排放口的位置是使在所述气袋外部的液体回流到所述分配器内部而不会在纯气体回流过程中大大阻碍向上流通。
2．如权利要求1所述的改进，其特征在于，所述液体回流管包括一个在所述顶壁形成的槽，以及至少一个位于所述槽下部里与所述内部空腔相通的小孔。
3．如权利要求2所述的改进，其特征在于，所述槽的小孔位于所述内部空腔里的气袋下面。
4．如权利要求1所述的改进，其特征在于，所述液体回流管包括一延伸到所说内部空腔里的圆管。
5．如权利要求4所述的改进，其特征在于，所述的圆管从所述顶壁延伸到在所述内部空腔里的气袋下面的排放口。
6．如权利要求1所述的改进，其特征在于，所述液体回流管包括至少一个与位于所述侧壁之一的上部的内部空腔相通的小孔。
7．如权利要求6所述的改进，还包括一向下延伸与所述液体回流小孔紧邻的内部挡板，所述挡板的位置以遮档所述气袋与所述小孔直接相通。
8．如权利要求1所述的改进，包括多个将内部划分成至少一个主水平管道和至少一个辅助水平管道的内壁，至少一个所述分散小孔与所述辅助水平管道相通。
9．如权利要求8的所述改进，其特征在于，所述液体回流管包括一圆管，它从所述顶壁延伸到一个在所述辅助水平管道里的气袋以下的排放口。
10．如权利要求8所述的改进，其特征在于，所述液体回流管包括一在所述顶壁形成的槽，以及至少一个位于所述槽的下部并与所述辅助水平管道相通的小孔。
11．如权利要求8所述的改进，其特征在于，所述液体回流管道包括至少一个与位于所述侧壁之一的上部的内部空腔相通的小孔。
12．如权利要求1所述的改进，包括一与所述分配器的顶壁固定的多孔板，它与所说分散小孔和所述液体回流管道排放口垂直间隔。
13．如权利要求1所述的改进，其特征在于，所述分散小孔有一定尺寸和间距，所述液体回流管排放口的位置使所述气袋直接位于所有所述分散小孔下面，以及在所述气袋外面的所述液体可回到所述内部分配器而在气体回流流动速度从0．15m3／min／m2到约1．52m3／min／m2之间不会大大阻止气体回流流动。
14．一个用来排放和回流一种过滤层的单元，液体可被输送到过滤层并向下通过过滤层到一包括所述单元的暗沟系统，所述单元包括：
多个限定一内部空腔的外壁，所述外壁包括一顶壁、一底壁及一对在顶壁和所述底壁之间延伸的侧壁。
所述顶壁有许多尺寸一致，在同一平面非阻塞的分散小孔，它使所述内部空腔与所述单元的外部相通，所有在所述顶壁里的小孔定有尺寸和间距以有选择地分散纯气体回流、同时气体／液体回流以及纯液体回流。
所述分散小孔的尺寸和间距使在纯气体回流过程中在所述顶壁里每一分散小孔下直接形成气袋；以及
在所述单元里至少一个液体回流管，使流体在所述内部空腔与所述单元外部相通，所述液体回流管有一位于所述顶壁平面或顶壁以下的入口，以及在所述小孔下面的所述内部空腔内平面上的排放口，所述气袋外部的液体可回流到单元内部不会在纯气体回流过程中大大阻止气体回流。
15．如权利要求14所述的单元，在所述单元里，包括一纵向槽，它具有在所述槽的下部沿着所说槽分布的多个液体回流管。
16．如权利要求14所述的单元，包括多个沿着所述单元横向延伸的区块，所述区块将所述分散小孔和所述液体回流管隔开。
17．如权利要求14所述的单元，包括一固定在所述单元的顶壁的多孔板，并与所述小孔和所述液体回流管排放口垂直间隔。
18．如权利要求14的单元，其特征在于，所述分散小孔定有尺寸和间隔，以在纯气体流速在0．15-1．52m3／min／m2时形成气袋。
19．一种回流配置在侧面暗沟上的粒状介质的方法，所述暗沟包括多个小通孔以及至少一个在所述小孔下面的平面上延伸到在所述暗沟内部的排放口的液体回流管，所述暗沟和所述粒状介质被浸没在一种处理液体中，所述方法包括以下步骤：
a)将回流气体输入到所述暗沟中以在所述小孔和所述液体回流管排放口之间形成回流气袋；
b)将所述回流气体通过所述小孔导入所述粒状介质；以及
c)将在所述气袋外面的液体通过所述液体回流管导入所述液体回流管排放口而不会大大阻碍所述回流气体流进入所述粒状介质。
20．如权利要求19所述的方法，包括遮档所述气袋与所述液体回流管排放口直接相流通。
21．一种用于排放和回流一种过滤层的单元，液体可被输入到过滤层并向下通过过滤层到包括所述单元的暗沟系统，所述单元包括：
多个限定一内部空腔的外壁，所述外壁包括一顶壁，一底壁和一对在所述上壁和所述底壁之间延伸的侧壁；
所述顶壁有许多尺寸一致，在同一平面非阻塞的分散小孔，它们使所述内部空腔与所述单元外部相通，所有在所述顶壁里的分散小孔有一定尺寸和间距以有选择地分散纯气体回流、同时气体／液体回流以及纯液体回流；
所述分散小孔有一定的尺寸和间距以在纯气体回流过程中在所述顶壁里的每一分散小孔下直接形成气袋；
一个在所述单元里的纵向槽，它具有多个沿所述槽的下部分布的液体回流管，每一液体回流管使在所述内部空腔和所述单元外部相通，每一液体回流管在所述小孔的下面的所述内部空腔里的平面上有一排放口，所述排放口的位置使在气袋外面的液体可回到所述单元内部而不会在纯气体回流时大大阻止所述气体回流；以及
在所述单元里至少一个液体回流管使所述内部空腔与所述单元外部相通，所述液体回流管在所述小孔下面的所述内部空腔平面里有一排放口以使在气袋外面的液体回到所述单元内部而不会在纯气体回流过程中大大阻碍气体回流。
22．用于排放和回流一种过滤层的单元，可将液体输送到过滤层并向下通过过滤层到包括所述单元的暗沟系统，所述单元包括：
多个限定一内部空腔的外壁，所述外壁包括一顶壁，一底壁和一对在所述顶壁和所述底壁之间延伸的侧壁；
所述顶壁有许多尺寸一致，在同一平面非阻塞的分散小孔，它使所述内部空腔与所述单元的外部相通，所有在所述顶壁里的分散小孔有一定尺寸和间距以便有选择地分散纯气体回流、共同气体／液体回流和纯液体回流；
所述分散小孔有一定尺寸和间距因而可在纯气体回流过程中在每一分散小孔下直接形成气袋；
在所述单元中至少一个液体回流管使在所述内部空腔和所述单元外部相通，所述液体回流管在所述小孔下面的所述内部空腔里的一平面上有一排放口，因而在所述气袋外面的液体回流到单元内部而不会在纯气使回流过程中大大阻碍气体回流；以及
多个沿着单元横向延伸的区块，所述区块将所述分散小孔和所述液体回流管分隔开。
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