-
Die vorliegende Erfindung betrifft
die Behandlung und/oder Filterung von Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser.
Genauer ausgedrückt,
betrifft die vorliegende Erfindung unterirdische Abflusskanäle und ähnliche
Strukturen, und offenbart Verbesserungen in Luftspülung der
in solchen Systemen verwendeten Filtermedien.
-
Filter und dergleichen, die ein Bett
aus Filtermedien zum Entfernen von Feststoffen aus Flüssigkeiten
verwenden, sind gut bekannt. Solche Systeme umfassen typischerweise
ein Flüssigkeitsverteilungssystem,
das Flüssigkeit
sammelt, nachdem sie in einer Flussrichtung gefiltert wurde, und
verteilen saubere Flüssigkeit
in einer umgekehrten Flussrichtung durch das Filtermedium, um einen
als Rückwaschen bekannten
Reinigungsprozess zu bewirken. Der Rückwaschprozess kann gleichzeitig
oder alternativ Luft oder ein anderes Gas durch das Medium einbringen,
um die Reinigungswirkung zu verbessern, die im technischen Gebiet
als "Luftspülen" bekannt ist. Zum Beispiel
offenbart das US-Patent Nr. 593,666 – Jewell ein Filtersystem,
das zentral ein Verteilerstück und
eine Reihe sich seitlich erstreckender Zweigleitungen verwendet,
um Rückwaschluft
durch Seiher zu verteilen. Das Luftverteilerstück und die Seitenelemente sind
getrennt und das Luftverteilerstück
ist innerhalb des zentralen Verteilerstücks und den Flüssigkeit
tragenden Seitenelementen angeordnet, außer dass die Seiher nicht direkt
mit den Öffnungen
in den Luftseitenelementen verbunden sind. Das US-Patent Nr. 668,344 – Wilson
offenbart eine unterirdische Abflusskanalstruktur, die getrennte
Kanäle zum
Tragen von Rückwaschflüssigkeit
und Rückwaschluft
kombiniert, wobei die Luft- und Wasserseitenelemente in abwechselnder
Weise in einer einzigen Ebene entlang des Bodens des Filterbetts
angeordnet sind. Die Hauptwasserleitung tritt jedoch an dem Boden
des Betts ein, während
die Hauptluftleitung an der Oberseite des Betts eintritt und in
zwei Abschnitte unterteilt wird, die sich nach unten zum Boden des
Filterbetts erstrecken. Der am Boden des Filters angeordnete Abschnitt
der Hauptluftleitung enthält
die Luftseitenelemente. US-Patent 1,988,279 – Hungerford offenbart ein
Luftgitter, das auf Haltern ruht, welche sich vom Boden einer Filterstruktur
derart erstrecken, dass das Luftgitter über der unterirdischen Abfluss-/Wassergitterrohrleitung
angeordnet ist und an der Grenzfläche zwischen einer Kiesschicht
und einer Schicht aus Filtermedien vorgesehen ist. Das Hungerford-Patent
erklärt,
dass, wenn das Luftgitter unter dem Kies angeordnet ist, die Kiesschicht
während
Luftspülung
aufgewühlt
wird, und der Filter in nachfolgendem Betrieb versagen wird. Wenn
der Kies andererseits weggelassen wird, werden die feinen Filtermedien
die Öffnungen
in dem unterirdischen Abflusskanal zusetzen. Die relativ kleineren Öffnungen
in dem Luftgitter werden nicht zugesetzt, wenn sie einen kleineren
Durchmesser als den Durchmesser der feinen Medienpartikeln aufweisen.
-
Zusätzlich zu Gittern, die aus
Rohrmaterial bestehen, sind Fluidbeförderungssysteme für Filter von
unterirdischen Abflusskanälen
bekannt, die eine Reihe unterirdischer Abflusskanalblöcke aufweisen, welche
verbunden sind, um interne Fluidleitungen zu erzeugen. Schichten
aus Kies und/oder Filtermedien werden auf die unterirdischen Abflusskanalblöcke gelegt,
um das Filtersystem fertig zu stellen. US-Patent 3,468,422 – Camp offenbart
einen solchen unterirdischen Abflusskanal und verwendet miteinander verbundene
Keramikblöcke,
die eine innere Leitung zum Verteilen sowohl von Flüssigkeit
als auch Luft erzeugen, wobei die letztere in jeden Block durch
individuelle Rohre geliefert wird, die mit einem Luftverteilerstück verbunden
sind, das unter dem Boden der Blöcke
angeordnet ist. US-Patent 3,817,378 – Ross offenbart ein Filtersystem,
bei dem Luft in unterirdische Abflusskanalblöcke unter Verwendung eines getrennten
Luftgitters eingeführt
wird, das aus einem Luftverteilerstück und Luftseitenelementen
besteht, die unter den Blöcken
angeordnet sind, und verwendet ferner ein getrenntes Luftgitter,
das auf einer Schicht aus feinen Filtermedien angeordnet ist, um Abwasser
zu rühren.
-
Außerdem offenbart US-Patent
Nr. 5,019,259 – Hambley
einen Filter eines unterirdisches Abflusskanals aus Blech, der Leitungen
sowohl für
Rückwaschflüssigkeit
als auch Rückwaschluft
bereitstellt. Das Hambley-Patent erklärt, dass Strukturen und Methoden
bezüglich
unterirdischen Abflusskanälen
und Rückwaschsystemen
nicht nur in Filtersystemen, sondern auch in anderen Typen von Systemen
wie zum Beispiel Aufwärtsfluss-
und Abwärtsflusskontaktkläreinrichtungen
und -Filtern, Aktivkohleextrakteuren, Ionenaustauscheinheiten, Eisenentfernungseinheiten,
Katalysatorbettextrakteuren und Neutralisationsmittel-Extrakteuren
verwendbar sind.
-
Daher ist es im technischen Gebiet
bekannt, dass der Ausdruck "unterirdischer
Abflusskanal" breit zu
interpretierten ist, und soll, wie er hier verwendet ist, so interpretiert
werden, dass er alle solche Systeme und ähnliche Systeme einschließt, in denen
es nützlich
ist, ein Luftgitter zum Verteilen eines Luftstroms oder eines anderen
Gases über
eine Oberfläche
zu liefern. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 5,167,840 – Jaccarino
eine Kläreinrichtung,
die Aufwärtsfluss-
und Abwärtsflussfiltermedien
kombiniert. Ein Luftgitter ist am Boden des Aufwärtsflussfilterbetts angeordnet,
aber es hat einen ähnlichen
Aufbau wie die Rückwaschluftgitter,
die in den oben erörterten
Systemen des Standes der Technik offenbart sind, das heißt, das
Luftgitter umfasst eine Luftleitung und eine Reihe perforierter
Luftseitenelemente angebracht an einer Struktur unter flüssigkeitsführenden Leitungen,
die unter den Filtermedien angeordnet sind.
-
In bestimmten Filtern des Standes
der Technik, Kläreinrichtungen
und ähnlichen
Systemen sind kein Luftgitter für
Luftspülung
oder ähnliche
Arbeitsgänge
enthalten. Es würde
wünschenswert
sein, ein solches Merkmal einzuschließen, da Rückwaschvorgänge und schließlich die
Leistung des Filters oder eines anderen Systems verbessert werden
würde. Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Methoden und
Geräte
zu schaffen, durch die ein Luftgitter nachträglich in ein existierendes
System eingepasst werden kann. Außerdem, sei es für nachträglichen
Einbau oder ein neues System, litten frühere Auslegungen unter Nachteilen,
die mit der Integration der Rückwaschluftleitungen
innerhalb oder integriert mit den Flüssigkeitsleitungen verknüpft sind.
In vielen Systemstrukturen, die nicht eben sind, oder wo Ausrüstung ungenau
spezifiziert oder aufgebaut wurde, ist es unter anderem oft schwierig,
wenn nicht unmöglich,
effizienten Betrieb zu erreichen. Die Notwendigkeit, Flüssigkeit
in zwei Richtungen fließen zu
lassen und auch Gas in einer der Richtungen bei gleichmäßiger Verteilung
aller Fluids in alle Richtungen und durch im wesentlichen die gleiche
Struktur fließen
zu lassen, begrenzt stark die Fähigkeit
des Konstruktionsteams, die Flüssigkeits-
und Gasverteilungssysteme zu modifizieren. Daher wäre es wünschenswert,
ein System zu schaffen, bei dem die Flüssigkeit und das Gas durch
verschiedene Leitungen in verschiedenen Strukturen fließen können, so dass
Längen
und Durchmesser geändert
werden können,
und/oder Prallbleche, Reduzierstücke,
Begrenzungen oder andere Modifikationen einfach an einem System
ohne strukturelle Änderung
des anderen vorgenommen werden können.
Es ist deshalb eine zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein modulares Luftgittersystem
zu schaffen, das einfach mit einer breiten Vielzahl von Filtern
und anderen Fluidbehandlungssystemen verwendet werden kann. Daher
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass ein Luftgitter,
sei es neu oder eine Nachrüstung,
in ein System eingeführt,
aktiviert und bewertet sowie bei Bedarf ausgewechselt werden kann.
Erreichen dieses Ziels würde
die "empirischen" Lösungen ermöglichen,
die oft in tatsächlichen
Anwendungen erforderlich sind, ohne unnötige Kosten oder Belastungen.
Außerdem
verwenden bestimmte existierende Luftverteilerstücke einen Nippel, um ein T-Stück mit einem
Luftverteilerstück
zu verbinden; Luftseitenelemente werden mit den übrigen Beinen des "T" verbunden. Es wäre wünschenswert, diese Verbindung
zu vereinfachen und es ist daher eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine strukturell intakte und einfache Verbindung zu schaffen,
die Verbindung zwischen einem Verteilerstück und Luftseitenelementen
ermöglicht.
-
Die vorliegende Erfindung schafft
eine Methode zum Einbau eines Luftgitters in einem Behandlungsapparat
für Flüssigkeiten,
der ein Filtermedienbett und eine Leitung für Rückwaschflüssigkeit gemäß Anspruch
1 enthält.
Das Luftgitter ist weder an den Seitenelementen eines unterirdischen
Abflusskanals oder irgendeines anderen Teils der Bodenstruktur eines
Filter oder anderen Systems befestigt, noch ist das Luftverteilungsgitter
innerhalb der Seitenelemente eines unterirdischen Abflusskanals
oder irgendwelcher anderer Leitungen angeordnet, die entweder Abwasser
oder Rückwaschflüssigkeit
führen.
Die hierin offenbarten Luftverteilungsgitter schaffen daher Luftverteilung
in einer einfachen, modularen Weise, die einfach sogar während Konstruktion abgewandelt
werden kann, um effiziente und effektive Luftverteilung innerhalb
eines Systems zu schaffen. Darüber
hinaus erlauben die modulare Beschaffenheit und der Halt von oben
dem Luftgitter der vorliegenden Erfindung, nachträglich in
existierende Fluidbehandlungssysteme, wie zum Beispiel städtische Abwasserbehandlungssysteme
eingebaut zu werden, denen ein Luftspülsystem fehlt. Schließlich ist
in den hier offenbarten Ausführungsformen
der Luftseitenelementaufbau vereinfacht, um Gewindeverbindungen
und Gussvorsprünge
zu beseitigen, wodurch eine einfache und intakte Verbindung zwischen
den Luftseitenelementen und den Luftzuführrohren geschaffen wird.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Seitenansicht eines Luftgitters und umgebender Strukturen,
teilweise weggebrochen, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
-
2 ist
eine Endansicht des in 1 dargestellten
Systems;
-
3 ist
eine Seitenansicht eines Luftgitters, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, angebracht in einem Filter eines unterirdischen
Abflusskanals;
-
4 ist
eine Endansicht des Filters und des Luftgitters, die in 3 dargestellt sind; und
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht einer zusätzlichen Ausführungsform
eines Luftgitters und es umgebender Strukturen.
-
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Nun bezugnehmend auf 1, ist dort eine Seitenansicht eines
Luftgitters 100 dargestellt, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist. Der Ausdruck "Luftgitter", wie er hier verwendet wird, umfasst
ein jegliches System von Leitungen, Schläuchen oder Rohren, die primär Luft oder
jegliche andere Gas tragen. Wie durch Personen mit gewöhnlichen
Kenntnissen und in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik verstanden werden wird, kann ein Luftgitter
in einem jeglichen einer Anzahl von Typen von Fliudbehandlungssystemen
angebracht werden, und obwohl es typischerweise zum Bewirken von
Luftrückwaschen
oder Luftspülen
verwendet wird, sind die hier offenbarten Systeme weder auf unterirdische
Abflusskanalfilter noch Luftrückwaschanwendungen
begrenzt. 1 stellt einen
Teil des Luftgitters 100 dar, das auf einer anderen Struktur 50,
typischerweise einem unterirdischen Abflusskanal oder einem anderen
Flüssigkeitsbehandlungssystem
angeordnet ist. Es sollte jedoch verstanden werden, dass das Luftgitter 100 auf
einer jeglichen gewünschten
Höhe angeordnet
werden kann, z. B. über
einer Kiesschicht oder nahe der Oberfläche einer Abwasserschicht.
-
Nichtsdestoweniger, wie in 1 zu sehen ist, ist ein
Merkmal des Luftgitters 100 der vorliegenden Erfindung,
dass keine Verbindung zwischen dem Boden des unterirdischen Abflusskanals
oder der anderen Struktur 50 und dem Luftgitter 100 vorhanden ist.
Wie im folgenden ausführlicher
erklärt
ist, ist dies aus mehreren Gründen
vorteilhaft. Der vorliegenden Erfindung zufolge wird der Halt für das Luftgitter 100 von
oben geliefert. Zum Beispiel kann ein Luftzuführverteilerstück 102 an
einer oberen Oberfläche
oder Struktur 52 unter Verwendung einer einfachen Rohrhalterung
und eines Gehänges 104 befestigt
werden, wie dargestellt ist. Alternativ kann das Luftzuführverteilerstück 102 auf
Abstützungen
oder Teilen der Struktur lagern und wird nicht für eine getrennte Haltekomponente "hängen", wie dargestellt ist. Einer der primären Vorteile
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verankerungsbeschlagteile
und Halterungen für
das Luftseitenelementsystem von oben durch das zentrale Zuführrohr 102 geliefert
werden, welches seinerseits durch die Struktur des Filters 52 gehalten
wird, der über
der Höhe
der Filtermedien liegt, und daher zugänglich ist und keine Platzüberlegungen
erzeugt, in denen die Struktur des Luftgitters und seiner Halterungen
Filtermedien und Filtrat verschieben, was die wirksame Menge von
Filterung reduziert, die innerhalb eines gegebenen Filtervolumens
erfolgt.
-
Von dem Luftzuführverteilerstück 102 hängen ein
oder mehrere Verbindungsrohre 106 nach unten. Wie dargestellt
ist, können
die Verbindungsrohre 106 Teil einer T-Verbindung sein oder können Gewinde
aufweisen oder auf andere Weise in das Haupt-Luftzuführverteilerstück 102 eingeführt werden.
Die Verbindungsrohre 106 enden innerhalb eines oder mehrerer
Verteilerrohre 108 und liefern Luftströmung in diese, von denen sich
Luftseitenelemente 110 erstrecken. Das Verteilerrohr 108 ist
vorzugsweise bis zu 10–12
Fuß lang
und hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 3,0 Zoll.
-
1 stellt
ferner die Struktur dar, die das oben beschriebene Luftgitter 100 umschließt. In der typischen
dargestellten Situation überlagert
eine Schicht aus Filtermedien 60 den unterirdischen Abflusskanal
oder die andere Struktur 50, die oben beschrieben sind.
Eine Schicht aus Flüssigkeit 62,
z. B. Abwasser, überlagert
die Filtermedien 60 im Fall eines Abwärtsflussfilters, der in einer
Filterungsbetriebsart arbeitet. Daher verteilen die Luftseitenelemente 110,
wie dargestellt und in Übereinstimmung mit
der konventionellen Auslegung, Ströme von Luft durch die Filtermedien 60 über eine
Reihe von Öffnungen 111.
In bevorzugten Ausführungsformen
enthalten die Luftseitenelemente 110 eine Reihe von Perforierungen,
Löchern
oder Schlitzen 111.
-
In Übereinstimmung mit einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird eine Verteilerleitung 109 vorzugsweise
durch Verwendung eines kurzen Rohrleitungsabschnitts zum Durchstechen
der Wände des
Verteilerrohrs 108 in einer kontinuierlichen Weise aufgebaut.
Diese Ausführungsform
liefert eine Struktur, die vorteilhaft und einfach in einer Vielzahl
von Größen unter
Verwendung konventioneller Materialien und Techniken aufgebaut werden
kann. Insbesondere werden keine Gewindegussvorsprünge oder Gewindenippelverbindungen
benötigt.
Wie den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt ist, erzeugt ein Gewindegussvorsprung,
der von der Mitte eines Gussrohrs versetzt ist, eine Spannungskonzentration,
die Rissbildung fördert,
wo der Gussvorsprung auf die Außenwand
des Rohrs trifft. Zusätzlich
ist es auch bekannt, dass Schneiden von Gewinden in die gekrümmten Seitenwände eines
Rohrs relativ schwierig ist. Stattdessen liefert dieser Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Struktur, die nur das Bohren eines geraden Lochs
mit geeignetem Durchmesser durch das Luftverteilerrohr 108 und
Drücken der
Verteilerleitung 109 in das Loch erfordert. Vorzugsweise
werden eine oder mehrere Öffnungen 119 in
der Wand der Verteilerleitung 109 ausgebildet, um Ablassen
von Luft aus dem Luftverteilerrohr 108 und in das Innere
der Verteilerleitung 109 zu ermöglichen. In der dargestellten
Ausführungsform
sind die oben beschriebenen Luftseitenelemente 110 an jedem Ende
der Verteilerleitung 109 befestigt, um Luftverteilung über das
Bett zu gewährleisten.
-
2 stellt
eine Seitenansicht des in 1 dargestellten
Systems dar. Insbesondere stellt diese Ansicht dar, dass eine Mehrzahl
von Luftseitenelementen vorzugsweise entlang jedes Verteilerrohrs 108 gruppiert
ist, sowie die Ausrichtung der verschiedenen Verbindungselemente
in Bezug zueinander.
-
Nun bezugnehmend auf die 3-4, ist eine Installierung eines Luftgitters 100 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung in Ansichten ähnlich den 1-2 gezeigt.
In diesen Darstellungen ist die umschließende Struktur jedoch nicht
weggebrochen und die vollständige
Menge von Rohrleitungen und Luftseitenelementen 110 ist
zu sehen. Eine Ansicht der 4-5 stellt dar, wie ein Luftgitter
nachträglich
in ein existierendes System eingebaut werden kann, sogar wenn bestimmte
störende
Strukturen wie zum Beispiel Mulden 51 vorhanden sind.
-
Die vorliegende Erfindung schafft
ferner verbesserte Methoden zum Installieren von Luftgittern in Filtersystemen.
Die hier geplanten Installierungen beinhalten sowohl die Anfangsinstallierungen
eines Luftgitters in einem Filtersystem als auch den nachträglichen
Einbau eines Luftgitters in ein existierendes Filtersystem. Diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge fließt Rückwaschflüssigkeit, z. B. Wasser, durch
existierende Rückwaschleitungen
des Filters. Der umgekehrte Fluss von Rückwaschflüssigkeit muss bei einem Druck
und einer Durchflussmenge erfolgen, die ausreichend zum Verflüssigen der Filtermedien
sind. Wenn die Filtermedien verflüssigt sind, kann das oben beschriebene
Luftgitter durch das Medium ("versenkt") zum Boden (oder
einer Zwischenebene) heruntergelassen werden. Wenn das Luftgitter
installiert ist, kann der Rückwaschflüssigkeitsstrom
verkleinert werden, um die Filtermedien zu stabilisieren und das
Gitter an richtiger Stelle zu verankern. Wenn es sich an richtiger
Stelle befindet, kann das Gitter wie oben beschrieben gehalten werden,
so dass anschließendes
Rückwaschen
und Luftspülvorgänge das
Luftgitter nicht von seinem installierten Platz verschieben wird.
-
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
können
bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wie in 5 gezeigt
aufgebaut werden. Insbesondere werden diese Ausführungsformen in Installationen
wie zum Beispiel Kontaktkläreinrichtungen
verwendbar sein, wo wenig oder kein Druck oder keine Belastung aufgrund
des Gewichts der Filtermedien vorliegt. Bezugnehmend auf 5, ist ein Luftgitter dargestellt,
wie es im wesentlichen in den 1-2 gezeigt ist. Luftseitenelemente 110 erstrecken
sich von Verteilerrohren 109 zum Verteilen von Luft aus
dem Luftverteilerrohr 108, wie oben beschrieben ist. In
dieser Ausführungsform wird jedoch
eine Mehrzahl von Luftzerstreuungsdüsen 150 durch jedes
Luftseitenelement 110 eingeführt, um die Luft weiter zu
verteilen. In dieser Hinsicht können
die Luftzerstreuungsdüsen 150 als "Subseitenelemente" beschrieben werden.
Wie in 5 zu sehen ist,
besteht jede Luftzerstreuungsdüse
vorzugsweise aus einem Luftzerstreuungsrohr 152, das an
jedem Ende eine durch ein Sieb 154 gebildete Kappe aufweist.
Am stärksten
bevorzugt wird jedes Luftzerstreuungsrohr 152 an das Luftseitenelement 110 in
der gleichen Weise wie die Verbindung zwischen dem Verteilerrohr 109 und
dem Luftverteilerrohr 108 verbunden. Ein weiterer Vorteil
des in 5 dargestellten
Seitenelement/Subseitenelementsystems besteht darin, dass eine spezielle
Luftverteilung unter Verwendung weniger Luftseitenelemente 110 erreicht
werden kann, da die Luftzerstreuungsdüsen 150 zwei Punkte
von Luftzerstreuung angrenzend an jedes Seitenelement 110 liefern
können. Infolgedessen
kann der gewünschte
Abstand zwischen Punkten von Luftverteilung ("A")
erreicht werden, obwohl der Abstand zwischen den Seitenelementen 110 ("B") bis zu zweimal so groß ist, wie
es früher
erforderlich war. Mit anderen Worten, die Anzahl von Luftseitenelementen
kann um eine Hälfte
reduziert werden. In einer am stärksten
bevorzugten Ausführungsform
ist das Luftverteilerstück 108 ein
12 Zoll- (51 mm) Rohr, das Luftseitenelement 110 ist ein Stahlrohr
mit einem Durchmesser von 2,0 Zoll (11,11 mm), und das Luftzerstreuungsrohr 152 besteht
aus einem Kunststoffschlauch mit einem Durchmesser von 7/16 Zoll
wie zum Beispiel Hart-Polyethylen
mit Edelstahl-Siebendkappen 154, die die Wand der Luftseitenelemente
in bestandeten Intervallen durchstechen. Das Luftzerstreuungsrohr 152 kann
auch aus Edelstahl bestehen.