KR20140053812A - 폼 수처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 방사상 유동을 형성할 수 있는 폼 필터 또는 적층식 폼 필터가 제공된다. 방사상 유동 구성에서, 폼은 내부 지지 코어 주위에 포위될 수 있다. 내부 지지 코어는 물이 지지 코어 내로 진입되게 하고 필터로부터 배출되게 하는 구멍을 형성할 수 있다. 1개 초과의 폼 층이 사용될 수 있고, 나선형으로 포위되는 단일 시트의 폼이 다층 구성을 형성할 수 있다. 불투과성 가요성 층이 필터를 통한 유동을 용이하게 하도록 인접한 폼 층들 사이에 위치될 수 있다. 적층식 유동 구성에서, 다중의 폼 층이 사용되고, 물이 폼 층을 통해 연속적으로 또는 동시에 유동될 수 있다. 다른 여과 기능을 제공하는 기능 층이 추가될 수 있다.
Description
본 발명은 수처리 시스템, 및 특히 중력 급수 처리 시스템(gravity feed water treatment system)에 관한 것이다.
세계의 인구가 증가됨에 따라, 물에 대한 수요가 또한 증가된다. 실제로, 지역 인구가 평균보다 훨씬 높은 속도로 성장되는 세계의 일부 지역에서, 안전한 음용수의 이용성은 평균보다 낮다. 이러한 상황의 일부는 건조한 기후 또는 단순하게 음용에 적절한 신선한 지표수의 부족으로부터 기인되는 지와 무관하게 지리학적 측면에 기인될 수 있다. 추가로, 많은 수원이 지하 대수층의 저하로 인해 마르고 있어서, 새로운 우물이 물을 찾으려는 시도로 더 깊은 깊이까지 굴착된다. 많은 경우에, 높은 비용이 이들 작업을 막는다. 나아가, 물이 매우 희귀한 많은 현장에서, 주민들은 그 낮은 수입 수준 그리고 자치 단체 운영으로 처리되는 물이 이용 불가능하다는 사실로 인해 소비를 위한 물을 구매할 수 없다. 이러한 설정 환경의 예는 예컨대 저개발국의 농촌 마을, 자연 재해에 후속되는 긴급 구호 현장 또는 캠프 설정 환경을 포함할 수 있다.
중력 급수 처리 시스템은 음용 및 요리를 위해 그 가족에게 안전한 물을 제공하도록 낮은 수입의 주민들을 돕는 데 전세계적으로 사용된다. 하나의 공지된 중력 급수 처리 시스템은 물을 처리하는 데 바이오-샌드 물 필터(bio-sand water filter)를 사용한다. 이들 시스템은 물 내의 원하지 않는 미생물 및 유기물을 파괴하는 자연 과정으로부터 형성되는 생물체 층을 갖는다. 작은 주거 마을 설정 환경에서 통상적으로 사용되는 바이오-샌드 필터는 크고 무거운 경향이 있다. 일부는 45 ㎏(100 파운드) 정도로 무거운 모래 및 자갈을 수용한다.
바이오-샌드 필터의 일부의 발전이 수년에 걸쳐 진행되었다. 예컨대, 일부의 바이오-샌드 필터는 노출된 모래 층의 상부에서의 면속도를 제어하기 위해 깊이 및 입자 크기 조성을 조정하였다. 실제로, 더 깊은 층 내의 큰 질량의 모래 및 자갈로 인한 이유 중 하나는 모래 베드(sand bed)를 통한 면속도가 추천 범위 내에서 유지되도록 배압(back pressure)을 수립 및 제어하는 것이다. 이들 발전은 일부의 상황에서 더 효과적으로 중력 급수 시스템을 만들었지만, 종종 시스템이 적절하게 작동되는 것을 보증하도록 설치 중에 유량이 조정되어야 하기 때문에, 설치가 더 복잡할 수 있다.
바이오-샌드 수처리 시스템의 2개의 주요 단점은 모래의 중량, 및 모래에 요구되는 특정한 입자 크기인 것으로 생각된다. 모래의 제조 및 운반은 바이오-샌드 필터의 전세계적인 실시에서 주요 장애물이었다. 콘크리트 및 플라스틱 대체물을 이용하는 수처리 시스템이 존재한다. 그러나, 이들 시스템은 그 자체의 단점을 갖는다. 콘크리트는 모래보다 훨씬 무겁고, 콘크리트가 요구되는 벽지 지역에서 모래보다 희귀할 수 있다.
생물군계의 군집화를 지원하고 기계적으로 이들 구조물을 지지하는 셀형 구조(cellular structure)를 갖는 폼 필터를 포함하는 중력 급수 처리 시스템이 제공된다. 폼의 구조는 초기의 두께에서 망상이고, 0.762 ㎠(0.300 인치)까지 고밀화된다. 망상 폼은 폼 상에 및/또는 폼 내에 생물체 층을 지지할 수 있다. 폼은 다공성이고, 경량이고, 설치하기 용이하다. 망상 폼 수처리 시스템은 카트리지 구성 또는 적층체 구성 중 어느 한쪽의 방식으로 구성될 수 있다.
망상 폼 필터 요소를 포함하는 다양한 폼 필터 구성이 존재한다. 폼 필터는 폼 필터 요소에 의해 여과된 물을 수집하는 집수 저장조, 및 필터로부터 물을 분배하도록 집수 저장조와 유체 연통되는 필터 출구를 가질 수 있다. 폼 필터 요소는 폼 필터 요소 내의 단위 체적당 스트랜드(strand)의 개수를 증가시키도록 고밀화될 수 있다. 폼 필터 요소는 생물 유기체를 유인하는 영양물을 또한 포함할 수 있다.
다양한 폼 필터 카트리지 구성이 존재한다. 하나의 실시예에서, 폼이 내부 지지 코어 주위에 포위되고, 단부 캡이 카트리지를 밀봉하도록 접합된다. 지지 코어는 필터 카트리지의 구조적 일체성을 증가시킬 수 있다. 필터 카트리지는 1개의 폼 층 또는 다중 폼 층을 포함할 수 있고, 각각의 폼 층은 동일 또는 상이한 포어 크기(pore size) 및/또는 동일 또는 상이한 두께를 갖는다. 다중 폼 층은 수처리의 품질을 상승시킬 수 있다.
다양한 폼 필터 적층체 구성이 또한 존재한다. 하나의 실시예에서, 다중 폼 층이 적층되고, 물이 동시에 또는 연속적으로 중 어느 한쪽의 방식으로 다중 단계를 통해 유동된다. 동시에 다중 단계를 통해 유동되는 물은 수처리의 속도를 상승시킬 수 있고, 연속적으로 다중 단계를 통해 유동되는 물은 수처리의 품질을 상승시킬 수 있다.
폼 필터 카트리지 및 폼 필터 적층체 구성에서, 전체의 수처리를 상승시키는 추가의 다양한 재료의 기능 층이 포함될 수 있다. 예컨대, 경질물(hardness), 비소 또는 불소 등의 다양한 물 오염물을 처리하는 기능 층이 포함될 수 있다.
폼 여과는 바이오-샌드 필터와 관련된 많은 문제, 특히 중량 및 설치 문제를 완화시킨다. 폼 필터 수처리 시스템의 중량은 바이오-샌드 수처리 시스템의 중량의 일부이다. 폼 필터 시스템은 또한 숙련된 설치자에 대한 필요성 없이 최종 사용자에 의해 용이하게 설치된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 장점 및 특징은 이러한 실시예의 설명 및 도면을 참조하면 더 완전하게 이해 및 인정될 것이다.
본 발명의 실시예가 상세하게 설명되기 전에, 본 발명은 다음의 설명에서 기재되고 도면에 도시되는 구성 요소의 동작의 세부 사항에, 또는 구성 요소의 구조 및 배열의 세부 사항에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다양한 다른 실시예에서 실시될 수 있고, 여기에서 명시적으로 개시되지 않은 대체의 방식으로 실행 또는 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 용어는 설명의 목적을 위해 사용되고, 제한으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 포함과 관련된 용어("including" 및 "comprising") 및 그 파생어의 사용은 그 후에 나열된 항목 및 그 등가물 그리고 또한 추가의 항목 및 그 등가물을 포함하도록 의도된다. 나아가, 열거가 다양한 실시예의 설명에서 사용된다. 그렇지 않은 것으로 명시적으로 언급되지 않으면, 열거의 사용은 임의의 특정한 순서 또는 개수의 구성 요소로 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 또한, 열거의 사용은 열거된 단계 또는 구성 요소와 또는 그 내로 조합될 수 있는 임의의 추가의 단계 또는 구성 요소를 본 발명의 범주로부터 배제하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
도 1a-도 1b는 단일 층의 방사상 유동 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 2a-도 2c는 다중 층의 방사상 유동 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 3a-도 3c는 기능 층을 갖는 다중 층의 방사상 유동 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 4a-도 4c는 둥글게 말린(rolled) 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 5a는 유동 채널을 갖는 폼의 시트를 도시하고 있다.
도 5b-도 5d는 다양한 구성의 유동 채널을 갖는 둥글게 말린 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 6은 평탄형 폼 시트를 도시하고 있다.
도 7은 유입/유출 튜브를 갖는 다층 폼 필터 적층체를 도시하고 있다.
도 8a는 집수 튜브에 의해 부착 및 지지되는 집수 리브(collection rib)를 갖는 불투과성 지지체를 도시하고 있다.
도 8b는 이러한 지지체가 도 7의 다층 폼 필터 적층체의 물 유출 수집을 가능케 하는 방식을 도시하고 있다.
도 9는 다층 폼 필터 적층체를 도시하고 있다.
도 10은 멀티-셀 폼 필터를 도시하고 있다.
도 11은 폼 필터 적층체를 갖는 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
도 12는 폼 필터 카트리지를 갖는 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
도 13은 폼 필터 카트리지를 갖는 적층식 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
도 2a-도 2c는 다중 층의 방사상 유동 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 3a-도 3c는 기능 층을 갖는 다중 층의 방사상 유동 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 4a-도 4c는 둥글게 말린(rolled) 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 5a는 유동 채널을 갖는 폼의 시트를 도시하고 있다.
도 5b-도 5d는 다양한 구성의 유동 채널을 갖는 둥글게 말린 폼 필터 카트리지를 도시하고 있다.
도 6은 평탄형 폼 시트를 도시하고 있다.
도 7은 유입/유출 튜브를 갖는 다층 폼 필터 적층체를 도시하고 있다.
도 8a는 집수 튜브에 의해 부착 및 지지되는 집수 리브(collection rib)를 갖는 불투과성 지지체를 도시하고 있다.
도 8b는 이러한 지지체가 도 7의 다층 폼 필터 적층체의 물 유출 수집을 가능케 하는 방식을 도시하고 있다.
도 9는 다층 폼 필터 적층체를 도시하고 있다.
도 10은 멀티-셀 폼 필터를 도시하고 있다.
도 11은 폼 필터 적층체를 갖는 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
도 12는 폼 필터 카트리지를 갖는 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
도 13은 폼 필터 카트리지를 갖는 적층식 이중 탱크 처리 시스템을 도시하고 있다.
본 개시 발명의 수처리 시스템은 다양한 상황에 맞게 구성 가능하다. 다양한 구성 요소는 소비를 위한 물을 처리하는 데 또는 다른 용도로 단독으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 아래에서 상술되는 구성은 예시적 및 비한정적이라는 것을 주목하는 것이 중요하다.
여기에서 설명된 실시예의 도면은 다양한 실시예의 구조의 전반적인 이해를 제공하도록 의도된다. 도면은 여기에서 설명된 구조 또는 방법을 이용하는 장치 및 시스템의 모든 요소 및 특징의 완전한 설명으로서 작용하도록 의도되지 않는다. 많은 다른 실시예가 본 발명을 검토할 때에 당업자에게 명확할 수 있다. 구조적 및 논리적 치환 및 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있도록, 다른 실시예가 본 개시 발명으로부터 이용 및 유도될 수 있다. 추가로, 도면은 단지 대표적이고, 일정한 비율로 작도되어 있지 않을 수 있다. 도면 내의 어떤 부분은 과장될 수 있고, 반면에 다른 부분은 최소화될 수 있다.
필터로서 폼을 사용하는 것은 위에서 설명된 모래 및 콘크리트 구조물보다 가벼운 중량 때문이다. 그러나, 폼 수처리 시스템은 다양한 문제를 경험할 수 있다. 예컨대, 큰 폼 두께가 요구 수준의 여과 또는 요구 유량을 성취하는 데 요구될 수 있다. 나아가, 일부의 구성의 폼은 무산소성으로 변화될 수 있고, 이것은 폼의 처리 능력을 감소시킨다. 나아가, 수처리를 돕는 박테리아 및 생물 유기체가 폼 내로 침투되는 것이 종종 차단된다. 나아가, 일부의 폼 구성은 폐쇄되는 경향을 갖는다.
폼은 개방-셀 또는 폐쇄-셀 중 어느 한쪽으로서 그 포어 및 셀 구조에 따라 분류될 수 있다. 개방-셀 폼은 망상 폼으로서 또한 알려져 있고, 네트워크 또는 폼 매트릭스를 형성하는 상호 연결된 포어를 포함한다. 폼 매트릭스의 구조는 폼 포어들 사이의 상호 연결을 보존하는 폼의 개별의 스트랜드에 의해 유지된다. 대조적으로, 폐쇄-셀 폼은 상호 연결되지 않는 별개의 격리된 포어를 갖는다.
본 발명의 망상 폼 필터는 다양한 상이한 수처리 시스템에서 실시될 수 있다. 예컨대, 디스크 폼 필터(1106)가 도 11에 도시된 것과 같은 수처리 및 저장 시스템(1100)에서 실시될 수 있다. 도시된 수처리 및 저장 시스템(1100)은 처리 탱크(1102) 및 저장 탱크(1110)를 포함한다. 처리 탱크(1102)는 입구(1104), 디스크 폼 필터(1106) 및 출구(1108)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 디스크 폼 필터(1106)는 입구(1104) 내로 유입되는 물이 디스크 폼 필터(1106) 상에 형성된 생물체 층(1107)을 통과하고 이에 따라 물을 처리하도록 처리 탱크(1102)의 측벽에 밀봉된다. 폼 상에 형성된 생물체 층(1107)은 제어된 유량으로 배치 공정(batch process)에서 동작될 때에 박테리아, 바이러스 및 원생동물을 감소시키는 고도의 처리를 제공할 수 있다. 이러한 생물체 층은 2주 내에 형성될 수 있고, 아래에서 논의되는 일부의 공정에서 요구에 따라 가속될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 하나의 시스템 실시예에서, 이러한 시스템과 동일한 수준의 여과를 수행하지만 생물체 층이 형성되고 2주 후에 폐기 또는 용해되는 프리필터(prefilter)가 포함된다. 일부 실시예에서, 프리필터는 매우 길게 지속되지 않지만, 2주 지연 없이 시스템이 여과를 시작하게 하는 것을 돕는다.
이러한 실시예에서, 망상 폼은 특정한 포어 크기 및 포어 밀도의 의료용 폴리에테르 2-1000 폼일 수 있다. 예컨대, 의료용 폼은 제곱 인치(645 ㎟)당 대략 70개 초과의 포어, 선택적으로 제곱 인치(645 ㎟)당 대략 80개 내지 120개의 포어, 및 추가로 선택적으로 제곱 인치(645 ㎟)당 대략 100개의 포어의 포어 밀도를 가질 수 있다. 제곱 인치(645 ㎟)당 100개의 포어 x 2개의 펠트(felt)는 제곱 인치(645 ㎟)당 200개의 포어가 된다. 폼은 또한 고밀화될 수 있다. 예컨대, 폼은 원래의 밀도로 제조되고 그 다음에 원래의 폼 밀도의 2배 내지 3배까지 압축될 수 있다. 압축이 단일 방향으로 수행되면, 폼이 단위 체적당 구조 스트랜드의 개수를 증가시키면서 폼의 표면 상의 제곱 인치(645 ㎟)당 포어의 개수를 보존할 수 있다. 단위 체적당 스트랜드의 개수를 증가시키는 것은 박테리아 및 유기체가 폼 필터 내에 체류 및 보유되는 더 많은 위치를 제공할 수 있고, 이것은 물을 처리할 때에 폼 필터의 효과를 상승시킬 수 있다. 폼 필터의 두께는 표면적의 제곱 인치(645 ㎟)당 포어의 개수를 유지하면서 상당히 작아질 수 있고, 이에 따라 적절한 배압을 유지하고, 충분한 수준의 여과를 유지한다. 예컨대, 망상 폼 필터의 두께는 대략 2.54 ㎝(1 인치) 미만, 선택적으로 대략 0.51 ㎝(0.2 인치) 내지 1.52 ㎝(0.6 인치), 및 추가로 선택적으로 대략 0.76 ㎝(0.3 인치)일 수 있다. 폼의 작은 두께 및 망상 조직은 공기가 폼 내로 침투되게 할 수 있고, 폼 필터가 무산소성으로 변화되는 것을 방지할 수 있고, 이것은 그렇지 않으면 폼 필터의 효과를 감소시킬 것이다.
이러한 실시예에서 그리고 아래에서 추가로 설명되는 것과 같이, 제한 오리피스(restriction orifice)가 수처리 시스템을 통해 유량을 제어하도록 폼 필터의 출구에 또는 수처리 시스템의 출구에 위치될 수 있다. 제한 오리피스는 폼 필터의 출구의 크기를 감소시키거나 수처리 시스템의 출구의 크기를 감소시키는 와셔-형상의 판(washer-shaped plate)을 포함하는 출구에서 체적 유량을 감소시키는 임의의 적절한 제한기일 수 있다. 선택적으로, 유량은 폼 표면적의 ㎠당 대략 0.5 내지 1.5 ㎖/분, 선택적으로 폼 표면적의 ㎠당 대략 0.8 내지 1.2 ㎖/분, 및 추가로 선택적으로 폼 표면적의 ㎠당 대략 1 ㎖/분일 수 있다.
1개 이상의 실시예는 폼 필터의 폐쇄를 감소시킬 수 있고, 필터가 죽은 박테리아를 방출하게 할 수 있고, 이것은 생물체 층이 성장되게 하고 산소 및 유기물 등의 영양물을 흡수하게 할 수 있다. 1개 이상의 실시예는 또한 물이 필터를 통해 유동될 때에 폼 필터가 유해 유기체를 흡수 및 포식하게 할 수 있다. 예컨대, 위에서 설명된 것과 같이 폼 내로 침투되는 박테리아 및 유기체는 필터를 통과할 때에 유해 유기체를 포식할 수 있다. 1개 이상의 실시예는 또한 필터 내의 유기체가 생물체 층을 발달시키는 대신에 더 많은 프로테아제(protease)를 방출하게 할 수 있다. 폼의 망상 조직 및 고밀화에 의해 생성되는 셀 및 스트랜드의 밀도를 포함하는 장점 중 하나 이상이 폼 매트릭스의 네트워크에 의해 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 디스크 폼 필터(1106)는 2개의 디스크의 폼을 포함한다. 대체 실시예에서, 단일 폼 층 또는 추가 폼 층이 이용될 수 있다. 다양한 실시예의 디스크 폼 필터가 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다. 도시된 실시예에서, 처리 탱크의 출구(1108)는 저장 탱크(1110)의 입구(1112)와 유체 연통된다. 저장 탱크는 소비가 준비될 때까지 처리된 물을 수집하는 데 사용될 수 있다. 저장 탱크(1110)는 스피것(spigot) 또는 기본적으로 임의의 다른 분배 시스템을 포함할 수 있는 출구(1114)를 포함한다. 사용 시에, 미처리된 물이 처리 탱크(1102) 내로 유입되고, 생물체 층(1107) 및 디스크 폼 필터(1106)를 통과하고, 처리 탱크(1102)로부터 출구(1108)를 통해 처리된 물 저장 탱크(1110) 내로 배출된다.
도 12는 또 다른 실시예의 수처리 및 저장 시스템(1200)을 도시하고 있다. 도 11의 수처리 시스템과 도 12에 도시된 것 사이의 주요 차이점은 도 12에 도시된 실시예가 디스크 폼 필터 대신에 폼 필터 카트리지(1206)를 포함한다는 것이다. 다양한 실시예의 카트리지 폼 필터가 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다. 사용 시에, 미처리된 물이 처리 탱크(1202)의 입구(1204) 내로 유입되고, 물은 방사상 폼 필터 카트리지(1206) 상에 형성된 생물체 층을 포위 및 통과하고, 처리 탱크(1202)로부터 폼 필터 카트리지 내의 출구(1208)를 거쳐 배출된다. 처리 탱크의 출구(1108)는 저장 탱크(1210)의 입구(1212)와 유체 연통된다. 저장 탱크(1210)는 스피것 또는 기본적으로 임의의 다른 분배 시스템을 포함할 수 있는 출구(1214)를 포함한다. 도 13은 처리 탱크(1302) 및 저장 탱크(1310)가 상하로 적층되는 대체 실시예의 수처리 및 저장 시스템(1300)을 도시하고 있다.
도 11-도 13은 폼 필터 요소를 이용하는 여러 예의 수처리 시스템을 도시하고 있다. 프리-필터 매체, 모래 층, 응집 탱크, 염소 첨가기, 염소 제거기 및 유량 제어기를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다양한 추가의 구성 요소가 대체 실시예에의 이들 수처리 시스템 내에 포함될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 예컨대, 유량 및 면속도를 제어하기 위해, 제한 오리피스가 1개의 물 출구를 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 또 다른 예에서, 얇은 모래 층이 생물체 층의 더 양호한 형성을 촉진하도록 폼의 상부에 추가될 수 있다. 또 다른 예에서, 프리-필터 매체가 더 용이한 세척을 가능케 하고 폼 포어의 폐쇄를 감소시키기 위해 폼 필터 적층체 또는 폼 필터 카트리지 중 어느 한쪽 내의 1개 이상의 폼 층을 덮는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 폼 필터는 유량이 용기 크기 및 헤드 압력(head pressure)을 기초로 하여 설치 시에 정확하도록 구성되는 유동 제어기를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 2개의 방사상 필터가 물을 처리하는 폼의 표면적을 증가시키고 필터를 수용하는 버킷(bucket)의 더 용이한 적층을 용이하게 하는 데 평행하게 사용될 수 있다. 예컨대, 2개의 방사상 필터는 용기의 더 많은 사용을 가능케 할 수 있는 더 낮은 프로파일(lower profile)을 생성할 수 있다. 더 낮은 프로파일은 수처리 용기의 더 용이한 적층을 가능케 하도록 더 큰 공간을 생성할 수 있다.
다양한 상이한 실시예의 카트리지 폼 필터가 존재한다. 하나의 실시예의 폼 필터 카트리지(100)가 도 1a-도 1b에 도시되어 있다. 폼 필터 카트리지는 폼 층(102), 내부 지지 코어(104) 및 한 쌍의 단부 캡(106)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 폼 층(102)은 내부 지지 코어(104) 주위에 포위되고, 폼 층의 단부는 핫 멜트(hot melt) 등의 적절한 접착제로 단부 캡에 접합된다. 대체 실시예에서, 폼 필터 카트리지(100)는 폼 층(102) 또는 지지 코어(104)에 단부 캡을 밀봉하는 기본적으로 임의의 기술을 사용하여 조립될 수 있다. 지지 코어(104)는 폼 필터 카트리지에 강성을 제공하는 것을 도울 수 있고, 폼 필터 카트리지의 구조적 일체성을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 코어(104)가 제거될 수 있다. 지지 코어는 플라스틱 또는 수처리 공정을 방해하지 않는 임의의 다른 재료로 제조될 수 있다.
도 1a는 조립된 폼 필터 카트리지(100)를 도시하고 있고, 필터를 통한 물의 유동 경로를 보여준다. 물이 폼(102)을 통해 방사상으로 진입되고, 이에 따라 폼 상에 형성되는 생물체 층에 의해 처리된다. 위에서 설명된 것과 같이, 여기에서 또는 본 출원의 임의의 실시예에서, 생물 유기체가 표면 생물체 층을 형성하는 것에 추가하여 또는 그 대신에 폼을 통해 유동됨에 따라 물을 처리하도록 폼 내로 침투할 수 있다. 물이 폼 내로 투과되면, 물이 지지 코어 내의 구멍을 거쳐 지지 코어의 중심 내로 유동될 수 있다. 지지 코어 내의 구멍의 개수, 크기 및 위치는 요구 유량에 따라 변화될 수 있다. 지지 코어(104)의 중심으로부터, 물이 단부 캡(106) 중 하나의 내부에 위치되는 출구(108)로 축 방향으로 유동될 수 있다. 위에서 설명된 것과 같이, 제한 오리피스가 폼 필터를 통한 유동을 제어하도록 출구(108)에 위치될 수 있다. 또한, 설명된 것과 같이, 출력 유동 제한기가 임의의 실시예에 추가될 수 있다. 지지 코어(104)의 직경은 또한 출구로의 유량을 제어하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 지지 코어의 직경은 단부 캡 내의 출구의 직경보다 크다. 대체 구성에서, 지지 코어 직경은 단부 캡 내의 직경과 정합되거나 그보다 작을 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 지지 코어의 중심을 통해 유동되는 대신에, 지지 코어는 불투과성일 수 있고, 물이 외부 표면을 따라 또는 외부 채널을 따라 유동될 수 있다. 추가의 대체 구성에서, 2개의 방사상 폼 필터의 출구는 공통 출구를 형성하도록 연결될 수 있다. 이것은 물을 처리하는 폼의 표면적을 증가시킬 수 있다.
도 1b는 단부 캡이 제거된 단부도를 도시하고 있다. 도시된 실시예의 지지 코어 및 폼 층의 상대 직경이 관찰될 수 있다. 대체 실시예에서, 폼 층 및 지지 코어의 직경은 서로에 대해 변화될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 6은 도 1에 도시된 것 등의 방사상 유동 필터 요소를 형성하도록 실린더로 둥글게 말리고 캡으로 덮일 수 있는 폼의 시트를 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 방사상 유동 폼 카트리지를 구성하는 방법은, 폼의 시트를 제공하는 단계와; 유동을 가능케 하는 구멍을 갖는 플라스틱 내부 지지 코어를 제공하는 단계와; 연속 폼 층으로 지지 코어를 포위하는 단계와; 하나는 출구를 갖고, 다른 하나는 폐쇄되는, 2개의 단부 캡을 제공하는 단계와; 폼에 단부 캡을 밀봉하는 단계를 포함한다. 밀봉은 핫 멜트 글루(hot melt glue) 또는 다른 접착제의 사용에 의해 성취될 수 있다. 단부 캡 내의 출구 구멍은 0.8 ℓ/분 이하 또는 어떤 다른 요구 유량으로 유량을 제어하도록 끼워지는 오리피스 감소기(orifice reducer)를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 폼의 길이는 대략 25.4 ㎝(10 인치)이고, 두께는 대략 0.76 ㎝(0.3 인치)이고, 이 때에 외경은 대략 10.67 ㎝(4.2 인치)이다. 이러한 실시예에서, 폼은 2.54 ㎝(1 인치)당 100개의 포어를 갖는 폴리에테르 술폰(의료용)이다. 폴리우레탄 폼은 다년간 안정되고, 미생물에 의해 포식되지 않을 것이다. 나아가, 이것은 물 접촉을 위해 NSF를 통과하는 조성물에서 이용 가능하다. 대체 실시예에서, 상이한 양의 포어를 갖는 상이한 종류의 폼이 사용될 수 있다.
이러한 실시예에서, 방사상 유동 필터 요소의 다양한 구성 요소의 특성은 대략 1 ㎝/분의 면속도를 유지하는 유량 및 그에 따른 외부 표면적을 생성한다. 대체 실시예에서, 방사상 유동 필터 요소의 다양한 구성 요소의 특성은 상이한 유량, 면속도 또는 다른 요구 수처리 시스템 특성을 생성하도록 변화될 수 있다. 예컨대, 대체 실시예에서, 다른 발포성 또는 다공성 재료 또는 구조물이 위에서 설명된 중합체 폼을 대체할 수 있다. 예컨대, 유리, 금속 또는 어떤 물질의 작은 비드를 용해함으로써 제조되는 다른 매트릭스가 사용될 수 있다. 하나의 예시 실시예는 생물체-형성(bio-formation)을 위한 지지부로서 또한 작용할 수 있는 포렉스 소결 폴리에틸렌을 포함한다.
폼 필터 카트리지의 성능이 일부 실시예에서 다중 폼 층을 포함함으로써 향상될 수 있다. 이것은 다양한 상이한 방식으로 성취될 수 있다. 여러 예시 실시예의 다중 층의 폼 필터 카트리지가 도 2-도 5에 도시되어 있다.
하나의 실시예의 다중의 폼 층을 갖는 폼 필터 카트리지(200)가 도 2a-도 2c에 도시되어 있다. 폼 필터 카트리지(200)는 제1 폼 층(202), 제2 폼 층(203), 내부 지지 코어(204) 및 한 쌍의 단부 캡(206)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 제1 폼 층(202)은 제2 폼 층(203)을 포위하고, 양쪽 모두의 폼 층(202, 203)은 내부 지지 코어(204)를 포위한다. 도시된 실시예에서, 폼 층의 단부는 핫 멜트 등의 적절한 접착제로 단부 캡(206)에 접합된다. 대체 실시예에서, 폼 필터 카트리지(200)는 1개 이상의 폼 층(202, 203)에 및/또는 지지 코어(204)에 단부 캡을 밀봉하는 기본적으로 임의의 기술을 사용하여 조립될 수 있다. 도시된 실시예에서, 지지 코어(204)는 폼 필터 카트리지(200)에 강성을 제공하는 것을 돕고, 폼 필터 카트리지(200)의 구조적 일체성을 증가시킨다. 일부 실시예에서, 지지 코어(204)가 제거될 수 있다.
도 2a는 다중 층의 폼을 갖는 조립된 폼 필터 카트리지(200)를 도시하고 있다. 도 2b는 도 2a의 폼 필터 카트리지의 부분 단면도이고, 예시의 필터를 통한 물의 유동 경로를 보여준다. 물이 제1 폼(202)을 통해 방사상으로 진입되고, 이에 따라 제1 폼 층 상에 형성되는 생물체 층(207)에 의해 처리된다. 물은 그 다음에 제2 폼 층(203)을 통과한다. 제2 폼 층(203) 상에 형성되는 제2 생물체 층(209)은 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 물이 제2 폼 층(203)을 통과하면, 물이 지지 코어 내의 구멍을 거쳐 지지 코어(204)의 중심 내로 유동될 수 있다. 지지 코어 내의 구멍의 개수, 크기 및 위치는 요구 유량에 따라 변화될 수 있다. 지지 코어(204)의 중심으로부터, 물이 1개의 단부 캡(206) 내에 위치된 출구(208)로 축 방향으로 유동될 수 있다. 지지 코어(204)의 직경은 출구(208)로의 유량을 제어하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다.
아마도, 도 2c에 가장 잘 도시된 것과 같이, 폼 필터 요소(200)는 다중의 폼 층(202, 203) 및 내부 지지 코어(204)를 포함한다. 도 2c의 비율은 상이한 층을 도시하도록 과장되어 있다. 다중 폼 층을 제공하는 것은 상이한 종류의 폼이 단일 카트리지 내로 합체되게 한다. 예컨대, 폼 층은 상이한 포어 크기, 상이한 폼 두께 또는 수처리 시스템의 성능을 향상시키도록 설계되는 다양한 다른 상이한 특성을 가질 수 있다.
생물체 층은 폼의 표면 상에 형성되는 것으로서 전체에 걸쳐 논의되지만, 생물체 층은 폼 층의 일부에 걸쳐, 전체의 폼 층에 걸쳐 또는 다중의 폼 층에 걸쳐 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예에서, 다중의 상이한 종류의 폼에 걸쳐 생물체 층을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 나아가, 다중의 생물체 층은 상이한 위치에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 생물체 층은 공기가 존재하면 폼 계면에 형성될 수 있다. 예컨대, 도 2c에서, 생물체 층은 제1 폼 층(202)의 표면 상에 그리고 또한 제1 폼 층(202)과 제2 폼 층(203) 사이의 계면 상에 형성될 수 있다. 나아가, 영양물이 폼의 망상화 중에 생성되는 포어 또는 셀 내에 사용 중에 보유될 수 있다. 선택적으로, 영양물은 생물 유기체에 자양물을 제공하고 생물 유기체가 폼 내에 정착 및 체류하도록 유인하기 위해 제조 중에 폼 내의 포어 또는 셀 내에 의도적으로 위치될 수 있다. 폼 내에 체류하는 생물 유기체는 그러면 물이 폼을 통해 유동됨에 따라 물 내의 다른 유해 유기체를 포식할 수 있다. 설탕, 탄소-함유 분자, 철 및 다른 영양물을 포함하는 임의의 적절한 영양물이 사용될 수 있다.
조립될 때에, 도시된 실시예에서, 폼 층(202, 203) 및 지지 코어(204)는 아마도 도 2b에 가장 잘 도시된 것과 같이 서로에 인접하여 위치된다. 대체 실시예에서, 공간이 제1 폼 층(202)과 제2 폼 층(203) 사이에 및/또는 제2 폼 층(203)과 내부 지지 코어(204) 사이에 의도적으로 제공될 수 있다. 이러한 형태의 구성의 예가 도 2c에 도시되어 있다. 공간은 층들 사이에 투과성 스페이서(permeable spacer)를 위치시킴으로써, 제1 폼 층(202), 제2 폼 층(203) 및 내부 지지 코어(204)를 이격시키는 데 단부 캡을 이용함으로써 또는 임의의 다른 적절한 기술에 의해 생성될 수 있다.
또 다른 실시예의 다중의 폼 층을 갖는 폼 필터 카트리지(300)가 도 3a-도 3c에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 1개 이상의 기능 층이 포함된다. 기능 층은 특정한 수처리 문제를 처리하도록 제공될 수 있다. 예컨대, 기능 층은 경질물, 비소 또는 불소 등의 특정한 물 오염물을 처리하도록 구성되는 수지를 갖는 부직포 매체일 수 있다.
도 3a-도 3c에서, 폼 필터 카트리지(300)는 제1 폼 층(302), 제2 폼 층(303), 기능 층(305), 내부 지지 코어(304) 및 한 쌍의 단부 캡(306)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 제1 폼 층(302)은 기능 층(305)을 포위하고, 기능 층(305)은 제2 폼 층(303)을 포위하고, 제2 폼 층(303)은 내부 지지 코어(304)를 포위한다. 도시된 실시예에서, 폼 층의 단부는 핫 멜트 등의 적절한 접착제로 단부 캡(306)에 접합된다. 대체 실시예에서, 폼 필터 카트리지(300)는 1개 이상의 폼 층(302, 303)에, 기능 층(305)에 및/또는 지지 코어(304)에 단부 캡을 밀봉하는 기본적으로 임의의 기술을 사용하여 조립될 수 있다. 도시된 실시예에서, 지지 코어(304)는 폼 필터 카트리지(300)에 강성을 제공하는 것을 돕고, 폼 필터 카트리지(300)의 구조적 일체성을 증가시킨다. 일부 실시예에서, 지지 코어(304)가 제거될 수 있다.
도 3a는 다중 층의 폼, 및 기능 층을 갖는 조립된 폼 필터 카트리지(300)를 도시하고 있다. 도 3b는 도 3a의 폼 필터 카트리지의 부분 단면도이고, 예시의 필터를 통한 물의 유동 경로를 보여준다. 물이 제1 폼(302)을 통해 방사상으로 진입되고, 이에 따라 제1 폼 층 상에 형성되는 생물체 층(307)에 의해 처리된다. 물은 그 다음에 기능 층(305)을 통과한다. 그 다음에, 물은 제2 폼 층(303)을 통과한다. 필터 또는 필터의 층 내의 다양한 계면에 형성되는 추가의 생물체 층이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 물이 제2 폼 층(303)을 통과하면, 물이 지지 코어 내의 구멍을 거쳐 지지 코어(304)의 중심 내로 유동될 수 있다. 지지 코어 내의 구멍의 개수, 크기 및 위치는 요구 유량에 따라 변화될 수 있다. 지지 코어(304)의 중심으로부터, 물이 단부 캡(306) 중 하나 내부에 위치된 출구(308)로 축 방향으로 유동될 수 있다. 지지 코어(304)의 직경은 출구(308)로의 유량을 제어하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다.
아마도, 도 3c에 가장 잘 도시된 것과 같이, 폼 필터 요소(300)는 다중의 폼 층(302, 303), 기능 층(305) 및 내부 지지 코어(304)를 포함한다. 도 3c의 비율은 상이한 층을 도시하도록 과장되어 있다. 다중 층의 폼을 제공하는 것은 상이한 종류의 폼이 단일 카트리지 내로 합체되게 한다. 예컨대, 폼 층은 상이한 포어 크기, 상이한 폼 두께 또는 수처리 시스템의 성능을 향상시키도록 설계되는 다양한 다른 상이한 특성을 가질 수 있다. 위에서 언급된 것과 같이, 기능 층은 다양한 상이한 기능을 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 다중의 기능 층이 동일한 목적 또는 상이한 목적을 성취하도록 제공될 수 있다. 나아가, 기능 층의 위치는 적용 분야마다 변화될 수 있다. 일부 실시예에서, 기능 층은 내부 코어를 포위하는 최내각 층일 수 있고, 다른 실시예에서, 기능 층은 제1 폼 층을 포위하는 최외각 층일 수 있다.
하나의 실시예의 다중의 폼 층을 갖는 폼 필터 카트리지(400)가 도 4a-도 4c에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 다중의 폼 층은 지지 코어 주위에 둥글게 말려진 단일 시트의 폼에 의해 형성된다. 이러한 실시예의 폼 필터 카트리지는 물과 추가의 접촉을 제공하고, 이것은 일부 적용 분야에 대해 필터의 성능을 상승시킨다.
도 4a-도 4c에서, 폼 필터 카트리지(400)는 폼 층(402), 내부 지지 코어(404) 및 한 쌍의 단부 캡(406)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 폼 층(402)은 나선형 패턴으로 내부 지지 코어(404) 주위에 둥글게 말린다. 폼 층(402)의 단부는 핫 멜트 등의 적절한 접착제로 단부 캡(406)에 접합된다. 대체 실시예에서, 폼 필터 카트리지(400)는 폼 층(402)에 및/또는 지지 코어(404)에 단부 캡(406)을 밀봉하는 기본적으로 임의의 기술을 사용하여 조립될 수 있다. 도시된 실시예에서, 지지 코어(404)는 폼 필터 카트리지(400)에 강성을 제공하는 것을 돕고, 폼 필터 카트리지(400)의 구조적 일체성을 증가시킨다. 일부 실시예에서, 지지 코어(404)가 제거될 수 있다.
도 4a는 나선형 폼 층을 갖는 조립된 폼 필터 카트리지(400)를 도시하고 있다. 도 4b는 도 4a의 폼 필터 카트리지의 부분 단면도이고, 예시의 필터를 통한 물의 유동 경로를 보여준다. 물이 폼(402)의 외부 부분을 통해 방사상으로 진입되고, 이에 따라 폼 상에 형성되는 생물체 층(407)에 의해 처리된다. 물은 그 다음에 내부 지지 코어(404)에 도달될 때까지 연속적으로 나선형 층을 통과한다. 물이 통과하는 층의 개수는 폼이 내부 지지 코어 주위에 둥글게 말려질 때에 생성되는 나선부의 개수에 의존한다. 나선형 폼(402) 전체에 걸쳐 형성되는 추가의 생물체 층이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 물이 폼(402)을 통과하면, 물이 지지 코어 내의 구멍을 거쳐 지지 코어(404)의 중심 내로 유동될 수 있다. 지지 코어 내의 구멍의 개수, 크기 및 위치는 요구 유량에 따라 변화될 수 있다. 지지 코어(404)의 중심으로부터, 물이 1개의 단부 캡(406) 내에 위치된 출구(408)로 축 방향으로 유동될 수 있다. 지지 코어(404)의 직경은 출구(408)로의 유량을 제어하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다.
폼 필터 요소(400)의 나선형 패턴은 도 4c에서 관찰될 수 있고, 도 4c는 단부 캡(406)이 제거된 폼 필터(400)를 도시하고 있다. 도 4c의 비율은 폼의 나선형 패턴을 도시하도록 과장되어 있다. 나선형 폼을 제공하는 것은 단일 시트의 폼이 단일 카트리지 내로 다중의 폼 층을 합체하게 한다. 폼이 지지 코어 주위에 치밀하게 나선형으로 권취되는 정도는 수처리 시스템의 성능 특성을 변화시킬 수 있다.
도 5는 폼 층(502), 및 복수개의 채널(513)을 갖는 가요성 불투과성 층(511)을 포함하는 필터 요소(500)를 도시하고 있다. 필터 요소는 다수개의 상이한 폼 필터 카트리지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 대체 실시예는 물 전달 리브(513)가 중심 내에 있는 불투과성 층(511)의 상부 및 저부 상의 폼(502)을 가능케 한다.
도 5b에 도시된 실시예에서, 필터 요소(500)는 도 4의 실시예와 유사하게 나선형 패턴으로 둥글게 말려져 있다. 필터 요소(500)는 채널(513)이 나선부의 방향으로 평행하게 연장되도록 둥글게 말려져 있다. 도 5b에 도시된 나선형 필터 요소(500)의 측면도에서, 평행 채널 중 하나가 점선으로 도시되어 있다. 화살표는 일반적인 필터를 통한 물의 유동을 도시하고 있다. 초기에, 물이 외부 폼 층(502)을 통과하고, 그 다음에 나선부의 전체 길이에서 채널을 따라 이동된다. 물이 나선부 내에서 이동됨에 따라, 물이 폼 층(502)과 불투과성 층(511) 내의 채널(513) 사이에서 전후로 통과될 수 있다. 최종적으로, 물은 지지 코어(504)에 도달된다. 대체예에서, 나선형 폼은 폼 층의 중심 내의 집수 층의 내부측 및 외부측에 2개의 층의 폼을 갖고 이에 따라 각각의 표면적을 배증시키는 경우에 도 10과 유사하게 볼 수 있다.
도 5d의 실시예에서, 필터 요소(500)가 또한 도 4의 실시예와 유사하게 나선형 패턴으로 둥글게 말려져 있다. 그러나, 필터 요소(500)는 채널(513)이 나선부의 방향에 수직으로 연장되도록 말려져 있다. 도 5d에 도시된 나선형 필터 요소(500)의 측면도에서, 다양한 수직 채널이 도시되어 있다. 화살표는 일반적인 필터를 통한 물의 유동을 도시하고 있다. 초기에, 물이 외부 폼 층(502)을 통과하고, 그 다음에 폼 층의 전체 길이에서 채널을 따라 이동되고, 1개의 단부 캡 내에 위치된 출구 내로 비워진다. 하나의 실시예에서, 물이 나선부를 통해 이동되게 하고 내부 채널에 도달되게 하는 폼과 불투과성 층 사이의 간극이 존재한다. 또 다른 실시예에서, 불투과성 층은 일부의 물이 최내각 채널에 도달될 수 있도록 반투과성 층으로 대체된다. 또 다른 실시예에서, 출구를 갖지 않는 단부 캡은 물이 내부 채널에 도달되게 하는 개구를 포함한다.
도 5c에 도시된 실시예에서, 필터 요소(500)의 모서리는 실린더를 생성하도록 모서리 용접되고, 여기에서 폼 층(502)은 실린더의 외부를 형성하고, 불투과성 층(511)은 실린더의 내부를 형성한다. 단부 캡이 폼 필터 카트리지를 생성하도록 실린더에 접합된다. 채널은 실린더 축과 수직으로 또는 실린더 축과 평행하게 연장될 수 있다. 수평 실시예에서, 각각의 채널은 물 출구로의 접근을 제공하는 불투과성 층(511)의 저부 내의 예컨대 지지 코어의 중심 내의 배출 구멍을 포함할 수 있다. 수직 실시예에서, 각각의 채널은 단부 캡에 의해 일단부 상에서 밀봉될 수 있고, 다른 단부 캡에서 출구 내로 실린더 축을 따라 유동될 수 있다. 양쪽 모두의 실시예에서, 물이 방사상으로 폼(502) 내로 진입되고, 그 다음에 채널(513)을 따라 이동되고, 결국 단부 캡 내에 위치되는 출구 내로 유동된다.
다양한 폼 필터 카트리지는 물이 저장 및 사용을 위해 수집됨에 따라 물을 처리하기 위해 음용수용 사용-시점 수처리, 주거용 주택을 위한 진입-시점 수처리, 우물 물 사용, 가정용 물 저장 용기, 자치 단체 운영의 처리 플랜트 그리고 농촌 설정 환경을 포함하는 많은 상이한 적용 분야에 적용 가능하다.
폼 필터 카트리지에 추가하여, 다양한 상이한 수처리 시스템에서 이용될 수 있는 다양한 상이한 디스크 또는 적층체 폼 필터가 존재한다. 하나의 실시예의 폼 필터 적층체(700)가 도 7 및 도 8a-도 8b에 도시되어 있다. 폼 필터 적층체(700)는 여러 단계로 물을 처리한다. 상부 폼 층은 제2 폼 층에 대한 입구가 되고, 이러한 유동 패턴은 최종의 단계까지 반복된다. 각각의 폼 층은 그 자체의 별개의 생물체 층을 포함할 수 있다. 각각의 단계는 다양한 상이한 방식으로 물을 처리하기 위해 생물체 층에 추가하여 또는 그 대신에 다른 기능 층을 포함할 수 있다.
도 7은 하나의 실시예의 적층체 폼 필터를 통한 물의 전체 유동을 도시하고 있다. 아마도, 도 7에서 가장 잘 관찰되는 것과 같이, 폼 필터 적층체(700)는 복수개의 폼 층(702, 704, 706, 708)과; 복수개의 불투과성 층(703, 705, 707, 709)과; 복수개의 파이프 입구(711, 713, 715, 717) 및 복수개의 파이프 출구(712, 714, 716)를 갖는 파이프(710)를 포함한다.
도 8a는 적층체 폼 필터의 대표 단면도를 도시하고 있다. 도면은 물이 단지 다양한 필터 단계를 통해 유동됨으로써 파이프를 통해 유동될 수 있도록 파이프(710)가 절단되어 있다는 것을 보여준다. 이러한 실시예에서, 파이프(710)는 유입측 및 유출측으로 분할된다. 리브는 간극이 필터 아래에 있게 하고 이에 따라 유출된 물이 집수 튜브로 자유롭게 유동되게 하는 데 불투과성 지지체 내에서 사용될 수 있다. 도 8b는 도 7에 도시된 적층체 폼 필터의 일부를 도시하고 있고, 물이 파이프 출구(712)로부터 폼 층(704)을 통해 불투과성 층(705) 내의 채널 내로, 그리고 파이프 입구(713) 내로 유동되는 방식을 도시하고 있다. 간단한 지지 디스크가 용이한 조립 그리고 필터 층에 대한 지지를 가능케 한다. 이것은 물이 적절하게 시스템을 통해 유동되는 적절한 간격을 설정할 수 있다.
도 7을 재차 참조하면, 사용 시에, 미처리된 물이 제1 폼 층(702)의 상부 상으로 유입되고, 제1 폼 층(702)을 통해 유동되고, 여기에서 물이 입구(711)를 거쳐 파이프(710) 내로 불투과성 층(703)에 의해 유도된다. 물은 그 다음에 파이프(710)를 통해 유동되고, 파이프 출구(712)에 도달되고, 여기에서 물이 배출되도록 가압된다. 물은 폼 층(704)을 통과하고, 여기에서 물이 파이프 입구(713)를 거쳐 파이프(710) 내로 불투과성 층(705)에 의해 유도된다. 물은 그 다음에 파이프(710)를 통해 유동되고, 파이프 출구(714)에 도달되고, 여기에서 물이 배출되도록 가압된다. 불투과성 층은 여러 지점에서 또는 리브를 따라 단순한 밀폐제(sealant) 또는 초음파 밀봉부(ultrasonic seal)를 포함할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 리브 또는 채널이 또한 필터의 저부 측면 내에 형성될 수 있고, 물이 집수 튜브로 불투과성 층을 따라 수집 및 유동되게 하는 물의 유동을 또한 도울 것이다. 추가의 개방 폼 층 또는 다른 집수 매체가 집수 튜브로 물을 수압으로 유도하는 데 사용될 수 있다. 물은 폼 층(706)을 통과하고, 여기에서 물이 입구(715)를 거쳐 파이프(710) 내로 불투과성 층(707)에 의해 유도된다. 물은 그 다음에 파이프(710)를 통해 유동되고, 파이프 출구(716)에 도달되고, 여기에서 물이 배출되도록 가압된다. 물은 폼 층(708)을 통과하고, 여기에서 물이 파이프 입구(717)를 거쳐 파이프(710) 내로 불투과성 층(709)에 의해 유도된다. 물은 그 다음에 파이프(710)를 통해 적층체 폼 필터(718)로 유동된다. 이들 다중의 층은 표면적을 최대화하고 추가의 환원, 더 높은 유량 및 제조의 용이화를 가능케 하는 것을 도울 수 있다.
대체의 동시 수처리 시스템 실시예가 또한 도 7 및 도 8a-도 8b를 이용하여 설명될 수 있다. 이러한 대체 실시예에서, 폼 층(702) 및 불투과성 층(703)이 삭제된다. 물이 파이프(710)의 유입측 내로 직접적으로 유입될 수 있다. 물은 각각의 폼 층(704, 706, 708) 상으로 대체로 동시에 파이프 출구(712, 714, 716) 외부로 유동된다. 물은 그 다음에 이들 폼 층(704, 706, 708)을 통해, 그리고 파이프 입구(713, 715, 717) 내로 유동되고, 이에 따라 파이프의 유출측 내의 공통 저장조 내로 대체로 동시에 비워진다. 이러한 구성에서, 다중의 폼 층을 통해 이동되는 물을 갖는 대신에, 단일 단계의 처리가 동시에 다중 배치의 물에 적용되고, 이것은 물의 더 신속한 처리를 가져올 수 있다.
도 9는 하나의 실시예의 연속 수처리 단계를 갖는 폼 필터 적층체(900)를 도시하고 있다. 도 9의 실시예에서, 상부의 2개의 폼 층(902, 904)은 제2의 2개의 폼 층(906, 908)에 대한 입구가 되고, 이러한 유동 패턴은 최종의 단계까지 반복된다. 각각의 폼 층은 그 자체의 생물체 층을 포함할 수 있다. 각각의 단계는 다양한 상이한 방식으로 물을 처리하기 위해 생물체 층에 추가하여 또는 그 대신에 다른 기능 층을 포함할 수 있다. 도시된 실시예는 4개의 별개의 단계를 포함하지만, 각각의 단계는 2개의 폼 층을 포함한다. 대체 실시예는 더 적거나 추가의 단계를 포함할 수 있고, 각각의 단계는 더 적거나 추가의 폼 층을 포함할 수 있다. 추가로, 두께 및 포어 크기 등의 폼의 특성은 단계마다 그리고 층마다 변화될 수 있다. 기능 개선의 영역이 여과를 위한 그리고 증가된 표면적을 위한 탄소, PH 바이어스 폼(PH biased foam) 또는 먹이 또는 구체적으로 유리한 환원을 제공하는 상이한 종을 위해 적재되는 미네랄인 폼을 포함할 수 있다. 미네랄은 칼슘, 철, 및 특정한 생물학적 및 화학적 상호 작용을 유발하는 다른 미네랄을 포함할 수 있다. 이들 층은 용액과 연통될 수 있거나 심지어 최적의 생물 생태계를 제공하도록 통기될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이러한 생태계는 각각의 종에 대해 매우 상이한 환경을 요구하고, 그에 따라 각각의 층은 동조된 환원 시스템에 이들 생물학적 대리물 및 기능 필터 층의 조합을 제공할 기회를 갖는다. 탈수 유기체가 상이한 기능 성능을 갖는 이러한 매체 상에 위치 또는 분무될 수 있고, 성장 과정을 가속시키는 데 도움이 되는 적절한 종 및 위치를 보증하는 데 사용된다. 이것은 또한 시스템을 보호하는 밀봉된 패키지로써 액체 또는 젤 형태로 되어 있을 수 있다. 패키지는 생물 유기체의 적절한 성장을 가능케 하는 모든 성분을 포함할 수 있다.
도 10은 하나의 실시예의 셀 구성으로 된 폼 필터 적층체(1000)를 도시하고 있다. 셀 폼 필터 적층체(1000)는 분리기(1008)에 의해 분리되는 상하로 적층된 복수개의 셀(1001)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 각각의 셀은 4개의 층의 폼(1002, 1003, 1004, 1005), 한 쌍의 단부 캡(1012) 및 셀 분리기(1006)를 포함한다. 셀은 단부 캡(1012)과 모서리 밀봉되고, 이 때에 별개의 채널이 셀 분리기(1006)에 의해 형성된다. 분리기(1006)는 셀의 측면이 평탄할 때에 중심 튜브로의 유동을 가능케 한다. 외부 폼(1002, 1004)은 물을 위한 입구 경로를 제공한다. 물이 외부 폼 층(1002, 1004) 중 하나를 통과하면, 물이 그 다음에 내부 폼 층(1003, 1005) 중 하나를 통해 유동된다. 내부 폼 층 후에, 물이 셀 분리기(1006) 내로, 그리고 중심 출구 튜브(1010)의 입구(1007) 내로 유동된다. 단지 2개의 셀이 이러한 실시예에서 도시되어 있지만, 셀의 개수는 요구 유량을 포함하는 다양한 인자를 기초로 하여 변화될 수 있다. 셀은 직경 면에서 작거나 클 수 있다. 예컨대, 셀의 직경은 15 ㎝(6 인치) 내지 30 ㎝(12 인치)의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 폼 필터 적층 구조체 및 폼 카트리지 구조체와 유사하게, 셀 구조체는 입구 및 출구를 갖는 수처리 시스템 하우징 내에 끼워진다. 셀 구조체와 일부의 다른 폼 필터 적층 구조체 사이의 하나의 차이점은 물이 셀을 포위하고 셀의 양쪽 측면으로부터 진입될 수 있도록 셀 구조체가 수처리 시스템 하우징 벽에 대해 밀봉되지 않는다는 것이다.
도면은 다수개의 특정한 예를 제공하지만, 특징의 다양한 조합이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 기본적으로 임의의 실시예가 상승된 수처리 성능 등의 다양한 목적을 위해 추가의 폼 층을 포함하도록 그리고 더 용이한 세척 및 내구성을 가능케 하도록 변형될 수 있다. 본 출원 전체를 통해 설명된 기본적으로 임의의 상이한 폼 층은 상이한 포어 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 외부 폼의 포어 크기는 연장된 수명을 위해 더 굵을 수 있고, 반면에 내부 폼 층은 더 미세한 포어를 가질 수 있다. 위에서 설명된 실시예는 폼 층을 위해 폴리에테르 술폰을 이용할 수 있지만, 대체의 폼 재료가 적용 분야에 따라 폴리에테르 술폰에 대해 대체될 수 있다. 폼 필터 카트리지 또는 폼 필터 적층체의 구성에 따라, 많은 실시예가 카트리지 내의 기능 층을 이용함으로써 물 내의 다른 오염물을 처리하도록 변형될 수 있다. 예컨대, 1개의 폼 층 아래에 이온 교환 수지로 함침되는 층을 제공함으로써, 필터가 경질 무기물이나 비소 및/또는 질산염 등의 다른 건강 영향 오염물을 감소시킬 수 있다.
방향과 관련된 용어(예컨대, "vertical", "horizontal", "top", "bottom", "upper", "lower", "inner", "inwardly", "outer" 및 "outwardly")는 도면에 도시된 실시예의 배향을 기초로 하여 본 발명을 설명하는 것을 돕는 데 사용된다. 방향과 관련된 용어의 사용은 임의의 특정한 배향(들)의 패키지로 본 발명을 제한하도록 해석되지 않아야 한다.
나아가, 본 출원 전체에 걸쳐, 수처리가 언급되어 있다. 본 발명의 폼 필터는 물 이외의 물질을 처리하는 데 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 나아가, 폼 층에 대한 투과, 유동 또는 통과가 언급되는 경우에, 이것은 물이 언급된 요소 내의 일부 또는 모든 포어를 통과하는 것을 말한다는 것이 이해되어야 한다.
위의 설명은 본 발명의 이러한 실시예의 설명이다. 등가물의 원칙을 포함하는 특허법의 원리에 따라 해석되어야 하는 첨부된 특허청구범위 내에서 한정되는 것과 같은 본 발명의 사상 및 더 넓은 태양으로부터 벗어나지 않고도, 다양한 변경 및 변화가 수행될 수 있다. 이러한 개시 발명은 예시 목적을 위해 제시되고, 본 발명의 모든 실시예의 한정적인 설명으로서나 이들 실시예와 연계하여 예시 또는 설명되는 특정한 요소로 특허청구범위의 범주를 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 예컨대 그리고 제한 없이, 설명된 발명의 임의의 개별의 요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 그렇지 않으면 충분한 동작을 제공하는 대체의 요소에 의해 대체될 수 있다. 이것은 예컨대 당업자에게 기존에 알려져 있을 수 있는 것들 등의 현재 알려져 있는 대체의 요소 그리고 당업자가 개발 시에 대체물로서 인식할 수 있는 것들 등의 미래에 개발될 수 있는 대체의 요소를 포함한다. 나아가, 개시된 실시예는 협력하여 설명되고 일단의 이익을 협력적으로 제공할 수 있는 복수개의 특징을 포함한다. 본 발명은 작성된 특허청구범위 내에서 그렇지 않은 것으로 명시적으로 기재되어 있는 범위를 제외하면 모든 이들 특징을 포함하거나 모든 언급된 이익을 제공하는 실시예에만 제한되지 않는다. 단수로의 예컨대 관사("a", "an", "the" 또는 "said")를 사용한 청구 요소에 대한 임의의 언급은 단수로 요소를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
Claims (20)
- 필터로서,
복수개의 포어를 갖고, 폼 필터 요소에 인접하여 및 폼 필터 요소의 포어 내 중 적어도 하나의 방식으로 복수의 생물 유기체를 보유하는 데 사용 가능한, 물을 여과하기 위한 망상 폼 필터 요소와;
폼 필터 요소에 의해 여과된 물을 수집하는 집수 저장조와;
필터로부터 물을 분배하도록 집수 저장조와 유체 연통되는 필터 출구
를 포함하고,
폼 필터 요소는 폼 필터 요소 내의 단위 체적당 스트랜드의 개수를 증가시키도록 고밀화되는,
필터. - 제1항에 있어서, 폼 필터 요소는 생물 유기체에 자양물을 제공하도록 포어 중 1개 이상의 내부에 위치되는 영양물을 포함하는 필터.
- 제1항에 있어서, 폼 필터 요소는 의료용 폼을 포함하는 필터.
- 제3항에 있어서, 의료용 폼은 의료용 폴리우레탄 폼인 필터.
- 제4항에 있어서, 폼 필터 요소의 포어 밀도가 2.54 ㎝(1 인치)당 70개 초과의 포어인 필터.
- 제5항에 있어서, 폼 필터 요소의 두께가 2.54 ㎝(1 인치) 미만이어서, 폼 필터 요소가 사용 중에 무산소성으로 변화되지 않는 필터.
- 제6항에 있어서, 폼 필터 요소는 방사상 유동 폼 필터 요소인 필터.
- 제7항에 있어서, 폼 필터 요소는 필터 출구에 연결되는 적어도 2개의 방사상 유동 폼 필터 요소를 포함하는 필터.
- 제1항에 있어서, 방사상 유동 폼 필터 요소는 1개 초과의 폼 층을 포함하고, 폼 층 중 적어도 2개는 상이한 포어 크기, 상이한 두께 및 상이한 폼 종류 중 적어도 하나를 갖는 필터.
- 제1항에 있어서, 물을 처리하는 기능 층을 포함하는 필터.
- 제1항에 있어서, 폼 필터 요소는 탄소, PH 바이어스 폼(PH biased foam), 먹이 또는 미네랄 적재 폼 및 탈수 유기체 중 적어도 하나를 포함하는 필터.
- 제1항에 있어서, 폼 필터 요소는 나선형으로 말린 단일 시트의 폼인 필터.
- 제6항에 있어서, 폼 필터 요소는 적층체 필터 요소이고, 집수 저장조는 적층체 폼 필터 요소에 인접하게 위치되는 파이프인 필터.
- 제13항에 있어서, 파이프는 적어도 1개의 파이프 입구 및 필터 출구를 형성하고,
적층체 폼 필터 요소는 적어도 1개의 파이프 입구에 끼워지고,
필터는 적어도 1개의 파이프 입구에 도달하도록 적층체 폼 필터 요소를 통해, 적어도 1개의 파이프 입구를 통해 파이프 내로, 그리고 필터 출구를 통해 필터 외부로 물을 진행시키도록 구성되는,
필터. - 제13항에 있어서, 파이프는 복수개의 파이프 입구 및 복수개의 파이프 출구를 형성하고, 적층체 폼 필터 요소는 복수개의 적층체 폼 층을 포함하고, 적층체 폼 층은 서로 이격되고, 각각의 적층체 폼 층은 적어도 1개의 파이프 입구에 끼워지고, 적어도 1개의 파이프 출구가 인접하는 적층체 폼 층들 사이에 위치되고,
필터는 각각의 연속 파이프 출구를 통해 파이프 외부로, 각각의 연속 적층체 폼 층을 통해, 그리고 재차 각각의 연속 파이프 입구를 통해 파이프 내로 물을 진행시키도록 구성되고,
이에 따라 물이 필터로부터 분배되기 전에 각각의 적층체 폼 층을 통해 이동되는,
필터. - 제13항에 있어서, 파이프는 복수개의 파이프 입구 및 복수개의 파이프 출구를 형성하고, 각각의 적층체 폼 필터 요소는 복수개의 적층체 폼 층을 포함하고, 적층체 폼 층은 서로 이격되고, 각각의 적층체 폼 층은 적어도 1개의 파이프 입구에 끼워지고, 적어도 1개의 파이프 출구가 인접하는 적층체 폼 층들 사이에 위치되고,
필터는 파이프 출구 중 하나를 통해 파이프 외부로, 적층체 폼 필터 요소 중 하나를 통해, 재차 파이프 입구 중 하나를 통해 파이프 내로, 그리고 필터 출구를 통해 필터 외부로 물을 진행시키도록 구성되고,
이에 따라 물이 필터로부터 분배되기 전에 단지 1개의 적층체 폼 층을 통해 이동되는,
필터. - 제13항에 있어서, 파이프는 적어도 1개의 파이프 입구 및 필터 출구를 형성하고,
적층체 폼 필터 요소는 적어도 2개의 적층체 폼 층, 적어도 1개의 파이프 입구의 제1 측면 상에 위치되는 제1 적층체 폼 층, 그리고 적어도 1개의 파이프 입구의 대향 제2 측면 상에 위치되는 제2 적층체 폼 층을 포함하고, 필터는 각각의 적층체 폼 층을 통해 필터 내로, 적어도 1개의 파이프 입구를 통해 파이프 내로, 그리고 필터 출구를 통해 필터 외부로 물을 진행시키도록 구성되는,
필터. - 필터로서,
의료용 폼을 포함하고, 방사상 유동 폼 필터 요소인 망상 폼 필터 요소와;
폼 필터 요소를 통해 유량을 제어하는 제한 오리피스
를 포함하고,
폼 필터 요소는 복수개의 포어 및 제곱 인치(645 ㎟)당 80개의 포어 내지 제곱 인치(645 ㎟)당 120개의 포어의 포어 밀도를 갖고,
폼 필터 요소는 생물 유기체를 유인하는 영양물을 포함하고,
폼 필터 요소는 2.54 ㎝(1 인치) 미만의 두께를 갖는
필터. - 제18항에 있어서, 폼 필터 요소는 1개 초과의 폼의 층을 포함하는 필터.
- 제18항에 있어서, 제한 오리피스는 폼 필터 요소의 표면적의 ㎠당 대략 0.8 ㎖/분 내지 1.2 ㎖/분의 최대치로 유량을 제한하는 필터.
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