俘获漂浮的和非漂浮的颗粒物质的装置

摘要

一种分离罐，具有一外腔和设置在所述外腔内部的一内腔。在所述外腔上形成有分别用于接收和排出水的入口和出口。一个入口开口设置在内腔上，并且通常与入口成一排以接收来自入口的水。一个出口开口形成于内腔，在入口开口下方但在内腔底部的上方。内腔具有圆柱形内表面，使得来自入口的水在内表面的切线上被引导，并随着水继续通过内腔而形成一个漩涡。具有形成上堰和下堰的一个开口的隔板设置在外腔内，就在出口的上游，以在被排出之前将漂浮的和非漂浮的物质从水中分离。

权利要求

1.一种用于将漂浮的和非漂浮的颗粒物质从水流中移除的系统，所述系统包括：一用于处理流动的水流的分离罐，所述分离罐包括具有一圆柱形内表面的一个外腔，设置在所述外腔内部具有一圆柱形内表面的一个内腔，所述外腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第一中心，所述内腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第二中心，所述第一中心离开所述第二中心，在所述外腔上的适于接收待处理的水的一个入口，在所述外腔上的适于排出处理过的水的一个出口，所述内腔具有一个入口开口和一个出口开口；所述入口开口与所述入口成一排，藉此进入所述入口的水以基本上直的路径经过所述入口开口进入所述内腔并基本在所述内腔的内表面的切线方向上碰撞所述内腔的内表面，并且通过所述出口开口流出所述内腔以进入所述外腔，以及一个隔板设置在所述内腔上的所述出口开口和所述外腔上的所述出口之间，所述隔板具有形成于其上的一个隔板开口，使得水通过所述隔板开口到达所述外腔上的所述出口，所述隔板开口设置在所述分离罐内部的一个预定的垂直位置处，所述入口开口的尺寸能允许最大流量通过，使得超过这个最大流量的高流量的水将被防止进入所述内腔，此后，所述高流量的水通过所述隔板被引导并且通过所述外腔上的所述出口被排出。

2.一种用于处理流动的水流的分离罐，所述分离罐包括：

一外腔，所述外腔由圆柱形内表面形成，形成所述外腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第一中心；

设置在所述外腔内部具有一圆柱形内表面的一内腔，所述内腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第二中心，所述第一中心离开所述第二中心；

在所述外腔上的适于接收待处理的水的一入口；

在所述外腔上的适于排出处理过的水的一出口；

所述内腔具有一入口开口和一出口开口；

所述入口开口与所述入口成一排，以引导进入所述入口的水以基本上直的路径经过所述入口开口进入所述内腔，并且以在所述内腔的内表面的切线方向上碰撞所述内腔的内表面，以便于沿着内腔的圆柱形内表面形成一个水的漩涡作用，并且通过所述出口开口流出所述内腔，以及一隔板，设置在所述内腔上的所述出口开口和所述外腔上的所述出口之间，所述隔板具有一个贯穿的隔板开口，水通过所述隔板开口到达所述外腔上的所述出口，所述隔板在所述分离罐内部的一个预定的垂直位置处形成有所述隔板开口。

3.根据权利要求2的分离罐，其中，所述分离罐具有一基底，并且其中所述内腔和所述外腔设置在所述基底上。

4.根据权利要求2的分离罐，其中，流出所述内腔上的所述出口开口的水基本在所述外腔的圆柱形内表面的切线方向上移动。

5.根据权利要求2的分离罐，其中，在所述外腔上的所述入口与所述内腔上的所述入口开口基本水平地成一排。

6.根据权利要求3的分离罐，其中，在所述内腔上的所述出口开口设置在所述入口开口下方但在所述基底上方。

7.根据权利要求2的分离罐，其中，所述隔板是弧形隔板，具有固定到所述外腔的圆柱形内表面上的相对的端部。

8.根据权利要求2的分离罐，其中，所述入口开口和所述出口开口基本呈矩形。

9.根据权利要求2的分离罐，其中，在所述隔板上的所述隔板开口设置在所述外腔上的所述出口的垂直位置下方。

10.通过一种分离罐将漂浮的和非漂浮的颗粒物质从水流中分离的方法，所述方法包括步骤：提供一外腔，所述外腔具有一圆柱形内表面，且具有适于接收待处理的水流的一个入口以及用于排出经过所述分离罐被处理过的水的一个出口，所述外腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第一中心；

提供设置在所述外腔内的一个内腔，所述内腔具有一个圆柱形内表面、一个入口开口和一个低于入口开口垂直设置的一个出口开口，所述内腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第二中心，所述第二中心离开第一中心一段距离；

引导被所述入口接收的水流以基本上直的路径通过所述入口开口，以便于接触内腔的圆柱形内表面，以形成内腔周围的漩涡路径，以向下继续前进经过所述出口开口；

使来自出口开口的水经过一隔板中的开口，所述隔板中的开口具有能俘获水中可漂浮的物质的上边缘和能俘获水中非漂浮的物质的下边缘；

从所述分离罐通过出口向外排出水。

11.根据权利要求10的方法，其中，使水经过隔板的步骤包括提供固定在外腔的内表面上的弧形隔板，用以分隔出口，使得所有水在到达出口之前经过隔板开口。

12.根据权利要求10的方法，其中，引导水流的步骤进一步包括将非漂浮物质从经过内腔的水流中分离出来，并且将这些物质收集在内腔的底部。

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于俘获在液体管路系统中的颗粒物的装置。更具体地，本发明涉及一种装置，用于俘获流过暴雨排水系统的漂浮的和非漂浮的颗粒物。

背景技术

在暴雨处理中，移除多种不期望的物质和元件是必要的，例如细菌、油、金属、营养品、垃圾以及多个其它固体。很多这些污染物同更精细的沉淀物结合，这是很多管理机构现在致力于总悬浮固体(TSS)的原因，总悬浮固体是暴雨质量测量设计/改善的标准。
结果，净水作用需要为尺寸超过0.5英亩的所有新的开发提供暴雨质量处理。已经提出了处理这个问题的多种设备和方法。
将这种物质从暴雨中移除的困难之一是需要考虑不同的水流。举个例子，在正常情况下，可能会有稳定的相对低速的水流经过处理设备，而在其它时间，可能会有暴雨和急流变成高流量的水流，并且因此暴雨处理设备需要还能够处理高流量的待处理水流。
需要在流动情况困难且设备成本低的情况下能够俘获漂浮的和非漂浮的残骸的装置。
处理高流量和低流量水流的问题之一在于，在低流量的情况下残骸和其它物质会有效地移除且沉淀在特定的暴雨设备中，然而，当水流然后升高到高流量的情况下，高流量有效地冲刷掉了前面沉淀的物质，并且然后被带到下游，藉此减少或消除了暴雨处理装置的有效性。
处理不同水流的进一步的问题在于，高流量水流携带了额外的垃圾和较大的固体，它们仅仅被较高流量水流携带，并且因此需要利用暴雨处理装置来能够俘获垃圾和较大的固体。
因此，已经提供了多种暴雨处理装置来对高流量和低流量水流进行分离处理，这种处理的一个典型方法是在水处理装置中将高流量水流从低流量水流中分离，使得高流量水流能够在一个分离区域被处理，这可以有效地处理那些额外的较大的固体和垃圾，同时还防止那些高流量水流冲刷已经被移除且沉淀在暴雨处理装置的低流量处理区的物质。
这种暴雨处理装置之一已经在本人于2002年9月20日提出的共同待审美国专利申请序列号10/247,875并且名称为“用于俘获漂浮的和非漂浮的颗粒物质的装置”的专利申请中公开和描述，并且该专利申请在此全部结合以供参考。然而，在该专利申请的暴雨处理装置中，引入的将被处理的水流在垂直于内腔壁的方向上进入内腔，并且水因此直接冲击内腔壁，在高流量和低流量的情况下在这里都产生湍流。
此外，高流量和低流量水流被分离成两个方向，但是会聚在出口，在出口处再次发生湍流。肯定地，对于水处理装置来讲，优选地是使多种水流平稳地经过处理设备并且不受湍流影响。
前面提到的专利申请的暴雨处理装置的进一步的困难在于，该装置需要两套堰的安装，也就是在实施水流处理时的两个高堰和两个低堰，并且那些堰必需在目的地在处理装置安装期间现场安装。然而，两套堰的使用连同内腔的集中的位置在整个水分离装置内部提供了有限的空间，因为使用了多个堰，并且空间不足以允许工人进入装置内来实施安装。
因此，期望提供一种有效且节约成本的装置来在暴雨中俘获残骸，这种装置克服了前面提到的暴雨处理装置的困难，并且还有效地俘获漂浮的和非漂浮的颗粒物质。这种装置应该结构简单且能够以低成本制造。装置应该在变化的场合条件下具有柔性，也就是能够满足变化的尺寸和高度需要，并且能够有效地连接到非线性连接点上，这些非线性连接是管路系统中不可避免会发生的。最后，这种装置应该容易维护且不容易阻塞或者需要过滤材料的经常更换。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种分离罐，所述分离罐可以以有效成本和高效方式将漂浮的和非漂浮的颗粒物质从暴雨中移除。在本发明中，所述分离罐可以包括一个外腔和设置在所述外腔内部的一个内腔。优选地，所述内腔是通常的圆柱形结构，包括具有内部圆柱表面的一个圆柱壁。在所述外腔中具有用来接收待处理水流的一个入口，并且所述外腔上具有一个出口，用于在所述水在所述暴雨分离罐中被处理后将其排出。所述外腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第一中心，所述内腔的圆柱形内表面在其横截面中具有第二中心，所述第一中心离开所述第二中心一段距离。
一个入口开口形成于所述内腔，并且这个入口开口被设置得使得能大体与所述外腔上的入口垂直成一行，使得进入在所述外腔的所述入口的流动的水以基本上直的路径能够继续前进通过在所述内腔上的入口开口进入所述内腔，并基本上在所述内腔的内表面的切线方向上碰撞所述内腔的内表面。
还有一个出口开口形成于所述内腔，这个出口开口垂直设置在所述内腔上的所述入口开口的下方。在所述内腔上的所述入口开口和出口开口优选地是矩形开口。
所述分离罐包括一个隔板，所述隔板固定在所述外腔的内表面上。所述隔板具有一个形成于其中的开口，所述开口优选为矩形，且设置在相对于分离罐且相对于外腔上的入口和出口以及相对于内腔上的入口开口和出口开口的预定的垂直位置。所述隔板开口因此形成一个上堰和一个下堰，用于所述分离罐内的水的处理。所述隔板设置在所述外腔内部，以便于分离所述出口和外腔，使得经过所述分离罐的所有水经过在所述隔板上的所述开口以到达所述出口，并且因此从所述分离罐排出。
所述分离罐可以进一步包括一个基底，并且所述内腔和所述外腔可以设置在所述基底上。所述外腔还可以是具有一圆柱内表面的圆柱体。所述入口、在所述内腔上的所述入口开口以及所述出口设置在一个第一垂直位置范围内，并且所述内腔的所述出口开口设置在一个第二垂直位置范围内，第一垂直位置范围高于第二垂直位置范围。
所述内腔设置在外腔内的一个特定位置，使得它相对于所述外腔不在中心，而是偏离中心，并且使其壁接触或者非常接近所述外腔的内壁的内表面。由于其与内腔的入口开口成一排，这个位置允许水向内流动通过所述外腔的入口，以从外腔的入口经过通过内腔上的入口开口进入到内腔内部，以便于在内圆柱表面的切线上冲击所述圆柱形内腔的内表面，藉此形成一个漩涡作用，在漩涡处水在内腔的内表面周围的一个方向上盘旋，并且湍流被消除了。
此外，通过设置在外腔上的出口或设置在这个出口附近的单独一个隔板的使用，以及内腔相对于外腔中心的偏移设置，在所述分离罐内部具有足够的空间以允许人进入分离罐来将多种元件固定在预定位置。
本发明的这些以及其它特征将在参考了后面对本发明的分离罐的实施例的详细描述并且结合附图和权利要求的基础上变得清楚。

附图说明

图1是一个透视图，展示了本发明的分离罐；
图2是沿着图1的线2-2的顶部截面图；
图3是本发明的内腔的前视图；以及
图4是用于本发明的隔板的前视图。

具体实施方式

参考图1和图2，图中示出了根据本发明构造的一个分离罐10。分离罐10可以由一个外腔壁12并且形成一个外腔14，同样，还有形成内腔18的一个内腔壁16。在这两种情况下，外腔壁和内腔壁12、16可以是圆柱壁，并且外腔壁12和内腔壁16可以由预制水泥、玻璃纤维、塑钢或类似类型的材料制成，具体材料并不是本发明的要点。
外腔壁12上形成有一个入口20，其适于接收将被处理的流水。如所看到的，在外腔壁12上的入口20的垂直位置是重要的，并且是预定的垂直位置。入口20可以由任何现有技术已知的制管材料构建，例如混凝土、铝、钢、PVC、HDPE或者其它材料，并且可以通过现有技术公知的方法来密封到外腔壁12上，这些方法包括使用橡胶垫、混凝土浆或者类似类型的材料或方法。优选地，入口20是一个管或类似结构，其直径范围是大约12到60英寸，尽管具体的尺寸不是重要的。
出口22也形成于外腔壁12，并且适于将水从分离罐10排出，此后水被处理，并且再次，出口22在分离罐10上的垂直位置对于本发明是重要的。优选地，出口22是一个管，其直径范围是大约12到60英寸，尽管具体的尺寸不是重要的，然而，出口22的尺寸通常可以与入口20相同或更大。随着出口22退出分离罐10，出口22可以同外腔壁12产生水密连接。如上面描述的，橡胶垫、混凝土浆或者类似类型的材料或方法可以用于将出口22密封到外腔壁12上。
在分离罐10的当前实施例中，外腔14可以具有范围在大约100到1800立方英尺的容积，其整个直径大约为4到12英尺，高度大约为8到16英尺。内腔18的尺寸小于外腔14的尺寸，使得内腔18可以装配到外腔14内，如图1和2所示。优选地，内腔18可以具有40到800立方英尺的容积，其整个直径大约为3到8英尺，高度大约为8到12英尺。
在实施例中内腔18和外腔14具有相似的形状，也就是说，如上面讨论的，特别是在图2中可以看到，内腔18的中心C被移置了，也就是说从外腔14的中心D径向向外移置。因此，内腔壁16可以实际接触外腔壁12的内部表面24，或者至少与之非常接近。
内腔18的位置根据入口20的位置来预定，并且包括一个入口开口26，入口开口在内腔壁16上以预定的垂直高度形成。
在内腔壁16上还具有一个出口开口28，并且出口开口相对于入口开口26垂直设置。入口开口26和出口开口28可以是矩形的，具有一个主水平纵向轴线。
在分离罐10内部设置有一个隔板30，如图所示，隔板30是弧形板，从沿着外腔壁12的内表面24的一个点延伸到沿着所述内表面的另一个点，并且有效地产生在分离罐10内以及在内腔壁16和隔板30之间的外腔14内的一个中间腔32。一个进一步的腔，也就是一个出口腔34在隔板30和外腔壁12的内表面24内的一个区域之间形成，并且这个出口腔导入出口22内。就这样，为了当前描述，外腔14被细分成包括中间腔32和出口腔34的子腔。
一个隔板开口36形成于隔板30上，并且优选地是矩形结构，使得具有生成一上堰38的一个上边缘和生成一下堰40的一个下边缘。再次，隔板开口36的垂直位置是相对于分离罐10并且相对于入口20以及入口和出口开口26、28以及出口22的预定位置。
内腔壁16和外腔壁12都可以设置在基底42上。基底42可以是由刚性材料制成的一个圆形件，例如预制混凝土、浇铸就位的混凝土或者类似类型的材料。材料的选择不是重要的。通过现有技术中通常方法，基底42可以同外腔壁12和内腔壁16产生水密连接。如上面所述，橡胶垫、氯丁橡胶垫片、腈垫片或类似类型的材料或方法可以使用。基底42的尺寸可以使得其直径与由外腔壁12形成的圆柱的直径基本相等。
外腔壁12的顶部可以留有开口或者被一个盖46镶边。盖46可以包括由刚性材料制成的一个圆形件，例如预制混凝土、不锈钢、铝或其它类似材料。材料的选择不是重要的。盖46的直径优选地与外腔14的直径相等，使得在盖46和外腔壁12之间可以形成充分的防水密封。盖46可以包括一个或多个进入开口(未示出)，用以允许人进入其中以最初装配和安装分离罐10，并且实施维护步骤，包括有时候将沉积在分离罐10底部的垃圾残骸清除。
现在参考图3，示出了产生内腔18的内腔壁16的侧视图。如图所示，虚影所示的入口20基本上水平地与入口开口26成一行，使得通过入口20进入分离罐10(图1)的水将继续自然地流动以通过入口开口26进入内腔18。如图所示，入口开口26距离内腔壁16的下边缘44的垂直位置是内腔18总高度的大约三分之二，然而，入口开口26的实际位置和尺寸可以根据入口20和出口22的位置和尺寸来在很宽范围内改变。
还示出了出口开口28距离内腔壁16的下边缘44向上大约是内腔壁高度的三分之一，然而，再次出口开口28的实际位置可以根据入口20和出口22的位置来改变，只要出口开口28设置在入口开口26下方但在内腔壁16的下边缘44的上方。
最后参考图4，示出了本发明的隔板30的正视图并示出了产生上堰38和下堰40的隔板开口36。还可以看出，隔板开口36的垂直位置在隔板30的垂直高度的中点处或者在中点稍微向下处，并且垂直设置得比出口开口28高，但低于入口开口26的垂直位置，且低于出口22的垂直位置(图1和图2)，然而，在本发明的精神和目的的范围内，隔板开口36的宽度和垂直位置可以改变。
因此，分离罐10的操作现在可以描述。将被处理的水流通过入口20进入分离罐10，并且水以正常或者低的流量经过入口20进入，藉此通过入口开口26进入内腔18。就这样，水沿着圆柱结构的切线碰撞内腔壁16的内表面48，使得水在围绕内腔壁16的内表面48的一个流畅的漩涡中流动，在这里水通过重力逐渐向下移动，直到通过出口开口28流出内腔18，并且进入中间腔32。
在水经过内腔18周围的过程中，固体下降到内腔18的底部以在这里被收集，因为出口开口28以在内腔底上方的预定垂直距离设置，那些固体和非漂浮颗粒物质保留并收集在内腔18的底部，在正常维护期间那些固体在这里可以被周期性地清除。
水流出出口开口28，然后进入中间腔32，此后经过隔板开口36进入出口腔34，并且然后通过出口22排出分离罐10。然而，当处理的水经过隔板开口36的时候，像油那样的漂浮材料借助上堰38被防止经过隔板开口36，上堰阻塞了漂浮的材料经过隔板开口36，因为在分离罐10中的水的水平设计高于上堰38的水平，并且隔板开口36设计得低于出口22。同样地，通过下堰40，非漂浮颗粒材料和重颗粒被防止经过隔板开口36，并且因此还有效地防止被排出出口22。任意尺寸的非漂浮的颗粒物质可以通过这种方式被过滤。
在暴雨时的高流量情况下，高流量的水不进入内腔18，因为额外的水流太多以至于不能进入相对有限的内腔18上的入口开口26，并且因此高流量水从内腔18分离，并且改为直接流入中间腔32，通常是在外腔壁12的内表面的切线上，此后水流继续直接进入隔板30上的隔板开口36。
因此，由于高流量水流不进入内腔18，高流量水流并不将内腔18底部收集的固体或非漂浮材料激起或清洗。另一方面，因为高流量水流必须经过隔板开口36且在上堰38的下方和下堰40的上方，所以当水流通过出口22排出的时候水仍然让可漂浮的和非漂浮的材料从高流量水流中移除。
如图所示，在暴雨中的任何漂浮的颗粒物质可以俘获在分离罐10内。在进入分离罐10的时候，漂浮的颗粒物质被引入内腔18内或者如上面讨论的在高流量水流的时候被引入外腔14，并且保留在内腔18或者外腔14中。在内腔18中，也就是在低流量水流中，漂浮的颗粒物质保持在水的表面附近，并且不能退出内腔18，因为出口开口28定位在内腔18的底部或者底部附近。高流量水流的时候，外腔14中的任何漂浮的颗粒物质被上堰38阻塞不经过出口22。
另一方面，在低流量水流期间进入分离罐10的任何非漂浮的颗粒物质被俘获在内腔18的底部，因为由于出口开口28的位置，这些物质不能离开内腔18，出口开口在内腔18底部上方一定间隔处，而在高流量水流的时候，非漂浮的颗粒物质被俘获在中间腔32的基底42上，因为这些物质不能经过隔板30上的隔板开口36，使得非漂浮的颗粒物质在高流量和低流量的水流时都能俘获在分离罐10中。
内腔18或入口开口26中的任何障碍将不会阻止水流通过分离罐10，因为水将直接流入外腔14，并且在上堰38下方和下堰40上方流动。
入口20和出口22的位置可以在距基底42大约4到8英尺的同样或相似的高度上，尽管这个尺寸可以根据作为一个整体的分离罐10的尺寸和使用来增加或减少。优选地，入口20可以比出口22高1-3英寸。
本领域的技术人员很容易认识到，能导致水处理系统改善的本发明的水分离罐可以做出很多修改和改变，而这些修改和改变都落入如随后的权利要求所限定的本发明的范围和精神之内。因此，本发明仅仅由随后的权利要求及其等价物来限制。