[发明专利]用于在侧面暗沟中改进气体回流的设备和方法

说明书

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。