CN101397169A - 带状扩散器 - Google Patents

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Abstract

披露了膜带状扩散器,它可用于例如活性污泥设备中对废水的曝气。这些扩散器具有膜、包括气管的扩散器主体、以及除了该气管外在大致同一方向上延长的一体的膜支撑件。这些管例如与该扩散器主体共挤出。该支撑部分具有孔,当它们充气时用于从该膜的下面向室中排放气体,并且该膜具有用于排放该气体的孔。该膜支撑件优选的包括翼板或侧部,它们具有在其下面的空间,该空间没有用于连接该部分和该管的支柱。还披露了将膜边缘和端部密封在该扩散器主体上的方法以及支撑该扩散器的方法。

Description

带状扩散器
技术领域
本发明涉及一种膜带状扩散器,通过膜带状扩散器将气体扩散到液体中,以及用于此目的的装置。更为具体地说,它涉及用于废水处理的膜带状扩散器和包括此扩散器的废水处理装置。
背景技术
在家庭和工业废水处理中,曝气是通常用于促进生物消耗以及去除溶解和悬浮的废弃物的工艺之一。被称为扩散器的曝气装置安装在人工或天然的废水存储装置,如水池或污水塘内的水下位置。空气和/或其它处理气体大批的供给到扩散器中,并以大量的微小气泡形式从它们中排出,这些气体在大多数情况下由某种形式的氧气组成或者是含有某种形式的氧气。当这些气泡通过废水上浮时,气泡中的氧气就溶解到废水中。氧气维持了在处理过程中供应到废水中的细菌的生命过程,并且这些细菌消耗掉了废弃物。其它处理气体(包括蒸汽)以及有时是液体,并不一定含有氧气,也可以通过扩散器用于各种目的,例如用于清洗扩散器。
成为持续研究与开发焦点的一种通用型扩散器是膜扩散器。膜扩散器通过在压力下将处理气体穿过无数微小的毛孔通入到废水中来产生微小的气泡,其中所述毛孔延伸穿过相对薄但是坚韧的,以如管、矩形片或在平面图中具有环形轮廓的盘的形式存在的橡胶材料。这些带孔的橡胶介质、合成(dubbed)膜通常以气密关系固定,例如通过夹紧装置,被固定到被称作扩散器主体的合适的保持器上。
一类已得到发展的膜扩散器为带状扩散器。例如,参见美国专利4,029,581、5,868,971和7,255,333;美国公开专利申请US2002/0003314A1;国际(PCT)公开申请WO98/21151;以及Offenlegungschrift(德国公开申请)DE 4240300A1。带状这一术语对于这些扩散器是适合的,因为它们的膜和气体排放表面通常具有一个比典型平板扩散器大的长宽比。
沿着一段延长的挤出的带状扩散器主体以及密封在该扩散器主体上的可靠的膜端及边缘得到一致的扩散器主体准直、轮廓和尺寸已经被证实是具有挑战性的。还需要容易的、经济并可调的安装在液体,例如废水处理容器的固定位置的可靠的带状扩散器。因此认为在带状扩散器上有进一步改进的空间和需求,并且现在披露的内容和权利要求的主旨就在于满足这些需求。
发明内容
我们认为包括了下面将要描述的许多方面和实施例的本发明已经对现有技术的带状扩散器技术进行了改进。
本发明的一个方面是带状扩散器,其包括管,该管具有纵向延伸的中心轴的管,纵向延伸的气流密封外周壁,以及包括在该管壁内的至少一个延长的加厚的区域,该区域与管壁形成一体并且在与该中心轴相同的方向上延伸。这个方面进一步包括与该管共挤出的膜支撑部件,它在该中心轴方向上延长并具有与该管一体的连接部分,并且包括至少一个所述的加厚区域,以及至少一个侧部,该侧部与该连接部分一体并且从该连接部分横向延伸,并在和该管轴线相同的方向上与该连接部分纵向延伸。还包括膜扩散元件,该膜扩散元件在该中心轴方向上延长并具有端部和与该支撑密封接合的纵向延伸的边缘部分。本发明这个方面的特征在于位于至少一个侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到该侧部或多个侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面中该部分的内部,该横截面从该侧部或多个侧部以它的/它们的连接部分连接到该侧部或多个侧部的外边缘或多个外边缘的位置延伸。
上述方面或其附加物的下面优选的但非强制的特殊形式能够互相和与上述方面以任意组合应用。
在依照本发明的带状扩散器中,该膜支撑具有大致水平的上表面,该上表面具有至少一个纵向延伸的边缘,从横截面观察,该边缘包括曲边表面,该曲边表面从该支撑的上表面向外并向下弯曲,然后向下并向内弯曲至至少一个侧部的下面。该膜扩散元件的端部越过该支撑的上表面通过延伸越过那些端部的夹钳条,以及在该弯曲表面周围通过弓形夹钳与该支撑以密封接合连接。
在另一个优选实施例中,邻近的端部具有内嵌啮合元件(inter-engagingmeshed elements)。
该支撑具有至少一个纵向延伸边缘并且至少一个侧部包括纵向延伸的膜固定凹槽。该膜的至少一个边缘部分延伸进入该凹槽并且通过固定部件接合在那里。
如有凹槽,则该凹槽可在该边缘的内部。
在另一个可选的凹槽实施例中,该支撑具有上表面并且该凹槽具有位于该表面下部的口。
如有凹槽,则它可以具有位于该至少一个侧部下侧的口。
在又一个特别优选的凹槽实施例中,该凹槽可以至少部分由从该至少一个侧部整体延伸并与之纵向延伸的分支形成。
如有这样的分支,则它优选大致从该至少一个侧部向下延伸。
该扩散器在管的壁内或其上可以包括至少一个凸出部,该凸出部从至少一个膜支撑侧部沿着该管外围壁有角度地间隔,和该管壁长度的至少一部分纵向延伸并且从该管壁向外凸出。
依照本发明的带状扩散器可以通过该至少一个凸出部被支撑和/或固定,该凸出部与存在于液体储存装置内或与之相关的结构相关。
该至少一个凸出部可以包括离该管道外壁相对较近和较远的部分。至少一个较远部分比较近部分厚,或者设置成至少与较近部分呈一个角。
在一个优选实施例中,该带状扩散器通过至少一个这样的凸出部和存在于废水曝气容器中或与之相关的具有互补形状的结构之间的连接,而被保持在液体储存装置中垂直并横向固定的位置。
在另一个优选的实施例中,废水处理设备包括水储存装置,该装置在其中具有定位并保持在适当位置的带状扩散器,该扩散器包括:具有纵向延伸的中心轴的合成树脂管,纵向延伸的气流密封外周壁,以及包括在该管壁内的与该管壁一体的至少一个延长、加厚区域并且该区域在与该中心轴一样的方向上延伸。该带状扩散器进一步包括与该管共挤出的膜支撑部件,该部件在该中心轴方向上延长并具有与该管一体的连接部分。该连接部分包括至少一个该加厚区域,具有包括该管加厚区域上表面的上表面,并且包括至少一个与该连接部分一体的侧部并且该侧部从该连接部分横向延伸,并在和该管轴线相同的方向上与该连接部分一起纵向延伸。该管在几乎整个支撑的长度上与该膜支撑形成一个整体。该管的外周壁具有内表面,并且当沿着该连接部分毗邻的内表面的长度的一部分进行横截面观察时,该连接部分比沿着多数长度或联合长度上的剩余外周壁要厚,联合长度的情况可能是该剩余部毗邻的该内表面长度的一部分或多部分。该支撑的侧部具有上表面,该上表面具有纵向延伸的边缘以及在该边缘内部的纵向延伸的膜固定凹槽,并且具有位于其上表面下部的该侧部下侧的口。该带状扩散器进一步包括在该中心轴方向上延长的膜扩散元件,其具有端部和纵向延伸的边缘部分,并且通过延伸进入该凹槽并通过固定元件配合在那里的该膜的边缘部分以密封接合方式与该支撑连接。该带状扩散器的特征在于,位于至少一个侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到该侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面中该部分的内部,该横截面从该侧部以它的连接部分连接到该侧部的外边缘的位置延伸。
在又一个优选实施例中,带状扩散器的子组件包括具有纵向延伸的中心轴的管和纵向延伸的气流密封管壁。除了该管壁,该子组件还包括和该管共挤出的膜支撑部件,从横截面观察时该膜支撑件与该管壁成为一体,通过该管壁的一上面部分在该支撑部件的中心区域被部分地限定,该管壁在该管轴上方并穿过其延伸,并且包括多个侧部,这些侧部定位于该管壁上部并从该管壁上部的相对侧横向延伸,并与该管壁纵向延伸。该子组件的特征在于,位于该侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到该侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面中部分的内部,该横截面从该侧部以它们的连接部分连接到该侧部的外边缘的位置延伸。
依照本发明的该子组件包括与该至少一个侧部一体的分支部件,该分支部件与该侧部在与该管轴相同的方向上延伸,从该至少一个侧部悬垂下并在它本身和侧部的邻近表面之间形成凹槽,用于插入膜的边缘部分和纵向延伸的固定部件。
包括依照本发明的子组件的带状扩散器,具有开孔的支撑,该孔用作气体从该管内部穿过该支撑的通道,膜扩散元件,在该支撑上的通过纵向延伸的固定部件将膜边缘部分固定在其中的凹槽,以及用于将膜端部密封到该支撑上的元件。
优点
本发明一个优点是供气管是扩散器整体的一部件。由于扩散器主体在任何一处都不需要被固定到供气管上,因此这就排除了在扩散器制造工厂或者安装地点处对劳动力的潜在需求。这样就可避免了溶剂焊接具有的一些缺点,其中溶剂焊接为一种在实践中受欢迎的、在安装地点固定塑料部件的方法。当管道和扩散器主体整体形成时,就可以避免由溶剂焊接、振动焊接或声波焊接所产生的成本和需要,其中上述焊接方法为在制造工厂中用于将分别制造的管道和扩散器主体连成一体的本发明的一些实施例中所采用的合适的方法。
不像某些现有技术中的带状扩散器,本发明的实施例分别提供了封闭的气流通道和与包括膜的气体入流表面的室相分离的通道,其中所述气流通道与直接位于膜的下方处的气室中的气流通道相分离。在封闭的气流通道和室之间具有多个,例如两个或更多气体传输连接件的地方,室和膜可能相当的长,但是在相对低背压的膜的大部分长度而且优选是在整个膜的长度上仍然接收和排出处理气体。这与现有技术中的膜带和膜盘扩散器相比就潜在地降低了制造和安装成本。
让我们来考虑一下包括多列扩散器的设备的设计,其中多列扩散器被连接到共同的总管上,并且其中这些列中的至少部分并且优选的是大部分包括多个带状扩散器,例如大体上与图1一致的设计中。在它们的气室和封闭的流道之间存在的多个气体传输连接件的的各扩散器,对促进处理气体在扩散器列中沿着膜的大部分长度或者所有长度上的排放非常有益,其中封闭的流道位于整体形成或单独形成的供气管内。
此外,在本发明的某些特别优选的实施例中,在封闭通道和室之间具有气体传输连接,它包括沿着扩散器的长度间隔布置的、具有限制的过流横截面的孔口。如果孔口的过流横截面被充分地限制,那么这些孔口就能够给在沿着室的长度方向上提高处理气体的分布均匀性提供机会。因此,这就依次提供了比现有技术中的特定的盘形和/或带状扩散器具有更高的扩散效率的相应的可能性。如前面的段落和图1中所说明的,这个潜在的优点对那些具有多个列,并且每列上包括多个扩散器的设备特别有价值,该扩散器包括这种类型的由共同主管供给的多个列。
由于管道与膜主体整体形成,因此管道能够为所形成的组合提供很大的机械强度和稳定性。一些现有技术中的带状扩散器系统包括与膜主体的长度相垂直延伸的供气管。与这些相比,本发明的优选实施例具有这样的供气管,即它们无论是分别形成还是整体形成,它们最长的尺寸都能延伸在与主体和膜的长度相同的方向上。这些本发明优选的扩散器从主体与供气管的连接处横向延伸的程度,无需和那些垂直定向的扩散器中的一样大。因此,这些优选实施例在它们侧部的最远端处不会产生很长的力臂,通过这样的力臂,破坏性的作用力会施加在位于管道和它们的单独形成的或整体形成的主体之间的连接点上,所述破坏性的作用力可能由运行中的废水处理池内的水流产生,也可能由在废水处理池内工作的人员无意间造成。
盘形扩散器系统的扩散器主体和膜通常通过批量成形工艺来制造,例如通过压模。另一方面,本发明通过连续的方法,例如各种类型的挤出,为以伴随的经济生产来制造膜、支撑以及整体供气管提供了机会。
在某些实施例中,出于精简运输的目的,依照本发明所构造的扩散器系统可以在工厂中容易地组装出来。依照本发明的系统也呈现了在废水处理设备和其它设备中容易并且快速安装的优点。
本发明很好地说明了串联的带状扩散器的安装,它包括以端对端的关系被安装的两个或多个扩散器,以及标准生产线的产生。
由于依照本发明的产品通过挤出成形,因此它根据用户设计的曝气系统改变长度变得很方便。
依照本发明的带状扩散器,至少在它们的最优选的实施例中,当它们与每单位底面面积上的潜在的高气体排放面积联合使用时,就可以提供足够高的氧气传输效率,从而提供比膜盘形扩散器更低的成本,因此也就产生更高的利润比。
本发明所有的实施例不必具有上面所有的优点,也不必具有这些优点的组合。此外,用户、制造商和其它本领域的技术人员可以通过本发明所披露的内容和/或通过本发明所得到的经验来识别那些本来就包括但是上面没有进行讨论的优点的一些实施例。
附图说明
图1为包括依照本发明的带状扩散器的废水处理池的平面视图。
图2为图1中带状扩散器的一部分的放大局部顶视图。
图3为又一扩散器实施例的透视图,它具有管、膜支撑和膜、没有支柱的膜支撑的部分、部分由从无支柱的支撑部分悬垂下的分支形成的边缘固定凹槽、凹槽插入物、端部夹钳和弓形夹钳。
图4为图3中扩散器的局部放大的半截面图,其中该弓形夹钳从该图示的支撑侧部去除,该分支具有附加的夹紧部件与该分支端部的互补轮廓接合。
图5是从扩散器上方并至侧部选取的透视图,连接器插入该扩散器的端部。
图6是图5中连接器的侧视图,其内表面通过虚线示出。
图7是图6中连接器的透视图,显示了它缩小的端部和内部。
图8是与图3中带状扩散器大致相似的另一个实施例的透视图,但是具有改进的分支和膜端部夹钳条紧固件,以及在该管上形成的凸出部,其与安装架配合,用于将该扩散器固定到液体处理池的底面上。
图9是图8中扩散器端部的放大部分。
图10与图9相似,但是其被剖开以便显示用于端部夹钳和弓形夹钳的紧固件,以及该夹钳条和弓形夹钳邻近端的内配合元件。
图11与图9相似,只是为了清楚的显示该管、膜支撑、膜、分支和固定部件,所有其他部分均被省略了。
图12与图11相似,向其附加了具有膜边缘保护器的夹子。
图13包括图11的一个放大部分,其中部分被去除或改进。
图14是图8中实施例端部的一个从上方并至侧部选取的透视图,具有附加的扩散器支撑钩部件及底面架子。
图15是图14中扩散器的一个侧视图,向其附加了与图6和7中相似的连接器。
图16显示了一个与图14相似的实施例,其中图13中的分支、凹槽及固定部件被替换,其中该钩部件被省略,并且向其附加了扩散器支撑支架。
图17显示了图16中实施例的一个替代方案,采用了具有较低固定带和上部扩散器压紧夹钳的开顶夹紧装置。
图18是位于图17中右侧的固定带及压紧夹钳,以及它们各自横向凸出部的部分分解图。
图19显示了图18中压紧夹钳横向凸出部的顶部。
图20显示了图18中固定带部分横向凸出部的顶部。
图21是显示了膜端部夹紧装置的又一个实施例的透视图。
图22是图21中扩散器的部分剖开的半端视图。
图23是部分在图21和22中示出的螺母部件的透视图。
具体实施方式
在说明书和权利要求书中以单个形式出现的装置和操作元件的地方,同样也可以包括复数个,这根据那些元件的属性是可行的。在同样的情况下,以复数出现的这些元件也同样包括单个的情况。
本发明可以用于扩散器系统中,即用于将气体的微小气泡以及可能加入的液体和/或蒸汽通过膜扩散器排放到液体中的系统,其中液体可以包括固体或其它气体。
因此,本发明可以应用于任何需要将微小气泡导入到液体的过程中,例如,为了达到任何目的将气体简单排放到液体中,所述目的不一定包括气体和液体之间的化学反应,例如,气提脱氧、气体溶解、浮选(floatation)过程,防冻和鱼养殖。本发明还可用于在支持与液体的任意类型的化学反应和/或在液体内的任何类型的化学反应的情况下将气体排放到液体中,例如,中和、酸化、碱化、杀菌、例如在饮用水处理中杀菌,和/或支持细菌活动,例如在发酵(例如酵母的生产)中,和在进行任何类型的生物废水处理中,例如BOD(生化需氧量)、磷的去除、氮的去除、悬浮或溶解废物的好氧和/或厌氧消化,特别是通过活性污泥工艺进行的悬浮或溶解废物的好氧和/或厌氧消化。特别优选的实施例是废水处理过程,该过程至少部分地包括曝气,其中气体被排放到含有悬浮和溶解固体的废水中,并且至少一部分被排放的气体为含氧气体,例如空气。
进行处理的液体可以包括任何需要进行这种处理的处理材料。在这些液体中可以为含水的液体,例如废水、饮用水、酸浸液以及其它液体。存在于气体处理下的水中的固体可以包括例如矿石、淤泥以及其它沉积物、细菌和其它生物。事实上任何气体都可以通过扩散器排放和/或存在于接收来自扩散器的气体的液体中。这些气体包括含氧气体/生产的气体,例如氧气、空气、富氧空气和臭氧,以及其它“气体”(包括蒸气),例如氯气、氮气、蒸汽和其它形式的水蒸汽。
根据一个实施例,从扩散器中排出的气体可以包括含有微小滴或蒸汽的雾。这种小滴或蒸汽可以是例如由通常的液态物质,例如酒精、其它溶剂和/或盐酸、醋酸或蚁酸组成,并且可选择地是用于减轻或者防止扩散器的堵塞的目的。
在扩散器系统的基础元件中还包括任何适合的气体源,用于供给从扩散器排出的气体。气体源可以包括例如池、气体发生器或大气。
在大多数情况下还设有气体推进系统,该气体推进系统可以为任何类型,并且使气体在压力引导下流向扩散器又从扩散器中排出。该扩散器可以包括,例如正排量压缩机(positive displacement compressor)或者优选的离心风机。
在需要的地方还会配置气体净化设备,例如气体供给过滤器(例如,清洁进入到风机中的大气的进气过滤器)和/或出口过滤器(例如在压缩机出口处用于将由压缩机带来的油过滤掉的滤油器)。
这种系统通常包括任何类型的液体储存装置,例如象湖或池的天然贮水池。更典型的是,水储存装置可以是人造的,例如具有一个或多根浮动栅(floating grids)的污水池,其中每个栅包括多个扩散器,这些栅可以被锚固和/或为可移动的。在多数情况下,并且优选的是,这些储存装置可以为金属制成的池或者,优选的是由混凝土制成的池。
气体从气体推进系统通过输送管被导入液体储存装置中。这些管通常包括位于地面上或地下的码管,它们将气体从气体推进系统输送到池中。码管可以由合成树脂制成,但是优选的是采用不锈钢制成。输送管通常还包括下水管,下水管可以由合成树脂制成,但是优选的是采用不锈钢制成,并且它们将气通过液体表面从码管向下输送到淹没的栅系统中。
栅系统通常包括由合成树脂或者不锈钢制成的总管,从其上引出扩散器供气管。虽然总管和供气管可以由不锈钢制成,优选的是采用合成树脂制成。供气管的优选形式为由刚性的PVC制成并且符合ASTM D3915、单元124524的属性。
一个特别优选的实施例为安装在底面上的栅扩散器系统,在这种系统中,金属(例如不锈钢)或者其它材料的支架连接到池底,并且支承水平布置的合成树脂总管和供给管道,该总管和供给管道位于底面上方一小段距离处,并且供气管大致垂直于总管延伸并且大致相互平行并且也平行于液体表面。然而,本发明事实上可应用于任何其它类型的装置中,例如摆动安装支架扩散器系统中,在这种系统中,为了维修扩散器,扩散器支架从储存装置、通常为池中升起,或者为了进一步说明,在扩散器系统中,至少部分供气管固定地没入到池底。
作为扩散器系统中的典型,不管是底部安装型或其它类型,用于将气泡排放到储存装置内的液体中的扩散器都与供气管相连,并且被分散到至少部分的储存装置中。与已知的带状扩散器一样,本发明的扩散器包括被称为扩散器主体的结构部件。扩散器主体通常包括加长的膜支撑件,以及用于将气体接收到扩散器中并且将气体输送到膜的气体流入表面中的装置。在本发明中,至少部分供气管和至少部分扩散器主体以一种或多种新颖的方式彼此相连。
本发明具有新颖性的特征之一为膜支撑和供给管之间的方向关系。它们的长度尺寸在大致相同的方向上延伸。在它们各自的长度的大部分上,膜支撑和供给管道具有相互连接的关系,从而膜支撑与供给管道形成一体。膜支撑和供给管道之间的数目关系可以分别为一对一、多个对一个、一个对多个以及多个对多个。在膜支撑和供给管道之间可以提供任何理想的空间关系。例如,支撑可以安装在上部,例如管道的顶部,和/或下部,例如管道的底部,和/或侧部(例如横向延伸的),例如从管道上悬臂地伸出。
从横截面观察,可将扩散器主体设计成各种总体形状。扩散器主体的挤出成形为选择横截面的形状提供了极大的自由度。优选的是,将单个膜支撑部分件相对于整体供气管的中心轴线对称布置并且位于整体供气管的上部。在上述类型的某些实施例中,管道或连接件的任一侧的空间均为开放的。
采用非对称设计也是可行的。例如,如上面详细说明的来看,膜支撑部件相对于供气管的中心轴线为非对称布置,即“侧鞍形”布置,其中支撑部件部分或全部地偏移于管道的侧面。可以采用在单根供气管上安装多个支撑和膜的设计。也可以考虑采用多根管道和多套支撑和膜的设计。
在本发明的任何实施例中,膜支撑件可以采用多种形状。从横截面观察,它可以为“单片状”,这表示它以单片的固体层形成。可选择的是,它可以包括相间隔的上下层,在上下层之间带有由桁架、蜂巢或其它结构的“支柱”。这些层的厚度可以变化并且在它们之间包括用于增加它们刚度的加强填充物。
从横截面观察,实际上支撑着膜的支撑件表面的那部分可以具有不同的形状。对于特定的支撑件,此部件可以基本是平面状或者基本上为弓形,或者可以包括平面和弓形的结构部分。表面可以是相对平的或者复杂的。为了各种用途,例如辅助密封,和/或将膜固定在支撑上,可以采用,例如突起、凹槽、沟道或者其它凸起或凹形表面的结构部分。对于相同或其它的目的,这些表面结构部分可以形成能够与膜上互补的形状结构部分相接合的形状。
优选的是,膜支撑件的膜支撑表面部分具有带有任何合适曲率半径的大致为弓形的表面。此弓形表面可以具有变化或恒定的曲率半径。优选其具有一个或多个长半径,当不处于操作状态时,该半径优选地至少为膜被支撑的横向距离间隔的大约70%,更优选地至少为大约80%,进一步优选地至少为大约90%,最优选地为基本上所述整个距离间隔。在这个主要的部件内,一个半径/多个半径优选地至少为大约8英寸、更优选地至少为大约10英寸,进一步优选地至少为大约12英寸,并且在特别优选的实施例中,大约为18英寸。
从具有弓形膜支撑中可以获得至少一个并且可能是更多潜在的好处。当支撑具有弓形的上表面时,便于膜更好地固定/密封。在整个形状上都为弓形的支撑件增加了该部件在“y”轴上的尺寸,从而增加了此部件的刚性或纵向轴弯曲模量。因此,从总体上提高了扩散器主体的纵向抗弯曲性能和强度。
在不偏离本发明的精神的前提下,仍然可以应用这里未示出以及未讨论的其它扩散器主体结构和元件。
扩散器主体可以采用加强构造或者不采用加强构造,例如,采用定向或非定向的纤维、嵌入在形成扩散器主体的合成树脂内的网丝或布。用于本发明的扩散器主体可以通过任何适当的工艺制造,例如层叠、喷涂、注模和挤出工艺。本发明的优点在于,上述供气管和膜支撑件的方向关系使这些物体适合通过挤出,例如传统的挤出、拉挤,例如以PFG(拉挤“玻璃纤维”)和共挤出(例如,在相同部分的挤出中,由多种材料形成外部高强度的层和较低成本的较低强度的芯)形式的拉挤。
任何具有合适强度和耐用性的合成树脂都可用于形成扩散器主体,例如PVC(聚氯乙烯,优选地用于挤出)、聚酯(优选地用于拉挤)、ABS(丙稀晴-丁二烯-苯乙烯)、具有PVC表皮的ABS和具有ABS表皮的ABS。对于PFG树脂来说,一些示意性但非限定性的属性包括:弯曲模量为2-2.8×106psi;拉伸模量(1,200,000+psi);耐热性(热变形)>350F。也可以采用其它树脂。树脂可以含有各种添加剂,例如填料(例如TiO2)、增塑剂、自由基抑制剂和紫外线稳定剂。
挤出是形成扩散器主体元件的特定组合的一种特别方便的方法,事实上,该方法可用在任何类型的带状扩散器装置中,并且特别适用于地面上的装置中。更特别的是,挤出便于在带状扩散器中形成纵向供气管道,该管道至少部分地并且优选地是基本上整个与扩散器主体形成一体。
同样方便的在于提供加长的供气管和加长的膜支撑件的结合体,此结合体的供气管与至少大约一半长度的、优选与至少大约3/4长度的、并且更优选地是与大约整个长度的支撑件一体形成。这些范围中的每一个包括这种可能性,即部分的支撑可以被切掉,以使管道稍微比支撑件和/或主体的一端或两端处的其它主体元件长。最优选的是,管道和支撑件具有相同的长度。
挤出还便于提供位于扩散器主体的加长扩散器膜和加长支撑件之间的加长气室,该气室放置于内部具有供气管的扩散器主体部分上,其中供气管延伸在气室至少大约一半的长度上,优选的是延伸在至少大约3/4的长度上,更优选的是延伸在气室的基本上整个长度上。这样,就能通过挤出来方便地形成扩散器主体,其中在扩散器主体内,具有一气室,该气室具有与气体管道例如供气管相近的长度。
当通过挤出形成扩散器时,就没有必要使供气管在由扩散器主体部分所横贯的距离间隔内与扩散器相分离,这样就减少或消除了承包商在本地市场内获取管道的需要。
采用挤出,就可以在大致相同的方向上加长气室和供气管。
在具有被挤出的扩散器主体的扩散器中,气室可以在相当于气体管道的至少主要部分的长度的距离上以非中断的方式延伸。然而,气室的长度可以超过气体管道的长度,反之亦然,例如当在挤出之后切割掉二者之一的部分长度时。
挤出还是形成扩散器主体的一种方便的方法,对于每一膜支撑件,该扩散器主体包括若干供气管。如果必要或者需要,这些管道中的两根或多根可以具有它们自己的多组气体喷射通道,这些通道与扩散器的气室相通。不管是在同一时刻或者不同时刻,多根供气管能够通过几根管道提供,向膜输送不同气体、蒸汽或液体的机会。例如,一根这样的管道可以连续或间断地向气室输送曝气处理气体,同时在同一扩散器中的另一管道可以连续地或间断地向相同的气室输送清洁流体,以清洗膜。或者几根管道中的每一根,都可以用于在相同或不同的时间,向相同的膜输送相同的气体、或者相同的混合气体、或者具有残留液体(一或多种)的气体和/或蒸气(一或多种蒸气)。此外,可以将一根或多根管道淹没用于至少部分地计算扩散器中的任何浮力。
依照本发明的扩散器主体还包括任何适当形状或形式的气体喷射通道,它们通过膜支撑件从供气管的内部延伸。它们可以但并非必须是沿着供气管以纵向的间隔距离被布置;例如它们可以位于支撑件的水平中心线上,和/或它们可以沿着除了中心线外的一条或多条线布置,不论是相对于中心线平行地延伸还是以与中心线成一个或多个角度延伸,或者是不以直线延伸,例如它们可以随机地分布。
这些通道将气体从供气管的内部向气室中输送。喷射通道可以具有任何适当形状的流道横截面,例如,圆形、椭圆或矩形,并且其形状和/或尺寸也可是固定的或变化的。如果是固定的,在完成扩散器主体结构的挤出后,这些通道通常由热冲或冷冲或者钻孔的方法形成。如果是变化的,那么这些通道在它们的出口处可设有可变开度的阀,例如瓣阀或弹性“鸭嘴阀”。
在特别优选的实施例中,气体喷射通道具有充分小的过流横截面,以在扩散器操作过程中,在送气管和气室之间的通道上产生足够的压差,从而适量地使各自管道间的气流的分配增加或者使气流的分配大致均匀,这样就构成了流量调节孔口。通常,由以一定间隔分布在气室长度的至少大部分上分布的气体喷射通道,并且优选地是由足够小的过流横截面的通道所分配的位于膜带状扩散器的小孔之间的气流分配的越均匀以在这些通道和孔之间产生气流分配的高度均匀性,那么气体向液体传输效率就越高。
可选择的是,扩散器主体可以包括一个或多根形成于膜支撑件的膜支撑表面内的通道,用于当膜在静水压下塌陷于支撑上时,帮助扩散器启动。当设有这种通道时,通道的位置设置为气体喷射通道开在它的内部。该通道可以具有任何合适的横截面,例如矩形或弓形,并且可由任何适当的方式形成,例如当最初形成支撑时,由例如挤出的支撑件上表面的部分形状来形成,或者在最初形成扩散器主体后通过铣削所述表面内形成。在此推荐,使通道具有足够的宽度,从而使由喷射通道输送穿过通道到达膜的下侧处的气体将会进入到足够大的膜面积处,从而作用于膜下侧压力将会在膜上产生足够的作用力,从而克服其自身的弹力和作用于其上的液体的静压力,而从其位于支撑件的非工作状态的位置处升起。这种通道还便于,例如提供空间,从而在此空间内通道的出口处安装止回阀,其中止回阀在膜处于非工作状态下能够在无气流的情况下关闭,在气流开始出现或恢复的情况下打开。
扩散器主体可以具有任何理想的宽度,其长宽比与带状扩散器的长宽比一致。例如,如果宽度至少为大约4或至少为大约6英寸,那么对应的长度至少为大约10或约12英寸或者更多。通常,选择宽度是切实可行的,这样的宽度能够减小该支撑在其与管道的连接处断裂的可能性,以及在此宽度下膜鼓起的倾向很小,即在没有隆起的情况下,不能够在非工作状态下弹性地充分收缩、平顺地贴在膜支撑件的上表面上。
通过挤出形成扩散器主体的主要优点之一在于,它们可以容易和经济地以任何期望长度形成。
优选的是,扩散器主体的长度至少为6英尺并且更优选的长度大约为7.5英尺。但是长度,以英尺计,达到约8、达到约10以及达到约16、约20、约24或更长都是可预期的。
加长的膜基本由橡胶固体聚合材料制成,虽然它们也可以含有有机或无机固体,例如碳黑,以及液体,例如增塑剂。这种聚合材料可以包括天然原料或者合成原料的聚合体以及它们的混合物。可以考虑具有合成的和/或天然组分的均聚物、共聚物、嵌段共聚物、和接枝的聚合物。在各种类型的合成聚合物中,优选的是,从EPDMs(优选的是三元乙丙橡胶)、硅胶、Santoprene(tm)型的热塑性塑料和氨基甲酸乙酯类、丁腈橡胶、氯丁橡胶和腈类中选择的弹性材料。这些材料被描述为“橡胶性的”,这是因为无论是天然的和/或合成的,它们都具有在变形即在压力作用下伸长之后弹性恢复的属性,并且因此,术语橡胶性包括例如热固性和/或热塑弹性体。
本发明中所采用的弹性材料膜可以被模制,但是优选的还是被挤出为单层,该单层可以包括但是优选地是不含有增强纤维。作为选择,膜可以包括模制或挤出橡胶性材料层,所述橡胶性材料层内或层之间具有或不具有纤维加强物,其中纤维加强物例如为织造材料或非织造材料,例如含有天然和/或合成纤维,例如棉、聚酯、聚丙烯、玻璃纤维或Kevlar(tm)纤维的布或网。
膜上可设有表面结构部分,用于帮助膜固定和/或密封于扩散器主体上,下面将会详细描述这部分。这些结构部分可以在开始模制或挤出期间加入,例如通过在膜原料的延伸长度上挤出,或者在开始模制或挤出之后才加入,例如通过将其粘接到先前模制好的膜原料上,或者以其它方式加入。
从平面图观察,虽然膜的形状可以进行某些变形,但带状扩散器膜通常会采用直的、平行的侧面。膜的端部可以具有变化的形状,例如半圆形和切去角(squared-off)的形状的端部。
优选的是,膜的长宽比至少大约为4,更优选至少大约为6,进一步优选至少大约为8,并且最优选至少为约10。膜的长度通常与支撑的长度大约相同。一些典型的长度范围包括约4至约40、约4至约20、约5至约15以及约5至约10英尺。宽度可以的范围为约4至约12,更优选为约6至约12,进一步优选达到约10并且最优选为约7英寸,在一4英寸直径的管道上从外边缘至外边缘。
示例性的膜厚度为,对EPDM而言,约0.0625-约0.125,优选约0.07-约0.11,并且更优选约0.08-约0.1英寸,并且,对于氨基甲酸乙酯而言,约0.015-约0.030,优选约0.018-约0.027,以及更优选约0.020-约0.025,如0.023或0.024英寸。
此外,特定的膜的厚度可以从一个部位到另一部位发生变化,例如,为了提高气体从其孔排出的均匀性,或者对膜的一部分进行加强。例如,膜的厚度可以沿中心线从它边缘处的大约0.8英寸平稳地上升到大约0.1英寸。
通过基本的聚合物设计、对处理步骤和条件以及所采用添加剂的配方的选择,本领域的技术人员能够调整这些聚合物的相关属性,例如拉伸模量、硬度、蠕变、切割伸长、添加剂稳定性保持能力,例如阻止增塑剂或其它成分析出、化学抗氧化、抗臭氧或者抗其它所需化学制品,以及其它属性。
用于本发明膜的一种EPDM成分是一种挤出混合物,其重量百分比构成为:大约50%的Uniroyal EPSYN 2506热固性EPDM聚合物,大约25%的N774中等粒度碳黑填充物,大约15%的SUNPAR 2280增塑剂油,该增塑剂油是一种高分子量的油,用于防止析出,和大约10%的传统的固化封装材料,它包括以过氧化物为基(peroxide-based)的固化剂或硫磺基固化剂,所有这些都在螺旋泵混合器中被混合在一起。
在挤出后,膜可以任何传统的方式被固化,例如在烤炉中,以例如大约350℉,在盐浴中,以例如大约390℉,或者在微波炉中以例如200-250℉的炉温。
固化后的弹性体特性的示例性但非局限性的例子包括:弹性模量,大约500psi;拉伸模量,每ASTM D 412大约1200psi;在断裂处伸长的百分率,每ASTM D 412大约350%;ASTM D1171的每Test A的抗臭氧性;硬度约为58;以及比重大约为1.25或更少。
用在本发明的膜中的另一种可挤出EPDM橡胶为美国俄亥俄州的肯特市的Elbex公司生产的产品号为E70-6615-2B的EPDM橡胶,它的重量百分比构成为:45-63%的弹性体成分EPDM,30-40%的增强纤维,5-10%的增塑剂和2-5%的硫化以及各种其它的试剂。已知这种材料具有以下属性:
炭黑着色
物理属性                美国试验材料协会(ASTM)测试方法           典型值
硬度,ShoreA                D2240                                 58
拉伸模量,psi               D412                                  1550psi
拉伸率,%                  D412                                  350%
压缩形变,%                D395(22小时@70℃)                    25%
热老化                      D573(70小时@70℃)
硬度变化(Dur.)                                                  61(+3pts)
拉伸模量变化,%                                                 1426psi(-8%)
拉伸率变化,%                                                    290%(-20%)
抗臭氧性                    D1149(72小时@50pphm)                 无裂缝
防水(Vol.)                  D471(70小时@100℃)                   +1%
低温脆度                    D2173(-40℃)                          通过
规格:ASTM D2000 M4BA610,A13,B13,C12,EA14,F17
低油成分:最大值12%
上述值根据标准的测试平台和按钮获得。
成片状形式的膜材料被冲压以形成气体排出的小孔。从平面图观察,这些小孔可具任何适当形状,例如圆形、矩形、星形或十字形或者其它形状。小孔可以任何适当的随机的或有次序的方式分布在膜的气体排放表面上,这种分布方式可以包括居中或非居中定位的非狭缝区域,例如用于执行下面将要进一步说明的阀的功能。
孔可以任何方式成形,例如通过冷针或热针冲压,对于Santoprene(tm)弹性体(elastomers)和类似的产品以及具有,以氨基甲酸乙酯为基(urethane-based)的弹性体来说,热针冲压更为有益。然而,对于EPDM膜来说,人们认为最好的形成孔的方法为狭缝冲压,例如采用钢尺冲模来形成大量短的、直线的切口,或者优选由剪切冲压来形成孔。与圆孔相比,狭缝就抗堵塞程度、随着气压变化改变开口大小的能力、当无气流通过时至少关闭一定程度的能力、孔形成的复制能力、调整DWP(动态湿压)的容易性、调整冲压模式容易性,和冲压操作的经济性来说比圆孔强。
本发明优选的实施例包括沿着多排在纵向上彼此间隔、端对端排列的剪切冲压狭缝。这些排为相互平行且平行于膜的长度方向、在横向上彼此间隔并且分布在膜的宽度上的多条直线。狭缝的长度和端与端的纵向间隔优选地分别为0.03英寸和0.05英寸。这些排之间的横向间隔优选地为0.15英寸。位于相邻排上的狭缝可以并排设置或相互交错。在优选的示例性和非限制性的实施例中,膜宽大约为12”,它具有以中心线为中心并沿着中心线延伸的大约1英寸的统一宽度的未冲压面积作为止回阀,并且在沿着未冲压的面积两侧具有大约3-1/2英寸的统一宽度的冲压面积,其内具有如上所述的位置和尺寸的狭缝,并且在沿着膜的纵向边缘处具有每个大约为2英寸宽的未冲压的边缘。
在膜的端部并沿其纵向边缘,可以设有任何适当的机械装置,以将膜固定并且密封在扩散器主体上。在这些用在密封膜的端部的装置中,有各种类型的金属、橡胶和/或塑料的夹紧装置,例如夹钳条、夹子、夹紧带、螺杆紧固件、U形夹和其它类型的夹钳,这些夹钳可以具有表面突起以帮助固定和/或保持密封。夹在膜的端部上的U形横截面的金属夹钳条是一种特别有利的工具。该端部也可以采用粘合在膜和支撑件上的带来进行密封,并且带密封可以同任何类型的机械夹钳部件结合使用。
可以采用许多不同的装置来将膜的纵向边缘密封到扩散器主体上。这些装置包括各种类型的金属和/或塑料的夹钳,例如夹钳条或者法兰、U形夹和其它类型的夹钳,它们可以具有表面突起从而帮助它们固定和/或保持在适当位置处。卷曲于膜的边缘和膜支撑件边缘处的金属夹是一种特别有利的工具。和端部一样,边缘也可以采用粘合在膜和支撑件上的带来进行密封,并且带密封可以同任何类型的机械夹钳部件结合使用。
在附图和下文中披露了端部和边缘的固定和密封装置的所述的和许多其它的实施例,并且在不偏离本发明的精神下也可以采用许多其它装置。
相接触的膜和扩散器主体部分可以具有任何恰当的类型的结构,以在将它们固定和密封在一起时彼此有效地进行配合。例如,在扩散器主体中可以具有与膜中的成形部件相接合的形状互补的凹槽。另外,在扩散器主体上还可以具有与膜内的凹槽相配合或不相配合的突起。在某些条件下,这些类型的结构本身可能就足以将膜固定和密封在扩散器主体上的适当位置处,或者可能与上述端部和边缘固定和密封装置一起结合使用。
采用与膜成一整体或分离的锁定/压紧部件可以将膜固定在扩散器主体内的凹槽中。一体的锁定部件的例子包括可压缩的或不可压缩的球形突起、圆形边缘部件和鸽尾形边缘部件。无论是中空的或者非中空的,还是杆形的插入物、带状的插入物,例如具有锯齿面(多锯齿面)的,和键槽的绳索,示例性的分离锁定/压紧部件都可以包括“T”形横截面和矩形、盒状/菱形、圆形或其它形状的部件。还可以采用许多其它的结构。优选的并且非常重要的是,根据膜的机械属性,将锁定/压紧部件设计成不具有锋利的边缘、拐角或者其它潜在的应力升高部。
优选的是,扩散器主体和膜的连接处的几何形状,要使得膜的气体流入表面上的气体压力以及所导致的膜的伸长会增加位于膜和扩散器主体之间接合处的密封压力。这种类型的实施例将在附图和下面的描述中得到示出。
由于膜支撑与供气管在同一方向上延伸,因此在某种程度上支撑可以从供气管中获得强度,但是对于现有技术中具有膜和相对于管横向延伸的膜支撑的带状扩散器来说就不可能获得此强度。
依照本发明的扩散器可以被连接到供气总管上,并且以任何适当的连接方式彼此串联,无论是以柔性或刚性的连接方式。例如,柔性连接可以通过使扩散器具有向外突出的倒钩(barb)装置来实现,该倒钩装置通过粘接、螺纹连接或其它密封方式固定在扩散器供气管的端部内,并将软管夹紧于倒钩装置上。软管的另一端可以被夹紧到位于总管或另一扩散器上的另一倒钩装置上。刚性连接则不需要倒钩装置。作为替代,例如,可以将刚性接头通过粘接、螺纹连接或密封连接到供气管的端部内。类似装配的总管或第二扩散器可以通过任何适当的连接方式与第一次所述的接头相连,例如授权于W.Winkler和W.Roche的美国专利5,714,062中所披露的连接类型。在采用刚性连接的地方,支撑扩散器的支架或其它装置可以被固定到这些连接件上。
在实际中,本发明可以运用于任何类型的设备中,在这些设备中膜扩散器是很有用的,特别是在废水处理设备中。
这种扩散器是通用的,这是因为它们在曝气面积与底面面积比(“填充因数”)的变化非常大的设备中是有用的,其中曝气面积与底面面积比可以为例如大于25%或大于30%直至大约60%,并且在设备的负荷中变化很大。
此外,本发明还可以用在混合系统中,这种混合系统具有这里所披露的带状扩散器,以及其它类型的扩散器和/或位于相同的池中的混合器。
如上所说明的,本发明的扩散器可以很方便的用于具有需氧梯度和通量率明显变化的设备中。
实施例可以具有变化的通量率(膜气体排放表面的每单位面积的气流速率)、具有好的效率并在膜的气体流出表面具有优异的气体分布均匀性。
在各种实施例中所考虑的那些实施例具有的通量率为每平方英尺膜气体排放面积约0.25标准立方英尺/分钟(scfm)至约7.5标准立方英尺/分钟(scfm)。更加优选考虑的通量率是在每平方英尺膜气体排放面积约0.5标准立方英尺/分钟(scfm)至约3标准立方英尺/分钟(scfm)范围内。
膜偏移,膜距支撑件的垂直距离的变化在0和操作气体流速之间可能变化显著,这取决于所选膜的具体类型。例如可以考虑采用这样的通量率(气体流量),在该通量率下膜偏移达到约0.5英寸或达到约1英寸或更大的范围。
现在将结合附图对各种特殊的实施例进行说明。这些实施例旨在示例并不对所附权利要求的范围构成限制。
附图中所示的优选实施例的说明
图1和2
如图1所示,由本发明所构思的带状扩散器可以安装在具有侧部31、端部32和底部33的池30内。在固定在池底部33上的常规支架(没有示出)的协助下,许多供气管4以平行阵列安装在接近该底部处。扩散器40能够代替部分供气管4,并且在与那些管子大致相同的方向上延长。这些管子通过总管34和下导管35连接到加压的处理气体源上,例如一个或多个鼓风机或压缩机(没有示出)
图2是一个该扩散器40的延长部分,以及用于将这一特定扩散器40和另一个这样的扩散器相连接的供气管4的另一部分的一部分。膜55具有穿过其暴露的中心部分57的气体排出孔58。在该膜的下面是包括膜支撑(支撑的剩余部分没有在这里示出)的扩散器主体。该膜的端部通过端部夹钳60被固定并密封到该支撑上。下面描述的附图说明了该膜边缘怎样能够被固定到该支撑上以及如何构造本发明扩散器的其他部分。这些不同的形式将作为本发明的实施例被提及。
图3-13
这些图揭露了几个包括本发明多个可选改进形式的实施例。但是,这些实施例优选包括多个相同部件,它们通过贯穿这些附图的相同的参考编号来标记。
如图3和其他附图所示,带状扩散器550包括横截面为圆形或非圆形的管553,其具有纵向延伸的中心轴线554(见如图5),以及纵向延伸的具有顶端557和内表面558的气流密封外周壁555。虽然该管以及和它一体成型(如共挤出)的支撑560可以是金属或聚合材料,但它们都优选为合成树脂。一种优选的树脂是符合在ASTM D3915、单元124524中列出的属性的刚性PVC。
膜支撑部件560在该管中心轴线方向上延长,并且在几乎整个支撑的长度上该管和该膜支撑为一个整体。这一支撑的实施例具有一个单独的连接部分561,它和管壁为一体并且包括一个单独的具有变厚度的加厚区域562。这一区域以及包括它的该连接部分越过管壁顶端557在边界563和564之间有角度的延伸。管壁555的这一加厚区域在这些边界毗邻处比它在管顶端557处要厚。
当沿着该连接部分邻接的管内壁表面558长度的一部分以横截面观察时,连接部分561通常比该外周壁的其余部分厚。“其余部分”是指处于该连接部分外部的那部分管外周壁。该连接部比沿着多数长度或联合长度上的剩余管外周壁要厚,联合长度情况可能是该剩余部毗邻的该管内表面558长度的一部分。优选的,该连接部比在沿着至少约90%长度的剩余外周壁或该剩余部毗邻的内表面长度的一部分的联合长度要厚。在附图所示的变型体中,该连接部基本比所有剩余部分都要厚,包括管侧565、566以及底567壁部分。
依照本发明,连接部分可以包括至少一个加厚区域和至少一个从该至少一个加厚区域大致水平延伸的侧部。例如,一个单独的侧部可以从该管的顶部、底部或侧部横向延伸。但是,在图3、4和8-14的实施例中,支撑部件560包括两个与该连接部561和管553的上部为一体的侧部570和571,在管顶端的相对侧对称设置,并且从该连接部横向延伸,并和该连接部一起在与该管轴线相同的方向上纵向延伸。
在本发明的任何实施例中,该支撑可能具有大致水平的上部膜支撑表面。它包括该连接部的上表面,包括存在于该部分的一个或多个加厚区域,以及该支撑的一个或多个侧部区域。在这些附图中,支撑560包括包括在连接部561中的该独立加厚区域562的上表面和侧部570和571的上表面。
在这些实施例中,从横截面观察,这一上表面基本平滑,大致水平且微呈弓形,并延伸横跨该侧部上的两个边缘574和575之间的距离。在这种情况下,这些边缘是该支撑560的边缘,并沿着该支撑的每一侧纵向延伸。边缘574和575各包括从该支撑的上表面向外且向下弯曲,并随后向下且向内弯曲至侧部570和571下部的曲边表面。该弯曲表面可以环绕扩大的各侧部的外部578和579。与该侧部较窄部分580和581相比,这些外部具有扩大的体积或横截面。该较窄部分具有比该外部小的垂直高度,并且设置在该外部和该连接部之间的连接关系处。
侧部570和571在其下面具有和该扩散器周围环境开放连通的空间572和573。特别优选至少该侧部的一个并优选两个都没有整体挤出的位于管至侧部部分之下的穿过一横向距离的连接支柱,该横向距离是从该侧部与该连接部接合的位置至一个或多个侧部的外侧边缘574和575之间的间隔。
显示的优点是位于该侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到一个或多个侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面中该部分的内部,该横截面从该侧部或多个侧部以一个或多个连接部分连接到该侧部的外边缘574和575的位置延伸。当保持挤出管和支撑的组合中主体准直、轮廓和尺寸的一致性的同时,没有支柱的扩散器可以保持足够的强度。尽管如果需要时可以采用支柱,但优选当提供这样的支柱时,它是一系列沿着该组合的长度以能够提供该扩散器主体所需的加固程度的间距分散的支柱。例如,与该管轴线垂直设置的竖直结点板可能溶剂焊接(solvent-welded)在一个或多个侧部的下侧和该管外表面的表面部分。或者可以采用与该轴线平行并将该侧部下侧与该管表面部分连接的间隔的、分散倾斜支柱。但是,更加优选的,沿着至少一个侧部,从该侧部与所述连接部接合的结点横向延伸至该侧部的外侧边缘,该侧部没有位于下面的连接其与该管的支柱。
在本扩散器实施例中还包括中央部分具有孔(没有示出)的膜扩散元件587,这些孔位于该元件的大多数宽度上。该膜在该管中心轴线方向上延长,具有端部588和589(见图3和5)。该膜沿着它的边缘还具有纵向延伸的边缘部分590和591,这些部分优选没有孔。优选的,该膜表面是“平”的,没有实际上的突起,尽管它可能例如在它的宽度范围上在厚度和/或横跨宽度的孔隙率上有所变化,例如以便在它的中心和外部之间形成止回阀或平衡流动。
在任意适合固定装置的帮助下,该膜沿着膜的边缘部分和在它的端部以密封接合与该支撑固定。当从下部提供一种或更多气体如空气时,膜具有产生内张力和/或从该支撑上自由升起一定距离的趋势。张力是由于通过背压施加于该膜上的伸展力产生的,该背压是由于穿过该孔排放气体所造成的。自由升起可能是由随此背压而产生的膜膨胀所带来的。张力导致膜的中心部分在它们的边缘部分向内拉动。在某些扩散器结构中,自由升起可能在某种程度上使延伸降低至在该边缘部分和该膜支撑之间产生摩擦接合,从而帮助降低固定装置上的膜的拉出力,尤其是沿着膜的纵向边缘。因此,在长期的运行中和/或在高背压下,拉动和/或自由升起能够导致一种可能,即膜的边缘部分在一定程度上移动穿过该固定装置的夹钳和/或从它们当中脱离,导致膜的局部变形或它们的整体拉出,导致它们不能与该支撑密封以及差的扩散性能。
可以采用能够提供令人满意的固定和密封的膜边缘部分和端部固定装置或它们的组合。例如,可以采用任何一个固定部件或它们的组合,例如:用于该边缘部分-支撑界面的具有粘性化合物的条带和/或双面胶带形式的粘贴层;通过穿过这些条带和该边缘部分并进入或穿过该支撑的螺杆或其他紧固件沿着该边缘部分夹紧膜外表面的刚性压紧条带;和/或该边缘部分延伸到其中的凹槽,以及协同操作的固定部件,如塞进具有该边缘部分的凹槽中的条带,稳固的将它们固定在该凹槽中。
当使用时,粘性化合物可能以固定部件或另一形式固定部件的辅助物的形式存在于该膜和支撑之间的界面(一或多个)上。它可能作为可定位的液体或浆状物来使用,或可能在将该膜安装到该支撑的过程中以粘性固体粘合剂的形式出现。当用新膜替代旧膜时,采用粘合剂则可能需要通过如切割或挖出来去除该粘合剂、其他固定部件和/或膜。
在利用协作固定部件将边缘部分固定在凹槽里的地方,这些部件和凹槽可以是足够使该边缘部分在该凹槽内牢固的摩擦接合的任何形状和大小,例如通过紧贴各自凹槽的内壁压紧该边缘部分。这样的固定部件的横截面可以是圆形或非圆形的,并且其物理性质介于大致刚性降低到可压缩之间,但是在横向压缩时具有足够的硬挺度,用于牢固的夹紧各自的膜边缘部分。例如,可以采用具有圆形横截面和硬度(Shore A)在60-75范围内的硅氧烷聚合物固定件。
该固定部件和/或凹槽形状的横截面可包括圆角或尖角、凸出部和凹陷部,优选互锁或互补的位于固定部件和凹槽内和/或上的角、凸出部和凹陷部,以阻止边缘越过或穿过它们移动。正如下面将要讨论的,延长条形式的固定部件可用于使膜边缘直接紧固地夹持或锁定在凹槽壁上。
当使用在它们的壁上具有密封凸出部的、硬挺的、适度可压缩的固定部件和凹槽时,发现可以使用具有圆形横截面的、与该膜边缘部分紧密接合的固定部件。在其他情况下,非圆形横截面的固定部件可能抑制固定部件的旋转以及随膜的拉动可能产生的边缘部分的移动。另外,可能选择允许有限旋转的协作固定部件-凹槽结构,该有限旋转能够使该边缘部分在这些部分之间的箍紧加强。
当膜和固定部件安装在凹槽中时,另一种防止移动的方法是在该凹槽的口处于膜边缘上形成褶边。当适当的定位时,膜边缘将向该固定部件拉动该褶边并与之接触,从而进一步阻止移动。
虽然任何一种可以采用的固定部件能够设置在支撑560的上表面、侧面或下面,但优选的,正如下面将要描述的,是将边缘部分与该支撑上表面下面的延长凹槽和协作插入件固定,并且将膜端部和至少大部分设置在该支撑上表面上方的夹钳部件固定。
在一些优选实施例中,在该支撑下表面上或其下部形成分支。特别优选的是在分支辅助下形成的凹槽,例如通过使该管和支撑共挤出,而一体形成凹槽。
至少一个这样的分支可以从至少一个侧部,并且优选从两个侧部向下并与其纵向延伸。因此,例如,如图3、8和其他附图所示,分支576和577与它们各自的侧部570和571一体,与该侧部纵向延伸并从其向下延伸。优选的,该各自的分支朝着它们各自侧部下侧的某部分,并且最优选的是朝着存在于那里的扩大的外部578和579延伸。
更加优选的,分支576和/或577靠近它/它们各自侧部下侧的某部分,例如接近放大外部578和579的内侧或底部,如果存在的话。优选的,这些分支足够接近,从而在该分支和非常接近的该部分限定纵向延伸的膜固定凹槽583和584。不管是否部分由分支形成,此凹槽优选的位于支撑560上表面的下面并具有口,例如图4和11所示的也位于该表面下面(位于比最近部分低的高度处)的口586。更加优选的,该凹槽口在它们各自侧部的外边缘574和575的内部。最优选的,凹槽583和584位于它们各自侧部的下侧。
如果膜边缘的固定和密封是由凹槽,如凹槽583和584来完成的,则该膜的边缘部分590和591优选延伸进入该凹槽并通过至少一个弹性固定部件593配合在那里。这个部件优选具有圆形横截面并具有比该凹槽和膜边缘部分位于该凹槽中的部分的结合宽度足够大的尺寸(即在该凹槽和位于其中的膜的部分具有干涉配合),以便将它们各自的膜边缘部分牢固地靠着此凹槽的整个内壁表面压紧。另外,固定部件593在横向压缩中具有足够的硬挺度,以便将该各自的膜边缘部分非常牢固地靠着此凹槽的内壁表面压紧。例如,可以使用具有硬度(Shore A)在约60至约75范围内的硅氧烷聚合物。
当使用时,该凹槽优选的放置并定向,从而使膜587在脱离该支撑的上表面后,从横截面观察,向下沿着环绕外边缘574和575的固定路径弯曲至偏离水平线至少约90度的程度。在更加优选的实施例中该偏离至少约为120度、至少约为150度或至少约为180度。在该所示的优选扩散器结构中,这能够具有加强该膜内表面和该凹槽外侧的支撑的临近表面之间反移动摩擦的产生。将该凹槽以上面描述的优选方式设置以便易于加强这一效果,如的确提供了该扩大的外部578和579并形成这些外部的向外、向下并向内延伸的光滑曲线外表面。当单独或组合应用时,这几个结构部分能够帮助使该膜内表面和该支撑的临近表面之间反移动摩擦以及表面接触最大化。
可选的,该带状扩散器可以包括固定到接近该膜边缘的支撑的下侧的连接部件。在膜边缘在插入具有膜边缘的凹槽中的固定部件的辅助下被保持在凹槽内的地方,这个连接部件优选体现为锁定部件,其优点是被设置在该凹槽的口处,并堵塞该凹槽的口。然后该连接部件可以,例如帮助阻止该膜固定部件从该凹槽中脱离。
这样一个锁定部件的实施例可以在图4中找到。在那里,采用卡扣(snap-action clip on)连接部件611,它能够弹性张开,从而适配并环绕接触并把持形成于分支577较低端的肩部组件612。在具有这样连接部件的地方,可以具有膜边缘保护延伸部613,例如图5和12所示。它朝向并环绕该膜的侧部达到它的边缘574和575,并且能够在装运和安装过程中保护这些边缘。
分支、凹槽和固定部件的优选实施例图解在图13中,图11的一个扩大及改进部分。与这些和其他先前描述过的附图一样,这个实施例包括一体形成的管和支撑560,以及至少一个侧部571,后者包括扩大的外部579和分支577。分支577和扩大的外部579沿着该管和支撑纵向延伸,并且在它们之间具有纵向延伸的凹槽584,纵向延伸的凹槽584具有内部和相对较窄的口。在这个实施例中不采用连接部件611、肩部组件612和边缘保护延伸部613。
确定该凹槽的内部和口的尺寸和形状,以便将一环绕折叠在有弹性、具有圆形横截面固定部件593的膜扩散元件的边缘部分591安全/稳固地保持在该凹槽中。通过举例且非限定性的,对于厚度为0.024英寸的膜扩散元件587和边缘部分591,以及直径为0.210英寸的的固定部件593,该凹槽内部可以具有宽为0.225英寸的子弹形状的横截面,具有弓形内壁或鼻状结构,弓形内壁或鼻状结构的半径为0.1125英寸,在其最深处(沿着它的中心轴线测量)为0.213英寸,具有从该凹槽侧壁至它的外端壁的半径为0.035英寸的过渡,并在该外端壁和口586交界处具有尖锐的,例如直角的过渡。
该口可以是例如在其最窄处具有0.155英寸的宽度,该最窄处例如在它与该凹槽内部外端壁的交界处。该口壁可以是倾斜的,以便在该口的开口方向上加宽和/或在那端具有倒角边缘,以便于该固定部件593和环绕膜边缘部分591同时进入该凹槽。
在该凹槽平行侧壁纵向延伸的是至少一个并优选两个相对的肋状凸出部,如594a和594b。它们的高度可以是,举例但非限定的,表现为至少与膜厚大致相当。基于从该凹槽侧壁的测量,肋状结构594a和594b可以具有约45至约50度的壁倾斜度,并且在它们各自的顶点的高度为0.008英寸和0.015英寸高,顶点可以是具有半径为0.005英寸的弓形顶点。
该固定部件593,例如是一个0.210英寸直径直线长度的具有圆形横截面类型的,用于制造O形环的硅酮橡胶成品。它在径向压缩时显示出很大的硬挺性和内部形状恢复力,并且可能例如具有硬度(Shore A)值为70-75。
从这些被证明成功的举例值中得出,本领域技术人员能够为该凹槽和固定部件衍生出其他可行的形状、尺寸和特性的组合。
尽管优选共挤出该管、支撑和凹槽,但从后续成型该凹槽表现出一些优点,例如通过将其从一在其中没有凹槽的已经共挤出的管-支撑的组合体上挖出。因此,具有侧部571的管和支撑可以挤出而不具有凹槽,即在侧部571的部分之间没有缺口,随后该部位将依上述方法去除材料,最终成为外部579和分支577。
某些挤出树脂配方比其他配方更加耐磨。当将更加耐磨的配方用在具有或没有肋状结构的挤出的凹槽中、尤其是具有小的肋状结构的凹槽中时,该挤出模具的后续磨损能够导致该凹槽-制造部分,包括在那里提供的肋状结构-制造部分加速磨损。在某些例子中,此肋状结构和凹槽,在某些情况下包括该凹槽的口的制造公差可能是重要的。导致失去想要得到的凹槽或凹槽和肋状结构公差的模具磨损能够导致频繁停机以及维修或更换模具。能够通过采用具有与想要得到的凹槽或肋状结构的横截面相符的横截面的旋转切割工具,如刨槽机(router)整体或至少部分形成该凹槽来避免或至少部分克服这个困难。可以采用单个或多个工具以及切割步骤来形成该凹槽或它们的内部和/或口。
但是,还有可能并可以证明至少部分地后形成该凹槽是具有优势的。例如,一延长的缝隙能够在挤出支撑时,通过在位于一共挤出的管和支撑上的指定凹槽上挤出而形成。随后,该凹槽可以通过从该缝隙内部切除材料来形成,如采用刨槽机。在某些情况下,在挤出后形成该凹槽的这个技术可以在模具寿命、易于并加快挤出以及保持想要得到的公差之间提供很好的平衡。
在其他情况下,尤其是当模具磨损对于采用的树脂配方和/或凹槽结构不是一个大问题的时候,该凹槽以及其中的任何脊,可以同该管和支撑完全地共挤出。这样,同时形成外部579和分支577是可能的。
从阻止该膜边缘部分在该凹槽上移动或从其脱离的立场上来说,在形成过程中或其后将该凹槽内表面粗糙化显示了优势。机械切割该凹槽,例如通过刨槽机,提供了一些粗糙度并在某些例子中将提供所有需要的粗糙度。粗糙化能够可选地或附加地通过刮划该凹槽壁或向其强制喷射粗糙颗粒来完成,如喷砂。例如,在管和支撑组合体的共挤出过程中形成凹槽时,挤出的凹槽能够在该挤出模具的下游被喷砂并水淬。
人们发现通过固定部件折叠到粗糙的,如那些具有通过刨槽机形成的内表面和肋状结构的肋状凹槽内的膜能够抵抗意想不到大的内压以及偏移,而不破坏该膜的边缘密封。在较高模量的膜上导致约0.5英寸至约0.75英寸偏移的,位于该膜和支撑之间的气室中的流速以及由此产生的气压通常提供用于许多用途的足够排放量的气体。当与较大偏移相比时,达到约2英寸或更少范围的偏移,以及一个更大范围的达到约1英寸或更少范围偏移提供更加均匀和/或更加完整有效的利用已有膜气体排出表面积,即在膜表面上的存在气体排放孔的面积的优势。但是,如图13所示的优选的凹槽结构,例如如上所述通过采用刨槽机和/或由喷砂形成其表面而进行粗糙化,能够证明其在较高偏移量下在阻止膜边缘密封失败方面是有帮助的,所述较高偏移量为如达到约3英寸或更多,正如在较低模量膜材料和/或在选择或不注意的采用了较高气室压力和流速时可能遇到的。
例如在图3和5中示出的,膜扩散元件端部588和589能够越过该支撑的上表面,通过延伸穿过这些端部的夹钳条596以密封接合方式与支撑560的端部连接。这些夹钳条能够以任意适当方式保持在适当位置上,例如,如果该夹钳条由塑料形成,则具有穿过该夹钳条上非螺纹孔(没有示出)的自攻机械螺杆598。
在图3-7所示的实施例中,四个机械螺杆598中靠内的两个进入并接合到位于该支撑连接部分561上的螺纹孔599。两个靠外的螺杆穿过位于夹钳条596和位于各自侧部570和571的排成一行的非螺纹孔(没有示出),在侧部下面该螺杆与顶住该侧部下侧的盖形螺母600螺纹接合。但是,在图8-12的实施例中,并最好在图8中可见,全部四个螺杆598均穿过在夹钳条和在下面的侧部的排成一列的非螺纹孔,并与该侧部下面的位于双螺母部件601和602上的螺纹孔排成一列且螺纹接合。
螺母的使用,例如图3中的螺母600和图8中的螺母部件601和602,减少了对该管和侧部上螺纹孔的依赖。在图8中的优选实施例中,螺母消除了在图3实施例中所见的螺纹孔599。这些措施避免了通过卸开形成于该管上的螺纹而不经意的将扩散器拧成碎片以及通过该孔从该管泄漏的风险。
该支撑包括弯曲表面时,如那些位于外部578和579上的,该膜扩散元件端部能够通过弓形夹钳606和607固定在该弯曲表面上。这些夹钳可以通过机械螺杆608保持在适当位置上,如图10所示,该机械螺杆穿过该夹钳上的非螺纹孔并与外部578和579上的螺纹孔螺纹接合。虽然弓形夹钳通常出现在本发明扩散器的两侧,但它们从图4所示扩散器的右侧省略了,以便帮助说明其它的部分。
优选如图10所示,夹钳条和弓形夹钳能够具有内部-配合的相邻端部。这些相邻端部例如可以具有内部-配合啮合的凸出元件604及插孔605彼此配准,并具有紧密的配合面,该配合面阻止了该夹钳606、607的位移,例如,该夹钳绕螺杆608的轴的旋转。
可选的,为了帮助在膜端部促成安全的密封,可以在膜587和支撑560之间,夹钳条596及弓形夹钳606和607下面采用粘贴层609。见图4和10。
在替换膜边缘或端部都采用粘贴层固定到扩散器支撑上的膜时,所有残留该支撑上的粘合剂都应该在安装新膜之前去除。本领域技术人员可以采用该领域使用的便于去除粘合剂/胶带的简单工具。另外,本领域技术人员可以采用该领域使用的用于固定设备的再插入或替换的简单工具。
在典型膜扩散器的操作中,通过一个或多个气体注入通道从一供应管中出来的气流穿过该膜支撑,进入在该膜和它的支撑之间形成的气室,并最终穿过该膜上的孔进入该膜上部的液体中。当在带状扩散器中采用某种通用类型的相对低背压膜时,例如那些具有大量的狭缝形式孔的EPDM膜,通过多个气体注入通道从该管的内部将气体输送进入该气室是非常有用的。这些通常并优选是具有圆形或非圆形横截面并沿着该管的顶部或顶端间隔分开的流量调节孔。因此,在本实施例中,当该扩散器运行时,一系列这样的孔610沿着该管及形成于该支撑560上部的气室(没有示出)的长度间隔设置。这些孔各自具有足够小的流动横截面和适当的间距,以便促进沿着气室长度向其中输送气体的均匀性。但是,对于其它类型的膜,例如一些氨基甲酸乙酯基的膜介质,该介质可能相对较硬并且孔较小且较难从其中排出气体,这导致穿过该介质的足够高的背压,因此该介质实际上充当了它的自身流量调节系统的角色,降低或消除了多个流量控制孔的需要量。
一种以片材形式提供的适于冲压的氨基甲酸乙酯基的膜材料是Deerfield氨基甲酸乙酯(Bayer材料科学公司)PT7500系列芳香族聚醚聚氨酯片材产品。据说这些产品显示了抗水解和抗真菌的性能,并且其基础树脂在NSF61下面列出,用于可饮用水的应用。由于它们相对较高的硬度和熔化范围,该系列产品理想地适于要求较高模量的用途。
该材料应当理解为具有下列特性:
                       美国试验材料协会(ASTM)测试方法        数值
比重                                   D-792                   1.13
硬度(ShoreA)                           D-2240                  90
磨损挺度(H-18,1,000g.负荷循环)        D-3489                  25mg.Loss
极限抗张强度                           D-882                   9700psi
极限伸长率                             D-882                   550%
50%模量(MD/CD Ave.)                   D-882                   950psi
100%模量(MD/CD Ave.)                  D-882                   1200psi
300%模量(MD/CD Ave.)                  D-882                   3200psi
抗扯强度(MD/CD Ave.)                   D-1004                  500pli
最小软化点                             TMA开始                 1700C3380F
最大软化点                             TMA终点                 184″C3630F
大约产量(平方英尺/磅@1mil)                                    170
为了帮助我们的带状扩散器连接到总管或其他带状扩散器上,可以选择性地将扩散器的端部与连接器装配,如图5-7中的连接器614和615。这些连接器,如图6和7中以连接器614作为示例,包括较大直径的第一部分616,其具有和管553相同的内直径和外直径,并且还包括一体的较小直径的第二部分618。该第二部分在梯级619处连接到第一部分,并具有大致和该第一部分相同的壁厚,但其具有一仅稍微小于管553内直径的外直径。这允许该第二部分贴适地插入管553的开口端。优选的,连接器和管均由合成树脂材料制成并能够互相牢固的连接和密封,例如通过溶剂焊接、振动焊接或声波焊接,或通过粘合剂,以便形成一个永久性的组件。如果需要的话,该连接器可以和其他气体引导部件如固定的或旋转可调的塑料连接件或在管或总管中形成的锥形口紧密配合或插入其中。该连接器还可以为该扩散器连接到多种类型的管架上提供有用的定位,这些管架能够用于将扩散器成排的安装到废水处理箱底板的上面。
图14-20
另一个有用的选择是提供一个或更多在管壁上形成的向外延伸的整体凸出部。这些凸出部可能在例如在支撑和/或固定该扩散器方面有用。该凸出部可以具有任何所需的形式。例如,它们可以是普通的没有特色的圆形凸起,在其上具有有底脚性质的延伸部分或者具有钩形、T形或其他至少部分垂直的结构。可以在图14和15中看到例子。
在图14-15的实施例中,管553包括在该管的外围壁555上,沿着该壁从各自的支撑侧部570和571有角度的间隔设置的管-支撑凸出部。它们和该管壁一体并纵向延伸大致贯穿它的整个长度且从那里向外凸出。这样的凸出部,如凸出部621和622,包括离该管外壁较近和较远的部分,并且至少一个较远部分比较近部分厚或设置在与较近部分至少成一个角的位置上,例如可以是任何形状的钩,它帮助该凸出部完成不止是扩散器支撑作用,还有固定作用。这些钩状部件可以,例如被保持在从架子627的立柱625和626上横向延伸的夹钳623和624的夹持部,该架子具有包括螺栓插孔629的底板-接合基座628,这些架子以及它们支撑的扩散器可以通过这种方法被保持在液体储存装置,如一个废水曝气池的固定位置。图15显示扩散器还可以装配连接器,如连接器614,它可以出现在扩散器的任一端或两端。
该扩散器可以通过除了图14和15中向外延伸的整体凸出部的其他方法支撑在支架上。可以使用任何适合形式的连接。例如,各种各样的阻塞部件、臂状物、鞍状物、支架、夹钳或其他类型的可以直接或间接固定到该扩散器上的连接部件,如通过例如环绕物、夹钳、溶剂焊接或氧炔焊、粘结或其他方式连接到扩散器的管上,或连接到扩散器之间的连接器上,以便起到该扩散器和底板支架或其他类型底座,如转位式底座或加重格栅,之间直接或间接的连接作用。例如,可以采用图16或17-20中各自所述的支架型或夹钳型装置。
图16的支架635可以例如由塑料或模压金属或铸造金属形成,并且作为扩散器550的底座,它具有支撑部件560,扩散元件587,管553和先前图中所示的其他部分。支架635优选由塑料注模成型并可能在一个扩散器管的长度方向上只有几英寸宽,该管可能例如有约7英尺长或更长。
支架弓形部分636的内表面可以厂内安装或现场安装在管的外表面555上,例如通过熔焊、振动焊接或溶剂焊接或粘结。弓形部分636沿着该管横截面较低的一半延伸,在它的钟面3点和9点位置转变成整体的横向凸出部637和638,它们通过整体的肋状物和内圆角部639和640加固。这些凸出部包括离该管外壁较近和较远的部分,并且该较远部分相对该较近部分成角度地设置,这样帮助与该凸出部连接。这些较近和较远部分可以各自在任意方向上包括或类似字母L形的垂直臂和基座,例如可以具有位于其侧部的字母“T”形的基座和顶臂,并且该较远部分优选至少部分垂直。在这个实施例中具有T-型横向凸出部,在它们的端部641和642垂直,并且在螺母645的辅助下,固定在与图14-15中底面支架627相似的底面支架的带螺纹的立柱625和626上的互补形状的夹钳部件643和644上。
采用支架将扩散器连接到预装好的、沿着由一个或更多扩散器穿过的路径排列的架子上,包括将较低的螺母645安置在带螺纹的立柱625和626上。具有或不具有预连接的扩散器或多个扩散器的支架635,随后降低进入立柱625和626的适当位置,利用位于夹钳644较低部分的“T”形端部641和642将其放置在螺母上,调节螺母以便将该支架沿着该扩散器或多个扩散器的纵向轴线对准在几个架子上的相同高度处。
在此,如果没有事先连接,则该扩散器现在被水平放置在旋转的方向上,即与它们管轴线垂直的平面上,此后它们被连接到该支架上。但是,如果扩散器是被预连接到支架上的,如在工厂里的扩散器制造过程中,则它们的膜支撑和支架的相对旋转位置能够被控制,以便当该支架水平放置在该架子上时,确保该膜的气体排出表面将被水平放置在该旋转方向上。这样能够在安装过程中节省一个步骤和避免危急问题。
该支架和架子相对扩散器管553的纵向轴设置,从而支架635支撑并位于该管的底部外围表面之下或者,如果两个或更多扩散器要排成一列安装,则位于设置在扩散器之间并将其串联连接的连接器之下。为了这个目的,可以采用双端的连接器,与图5-7和15的连接器614相似,在它们各自端部具有两个而不是一个较小直径部分618,确保排成一列的邻近扩散器的邻近端部中的气密性。随后,扩散器的上半部分以及连接器(如果存在的话)可以降低放在该支架的拱形部分636上。
作为图16中实施例的一个替代,可以将本发明的任一扩散器用图17-20的开顶夹钳装置支撑,用前述的附图所示的扩散器550、支撑部件560、扩散元件587、管553和其他部分来在那里进行说明。该夹钳包括固定带650,它可以由高抗拉强度的塑料形成,但更加优选由不锈钢冲压而成。固定带650在管553下面在其的钟面3点至9点位置之间延伸,在那里该固定带具有横向凸出部652和653。该冲压过程优选的在该横向凸出部上形成一体的具有“V”横截面的加强肋654。
压紧夹钳658和659与固定带650配合,以便将该扩散器保持在适当位置。这些压紧夹钳包括弓形部分660和661,各自具有位于固定带横向部分652和653的上面的横向凸出部662和663。所有这些凸出部优选在平面图中具有相似的尺寸和外形(没有示出)。该夹钳优选由不锈钢通过冲压而成,在它们的弓形部分和横向凸出部处具有“V”横截面的加强肋。更加优选的,该固定带加强肋654按尺寸制造且向上延伸,而不是如这些图中所示的向下凸出,从而它们的上表面套入肋状物664的下侧,以便帮助该固定带和压紧夹钳的横向部分达到并保持对准。
图17显示,并且图18-20更加清楚的显示,固定带的横向凸出部652和653包括矩形孔668和669。在这些凸出部中有孔,如图18和20中的孔675,它和与图14-15中相似的底面架子的带螺纹的立柱625和626(见图17)相配。在压紧夹钳658和659的横向凸出部上是锁定薄片670和671,以及具有开口端的狭缝,例如图18和19中的狭缝676和它的开口端677。和该固定带横向凸出部上的孔一样,这些狭缝与带螺纹的立柱625和626相配。
将扩散器连接到预装好的、沿着扩散器穿过的路径布置的架子上,首先将较低的螺母678放置在带螺纹的立柱625和626上。固定带650随后降低进入立柱的适当位置上,以便放置在螺母678上,调节螺母以便将固定带在几个架子上的相同高度处水平放置。该架子相对扩散器管553的纵向轴线设置,从而固定带650将支撑并位于该管的底部外围表面之下或者,如果扩散器在连接器之间排成一列安装,则位于连接器之下。随后,该扩散器,以及连接器(如果存在的话)可以降低在该固定带的弓形部分651上。
随后布置压紧夹钳658和659。如图17所示并且更加详细的在图18-20中,狭缝676,孔668、669和薄片670、671根据尺寸制造且定位,为了将该锁定薄片插入该孔并向管553滑动该薄片,直至该薄片自由端的顶部与固定带650横向凸出部652和653的底部配合。因此,该薄片能够提供临时阻止该固定带相邻横向凸出部的相对垂直分离的作用。上部螺母679在适当位置上,但该扩散器管自由旋转,该扩散器被水平放置在该旋转方向上并被固定以防旋转,例如通过稳固的将该扩散器或扩散器列的端部固定到空气供应总管上。
另一个非常简单并经济的将扩散器或扩散器列安装到废水处理池底面上的方法是使用如上所述的双端连接器,将其固定在具有适当长度,如7英尺的邻近扩散器的管端部,该第一扩散器的内端部通过它的连接器之一连接到空气总管上。“封闭的”或密封的连接器固定到该列中的最后一个扩散器的外端部。该连接器,优选全部但至少它们中的一部分被安装在传统的“U”或“A”结构的长期用于Sanitaire(tm)微气泡圆盘曝气系统中的那种类型的不锈钢底面架子上。
不管选择哪种装置用于安装该扩散器,如果它们是长的扩散器,如12英尺、15英尺或更长,和/或它们被安装在串联连接的2、3、4或更多的列中,在非温度控制的环境中,如户外,优选在该扩散器和它们的支架之间采用纵向滑动的关系,以便适应由温度变化引起的扩散器和/或列的膨胀和收缩。该扩散器和它们的垂直并横向固定的架子之间这样的关系可以通过控制该管和固定装置之间的握持紧度来实现。因此可以控制图14-15中凸出部和夹钳、图16中支架端部和夹钳、图17-20中管或连接器和开顶夹钳、以及该管连接器和Sanitaire架子或可能采用的任意其他形式固定装置的连接部件的引导固定带或引导夹钳之间的夹紧。
图21-23
图21-23揭露了固定条或执行相似功能的其他部件在膜的端部被压入与它的支撑密封结合的夹紧关系上的布置的改进。这些改进,虽然在各种不同类型的带状扩散器都有用,但在这里和那些先前揭露的相似的带状扩散器一起进行描述,这些扩散器包括主体,该主体具有共挤出塑料管553和具有横向部分570和571以及外部578和579的支撑560。它们与膜扩散元件587紧密配合。它们具有和该支撑大约相同的长度并在固定部件593的帮助下被纵向密封在该支撑上。这些改进将该膜的边缘固定在该扩散器主体上纵向延伸的膜固定凹槽583和584中。
本实施例的夹钳条691越过膜587和支撑560端部中心部分保持在适当位置上,并通过将它们压在一起来帮助将该膜的端部与该支撑密封。为了这个目的,可以采用机械螺杆或其他紧固件来向该夹钳条施加压力。例如,它们可进入该支撑结构并优选穿过该中间结构进入左边和右边的螺母部件694和695。优选该夹钳条的右侧和左侧分别具有内部和外部紧固件如机械螺杆692和693。
如果需要的话,为了帮助提供该膜端部可靠并持久的机械封闭,夹钳条691可以包括一个或两个附加孔。如果需要的话这些夹钳条可以在它们的膜接触面上沿着这些面的长度具有一个或更多槽或脊,以便在它们和该膜端部之间提供迷宫式密封,和/或可以在夹钳条端部之间的那些面上形成具有曲度的夹钳条,该曲度稍微大于存在于该管轴线附近的该膜支撑560上表面的曲度,如果存在的话。当内侧机械螺杆692被收紧时,这样的曲度可以用于在该夹钳条面及它们所接触的该膜的部分之间提供预应力和更大的压缩力。当这样的曲度及槽或脊同时存在时,如果需要,则该膜的端部可以发生轻微的变形并形成迷宫式密封。
该螺母部件可以设计为接收单个或多个螺母或其他紧固件,但优选双重塑料螺母部件。由于具有塑料螺母部件,因此优选使用特别制造的用于在塑料中形成螺纹的自攻机械螺杆。例如已知的具有特别形成的螺纹的螺杆,以便利用塑料的塑性变形特性与相邻的用于该螺杆的螺纹嵌入的塑料件的螺纹形成一个抗松动的互锁。
可选的,但优选的,在该扩散器主体和螺母部件上提供补充的侧面引导调整部件。例如,至少一个第一调整部件可以被装备在该扩散器主体上,以便与螺母部件上的至少一个第二调整部件配合作用。该第一调整部件和第二调整部件可以例如分别是在该扩散器主体和螺母部件上的凸出和接收元件,或者反过来,在该主体和螺母部件上均包括互接合的凸出部。可以采用任一需要横截面的第一和第二调整部件。
人们发现使该第一调整部件在该扩散器主体中(包括在其上)纵向延伸,基本上贯穿该主体长度延伸并与之形成一体是非常方便的。优选的,该第一调整部件是每一个或更多与该支撑560一体形成的凸出部。这些凸出部可以是任意需要的横截面,并例如是从每一个侧部570和571下侧悬垂的纵向延伸的倒置“T”形凸出部696和697。这些凸出部优选和该支撑侧部共挤出。
在该螺母部件上装备互补的第二调整部件,并且与该第一调整部件配合作用。它们也可以是任意需要的形状并可以例如是与该第一调整部件横向接合的部件698和699。
在夹钳条691的每一端具有侧部夹钳。这些侧部夹钳通过在夹钳条的左侧和右侧密封在保留有部分膜的该支撑的上表面上来与夹钳条691配合。可选的但优选的,可以采用与夹钳条配合的侧部夹钳702和703,并且它们可以横向延伸一小段距离越过从邻近该夹钳条处至该支撑外部578和579的圆形表面间的一段相对水平的膜表面部分。在那里,该侧部夹钳可以具有环绕并压下该膜与这些圆形表面密封接合的弓形部分。
该侧部夹钳可以部分地通过它们与夹钳条691的接合,并部分地通过机械螺杆704和705或其他紧固件来保持在适当位置上。优选的,当该支撑由塑料挤出时,采用上述特殊的机械螺杆。
该夹钳条691和该侧部夹钳优选通过一种或更多方法互相配合,这些方法压下该侧部夹钳并优选还防止具有活动组件的侧部夹钳在大致该管轴线的方向上的移动或绕轴线旋转。为了这些目的,在该夹钳条和侧部夹钳的邻近端可以采用广泛的各种形状。可以采用互补的凸出的和接收的,包括凸的和凹的形状。该凸出部可以在该夹钳条、侧部夹钳或二者上,可以是多个或单个,并且可以是矩形的、圆柱的、球形的或其他横截面。优选的,这样的配合由夹钳条691及夹钳702和703上的啮合或互锁元件提供。图22显示了一个例子。
图22显示了图21中扩散器的左半部分,只是夹钳条691被垂直剖开了。该局部剖视的平面在它的前后表面之间从中间穿过该夹钳,以便暴露位于该夹钳条左端的凹穴707,在该夹钳条的另一端具有相似的凹穴。优选的,这些凹穴在该夹钳条的底部和端部均为开放的。
凹穴707被定位来用于接收在邻近该夹钳条的侧部夹钳702上形成的互补凸出元件706。在端部夹钳703上装备相应的凸出元件(没有示出),从而在该夹钳条的右端与相应的凹穴配合。
当挤出时,由于支撑560可以在某种程度上在宽度上改变,并且夹钳条691及夹钳702和703也可能有尺寸变化,例如它们可能是注塑成型的,因此为夹钳条691及侧部夹钳702和703设计尺寸以适应这些变化是明智的。因此,可以在凸出部706的末端和凹穴707的邻近端之间提供间隙708,并且在连接夹钳702的邻近表面和夹钳条691的左端之间提供另一间隙709。这样的设置优选在夹钳条691的右端被重复。
图23给出了用于如上所述各自螺母部件694和695的该至少一个第二侧面引导调整部件的一个优选形式的细节。在这个螺母部件694的透视图中,螺母主体711包括横向槽712。当螺母部件694被安装在该扩散器中时,槽712在与该管和支撑的大致相同的方向上延伸。
指状物713、714、715和716凸出进入该槽中。这些指状物对具有以一定距离间隔的端部717和718,用以配合该至少一个第一调整部件,例如调整部件696。优选的,每对指状物直接互相相对,并且它们各自的端部间隔开足够的距离,以便靠着该至少一个第一调整部件提供紧密配合。通过这种设置,螺母部件694和695能够被可靠的设置在支撑560下面的适当侧面位置,以便接收该机械螺杆692和693。
该扩散器的另一个可选的但优选的特征是至少一个端部调整部件。例如,在该实施例中,最好参见图23和22,可以包括一对小垂片721和722。这些小垂片在从螺母部件主体711水平伸出的延长部723和724的端部形成。小垂片721和722在螺母部件主体711的上表面的上面延伸,从而在安装的时候,它们将和膜支撑560的端表面在相当大范围上交搭。通过这种设置,螺母部件694和695能够被可靠的设置在支撑560下面的适当侧面位置,以便接收该机械螺杆692和693。
在被夹钳条691以及侧部夹钳702和703压缩的那部分膜587的下部提供适应层(在这些附图中没有示出)被认为是有益的。该层应当相对较薄但它还应当具有足够的厚度,以便填充该膜和支撑560之间的空间。我们指的是从垂直于该扩散器主体纵向轴的平面观察,由该支撑上表面轮廓相对于相同平面内该夹钳条和夹钳底部表面轮廓的邻近部分的偏移产生的空间。这样的偏移可能在挤出该扩散器主体和注塑成型该夹钳条和夹钳的常规过程中发生。已发现在安置该膜并固定该夹钳条和夹钳之前不久,在该支撑表面需要的区域上应用一滴未固化的液态常用冷固化硅树脂填缝剂是合宜的。但是,其他聚合材料的固体多孔及非多孔橡胶层替换物也是可以考虑的。
从图22和23可以看到夹钳条691、侧部夹钳702和703、膜587、支撑560和螺母部件694和695是怎样采用机械螺杆692和693固定在一起以在该支撑和膜之间形成坚固、有效的端密封。内部机械螺杆692穿过一系列排成一列的孔和洞。如图22-23所示这些孔和洞包括在夹钳条691左半部分的内部孔728、膜和支撑上相应的洞(没有示出)以及与机械螺杆692上的自攻螺纹形成螺纹连接的螺母部件694上的第一孔729。这种设置在该扩散器的右侧以及具有侧部夹钳703的夹钳条691的右半部分被重复,采用该侧的内部机械螺杆692和螺母部件694。
如图21-23所示,外部机械螺杆693也穿过一系列排成一列的孔和洞。这些孔和洞包括在夹钳条691左半部分的一个外部孔730、与之成一直线的位于弓形夹钳702凸出元件706上的小孔(没有示出)、膜和支撑上的洞(没有示出)以及与机械螺杆693上的自攻螺纹形成螺纹连接的螺母部件694上的第二孔731。这种设置也在该扩散器的右侧以及具有侧部夹钳703的夹钳条691的右半部分被重复,采用该侧的外部机械螺杆693和螺母部件695。
本领域的技术人员将容易认识到,前述的内容只是本发明的发明者对现有技术作出贡献所实施的许多不同结构中的其中几个示范性实施例。因此,本发明应该包括所有落入到所附权利要求的范围内的实施例以及它们的等同物。

Claims (17)

1、一种带状扩散器包括:
管,该管具有纵向延伸的中心轴线,纵向延伸的气流密封外围壁,以及包括在该管壁中的至少一个与该管壁一体并在该中心轴线相同方向上延伸的延长、加厚区域,
膜支撑部件,其与该管共挤出,在该中心轴线方向上延长并具有与该管一体并包括至少一个所述加厚区域的连接部分,以及至少一个与该连接部分一体的且从该连接部分横向延伸并在该管轴线相同方向上与该连接部分纵向延伸的侧部,以及
膜扩散元件,其在该中心轴线方向上延长并具有端部和以密封配合与该支撑连接的纵向延伸的边缘部分,
其特征在于,位于至少一个侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到该一个或多个侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面的部分的内部,该横截面从一部位延伸,该部位为该一个或多个侧部通过它的/它们的连接部分连接到该一个或多个侧部的一个或多个外边缘的部位。
2、依照权利要求1所述的带状扩散器,其中膜支撑具有通常水平的具有至少一个纵向延伸边缘的上表面,从横截面观察,该边缘包括曲边表面,该曲边表面从该支撑的该上表面向外并向下弯曲,然后向下并向内弯曲至至少一个侧部的下面,并且该膜扩散元件的端部越过该支撑的上表面且通过延伸越过那些端部的夹钳条以及在该弯曲表面周围通过弓形夹钳与该支撑以密封接合连接。
3、依照权利要求2所述的带状扩散器,其中该夹钳条和弓形夹钳具有
带有内嵌啮合元件的邻近端部。
4、依照权利要求1或2所述的带状扩散器,其中所述至少一个侧部包括纵向延伸的膜固定凹槽,该膜的至少一个边缘部分延伸进入该凹槽并且通过固定部件在那里配合。
5、依照权利要求4所述的带状扩散器,其中该凹槽在该边缘内部。
6、依照权利要求4所述的带状扩散器,其中该支撑具有上表面,并且该凹槽具有位于该表面下面的口。
7、依照权利要求4或5或6所述的带状扩散器,其中该凹槽具有位于该至少一个侧部下侧的口。
8、依照权利要求4或5或6或7所述的带状扩散器,其中该凹槽至少部分地由从该至少一个侧部整体延伸并与之纵向延伸的分支形成。
9、依照权利要求8所述的带状扩散器,其中该分支从该至少一个侧部大致向下延伸。
10、依照前述任一权利要求所述的带状扩散器,其在该管的壁内或壁上包括至少一个凸出部,该凸出部从至少一个膜支撑侧部沿着该管外围壁有角度地间隔,和该管壁长度的至少一部分纵向延伸并且从该管壁向外凸出。
11、依照权利要求10所述的带状扩散器,该扩散器通过该至少一个凸出部被支撑和/或固定,该凸出部与存在于液体储存装置内或与之相关联的结构相关。
12、依照权利要求11所述的带状扩散器,其中该至少一个凸出部包括离该管外壁相对较近和较远的部分,并且至少一个较远部分比较近部分厚,或者设置成至少与较近部分呈至少一个角。
13、依照权利要求11或12所述的带状扩散器,其中该扩散器通过至少一个这样的凸出部和存在于废水曝气容器中或与之相关联的具有互补形状的结构之间的连接,而被保持在液体储存装置中垂直并横向固定的位置。
14、一种包括水储存装置的废水处理设备,该水储存装置具有定位并保持在其中适当位置的带状扩散器,该扩散器包括:
A.合成树脂管,其具有
1.纵向延伸的中心轴线,
2.纵向延伸的气流密封外周壁,以及
3.包括在该管壁内的至少一个延长的、加厚的区域,该区域
a.与该管壁一体,并且
b.在与该中心轴线相同的方向上延伸,
B.膜支撑部件,其
1.与该管共挤出,
2.在该中心轴线方向上延长,且
3.具有连接部分,该连接部分
a.与该管一体,
b.包括至少一个所述加厚区域,
c.具有上表面,其包括该管加厚区域的上表面,并且
d.包括至少一个侧部,该侧部
i.与该连接部分一体,并且
ii.(a)从该连接部分横向延伸并
(b)在与该管轴线相同的方向上与该连接部分纵向延伸,
C.该管在几乎整个支撑的长度上与该膜支撑形成整体,
D.该管的外周壁具有内表面,并且当沿着该连接部分邻近的内表面的长度的一部分进行横截面观察时,该连接部分比沿着大部分长度或联合长度上的剩余外周壁要厚,联合长度的情况可能是该剩余部分邻近的内表面长度的一部分或多部分,
E.该支撑侧部具有上表面,该上表面具有纵向延伸的边缘以及在该边缘内部的纵向延伸的膜固定凹槽,并且具有位于其上表面下部的该侧部下侧的口,以及
F.膜扩散元件,其
1.在该中心轴线方向上延长,
2.具有端部和纵向延伸的边缘部分,并且
3.通过延伸进入该凹槽并且通过固定元件配合在那里的该膜的边缘部分以密封接合方式与该支撑连接,
其特征在于,位于该至少一个侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑共挤出,并且将该管连接到该侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面的部分的内部,该横截面从一部位延伸,该部位为该侧部以它的连接部分连接到该侧部的外边缘的部位。
15、一种带状扩散器子组件,包括
A.管,该管具有
1.纵向延伸的中心轴线,以及
2.纵向延伸的气流密封管壁,
B.除了该管壁外,还包括膜支撑部件,其
1.与该管共挤出,
2.与该管壁一体,
3.从横截面观察时,通过在该管轴线上方并穿过其延伸的该管壁的上面部分在该支撑部件的中心区域被部分地限定,并且
4.包括多个侧部,该侧部
a.定位于该管壁上部并从该管壁上部的相对侧横向延伸,并且
b.与该管壁纵向延伸,
其特征在于位于该侧部下面的空间没有支柱,该支柱与该管和支撑部分共挤出,并且将该管连接到该侧部上,作为一体的接合部分位于该扩散器横截面的部分的内部,该横截面从一部位延伸,该部位为该侧部以它们的连接部分连接到该侧部的外边缘的部位。
16、依照权利要求15所述的子组件,包括与该至少一个侧部一体的分支部件,其与该侧部在与该管轴线相同的方向上延伸,其从该至少一个侧部悬垂并在它本身和侧部的邻近表面之间形成凹槽,用于插入膜的边缘部分以及纵向延伸的固定部件。
17、一种带状扩散器,包括依照权利要求15或16所述的子组件,一开孔的支撑,该孔用作气体从该管内部穿过该支撑的通道,膜扩散元件,一在该支撑上的通过纵向延伸的固定部件将膜边缘部分固定在其中的凹槽,以及用于将膜端部密封到该支撑上的元件。
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