流体处理介质支撑系统的制作方法

专利名称：流体处理介质支撑系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及使用多孔板的流体处理介质支撑系统。本发明具体地涉及使用多孔板的介质支撑系统、多孔板中有分层的多孔性图案和用于多孔板的锚固系统。用本发明的系统支撑的流体处理介质可以是过滤介质或离子交换树脂之类的其它介质。
本发明的技术背景水、废水和工业流体的粒状的流体处理装置一般都有将介质与聚水系统和底部分开的介质支撑系统。聚水系统是介质的主要支撑件，而在过滤介质支撑系统中，也用作收集滤液并在过滤系统反洗期间提供水和空气的均匀分布。
聚水系统通常由混凝土块制成，它有布置管道例如空气支管的空间，而空气支管是反洗空气分布系统的一部分。在美国专利4923606中公开了一种预制混凝土、塑料套衬的聚水系统体。具有滤液和反洗水通道的大开孔的无喷嘴型的聚水系统是优选的，因为这种类型的系统不像喷嘴型的系统那样易于堵塞。但是，由于没有喷嘴的聚水系统中的开孔大于介质的单颗粒的大小，所以在聚水系统和介质之间必须使用介质支撑系统。
介质支撑系统用于几个相互矛盾的目的，例如在饮水型过滤器中，可以使用很小的如0.1-0.5mm的沙粒介质。因此需要很小的介质支撑体以把这种介质与聚水系统和过滤器底部分隔开，并防止过滤介质的堵塞和损失。聚水系统和过滤器底部的堵塞会使床的过滤能力受到损失，并使过滤系统停工。然而，为促进所要求的大空气泡的形成，需要大的或粗孔的介质支撑件。这是因为大空气泡洗涤过滤器优于小空气泡。Jung & Savage，“深床过滤”，Journal American Water Works Association,2月，1974,PP.73-78。
已经普遍使用的两种类型的介质支撑系统是(1)由设置在介质和过滤器底部(或聚水系统)之间的分级砾石组成的支撑砾石床和(2)锚固到过滤器侧壁或聚水系统体上的均匀多孔板。
当使用分层的砾石床作介质支撑系统时，几层不同大小砾石的砾石床的高度通常为305-457mm(12-18英寸)。邻接介质和过滤器底部的砾石层常常是粗粒的而中间单层或多层的粒径就要小些。更小的中间砾石层阻止介质穿过到聚水系统体。但是在顶部或帽层的更大的砾石阻止小砾石层的堵塞。在过滤期间，如果更小的介质穿过砾石层，它就累积在帽层，并在过滤过程的反洗循环过程中洗出。
Montgomery的美国专利1787689和Friend等的美国专利1891061公开了内装沸石水软化剂的水处理槽。该槽内的砾石床按较大和较小砾石层的沙漏构型排列。
砾石层有包括难于安装，需要更深的过滤器体以得到砾石的深度和更高的费用这几方面的缺点。再者，在过滤和反洗过程中，砾石层的分级易于破坏，而且恢复所要求的分级则需停工。
已经使用多孔板代替砾石层。多孔板一般用烧结塑料制造。但是塑料多孔板常常浮起，需要用某种方式将其固定以阻止其升起，特别是在反洗循环中。固定多孔板的现有技术的方法包括在Brown的美国专利5149427中所述的用螺丝拧紧并以灌缝或灌浆相结合而把板固定到聚水系统体上，或用螺栓把板固定到聚水系统体上。
Ferri的美国专利4882053公开了一种没有聚水系统体的过滤系统中所使用的多孔板，该多孔板用固定到过滤器体的每一壁上的固定角钢而安装的。固定角钢将板固定到适当位置，在边壁和多孔板之间用施加的密封胶珠进行密封。
用锚固多孔板的上述参考方法有一些问题。在过滤器、聚水系统体和多孔板的底面中的小的不规则都可导致板间的密封失败。密封破坏使介质穿过介质支撑系统，使过滤器的聚水系统逐渐损坏，然后进而过滤器系统本身也损坏。聚水系统、排出管和清水池可能被介质堵塞，由于在反洗过程中形成的过高的压力，致使过滤器底部破裂。
Brown的美国专利5149427和5232592公开了一种有多孔平面体的过滤器聚水系统体用的帽状物，该帽状体据说适于支撑细粒状的过滤介质，而不使介质穿过。帽状体的孔径为700-800微米。
如上所述，Frri的美国专利4882053公开了一种用于过滤介质的支撑件或排水板，它包括在移动桥式过滤器(traveling bridge filter)中的多孔热熔性聚乙烯板。多孔排水板有窄的热熔性的无孔条，它通过板垂直地伸出。这些条对所述板提供刚性，以减少弯曲并减少随后经受搭接反洗时的沟流。但是，无孔带在过滤期间易于降低渗透性和增加头馏份的损失。
Davis的美国专利申请667005公开了一种包括三片或三层金属丝布的用于颗粒床的过滤器底部。其上层和下层是大网眼，而中间层是小网眼。Hildabolt的美国专利2267918公开了一种由金属粉末制成的多孔制品，该制品具有多层不同孔隙度的层。Pavzner等的美国专利5468273公开了一种具有不同孔隙度的三层的镍基过滤材料，以用于从空气中除去污物。
本发明的概述本发明的在下支撑件上的用于支撑流体处理介质的系统包括一多孔板，该多孔板包含不同孔径的至少两个相邻层和把多孔板固定在下支撑件上的部件，设置的多孔板是用于支撑流体处理介质。该系统还具有把多孔板安全可靠地锚固到流体处理系统下面底层结构上的锚固部件，由此抑制介质穿过流体处理系统底部和避免密封的失效。
在本发明的一个方案中，多孔板包括较大孔径层和在该大孔径层上的较小孔径层。另外，多孔板还可以包括较大孔径层的上层。较小孔径层的中间层和较大孔径层的下层共三层。多孔板优选包括在下支撑件上方的较小孔径层和在该小孔径层上的较大孔径层。多孔板也优选包括至少一层孔径大小为500-5000微米的大孔径层，和至少一层孔径大小为150-1500微米的小孔径层。多孔板优选用选自陶瓷、金属和聚合物中的一种材料制造。多孔板也可以由烧结聚乙烯制成。
支撑流体处理介质系统的另一方案中，多孔板用一层聚水系统体支撑，该聚水系统体位于下支撑件上。多孔板优选具有大于单个聚水系统体的水平尺寸，因此是多个聚水系统体支撑多孔板。多孔板优选锚固到位于聚水系统体下面的空气分支管上。在另一方面，支撑流体处理介质系统包括设置在下面的底层结构上的一层聚水系统体，多孔板位于聚水系统体上，以支撑流体处理介质，和由多孔板伸出的穿过聚水系统体并啮合底层结构的许多锚固件用以固定多孔板在适当位置。
底层结构优选包括在聚水系统下架设的许多空气支管，固定空气支管的锚固件。聚水系统体按行列衔接地排列在空气支管上，多孔板的水平尺寸大于单个聚水系统体的水平尺寸，结果多孔板就覆盖了许多聚水系统体，其锚固件在聚水系统体的相邻端之间伸出。
锚固件的上端优选固定到位于对聚水系统体横向架设的多孔板上的条钢上。每一锚固件穿过由通过形成板的相邻多孔板部分间的搭接接头重叠处所形成的孔。相邻聚水系统体的边缘用耳状物相互连接。流体处理介质优选是支撑在支撑板上。另一方面，所述介质包括过滤介质。另外，多孔板设置在有垂直壁的室内，支撑位于该室内的介质。
在下支撑件上方支撑流体处理介质的系统优选包括位于在下面底层结构上的一层聚水系统体，置于聚水系统体上用于支持流体处理介质的多孔板和由多孔板伸出的通过聚水系统体层并啮合底层结构的许多锚固件以固定多孔板在适当的位置。
附图的简要说明

图1是按本发明的一个实施方案的过滤系统部分剖面的透视图，它表示过滤器介质支撑系统。
图2是过滤系统部分的透视图，它表明反洗流通过图1的过滤介质支撑系统。
图3是图1的过滤介质支撑系统沿线3-3的剖面图。
图4是图3的一部分放大图。
图5是按本发明的一个实施方案的分层多孔性板的部分剖面的透视图。
图6是图1的过滤介质支撑系统沿线6-6的剖面图。
图7是图6的一部分放大视图。
图8是图1过滤介质支撑系统的平面图。
本发明的详细描述本发明的流体处理介质支撑系统是指多孔板，优选是分级的多孔度的多孔板以及安全可靠地把多孔板固定到聚水系统的结构支撑件上的系统。图1示出了过滤系统10的一部分和安全可靠地锚固在系统10内的多孔板20。过滤系统10常常用于过滤包括饮用水和废水的水，并且也可用于离子交换或其它的吸附过程。过滤系统10有过滤器体100，装有粒状介质90，例如沙粒、无烟煤或活性炭、离子交换树脂等，或它们的组合物。过滤流体流入过滤器体100，通过介质90而排出水通过聚水系统50到过滤器体100的底部102后，收集在槽104内。
在过滤循环的反洗阶段，正常的下流的过滤停止后，通常是水的液体和通常是压缩空气的气体向上流动清洗过滤系统。如图2所示，来自反洗泵(没示出)的反洗水泵入槽104并通过过滤系统10。反洗空气经位于过滤器体100任一侧的的集合管110供给，并通过空气支管60进入过滤系统10。
多孔板20设置在介质90和聚水系统体40之间，从而支撑和分隔过滤介质90和聚水系统50。如图5所示，多孔板20有大孔层和小孔层的逆分级(reverse gradation)。在本发明的优选实施方案中，较大孔层20c邻近聚水系统体40，而另一较大孔层20a邻近过滤介质90。较小孔层20b位于两个大孔层20a和20c之间。在介质支撑系统中有不同大小的孔层是有利的。为从聚水系统分离细粒介质90，例如，由0.1-0.5mm沙粒组成的小孔层20b是必需的。小孔层20b防止聚水系统50的堵塞和过滤介质90的损失。多孔板20的大孔层20c促进大空气泡的形成，这种大空气泡洗涤过滤系统的效果优于小空气泡。同样，在过滤循环期间，如果有介质穿过多孔板20，就会积累在上部的大孔层20a，并在反洗循环期间易于洗出。另一种供多孔板介质支撑系统可有两种孔径层，即设置在邻接过滤器底102的多孔板的小孔层和设置在该小孔径层之上的较大孔径层，因此大孔径层是在邻近粒状介质的上部，反之也一样，小孔径层在大孔径层的上部，因此小孔层邻近介质。
在一个优选的实施方案中，大孔径层20a和20c的孔径大小为500-5000微米。小孔径层20b的孔径大小为150-1500微米。与现有技术的砾石支撑层相反，多孔板系统可以使大孔层或小孔层邻近介质。
本发明的多孔板20可用陶瓷、金属、特别是如镍、钛、不锈钢等的烧结金属；和如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯的聚合物；或任何适宜的材料制造。在一优选的实施方案中，制造多孔板20的材料是烧结聚乙烯。多孔板20可以通过将热易熔的颗粒烧结成所要求的形状而制成。可以使用的其它热易熔材料如聚丙烯或上述推荐的材料。多孔板20可包括整体地熔合在一起的不同孔隙度的不同的相邻层，或是通过不同孔隙度的片叠置在一起而形成的层，其中每一片相应于一具体的孔隙度层。
多孔板的长度和宽度可根据聚水系统体40或过滤器体100的底部102大小而改变。在一个优选的实施方案中，多孔板20比单个聚水系统体40具有更大的水平面积或尺寸，因此多孔板20覆盖多个聚水系统体40。在另一优选的实施方案中，多孔板的宽度是聚水系统体40宽度的多倍。多孔板20的厚度优选是在25mm(1英寸)或小于51mm(2英寸)或51mm以上范围内改变，这取决于具体的应用。
烧结聚合物制造的多孔板20易于浮动和飘浮。图4和图7示出了本发明的一个实施方案的多孔板20的改进锚固法。多孔板20是固定到过滤器体100的底部102的底层结构60上，而不是如现有技术的介质支撑系统那样固定到过滤器体100的侧壁106或聚水系统体40上。将多孔板20锚定到底层结构60上改进了密封性，以阻止升起和弯曲，特别是在反洗循环期间。
在本发明的一个优选实施方案中，多孔板20锚固到供给反洗空气的空气支管60上。空气支管60设置在聚水系统体40的体支架44间的空间42中。空气支管60可以设置在聚水系统体40每个其它行列的支架44之间。优选的聚水系统体40描述于美国专利4923606中，该专利完整地引入本申请以供参考。简要地说，在图6和图7中可清楚看到，聚水系统体40以成行衔接地排列在空气支管60上，邻接聚水系统体40的边缘用耳状物48相互连接。优选地多孔板20具有的水平面积大于单个聚水系统体40的水平面积，因此多孔板20覆盖多个聚水系统体40。锚固件26由在聚水系统体40相邻端之间的多孔板20伸出到空气支管60。优选在相邻聚水系统体40的相反的端部形成锯齿状物(没示出)，以调节锚固件26的截面。或者，锚固件26可直接通过在聚水系统体40所形成的小孔伸出到在过滤器体100底部102的固定点上。
优选地，固定件26的上端固定到位于多孔板20上方的条钢30上。条钢30优选与聚水系统体40成横向架设，并有助于安全可靠地将多孔板保持在适当位置。这就会抑制多孔板20弯曲或升起。适宜的条钢30用耐腐蚀的金属如不锈钢制造，并且其宽度为约51mm(2英寸)和厚度为6.35mm(1/4英寸)。优选的锚固件26是耐腐蚀金属如不锈钢制造的螺杆。锚固件26通过紧固件优选如螺母27a和加大的垫圈27b固定多孔板20。为防止在通过多孔板20的螺杆26周围的孔中渗漏，可以使用另外的密封胶。
图6说明通过将多孔板20相邻的端部叠接在搭接接头24而把多孔板20的部分连接在一起。搭接接头24平行于聚水系统体40而架设。锚固件26通过条钢30、藉助于搭接接头24中的孔通过多孔板20并在聚水系统体40之间穿过而固定到空气支管60上。优选地锚固件26如图4和7所示，通过外接空气支管60的管夹62固定空气支管60。灌浆过滤器件100的底部102的侧面支撑角钢76是对空气支管60提供另外的支撑。如图3所示，如有需要，也可以使用支撑支架36把多孔板20固定到过滤器件100的壁上。
本发明的多孔板20可以安装在新过滤系统或改装入现有的过滤系统。有侧壁106和底部102的过滤器件100通常是用穿过过滤器体100的底部102的空气支管60的底层结构50和在过滤过程中用于收集滤液及反洗操作中用于供给反洗水的槽104和槽盖板105而构建的。管夹62围绕空气支管60而设置，而锚固件26固定到管夹62上。聚水系统体40成行排列在空气支管60之上，因此空气支管60位于聚水系统体支架44之间的空间42并且空间支管60在聚水系统体40的每个其它行列的下面。聚水系统体40被间隔开以形成缝隙45，该缝隙45用于空气和水的流动。锚固件26在聚水系统体40之间向上伸出。聚水系统体40顶部的倾斜的构型形成一个进入缝隙45的通道。聚水系统体40用定尺寸的耳状物48相互连接，以提供缝隙45所要求的尺寸。通过聚水系统体40的周边向过滤器件100进行灌浆可以提供另外的密封。聚水系统体40应该具有抗升起和移位的重量，特别是在反洗阶段期间，但是不能重到有碍于操作。
聚水系统就位后，多孔板20的部分设置在各排聚水系统体40之上，并通过平行于聚水系统体40设置的搭接接头24连接。孔，优选是预形成的，通过多孔板20相邻部分的上、下唇状物24a和24b的孔以接受从聚水系统体40向上伸出的锚固体26，由此提高搭接接头24的密封性。与聚水系统体40横向设置的不锈钢条30置于搭接接头24上面。然后锚固件用螺母27a和垫片27b固定。更大块的多孔板20可以用胶粘剂、环氧树脂胶或热焊接进一步密封搭接接头24；但是，这应当尽可能多的降低多孔板20的渗透性至最小。这样锚固件26通过不锈钢条30、通过搭接接头24的孔、在聚水系统体40之间伸出，并固定到外接空气支管60的管件夹62上。
在过滤介质支撑系统就位后，可以安装过滤介质90，并当过滤流体流入过滤器体100时，就可开始过滤循环操作。过滤过程可以定期地停止，所以过滤系统可以进行反洗。
本发明的锚固件26安全可靠地把多孔板20固定到空气支管60上，由此减少了在反洗循环期间特别是通过所施压力而引起的升起和弯曲。多孔板20的分级孔隙度层在反洗循环期间产生较大的空气泡，它洗涤过滤系统优于小气泡，并且在过滤循环期间，还提供阻止来自进入聚水系统50的介质颗粒的小孔。实施例1进行空气分布试验以观察和记录本发明的逆分级(neverse gradation)多孔板对反洗空气分布的影响。在第一个试验过程中，聚水系统体，具体是1.98m(78英寸)宽的T-形体安装在试验柱上。以逆分级成形的五层所组成，总深度为457mm(18英寸)的沙漏型介质支撑砾石安装在聚水系统体上。试验柱用水充满至溢水口，并以约0.61m3/分-m2(2.0立方英尺/分/平方英尺)的速率加入反洗空气。再以约1.22m3/分-m2(4.0立方英尺/分/平方英尺)和1.83m3/分-m2(6.0立方英尺/分/平方英尺)的速率重复试验。测量和比较空气泡的大小和分布。观察试验结果并摄影。
以大致相同的三种反洗空气速率，用在聚水系统体的适当位置的分层孔隙度的多孔板代替砾石支撑层而重复上述试验。多孔板有孔径为约600微米的大孔层，其厚度为约9.5mm(3/8英寸)和孔径为约350微米的中等小孔层，其厚度为约9.5mm(3/8英寸)。整个板的厚度为约28.6mm(1-1/8英寸)。试验结果表明，多孔板产生的空气分布花样，甚至可以与传统的457mm(18英寸)的砾石支撑层相比，且产生了相同的大空气泡。观察并摄影试验结果。实施例2为观察和记录本发明的逆分级多孔板对过滤系统压头损失的影响，进行压力损失试验。在第一次试验期间，在试验柱中安装203mm(8英寸)宽的聚水系统体、457mm(18英寸)逆分级砾石支撑层和约1.83m(72英寸)厚2.0-3.36mm(6目×9目)的粒状过滤介质。在试验柱施加一系列的水过滤速率和反洗空气及水的速率，测量穿过过滤系统每个部件的压力损失。记录试验数据，并绘制系统压头损失曲线。
用在聚水系统体上适当位置的分层孔隙度多孔板代替砾石支撑层，重复进行上述试验。测量压力损失，记录数据和绘制系统压头损失曲线。试验结果表明，穿过28.6mm(1-1/8英寸)多孔板的压力损失可与穿过457mm(18英寸)砾石支撑层的压头损失相比，这些实施例列于下表中。
表1
表2
表3
实施例3为观察和记录本发明的逆分级多孔板对保留在其上的介质量的影响，进行介质保存试验。在第一次试验过程中，500微米单孔隙度31.75mm(1-1/4英寸)厚的多孔板102mm2(4平方英寸)的矩形板置于直径76mm(3英寸)深38mm(1-1/2英寸)的有机玻璃柱中，固定多孔板的顶部和底部。将大小为约200微米-300微米的石榴石砂介质样品50克放置在500微米多孔板的顶上。然后在100次/分的敲击速率敲击长度为44mm(1/4英寸)的条件下轻敲坚实的平表面6分钟。收集通过多孔板的介质量并称重为1.8克。用逆分级多孔板重复这个试验，所述逆分级多孔板有大孔层约9.5mm(3/8英寸)厚，其孔径约500微米和中间小孔层约9.5mm(3/8英寸)厚，其孔径约250微米。通过这种逆分级多孔板的介质量为0.1克。
前面的描述是说明和解释本发明的优选实施方案，在尺寸、形状、材料和其它细节方面的变化对本领域的技术人员是清楚的。所有这些变体和改进都落入所附权利要求的范围或所包含的精神之内。
权利要求
1．一种在下支撑件上的支撑流体处理介质的系统，该系统包括一个至少有二个不同孔径的相邻层的多孔板以及把多孔板固定在下支撑件上的部件，所设置的多孔板支撑流体处理介质。
2．按权利要求1的支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板包括较大孔径层和在大孔径层上的较小孔径层。
3．按权利要求1的支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板包括较大孔径层的上层、较小孔径层的中间层和较大孔径层的下层共三层。
4．按权利要求1的支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板包括在下支撑件上的较小孔径层和在小孔径层上的较大孔径层。
5．按前述权利要求中之任一支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板包括至少一层大孔径层，其孔径大小为500-5000微米，和至少一层小孔径层，其孔径大小为150-1500微米。
6．按前述权利要求中的任一多孔板，其中，该多孔板是用选自陶瓷、金属和聚合物的一种材料所制造。
7．按前述权利要求中的任一多孔板，其中，该多孔板是用烧结聚乙烯制成。
8．按权利要求1-7中的任一支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板是由一层聚水系统体支撑，该聚水系统体位于下支撑件上。
9．按权利要求8的支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板的水平尺寸大于单个聚水系统体的水平尺寸，因此多个聚水系统体支撑多孔板。
10．按权利要求8或9的支撑流体处理介质的系统，其中，多孔板是锚固在位于聚水系统体下的空气支管上。
11．按权利要求1-10中的任一支撑流体处理介质的系统，该系统包括一层位于下面底层结构上的聚水系统体，设置在聚水系统体上的用于支撑流体处理介质的多孔板，和从多孔板伸出通过聚水系统体，并啮合底层结构以在适当位置固定多孔板的许多锚固件。
12．在下支撑件上方的支撑流体处理介质的系统，所述系统包括一层位于下面底层结构上的聚水系统体、位于聚水系统体上方的支撑流体处理介质的多孔板和从多孔板伸出穿过聚水系统体层并啮合底结构以在适当位置固定多孔板的许多锚固件。
13．按权利要求11或12的系统，其中，底层结构包括架设在聚水系统体下的许多空气支管，锚固件固定在空气支管上。
14．按权利要求13的系统，其中，聚水系统体按行列衔接地在空气支管上，并且其中的多孔板的水平尺寸大于单个聚水系统体的水平尺寸，因此多孔板覆盖多个聚水系统体，锚固件在聚水系统体相邻端之间伸出。
15．按权利要求14的系统，其中，锚固件的上端是固定到位于对聚水系统行列横向架设的多孔板上方的条钢上。
16．按权利要求11-14中的任一系统，其中，每一锚固件穿过由形成板的相邻多孔板段之间的搭接接头的重叠处所形成的孔。
17．按权利要求11-15中的任一系统，其中，相邻聚水系统体的边缘用耳状物相互连接。
18．按权利要求1-16中的任一系统，其中，流体处理介质是支撑在支撑板上。
19．按权利要求17的系统，其中介质包括过滤介质。
20．按权利要求17或18的系统，其中，多孔板设置在有垂直壁的室内，支撑位于该室内的介质。
全文摘要
一种在下表面上的支撑流体处理介质的系统,该系统通过提供一分层的多孔板,减少粒状流体处理介质系统中的介质堵塞和压头损失。多孔板可以有小孔径和大孔径的多层。多孔板位于介质和过滤器底部之间。支撑流体处理介质的系统安全可靠地固定到聚水系统的底层结构上,从而防止介质穿过滤器底部,并避免密封损坏。底层结构可以是安装在支撑系统的聚水系统体下面的空气支管。锚固件固定到外接空气支管的管夹上。
文档编号B01D24/12GK1216479SQ97193977
公开日1999年5月12日 申请日期1997年4月24日 优先权日1996年4月26日
发明者E·斯图尔特·萨维奇 申请人:蒂特拉技术公司