專利名稱：低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器，包括(a)五層介質(zhì)床，具有小、中和大的碎石英；(b)未處理水進(jìn)入系統(tǒng)；(c)下排水系統(tǒng)；(d)被過(guò)濾水收集和排出系統(tǒng)；和(e)回沖水進(jìn)入、收集和虹吸排出系統(tǒng)。
除了上述示例性方面和實(shí)施例，其它方面和實(shí)施例將參考附圖和研究以下描述而變得顯而易見(jiàn)。



在所參考的附圖中示出了示例性實(shí)施例。在此披露的實(shí)施例和附圖意圖被視為示例性而非限制性的。
圖1示出了具有系統(tǒng)元件和水流的低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器的俯視圖。
圖2示出了圖1的過(guò)濾器A’-A的橫截面。
圖3示出了原水進(jìn)入系統(tǒng)的正視圖。
圖4示出了過(guò)濾水收集和排出系統(tǒng)(立管)的正視圖。
圖5示出了回沖水進(jìn)入系統(tǒng)的正視圖。
圖6示出了回沖水收集和虹吸排出系統(tǒng)的正視圖。

具體實(shí)施例方式 通過(guò)以下描述，闡述了具體細(xì)節(jié)以便為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供透徹的理解。但是，沒(méi)有詳細(xì)顯示或描述已知元件，以便避免不必要地干擾本公開(kāi)內(nèi)容。相應(yīng)地，本說(shuō)明和附圖僅是示例性的，而不是限制性的。
有必要回顧普遍使用的砂過(guò)濾技術(shù)的重要特性，以便了解本申請(qǐng)披露的和在權(quán)利要求中的低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器(Low Operating Head PolishingFilterLHPF)的優(yōu)點(diǎn)。
快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器 快速砂過(guò)濾器和壓力砂濾水器二者(當(dāng)濾床(filter bed)中的介質(zhì)由超過(guò)一種材料或者兩種或更多材料制成時(shí)，通常稱為多介質(zhì)過(guò)濾器，所述材料諸如是石英、無(wú)煙煤(anthracite)或石榴石砂)通常在水處理廠中的增澤過(guò)濾器(增澤過(guò)濾器polishing filter)。快速砂過(guò)濾器已經(jīng)應(yīng)用了超過(guò)100年?？焖偕斑^(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器經(jīng)常用作傳統(tǒng)市政水處理系統(tǒng)的一部分，其中，預(yù)處理通過(guò)向水添加凝結(jié)劑實(shí)現(xiàn)，由此，允許絮凝物的形成，這些絮凝物捕獲非常小的顆粒(包括寄生包囊和卵囊)和一些溶解的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。包含絮凝物的水然后被送至凈化器或處置盆，在該處絮凝物被處理出來(lái)?！氨粌艋乃比缓笏椭量焖偕斑^(guò)濾器(控制相對(duì)簡(jiǎn)單)或壓力砂過(guò)濾器(控制較為復(fù)雜)，以便在消毒之前進(jìn)行最終的增澤處理。
使用快速砂過(guò)濾器或壓力砂過(guò)濾器來(lái)去除少量氧化鐵或氧化錳是不普遍也不實(shí)際的，因?yàn)槿菁{這些金屬的絮凝物經(jīng)常太小而難以被高效地捕獲。能吸收鐵和錳具有親和力的其它類型過(guò)濾介質(zhì)——如被成為綠砂(greensand)的天然沸石——被普遍使用。這些介質(zhì)不需要化學(xué)再生并且在該過(guò)程中出產(chǎn)生了大量化學(xué)帶電廢水。
快速砂過(guò)濾器為重力操作的砂過(guò)濾器；即，未處理水的表面沒(méi)有加壓來(lái)提供導(dǎo)致水移過(guò)過(guò)濾器所必要的力。在操作期間，所需的過(guò)濾力通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)上的一定深度的水提供，通常為一米或更多。在操作期間，快速砂過(guò)濾器類似于游泳池?？焖偕斑^(guò)濾器通常具有深的多層和多材料介質(zhì)床(mediabed)，大多數(shù)介質(zhì)床均與非常大量和通常大規(guī)模的下排水系統(tǒng)(underdrainsystem)相互接口連接，該系統(tǒng)還用作在回沖(backwash)過(guò)程中使用的較大量處理水的入口和分配?？焖偕斑^(guò)濾器趨于在結(jié)構(gòu)上非常大。
壓力砂過(guò)濾器總體上容納于封閉的容器中，該容器被特定設(shè)計(jì)用于承受在壓力下運(yùn)行時(shí)所帶來(lái)的力。壓力砂過(guò)濾器與快速砂過(guò)濾器相比非常緊湊。與快速砂過(guò)濾器類似，壓力過(guò)濾器包含不同尺寸和材料制成的多層介質(zhì)。壓力過(guò)濾器通常使用非常緊湊的下排水/回沖系統(tǒng)。當(dāng)它們沒(méi)有填充有介質(zhì)時(shí)，壓力砂過(guò)濾器在質(zhì)量上相對(duì)較輕，并容易運(yùn)輸。一旦過(guò)濾器被開(kāi)發(fā)出來(lái)則添加介質(zhì)，并且附連必要的管路。大容量的壓力過(guò)濾器直徑可以是幾米。
壓力砂濾水器和快速砂過(guò)濾器二者迫使水通過(guò)過(guò)濾器。微粒材料在濾床的窄范圍內(nèi)被捕獲，這取決于其設(shè)計(jì)，直到在介質(zhì)內(nèi)不再有任何位置用于微粒捕集。此時(shí)，仍包含不期望有的微粒材料的水被迫使完全通過(guò)過(guò)濾器，且過(guò)濾器表現(xiàn)出被稱為“穿透(breakthrough)”的現(xiàn)象。通過(guò)過(guò)濾水渾濁度的增加可以檢測(cè)到穿透(使用聯(lián)機(jī)渾濁度計(jì)和報(bào)警器，被處理水被連續(xù)地監(jiān)視)。在穿透發(fā)生前或被觀察為將要開(kāi)始，利用非常猛烈的回沖過(guò)程，快速砂過(guò)濾器和壓力砂濾水器被清洗?？諝夂退M(jìn)行沖刷，并且通常，機(jī)械耙(rake)可以用于輔助清洗過(guò)程。水回沖過(guò)程持續(xù)直到被產(chǎn)生的廢水變干凈。過(guò)濾器然后送回以用于生產(chǎn)并與送到廢棄物(waste)的生產(chǎn)水(productionwater)操作，直到被產(chǎn)生的水展現(xiàn)出足夠低的渾濁度。那時(shí)，被產(chǎn)生水被送到被處理水貯存器。由快速砂過(guò)濾器和壓力砂濾水器在回沖過(guò)程期間產(chǎn)生的廢水的體積很大。在回沖期間，濾床中的介質(zhì)分層，其中最細(xì)和最輕材料集中在頂部。如果在過(guò)濾前的回沖過(guò)程或預(yù)處理沒(méi)有仔細(xì)執(zhí)行，則過(guò)濾介質(zhì)會(huì)被破壞(泥球的形成、短路、細(xì)小物的沖刷等)。如果使用凝結(jié)劑和其它絮凝物產(chǎn)生劑或捕獲增強(qiáng)化合物，則在清洗期間產(chǎn)生的廢水會(huì)具有處置問(wèn)題(disposal problem)。
用于快速砂過(guò)濾器和壓力砂濾水器二者的介質(zhì)床的最小特性由American Water Works Association規(guī)定。無(wú)論如何，在定制設(shè)計(jì)方面仍存在相當(dāng)大的可能。利用代表最終設(shè)計(jì)和操作環(huán)境的實(shí)驗(yàn)設(shè)施可以評(píng)價(jià)和確認(rèn)最顯著的快速砂過(guò)濾系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)，有時(shí)也可以評(píng)價(jià)和確定壓力過(guò)濾系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器和生物砂濾濾水器 傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器(SSF)和最近的生物砂濾濾水器(BSF)(慢速砂過(guò)濾器的一種重要變化)由于它們從水中去除非常小的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物、有生命體和無(wú)生命微粒材料的能力而為人所知。無(wú)機(jī)物質(zhì)包括所有各種懸浮材料，包括砂、淤泥、絮凝膠體材料與氧化鐵和氧化錳以及被它們吸附的任何物質(zhì)(包括砷)。有機(jī)物質(zhì)包括寄生蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒形式的病原體。過(guò)濾器以這樣一方式操作即，過(guò)濾器在介質(zhì)床的表面處發(fā)展了生物膜層(biolayer)或去污層。在至少150年前，去污層的去除特性就已知了。慢速砂過(guò)濾器和BSF的性能標(biāo)準(zhǔn)直接歸因于它們的低表面負(fù)載率，大約為快速砂過(guò)濾器和壓力過(guò)濾器的十分之一或更小，還歸因于表面床的低運(yùn)行水頭和細(xì)粒度材料。因而，慢速砂過(guò)濾器包括的表面面積是具有類似表面負(fù)載的快速砂過(guò)濾器的表面面積的10倍或更多。BSF可以包括的表面面積是具有類似表面負(fù)載的快速砂過(guò)濾器的表面面積的5倍到10倍。慢速砂過(guò)濾的主要限制是，一旦在其表面處的孔被堵塞到通過(guò)過(guò)濾器的水流減小到不能接受的程度時(shí)存在清洗濾床方面的困難。通過(guò)以在原位清洗堵塞表面層的能力來(lái)代替去除堵塞表面層的過(guò)程，換句話說(shuō)，通過(guò)使用溫和的逆流和表面振蕩以及將介質(zhì)表面上的水(此時(shí)包含被捕獲材料)倒?jié)驳綇U棄物而使捕獲在介質(zhì)表面中的材料重新懸浮，BSF克服了傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器的清洗限制。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的慢速砂過(guò)濾器難以清洗，并不推薦將它們用于過(guò)濾渾濁度大于20NTU的水或包含氧化鐵和氧化錳的水。通過(guò)提供簡(jiǎn)單、容易執(zhí)行的清洗系統(tǒng)，BSF克服了這些限制。但是，隨著過(guò)濾器接近在從小到大的市政應(yīng)用中的規(guī)格，被BSF使用的清洗系統(tǒng)的安裝變得更加復(fù)雜和昂貴。
在通常的慢速砂過(guò)濾器中的介質(zhì)床通常包括具有有效尺寸(effectivesize)d10為0.35mm或更小且均一性系數(shù)(uniformity coefficient)為3.0或更小的材料。一般認(rèn)為，d10和均一性系數(shù)越小，過(guò)濾介質(zhì)性能越好。還需要的是，過(guò)濾介質(zhì)滿足American Water Works Association(AWWA)對(duì)于硬度和純度的標(biāo)準(zhǔn)，AWWA-B-100，其是一般通過(guò)使用碎且被洗過(guò)的石英或類似材料而實(shí)現(xiàn)的要求。重要的是，過(guò)濾介質(zhì)不具有由軟頁(yè)巖或泥石(mud stone)制成的具有很多氧化金屬的顆粒。AWWA規(guī)定了濾床的大約0.6m的最小深度，其不包含下排水材料，雖然沒(méi)有文獻(xiàn)或研究數(shù)據(jù)支持更深的“最小”床的使用。傳統(tǒng)的慢速砂過(guò)濾器使用大于1.0米的床以允許多次“清洗”。在需要濾床的床重新設(shè)置(re-bedding)或“去頂部(topping-up)”之前，每次清洗去除多至5cm。0.6m的深度從歷史方面講歸因于病毒滅活所需的最小深度，雖然這從未結(jié)論性地確定。當(dāng)水在過(guò)濾之后的消毒時(shí)，通常獲得100％的病毒或細(xì)菌殺死或滅活。如同在利用凝結(jié)、凈化以及快速砂過(guò)濾或壓力過(guò)濾的傳統(tǒng)水處理時(shí)所獲得的那樣。在北美需要將氯添加到被處理水(或不需要處理的水)中，達(dá)到在被供應(yīng)的社區(qū)中的所有使用點(diǎn)處檢測(cè)到最小殘余氯濃度的程度。重要的是需注意，所有難以被氯化作用殺死或滅活的病原體——諸如鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的包囊和卵囊——必須被去除。該任務(wù)容易通過(guò)慢速砂過(guò)濾技術(shù)執(zhí)行，但對(duì)于使用快速砂過(guò)濾技術(shù)或壓力砂過(guò)濾技術(shù)的處理系統(tǒng)存在一些困難。慢速砂過(guò)濾沒(méi)有展示出不充分過(guò)濾的原水(raw water)的“穿透”。并且，快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器需要在使用后以一方式“產(chǎn)生到廢棄(produce to waste)”，這是操作過(guò)濾器的慣例，其中，該方式是被產(chǎn)生的水被送去處置或廢棄物，直到它們捕獲足夠多材料以增強(qiáng)它們產(chǎn)生一定質(zhì)量的水的過(guò)濾能力——該一定質(zhì)量的水能假定被確定地認(rèn)為是包含卵囊或包囊或病原體生物體。慢速砂過(guò)濾器從它們被放回到操作中那刻起就能展現(xiàn)出它們的去除無(wú)機(jī)懸浮顆粒的能力，雖然傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器需要幾天來(lái)重新建立它們?nèi)コ?xì)菌和病毒的能力。因?yàn)锽SF介質(zhì)在原位清洗，而從不喪失它們?nèi)コ?xì)菌和病毒的能力。
低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器(LHPF) 根據(jù)本發(fā)明的低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器(LHPF)是重要的改進(jìn)，并且來(lái)自于在資本和操作源受限的情況下對(duì)提供小規(guī)模水處理設(shè)施的、有效的、物理上簡(jiǎn)單且操作容易和魯棒的低成本水處理解決方案的需求。LHPF將生物砂濾濾水器(BSF)的水處理能力和與快速砂過(guò)濾器及壓力砂過(guò)濾器相關(guān)聯(lián)的清洗方面的方法及明顯便利性相結(jié)合。(水增澤(water polishing)是指過(guò)濾器從水中去除非常小的顆粒的能力。)LHPF的設(shè)計(jì)消除了過(guò)量體積廢水的生產(chǎn)，也消除了對(duì)化學(xué)物質(zhì)的使用和過(guò)量預(yù)處理的需要。
低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器(LHPF)的設(shè)計(jì)展現(xiàn)出慢速砂過(guò)濾或BSF的相同微粒去除能力，但結(jié)合有獨(dú)特的原位清洗系統(tǒng)(clean-in-place system)，該系統(tǒng)具有如壓力砂過(guò)濾器中所使用的那樣的設(shè)計(jì)和操作簡(jiǎn)便性(不需要快速砂過(guò)濾器的大的下排水和回沖系統(tǒng)特性)，和與BSF技術(shù)相關(guān)的非常小量的廢水的產(chǎn)生。并且，當(dāng)與傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾以及快速砂過(guò)濾和壓力砂過(guò)濾相比，LHPF的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、承裝和操作相當(dāng)簡(jiǎn)單和廉價(jià)。
圖1示出了具有系統(tǒng)元件低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器和水流動(dòng)的俯視圖?；貨_水收集管、下排水系統(tǒng)、過(guò)濾器的垂直外側(cè)壁、擴(kuò)散盆、用于回沖水的虹吸出口、用于未被處理水和回沖水到廢棄物的管道、用于被處理水源到回沖水進(jìn)入供應(yīng)系統(tǒng)的管道、被處理水到儲(chǔ)存器的管道以及立管和回沖水進(jìn)入供應(yīng)系統(tǒng)的管道通過(guò)方框和引線示出。
圖2示出了圖1的過(guò)濾器A’-A的橫截面。原水進(jìn)入系統(tǒng)、過(guò)濾器的底壁和壁的、回沖水收集部和排出系統(tǒng)、由頂部的兩個(gè)過(guò)濾層和底部的三個(gè)下排水層構(gòu)成的過(guò)濾介質(zhì)以及下排水系統(tǒng)通過(guò)方框和引線示出。
圖3示出了原水進(jìn)入系統(tǒng)的正視圖。進(jìn)入管、擴(kuò)散盆、浮閥(float valve)、原水進(jìn)入控制閥、用于原水源的管道以及過(guò)濾器的垂直外側(cè)壁和底壁通過(guò)方框和引線示出。
圖4示出了過(guò)濾水收集部和排出系統(tǒng)(立管)的正視圖。包括附連至三通連接部(tee connection)頂部處的下排水部分的被過(guò)濾水排出系統(tǒng)的整個(gè)部分在內(nèi)的豎管、空氣/真空釋放閥、被過(guò)濾水流量(flow rate)調(diào)節(jié)閥、回沖水隔離閥、被過(guò)濾水控制閥、用于被過(guò)濾水到存儲(chǔ)器的管道、到回沖水進(jìn)入系統(tǒng)的三通連接部、用于下排水/被過(guò)濾水收集系統(tǒng)的管道以及過(guò)濾器的垂直外側(cè)壁和底壁通過(guò)方框和引線示出。
圖5示出了回沖水進(jìn)入系統(tǒng)的正視圖。過(guò)濾器的垂直外側(cè)壁和底壁、用于下排水部分的管道、對(duì)豎管的連接部和用于用來(lái)回沖的被處理水源的管道通過(guò)方框和引線示出。
圖6示出了回沖水收集和虹吸排出系統(tǒng)的正視圖。虹吸排出、廢水流動(dòng)控制閥、廢水流動(dòng)操作閥、用于廢物處置的管道以及過(guò)濾器的垂直外側(cè)壁和底壁通過(guò)方框和引線示出。
設(shè)計(jì)特征 LHPF的設(shè)計(jì)并入與生物砂濾濾水器相關(guān)的所有處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，并具有與壓力砂過(guò)濾器的清洗相關(guān)的簡(jiǎn)單和方便。
LHPF使用獨(dú)特的具有過(guò)濾特性的濾床，這些過(guò)濾特性與BSF相同或更好，但它們消除了被BSF用來(lái)在清洗期間分解(break up)介質(zhì)床的表面刮器(surface scraper)。LHPF還并入與壓力過(guò)濾器中使用的下排水和回沖系統(tǒng)類似的下排水和回沖系統(tǒng)。
LHPF中過(guò)濾水的流動(dòng)利用直接連接至過(guò)濾下排系統(tǒng)的“堰型(weir-type)”排出系統(tǒng)(排出立管)控制。該構(gòu)思與傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器和BSF所用的類似。排出立管的使用確保濾床不會(huì)脫水；允許空氣進(jìn)入介質(zhì)床的可能性和僅能通過(guò)啟動(dòng)回沖周期解決的氣結(jié)(air binding)風(fēng)險(xiǎn)。來(lái)自過(guò)濾器(通常由管理局(regulatory authority)指定)的最大流動(dòng)在過(guò)濾器起動(dòng)(commission)期間通過(guò)過(guò)濾水流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)置和調(diào)整而建立，該閥在過(guò)濾器操作期間不使用。在正常操作期間，進(jìn)入到過(guò)濾器的流動(dòng)和水在濾床上的最大深度通過(guò)在過(guò)濾器本身內(nèi)的附連至原水進(jìn)入管的機(jī)械浮閥建立。進(jìn)入過(guò)濾器的水流動(dòng)不能超過(guò)其產(chǎn)量。濾床上的可允許最大水頭和受限流量的組合消除了介質(zhì)床的頂層壓緊(compaction壓實(shí))的風(fēng)險(xiǎn)。來(lái)自原水進(jìn)入系統(tǒng)的水的侵蝕力(erosive power)通過(guò)讓水從機(jī)械浮動(dòng)受控閥進(jìn)入到帶孔的盆(稱為擴(kuò)散盆)而被消除，該盆定位在過(guò)濾器中的水的最小深度之上的一短距離處。這確保介質(zhì)的表面不會(huì)被干擾(這對(duì)于慢速砂過(guò)濾器來(lái)說(shuō)非常重要)。被過(guò)濾水流動(dòng)的速率、濾床設(shè)計(jì)和跨過(guò)濾床的水壓頭(hydraulic head)的損失確保過(guò)濾器滿足與執(zhí)行同一處理功能的慢速砂過(guò)濾器一致的水處理預(yù)期效果。
排出系統(tǒng)連接至用于過(guò)濾器回沖的被處理水源。一旦確定過(guò)濾器產(chǎn)出不可接受地低，(可能是通過(guò)對(duì)允許觀察過(guò)濾器中的水深度和出水水頭的水玻璃進(jìn)行觀察而確定的)，過(guò)濾器產(chǎn)出被隔離且回沖水被允許進(jìn)入下排水系統(tǒng)。附連至排出立管的頂部的空氣真空控制閥確保過(guò)濾器產(chǎn)生出具有排出時(shí)低于環(huán)境壓力的被處理水以及在完全回沖泵壓力下進(jìn)行回沖。
在一個(gè)實(shí)施例中，在LHPF中使用的介質(zhì)床可以包括至少5層不同尺寸的碎石英(氧化硅)(這取決于過(guò)濾器的規(guī)模)，每個(gè)都滿足American WaterWorks Association(AWWA)規(guī)定的慢速砂過(guò)濾器、快速砂過(guò)濾器或壓力砂過(guò)濾器所需的材料特性。上三層使用均一的分級(jí)規(guī)格尺寸(graded size)(有效尺寸分別為0.15mm、0.35mm和1.0mm)。頂層提供大部分過(guò)濾作用。介質(zhì)床的底部?jī)蓪?分別為1/8至1/2英寸和1/2至1又1/2英寸)允許均勻的垂直流向上和向下在過(guò)濾進(jìn)行中通過(guò)過(guò)濾層以及在回沖期間平均地將水分布在濾床的整個(gè)底部。使用碎石英而不使用石英的滾圓顆粒減小了使頂部三層流質(zhì)化(fluidize)所需的回沖流量的大小。最大操作深度被選擇為使得跨過(guò)濾床產(chǎn)生的水壓頭不導(dǎo)致濾床壓緊。
可以使用其它尺寸的介質(zhì)。關(guān)鍵問(wèn)題是頂部?jī)蓪颖仨毦哂行∮?.35mm的有效尺寸且均一性系數(shù)必須是2.05或更低。頂層應(yīng)該具有是第二過(guò)濾層的1/2或更小的有效尺寸。最細(xì)(頂)下排水層必須具有等于剛好在其上的過(guò)濾層的2倍的有效尺寸，并具有2或更小的均一性系數(shù)。最上面的下排水層下方的下排水層必須充分大以防止各層的相互混雜。本發(fā)明的關(guān)鍵是使頂部?jī)蓪拥某叽缭O(shè)置為僅這兩層流質(zhì)化。因?yàn)檫@兩層由明顯不同尺寸的顆粒構(gòu)成且具有非常低的均一性系數(shù)，它們將在每次回沖之后以幾乎相同的方式沉落到床中?；貨_流量被控制為使得僅這兩層流質(zhì)化。發(fā)生的流質(zhì)化比簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌更猛烈。當(dāng)清洗時(shí)，回沖的體積量被過(guò)濾器中的水的最大深度限制。該體積量被仔細(xì)地計(jì)算以與快速砂過(guò)濾設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)相符。
LHPF的回沖僅是要將表面層(幾乎所有材料在那里被收集)分解和使捕獲材料重新懸浮。這與BSF類似，但與LHPF不同，快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器使用的回沖處理不僅使床流質(zhì)化，還允許捕獲材料從濾床本身中的井狀部中沖刷和沖洗出?？焖偕斑^(guò)濾器或壓力砂過(guò)濾器的回沖必須足夠長(zhǎng)以確保所有捕獲顆粒已經(jīng)從介質(zhì)的內(nèi)部沖出。如果正常的回沖還不足夠，可以使用機(jī)械的表面攪動(dòng)。
如上所述，LHPF使用下排水系統(tǒng)和回沖方法，該方法與在壓力砂過(guò)濾器中使用的方法非常類似，但是其遠(yuǎn)非那樣范圍大。這個(gè)原因是快速砂過(guò)濾器必須在低水頭時(shí)使用較大的回沖水流量以使包括較大顆粒的較深介質(zhì)床流質(zhì)化。相對(duì)地，LHPF必須用較短時(shí)間僅流質(zhì)化最上面的兩層，以有效地去除和懸浮出回沖水中的捕獲顆粒。當(dāng)回沖水流停止時(shí)，LHPF的頂部?jī)蓚€(gè)流質(zhì)化層垂直地瓦解為類似原始濾床的層。這是因?yàn)槊繉泳哂蟹浅２煌挠行С叽缜覂蓪影ň涣６鹊念w粒。留下的回沖水從過(guò)濾介質(zhì)向上“榨”出，且清洗的介質(zhì)床沉落。
在LHPF中使用的下排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與在BSF系統(tǒng)中使用的根本不同。在BSF中，使用非常溫和的逆流(reverse flow)(一種低流量回沖)，其不能使濾床流質(zhì)化。在慢速砂過(guò)濾器中使用的介質(zhì)床并不意圖被流質(zhì)化。在BSF中使用的逆流是要去除在過(guò)濾介質(zhì)中捕獲的任意氣體并在介質(zhì)的表面上提供足夠的水以輔助捕獲微粒材料的懸浮(通過(guò)攪拌介質(zhì)層的表面實(shí)現(xiàn))。懸浮物然后被去除且過(guò)濾器等待操作。
在回沖過(guò)程期間產(chǎn)生的廢水利用沿過(guò)濾器的內(nèi)壁定位并附連到這些內(nèi)壁的帶孔的管來(lái)去除。管上的孔略微朝下以避免捕獲任何被流質(zhì)化的介質(zhì)。它們定位在介質(zhì)表面上方大致10厘米或更小處(所有水不被去除)。下排水管系統(tǒng)的孔必須足夠小以防止最底下的下排水層中的任何顆粒進(jìn)入系統(tǒng)。帶孔管附連至虹吸溢流(spillway)系統(tǒng)，該系統(tǒng)還用作緊急溢流系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)的流量被專用廢水流控制閥控制，所述閥沒(méi)有將廢水運(yùn)至處置部分的容量大。第二廢水操作閥用于替換地防止來(lái)自過(guò)濾器的水流，直到回沖完成且然后打開(kāi)以輔助虹吸排空過(guò)程。在回沖完成后，同一閥被敞開(kāi)地以提供緊急溢流保護(hù)。廢水收集系統(tǒng)和虹吸排出系統(tǒng)以及控制方法是獨(dú)特的。雖然虹吸溢道本身并不新穎，但是以包含在LHPF的設(shè)計(jì)中的方式控制和操作的虹吸溢道是新穎的。
明智的是，將整個(gè)過(guò)濾設(shè)施分為相等的一些段，這些段可以獨(dú)立且成功地使用低容量分配泵來(lái)清洗并且產(chǎn)生能被經(jīng)濟(jì)地排空和處置的廢水的流量和體積。
砂過(guò)濾器的比較 所有形式的慢速砂過(guò)濾在從水中去除包括寄生蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒這樣的小顆粒以及氧化鐵和氧化錳時(shí)都非常有效，而不用與傳統(tǒng)水處理相關(guān)聯(lián)的預(yù)處理。
如果未處理水具有高渾濁度或者包含氧化鐵或氧化錳，傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾技術(shù)被視為不實(shí)際的。通過(guò)并入原位清洗系統(tǒng)，BSF克服了這種限制，該系統(tǒng)消除了對(duì)過(guò)濾器刮削或表面介質(zhì)去除的需要。但是，被BSF使用作為其原位清洗系統(tǒng)一部分的機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)用性被限制為通常甚至低于很小社區(qū)的要求的較低容量水處理系統(tǒng)。與快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器產(chǎn)生的體積量相比，傳統(tǒng)的慢速砂過(guò)濾不產(chǎn)生任何廢水而B(niǎo)SF系統(tǒng)產(chǎn)生非常少量的廢水。BSF不會(huì)在清洗后喪失它們對(duì)水處理的能力。傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器在幾天后恢復(fù)它們?nèi)コ?xì)菌和病毒的能力，而快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器必須產(chǎn)生廢水，直到它們產(chǎn)生的水表現(xiàn)出足夠低的渾濁度(以確保寄生蟲(chóng)包囊和卵囊被去除)。與快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器相比，慢速砂過(guò)濾器和BSF操作非常簡(jiǎn)單。慢速砂過(guò)濾器比快速砂過(guò)濾器或壓力砂過(guò)濾器大得多(對(duì)于相同能力，表面面積至少大10倍)。傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器是BSF的表面面積的兩倍。
以下表格比較了與傳統(tǒng)慢速砂過(guò)濾器(TSSF)、生物砂濾濾水器(BSF)、快速砂過(guò)濾器、壓力砂過(guò)濾器和LHPF相關(guān)的效力、物理和操作特性以及成本。




可以得出以下結(jié)論 1、TSSF、BSF和LHPF在去除病原體方面全部非常有效。
2、所有類型的慢速砂過(guò)濾器在有或沒(méi)有預(yù)處理時(shí)在去除無(wú)機(jī)或有機(jī)微粒材料方面均非常有效。但是TSSF是有限的，因?yàn)楸仨毣ㄙM(fèi)大量勞力來(lái)清潔它。
3、TSSF、BSF和LHPF不具有出穿透現(xiàn)象。由此，這些過(guò)濾器不能產(chǎn)生未被處理的水。不像快速砂過(guò)濾器和壓力砂過(guò)濾器，TSSF、BSF和LHPF持續(xù)改善它們處理水的能力，直到捕獲材料完全使穿過(guò)它們的水流停止。當(dāng)TSSF、BSF和LHPF的能力下降到不可接受的地水平(最大產(chǎn)出的50％是正常的)時(shí)，它們被清洗。
4、TSSF、BSF和LHPF在去除氧化鐵和氧化錳方面全部非常有效，盡管因?yàn)樾枰罅康膭诹?lái)清洗它TSSF不那么實(shí)用，。
5、除了具有相對(duì)較大的表面面積，LHPF和BSF結(jié)構(gòu)緊湊且構(gòu)造簡(jiǎn)單。由此它們的構(gòu)造成本非常低。
6、TSSF、BSF、快速砂過(guò)濾器(RSF)和LHPF全部適于在大規(guī)模應(yīng)用中使用。
7、BSF、加壓砂過(guò)濾器(PSF)和LHPF特別適于在小規(guī)模應(yīng)用中使用。
8、TSSF幾乎不產(chǎn)生廢水。BSF和LHPF僅產(chǎn)生小量廢水。RSF和PSF產(chǎn)生非常大量的廢水。
9、TSSF操作簡(jiǎn)單，但需要大量勞力來(lái)清洗。
10、BSF和LHPF操作和清洗簡(jiǎn)單。
11、RSF和PSF操作復(fù)雜，但清洗相對(duì)簡(jiǎn)單。
12、成功操作TSSF、BSF和LHPF所需的操作者技術(shù)水平相對(duì)較低。成功操作RSF和PSF所需的操作者技術(shù)水平很高。
13、當(dāng)與RSF和PSF的操作和維修成本相比時(shí)，TSSF、BSF和LHPF的操作和維修相對(duì)總成本從低到非常低。
雖然以上描述了大量示例方面和實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到某些修改、替換、添加和它們的子組合。因此，所附權(quán)利要求意圖被理解為涵蓋所有這些修改、替換、添加和子組合，因?yàn)樗鼈兟淙氡景l(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器，包括
(a)多層介質(zhì)床，具有小、中和大的碎石英；
(b)未處理水進(jìn)入系統(tǒng)；
(c)下排水系統(tǒng)；
(d)被過(guò)濾水的收集和排出系統(tǒng)；和
(e)回沖水進(jìn)入、收集和虹吸排出系統(tǒng)。
2、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，其中，下排水系統(tǒng)包括多個(gè)管道。
3、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，包括帶孔擴(kuò)散盆，定位在介質(zhì)床上方。
4、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，包括排出立管，連接至下排水系統(tǒng)。
5、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，其中，來(lái)自過(guò)濾器的被處理水的流動(dòng)由被過(guò)濾水流量調(diào)節(jié)閥控制。
6、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，其中，在過(guò)濾介質(zhì)床上方的水的深度被浮閥控制。
7、如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾器，其中，排出系統(tǒng)連接至被處理水源并用于過(guò)濾器回沖。
8、如權(quán)利要求4所述的過(guò)濾器，包括空氣真空控制閥，附連至排出立管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低運(yùn)行水頭增澤砂過(guò)濾器，包括(a)多層介質(zhì)床，具有小、中和大碎石英；(b)未處理水入口系統(tǒng)；(c)下排水系統(tǒng)；(d)過(guò)濾水收集和出口系統(tǒng)；和(e)回沖水入口、收集和虹吸出口系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B01D24/14GK101610825SQ200780049256
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月3日
發(fā)明者戴維·H·曼茲 申請(qǐng)人:綠洲過(guò)濾器有限公司