DE60006528T2

DE60006528T2 - Filterunterdrainagesystem

Info

Publication number: DE60006528T2
Application number: DE60006528T
Authority: DE
Inventors: Philip Calgary Hambley; David Calgary Hambley; Cole Carothers; Govert Ii Bassett
Original assignee: Newtech Filter Systems Inc
Current assignee: Newtech Filter Systems Inc
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-05-02
Also published as: ATE253966T1; EP1185348B1; WO2001010531A1; BR0010175A; AU781527B2; AU4387500A; US7410578B2; US20050133434A1; MXPA01011035A; DE60006528D1; EP1185348A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Unterdrainagegeräte, die dazu vorgesehen sind, den Rückwaschwasserstrom zu einem Filterbett zu verbessern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der traditionelle Schnellsandfilter war eine zuverlässige Leistungsvorrichtung bei der Aufbereitung von Trinkwasser und die Mechaniken des Betriebs und der Leistung eines derartigen Filters blieben über die Jahre weitgehend unverändert. Der Filter ist eine Siebvorrichtung, die ein Unterdrainage-Sammelsystem am Boden umfaßt, das ausgestattet ist mit schlitzförmigen Sieben oder ähnlichem und die eine Schicht aus Filtersand hält. Oberhalb der Schicht aus Sand befindet sich eine Schicht (oder Schichten) aus Steinkohlemittel, das grober ist. Ein Waschwassertrog ist oberhalb der Filtermittelschichten angeordnet und wird dazu verwendet, um ungefiltertes Wasser in den Filter zu fördern, wie aber auch um Rückwasch- bzw. rücklaufendes Spülwasser zu einem Abwasserauslaß zu kanalisieren. Ein Rückwaschzyklus ist erforderlich, wenn das Filtermittel einen wesentlichen Druckverlust während des Betriebs zeigt, was manchmal mehrere Male an einem Tag auftritt, aufgrund des Aufbaus bzw. der Ansammlung von Partikeln in dem Filter. Ein Rückwaschen fluidiziert bzw. verwirbelt das Filtermittel, spült die Partikel aus den Zwischenhohlräumen heraus und filtert die Filtermittelschichten.
Ein Problem im Zusammenhang mit dem Rückwaschen ist die nicht gleichförmige oder ungleiche Wasserverteilung, die auftritt aufgrund der Trägheit des Wassers, das abgegeben wird von dem perforierten Sammler oder Kanal. Wasser, das über einer Öffnung eine hohe Geschwindigkeit hat, wird über die Öffnung nicht so leicht abgeführt, als wenn es mit niedrigerer Geschwindigkeit strömt. Eine Rückwaschabgabe von der Unterdrainage wird am größten in denjenigen Abschnitten der Unterdrainage sein, die am weitesten von dem Einlaß für das Rückwaschwasser entfernt sind. Derartige ungleiche Strömungen bewirken eine unerwünschte Kanalbildung in dem Filtermittel, was die Effizienz des Rückwaschbetriebs reduziert und zu Problemen beim Filtern führt.
Ein weiteres Problem bei vielen Arten von Filtern ist das Erfordernis nach einer Trägerschicht aus Kies bzw. Grobsand, unmittelbar oberhalb der Unterdrainage, auf der die Sandschicht ruht. Dieses Erfordernis führt zu einem tieferen Gesamtbett und erhöhten Materialerfordernissen für die Filterinstallation. Die Notwendigkeit nach einer Trägerschicht aus Kies bzw. Grobsand schränkt auch die verfügbare Tiefe für die Sand- und Kohleschichten ein, was die Filtriereffektivität reduziert.
Die oben angegebenen Probleme sind in verschiedenen Patenten diskutiert. Derartige Patente nach dem Stand der Technik beinhalten US-Patent 3,956,134 (Sturgill) vom Mai 1976 mit dem Titel UNDERDRAIN FOR WATER FILTRATION SYSTEM; US-Patent 4,214,992 (Sasano et al) vom August 1978 mit dem Titel WATER COLLECTING AND DISTRIBUTING APPARATUS DISPOSED IN A LOWER PORTION OF HIGH SPEED FILTER BASIN; US-Patent 4,331,542 (Emrie) vom August 1980 mit dem Titel UNDERDRAIN UNIT WITH AIR/WATER BACKWASH FOR GRANULAR FILTRATION SYSTEM; US-Patent 4,923,606 (Gresh et al) vom Februar 1988 mit dem Titel PLASTIC JACKETED FILTER UNDERDRAIN BLOCK; US-Patent 4,995,990 (Weston) vom April 1989 mit dem Titel AIR AND WATER DISTRIBUTION CONDUIT; US-Patent 5,068,034 (Walter) vom Mai 1990 mit dem Titel PURIFICATION UNDERDRAIN WITH MEANS COMPENSATE FOR FLOW AND PRESSURE DIFFERENCES BETWEEN LATERALS; US-Patent 5,160,614 (Brown) vom Februar 1992 mit dem Titel AIR DUCT BLOCK FOR AIR/WATER UNDERDRAIN SYSTEMS IN GRAVITY FILTERS; US-Patent 5,149,427 (Brown et al) vom September 1992 mit dem Titel CAP FOR UNDERDRAINS IN GRAVITY FILTERS; US-Patent 5,413,710 (Roberts et al) vom Mai 1995 mit dem Titel LATERAL UNDERDRAIN; und US-Patent 5,462,664 (Neuspiel) vom Oktober 1995 mit dem Titel FILTER UNDERDRAIN MODULE AND UNDERDRAIN SYSTEM.
Der oben angegebene Stand der Technik leidet an anderen Problemen, wobei diese Probleme beinhalten, daß die offenbarten Vorrichtungen nicht leicht anpaßbar sind beim Nachrüsten an schon existierende Filterinstallationen, daß die Vorrichtungen einem Verstopfen mit Grobsand unterliegen, der hereingespült wird während des Rückwaschzyklus und daher weniger resistent sind gegenüber einem strukturellen Fehlverhalten während des großen nach oben gerichteten hyraulischen Schubs, der während des Rückwaschens erzeugt wird; daß die Vorrichtungen teuer im Einkauf und schwer und mit hohen Kosten bzgl. der Installation verbunden sind, wobei einige langwierige Eingießvorgänge erforderlich machen oder aufwendige und teure Zwischenbodenstrukturen; daß viele der Vorrichtungen aus Ziegeln bzw. Formkörpern oder porösen Formkörpern oder ähnlichem hergestellt und daher zerbrechlich sind und während der Installation einem Brechen unterliegen können, während ein ungeeigneter Korrosionswiderstand ebenfalls vorliegt, und daß einige Vorrichtungen eine Trägerschicht aus Kies bzw. Grobsand erfordern.
Unser früheres US-Patent 5,019,259 (Hambley) vom 28. Mai 1991, mit dem Titel FILTER UNDERDRAIN APPARATUS WITH PARTITIONED DISTRIBUTOR CONDUITS, dessen Inhalt hier unter Bezugnahme beinhaltet ist, lehrt ein Unterdrainagefiltergerät, das eine Stahlrinne oder eine Brücke bzw. einen Bogen beinhaltet, die mehrere horizontale Verteilerleitungen bilden. Die Leitungen stehen nebeneinander in seitlich beabstandeter Beziehung und sind derart aufgebaut, daß sie abwechselnd Leitungen und Tröge einer Filterunterdrainage definieren. Dieses Gerät arbeitet gut mit oder ohne Trägerkies und reduziert die Fehlverteilung von Rückwaschwasser durch Veränderung des Durchmessers der Wassereinlaß-/Auslaßöffnungen, die entlang der Länge der Wasserleitungen angeordnet sind. Während dieses Gerät wirkungsvoll ist, um vielen Problemen des Standes der Technik beizukommen, mußte der effektive Durchmesser jeder individuellen Einlaß-/Auslaßöffnung in der Rinne oder der Brücke bzw. dem Bogen berechnet werden und es waren beaufsichtigte Werkzeugwechsel erforderlich während des Herstellungsprozesses, um die Änderungen der Öffnungsgröße entlang der Rinne aufzunehmen.
US-A-5865999 offenbart ein Unterdrainagegerät zur Verwendung in einem Flüssigkeitfiltriersystem, umfassend zwei Paare länglicher Abdeckplatten, die an den geneigten Wänden des Hauptkörpers angebracht sind. Die Platten sind über Ausnehmungen in den Wänden angebracht, um in jeder Wand ein Paar längsverlaufender Kammern für den Ausgleich von Rückwaschluft und Wasserstrom zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist ein Unterdrainagegerät für Wasserbehandlungseinrichtungen vorgesehen, umfassend ein Abdeckelement, ein Öffnungselement für Wasser, das eine obere Oberfläche hat und ein Bodenelement, das eine innere Oberfläche hat, wobei das zusammengebaute Gerät einen ersten Luftdurchgangskanal hat, der zwischen der Abdeckung und der oberen Oberfläche des Öffnungselements für Wasser begrenzt ist, einen ersten Wasserdurchgangskanal, der von der inneren Oberfläche des Bodenelements und dem Öffnungselement für Wasser begrenzt ist und sekundäre Wasseröffnungen in dem Öffnungselement für Wasser, um den Auslaß von Wasser aus dem ersten Wasserdurchgangskanal zu erlauben.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Zuhilfenahme der Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A eine explosionsartige, diagrammartige, isometrische Ansicht des erfindungsgemäßen Unterdrainagegerätes ist;
1B eine diagrammartige, isometrische Ansicht ähnlich der der 1A ist, wobei jedoch die Komponenten des Unterdrainagegerätes in ihrem zusammengebauten Zustand dargestellt sind;
1C eine diagrammartige Endansicht des zusammengebauten Unterdrainagegerätes der 1B ist; und
1D eine teilweise diagrammartige, isometrische Ansicht eines Unterdrainage-Testgeräts ist, welche die angebrachte Endwand an einem Ende zeigt, jedoch mit einem am Ende montierten Wassereinlaß für den Wasserdurchgangskanal.
BESCHREIBUNG DES SPEZIELLEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Das Filtermittelbett einer Unterdrainage wirkt als Filtermittel, um Trinkwasser zu erhalten. Eine Filtrierung tritt auf, wenn ein Brauchwasserpartikel größer ist als die Poren zwischen zwei angrenzenden Filtergranulaten, wodurch ein Durchgang des Partikels durch das Bett verhindert wird. Wenn Brauchwasserpartikel nahe genug an der Oberfläche eines Filtermittelgranulats entlang gelangen, so kann in ähnlicher Weise das Partikel auf dem Granulat adsorbiert werden.
Läuft das Filtrieren weiter, so werden mehr und mehr Räume oder Poren zwischen Filtergranulaten verstopft. Wenn sich die Poren verstopfen, so erhöhen sich die Strömungsraten bzw. mengen durch andere Poren, um die eingestellte Strömungsrate des Bettes aufrechtzuerhalten. Partikel, die zuvor in den letzteren Poren adsorbiert wurden, werden dann höheren Strömungsraten unterworfen, welche zu einem Abstrippen bzw. Zerlegen der Partikel führen können. Die Anzahl an Partikeln, die aus dem Filterbett austreten, kann daher tatsächlich die Anzahl an in das Bett gelangenden Partikeln überschreiten. Um dies zu verhindern, wird ein Rückwaschvorgang durchgeführt. Um das Rückwaschen durchzuführen, wird Brauchwasser durch einen Umkehrstrom nach oben durch das Bett gepumpt. Dies fluidiziert bzw. wirbelt das Filtermittel auf und spült die verlagerten Partikel von den Zwischenhohlräumen heraus. Das Rückwaschwasser wird abgeführt und das Filtermittel wird dann relativ rein, um dabei den Beginn eines wirkungsvolleren Filtervorgangs einzuleiten.
Ein wesentliches Problem in Verbindung mit dem Rückwaschbetrieb ist die nicht gleichförmige oder ungleiche Verteilung von Rückwaschwasser, die auftritt aufgrund der Trägheit des durch die perforierte Sammelvorrichtung oder den Kanal gelangenden Wassers. Wasser, das mit relativ hoher Geschwindigkeit an individuellen Öffnungen in einer Unterdrainage vorbeigelangt, wird von der Öffnung nicht so leicht abgeführt, als wie wenn es bei relativ niedriger Geschwindigkeit strömt. Folglich wird ein Rückwaschstrom durch die Filterunterdrainage in denjenigen Abschnitten der Unterdrainage größer sein, die am weitesten entfernt sind von dem Einlaß für das Rückwaschwasser. Über eine gewisse Zeit kann dies eine beachtliche Zerstörung des Filterbetts aufgrund der zuvor erwähnten "Kanalbildung" bewirken mit damit in Zusammenhang stehender Minderung der Filterleistung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dargestellt unter Bezugnahme auf die 1A–1C, in denen ein Unterdrainagegerät allgemein mit 800 dargestellt ist. Das Unterdrainagegerät umfaßt drei (3) Haupt- und separate Komponenten, nämlich Abdeckelement 801, Öffnungselement 802 für Wasser und Bodenelement 803. Das Abdeckelement 801, das Öffnungselement 802 für Wasser und das Bodenelement 803 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt; Stärke 20 rostfrei im Fall des Abdeckelements 801, Stärke 18 für das Öffnungselement 802 für Wasser und Stärke 16 rostfrei für das Bodenelement 803.
Das Abdeckelement 801 trägt Luftauslaßschlitze 804, die Luft in das Filtermittel lassen, um die hier zuvor beschriebene vorteilhafte Reinigungswirkung zu unterstützen. Die Abdeckung 801 trägt des weiteren die Wasserauslaßschlitze 810, aus denen das sich durch den Wasserdurchgangskanal bewegende Wasser abgegeben wird in das Filtermittel, wie dies hier im folgenden beschrieben wird. Die Wasserauslaßschlitze 810 sind in 1A derart dargestellt, daß sie in drei parallelen Reihen verlaufen und von gleicher Größe sind. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Schlitze 810 in jeder gewünschten Ausgestaltung hergestellt werden können, wie dies erforderlich sein kann für die speziellen Bedingungen, unter denen das Unterdrainagegerät 800 für den Betrieb vorgesehen ist. Es ist erkennbar, daß die Luft- und Wasserauslaßschlitze 804, 810 gebildet werden, indem sie von der Ebene des Abdeckelements 801 nach außen gestanzt werden. Daher erlauben es die Schlitze 804, 810 der Luft und dem Wasser, seitwärts an beiden Seiten der Länge der Schlitze 804, 810 auszutreten. Die Breite der Luft- und Wasseröffnungen 804, 810 kann eingestellt werden, um mehr oder weniger Luft oder Wasser freizugeben, wie dies bei der speziellen Betriebsumgebung wünschenswert sein kann. Eine derartige Ausgestaltung für die Schlitze 804, 810 unterstützt das Verhindern der Migration von Filtermittel durch die Schlitze 804, 810.
Das Unterdrainagegerät 800 ist in seinem zusammengebauten Zustand in 1B gezeigt, wobei die primäre Luftöffnung 811 im Abdeckelement 801 gezeigt ist und die sekundären Luftöffnungen 804 wie beschrieben aus der Abdeckung 801 ausgestanzt sind. 1C zeigt die Durchgangskanäle deutlicher, nämlich den während des Zusammenbaus ausgebildeten Luftdurchgangskanal 812 und den Wasserdurchgangskanal 813. Die Wasserauslaßöffnungen 820 (siehe auch 1A) führen durch das Öffnungselement 802 für Wasser. Das Wasser tritt dann aus den Wasserauslaßschlitzen 801 in das Filtermittel aus. Wasser gelangt in den Wasserdurchgangskanal 813 durch ein Loch 806 im Bodenelement 803 und das Loch 806 kann für verschiedene Betriebsumgebungen jeweils gewünschte Größe aufweisen.
1D stellt ein Unterdrainage-Testgerät 800 dar mit der Endplatte 821 im zusammengebauten Zustand und mit dem Wassereinlaß 822, der in der Endplatte 821 eher gezeigt, als in dem Bodenelement 803 der 1A. Der Wassereinlaß 822 fördert Wasser zu dem Wasserdurchgangskanal 813. Das Testgerät wird dazu verwendet, die Dichtigkeit der zusammengebauten Unterdrainage 800 zu testen.
Bezugnehmend auf 1D ist erkennbar, daß es in dem Öffnungselement 802 für Wasser einen flachen oder Übergangsbereich 823 gibt. Dieser flache oder Übergangsbereich 823 ist dazu vorgesehen, zu der Ausgestaltung der inneren Oberfläche des Abdeckelements 801 über dem Übergangsbereich 823 zu passen, so daß der Übergangsbereich 823 der Öffnungsplatte 802 für Wasser geschweißt werden kann, vorzugsweise punktgeschweißt, an das Abdeckelement 801 und eine gute Abdichtintegrität über dem Befestigungsbereich 823 liefern kann.
Im Betrieb werden das Abdeckelement 801, das Öffnungselement 802 für Wasser und das Bodenelement 803 alle vor dem Zusammenbau ausgebildet, wie dies in 1A erkennbar ist. Die Abdeckung 801 und die Öffnungsplatte 802 für Wasser werden entlang des flachen oder Übergangsbereichs 823 zusammengeschweißt. In gleicher Weise wird das Bodenelement 802 mit den horizontalen Flanschen 824, 830 des Abdeckelements 801 bzw. des Öffnungselements 802 für Wasser zusammengeschweißt.
Die Endwand 821 (1D) wird dann an beide Enden des zusammengebauten Abdeckelements 801, Öffnungselement 802 für Wasser und Bodenelement 802, angeschweißt. Der Lufteinlaß 807 wird, wie in 1B dargestellt, an der Abdeckung 801 angeschweißt und ein Einlaßelement 808 für Wasser (1C) wird an dem Bodenelement 803 beim Loch 806 angeschweißt. Das Unterdrainagegerät 800 ist dann bereit für die Installation je nach Wunsch, ähnlich der Installation der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele.
Während die Befestigung zwischen den separaten Elementen vorzugsweise mittels Punktschweißen vorgenommen wird, ist es selbstverständlich, daß andere Techniken zur Befestigung der Elemente auch Anwendung finden können, wie beispielsweise durch Annieten oder mit Hilfe von Befestigungsmaterialien vom Expoxy-Typ.
Während die Materialien des Unterdrainagegerätes vorzugsweise in den beschriebenen Ausführungsbeispielen rostfreier Stahl sind, ist es ebenfalls offensichtlich, daß viele andere Materialien, wie beispielsweise Kompositwerkstoffe, Kunststoffe und insbesondere hochdichte Kunststoffe, verschiedene Metalle und Metallverbindungen, Verwendung finden können. Jedes wäre in speziellen Betriebsumgebungen nützlich.
Viele weitere Modifikationen sind für den Durchschnittsfachmann, auf den sich die Erfindung bezieht, selbstverständlich und die beschriebenen, speziellen Ausführungsbeispiele sollten lediglich als Darstellung der Erfindung angesehen werden und nicht, um deren Bereich einzuschränken, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Unterdrainagegerät (800) für Wasserbehandlungseinrichtungen, umfassend ein Abdeckelement (801), ein Öffnungselement (802) für Wasser, das eine obere Oberfläche hat und ein Bodenelement (803), das eine innere Oberfläche hat, wobei das zusammengebaute Geräte (800) einen ersten Luftdurchgangskanal (812) hat, der zwischen der Abdeckung (801) und der oberen Oberfläche des Öffnungselements (802) für Wasser begrenzt ist, einen ersten Wasserdurchgangskanal (813), der von der inneren Oberfläche des Bodenelements (803) und dem Öffnungselement (802) für Wasser begrenzt ist und sekundären Wasseröffnungen (820) in dem Öffnungselement (802) für Wasser, die den Auslaß von Wasser aus dem ersten Wasserdurchgangskanal (830) erlauben, wobei der erste Luftdurchgangskanal (812) physisch von dem ersten Wasserdurchgangskanal (813) isoliert ist.
Unterdrainagegerät (800) zur Wasserbehandlung nach Anspruch 1, weiter umfassend Luftlöcher (804) in der Abdeckung (801), die den Auslaß von Luft aus dem ersten Luftdurchgangskanal (812) erlauben.
Unterdrainagegerät (800) zur Wasserbehandlung nach Anspruch 2, des weiteren umfassend primäre Wasseröffnungen (820) in der Abdeckung (801), die den Auslaß von Wasser aus der Abdeckung (801) erlauben, wobei die primären Wasseröffnungen (820) mit dem ersten Wasserdurchgangskanal (813) kommunizieren.
Unterdrainagegerät nach Anspruch 3, des weiteren umfassend eine primäre Lufteinlaßöffnung (811) in der Abdeckung (801).
Unterdrainagegerät nach Anspruch 4, des weiteren umfassend ein Endelement (821), das verbunden ist mit der Abdeckung (801), dem Öffnungselement (802) für Wasser und dem Bodenelement (803).
Unterdrainagegerät nach Anspruch 5, des weiteren umfassend einen Wassereinlaß (806) in dem Bodenelement (803), um Wasser zu erlauben, in den ersten Wasserdurchgangskanal (813) zu gelangen.
Unterdrainagegerät nach Anspruch 6, bei welchem das Öffnungselement (802) für Wasser einen Übergangsbereich (823) hat, der auf der äußeren Oberfläche des Öffnungselements (802) für Wasser definiert ist, wobei der Übergangsbereich (823) von der Konfiguration her im wesentlichen ähnlich der inneren Oberfläche der Abdeckung (801) ist, wobei das Öffnungselement (802) für Wasser an der Abdeckung (801) entlang des Übergangsbereich (823) angebracht ist.
Unterdrainagegerät nach Anspruch 7, bei welchem die Anbringung der Abdeckung (801) an dem Öffnungselement (802) für Wasser durch Schweißen vorgenommen ist.