CN107088320A - 用于增加通过污水处理系统的均匀出水流动的器械和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增加通过污水处理系统的均匀出水流动的器械和方法。一种在污水处理系统中用于从污水中筛分固体的筛式沉降器包括排出歧管和安装到排出歧管的多个筒形套筒，筒形套筒中的每一个均具有限定腔的外部筛网。套筒中的每一个均包括安置在腔内与排出歧管连通的排出立管。每个排出立管均包括沿着其长度和部分圆周布置在至少一排中的多个模式化开口，每一排均安置成与邻近排的模式化开口成120°旋转角度。每个排出立管均安置成与其邻近的排出立管成30°旋转角度，使得在所述排出立管中的任一个中的任一排模式化开口都不直接面对在任一其他排出立管中的任一其他排的模式化开口。

Description

用于增加通过污水处理系统的均匀出水流动的器械和方法
与其他申请和专利的关系
本申请是2015年12月30日提交的、序列号为14/984,206的未决美国专利申请（'206申请）的部分连续案；其是2014年8月28日提交的、序列号为14/471,247的未决美国专利申请（'247申请）的部分连续案；其是2013年12月27提交的、序列号为14/142,197的未决美国专利申请的部分连续案（'197申请）。所有前述申请的全部内容在此通过引用并入本文中以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及污水处理的领域；更具体地，涉及用于形成通过微孔筛网的均匀出水流动以最大化流动体积并最小化停机时间的器械和方法；且更具体地，涉及筛箱（SBX）组件（其在本文中也称为“筛式沉降器”且可与“筛式沉降器”互换）包括一个筛网或并行操作的多个筛网以将液体从固体分离。
背景技术
在发达和发展中国家中，从收集系统和污水处理设施排放的污水的初级处理和消毒是改善水质的第一步。通常，增加第二级和第三级污水处理过程以对初次出水提供额外处理。
初级处理经由筛分和重力沉降移除大的和密度大的固体，从而允许平衡浮力的物质传递到第二级处理过程或者受纳水体中。利用重力沉降或澄清的初级处理被认为，如以生化需氧量（BOD）计，移除了20-33%的有机负载量。通过将BOD转换成呈细菌形式的生物质和C02，第二级处理移除另外50+%的有机负载量。
第二级处理提供具有适当温度、体积、混合和氧气或在厌氧过程中缺乏氧气的环境，以维持消耗在初级处理之后的污水中剩余的BOD和养分所必需的细菌种群。新的有机物连续进入处理设施，因此现有的细菌种群的一部分被从过程移除以促进新的细菌的生长。初级处理的有效性直接地影响第二级过程或受纳水体（如果从收集系统排放的话）。
初级澄清器或沉降池被认为是减少污水中的BOD的最经济的装置，因为几乎没有能量要求，且没有生物质要维持。初级处理不产生生物质，且因此不要求通气能量；没有控制以监视生物质来确定生物质的健康的过程；不通过移动到侧流消化池来分离或移除细菌；不对消化池通气；且无需对过剩细菌（也称为第二级污泥）进行脱水和处理。缺乏复杂性的初级处理使其非常适用于发展中国家以促进地表水和含水层的恢复，从而导致健康问题减少。
已知的初级澄清器包括圆形或矩形罐，且就体积和几何形状方面被确定大小以提供低于固体沉降速度的水平流体速度。液体从入口到出水堰或沉降器的水平行进时间和距离必须大于悬浮固体的沉降时间和距离，以便在到达出水堰或沉降器之前固体沉降出去。这些沉降的固体包含未经处理的污水中的大部分BOD。该第一阶段的有效性是重要的，因为离开初级澄清器的固体越多，进入第二级处理过程或出水-受纳水体的BOD越低。
'197申请公开了带有超细筛网的改善的筛式沉降器（在本文中也称为筛箱或“SBX”），其具有盒子、卵圆或筒体的形式，其沿竖直方向可控地驱动以优化筛网到不同污水水平的暴露，且其能够从污水中提升以在专用的高架器械中反洗和消毒。因为筛网组件的运动仅是竖直的，所以在罐中所要求的占用空间能够相对小。空气冲洗集管提供气泡以用空气冲洗筛网表面。该申请进一步公开了对污水系统有用的低轮廓筛箱，污水系统具有高流动、用以置放筛箱的有限的表面积，和/或现有初级澄清器的浅在用罐（shallow activetank）体积，其中，多个筛箱或格栅可并行成组，从而以受控的筛网负载速率提供必要的筛网表面积。
'197申请进一步公开了一种偏转板，对于可被扰动且开始朝筛网运动的固体，其增加了到筛网表面的水平行进距离。
还在'197申请中公开了用于SBX的带挡板的提升柱和组合的短粗出水排出管。带挡板的提升柱是有狭槽或穿孔的圆管，其在堰或沉降器下方连接到出水管或软管。提升柱在带有开口的SBX中居中，以促使通过筛网的流动分布。长矩形的筛网格栅具有3个提升柱，其在筛网格栅中居中且等距地间隔开。优选地，带挡板的提升柱的开口面积在底部处最小，且随着高度增大，从而在提升柱的下部部分处产生压头损失，以平衡行进距离和压力，且因此平衡从液体接触的最低点到最高点通过筛网的流动。
通过'247申请公开了用于简单且自动地防止污染任一筛网组件的上游表面的器械和方法。
'206申请公开了筛式沉降器，其包括：包含框架的格栅；附接到框架且定位成限定纵向腔的相对侧的多个筛网；附接到框架且定位成限定腔的两个额外相对侧的挡板；及安置在腔内的至少一个穿孔的排出立管。优选地，筛网具有在25微米和75微米之间，最优选地大约50微米的孔隙。筛式沉降器对大于所采用的孔隙的固体提供了屏障，以便仅仅液体通过筛网从沉降罐传递到腔中。过滤后的液体通过沿着排出立管的长度的一定模式的开口从腔排出。模式被构造成抵消在腔内的液压压头的范围，以在浸没的所有深度处提供基本上同等的流动通过筛网和排出立管。端部挡板、管位置和管穿孔所面对的角度一起起作用，以进一步使水平流动模式均等，这补足了在腔内不同深度处的上述均匀流动。
在污水处理（卫生污水及食物和饮料加工污水两者）中使用细孔筛网器械时，重要的是解决作为潜在的操作问题的筛网的潜在污染和阻塞，其能够因为用以清洁和/或更换堵塞的筛网的时间损失导致低效率。在现有技术操作中，尤其是在诸如市政污水处理厂的高流动体积状况中，典型的是额外的维护问题。
在现有技术中需要的是一种改善的筛式沉降器布置，其通过增加流动均匀性且因此增加通过筛网元件的总流动来增加沉降器吞吐量，并且该布置通过增加在所要求的筛网清洁和/或筛网更换之间的时间间隔，提高操作效率。
本发明的主要目的是，与已知的布置相比较，在没有过早污染沉降器筛网或增加筛箱组件的总体占用空间的情况下，且因此在没有增大初级处理设施的总体占用空间的情况下，提高通过污水处理系统的污水出水的流动速率和总体积两者。
为了实现该原理，本发明的又一目的是控制通过筛式沉降器的污水流动，以便所有筛网的所有部分都经历大致相同的流动速率，因此最小化局部、高峰值流动地区（其能够堵塞细孔筛网的部分），及最大化沉降器吞吐量。
发明内容
本发明涉及器械和方法，其中，在污水处理系统中的改善的筛式沉降器设有多个筒形外部筛网和排出立管，其构造成通过均衡在所有浸没水平处通过筛网的所有单元区域的流动速率来提高通过筛网的总流动速率。
根据本发明的当前优选实施例，在污水处理系统中用于从污水筛分固体的筛式沉降器包括排出歧管和安装到排出歧管的多个筒形套筒，筒形套筒中的每一个均具有限定腔在其内的外部筛网。套筒中的每一个均包括安置在腔内与排出歧管连通的排出立管。每个排出立管均包括沿着其长度和部分圆周布置在至少一排中的多个模式化开口。优选地，每个排出立管均包括三排模式化开口，每一排均安置成与邻近排的模式化开口成120°旋转角度。优选地，在套筒的同一排及邻近排两者中，每个排出立管均安置成与其紧邻的排出立管成30°旋转角度，使得在所述排出立管中的任一个中的任一排模式化开口都不直接面对在任一其他排出立管中的任一其他排模式化开口。
附图说明
现在将以举例的方式参考附图描述本发明，在附图中：
图1是根据本申请的筛式沉降器（SBX）的实施例的从上方观察的第一等轴测视图；
图2是在图1中示出的筛式沉降器的第二等轴测视图；
图3A-3G是在排出立管中的模式化开口的替代构造的立视图；
图4是在图1和2中示出的筛式沉降器的单个筛网套筒的从上方观察的等轴测视图；
图5是在图1中示出的筛式沉降器的歧管的从上方观察的等轴侧视图；以及
图6是在图1中示出的筛式沉降器的一部分的示意水平截面视图，其示出排出立管中的每一个关于邻近的排出立管的当前优选定向。
具体实施方式
贯穿以下描述，陈述了特定元件以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，在一些实施例中，本发明可在没有这些元件中的一些的情况下实践。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本公开，未示出或详细地描述众所周知的元件。相应地，说明书和附图被视为是说明性的而不是限制性的。还应当注意附图可能未按照比例绘制。
参考图1-6，根据本发明的筛箱（SBX）组件01的优选实施例包括至少一个套筒10，且在当前优选实施例中，包括八个套筒，其安置成两排，每一排四个套筒。每个套筒10均包括形成腔14的筛网12，在腔14内，一个或多个排出立管16定位成抽吸污水通过筛网。筛网12优选地成形为带有圆形基底的筒体的形式，但是其他构造也是可能的。在优选实施例中，筛网12是超细筛网，其具有大约五十微米的孔隙。可移除地附接到筛网12并支撑筛网12的框架18用于进一步限定腔14且形成每个套筒10的底部，从而提供屏障，以便在沉降期间当SBX组件01操作时仅仅液体可从套筒10的外部通过筛网12传递到腔14中。
SBX组件01相对于污水处理系统中的罐中的液体的表面的竖直置放使得SBX组件仅浸没到用以将液体大致带到筛网12的顶部所必需的深度，而非进一步加深以防止流体溢出到框架18的顶部上。
至少一个开口20位于套筒10的底部和内部，通过该开口20，液体可从套筒内部的腔14流动到套筒外部。至少一个排出立管16在开口20处位于腔14内部，从而形成用于液体从腔14内部到开口20的流动的通道。
在当前优选的实施例中，至少一排模式化穿孔24和优选地如下文中描述的三个纵向阵列的这样的模式化穿孔在每个排出立管16中形成。（为了方便，术语“穿孔”、“孔洞”和“开口”在本文中可互换地使用）。穿孔24的截面面积沿着每个排出管16的长度随着高度增大而增大。穿孔24从每个腔14接收沉降的流体，且沿着排出立管16分布，以通过抵消在每个筛网12内的过滤后出水的重力压头促进均匀流动。
参考图3A-3G，在示例性排出立管16中，示出不同构造的合适穿孔24（孔洞24a、渐缩或具有可变长度的竖直狭槽24b、水平狭槽24c和筛网24d）。
参考图3E，在当前优选的实施例中，排出立管16沿着其长度具有恒定直径。多个孔洞24a穿孔于排出立管16，且沿着排出立管的长度竖直地间隔开，其中，至少两个孔洞24a具有不同直径。
在当前优选的实施例中，如在图4和6中所示，孔洞24a排列成三竖排的孔洞，其中，每一排均围绕所述排出立管16的圆周均匀地间隔开，即，以便每排孔洞均安置在围绕排出立管的圆周的路径的大约1/3处，即，与下一排孔洞成120°。孔洞22a促进在每个筛网12上浸没的所有深度处均匀流动。相同布置的孔洞适用于在图3中示出的其他类型的孔洞。
现在参考图6，排出立管16安置在SBX实施例01中的当前优选的布置中。在平面视图中，每个排出立管16（其具有三排孔洞，各自与其邻近排的孔洞成120°）在同一排和邻近排两者中安装成与其紧邻的排出立管成30°旋转。（针对每个排出立管16示出每排开口24的中心线50。）因此，在任一排出立管16中的任一排开口都不面对在任一其他排出立管中的任一其他排开口。能够示出排出立管定向的各种组合以满足这些标准，且所有这样的组合都被本发明完全包含。
再次参考图1、图2和图5，歧管24从每个排出立管16经由在每个套筒10的底部中的开口20收集液体。进一步，在当前优选的实施例中，偏转板26安置在筛箱组件01中的歧管24和套筒10之间，以抑制在低于筛箱组件的罐中的液体的竖直运动，实际上防止低于SBX的更大的沉降BOD颗粒在罐中向上运动和污染筛箱组件的筛网12。
在当前优选的实施例中，空气室28附接到在筛箱组件01中的每个框架20的下部地区，每个空气室均从压缩气体源供应，且设有诸如狭槽或孔洞29的离开开口，以便通过离开开口29离开空气室28的气泡沿着筛箱组件的筛网12的表面、在其附近及通过该表面朝上流动以冲洗和清洁筛网。
现在参考图5，歧管24包括中央排出通道30，其终止于排出出口32中。中央排出通道30通过排出到中央排出通道30中的多个馈送通道34横断。继而，套筒10（此处未示出）被横断并经由配合端口36排出到馈送通道34中，端口36密封在套筒和馈送通道之间。来自未示出的源的压缩气体经由进气端口38进入歧管24，且经由空气离开端口40离开歧管，端口40密封在套筒和馈送通道之间。设置提升柱42用于为沉降器01提供轨道和降低沉降器01。
虽然已经通过参考各种具体实施例描述了本发明，但是应当理解，可在所描述的本发明的概念的精神和范围内做出许多改变。因此，预期本发明不受限于所描述的实施例，而是将具有通过所附权利要求的语言限定的全部范围。

Claims (13)

1.一种在污水处理系统中用于从污水中筛分固体的筛式沉降器，其包括：
a）排出歧管；及
b）安装到所述排出歧管的多个筒形套筒，所述筒形套筒中的每一个均具有限定腔在其内的外部筛网，
其中，所述套筒中的至少一个包括至少一个排出立管，所述至少一个排出立管安置在所述腔内且与所述排出歧管连通；以及
其中，所述至少一个排出立管包括沿着其长度和部分圆周布置在至少一排中的多个模式化开口。
2.根据权利要求1所述的筛式沉降器，其中，所述多个筒形套筒以平行的排布置在所述歧管结构上，并且其中，所述套筒中的每一个均包括根据权利要求1所述的排出立管。
3.根据权利要求2所述的筛式沉降器，其中，所述排出立管中的每一个均包括多排模式化开口。
4.根据权利要求3所述的筛式沉降器，其包括三排模式化开口，每一排均安置成与其邻近排的模式化开口成第一旋转角度。
5.根据权利要求4所述的筛式沉降器，其中，所述第一旋转角度是120°。
6.根据权利要求4所述的筛式沉降器，其中，所述排出立管中的每一个均定向成与其在同一排和所述邻近排两者中的紧邻排出立管成第二旋转角度。
7.根据权利要求6所述的筛式沉降器，其中，所述第二旋转角度是30°。
8.根据权利要求3所述的筛式沉降器，其中，在所述排出立管中的任一个中的任一排模式化开口都不面对在任一其他排出立管中的任一其他排的模式化开口。
9.根据权利要求3所述的筛式沉降器，其中，所述模式化开口的形状从由水平狭槽、竖直狭槽、圆形的、筛网及其组合组成的组中选择。
10.根据权利要求1所述的筛式沉降器，其还包括偏转板，其安置在所述多个套筒和所述排出歧管之间。
11.根据权利要求1所述的筛式沉降器，其中，所述外部筛网具有在大约25微米和大约75微米之间的孔隙。
12.根据权利要求1所述的筛式沉降器，其还包括穿孔的空气室，其安置成邻近所述外部筛网中的每一个。
13.一种在污水处理系统中用于从污水中筛分固体的筛式沉降器，其包括：
a）排出歧管；
b）多个筒形套筒，其以多个排安装到所述排出歧管，所述筒形套筒中的每一个均具有限定腔在其内的外部筛网，
其中，所述外部筛网中的每一个均具有在25微米和75微米之间的孔隙，
其中，所述套筒中的每一个均包括安置在所述腔内且与所述排出歧管连通的排出立管，
其中，所述排出立管中的每一个均包括沿着其长度和部分圆周排列成至少一排的多个模式化开口，以及
其中，在所述排出立管中的任一个中的任一排模式化开口都不面对在任一其他排出立管中的任一其他排的模式化开口；以及
c）安置在所述多个套筒和所述排出歧管之间的偏转板。
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