CN108348823A - 合成可压缩介质过滤反洗过程 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为合成可压缩介质过滤***提供反洗过程的方法。更具体地，所述***可以包括反洗泵和空气风机，并且所述过程可以包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩。反洗过程可以通过压力、时间点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发。空气和水洗涤工序可以包括释放和洗涤介质。空气清除工序可以包括通过在一个时间段内提供反洗水流来移除在介质中捕获的基本上全部空气；并且介质压缩工序在避免介质暴露于空气的同时压缩介质，包括引入原水，并且其中反洗水和原水提供足够的能量以在不将空气引入至介质中的情况下压缩介质。

Description

合成可压缩介质过滤反洗过程
相关申请
本发明要求2015年11月04日提交的、题目为“废水重力过滤器(Waste WaterGravity Filter)”的美国临时专利申请号62/250,771的优先权，其整体结合在本文中。
背景
本发明总体上涉及用于处理流入物的过滤器。更具体地，本发明涉及合成可压缩介质过滤器，其可以由于流体流过其而被压缩。
废水处理通常可以包括多个阶段，通常被称为一级、二级、和三级处理。在一级处理可以包括沉降并且二级处理可以减少在废水中溶解和悬浮的有机化合物的同时，三级处理可以通过在排放回到环境之前移除剩余的无机组分来提高流出物品质。三级处理已包括各种方法，包括砂过滤、另外的沉降槽、元素(如过量的氮或磷)的移除。
环境保护已经启示政府管理部门加强对来自城市废水处理厂(WWTP)三级处理的流出物的总悬浮固体(TSS)和营养残留的浊度的严格的排放限制措施。TSS和浊度排放限制连同资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)改善是用于优化废水三级物理处理的两个主要驱动因素。常规三级过滤器由四种介质特征构成，它们是布、颗粒、非颗粒和膜。布和单一/双重颗粒介质具有在3gpm/ft2或7.3m3/h/m2至6gpm/ft2或14.7m3/h/m2之间的过滤速率限制，而膜过滤能力受在膜上的有机物负荷污垢效应(organic loading fouling effect)限制。
可压缩介质过滤器已经用于提供不同的废水过滤程度。可压缩介质过滤器通常涉及使用合成可压缩多孔纤维材料(例如，polyvaniladene)，而不是颗粒介质(例如，砂)。根据一些现有的可压缩介质过滤器，可以通过压缩(或释放)介质来改变介质的性质如孔隙率。这样的可压缩介质过滤器能够实现增加的过滤负荷速率。例如，在没有任何额外反洗要求的情况下，已经测试一些可压缩介质过滤器具有与布和颗粒过滤器相比是多至六倍的过滤负荷速率(30gpm/ft2或73.3m3/h/m2)。
然而，为了提供压缩介质的能力，通常将过滤介质放置在两个板之间，其中至少一个可以可控地移动以压缩介质。压缩介质所需的机械装置可能会明显增加过滤装置的复杂程度，并且因此导致构建这样的过滤装置的资金花费的增加。
因此，希望提供与典型的可压缩介质过滤器相比一样有效或更有效、而不增加压缩机械的复杂程度和成本的过滤装置。
发明概述
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述反洗可以通过压力设定点、时间设定点(2小时至24小时)、和/或浊度设定点中的一个或多个触发。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述反洗可以通过压力设定点、时间设定点(2小时至24小时)、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，其中所述压力设定点可以是基于包括过滤器几何形状、介质厚度、固体负荷、和/或水力负荷在内的因素可调节的，并且包括在36至200英寸H2O之间的设定点。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述反洗可以通过压力设定点、时间设定点(2小时至24小时)、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，其中所述时间设定点可以在二(2)至二十四(24)小时之间。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述反洗可以通过压力设定点、时间设定点(2小时至24小时)、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，其中所述浊度设定点可以小于六(6)或在五(5)至十五(15)个比浊测量法浊度单位(NTU)之间。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述空气和水洗涤工序可以包括释放所述介质和洗涤所述介质。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述空气和水洗涤工序可以包括释放所述介质和洗涤所述介质，其中释放所述介质包括使用水和空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来，并且洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述空气和水洗涤工序可以包括释放所述介质和洗涤所述介质，其中释放所述介质包括使用水和空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来，并且洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，并且其中释放所述介质可以在一个时间段如一(1)至五(5)分钟之间内使用10gpm/ft2的水流和15scfm的空气流。
一些方面还可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述空气和水洗涤工序可以包括释放所述介质和洗涤所述介质，其中释放所述介质包括使用水和空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来，并且洗涤所述介质包括以大约10gpm/ft2的流速使用所述反洗泵以向所述介质中提供反洗流并且使用所述空气冲刷风机以向所述介质中提供空气，并且所述空气冲刷风机提供大约10scfm/ft2的空气流，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质。
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中所述空气清除工序包括通过在一个时间段(如一(1)和十(10)分钟之间)内以5至10gpm/ft2的速率将向上的水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气。
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间将过量的反洗水从所述过滤器中排出并且以高于通常的速率提供流入物流从而迅速压缩所述介质并且消除对废弃水工序的需求。
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间将过量的反洗水从所述过滤器中排出并且以高于通常的速率提供流入物流从而迅速压缩所述介质并且消除对废弃水工序的需求，所述方法还包括将原水引入至所述过滤器中，并且其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间使用废弃水工序以使过滤器流出物的浊度释放最小化。
根据本发明的一些实施方案的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：空气和水洗涤；空气清除；和介质压缩，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间使用废弃水工序以使过滤器流出物的浊度释放最小化，所述废弃水工序包括将反洗水在流过所述过滤器之后直接传送以废弃。
根据本发明的一些实施方案，多个方面还可以包括：为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和介质压缩工序，所述介质压缩工序在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
多个方面还可以包括：为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和介质压缩工序，所述介质压缩工序在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质，其中释放所述介质包括使用从所述反洗泵接收的水和来自所述空气冲刷风机的空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；并且洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，其中所述空气冲刷风机向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质。
多个方面还可以包括：为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和介质压缩工序，所述介质压缩工序在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间将过量的反洗水从所述过滤器中排出并且以高于通常的速率提供流入物流从而迅速压缩所述介质并且消除对废弃水工序的需求。
多个方面还可以包括：为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和介质压缩工序，所述介质压缩工序在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间使用废弃水工序以使过滤器流出物的浊度释放最小化。
根据一些实施方案的本发明的一些方面可以包括为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质，其中：释放所述介质包括使用从所述反洗泵接收的水和来自所述空气冲刷风机的空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；并且洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，其中所述空气冲刷风机向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质；空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和介质压缩工序，所述介质压缩工序提供在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
根据结合以下附图进行的本发明的以下说明，这些和其他方面将变得显而易见，尽管可以在不背离本发明的新型构思的范围的情况下进行变化和修改。
附图简述
通过阅读以下详细描述连同附图，可以更充分地理解本发明，在附图中相似的附图标记用于表示相似的要素。附图描绘了某些说明性的实施方案，并且可以有助于理解以下详细描述。在详细解释本发明的任何实施方案之前，应该理解的是，在其应用中，本发明不限于在以下描述中给出的或在附图中图示的构造细节和部件排布方式。描绘的实施方案应该被理解为示例性的，并且不以任何方式限制本发明的总体范围。而且，应该理解的是，在本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制。详细描述将参照以下附图，其中：
图1示出了根据本发明的一些实施方案的可以在可压缩介质过滤器中使用的示例性介质。
图2示出了根据本发明的一些实施方案的示例性可压缩介质过滤***。
图3示出了根据本发明的一些实施方案的示例性可压缩介质过滤***。
在详细解释本发明的任何实施方案之前，应该理解的是，在其应用中，本发明不限于在以下描述中给出的或在附图中图示的构造细节和部件排布方式。本发明能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实施或执行。而且，应该理解的是，在本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制。
详细描述
提供在本说明书中示例的内容以辅助通过参照附图全面理解公开的各种示例性实施方案。因此，本领域普通技术人员将理解，可以在不背离要求保护的发明的精神和范围的情况下，对在本文中所描述的示例性实施方案进行各种改变和修改。为了清楚和简要，省略了对公知功能和结构的描述。此外，如在本文中所使用的，可以将单数解释为复数，并且备选地，可以将任何复数的术语解释为单数。
通常，本发明涉及不需要使用额外机械装置来压缩介质的合成可压缩介质过滤器。代替地，根据本发明的一些实施方案的多个方面，介质通过流体流动而被压缩，从而避免了对额外机械的需求，并且提供高效反洗操作(从而使增加的运行花费降低)。
通常，根据本发明的一些实施方案的多个方面可以包括能够具有大约40gpm/ft2的水力速率的合成可压缩介质过滤器(SCMF)。此外，SCMF可以产生具有小于大约5mg/L的总悬浮固体(TSS)和小于2NTU的浊度的流出物。更具体地，SCMF可以运行以提供具有1mg/L至4mg/L的TSS范围和在1-1.9NTU之间的浊度的流出物。另外，根据本发明的一些实施方案的SCMF可以使用小于7％(根据一些实施方案，使用仅3％)的体积的被处理以用于反洗的水。
初期测试
通常，初期测试包含使用12”或30.5cm直径的柱。具体的介质设计和选择至少部分基于当经历13gpm/ft2或31.8m3/h/m2过滤速率时的固体移除和介质压缩的能力。
在24gpm/ft2或58.7m3/h/m2过滤速率下测试所选择的介质具有固体移除和反洗性能。为了示踪目的，将这样的性能与使用公知的介质——砂无烟煤双重介质(DM)的过滤器的性能进行比较，在5gpm/ft2或12.2m3/h/m2过滤速率下使用两个平行安装的12英寸或30.5cm直径的柱进行测试。比较结果得到了用于设计和构建9ft2或0.84m2横截面商业试验单元的参数。
通常，过滤介质可以包含通过珠固定在一起的合成纤维。例如，参照图1，过滤介质100可以包括纤维110，纤维110可以进料通过珠120，以使得珠保持在一起。尽管纤维可以包括任何适合的过滤材料，测试已经显示，具有大约1.38g/cm3的纤维密度的聚对苯二甲酸乙二醇酯表现良好。珠可以包括任何适合的材料，尽管在测试中使用包含无规立构聚苯乙烯的珠。然而，材料的具体类型、密度、尺寸等不影响所要求保护的发明；实际上，可以使用任何材料和/或尺寸而不背离本发明。
参照图2，***200可以包括一个或多个合成可压缩介质过滤器210、一个或多个空气冲刷风机220、和一个或多个反洗泵230。通常，可以通过导管240将流入物接收至合成可压缩介质过滤器中，并且被处理的流出物可以经由导管250离开***。
参照图3，***300可以包括与在图2中相似的组件。***300可以包括合成可压缩介质过滤器310，其进一步可以包括两(2)个垂直方向平行的合成可压缩介质过滤器311、312。通常，过滤器311中的一个将会是工作过滤器，而第二个312将会是在线备用。类似地，空气冲刷风机320可以包括两(2)个风机单元321、322，并且反洗泵330可以包括两(2)个反洗泵331、332，其各自包括一个工作装置和一个在线备用。
到达***300的输入物可以包括流入物341，其可以例如包括来自冷却塔的排污水。也可以从过滤器和聚合物进料***接收额外的流入物342，从而额外处理废水。可以将流入物341和342合并并且直接提供至合成可压缩介质过滤器311、312。
额外的水343可以从工业水箱/消防水箱输入并且用于向过滤器反洗槽344提供输入物。可以通过反洗泵331、332抽取在过滤器反洗槽344中的水以将过滤器311、312反洗。
流出物351可以从合成可压缩介质过滤器311、312中流出并且离开***。反洗废料352也可以离开***300。
尽管可以使用任何适合的反洗泵和空气冲刷风机，使用两(2)个在30psi下具有1850gpm容量的水平离心过滤器反洗泵完成测试。反洗空气冲刷风机可以是具有降噪外壳的正排量风机，在7psi下具有225SCFM的容量。
试验性测试
设计并且构建能够具有高达40gpm/ft2或97.8m3/h/m2的过滤速率的试验性测试***。进行一系列测试以在30gpm/ft2或73.3m3/h/m2下在具有/不具有凝固剂和聚合物添加的情况下、在35gpm/ft2或85.6m3/h/m2和40gpm/ft2或97.8m3/h/m2下在不具有化学添加的情况下评价新型SCMF技术。
如以上指出的，本发明使用不需要额外压缩机构、而是依赖于流体流动以提供希望的压缩的合成可压缩介质过滤器。在试验性测试期间，为具有9平方英尺横截面的试验单元配备厚度为大约30英寸的未压缩介质。在使用期间，介质被压缩至大约12英寸。在实践中，过滤床深度可以是固体负荷的函数，固体负荷进一步可以是原水TSS浓度和过滤流动速率的函数。TSS浓度和所需的过滤流动速率越高，介质床越深，从而发挥作用。作为非限制性实例，床深度可以容易地在24-48英寸的范围内。这样的试验单元接收具有10.0mg/L的最大TSS和5.0NTU的最大浊度的流入物。
过滤器可以包括在压缩之后具有12英寸或0.3m介质厚度、由聚丙烯纤维制成的向下流动单元，其由可以在过滤期间收集被处理的水并且在反洗期间容纳空气和水的增压室(plenum)和过滤/反洗区域构成。喷嘴(如，例如，以商标销售的那些)可以用于产生在增压室和过滤/反洗区域之间分布的物流。保留介质的丝网可以适当地放置在介质上方以在反洗期间分配足够的介质空间。丝网还可以在过滤期间维持在介质上的水力分布。反洗过程可以包括多个步骤。例如，可以使用三步反洗从而以最高效的方式提供介质清洁。分析在反洗和过滤工序之间的阶段以促进适当控制改善的过滤持续时间。同样地，建立额外的控制以使在过滤器中积累的压力最小化并且最终提高过滤持续时间。
商业试验性研究在城市废水处理设备进行五(5)个月，并且对于如在表1中所示的全部测试的过滤速率来说，连续产生对于TSS来说低于1.0mg/L和0.9NTU(浊度)的流出物品质平均值：
反洗
反洗——触发。通常，合成可压缩介质过滤器设计可以基于一个或多个触发因素进行反洗，所述触发因素可以包括但不限于指定的压力、时间、和/或浊度。就压力而言，例如合成可压缩介质过滤器设计可以包括可以由操作人员基于过滤器的特性调节的压力设定点(以英寸H2O表示)。可以基于压力决定、影响、或冲击反洗循环的过滤器的特性可以包括但不限于，(i)过滤器几何形状(过滤器立视图(elevation))；(ii)过滤器的介质厚度(英寸)；(iii)固体负荷(kg/ft2/小时)；和/或水力负荷(gpm/ft2)。根据本发明的一些实施方案，示例性的设定点可以是68英寸H2O。
就时间而言，当可以触发反洗时，例如在不考虑在过滤器中的压力或在流出物中的浊度浓度的情况下，合成可压缩介质过滤器设计可以包括时间设定点。例如，可以将时间设定点设定为48小时。
就浊度而言，合成可压缩介质过滤器设计还可以包括可以监测浊度(例如，通过提供连续监测)的流出物浊度计。设定点(以比浊测量法浊度单位(NTU)表示)可以触发反洗循环，从而防止浊度穿透(turbidity breakthrough)。例如，根据本发明的一些实施方案，可以使用6NTU的值触发反洗。
反洗——工序。根据本发明的一些实施方案，合成可压缩介质过滤器设计可以使用可以包括三(3)个工序的反洗循环或过程：(i)空气和水洗涤；(ii)空气清除；和/或(iii)介质压缩。
空气和水洗涤工序可以在达到压力激活的反洗设定点之后开始。注意，如果通过时间或浊度设定点触发反洗，可以推迟空气和水洗涤工序，直到在过滤器中的压力达到压力激活的反洗设定点。例如，这可以通过在维持向过滤器中的流入物的同时关闭过滤器流出物阀来实现。一旦在合成可压缩介质过滤器中的压力达到压力设定点，就可以停止流入物流，并且之后可以开始空气和水洗涤工序。通常，空气和水洗涤工序可以包括两个步骤：(i)释放介质；和(ii)洗涤介质。
通常，释放(break)介质可以指将介质从压缩的台级(stage)中释放出来。在过滤工序的末期，可以将介质和固体紧靠过滤器壁和增压室压缩在一起。可以使用水和空气流产生将介质从这个压缩的台级中释放所需的力。可以由过滤器操作人员(例如，基于介质厚度)调节水和空气流以及其各自的持续时间。例如，可以使用三(3)分钟的10gpm/ft2和15scfm的水流。
可以完成洗涤介质以将捕获的固体从介质纤维中释放。合成介质的密度可以高于水的密度(甚至是略高)，并且因此可以将水和空气二者合并以形成增强介质碰撞的运动形式。气泡可以将介质运送至在过滤器的顶部的丝网。在气泡通过丝网逸出时，介质可以被保留，其之后可以下沉回到增压室并且与其他上升介质碰撞。当下降介质撞击上升介质时，可以发生被捕获的固体的高效释放。根据本发明的一些实施方案，典型的反洗流动速率可以是对于水来说10gpm/ft2和对于空气来说10scfm/ft2。如前所述，可以由过滤器操作人员至少部分基于过滤流动速率和固体负荷来调节空气和水流动速率。
反洗的第二工序可以包括空气清除。通常，对于在压缩介质之前将空气从过滤器中排出以用于过滤用途来说，其可能是重要的。这可以是希望的，因为作为顺流过滤器，剩余的空气可能不能逸出并且可能会被捕获在介质中。可以在过滤介质中累积的空气可能会形成不能被水穿透的加压袋，从而潜在地导致用于截留固体的有效介质体积的降低。这进而可能会导致过早的反洗。通常，可以通过形成向上的水流将空气从合成可压缩介质过滤器设计中清除。例如，根据本发明的一些实施方案，这样的向上水流可以是五(5)至十(10)gpm/ft2，持续二(2)至五(5)分钟。同样地，水流动速率和/或持续时间可以至少部分基于介质厚度。
反洗的第三工序可以包括介质压缩。例如，可以通过形成在反洗和过滤之间的过渡来实现介质压缩。在反洗空气清除工序的末期，水位可以处于其最大值，此时可以将流出物控制阀门打开预定的持续时间(时间延迟设定点)，从而导致水从过滤器中排出。在排出期间，水和介质速度二者可能会增加。然而，在过滤器排水期间，在过滤器中的比水头损失(water head loss)高的介质和过滤器壁之间的摩擦力可能会导致水速度超过介质速度。因此，水位可能会下降，使介质暴露于空气。为了避免这种暴露，当水位仍然高于介质水平时，可以使用时间延迟设定点启动过滤器流入物流。
根据本发明的一些实施方案，可以通过可变的水流和/或恒定的水流实现介质压缩。使用可变的水流，可以在第一时间段(例如，一或两分钟)内增加流入物流动速率，从而得到较快的介质压缩并且消除或降低对水到废料(water to waste)工序的需求。然而，根据介质厚度和/或过滤器立视图，可能需要或希望创建废弃水工序，从而使在过滤器流出物中的浊度释放最小化。在这样的情况中，可以至少部分基于过滤器浊度观察来限定废弃水工序持续时间。
可以至少部分通过可编程逻辑控制(programmable logic control，PLC)进行反洗合成可压缩介质过滤器的工序控制。根据本发明的一些实施方案，可以使用流出物流控制阀门以维持与流入物流动速率相等(或基本上相等)的流出物流动速率。在反洗之后，可以部分打开流出物阀根据需要以形成头(head)，以使流出物流与流入物流(influenceflow)相等(或基本上相等)。因为固体可以在介质中累积，固体可能会导致额外的头损失，这进而可能会导致流出物流动速率降低。PLC可以记录这种流动速率的降低，并且可以打开流出物阀以抵消在整个过滤介质中的头损失。通常，这种可能会导致维持流出物流动速率与流入物流动速率相同或相似，以及维持水位高于介质。
在试验性研究期间，如在表2中所示，确定反洗要求为，对于水流动速率来说10gpm/ft2或24.4m3/h/m2，并且对于空气来说10Scfm或17Nm3/h，而基于所施加的固体和水力负荷总持续时间在23至28分钟之间变化。
在流出物中的TSS和浊度持续低于22号条例(Title 22)的要求，使得新型SCMF成为用于再利用和来自城市WWTP的三级处理的优异过程。商业试验性研究提供了用于设计全尺寸装置的全部相关工艺参数和必需的几何形状因素。
根据本发明的一些实施方案的多个方面，新型合成可压缩介质过滤器设计能够具有高达40gpm/ft2或97.8m3/h/m2的极端过滤速率，同时产生具有TSS＜5mg/L和浊度＜2NTU的流出物，从而满足当前22号条例排放要求。
应理解的是，在本文中示出和描述的本发明的具体实施方案仅是示例性的。对本领域技术人员来说，现在将会在不背离本本发明的精神和范围的情况下想到许多变化、改变、替换和等价物。因此，意图是在本文中所描述的和在附图中所示的全部主题都被认为仅是说明性的，而不具有限制意义，并且本发明的范围将仅由所附权利要求确定。

Claims (27)

1.一种为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述方法包括至少三个工序：
空气和水洗涤；
空气清除；和
介质压缩。
2.权利要求1所述的方法，其中所述反洗通过压力设定点、时间设定点(2小时至24小时)、和/或浊度设定点中的一个或多个触发。
3.权利要求2所述的方法，其中所述压力设定点是基于包括过滤器几何形状、介质厚度、固体负荷、和/或水力负荷在内的因素可调节的，并且包括在36至200英寸H2O之间的设定点。
4.权利要求2所述的方法，其中所述时间设定点在二(2)至二十四(24)小时之间。
5.权利要求2所述的方法，其中所述浊度设定点在五(5)至十五(15)个比浊测量法浊度单位(NTU)之间。
6.权利要求2所述的方法，其中所述浊度设定点小于六(6)个比浊测量法浊度单位(NTU)。
7.权利要求2所述的方法，其中当达到所述压力设定点时启动所述空气和水洗涤工序。
8.权利要求1所述的方法，其中所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质。
9.权利要求8所述的方法，其中：
释放所述介质包括使用水和空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；
洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式。
10.权利要求9所述的方法，其中释放所述介质可以在一个时间段内使用10gpm/ft2的水流和15scfm的空气流。
11.权利要求10所述的方法，其中所述时间段在一(1)至五(5)分钟之间。
12.权利要求9所述的方法，其中洗涤所述介质包括：
使用所述反洗泵以向所述介质中提供反洗流并且使用所述空气冲刷风机以向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质。
13.权利要求12所述的方法，其中所述反洗泵提供大约10gpm/ft2的物流并且所述空气冲刷风机提供大约10scfm/ft2的空气流。
14.权利要求1所述的方法，其中所述空气清除工序包括通过在一个时间段内以5至10gpm/ft2的速率将向上的水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气。
15.权利要求14所述的方法，其中所述时间段在一(1)至十(10)分钟之间。
16.权利要求1所述的方法，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间将过量的反洗水从所述过滤器中排出并且以高于通常的速率提供流入物流从而迅速压缩所述介质并且消除对废弃水工序的需求。
17.权利要求16所述的方法，所述方法还包括将原水引入至所述过滤器中，并且其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
18.权利要求1所述的方法，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间使用废弃水工序以使过滤器流出物的浊度释放最小化。
19.权利要求18所述的方法，其中所述废弃水工序包括将反洗水在流过所述过滤器之后直接传送以废弃。
20.一种为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：
空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；
空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和
介质压缩工序，在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
21.权利要求20所述的方法，其中：
释放所述介质包括使用从所述反洗泵接收的水和来自所述空气冲刷风机的空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；
洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，其中所述空气冲刷风机向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质。
22.权利要求20所述的方法，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间将过量的反洗水从所述过滤器中排出并且以高于通常的速率提供流入物流从而迅速压缩所述介质并且消除对废弃水工序的需求。
23.权利要求20所述的方法，其中介质压缩包括在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间使用废弃水工序以使过滤器流出物的浊度释放最小化。
24.一种为合成可压缩介质过滤***提供反洗的方法，所述合成可压缩介质过滤***包括含有可压缩过滤介质的过滤器、至少一个反洗泵、和至少一个空气冲刷风机，所述反洗通过压力设定点、时间设定点、和/或浊度设定点中的一个或多个触发，所述反洗方法包括至少三个工序：
空气和水洗涤工序，所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质，其中：
释放所述介质包括使用从所述反洗泵接收的水和来自所述空气冲刷风机的空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；并且
洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，其中所述空气冲刷风机向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质；
空气清除工序，所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；和
介质压缩工序，所述介质压缩工序提供在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡，在此期间在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
25.一种用于为合成可压缩介质过滤***提供反洗的***，所述***包括：
可压缩过滤介质，
一个或多个反洗泵，和
一个或多个空气冲刷风机，
所述***特征在于进行反洗方案，所述反洗方案包括：
空气和水洗涤；
空气清除；和
介质压缩。
26.权利要求25所述的***，其中：
所述空气和水洗涤工序包括释放所述介质和洗涤所述介质；
所述空气清除工序包括通过在一个时间段内将水流从所述反洗泵提供至所述介质来移除在所述介质中捕获的基本上全部空气；并且
所述介质压缩工序包括在避免所述介质暴露于空气的同时压缩所述介质以实现所需过滤速率，所述介质压缩工序包括将原水引入至所述过滤器中，其中所述反洗水和引入的原水提供足够的能量以在不将空气引入至所述介质中的情况下压缩所述介质。
27.权利要求26所述的***，其中：
释放所述介质包括使用从所述反洗泵接收的水和来自所述空气冲刷风机的空气流产生力以将所述介质从压缩的台级中释放出来；并且
洗涤所述介质包括将从所述反洗泵接收在所述过滤介质中的水和来自所述空气冲刷风机的空气合并以形成导致所述过滤介质的碰撞的运动形式，其中所述空气冲刷风机向所述介质中提供空气，从而产生气泡，所述气泡将所述介质的至少一些运送至所述过滤器的顶部，在那里所述空气从所述过滤器中逸出并且所述介质下沉，撞击随气泡上升的介质；并且
所述介质压缩工序提供在所述过滤***的反洗和过滤过程之间的过渡。
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