暴雨水过滤装置、系统和方法

专利名称：暴雨水过滤装置、系统和方法
技术领域：
本申请总的涉及一种暴雨水过滤装置，具体地涉及一种具有回流功能的模块化暴雨水过滤组件。
背景技术：
暴雨水通常是雨水加上一些颗粒碎片和暴雨水径流携带的溶解物质。在市区，落到建筑物屋顶上的雨水以及在类似车道、马路、跑道和人行道的铺砌区域上收集的雨水通常通过与污水系统分开的管道系统输送。暴雨水是一种弥漫的或非点源污染。可以夹带诸如垃圾、沉积物、有机物、重金属和有机毒素的污染物并将它们输送到接收的天然水体。因此，接收暴雨水的天然水体还接收造成不可挽回的环境危害的污染物。进入这种接收水体的暴雨水污染物的量与邻近区域的都市化程度以及周围活动的性质有关。都市化导致陆地覆盖有例如道路、停车场和屋顶的低渗透/不可渗透结构，这些结构产生大量暴雨水并积聚污染物。因为这些类型的表面不允许降雨渗透，就使积聚的污染物被带入暴雨水排水系统。为了解决由受污染的暴雨水带来的环境问题，已经开发出用于暴雨水的存水器和过滤器。例如，美国专利US 5，322，629描述了一种通过穿过优质叶堆肥(compost)材料的床而竖直过滤来处理暴雨水的方法和设备，其在排放到接收水体之前去除污染物。改进这种过滤系统综合性能的颗粒状堆肥记载在美国专利5，624，576里。包括这种颗粒状堆肥的过滤器的渗透性增加并可持续更长的时间。美国专利6，027, 639记载的过滤装置特征在于引起虹吸的机构。该过滤装置采用密封的上外壳，该上外壳包括位于外壳内的排气止回阀。引起的虹吸作用吸引暴雨水穿过过滤器，直至空气沿着外壳的下周边穿过进气口被吸入，破坏虹吸过程。意图在于由这种虹吸破坏现象弓I起的气流将产生湍流从而清洗过滤器。由于这种过滤筒应用越来越普遍，对具有更长使用年限的过滤筒的需求增加，从而降低需要更换(例如用替换滤筒)或维护(例如通过更换滤筒介质的业务呼叫)滤筒的频率。

发明内容
一方面，暴雨水过滤筒包括具有进水口和过滤水出口的外壳和沿进水口和过滤水出口之间的流动路径设置的过滤介质。泄水空间形成至少一部分流动路径并设置在过滤介质的下游侧和过滤水出口之间。设在泄水空间里的实心壁浮动管具有敞开的下端和敞开的上端，该实心壁浮动管可在禁止或基本上限制位于泄水空间底部的过滤水流到过滤水出口的下降位置和允许过滤水自由流动到过滤水出口的上升位置之间移动。流体容器与泄水空间流体连通并设置在外壳内、过滤介质上方，用于在外壳内水位上升同时实心壁浮动管处于下降位置时收集过滤水。当外壳被填充时，外壳内的水位上升从而使实心壁浮动管运动到上升位置并且在外壳内产生穿过过滤介质抽吸流体的负压。当过滤筒外的水位下降时，空气通过进水口进入外壳使实心壁浮动管下降到下降位置，流体容器内的过滤水穿过过滤介质回流并穿过进水口流出外壳，同时空气通过向上流经实心壁浮动管进入外壳从而增加回流率。在上述方面的一个实施方式中，泄水空间中心定位在外壳内，过滤水出口位于泄水空间底部，泄水空间至少部分由围绕实心壁浮动管并沿至少其下段穿孔的管限定。在上述方面或实施方式的其他实施方式中，穿孔管的上部是未穿孔的。在上述方面或任何一种在前实施方式的其他实施方式中，过滤介质是由以下的一 种或多种形成颗粒状过滤介质、丸状过滤介质、过滤织物或过滤网。在上述方面或任何一种在前实施方式的其他实施方式中，流体容器可包括相关的止回阀，用于在流体容器填充过滤水时从流体容器清除空气。在上述方面或任何一种在前实施方式的其他实施方式中，从流体容器的上部到泄水空间的上部提供至少一个向上延伸的空气流动通道。在上述方面或任何一种在前实施方式的其他实施方式中，偏转结构可在泄水空间内设置于空气流动通道下方。在上述方面或任何一种在前实施方式的其他实施方式中，暴雨水处理系统包括多个过滤筒和容放结构，该容放结构包括进口和至少一个排水歧管，容放结构内的每个过滤筒的出口都连接成将过滤后暴雨水输送到排水歧管。根据另一方面，暴雨水过滤组件包括具有进口和出口的外壳。内部浮动管位于外壳内并且具有同出口相关联的下端，浮动管可在禁止或基本上限制过滤水流到出口的下降位置和允许过滤水流到出口的上升位置之间移动，内部浮动管中具有从其下端到其上端的流动通道。外管位于内部浮动管周围，在两者之间限定出用于接收过滤暴雨水的流动空间。过滤介质位于进口和外管之间，暴雨水在过滤操作期间流经过滤介质，内部浮动管向上延伸到过滤介质高度上方，并且外管向上延伸到过滤介质高度上方。流体容器位于过滤介质上方，用于当外壳内水位上升同时内部浮动管位于下降位置时收集过滤暴雨水。在暴雨水过滤期间，外壳内的水位上升从而使内部浮动管运动到上升位置并且在外壳内产生穿过过滤介质抽吸流体的负压。当过滤筒外的水位下降时，空气进入外壳，破坏减压状态，并使内部浮动管下降到下降位置，流体容器内的过滤水穿过过滤介质回流并流出外壳，同时空气通过沿着流动通道向上流经内部浮动管进入外壳从而增加回流率。根据又一个方面，过滤暴雨水从而去除污染物的方法包括使暴雨水流入过滤单元；当过滤单元填充暴雨水时从过滤外壳清除空气；在该单元内部将浮动管设在禁止过滤暴雨水经过过滤单元的出口流出的下降位置；用过滤暴雨水填充过滤单元的上部流体容器；将浮动管移到允许过滤暴雨水流出出口的上升位置并形成穿过过滤单元抽吸暴雨水的减压状态；当过滤外壳周围的水位下降时空气进入过滤单元，破坏减压状态并使浮动管退回到下降位置；和流体容器内的过滤水穿过过滤单元回流，同时空气通过向上经过浮动管进入过滤单元从而增加回流率。


图I是过滤组件装备的部分透视图；图2是替换的过滤组件装备的部分透视图；图3是具有实心壁可浮动中心管的过滤装置实施例的部分横截面，该管在填充和反冲期间处于下降位置；图4是图3所示实施例的部分横截面，该管在流过过滤组件的过滤期间处于上升位置；图5是用于流体容器的气流配置的一个实施例的部分横截面；和 图6是用于流体容器的气流配置的另一个实施例的部分横截面。
具体实施例方式参考图I，显示出过滤组件12的歧管10。过滤组件12通常装在图I中以虚线形式表示的容放结构14内，举例来说该容放结构可以是混凝土地窖或总体适合于接收来自暴雨水排水管道、停车场、街道或其它不可渗透和/或半不可渗透表面的暴雨水径流(例如通过进口 11)的其它地下贮罐结构。容放结构14可包括前池13，该前池包括便于颗粒和碎片从暴雨水中沉淀的暴雨水沉淀池。然而，在过滤组件12提升到容放结构底板16上方的实施方式中，容放结构14可不需要沉淀池。取消沉淀池将允许通过扩展水处理区域在具有相同尺寸占地面积的容放结构14内放置额外的过滤组件12。给定的容放结构14可包括单独的过滤组件12，但是更典型地包括两个或多个过滤组件。每个过滤组件12的内部泄水空间与嵌埋到容放结构14里的一个或多个排水歧管18流体连通，如图I所示。然而，在某些实施例中，排水歧管或流动管不能嵌埋到混凝土或容放结构里。排水歧管18可通向与公用排水管连通的槽(例如带盖或不带盖的槽)。流出容放结构14的净化暴雨水通过出口 15排放到接收水体或输送到另外的处理装置进行进一步净化。在根据图2的替换布置中，过滤组件可提升到容放结构14'底面上方。多个管托结构17支撑相应的排水歧管/输送管18，并且每个过滤器都可设在相应的管托元件17上方(例如根据美国专利7，638，066)。过滤组件12用来引导暴雨水穿过过滤介质，并且促进暴雨水的有效过滤。参考图3和4的实施例，过滤组件12基本上通过由机罩20和底座30形成的外壳密封。机罩可选择地包括多个空隙(未示出)以增强过滤介质的可调节表面清洗。这些空隙可以水平排列的阵列设置在机罩材料内，例如高于但靠近机罩20的下边缘22。机罩20通过帽24附接于过滤组件12，或者机罩以其他方式附接于过滤组件，该帽24与内部穿孔管26的向上延伸端螺纹啮合，该穿孔管沿机罩20的竖直中心轴线延伸。帽24和机罩20之间的连接例如可以通过使用合适的密封材料(例如氯丁橡胶)形成的机罩垫圈21密封。帽24可进一步包括空气阀23 (例如单向止回阀)，允许空气在暴雨期间逸出过滤组件12而在过滤单元被淹没时防止水通过该阀流入。在某些实施例中，可以省略阀23，空气仅仅通过向下流经如下所述的管44从过滤器清除。过滤组件12的部件通过由防水材料(优选塑料)制成的底座30 (例如在图示过滤组件的情况下具有中心开口 31的圆形底座)支撑。底座30安放在连接器32上方，该连接器32用作过滤组件12与排水歧管18或管托17之间的连接点。连接器32与内部泄水空间34流体连通，该泄水空间又与过滤介质36 (例如颗粒状或丸状过滤介质)流体连通。过滤介质36放置在内管26和外部网和/或过滤织物28之间的环形空间35内并从底座30向上延伸到密封的环形板状元件31处。此外提供外部网支撑环40。穿孔管26的内部是可移动的、处于中心的实心壁排水管44，其顶部带有浮子47。限定在排水管44和穿孔管26之间的环形容积45形成一流体路径，流体可沿该路径往返于过滤水容器或反冲容器48，该容器48位于过滤介质36上方且与过滤介质分离。过滤组件12总体依靠液压压力来最初地促使水穿过过滤介质36，因此该过滤组件在正常工作期间至少部分地浸在暴雨水中。正如由描绘了示例性初始流入的、图3左侧中箭头60、62和64所示，暴雨水从机罩20下方进入过滤组件12，穿过外部网28和过滤介质36径向向内渗透，进入位于排水管44和穿孔管26之间的容积45内。在初始流动期间，当水渗出过滤介质36并与过滤介质36接触时进行过滤，但是通过管44的下端与连接件32之间的接合禁止流出滤筒，如图所示。一旦进入容积45内，过滤暴雨水就竖直向上行进然后流入位于过滤介质36上方的容器48。随着容器48被填充且空间45内的水位同样向上朝向浮子47的位置上升时，浮子最终使管44突然向上冲入图4所示位置。管44优选定位和配置成使得在水上升到足够高从而向下流入管44的顶孔70之前该中心管发生这种浮动动作，但是可以预期到这样的变形，其中在管44向上运动之前出现一些沿该管44的向下流动。一旦管44向上移动，穿过介质的连续流80就进入空间45并向下行进到滤筒的排出口(根据箭头82)。然后下落的 水引起减压状态，该减压状态吸引水穿过过滤介质36。当继续过滤且水经过滤筒时，流体容器48保持充满或基本充满过滤水。当暴雨开始平息且外壳外的水位开始下降时，外壳内的水位不受影响并且保持包括容器48的外壳内的不变的水柱，减压状态或虹吸作用继续抽吸暴雨水穿过过滤组件12。当机罩20外部的水面高度降至足够低以至于空气能够进入外壳(例如低于机罩下边缘22的高度)时，机罩20外部和内部之间的压差会使外部空气吸入机罩下方，以便平衡压力。当空气流入外壳时,空气将移到位于浮动管上端周围的空间45上部中。一旦外壳内存在的空气足够允许浮动管退回到下降位置，则减压状态或虹吸作用被完全破坏。积聚在容器48内的过滤暴雨水开始穿过过滤组件12往回流动。具体的，根据图3右侧流动箭头90、92和94所示，过滤暴雨水从容器48开始、竖直向下经过位于排水管44和穿孔管26之间的路径、穿过过滤介质36并在机罩20下方径向向外流动。过滤暴雨水的这种反冲可用来释放和去除捕获在过滤介质36中的颗粒，因此增加过滤介质的使用寿命。因而管44内的通道允许空气从排水歧管18进入滤筒，增加水离开过滤器的回流率。在一个实施例中，管26的上部98 (图3)可被制成没有孔，从而将空气在机罩边缘下方流入机罩的流入集中在空间45内。现在参考图5的局部视图，在一个实施例中，中心管26、机罩20或两者都包括一个或多个指向上方的、从容器48到泄水空间34上端的空气流动通道100。当容器自下方填充过滤水(例如在滤筒填充工作期间)时，这些通道100将允许气流按照图5左侧的流动箭头102流出容器48。相反地，当过滤水在容器下部流出容器并穿过过滤器回流时，通道100将允许穿过管44向上流动的空气进入容器48的上部，如图5右侧箭头104所示。此外，通道100可在其下边缘构造有偏转部分106，使得在泄水空间34内向上运动的气泡(例如由于机罩外部的低水位，空气进入过滤器外壳并经过过滤介质时)易于从通道100被推出。通过这种方式，大量进入的空气将集中到浮子47周围的邻近区域内，而不是进入容器48，使浮动管很快下降并提供更大量水用于反冲。参考图6，在另一个实施例中，容器48本身可以包括相关的单向排气阀110，该阀允许空气在容器填充期间从容器清除，如图6左侧所示。在反冲工作过程中，当过滤水流出容器48下部时，单向空气阀112允许空气从泄水空间流到容器48的上部，如图6右侧所示。其他气流变化形式也是可能的。容器48的尺寸是可选择的以便提供预定体积的暴雨水反冲。在一个实施例中，容器48的尺寸是利用标准件尺寸设置的。举例来说，在非反冲过滤筒(例如美国专利6，027，639或？(^专利公开冊/2008/140919中所描述的过滤筒)是以两个不同标准尺寸(例如18英寸高的尺寸和27英寸高的尺寸)来提供的情况下，改进的反冲滤筒可以这样 获得，利用来自标准27英寸高的滤筒的机罩20和穿孔管26结合标准18英寸高的滤筒的过滤介质网和空间，外加板31和浮动的实心壁中心管44。这种实施方式提供了具有减少新部件要求的用于三种不同过滤筒(即标准18英寸、标准27英寸和27英寸反冲)的制造方法。特别是，为了制造18英寸标准滤筒，使用用于18英寸的机罩、管和过滤介质网，为了制造27英寸标准滤筒，使用用于27英寸的机罩、管和过滤介质网，为了制造27英寸反冲滤筒，使用用于27英寸的机罩和管，结合用于18英寸的过滤介质网。虽然以上主要结合水从下边缘下方进入然后通过环形介质空间径向流动的外壳描述了过滤器，但是变形也是可能的。例如水通过滤筒底部进入的过滤器是可能的。另外，各种类型的过滤介质可设在滤筒内，例如织物型过滤器、滤网、基于介质的过滤器及其组合，以及结构变化，例如带有各种流动型式的螺旋缠绕式过滤器。可以清楚理解的是，上述描述仅仅是作为图示和实施例的而未意欲进行限制，并且改变和变形是可能的。因此，其他实施例是可预期的并且在不脱离目前所包括或者此后附加的任一权利要求表示的、本申请的范围的情况下可以进行变化和改变。
权利要求
1.一种用于从暴雨水去除污染物的过滤筒，包括 外壳，具有进水口和过滤水出口； 过滤介质，沿进水口和过滤水出口之间的流动路径设置； 泄水空间，形成至少一部分流动路径并设置在过滤介质下游侧和过滤水出口之间；实心壁浮动管，设在泄水空间内并且具有敞开的下端和敞开的上端，该实心壁浮动管可在禁止或基本上限制位于泄水空间底部的过滤水流到过滤水出口的下降位置和允许过滤水自由流到过滤水出口的上升位置之间移动； 流体容器，与泄水空间流体连通并设置在外壳内、过滤介质上方，用于在外壳内水位上升同时实心壁浮动管处于下降位置时收集过滤水； 其中，当外壳被填充时，外壳内的水位上升从而使实心壁浮动管运动到上升位置并且 能在外壳内产生穿过过滤介质抽吸流体的负压； 其中，当过滤筒外的水位下降时，空气经由进水口进入外壳，并使实心壁浮动管下降到下降位置,流体容器内的过滤水穿过过滤介质回流并穿过进水口流出外壳，同时空气通过向上经过实心壁浮动管进入外壳从而增加回流率。
2.根据权利要求I所述的过滤筒,其特征在于,该泄水空间中心定位在外壳内，过滤水出口位于该泄水空间底部，并且该泄水空间至少部分由围绕实心壁浮动管并沿至少其下段穿孔的穿孔管限定。
3.根据权利要求2所述的过滤筒，其特征在于，该穿孔管的上部未穿孔。
4.根据权利要求I所述的过滤筒，其特征在于，过滤介质包括以下中一种或多种颗粒状过滤介质、丸状过滤介质、过滤织物或滤网。
5.根据权利要求I所述的过滤筒，其特征在于，该流体容器包括相关的止回阀，用于在流体容器填充过滤水时从该流体容器清除空气。
6.根据权利要求I所述的过滤筒，其特征在于，从流体容器的上部到泄水空间的上部提供至少一个向上延伸的空气流动通道。
7.根据权利要求6所述的过滤筒，其特征在于，偏转结构在泄水空间内设在空气流动通道下方。
8.一种包括多个如权利要求I所述的过滤筒的暴雨水处理系统,该暴雨水处理系统包括 包括进口和至少一个排水歧管的容放结构，每个过滤筒位于该容放结构中并且每个过滤组件使其过滤水出口连接成将过滤暴雨水输送到排水歧管。
9.一种暴雨水过滤组件，包括 包括进口和出口的外壳； 位于外壳内部并且具有与出口相关联的下端的内部浮动管，该内部浮动管可在禁止或基本上抑制过滤水流到出口的下降位置和允许过滤水流到出口的上升位置之间移动，该内部浮动管中具有从其下端到其上端的流动通道； 设在该内部浮动管周围的外管，在内部浮动管和该外管之间限定出用于接收过滤暴雨水的流动空间； 位于进口和外管之间的过滤介质,暴雨水在过滤操作期间流经该过滤介质,该内部浮动管向上延伸到过滤介质高度上方，并且外管向上延伸到过滤介质高度上方；位于过滤介质上方的流体容器，用于当外壳内水位上升同时内部浮动管位于下降位置时收集过滤暴雨水； 其中，在暴雨水过滤期间，外壳内的水位上升从而使内部浮动管运动到上升位置并且在外壳内产生负压，该负压抽吸流体穿过过滤介质； 其中，当过滤筒外的水位下降时，空气进入外壳，破坏减压状态并且使内部浮动管下降到下降位置，流体容器内的过滤水穿过过滤介质回流并流出外壳，同时空气通过沿该流动通道向上经过该内部浮动管进入外壳从而增加回流率。
10.根据权利要求9所述的过滤组件，其特征在于，内部浮动管和外管中心定位在外壳内，过滤水出口位于外壳底部，外管沿至少其下段包括多个开口。
11.根据权利要求10所述的过滤组件，其特征在于，该外管的上部未穿孔。
12.根据权利要求9所述的过滤组件，其特征在于，过滤介质包括以下中的一种或多种颗粒状过滤介质、丸状过滤介质、过滤织物或滤网。
13.根据权利要求9所述的过滤组件，其特征在于，该流体容器包括相关的止回阀，在流体容器填充过滤水时用来从该流体容器清除空气。
14.根据权利要求9所述的过滤组件，其特征在于，从流体容器的上部到流动空间的上部提供至少一个向上延伸的空气流动通道。
15.根据权利要求14所述的过滤组件，其特征在于，偏转结构设在流动空间内空气流动通道下方。
16.一种包括多个如权利要求9所述的过滤组件的暴雨水处理系统，该暴雨水处理系统包括 包括进口和至少一个排水歧管的容放结构，每个过滤组件位于该容放结构中并且每个过滤组件使得其出口连接成将过滤暴雨水输送到排水歧管。
17.一种过滤暴雨水以去除污染物的方法，包括 使暴雨水流入过滤单元； 当过滤单元填充暴雨水时从过滤外壳清除空气； 在该过滤单元内部将浮动管设在禁止过滤暴雨水穿过过滤单元出口流出的下降位置； 用过滤暴雨水填充过滤单元的上部流体容器； 将浮动管移到允许过滤暴雨水流出出口的上升位置，并形成穿过过滤单元抽吸暴雨水的减压状态； 当过滤外壳周围的水位下降时 空气进入过滤单元，破坏减压状态并使浮动管退回到下降位置；和 流体容器内的过滤水穿过过滤单元回流，同时空气通过向上经过浮动管进入过滤单元从而增加回流率。
全文摘要
暴雨水过滤筒包括具有进口和过滤出口的外壳和沿两者间的流动路径设置的过滤介质。泄水空间形成至少一部分流动路径并设置在过滤介质的下游侧和过滤水出口之间。设在泄水空间里的浮动管具有敞开的下端和敞开的上端，该浮动管可在禁止位于泄水空间底部的过滤水流到滤水出口的下降位置和允许过滤水自由流动到过滤水出口的上升位置之间移动。流体容器与泄水空间流体连通并设置在外壳内、过滤介质上方，用于在外壳内水位上升同时浮动管处于下降位置时收集过滤水。
文档编号B01D35/02GK102762272SQ201080040061
公开日2012年10月31日 申请日期2010年9月7日 优先权日2009年9月9日
发明者D·P·科布 申请人:康泰工程解决方案有限责任公司