阅读说明：本技术 增加滤布介质的有效表面积的回洗靴方法和设备 (Backwash shoe method and apparatus for increasing the effective surface area of filter cloth media ) 是由 G·乌尔里希 于 2018-10-22 设计创作，主要内容包括：提供了增加滤布介质的过滤面积的回洗靴和使用回洗靴的方法,该回洗靴具有由一系列城齿和垛口形成的后续表面,借此,滤布介质的一些绒毛线被后续表面压向滤布介质的支撑表面,而一些绒毛线保持在伸展或拉直位置中。(Backwash shoes and methods of using backwash shoes are provided that increase the filtration area of a filter cloth medium, the backwash shoes having a trailing surface formed by a series of merlons and crenels, whereby some of the pile threads of the filter cloth medium are pressed by the trailing surface against a support surface of the filter cloth medium and some of the pile threads are held in an extended or straightened position.)

增加滤布介质的有效表面积的回洗靴方法和设备

技术领域

本发明总体涉及在用于水、废水以及工业过程水流的过滤装置中使用的滤布介质的清洁。更具体地，本发明涉及增加滤布介质的过滤表面积并从而提高过滤效率的回洗靴和使用回洗靴的方法。

背景技术

在工业中公知布介质过滤装置。这种装置采用滤布介质，该滤布介质在大的滚筒、板、集气室或多个盘型框架上伸展。优选盘型过滤装置的示例被称为AquaDisk布介质过滤器，即，本发明的受让人Aqua-Aerobic Systems公司的产品。其它示例可在美国专利No.4090965和No.4639315中找到。

通常用于这种装置中的“滤布介质”包括纤维素基材料的纺织布膜、被编织、针织或包裹成紧密的单层或多层织物或垫子以获得期望的厚度或孔隙率的其它天然或合成纤维。为了强度，这种纤维可以针刺毡制到纺织支撑织物。纤维也可被编织成由稀松组织纺织支撑网格支撑的密集切割绒毛织物。为了便于参考，本发明将关于一种滤布介质进行描述和要求保护，该滤布介质具有支撑织物和由附接到所述支撑织物的绒毛线制成的绒毛。应当理解，本发明并不如此限制。

滤布介质放置在包含固体颗粒的流体流的流路中，这些固体颗粒将通过布介质过滤装置的过滤过程去除。大于滤布介质的开口的颗粒被保留在滤布介质的上游或流入侧，而剩余的流或流出物通过滤布介质。滤布介质的有效表面积决定了过滤操作的能力，即，能够进行过滤操作的布的量。随着时间的过去，固体在滤布介质的流入侧上积累并阻碍过滤速率。这产生了液压阻力，这需要清洁滤布介质的流入侧，这通常通过使用抽吸的回洗(backwash)来完成。

使用回洗组件进行周期性回洗。典型的回洗组件包括回洗靴，该回洗靴定位为与滤布介质的流入侧相邻，并密封到抽吸室且与其流体连通。回洗靴通常包括一个或多个面板和抽吸槽。抽吸室通过软管或管连接到抽吸泵，该软管或管致动液体从滤布介质的流出侧通过回洗靴的抽吸槽到滤布介质的流入侧的反向流动。

在回洗操作期间，根据所使用的布介质过滤装置的类型，滤布介质可相对于回洗组件移动，或者回洗组件可相对于滤布介质移动。由于抽吸和滤布介质与回洗靴之间的相对运动，抽吸压力跨滤布介质的一些或所有绒毛将流出物抽取到抽吸槽中，以从滤布介质的流入侧去除累积的固体。反向过滤流动和绒毛到抽吸槽中并跨过抽吸槽的弯曲的组合起作用来从滤布介质去除累积的固体。

有作为用于回洗滤布介质的回洗组件的一部分的多种已知的回洗靴。回洗靴及其使用方法的示例可在美国专利No.6103132中找到。在该示例中，回洗靴的前缘(即，回洗靴的在回洗组件的运动方向上的部分或回洗靴的在移动布的方向上的部分)刚好在抽吸槽之前将绒毛线压到支撑织物。在到达抽吸槽时，绒毛线突然释放到抽吸槽中并被清洁。其后，回洗靴的后缘将起绒纤维压向支撑织物。然后，随着布与回洗靴的后缘之间的相对运动使布介质的流入侧暴露于流体流，过滤可以恢复。

还已知其它类型和构造的回洗靴，包括不接触布(或至少是织物的支撑表面)的那些和具有一系列穿孔和其它变型的那些。参见，例如，美国专利No.7678284；No.8048296；No.9352255；No.8852445；以及No.6294098。在这些类型的回洗靴中，滤布介质的绒毛线可能不会被回洗靴压到支撑织物上。相反，在完成回洗时，绒毛保持在总体伸展或部分伸展的位置。

如本领域技术人员将理解的，滤布介质的有效表面积是滤布介质过滤装置的定尺、性能以及能力的关键参数。因此，需要增加滤布介质的有效表面积，而不需要使用更大的设备、更多的介质、使用更多的过滤装置或对这种单元进行大量的修改。

虽然上面提及和其它已知的回洗靴提供了不同水平的清洁效力，但是在新的和现有的过滤设施中，都需要提高整个回洗操作的效率。同样重要的是，需要改进回洗操作，使得增加滤布介质的表面积，以在回洗之后更高效且有效地恢复过滤操作。

发明内容

本发明保留了已知的回洗靴和回洗组件的优点，而且提供了新的特点和优点，其中一些在本文中讨论，另一些将对本领域技术人员来说变得显而易见。

因此，本发明的目的是提供一种回洗靴，该回洗靴能够在回洗之后成型滤布介质的表面。

本发明的另一个目的是提供一种回洗靴，该回洗靴通过在回洗操作期间成型滤布介质的表面，来增加滤布介质的有效过滤表面积，该成型通过对滤布介质的绒毛线施加选择性的压力来进行。

本发明的另外目的是提供一种回洗靴，该回洗靴的后缘带有雉堞状表面，该雉堞状表面与滤布介质接触，以成型滤布介质的表面。

本发明的另外目的是提供一种回洗靴，该回洗靴使用在滤布介质的绒毛线上的选择性的压力，来成型滤布介质的绒毛线，以形成三维表面，以产生滤布介质的更高有效过滤表面积。

本发明的又一个目的是提供一种改进的回洗靴，该回洗靴允许现有的过滤装置和设施在基本上不改变过滤装置的情况下增加水力和/或固体负载能力。

本发明的又一个目的是提供一种回洗靴，该回洗靴通过减少所需过滤单元的尺寸或数量，降低了新的和/或现有过滤设施的成本。

根据本发明的目的，提供了一种用于通过回洗和增加滤布介质的有效过滤表面积来清洁滤布介质的设备。该滤布介质具有支撑织物和由绒毛线制成的绒毛。设备包括：至少一个回洗靴，该至少一个回洗靴与抽吸源流体连通；在所述至少一个回洗靴上的至少一个抽吸槽；在所述至少一个回洗靴上的前导表面，该前导表面与绒毛线接触，并且在进入抽吸槽之前将绒毛线压向支撑织物，其中，线被释放到抽吸槽中；以及在所述至少一个回洗靴上的后续表面，该后续表面具有雉堞状表面，使得在抽吸之后，一些绒毛线朝向支撑织物变平，并且在经受抽吸之后，一些绒毛线保持在远离滤布介质的支撑表面的伸展或半伸展位置。本发明还可以提供，回洗靴具有前缘和后缘，并且后续表面具有从抽吸槽延伸至回洗靴后缘的一系列城齿和垛口。各个城齿具有顶壁，各个垛口具有底壁，并且顶壁的宽度大于底壁的宽度。本发明还可提供一种回洗靴，其中，前导表面和后续表面具有一系列城齿和垛口。

本发明还提供了一种方法，该方法通过使用具有回洗靴的回洗组件进行回洗，来增加滤布介质过滤装置中的滤布介质的有效过滤表面积。方法的优选步骤包括：(a)将至少一个回洗靴放置成与具有绒毛线和支撑表面的滤布介质流体连通，该回洗靴具有前导表面、后续表面以及位于其间的抽吸槽；(b)在回洗靴与滤布介质之间产生相对运动，并对抽吸槽施加抽吸；(c)使用回洗靴的前导表面将处于大体平坦位置的滤布介质的绒毛线压向滤布介质的支撑表面；(d)通过施加抽吸将绒毛线释放到抽吸槽中，其中，绒毛线至少部分地被拉直；(e)使用回洗靴的后续表面将绒毛线的至少一部分压向滤布介质的支撑表面，其中，回洗靴的后续表面是雉堞状表面；以及(f)使用回洗靴的后续表面，使绒毛线的至少一部分处于部分拉直的位置中。方法还可以提供，与回洗靴的后续表面的城齿接触的绒毛纤维被压向滤布介质的支撑表面，而与回洗靴的后雉堞状表面的垛口接触的绒毛纤维保持在伸展或部分伸展的位置。

根据本发明，还提供了一种回洗靴，该回洗靴用于通过回洗来清洁具有支撑表面和绒毛线的滤布介质。回洗靴包括：大体平面的前导表面；雉堞状的后续表面，该后续表面由一系列城齿和垛口形成；在前导表面与后续表面之间的抽吸槽；并且，其中，城齿和垛口以通道状构造从抽吸槽延伸至回洗靴的后缘。另外，城齿的高度(即，顶壁)可以与前导表面在同一平面上。并且，城齿的顶壁可大于垛口的底壁。

本发明还提供了一种方法，该方法使用回洗组件和抽吸来在回洗期间成型布介质过滤装置的滤布介质，滤布介质具有由绒毛线制成的绒毛。一种优选的成型方法包括以下步骤：(a)在回洗组件的回洗靴与滤布介质之间产生相对运动；(b)用回洗靴的前导表面压紧滤布介质的绒毛线；(c)使用回洗靴上的抽吸槽使绒毛线经受抽吸以进行清洁；以及(d)使用回洗靴的后续表面成型滤布介质的绒毛线，该后续表面压缩绒毛线的选定部分，借此，增加滤布介质的表面积。还可以提供一种方法，其中，回洗靴的后续表面包括一系列城齿和垛口，这些城齿和垛口将绒毛线成型为匹配表面。另选地，回洗靴的后续表面可以包括波状表面，该波状表面将滤布介质的绒毛线成型为匹配表面。

发明人对术语的定义

可以在本专利的各个权利要求和/或说明书中使用的以下术语旨在具有其与法律要求一致的最广泛的含义：

本文所用的“滤布介质”将意指天然或合成布膜，其中一些如上所述，通常且广义地包括支撑织物和由绒毛线制成的绒毛。

本文所用的“相对运动”将意指滤布介质与回洗靴之间的运动，诸如在回洗操作期间，当回洗组件相对于滤布介质移动时或者当滤布介质相对于回洗组件移动时。

本文所用的“前导表面”将意指作为回洗操作期间的回洗组件与滤布介质之间的相对运动的结果而首先接触滤布介质的、回洗靴的前面的那部分。

本文所用的“后续表面”将意指作为回洗操作期间的回洗组件与滤布介质之间的相对运动的结果而最后接触滤布介质的、回洗靴的前面的那部分。

本文所用的“城齿”将意指与凹口、凹部或垛口相邻的实心凸起部分。

本文所用的“垛口”将意指与城齿相邻的凹口、凹部或开放空间。

在另选含义在说明书或权利要求二者之一中可能的情况下，最广泛的含义旨在与本领域普通技术人员的理解一致。权利要求中使用的所有词都旨在以语法、贸易和英文的正常、习惯用法来使用。

附图说明

本发明(有时以单数使用，但不排除复数)的所述和未述目的、特征以及优点将从以下描述和附图变得显而易见，其中，在各个视图中，同样的附图标记表示同样的元件，并且在附图中：

图1是作为本发明可以结合到其中的示例性实施方式的现有技术滤布介质过滤装置的示意剖视图。

图2A是具有本发明的回洗靴的优选实施方式的示例性回洗组件的透视图。

图2B是图2A的回洗组件的前视图，该图也示出了本发明的回洗靴的优选实施方式。

图2C是本发明的回洗靴的优选实施方式的一端的放大透视图。

图2D是从图2A的细节D截取的本发明的优选回洗靴的一部分的放大透视图。

图2E是从图2D的细节E截取的本发明的优选回洗靴的一部分的放大透视图。

图2F是从图2D的细节F截取的本发明的优选实施方式的城齿和垛口的放大透视图。

图3是沿着图2B的线3-3截取的回洗组件和本发明的优选回洗靴的剖视图。

图4是本发明的优选回洗靴的透视图。

图5是本发明的优选回洗靴的顶视图。

图6是沿着图5的线6-6截取的本发明的优选回洗靴的示意剖视图。

图7A是回洗组件和本发明的回洗靴的优选实施方式的剖视图，该剖视图在滤布介质的回洗期间示出，并且示出了回洗之后在回洗靴的垛口处的伸展绒毛线。

图7B是回洗组件和本发明的回洗靴的优选实施方式的剖视图，该剖视图在滤布介质的回洗期间示出，并且示出了回洗之后在回洗靴的城齿处的压缩绒毛线。

图8是本发明的后续表面的优选雉堞状实施方式的剖面图、以及本发明的回洗靴的雉堞状前导表面的另选实施方式的示意剖面。

图9是本发明的优选雉堞状后续表面的侧面示意剖面。

图9A是在通过本发明的回洗靴的后续表面的优选实施方式成型之后的滤布介质的表面轮廓的侧面剖面图。

图9B是在通过典型的现有技术的回洗靴回洗之后的滤布介质的表面的侧面剖面图。

图9C是在通过本发明的回洗靴的后缘的另选实施方式成型之后的滤布介质的表面的侧面剖面图，该图也表示本发明的后续表面的另选实施方式。

具体实施方式

下面阐述了目前被认为是所要求保护的本发明的优选实施方式或最佳代表性示例的描述。设想对实施方式和优选实施方式的未来和当前的替代和修改。进行功能、目的、结构或结果的非实质性改变的任何替代或修改都旨在被本专利的权利要求所覆盖。

图1描绘了本发明可以结合到其中的现有技术过滤设备10。过滤设备10对水和废水处理特别有用。过滤设备包括水箱或盆12和布置在水箱12内的至少一个或优选地一系列中空滤框14。各个滤框14被滤布介质18覆盖，该滤布介质具有由绒毛线17制成的绒毛和支撑表面19(图1中未示出)。滤框14附接到中心管16并与其流体连通，该中心管在该实施方式中充当用于已过滤的流出物的流出通道。在设备的该实施方式中，待过滤的水的流入物沉积到水箱12中，并通过滤布介质18以便过滤。过滤后的流出物流过中空的滤框14进入中心管16以便排出。本领域技术人员将理解，过滤可以与所述过滤相反地进行，即，通常称为由内而外的过滤。

过滤设备10包括一个或多个回洗组件20，在该示例中，这些回洗组件可操作为在正常过滤操作中，将过滤后的流出物沿相反的流动方向抽回穿过滤布介质18。在回洗期间，一个或多个回洗组件20被定位成与滤布介质18的上游侧或流入侧连通，并且通过弹簧致动器(未示出)或其它公知的装置拉动成与滤布介质18接触。然后，对回洗组件施加抽吸将过滤后的流出物抽取穿过滤布介质18并进入回洗组件20中，并且通常送至处理装置的头部进行再处理。

如先前讨论的，在回洗操作之后，一些已知的回洗组件20将滤布介质18的绒毛线17压在滤布介质支撑表面19上。其它已知的回洗组件使绒毛17从支撑表面19伸展或半伸展，因为它们被设计成不重新压缩绒毛线17。没有一个已知的回洗组件20(如本发明)能够成型(contour)滤布介质18的绒毛17以增加滤布介质18的总有效表面积。除了别的之外，本发明的优选回洗靴30能够通过在回洗之后或作为回洗的一部分成型滤布介质18，增加滤布介质18的有效表面积并增加过滤设备10中的过滤效率。

图2A、图2B以及图3中示出了可与本发明一起使用的典型回洗组件20。回洗靴30的优选实施方式被示出为回洗组件20的一部分。回洗组件20包括抽吸室21，该抽吸室为具有三个侧面22的大体矩形的、基本上中空的结构。抽吸室21的前端可以终止于两个凸缘23。凸缘23可以用于使用紧固件24或其他公知的装置来将优选的回洗靴30固定到抽吸室21，并且形成基本上中空的室的第四侧面。回洗靴30优选地密封于抽吸室21。

抽吸室21的各端可以用端盖25密封。这样，形成基本中空的集气室26。抽吸管27与集气室26流体连通。抽吸管27又连接到抽吸泵(未示出)，该抽吸泵用于将抽吸抽取穿过回洗靴30的抽吸槽42，以进行回洗操作。还设置了一对支撑臂28，该对支撑臂附接到端盖25，以将回洗组件20悬挂到典型的水箱或盆10中，使得回洗组件20与滤布介质18相邻，如本领域技术人员将理解的。本领域技术人员还将理解，抽吸室21可以采用各种构造，诸如管状形状等。

参照图3至图9，可以更详细地看到能够实现本发明的一些或全部特征和优点的回洗靴30的优选实施方式。特别地，在图3至图9中可以最佳地看到本发明的回洗靴30的独特面37。回洗靴30的整体结构包括两个端32和33、以及在其间延伸的长度(例如，参见图2C和图4)。还设置了前缘34、后缘35以及后续表面36。前面37包括接触板40的前导表面或第一区域。前导表面40也可以包括锥形部分41。在优选实施方式中，前导表面40是平坦的并且通常是平面的。抽吸槽42与前导表面板40相邻。抽吸槽42在回洗靴30的前面37与后续表面36之间延伸，使得它与抽吸室21流体连通，如本领域技术人员将理解的。抽吸槽42在回洗靴30的大部分长度上延伸。回洗靴30的前面37还包括接触板50的后续表面或最后区域，其与抽吸槽42直接相邻。后续表面50也可以包括锥形部分44。

参照图3至图8，可以看到回洗靴30的独特结构特征，特别是前面37的优选雉堞状后续表面50。具体地，一系列平行的城齿52和垛口55在后缘35与后续表面50上的抽吸槽42之间延伸。各个城齿52具有侧壁53和顶壁54。各个垛口55具有底壁56。在优选实施方式中，城齿52的顶壁54与前导表面40在同一平面上，即，具有相同的高度(H；参见图9)。各个垛口55的底壁56比顶壁54低侧壁53的高度(H)。各个城齿52和各个垛口55的前部与抽吸槽42相邻，各个垛口55形成通道并与抽吸槽42流体连通。各个城齿52和垛口55的后部终止于回洗靴30的后缘35。

通过参照图7A和图7B以及图9和图9A，可以最佳地看到回洗靴30的操作，特别是前面37的后续表面50。如图7A和图7B所示，滤布介质18如箭头所示地相对于回洗靴30移动。如图所示，在回洗操作期间，由于布18与回洗靴30之间的相对运动，滤布介质18的绒毛17与回洗靴30的前导表面40接触。前导表面40机械地作用在绒毛线17上，以紧靠支撑表面19使其全部或部分基本上平坦。如本领域技术人员将理解的，绒毛线17一到达抽吸槽42，它们就被抽吸室21的中空集气室26中产生的抽吸流突然拉直。

随着滤布介质18在从抽吸槽42释放之后继续移动，绒毛纤维17然后与后续表面50接触。如图7A所示，与垛口55接触的绒毛线17仅被轻微地压在支撑表面19上。这是因为垛口52的底壁56低于顶壁54(参见图8)。另外，因为这一点，通过抽吸槽42施加的抽吸仍然可以部分地作用于垛口55所形成的通道中的绒毛17上。这样，并且在离开后续表面50时，垛口55所形成的通道中的绒毛17与支撑织物保持距离(H)，即，该距离大约是侧壁53的高度。

图7B示出了与图7A所示相同的回洗操作。然而，图7B示出了滤布介质18与城齿52接触(如果期望)。具体地，前导表面40用于将绒毛纤维17压在或部分地压在支撑表面19上。当到达抽吸槽42时，绒毛17被释放到抽吸槽42中，并且颗粒被去除。在离开抽吸槽42之后，绒毛线17再次被压在或部分地压在支撑表面19上。这是因为在优选实施方式中，城齿52的顶壁54与前导表面40在同一平面上，即，具有大致相同的高度。城齿52的顶壁54的接触程度是设计考虑。

图9A中的横截面中示出了离开后缘50之后的滤布介质18的剖面。可以看出，回洗的滤布介质18呈现与后续表面50大致相同的剖面，如通过比较图9与图9A所示。滤布介质18具有侧表面53¹、顶表面54¹以及底表面56¹。因此，滤布介质18的增加的表面积大约是侧表面53¹的高度(H)的和，所有侧表面都由后续表面50的雉堞状表面产生。图9B示出了在通过已知的回洗靴30回洗之后的布18的剖面。如图所示，滤布介质18的剖面相对平坦。

由此，本发明的回洗靴30增加了能够过滤颗粒的滤布介质18的有效表面积，而不需要对现有布介质过滤系统进行昂贵的修改，也不需要提高新的(或旧的)设备的能力。本领域技术人员应当理解，城齿52和垛口55不是必须为正方形的。例如，后续表面50的轮廓可以是波模式(参见图9C)，该模式使滤布介质18成型为对应的形状。如本领域技术人员将理解的，也可以使用其他剖面。另外，城齿52的顶壁54可与垛口55的底壁56具有相同的尺寸。另选地，顶壁54的尺寸可小于或大于底壁56的尺寸。在优选实施方式中，顶壁54大于底壁56。

另外，本领域技术人员还将理解，为了实践本发明，前导表面40不是必须在抽吸槽42之前将绒毛线17压在支撑表面19上。而且，在本发明的另选实施方式中，回洗靴30的前导表面40也可以具有雉堞状表面。如图9所示，典型的雉堞状表面可采用与前导表面40类似的形式，其示例在图9中示出为40/50。

上述描述不旨在限制在限定本发明的所附权利要求中使用的词语的含义或所附权利要求的范围。相反，可以预期，将存在结构、功能或结果的未来修改，这些修改不是实质性的改变，并且要求保护的所有这些非实质性的改变都旨在被权利要求所覆盖。由此，虽然已经例示和描述了本发明的优选实施方式，但是应当理解，在不脱离所要求保护的本发明的情况下，可以进行改变和修改。另外，虽然术语“要求保护的发明”或“本发明”在本文中有时以单数形式使用，但将理解，存在如所描述和要求保护的多个发明。

本发明的各种特征在以下权利要求中阐述。