水处理设备和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及水处理设备和系统，具体涉及用于处理具有引流管系统的过滤介质设备中的废水的系统和方法。过滤介质可以是核桃壳介质。
【专利说明】
水处理设备和系统
[0001] 相关申请 本申请是申请号为200980146883.4、申请日为2009年9月23日、发明创造名称为"水处 理设备和系统"的发明专利申请的分案申请。本申请在35 U.S. C. $ 119(e)下要求如下申 请的优先权:2008年9月24日提交的名称为"PULESD BACKWA甜FOR WALNUT S肥化FILTER" 的美国临时申请序列号61/099,604; W及2008年9月24日提交的名称为叩ULSED AIR WALNUT S皿化FILTER"的美国临时申请序列号61/099,608; W及2008年9月24日提交的名 称为"WALNUT S肥化FILTER PROCESS"的美国临时申请序列号61/099.597;W及2009年5月 5日提交的名称为"TUBE DESIGN AND PROCEDURE FOR WALNUT S皿化FILTER"的美国临时 申请序列号61/165,579,上述申请中的每一个的全部内容均被并入本文W供参考。
技术领域
[0002] 本发明设及用于处理废水的系统和方法，并且更具体地设及利用核桃壳过滤介质 的废水处理系统和方法。
【背景技术】
[0003] 核桃壳过滤介质为人公知的是其对于水和油的亲和力，从而使得其是理想的过滤 介质并且通常用于从水和废水中去除油。常规核桃壳过滤器包括加压深床应用，其中水被 驱动通过滤床深度。也可W例行地进行周期性反冲洗W便使滤床再生。典型反冲洗方法包 括通过向滤床施加能量来使得滤床膨胀或转动。
[0004] 常规反冲洗系统包括机械混合和机械擦洗，其使用叶轮和再循环线路并且沿逆流 方向引入高速气体或高速水。用于反冲洗滤床的机械系统增加了系统的初始成本并且会导 致增加维修成本来维护机械密封。滤床的再循环同样增加了过滤器单元的初始成本和维修 成本并且因为用于再循环的额外累的原因而增加了过滤器单元的占地面积。机械反冲洗方 法也利用了反冲洗流体来去除从滤床释放的任意油和悬浮固体，运会导致产生大量反冲洗 流体。类似地，使用高速反冲洗液体也会产生大量反冲洗流体。常规反冲洗系统同样公知的 是会产生死点，在此过滤介质不能充分转动并且/或者反冲洗流体不能到达，从而实际上将 油和悬浮固体留在了滤床中。
[0005] 仍然需要紧凑核桃壳过滤介质单元，其具有足够小W用在近海应用的占地面积。 此外，需要减少核桃壳过滤单元反冲洗期间产生的反冲洗水的量并且需要减少反冲洗流体 不能接触的死点的数量。
【发明内容】
[0006] 根据一个或更多个实施例，本发明设及用于处理废水的系统和方法。
[0007] 在一种实施例中，过滤设备具有容器、位于所述容器内的核桃壳过滤介质W及位 于所述容器内所述过滤介质上方的供给入口。所述过滤设备可W具有位于所述过滤介质内 的引流管系统，该引流管系统可W被构造且设置成充分地滚动所述过滤介质。所述过滤设 备还可w具有第一流体入口和位于所述过滤介质下方的过滤物出口，该第一流体入口被构 造且设置成向所述引流管系统输送第一流体。
[0008] 另一实施例设及用于过滤废水的系统。该系统包括废水源W及多个过滤单元，其 中该废水包含油和悬浮固体。每个过滤单元均包括容器、位于所述容器内的核桃壳过滤介 质W及位于所述容器内且与所述废水源流体连接的供给入口。所述过滤单元还包括:位于 所述过滤介质内的引流管系统，该引流管系统被构造且设置成充分地滚动所述过滤介质； 第一流体入口，该第一流体入口被构造且设置成向所述引流管系统输送第一流体；W及位 于所述过滤介质下方的过滤物出口。过滤单元还包括与所述多个过滤单元中的每一个的供 给入口通信的控制器;该控制器被构造成产生使得废水开始向所述多个过滤单元中的第一 过滤单元的供给入口流动的第一控制信号，并且产生中断废水向所述多个过滤单元中的第 二过滤单元的供给入口流动的第二控制信号。
[0009] 另一实施例设及利用过滤设备过滤包含油和悬浮固体的被污染液体的方法，该过 滤设备具有容器、位于所述容器内的核桃壳过滤介质W及位于所述容器内所述过滤介质上 方的供给入口。所述过滤设备可W具有位于所述过滤介质内的引流管系统，该引流管系统 可W被构造且设置成充分地滚动所述过滤介质。所述过滤设备还可W具有第一流体入口和 位于所述过滤介质下方的过滤物出口，该第一流体入口被构造且设置成向所述引流管系统 输送第一流体。
[0010] 当结合附图考虑时，从本发明的下述具体描述中将显而易见到本发明的其他优 点、新颖性特征和目标，附图是图释性的并且不试图成比例绘制。在附图中，由单个数字或 符号表示每个相同或基本类似的部件。为了简明的目的，在每幅图中并没有标记所有部件， 并且没有示出本发明的每个实施例的所有部件，因为对于使得本领域普通技术人员理解本 发明而言有些图释是不必要的。
【附图说明】
[0011] 附图不试图成比例绘制。在附图中，在各图中示出的每个相同或基本相同的部件 由类似附图标记表示。为了简明的目的，在每幅图中没有标记出所有部件。附图中： 图1是根据本发明的一个或更多个方面的过滤设备的示意图； 图2a是示出过滤设备的操作的一个方面的示意图； 图化是示出图2a的过滤设备的操作的方面的示意图； 图2c是示出图化的过滤设备的操作的方面的示意图； 图3是根据本发明的一个或更多个实施例的过滤容器的横截面示意性平面图； 图4是示出了根据本发明的一个或更多个方面的过滤设备的示意图； 图5是根据本发明的一个或更多个方面的引流管基座部分的示意性侧面立体图； 图6是示出了根据本发明的一个或更多个方面的过滤系统的框图； 图7是示出了根据本发明的一个或更多个方面的出口油总浓度与时间关系的视图；W 及 图8是本发明一种实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明设及利用过滤介质滤床的废水处理系统。运里使用的"废水"指的是包含诸 如油和/或悬浮固体的污染物的要被处理的任意废水，例如地表水、地下水、来自工业和市 政来源的废水流，并且包括来自主要和次要处理系统的生成水。
[0013] 本发明的一种实施例包括具有容纳过滤介质的容器的过滤设备。容器可W开放于 大气或者是闭合的W便在压力下工作。容器可W根据所需应用和要被处理的废水的体积来 定尺寸且被成形W便在开始反冲洗之前提供理想的通过量和/或理想的工作时段。容器可 W基于要被处理的废水的理想体积和针对特定应用选择的过滤介质而具有所需的任意滤 床深度。因此，容器可W具有过滤介质的任意滤床深度，例如大约10英寸的浅滤床至大约66 英寸或更深的深滤床。过滤容器可W由适用于特定目的的任意材料构成。例如开放式过滤 容器可W是由水泥形成的开放式水箱。在一种实施例中，闭合过滤容器可W由敷料碳钢、不 诱钢或纤维玻璃增强聚合物形成。
[0014] 可W使用适用于去除一种或更多种目标污染物的任意过滤介质，只要其同样适用 于过滤滤床即可。从废水中去除油和悬浮固体所用的一种过滤介质是核桃壳过滤介质，例 如由英国核桃壳和黑核桃壳制成的介质。
[0015] 过滤设备的一种实施例包括根据容器的所需形状具有一个或更多个侧壁的容器。 例如，圆筒形容器可W具有一个侧壁，而方形或矩形容器可W具有四个侧壁。在一种实施例 中，容器具有圆筒形形状，其具有在第一和第二壁之间的一个连续侧壁。在一种实施例中， 容器是闭合的，其中所述一个或更多个侧壁在第一壁和第二壁之间延伸。
[0016] 过滤介质可W位于容器内预选深度处并且可W填充容器的整个容积或者被容纳 在容器的特定部分内。例如，容器邻近第一壁和/或第二壁的一部分容积可W没有过滤介 质。过滤介质可W被容纳在具有一个或更多个分隔物的容器内，分隔物例如是屏或多孔板， 其将过滤介质保持在容器内所需部位且同时允许废水流动贯穿容器内的介质。
[0017] 在一些实施例中，过滤设备包括引流管系统。引流管系统可W被构造且设置成通 过提供理想体积和/或速度的反冲洗流体来滚动滤床从而间歇性地反冲洗过滤介质。如运 里使用的"滚动滤床"被定义为在反冲洗期间过滤介质的运动，其中在容器的第二壁处或附 近的过滤介质朝向容器的第一壁被部分地或完全地运动通过引流管系统且朝向容器的第 二壁返回。引流管系统可W针对所需应用和要被反冲洗的和/或在反冲洗操作期间预选时 段内操作的过滤介质体积而被定尺寸和成形。引流管系统可W包括位于介质内的一个或更 多个引流管。如运里所用，"引流管"是在两端开口的具有一个或更多个侧壁的结构，当位于 过滤介质内时其为反冲洗期间过滤介质的流动提供通路。在一种实施例中，容器具有的过 滤介质体积可W是引流管容积或引流管系统内的引流管容积总和的大约4倍至大约6倍。
[0018] 引流管可W由适用于特定目的的任意材料构成，只要其抗磨损且抗油即可。例如， 引流管可W由与容器相同的材料形成，或者可W由其他更轻且更便宜的材料形成，例如塑 料，包括纤维玻璃增强塑料。引流管可W被实现为插入到容器内或者作为容器的一部分被 制造。运样，引流管可W被设计为翻新当前的过滤介质单元。引流管系统可W被支撑在容器 的第二壁上。可替代地，引流管系统可W被支撑在分隔物或介质保持板(例如屏或多孔板） 上，其被设计成将介质保持在容器的一个区域内且同时允许液体和污染物流入和流出介 质。
[0019] 单个引流管可W根据所需应用和要被反冲洗的和/或在反冲洗操作期间预选时段 内操作的过滤介质体积而被定尺寸和成形。引流管也可w被定尺寸和成形为在引流管内提 供所需揽动水平W便部分地或完全地擦洗过滤介质，从而从过滤介质释放油和悬浮固体中 的至少一部分。可W通过单个引流管或者通过其总容积基本等于所需容积的多个引流管来 提供所需引流管系统容积。单个引流管可W具有任意形状的横截面区域，例如圆形、楠圆 形、方形、矩形或任意不规则形状。单独的引流管可W具有任意整体形状，例如圆锥体、长方 体形和圆筒形。在一种实施例中，引流管是圆柱体。引流管可W位于过滤介质中W便完全被 过滤介质包围并且由过滤介质完全填充。引流管的一端或两端可W被构造且设置成有助于 过滤介质流入和/或流出引流管的流动。例如，在引流管的第一端处的侧壁可W包括一个或 更多个切口，其形成了通路W便允许在引流管的第一端处或附近的一些过滤介质进入引流 管的侧壁。形成通路的切口可W具有允许足量过滤介质进入引流管的任意形状。例如，切口 可W是Ξ角形、方形、半圆形或者具有不规则形状。多个通路可W是彼此相同的并且围绕引 流管的第一端均匀分布从而均等地分配在引流管内过滤介质的流动。
[0020] -个或更多个引流管可W位于过滤介质内的任意适当部位。例如，单个引流管可 W但不必须相对于容器侧壁被居中定位。类似地，单个容器内的多个引流管可W随机定位 或者相对于容器侧壁W均匀模式被定位。在一种实施例中，单个引流管相对于容器位于过 滤介质内W便从引流管每端延伸出的轴线与平行于容器侧壁的轴线同轴。单个容器内的多 个引流管可W但不必须具有相同的容积或横截面面积。例如，单个容器可W包括具有各种 高度和横截面面积的圆筒形、圆锥体形和长方体形引流管。在一种实施例中，容器可W具有 被居中定位且具有第一横截面面积的第一引流管W及邻近容器的侧壁定位的多个第二引 流管，其中每个所述第二引流管均具有小于第一横截面面积的第二横截面面积。在另一实 施例中，容器具有多个相同的引流管。
[0021] 在另一实施例中，引流管可W包括挡板来阻止或减少引流管内的回流。挡板可W 具有适于特定引流管的任意尺寸和形状。例如，挡板可W是被适当定位在引流管的内表面 上的板或者位于引流管内的圆筒。在一种实施例中，挡板可W是在引流管内被居中定位的 实屯、或空屯、圆筒。
[0022] 过滤介质容器还包括位于过滤介质上方的废水供给入口和位于过滤介质下方的 过滤物出口。容器还包括用于第一流体的第一入口，其被构造且设置成将第一流体输送到 引流管的第一端W便在反冲洗期间诱使引流管内的过滤介质从引流管的第一端流向引流 管的第二端的流动，且同时诱使过滤介质沿引流管的外侧侧壁从引流管的第二端流向引流 管的第一端的流动。
[0023] 引流管系统在反冲洗期间的操作在容器内产生了逆流流动且导致了过滤介质如 示例性示出的在图1的过滤介质设备100中的运动。过滤介质16从容器20的第一端12沿引流 管18的外侧运动到容器20的第二端14,在此其之后可W进入邻近容器20的第二端14的引流 管18的第一端22,如虚线流动线（没有标记出）所示。过滤介质16(仅部分示出）之后在引流 管18内在内部区域50中从引流管的第一端22运动到引流管的第二端24,在此其离开管并且 进入容器20的周边区26,如虚线流动线（没有标记出）所示。如运里所用的"周边区"是容器 中没有被引流管系统占据的内部容积。当在引流管18内流动时，过滤介质16会混合从而释 放先前固定在过滤介质上的油和悬浮固体中的一部分。在反冲洗期间，当离开引流管且进 入周边区时，过滤介质处于引流管上方的端流区，在此过滤介质继续混合从而释放其他污 染物，例如油和悬浮固体。过滤介质16在图中被示作均匀球形颗粒，不过应该理解过滤介质 可W由任意颗粒尺寸和形状组成，包括不规则形状的颗粒。
[0024] 第一流体可W是诱使过滤介质运动通过引流管的任意流体。例如，第一流体可W 是气体，例如空气或生成气体;液体，例如滤液或要被过滤的废水；W及其组合物。在一种实 施例中，第一流体是气体。虽然第一流体入口被示作在过滤介质下方，不过在其他实施例 中，第一流体入口可W位于引流管18内。第一流体入口可W包括位于容器内的一个或更多 个入口W便将第一流体输送到引流管系统从而实现过滤介质通过引流管系统的流动。第一 流体入口可W具有适于将第一流体输送到引流管的任意构造。例如，第一流体入口可W是 孔口、喷嘴或喷口 W便将气体、液体或其组合物输送到引流管。在一种实施例中，第一入口 是用于将气体输送到引流管的扩散器。
[0025] 过滤容器也可W包括一个或更多个第二入口 W便将第二流体输送到周边区。第二 入口可W输送在容器的第二壁处或附近的第二流体从而诱使介质朝向引流管的第一端的 流动或者辅助该流动。一个或更多个第二流体入口可W位于容器内W便提供向容器的反冲 洗流动并且朝向引流管系统引导过滤介质。第二流体可W是气体、液体(例如滤液或要被过 滤的废水)及其组合。在一种实施例中，第二流体是从废水供给入口转移出或者从过滤物出 口转移出的废水。第二流体入口可W具有适于将第二流体输送到周边区的任意构造。例如， 第二流体入口可W是孔口、喷嘴或喷口 W用于输送气体、液体或其组合。在一种实施例中， 第二入口延伸到周边区内。第二入口可W从任意适当部位延伸出W便辅助水分配。例如，第 二入口可W从容器侧壁和/或从引流管侧壁延伸到周边区内。在另一实施例中，第二入口可 W延伸到周边区内且延伸角度具有与容器的侧壁相切的分量。
[0026] 在又一实施例中，周边区也可W包括一个或更多个第一流体入口 W便进一步揽动 过滤介质滤床。在周期区内的第一流体入口可W但不必须相同于被构造且设置成向引流管 输送第一流体的第一流体入口。
[0027] 容器的周边区还可W包括位于引流管的第二端上方的擦洗区。在反冲洗循环期间 离开引流管的过滤介质可W进一步混合从而从过滤介质释放额外的油和悬浮固体。
[0028] 在一种实施例中，当完成反冲洗循环时，可W借助于通过引流管系统引入气体(例 如空气或生成气体)来充分扰动介质W允许重新设置，从而来设置滤床。在滤床设置阶段， 可W间歇地引入气体。气体脉冲之间可W允许滤床通过重力来稳定下来。
[0029] 气体的间歇脉动也可W与通过第二流体入口的液体的间歇脉动相一致或相交替。 当与常规滤床设置技术相比时，气体和液体的脉动爆发会充分扰动滤床W便允许滤床紧凑 从而减少孔隙空间和整体滤床体积。通常在反冲洗之后，通过重力和废水的前向供给流动 来设置过滤介质滤床，其会导致对介质的不足设置并会导致效率低下（其中废水缺少在过 滤介质中的回路或通道）W及油和悬浮固体的穿透。
[0030] 另一实施例设及废水处理系统，其包括多个过滤介质单元来提供连续过滤且同时 一个或更多个过滤介质单元是脱机的，因为其工作于反冲洗周期或滤床设置阶段中。在废 水处理系统中，包括至少一种污染物的废水源可W被并行供给到多个介质过滤单元。可W 中断向一个过滤介质单元的废水供给流动且同时继续向剩余过滤介质单元的废水供给流 动。之后，在再次服役前脱机的过滤介质单元可W被反冲洗并且设置其滤床。一旦过滤介质 单元再次开始服役，则另一过滤介质单元可W脱离工作W便反冲洗和滤床设置循环。
[0031] 在一些实施例中，系统和/或单独的过滤介质设备可W包括控制器来根据需要中 断和开始流动。如运里所用的，术语"中断"被定义为完全停止流动。控制器可W根据设备的 期望工况来引导废水供给、第一和第二流体W及气体的流动。控制器可W根据位于设备内 的传感器所产生的信号来调节或调整与各潜在流动相关的阀。例如，传感器可W产生第一 信号，其指示出过滤介质滤床的压降已经到达预定值从而触发控制器来中断供给入口处的 废水流动并且使得废水开始流动通过第二流体入口并且使得气体开始流动通过第一流体 入口。类似地，控制器可W根据因经过预定时段所产生的第二信号来开始反冲洗。控制器还 可W根据第一信号、第二信号及其组合来产生控制信号来中断向一个过滤介质设备的废水 供给并且开始向另一个过滤介质设备的废水供给流动。
[0032] 图2a示出了另一实施例。设备200包括具有侧壁40、第一壁42和第二壁44的圆筒容 器20。过滤介质16被容纳在容器20的一部分内，且介质保持板30位于邻近容器的第一端12 且屏60位于邻近容器的第二端14。介质保持板可W具有任意结构，例如屏或多孔板，适于将 过滤介质保持在容器的一部分内且同时允许供给液体和污染物进入和离开介质。容器20还 包括邻近第一壁42的第一端12、邻近第二壁44的第二端14W及邻近容器20的第一端12且位 于过滤介质16上方的废水供给入口 32。在图2a中，容器20还包括位于过滤介质16下方邻近 容器20的第二端14的过滤物出口 38。
[0033] 在图2a中，具有第一端22和第二端24的圆筒引流管18居中定位在过滤介质16中W 便引流管18的第一端22邻近容器的第二端14。过滤介质16也位于引流管18内并且在图2a中 被部分示出。引流管的第二端24充分位于过滤介质滤床的上端下方W便在滤床内存在足够 的过滤介质从而当完成反冲洗循环时再次填充引流管。容器20内的周边区26是排除引流管 18内的过滤介质所占据的空间之外的过滤介质16的容积所界定的区域。周边区内的擦洗区 28位于介质的顶表面上方、在介质的顶表面和屏30之间。屏30位于擦洗区28上方邻近容器 20的第一端12W便防止反冲洗期间介质的损失。同样在图2a中示出了，周边区内的擦洗区 28位于过滤介质滤床54的上表面和屏30的下表面之间。图2a示出了屏30,不过应该理解可 W使用将介质保持在容器中的任意装置或结构。例如，介质可W被多孔板或圆筒W及圆筒 形屏所保持。第一流体入口34被构造且设置成向引流管提供第一流体。在图2a中，第一流体 入口 34包括空气扩散器46。第二流体入口 36被构造且设置成向邻近容器20的第二端的周边 区输送第二流体。图2a中的容器20包括污染物出口 50W用于从容器去除污染物，例如油和 悬浮固体。任选地，周边区可W包括一个或更多个第一流体入口W便在过滤期间部分地滚 动滤床并且/或者在反冲洗期间有助于膨胀和滚动滤床。
[0034] 在过滤期间，含油和悬浮固体的废水被引导到供给入口 32、穿过屏30并且邻近容 器20的第一端12朝向第二端14进入滤床内的过滤介质16,如图2a中虚线流动箭头所示。废 水同时从引流管的第二端24穿过引流管18内的过滤介质16流向引流管的第一端22。过滤物 经由过滤物出口 38离开容器20并且可W被引导W便进一步处理或排出。
[0035] 为了延长在反冲洗之间发生的过滤的时间段，在过滤循环期间第一流体可W经由 第一流体入口34被脉冲地输送到引流管。任选地，在过滤期间，第一流体可W经由位于周边 区内的一个或更多个第一流体入口（未示出）被脉冲地输送。如运里所用，"脉冲流动"被定 义为间歇中断的流体流动。脉冲流动可随机间隔发生或者可W是周期性的（其中流动 W预选间隔在"断"和"通"之间规律地循环）。流体流动所处的时间段可W但不必须与流体 流动中断的时间段相同。例如，流体流动的时间段可w长于或短于流体中断的时间段。在一 种实施例中，流体流动的时间段基本等于流体中断的时间段。脉冲地输送第一流体(例如气 体)可W部分地转动过滤介质滤床从而减少压降并延长反冲洗循环之间的运行时间。延长 反冲洗循环之间的过滤运行时间可W减少反冲洗的整体次数，从而减少过滤器设备使用寿 命期间产生的反冲洗体积。
[0036] 过滤连续通过过滤介质16直到理想的通过反冲洗过滤介质而清洁了过滤介质。在 一种实施例中，当过滤介质两端的压降到达预定值时或者当容器已经工作预定时间时可W 开始反冲洗。
[0037] 如图2b所示，当开始反冲洗时，中断流向供给入口 32的废水流动W及从过滤物出 口流出的过滤物流动。气体流动开始通过第一流体入口 34和扩散器46，并且废水流动开始 通过第二流体入口36。在一种实施例中，可W经由过滤物出口产生第二流体的流动，从而省 去用于第二流体的单独入口。气体通过第一流体入口34的流动可W但不必需在开始第二流 体流动之前发生。在一种实施例中，第一流体和第二流体的流动同时开始，而在另一种实施 例中，在第一流体的流动开始之前第二流体的流动开始。在引入第一和第二流体时，过滤介 质的滤床膨胀并且在容器20内沿逆流流动的方向运动，如图2a中流动箭头所示。在图2a中， 邻近引流管的第一端22的过滤介质朝向第二端24沿与过滤期间的废水流动相反的方向运 动。邻近引流管的第二端24的过滤介质16沿引流管的外侧朝向引流管的第一端22运动，从 而部分或完全滚动滤床。
[003引运动通过引流管的过滤介质混合，从而释放存驻在过滤介质上的油和悬浮固体中 的一部分。离开引流管的过滤介质可W在擦洗区进一步混合，从而从过滤介质释放额外的 油和悬浮固体。经由图化中的污染物出口 50从容器20中汲出油和悬浮固体。也经由污染物 出口 50从容器20中去除气体。
[0039] 在反冲洗期间第一流体和第二流体可W连续地流动。可替换地，第一和第二流体 中的一者或两者的流动可W是间歇的。在一种实施例中，空气连续流动通过引流管，而水被 脉冲输送到周边区内。脉冲流动可W是周期性的，其中流动W预选间隔在断和通之间规律 地循环。流体流动的时间段可W但不必要与流体流动中断的时间段相同。例如，流体流动的 时间段可W长于或短于流体流动中断的时间段。在一种实施例中，流体流动的时间段基本 等于流体流动中断的时间段。
[0040] 在另一实施例中，在反冲洗期间，第一流体可W被间歇地供应到引流管，而第二流 体被连续地供应。第二液体在第一时间段内沿与通过容器的液体流动相反的方向流向过滤 容器并且进入核桃壳过滤介质，并且第一液体在第二时间段内流动通过引流管内的核桃壳 过滤介质从而从过滤介质中分离出污染物的至少一部分。第一时间段的持续时间可W足W 实现部分滚动或一次或更多次完全滤床滚动。第一流体的流动可W被中断，而第二流体的 流动继续，并且去除污染物。通过过滤物出口的过滤物流动可W被中断，并且可W恢复第一 流体的流动。之后，第一流体的流动可W被中断，而第二流体的流动继续从而再次部分或一 次或更多次地完全滚动滤床。再次，去除污染物的流动，而第二流体的流动继续。第一流体 的流动可W交替连续，直到实现所需水平的反冲洗。为了完成反冲洗循环，第一流体的流动 可W被中断，而第二流体的流动继续，并且从容器去除污染物。当去除污染物时，第二流体 的流动可W被中断，并且废水的前向供给流动可W开始。脉冲反冲洗的组合可W导致在反 冲洗期间部分或一次或更多次完全滤床滚动。在一种实施例中，滤床被滚动大约3次。在另 一实施例中，滤床被滚动大约4次。
[0041] 脉冲反冲洗系统提供了优于常规反冲洗方法的优点，其可W通过省去过滤容器内 部或容器外部的机械设备来减少成本和维护费用。脉冲反冲洗方法还可W更简单地操作， 因为其可W省去常规循环累，该循环累用于从容器去除过滤介质W便再生且之后将再生的 过滤介质返回到容器。通常难W维护常规循环累，因为运些累通常位于地面上方20至25英 尺。一旦完成反冲洗循环则冲刷循环线路还可能是困难的，并可能包括手动去除过滤介质。 此外，省去机械混合器和循环累减少了系统的重量和占地面积。而且，因为反冲洗部件在容 器内部，所W它们可W由廉价材料(例如塑料)形成，因为它们不像常规外部反冲洗部件一 样在压力循环系统中运转。使用更轻的部件还会减少一些应用中的安装成本，例如近海平 台应用中，其中安装成本随着系统重量的增加而显著增加。另一优点在于在许多设施中可 W容易地获得脉冲反冲洗系统中所用的气体或空气，例如从碳氨化合物生产或冶炼设施获 得的生成气体，从而省去了对于将气体供应到脉冲反冲洗系统的压缩机的需要。更显著地， 因为脉冲反冲洗系统可W利用气体和液体，所W其减少了产生的反冲洗液体的量。此外，因 为在反冲洗期间不从容器去除过滤介质，所W其暴露于管道系统和累的可能性被减少，从 而可W使用弹性模量小于常规过滤介质的过滤介质。例如，公知的，黑核桃和英国核桃（胡 桃)壳能够优异地聚结和过滤含油的废水，不过核桃壳过滤器通常填充有更昂贵的黑核桃 壳，因为其具有比英国核桃壳更大的弹性模量并且因而对于在外部反冲洗系统中使用而言 具有更耐久的表面。因为根据一种实施例在内部实现反冲洗，所W可W使用较便宜的英国 核桃壳且不会牺牲效率。
[0042] 一旦确定已经从过滤介质中去除了足量油和悬浮固体并且/或者反冲洗已经进行 了预定时间段，则之后中断第一和第二流体的流动且流向供给入口的废水流动开始，如图 2c所示，且同时过滤介质设置在滤床内。
[0043] 图3是类似于过滤介质设备200的过滤介质设备300的横截面示意性平面图，不同 之处在于过滤介质设备包括位于过滤介质16内的四个引流管18。过滤介质设备300与过滤 介质200的不同之处还在于设备300还可W包括四个第一流体入口（未示出）W用于将第一 流体引导到四个引流管中的每一个。设备300的其他结构特征可W类似于或相同于设备200 并且因而未被示出。W与设备200相同的方式在设备300中执行过滤和反冲洗循环，不同之 处在于流向四个第一流体入口的流动可W被同时开始或中断。如设备200,过滤介质设备 300可W任选地包括在周边区26内的额外第一流体入口和/或第二流体入口 W便辅助滚动 滤床。多个引流管存在于过滤介质中会更均匀地分布离开引流管且进入擦洗区的气体，从 而增加混合擦洗区内的端流从而更有效地从过滤介质中去除油和悬浮固体。如图3所示省 去了中屯、引流管，虽然不是必要的，不过可W导致更简单且更通用的水分布。
[0044] 图4是过滤介质设备400的示意图。过滤介质设备400类似于所述的过滤介质设备， 区别在于设备400的引流管18包括挡板62。当反冲洗管的直径足够大从而具有在引流管内 产生反混的可能性时，挡板可W是有利的。废水和过滤介质在引流管内的反混会不利地影 响过滤介质在引流管内的流动和混合，从而导致在引流管的第一端处的不良抽吸并且会减 小过滤介质滚动效率。挡板可W针对具体目的被定尺寸和成形。图4示出了居中位于引流管 18内的圆筒形挡板62。虽然示出了 4个引流管，不过应该理解可W使用任意数量和构造的引 流管，只要引流管系统提供滚动通过容器的所需介质量即可。
[0045] 在设备400中，例如气体入口的第一流体入口34可W被构造且设置成引导空气通 过整个引流管(其包括由引流管的侧壁和挡板的侧壁界定的外部部分66) W及通过由挡板 62的侧壁界定的引流管的中屯、部分64。外部区域66可W是由圆筒形引流管和圆筒形挡板界 定的环绕的环形区域。W与设备200相同的方式实现设备400内的过滤和反冲洗循环。如设 备200,过滤介质设备400可W任选地包括在周边区26内的额外第一流体入口和/或第二流 体入口 W便辅助滚动滤床。在反冲洗期间，过滤介质流动通过中屯、部分64W及外部区域66， 而周边区内的过滤介质沿逆流方向流动。在前向供给过滤期间，含有污染物的液体流动通 过位于周边区26、外部区域66W及中屯、部分64内的过滤介质。
[0046] 图5是适用于任意过滤介质单元200、300、400的引流管518的基座部分500的一种 实施例的示意立体图。在运种实施例中，引流管518包括在引流管的第一端522内的多条通 路570。切口可W有助于过滤介质从周边区（未示出)流向第一端522并且通过引流管518。通 路可W彼此相同并且围绕引流管的第二端规律地间隔开从而提供在引流管内的均一流动。 通路570可W具有任意尺寸和形状W便允许在引流管内的过滤介质和反冲洗流体的充分流 动从而提供理想的反冲洗循环。
[0047] 图6是废水处理系统600的框图，该系统600包括并行运转的第一过滤介质设备610 和第二过滤介质设备620。过滤介质单元610和620可W包括容器、过滤介质和位于介质内的 引流管。含油和悬浮固体的废水源630经由阀632被流动连接到过滤介质设备610的废水供 给入口。类似地，废水源630经由阀634被流动连接到过滤介质设备620的废水供给入口。废 水源经由阀636被流动连接到设备610的第二流体入口，并且还经由阀638被流动连接到设 备620的第二流体入口。
[004引例如鼓风机的气体源640经由阀646被流动连接到设备610的气体入口。气体源640 还经由阀648被流动连接到设备620的气体入口。
[0049] 当设备610运行于过滤循环中时，阀632打开从而向设备提供废水。因此，阀636、 646关闭从而分别阻止使用废水和气体来反冲洗滤床。类似地，阀642保持关闭从而阻止过 滤期间气体移动废水。
[0050] 设备620可W在设备610运行于过滤循环的全部或部分时间内运行于反冲洗循环。 当设备620运行于反冲洗循环时，阀634闭合从而阻止废水进入设备的供给入口。阀638、648 打开从而将废水和气体提供到反冲洗循环。在图6的系统中，控制器650可W响应计时器所 产生的指示出已经经过预定反冲洗时段的信号并且产生一个或更多个控制信号来导致阀 638、648关闭并导致阀634打开，W便设备620可W运行于过滤条件下。
[0051] 任选地，过滤物源可W流体连接到第一设备的第二流体入口及第二设备的第二流 体入口。在另一实施例中，第二流体可W被连接到第一和第二过滤物出口从而将第二流体 提供到第一设备和第二设备，从而省去单独的第二流体入口。
[0052] 在图6的系统中，控制器650还可W响应来自于系统内的任意特定部位处的传感器 (未示出）的信号。例如，在过滤循环中运行的过滤介质设备610内的传感器可W产生指示出 过滤介质滤床两端的压降已经到达预定值的信号，其中处于该预定值时可能需要对设备 610中的介质进行反冲洗。控制器650可W通过如下方式进行响应:产生一个或更多个控制 信号来关闭阀632并打开阀636、646从而启动反冲洗循环。控制器650之后可W接收信号并 且通过如下方式响应信号:使一个或两个单元610、620交替地工作或者使得其中一个或另 一个单元不工作W进行反冲洗循环。
[0053] 在任一设备610、620的反冲洗循环期间，控制器650可W给阀636、638、646、648发 信号W保持连续打开或者间歇地打开和关闭W便脉冲地进行反冲洗。在每个滤床从反冲洗 循环转换的过程中，控制器650还可W间歇地打开和关闭阀646、648W便将气体脉冲提供给 引流管从而辅助设置滤床。通过引流管的气体脉冲可W揽动滤床，之后滤床重力使得安稳 下来。之后，气体脉冲可W再次被引导通过引流管从而再次揽动滤床，之后滤床重力使得安 稳下来。脉动的滤床设置可W持续预定时段或脉冲，或者直到滤床已经稳定到所需高度，此 时阀646、648可保持闭合同时开始废水源630的前向供给。在使用气体进行的脉动的滤床设 置期间，液体可W但不必须经由阀636、638被脉冲输送到容器中来辅助稳定。可W在将气体 脉冲输送来稳定滤床之间或同时来脉冲输送液体。
[0054] 图8是示出本发明实施例的流程图。在图8中，步骤801包括使得供给液体流向过滤 设备。在步骤801的前向供给过滤期间去除过滤物。当使得供给液体流动时，传感器监控第 一过滤设备中的压力从而确定过滤介质两端的压降是否已经到达预定值，如步骤802所示。 如果压降的值还没有到达预定值，则液体供应继续流过第一过滤设备，如步骤801所示。如 果确定压力读数已经到达或超过预定值，则供给液体向过滤设备的流动被中断，如步骤803 所示。
[0055] 在图8中，在中断供给液体的流动之后，第一流体流动在步骤804沿与供给液体流 动相反的方向被引入到容器内的引流管内。在步骤805,第二流体流动也被引入到周边区 中。在步骤806,做出过滤介质是否已经被充分滚动的确定。运个确定可W是基于步骤804和 805中所经过的整个时间段而做出的。根据步骤806,如果过滤介质已经被充分滚动，则在步 骤807中断第一流体流动。如果过滤介质还没有被充分滚动，则在步骤809中断第二流体流 动。在中断第二流体流动之后，在步骤810再次开始第二流体流动。再次，在步骤811，做出过 滤介质是否已经被充分滚动的确定。如果滤床已经被充分滚动，则在步骤807中断第一流体 流动。如果过滤介质还没有被充分滚动，则在步骤809中断第二流体流动。步骤809-811被重 复直到在步骤811确定过滤介质已经被充分滚动。
[0056] 一旦在确定过滤介质已经被充分滚动之后在步骤807已经中断第一流体流动，贝U 在步骤812从过滤设备中去除污染物。在去除污染物之后，在步骤813中断第二流体流动并 且在步骤814恢复供给液体向过滤设备的流动。在步骤814的前向供给过滤期间再次去除过 滤物。
[0057] 从下述示例中将更加全面地理解本发明的运些和其他实施例的功能和优点。运些 示例实质上是说明性的且不被看做限制了本发明的范围。
[0化引 示例I 进行实验来确定脉冲水的反冲洗的效率。测试设备被构造成具有透明的塑料柱，该柱 具有大约12英寸的直径和大约12英尺的高度。具有大约3英寸直径和大约5英尺高度的引流 管被置于所述柱的中屯、。空气扩散器在引流管的基座处被附连到空气入口。用于输送水的 Ξ个喷嘴围绕柱的周边被等距隔开。每个喷嘴均包括弯头W便将水切向地引入柱内。柱被 填充有66英寸的黑核桃壳W便壳滤床延伸到引流管的高度上方近似6英尺处。
[0059]进行一系列测试来测量反冲洗期间空气和水的流率的效果。通过在周边区内引流 管外侧向下行进的核桃壳的速度来测量反冲洗效率。核桃壳的一部分被喷漆从而在反冲洗 期间实现对运动的视觉确认。最初结果显示了通过脉冲输送水，从核桃壳过滤器产生的反 冲洗量被显著减小且同时没有牺牲反冲洗效率。
[0060] 使用上述设备进行了其他测试，W便比较在保持通过引流管的空气具有恒定流率 的情况下的连续流动反冲洗水和脉冲输送水。在第一测试中，水W大约3GPM(加仑/分钟）的 速率连续流动到周边区内，而在对比测试中，水流被脉冲输送到周边区内，且水脉冲为大约 6GPM持续大约1秒，之后停止流动大约1秒从而实现3GPM的整体流动。在第二测试中，水W大 约4GPM的速率连续流动到周边区内，而在对比测试中，水流被脉冲输送到周边区内，且水脉 冲为大约8GPM持续1秒，之后停止流动大约1秒从而实现大约4GPM的整体流动。结果被显示 在表1中。
[0061] 表1
可W看出，与在产生相同反冲洗量的情况下的3GPM连续流动速率相比，脉冲输送水使 得核桃壳的速度增加了大约百分之十二并且将滚动滤床的时间减少了大约百分之十一。类 似地，与在产生相同反冲洗量的情况下的4GPM连续流动速率相比，脉冲输送水使得核桃壳 的速度增加了大约百分之二十一并且将滚动滤床的时间减少了大约百分之十屯。
[0062] 运些结果显示了在反冲洗期间脉冲输送水是更有效率的，使得反冲洗循环可W在 更短时间段内被实现、产生更少的反冲洗或者实现二者的结合。基于运个数据，可W估算出 脉动反冲洗每平方英尺过滤面积将产生20-30加仑水，相比之下连续流动水每平方英尺过 滤面积将产生大约160加仑水。
[0063] 示例 II 进行测试来确定与单个引流管相比反冲洗具有多个引流管的黑核桃壳过滤器的效率。 在第一测试中，制造了具有4英尺直径的容器具有居中定位的引流管，该引流管具有12英寸 直径。核桃壳的一部分被喷漆W用于识别，并且在容器内的各部位处设置窗口 W便观察核 桃壳的运动。在第二测试中，制造的容器具有4英尺直径，其包括4个引流管，每个引流管均 具有6英寸直径。4个引流管贯穿容器等距分布。针对两个测试，反冲洗水量和气体量是相同 的。
[0064] 视觉观察结果指示出多个引流管设计在滚动滤床方面至少与单个引流管设计等 效，并且在一些情况下甚至更有效率。在不由任意具体理论约束的情况下，存在多个引流管 会更均匀地分布离开引流管且进入擦洗区的空气，从而增加混合擦洗区内的端流W便从过 滤介质中更有效地去除油和悬浮固体。
[00化]示例III 进行试行测试来确定反冲洗具有位于引流管内的挡板的黑核桃壳过滤器的效率。具有 4英尺直径的过滤介质容器装配有由12英寸直径管材制成的引流管。挡板由6英寸直径管材 形成并且居中位于引流管内。在过滤介质容器中安装有透明窗口 W便观察反冲洗效率。试 行测试的视觉观察结果确认了具有挡板的引流管对于4英尺大直径容器提供了适度反冲 洗。
[0066] 示例 IV 进行测试来确定向黑核桃壳介质的滤床交替地输送水和空气脉冲W便在反冲洗循环 之后设置滤床的效率。通常通过向60英寸深的滤床供给沿前向流动的废水从而将核桃壳介 质设置在具有12英寸直径的容器内。核桃壳介质之后在反冲洗循环期间膨胀到66英寸高。 为了对比，通常使用大约5分钟的连续前向流动供给将滤床设置回60英寸。之后，进行前向 流动供给W便测量滤床的效率。
[0067] 核桃壳介质之后再次膨胀到66英寸高，之后废水和空气的交替脉冲或短促爆发在 大约2分钟内沿逆向供给方向被加入核桃壳介质并允许安稳下来。水W大约1.5加仑/分钟 的流率在1秒内脉冲通过滤床，之后，空气在1秒内W短促爆发形式脉冲通过滤床。滤床设置 到53英寸深，其比原始深度小7英寸，从而导致浓缩的滤床在过滤介质中具有较少的孔隙体 积。之后在浓缩滤床上进行前向流动供给W便确定与常规设置滤床相比浓缩滤床的效率。 图7示出了前向供给过滤中出口油总浓度与时间关系的结果。从常规设置滤床的数据计算 线性回归方程，其被标为松散滤床，脉冲设定滤床被标为设置(紧实)滤床。数据 表1I _^
^^ ' 从上表中可W看出，随过滤时间增加 I，在从废水中去除全部游离油方面，脉冲设置滤床I 显著地更有效率，在800分钟时效率增加高达30%。类似地，图表还示出了随着时间增加，脉 冲设置滤床比常规设置滤床去除更多的油。
[0068] 因此，与常规设置滤床相比，脉冲设置滤床允许核桃壳过滤介质在需要进行反冲 洗之前工作更长时间段。延长反冲洗循环之间的时间段还可W减少介质使用寿命期间产生 的反冲洗的总量。压缩滤床还可W导致滤床设计具有更小的滤床深度，从而减少容器尺寸 和重量。
[0069] 在已经描述了本发明的至少一个实施例的多个方面的情况下，可W意识到，本领 域技术人员将容易地想到各种替代方式、变型和改进。运样的替代方式、变型和改进试图是 本公开内容的一部分，并且落入本发明的精神和范围内。因此，前述说明书和附图仅是示 例。
[0070] 本发明不将其应用限制在说明书中所述或附图中所示的部件的构造和设置的细 节。本发明能够包括其他实施例并且能够W各种方式被实施或被实现。而且，运里使用的用 词和术语仅是为了描述的目的并且不应被看做限制。运里使用的"包括"、"包含"或"具有"、 "含有"、"设及"及其变型意味着包括之后列出的项目及其等价物W及额外的项目。关于权 利要求，仅仅用词"由……构成"、"实质上由……构成"是封闭式或半封闭式用词。如运里所 用，术语"多个"设及两个或更多个项目或部件。
【主权项】
1. 一种过滤设备，包括： 容器； 位于所述容器内的核桃壳过滤介质； 位于所述容器内的供给入口； 引流管系统，所述引流管系统位于所述核桃壳过滤介质内，并且被构造且设置成充分 地滚动所述核桃壳过滤介质，其中所述引流管系统包括居中位于所述容器内的引流管并且 形成定位在所述引流管的侧壁和所述容器的侧壁之间的周边区； 气体入口，所述气体入口被定位在所述引流管下方，并且被构造且设置成输送气体，且 在所述引流管中产生所述气体和所述核桃壳过滤介质的至少一部分的上向流和在所述周 边区中产生所述核桃壳过滤介质的至少一部分的下向流； 反冲洗流体入口，所述反冲洗流体入口被定位在所述周边区下方，并且被构造且设置 成向所述周边区输送和产生反冲洗流体的上向流，从而对所述周边区中向下运动的核桃壳 过滤介质反冲洗； 反冲洗出口，所述反冲洗出口被定位在所述容器中且在过滤介质上方，并且被构造且 设置成从所述容器去除反冲洗流体;以及 位于所述过滤介质下方的过滤物出口。2. 根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述气体入口是空气扩散器。3. 根据权利要求2所述的过滤设备，其中在所述容器内的所述过滤介质的体积比所述 引流管系统的容积大至少约三倍。4. 根据权利要求3所述的过滤设备，其中在所述容器内的所述过滤介质的体积比所述 引流管系统的容积大大约四倍。5. 根据权利要求1所述的过滤设备，其中所述引流管系统完全被过滤介质包围。6. 根据权利要求5所述的过滤设备，其中所述引流管包括在第一端和第二端处开口的 一个或更多个侧壁。7. 根据权利要求6所述的过滤设备，其中所述气体入口被构造且设置成向引流管的第 一端输送气体，所述气体入口被定位在过滤介质下方。
【文档编号】B01D24/46GK105833578SQ201610292296
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2009年9月23日
【发明人】C.L.费尔奇, M.豪德谢尔, S.J.蒙森, E.A.洛奇, B.J.孔菲尔, M.佩特森
【申请人】西门子能源公司