申请日2011.06.21
公开(公告)日2013.03.13
IPC分类号C02F1/00; G05D7/00; B01D21/00; C02F3/00
摘要
一种装置允许液体在由壁分开的、带有不同液面高度的两个开口结构之间流动。该装置具有导管，该导管带有位于由预期液面高度上方的高点分开的壁的一侧的入口和位于该壁的另一侧的出口。导管还具有两个装阀开口，一个连接至可从导管排泄空气的抽吸源且另一个连接至泄放口。在一个示例中，导管形成于附连至弓形罩盖的一对间隔开的横向壁之间。横向壁各具有槽缝，其允许装置放置在两个池之间的分隔壁的顶部上，分隔壁的表面限定导管的一部分。在带有多个导管的示例中，一个或更多内壁设在一对端壁之间，并且内壁和端壁上方的罩盖可分节段提供。为了启动流动，从导管排泄充足的空气以允许虹吸作用形成。为了停止流动，允许充足的空气通过泄放阀进入管道以破坏虹吸作用。为了控制在带有多个导管的装置中的流率，可仅在其中一些导管中允许流动。通过控制导管顶部的空气体积，也可改变通过导管的流率。
权利要求书
1. 一种用于在壁上方提供水流的装置，包括：
一对间隔开的、大致平坦的端壁，各自具有定制尺寸且构造成接纳所述壁的上部的槽口;
一个或更多内壁，各自具有定制尺寸且构造成接纳所述壁的上部的槽口，所述一个或更多内壁位于所述端壁之间;以及
罩盖，其附连至所述端壁和所述一个或更多内壁的外缘的上部，
其中，
所述端壁、所述一个或更多内壁以及所述罩盖形成多个底部开口的腔室，至少所述端壁和所述一个或更多内壁的槽口的上部位于所述腔室的底部上方;并且，
所述腔室中的每一个具有与所述腔室的位于所述端壁和所述一个或更多内壁的槽口的顶部上方的上部连通的至少一个开口，每个腔室的所述至少一个开口可选择性地与抽吸源和泄放口连通连接。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一腔室具有比第二腔室的体积更小的体积。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一腔室具有所述第二腔室的体积的三分之二或更小的体积。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，具有与所述腔室中的每一个的上部连通的真空压力传感器。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，具有与所述腔室中的每一个连通的流速传感器。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述罩盖包括多个罩盖节段。
7. 一种用于在壁上方提供水流的装置，包括：
一对间隔开的、大致平坦的端壁，各自具有定制尺寸且构造成接纳所述壁的上部的槽口;和
罩盖，其附连至所述端壁的外缘的上部，
其中，
所述端壁和所述罩盖形成底部开口的腔室，至少所述端壁的槽口的上部位于所述腔室的底部上方;
所述壁的上部具有弯曲形状，使得所述腔室的中央部分位于所述腔室的侧部上方;并且，
所述腔室具有与所述腔室的中央部分连通的至少一个开口，所述至少一个开口可选择性地与抽吸源和泄放口连通连接。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，至少所述槽口的上部被密封至所述壁，使得所述壁和所述装置限定从所述壁的一侧到所述壁的另一侧的导管。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，具有与所述腔室连通的真空压力传感器。
10. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，具有与所述腔室连通的流速传感器。
11. 一种用于提供和控制在由分隔壁分开的两个开口池之间的液体流的方法，包括以下步骤：
a) 从一个池到另一个池在所述壁上方提供多个导管;
b) 选择具有至少与所述池之间的期望流率一样大的组合最大流率能力的导管中的一个或更多;以及
b) 将抽吸应用于(多个)所选导管以提供通过(多个)所选导管的虹吸流。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在(多个)所选导管中的一个或更多中提供充足的空气，以将通过所述装置的流率从(多个)所选导管的组合最大流率能力减小到大约所述期望流率。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：接收与所述导管中的一个内的流速相关的信号;以及将所接收的信号应用到流型以确定通过所述导管的流率。
14. 一种用于在壁上方提供水流的装置，包括：
导管，其具有位于所述壁的一侧的入口、位于所述壁的另一侧的出口以及位于所述入口和所述出口之间及上方的中央部分;和
与所述腔室的中央部分连通的至少一个开口，所述至少一个开口可选择性地与抽吸源和泄放口连通连接，
其中，所述出口位于贮槽内。
15. 一种用于在壁上方提供水流的装置，包括：
导管，其具有位于所述壁的一侧的入口、位于所述壁的另一侧的出口以及位于所述入口和所述出口之间及上方的中央部分;和
与所述腔室的中央部分连通的至少一个开口，所述至少一个开口可选择性地与抽吸源和泄放口连通连接，
其中，所述出口具有比所述入口更大的截面积，或者所述出口被构造成向下且朝向所述壁排出水。
16. 一种用于在壁上方提供通往或来自池的水流的装置，包括：
导管，其具有位于所述壁的一侧的入口、位于所述壁的另一侧的出口以及位于所述入口和所述出口之间及上方的中央部分;和
与所述腔室的中央部分连通的至少一个开口，所述至少一个开口可选择性地与抽吸源和泄放口连通连接，
其中，
所述入口和所述出口中的至少一个包括在所述池的侧部之间延伸且附连至所述池的侧部的壁。
说明书
用于高流量市政水处理系统的虹吸堰阀
技术领域
本说明书涉及流控制装置和水处理系统。
背景技术
以下背景论述并不认可以下论述的任何内容均可引用为现有技术或公知常识。
在水(包括废水)处理系统中，可能需要提供水流并控制其经过壁，该壁分开容纳水的两个或更多开口结构。例如，在水处理设施中的主处理池和二级处理池之间或在废水处理设施中的生化过程和分离池之间可能需要流。在膜生物反应器(MBR)中，从供给通道到膜池或从膜池到返回通道或者两者可能需要流。用词“池”将在该说明书中为了简洁而用于指代容纳水的开口结构，一般包括如上所述的池和通道以及相关结构。
在大型设施例如市政供水设备或废水处理设施中，经过相邻池之间的分隔壁的水的流率可能非常大。为了提供和控制经过分隔壁的流，通常使用完全或部分浸没的阀。例如，可使用刀闸阀或水闸阀。阀增加了设施的成本，需要定期维护，并且有时候泄漏。阀还形成各种其它很大的成本和可能不明显的操作缺点。
例如，如果将阀放置在分隔壁中，则分隔壁的成本增加。分隔壁常常在现场由混凝土制成且需要另外的模板来提供可装配阀的开口。施加在阀上的水的力包括动态力且集中在开口周围的壁上。在壁中需要额外的增强以提供所需的壁强度，从而应对由开口形成的减弱以及对避免超出阀的密封极限的壁挠曲的需要。在大型设施中，常规阀在混凝土壁中所需的开口可能大至约7’×7’，并且该阀可能需要阻止以约1.5 ft/s的速度流动的水。阀上的合力可超过16,000 lbs，并且该负载必须转移到开口周围的壁，且该壁必须被增强以耐受该负载。阀本身也需要结构增强以保持挠曲在允许极限内。
穿过分隔壁的常规浸没阀还需要维修该阀的途径。例如，维修可能需要两池的关闭和排水。这继而需要在受影响池临时排水的情况下操作设施的途径。备选地，必须提供用于隔离流的二级装置。二级隔离装置可为第二阀或“闸梁”，其安装在壁的一侧以阻塞水流，使得位于壁的另一侧的池可被排水。
在一些设施特别是饮用水设施中，还可能需要一种装置来防止相邻池之间通过阀在设计公差内的泄漏而交叉污染。当在一个池中存在清洁或消毒溶液且不能接受化学品扩散到另一池中时，这特别有意义。在这些情况下，提供“阻塞和放泄阀装置”。这包括提供两个阀，使得阀之间的空间可被泄放及排水。
在一些设施中，还需要挡板以减小流经阀的水对下游池中设备的冲击。例如，在膜生物反应器中，膜池容纳可被强水平流损坏的膜盒。在常规浸没阀的情况下，需要竖直挡板以使进入的水不会全力撞击在池中的第一下游膜盒上。
在用于饮用水的膜系统和用于废水处理的MBR中，已使用虹吸阀作为浸没阀的备选。虹吸阀使用封闭导管，其形成大致呈倒“U”形状的路径以将液体传过两个池之间的分隔壁。流动始于将液体吸入导管中且止于泄放导管。然而，这些虹吸阀不提供流率控制且它们未被制成带有足以用于很大设施的流通能力(flow capacity)。虽然虹吸阀固有地提供了优于浸没阀的一些优点，例如防止交叉污染，但浸没阀仍然是水处理系统中流控制装置的主流形式。
发明内容
以下介绍旨在为读者介绍接下来的详细描述，而并非旨在限制或限定任何权利要求。
以下将进一步详细描述用于提供和控制在由壁分开的、带有不同液面高度的两个开口结构之间的液体流的装置。该装置的结构限定一个或更多导管，每个导管在预期液面高度下方在壁的每一侧具有开口。每个导管在其位于壁上方的两个开口之间或者至少在预期液面高度上方具有高点。例如，导管可具有大致倒“U”形状。每个导管与两个装阀开口连通，一个连接至可从导管排泄空气的抽吸源且另一个连接到泄放口或大气，这可允许空气进入导管。该装置在文中的描述中可称为“虹吸堰阀”或“SWV”。
在装置的一个示例中，导管形成于附连至弓形罩盖的一对间隔开的横向平坦壁之间。横向壁各具有允许装置放置在两个池之间的分隔壁的顶部上的槽缝。可选地，槽缝的边缘可被密封至分隔壁的相邻表面，并且分隔壁用于限定导管的一部分。在安装好后，该装置因此提供带有开口的马蹄形或倒“U”形导管，其从开口之间的点向下延伸到位于分隔壁的任一侧的液体中。
在带有多个导管的装置中，一个或更多内壁设置在一对端壁之间。每个内壁限定两个导管的一侧。内壁和端壁上方的罩盖可分节段提供，每个节段跨越两个壁之间，以允许从共同构件制成有不同长度和流通能力的SWV。
在其最简单的操作形式中，SWV为在由分隔壁分开的两个池之间流动的水提供“接通/断开”流控制。液体流借助于虹吸作用通过一个或更多导管。为了启动流动，从导管排泄充足的空气以允许虹吸作用由于分隔壁一侧的水位高于另一侧而形成。为了停止流动，允许充足的空气通过泄放阀进入导管以破坏虹吸作用。
为了在带有多个导管的SWV中提供流率控制，可在其中一些而非全部导管中允许虹吸流。因此，可提供该装置的总流通能力的流通能力分数(以导管数量作为分母)。可选地，导管中的一个或更多可以以不同尺寸制成以增加可行的流通能力选择的数量。可选择支持虹吸流的导管的数量和尺寸以接近或超过期望流率。
通过SWV的流率也可通过控制导管顶部的空气体积来改变。例如，可在导管中提供一定量的空气，其不足以破坏虹吸作用，但足以置换流经SWV的其中一些水且提供分隔壁上方减少的水流。为了帮助流率控制，可在导管内提供仪器来测量水的速度，并且该速度信息可用于借助预定流型(flow profile)来估计通过导管的流率。
当与常规水闸阀相比时，虹吸堰阀较为廉价，特别是当阀的流通能力增加时，并且降低了相关联的混凝土建造成本。由于通常需要维修的部分位于水位上方，SWV还简化了维护。SWV固有地防止了交叉污染，因为在流断开时其自然地在分隔壁上方提供空气隙。此外，进入池的流可跨膜池的大部分分布且可使其动量沿向下方向，这显著地减小了由进入的水施加在池中设备上的力。当与简单的虹吸阀相比时，虹吸堰阀可提供一个或更多优点，例如建筑材料的更高效使用、对于非常大流率(例如1000 gpm或更大)的适合性、使用共同构件的多个阀尺寸的构成以及增进的流控制。
