Пенная система для очистки воды

Пенная система для очистки воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее раскрытие относится к системам для очистки воды и, в частности, к системам для очистки воды с гравитационной подачей.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

По мере роста мирового населения возрастает также и потребность в воде. Конечно, в некоторых частях мира, где местное население растет в гораздо большей степени, чем в среднем, доступность безопасной питьевой воды является более низкой, чем в среднем. Частично эту ситуацию можно отнести на счет географии, либо вследствие засушливого климата или попросту отсутствия свежей поверхностной воды, пригодной для питья. Кроме того, многие источники высыхают, вследствие понижения подземных водоносных слоев, приводящих в результате к новым скважинам, которые бурят на более глубоких уровнях в попытках найти воду. Во многих случаях высокие затраты препятствуют проведению этих операций. Дополнительно, во многих областях, где вода является очень труднодоступной, население не может приобрести воду для потребления вследствие своего низкого уровня доходов и того факта, что вода, прошедшая очистку на станции очистки сточных вод, является недоступной. Примеры таких мест могут включать, к примеру, деревни в сельской местности в слаборазвитых странах, участки восстановительных работ после природных катастроф или лагерные поселения.

Системы для очистки воды с гравитационной подачей применяют повсеместно, чтобы помочь обеспечить население с низким доходом безопасной водой для семей для питья и приготовления пищи. В одной известной системе для очистки воды с гравитационной подачей применяют биопесчаный водяной фильтр для очистки воды. Эти системы имеют биологический слой, который образуется в результате природных процессов, который разрушает нежелательные микроорганизмы и органические соединения в воде. Биопесчаные фильтры, обычно используемые в местах постоянного проживания и небольших деревенских поселениях, являются, как правило, громоздкими и тяжелыми. Некоторые содержат до 100 фунтов песка и гравия.

В течение последних лет был достигнут некоторый прогресс в развитии биопесчаных фильтров. Например, в некоторых биопесчаных фильтрах была отрегулирована композиция глубины и размера частиц для регулирования фронтальную скорость в верхней части подвергаемого воздействию песчаного слоя. В действительности одна из причин большой массы песка и гравия в более глубоких слоях состоит в установлении и регулировании обратного давления, таким образом, чтобы фронтальная скорость через песчаный слой поддерживалась в пределах рекомендуемого интервала. Несмотря на то, что эти достижения сделали системы с гравитационной подачей более эффективными, при некоторых обстоятельствах, монтаж может быть более сложным, поскольку скорость потока необходимо часто регулировать во время установки для обеспечения надлежащей работы системы.

Есть мнение, что двумя основными недостатками биопесчаных систем водоочистки являются масса песка и конкретный размер частиц, необходимый для песка. Производство и транспортировка песка были основным препятствием при повсеместном внедрении биопесчаных фильтров. Существуют системы водоочистки, в которых используют альтернативы из бетона и пластика. Однако эти системы имеют свои собственные недостатки. Бетон даже является тяжелей песка и может быть более труднодоступным, чем песок, в удаленных областях, где он требуется.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предоставлена система для очистки воды с гравитационной подачей, которая включает фильтр из пеноматериала, имеющий ячеистую структуру, которая поддерживает колонизацию биологических биомов и поддерживает эти структуры механически. Строение пеноматериала является сетчатым при первоначальной толщине и уплотненным до 0,300 дюймов. Сетчатый пеноматериал может поддерживать биологический слой на и/или внутри пены. Пеноматериал является пористым, легким по массе и простым при установке. Системы водоочистки с сетчатым пеноматериалом могут быть выполнены либо в патронной конфигурации или блочной конфигурации (фильтрующие элементы собраны в стопку).

Существуют разнообразные конфигурации фильтра из пеноматериала, которые включают фильтрующий элемент из сетчатого пеноматериала. Фильтр из пеноматериала может иметь сборный резервуар для сбора воды, которая была отфильтрована фильтрующим элементом из пеноматериала, и выпуск фильтра находится в жидкостной связи со сборным резервуаром для распределения воды из фильтра. Фильтрующий элемент из пеноматериала может быть уплотнен для увеличения числа нитей на единицу объема внутри фильтрующего элемента из пеноматериала. Фильтрующий элемент из пеноматериала может также включать питательные компоненты для привлечения биологических организмов.

Существуют разнообразные конфигурации фильтрующего патрона из пеноматериала. В одном варианте осуществления пеноматериал скручен вокруг внутренней опорной конструкции, и для герметизации патрона присоединены торцевые крышки. Опорная сердцевина может увеличивать структурную целостность фильтрующего патрона. Фильтрующий патрон может включать один слой или множество слоев пеноматериала, каждый из которых имеет одинаковые или различные размеры пор и/или одинаковую или различную толщину. Множество слоев пеноматериала могут увеличивать качество водоочистки.

Существуют также разнообразные конфигурации фильтрующих блоков из пеноматериала. В одном варианте осуществления множество слоев пеноматериала собраны в блок (стопку), и вода проходит через множество ступеней либо одновременно, либо последовательно. Проход воды через множество ступеней одновременно может увеличить скорость водоочистки, а проход воды через множество ступеней последовательно может повысить качество водоочистки.

В конфигурации фильтрующего патрона из пеноматериала и фильтрующего блока из пеноматериала могут быть включены дополнительные функциональные слои разнообразных материалов для увеличения общей водоочистки. Например, функциональные слои могут быть включены для направленной очистки от разнообразных загрязнителей воды, таких как жесткость, мышьяк или фторид.

Фильтрация через пеноматериал облегчает решение многих проблем, имеющихся у биопесчаных фильтров, в частности проблем с массой и установкой. Масса системы водоочистки с фильтром из пеноматериала составляет только долю массы биопесчаной системы водоочистки. Пенные фильтрующие системы также легко устанавливаются конечным пользователем без необходимости в квалифицированном монтаже.

Эти и другие задачи, преимущества и признаки изобретения будут более полно поняты и оценены на основе описания конкретных вариантов осуществления и чертежей.

Перед подробным объяснением вариантов осуществления изобретения следует понимать, что изобретение не ограничено деталями эксплуатации или деталями конструкции и расположением компонентов, приведенных в следующем описании или проиллюстрированных на чертежах. Изобретение может быть выполнено в других разнообразных вариантах осуществления и может быть практически реализовано или осуществлено альтернативными путями, раскрытыми здесь в неявной форме. Также следует понимать, что фразеология и терминология, используемые здесь, служат цели описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Применение терминов "включающие" и "содержащие" и их вариаций означает то, что они охватывают объекты, перечисленные далее, и их эквиваленты, а также дополнительные объекты и их эквиваленты. Дополнительно, при описании разнообразных вариантов осуществления может применяться нумерация. Если в выраженной форме не установлено иным образом, применение нумерации не должно рассматриваться как ограничивающее изобретение каким-либо конкретным порядком или числом компонентов. Применение нумерации также не должно рассматриваться как исключающее из объема изобретения любые дополнительные стадии или компонентоы, которые могут комбинироваться с нумерованнами стадиями или компонентами или включаться в них.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигуры 1A-1B показывают однослойный фильтрующий патрон из пеноматериала с радиальным потоком.

Фигуры 2A-2C показывают многослойный фильтрующий патрон из пеноматериала с радиальным потоком.

Фигуры 3A-3C показывают многослойный фильтрующий патрон из пеноматериала с радиальным потоком и функциональным слоем.

Фигуры 4A-4C показывают скрученный фильтрующий патрон из пеноматериала.

Фиг.5A показывает лист пеноматериала с проточными канальцами.

Фигуры 5B-5D показывают разнообразные конфигурации скрученного фильтрующего патрона из пеноматериала с проточными канальцами.

Фиг.6 показывает плоский лист пеноматериала.

Фиг.7 показывает многослойный фильтрующий блок из пеноматериала с трубкой притока/стока.

Фиг.8A показывает непроницаемую подложку с ребрами сбора воды, присоединенными и поддерживаемыми трубкой для сбора.

Фиг.8B показывает, как эта подложка обеспечивает сбор сточной воды многослойного фильтрующего блока из пеноматериала Фигуры 7.

Фиг.9 показывает многослойный фильтрующий блок из пеноматериала.

Фиг.10 показывает многоячеистый фильтр из пеноматериала.

Фиг.11 показывает систему очистки с двойным резервуаром с фильтрующим блоком из пеноматериала.

Фиг.12 показывает систему очистки с двойным резервуаром с фильтрующим патроном из пеноматериала.

Фиг.13 показывает блочную систему очистки с двойным резервуаром с фильтрующим патроном из пеноматериала.

ОПИСАНИЕ РАССМАТРИВАЕМЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Системы водоочистки настоящего изобретения являются конфигурируемыми для различных ситуаций. Разнообразные компоненты применяют по отдельности или в различных комбинациях для очистки воды для потребления или других применений. Важно отметить, что конфигурации, детализированные ниже, являются примерными, и не исчерпывающими.

Иллюстрации вариантов осуществления, описанных здесь, предназначены для предоставления общего понимания структуры разнообразных вариантов осуществления. Иллюстрации не служат полным описанием всех элементов и признаков устройства и систем, в которых используют структуры или способы, описанные здесь. Многие другие варианты осуществления могут быть очевидными квалифицированным специалистам в данной области при просмотре настоящего раскрытия. Другие варианты осуществления могут быть использованы и выведены из раскрытия, таким образом, что могут быть сделаны структурные и логические замены и изменения, без отступления от объема раскрытия. Дополнительно, иллюстрации являются просто описательными и могут быть выполнены не в масштабе. Некоторые пропорции на иллюстрациях могут быть увеличены, в то время как другие пропорции могут быть уменьшены.

Используемый в качестве фильтра пеноматериал является более легким по массе, чем песок и бетонные конструкции, описанные выше. Однако пенные системы водоочистки могут создавать разнообразные проблемы. Например, может потребоваться большая толщина пеноматериала для достижения желаемого уровня фильтрации или желаемой скорости потока. Дополнительно, пеноматериал в некоторых конфигурациях может становиться анаэробным, что снижает способность пеноматериала к очистке. Даже дополнительно, бактерии и биологические организмы, которые помогают водоочистке, часто испытывают препятствия для проникновения в пеноматериал. Еще дополнительно, некоторые конфигурации пеноматериала имеют тенденцию к засорению.

Пеноматериал можно классифицировать в зависимости от структуры его пор или ячеек, либо с открытой ячейкой, либо с закрытой ячейкой, пеноматериал с открытой ячейкой также известен как сетчатый пеноматериал и включает взаимосвязанные поры, которые образуют каркас или матрикс пеноматериала. Структура матрикса пеноматериала поддерживается индивидуальными нитями пеноматериала, которые сохраняют взаимосвязь между порами пеноматериала. Напротив, пеноматериал с закрытой ячейкой имеет раздельные, изолированные поры, которые не являются взаимосвязанными.

Фильтр из сетчатого пеноматериала по настоящему изобретению может быть внедрен в различные системы водоочистки. Например, дисковый фильтр из пеноматериала 1106 может быть реализован в системе водоочистки и хранения 1100, как показано на Фигуре 11. Изображенная система водоочистки и хранения 1100 включает резервуар для очистки 1102 и резервуар для хранения 1110. Резервуар для очистки 1102 включает впуск 1104, дисковый фильтр из пеноматериала 1106 и выпуск 1108. В иллюстрированном варианте осуществления дисковый фильтр из пеноматериала 1106 герметично соединен с боковой стенкой резервуара для очистки 1102, таким образом, что вода, поступающая во впуск 1104, проходит через биологический слой 1107, образованный на дисковом фильтре из пеноматериала 1106, посредством этого очищая воду. Биологический слой 1107, образованный на пеноматериале может обеспечить высокую степень очистки для снижения содержания бактерий, вирусов и простейших, при эксплуатации в режиме периодического процесса с регулируемой скоростью потока. Следует отметить, что этот биологический слой может быть образован за две недели, что может быть при необходимости ускорено с помощью некоторых процессов, обсуждаемых ниже. В одном варианте осуществления системы включен предварительный фильтр, который осуществляет такой же уровень фильтрации, как и данная система, но утилизируется или растворяется через две недели, когда образуется биологический слой. В некоторых вариантах осуществления предварительные фильтры не служат очень долго, но способствуют подготовке системы к фильтрации без двухнедельной отсрочки.

В рассматриваемых вариантах осуществления сетчатый пеноматериал может представлять собой пенополиуретан 2-1000 для медицинского использования с конкретными размером и густотой пор. Например, пеноматериал для использования в медицине может иметь густоту пор, большую, чем приблизительно 70 пор на квадратный дюйм, необязательно между приблизительно 80 и 120 порами на квадратный дюйм и дополнительно необязательно приблизительно 100 пор на квадратный дюйм. Умножение 100 пор на квадратный дюйм на 2 дает на выходе 200 пор на дюйм, пеноматериал может также быть уплотнен. Например, пеноматериал можно производить с исходной плотностью и затем сжимать до двух-трех раз от исходной плотности пеноматериала. Если сжатие осуществляют в одном направлении, оно может сохранить число пор на квадратный дюйм на лицевой поверхности пеноматериала, в то же время, увеличивая число структурных нитей на единицу объема. Увеличение числа нитей на единицу объема может предоставить больше расположений для заселения бактериями и организмами и удержания в фильтре из пеноматериала, что может увеличить эффективность фильтра из пеноматериала при водоочистке. Толщина фильтра из пеноматериала может быть сделана достаточно малой, при поддержании числа пор на квадратный дюйм фронтального сечения, поддерживая соответствующее противодавление и поддерживая соответствующий уровень фильтрации. Например, толщина сетчатого фильтра из пеноматериала может быть менее приблизительно 1 дюйма толщины, необязательно между приблизительно 0,2 и 0,6 дюймов толщины и дополнительно необязательно приблизительно 0,3 дюйма толщины. Малая толщина и сетчатая структура пеноматериала могут обеспечить проникание воздуха в пеноматериал и могут предотвращать фильтр из пеноматериала от анаэробизации, что в ином случае снижало бы эффективность фильтра.

В рассматриваемых вариантах осуществления и, как дополнительно описано ниже, ограничительное отверстие может быть расположено на выпуске фильтра из пеноматериала или на выпуске системы водоочистки для регулирования скорости потока через систему водоочистки. Ограничительное отверстие может представлять собой любой подходящий ограничитель, который снижает объемную скорость потока на выпуске, включая пластину в форме шайбы, которая уменьшает размер выпуска фильтра из пеноматериала или уменьшает размер выпуска системы водоочистки. Необязательно, скорость потока может составлять между приблизительно 0,5 миллилитров (мл) и 1,5 мл в минуту на квадратный сантиметр (см) площади поверхности пеноматериала, дополнительно необязательно между приблизительно 0,8 мл и 1,2 мл в минуту на квадратный см площади поверхности пены и даже дополнительно необязательно приблизительно 1 мл в минуту на квадратный см площади поверхности пеноматериала.

Один или несколько из вариантов осуществления могут снижать засорение фильтра из пеноматериала и обеспечивать сбрасывание с фильтра мертвых бактерий, что может обеспечить рост биологического слоя и поглощение питательных компонентов, таких как кислород и органические соединения. Один или несколько вариантов осуществления могут также обеспечить способность фильтра из пеноматериала к абсорбции и питанию вредными организмами, когда вода протекает через фильтр. Например, бактерии и организмы, которые проникают в пеноматериал, как описано выше, могут питаться вредными организмами, по мере того, как они проходят через фильтр. Один или несколько вариантов осуществления могут также обеспечить организмам в фильтре высвобождение большего количества протеаз вместо развития биологического слоя. Одно или несколько из этих преимуществ могут быть предоставлены структурой матриксов пеноматериала, включая плотность клеток и нити, создаваемые посредством ретикуляции и уплотнения пеноматериала.

В иллюстрируемом варианте осуществления дисковый фильтр из пеноматериала 1106 включает два диска пеноматериала. В альтернативных вариантах осуществления могут использоваться одиночный слой пеноматериала или дополнительные слои пеноматериала. Разнообразные варианты осуществления дискового фильтра из пеноматериала описаны более детально ниже. В иллюстрированном варианте осуществления, выпуск 1108 резервуара для очистки находится в жидкостном сообщении с впуском 1112 резервуара для хранения 1110. Резервуар для хранения может использоваться для сбора очищенной воды, пока она не будет готова для употребления. Резервуар для хранения 1110 включает выпуск 1114, который может включать кран, или по существу любую другую систему распределения. При использовании, неочищенная вода выливается в резервуар для очистки 1102, проходит через биологический слой 1107 и дисковый фильтр из пеноматериала 1106 и выходит из резервуара для очистки 1102 через выпуск 1108 в резервуар для хранения очищенной воды 1110.

Фиг.12 иллюстрирует еще один другой вариант осуществления системы очистки и хранения воды 1200. Основное различие между системой водоочистки на Фигуре 11 и системой, показанной на Фигуре 12, состоит в том, что вариант осуществления, изображенный на Фигуре 12, включает фильтрующий патрон из пеноматериала 1206 вместо дискового фильтра из пеноматериала. Разнообразные варианты осуществления фильтрующего патрона из пеноматериала будут описаны более детально ниже. При использовании, неочищенная вода вливается во впуск 1204 резервуара для очистки 1202, вода окружает и проходит через биологический слой, образованный на радиальном фильтрующем патроне из пеноматериала 1206, и выходит из резервуара для очистки 1202 через выпуск 1208 в фильтрующем патроне из пеноматериала. Выпуск 1108 резервуара для очистки находится в жидкостном сообщении с впуском 1212 резервуара для хранения 1210. Резервуар для хранения 1210 включает выпуск 1214, который может включать кран, или по существу любую другую распределительную систему. Фиг.13 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления системы очистки и хранения воды 1300, где резервуар для очистки 1302 и резервуар для хранения 1310 собраны в блок друг поверх друга.

Фигуры 11-13 иллюстрируют несколько примеров систем водоочистки, с использованием фильтрующих элементов из фильтрующего патрона из пеноматериала. Следует отметить, что разнообразные дополнительные компоненты могут быть включены в альтернативные варианты осуществления этих систем водоочистки, включающие, но не ограниченные лишь ими, предварительный фильтр, слой песка, резервуар для флоккуляции, хлоратор и дехлоратор и регулятор скорости потока. Например, для регулировки скорости потока и фронтальной скорости ограничительное отверстие может размещаться где-либо вдоль одного из выпусков воды. Еще в одном примере, тонкий слой песка может добавляться к верхней части пеноматериала, чтобы способствовать лучшему образованию биологического слоя. В еще одном другом примере предварительные фильтры могут применяться для покрытия одного или нескольких слоев пеноматериала либо в фильтрующем блоке, либо в фильтрующем патроне из пеноматериала, чтобы обеспечить более простую очистку и снизить засорение пор пеноматериала. Еще в одном другом примере фильтр из пеноматериала может включать регулятор скорости потока, таким образом, что скорость потока корректируют при установке, основываясь на размере контейнера и давлении напора. Еще в одном другом примере, два радиальных фильтра могут применяться параллельно для увеличения площади поверхности пеноматериала для водоочистки и облегчения сборки в пакеты сосудов, содержащих фильтры. Например, два радиальных фильтра могут создавать более низкий профиль, который может обеспечить наиболее полное использование контейнера. Более низкий профиль может создавать больше пространства для обеспечения более простой сборки в пакеты контейнеров для водоочистки.

Существуют различные варианты осуществления фильтрующих патронов из пеноматериала. Один вариант осуществления фильтрующего патрона из пеноматериала 100 изображен на Фиг.1A-1B. Фильтрующий патрон из пеноматериала включает слой пеноматериала 102, внутреннюю опорную конструкцию (сердцевину) 104 и пару торцевых крышек 106. В рассматриваемом варианте осуществления слой пеноматериала 102 намотан вокруг внутренней опорной конструкции 104, и концы слоя пеноматериала связаны с торцевыми крышками с помощью подходящего адгезива, такого как термоклей. В альтернативных вариантах осуществления фильтрующий патрон из пеноматериала 100 может быть собран с использованием по существу любого способа, который герметично прикрепляет торцевые крышки к слою пеноматериала 102 или опорной сердцевине 104. Опорная сердцевина 104 может способствовать обеспечению жесткости фильтрующего патрона из пеноматериала и может повышать структурную целостность фильтрующего патрона из пеноматериала. В некоторых вариантах осуществления опорная сердцевина 104 может удаляться. Опорная сердцевина может быть изготовлена из пластика или любого другого материала, который не затрудняет процесс водоочистки.

Фиг.1A отображает собранный фильтрующий патрон из пеноматериала 100 и показывает путь потока воды через фильтр. Вода входит радиально через пеноматериал 102, подвергаясь очистке биологическим слоем, который образуется на пеноматериале. Как описано выше, в данном или в любом варианте осуществления в данной заявке, биологические организмы могут проникать в пеноматериал для очистки воды, по мере того, как она протекает через пеноматериал в дополнение к или вместо образования поверхностного биологического слоя. Как только вода проникает в пеноматериал, она может протекать в центр опорной сердцевины через отверстия в опорной сердцевине. Число, размер и расположение отверстий в опорной сердцевине могут варьировать в зависимости от желаемой скорости потока. Из центра опорной сердцевины 104 вода может течь аксиально к выпуску 108, расположенному в одной из торцевых крышек 106. Как отмечалось выше, ограничительное отверстие может быть расположено в выпуске 108 для регулирования потока через фильтр из пеноматериала. Как также отмечалось, выходной ограничитель потока может быть добавлен к любому из вариантов осуществления. Диаметр опорной сердцевины 104 может также применяться для регулирования скорости потока к выпуску. В рассматриваемом варианте осуществления диаметр опорной сердцевины является большим, чем диаметр выпуска в торцевой крышке. В альтернативных конструкциях диаметр опорной сердцевины может совпадать или быть меньше диаметра выпуска в торцевой крышке. В других альтернативных вариантах осуществления, вместо протекания через центр опорной сердцевины, опорная сердцевина может быть непроницаемой, и вода может течь вдоль наружной поверхности или вдоль наружных канальцев. В дополнительных альтернативных конструкциях выпуски двух радиальных фильтров из пеноматериала могут быть соединены с образованием общего выпуска. Это может увеличить площадь поверхности пены для водоочистки.

Фиг.1B иллюстрирует вид с торца с удаленной торцевой крышкой. Можно видеть относительные диаметры опорной сердцевины и слоя пеноматериала в иллюстрированном варианте осуществления. Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления диаметры слоя пеноматериала и опорной сердцевины могут варьировать относительно друг друга.

Фиг.6 изображает лист пеноматериала, который может быть скручен в цилиндр и закрыт крышкой с образованием фильтрующего элемента с радиальным потоком, такого как элемент, показанный на Фигуре 1. В одном варианте осуществления сборка патрона из пеноматериала с радиальным потоком включает стадии предоставления листа пеноматериала, предоставления пластиковой внутренней опорной конструкции, которая имеет отверстия для обеспечения потока, окружения опорной сердцевины непрерывным слоем пеноматериала, предоставления двух торцевых крышек, одной с выпуском и одной закрытой, и герметичного скрепления торцевой крышки с пеноматериалом. Герметичное скрепление может осуществляться посредством применения термоклея или другого адгезива. Выпускное отверстие в торцевой крышке может иметь ораничитель, приспособленный для регулирования скорости потока до не более, чем 0,8 литров в минуту или до некоторой другой желаемой скорости потока. В одном варианте осуществления длина пеноматериала составляет приблизительно 10 дюймов, толщина составляет приблизительно 0,3 дюйма с наружным диаметром, равным приблизительно 4,2 дюйма. В рассматриваемом варианте осуществления пеноматериал представляет собой полиэфирный сульфон (для медицинского использования) со 100 порами на дюйм. Полиуретановый пеноматериал является устойчивым в течение многих лет и не будет поглощен микробами. Дополнительно, он является доступным в составах, которые проходят NSF для контакта с водой. В альтернативных вариантах осуществления различные типы пеноматериала могут применяться с различными количествами пор.

В рассматриваемом варианте осуществления характеристики разнообразных компонентов фильтрующего элемента с радиальным потоком создают скорость потока и результирующую наружную площадь поверхности, которые поддерживают фронтальную скорость, равную приблизительно 1 см/минуту. В альтернативных вариантах осуществления характеристики разнообразных компонентов фильтрующего элемента с радиальным потоком могут изменяться, чтобы создавать различную скорость потока, фронтальную скорость, или другую желательную характеристику системы водоочистки. Например, в альтернативных вариантах осуществления другие пенистые или пористые материалы или структуры могут замещать полимерный пеноматериал, описанный выше. Например, могут применяться стекло, металл или другие матриксы, полученные сплавлением маленьких шариков вещества. Один вариант осуществления включает полиэтилен, спеченный с порексом, который также может работать как подложка для биоформации.

Рабочая эффективность фильтрующего патрона из пеноматериала может быть увеличена в некоторых вариантах осуществления посредством включения множества слоев пеноматериала. Это может осуществляться различными путями. Несколько вариантов осуществления многослойных фильтрующего патронов из пеноматериала показаны на Фиг.2-5.

Один вариант осуществления фильтрующего патрона из пеноматериала 200 с множеством слоев пеноматериала изображен на Фиг.2A-2C. Фильтрующий патрон из пеноматериала 200 включает первый слой пеноматериала 202, второй слой пеноматериала 203, внутреннюю опорную конструкцию 204, и пару торцевых крышек 206. В рассматриваемом варианте осуществления первый слой пеноматериала 202 окружает второй слой пеноматериала 203, и оба слоя пеноматериала 202, 203 окружают внутреннюю опорную конструкцию 204. В изображенном варианте осуществления концы слоев пеноматериала связаны с торцевой крышкой 206 с помощью подходящего адгезива, такого как термоклей. В альтернативных вариантах осуществления фильтрующий патрон из пеноматериала 200 может быть собран с использованием по существу любого метода, который герметично скрепляет торцевую крышку с одним или несколькими слоями пены 202, 203 и/или с опорной сердцевиной 204. В изображенном варианте осуществления опорная сердцевина 204 помогает обеспечить жесткость фильтрующий патрона из пеноматериала 200 и увеличивает структурную целостность фильтрующего патрон из пеноматериала 200. В некоторых вариантах осуществления опорная сердцевина 204 может удаляться.

Фиг.2A изображает собранный фильтрующий патрон из пеноматериала 200 с множеством слоев пеноматериала. Фиг.2B представляет собой частичный вид в разрезе фильтрующего патрона из пеноматериала. Фигура 2A и показывает примерный путь потока воды через фильтр. Вода входит радиально через первый слой пеноматериала 202, подвергаясь очистке биологическим слоем 207, который образуется на первом слое пеноматериала. Вода затем проходит через второй слой пеноматериала 203. Там может присутствовать или отсутствовать второй биологический слой 209, который образуется на втором слое пеноматериала 203. Как только вода проходит через второй слой пеноматериала 203, она может протекать в центр опорной сердцевины 204 через отверстия в опорной сердцевине. Число, размер и расположение отверстий в опорной сердцевине могут изменяться в зависимости от желаемой скорости потока. Из центра опорной сердцевины 204 вода может протекать аксиально к выпуску 208, расположенному в одной из торцевых крышек 206. Диаметр опорной сердцевины 204 может применяться для регулировки скорости потока к выпуску 208.

Вероятно, как лучше всего показано на Фигуре 2C, фильтрующий элемент из пеноматериала 200 включает множество слоев пеноматериала 202, 203 и внутреннюю опорную конструкцию 204. Пропорции на Фигуре 2C увеличены для иллюстрации различных слоев. Предоставление множества слоев пеноматериала обеспечивает различным типам пеноматериала включение в одиночный патрон. Например, слои пеноматериала могут иметь различные размеры пор, различные толщины пеноматериала или разнообразные другие различные характеристики, спроектированные для усиления рабочей эффективности системы водоочистки.

Несмотря на то что биологический слой обсуждается как образующийся повсеместно на поверхности пеноматериала, следует понимать, что биологический слой может образовываться повсеместно на части слоя пеноматериала, повсеместно в целом слое пеноматериала или охватывать множество слоев пеноматериала. В некоторых вариантах осуществления может быть желательным, чтобы биологический слой охватывал множество различных типов пеноматериала. Дополнительно, множество биологических слоев могут образовываться в различных местах. В некоторых вариантах осуществления биологический слой может образовываться там, где есть только воздух, до границы раздела пеноматериала. Например, на Фигуре 2C биологический слой может образовываться не только на поверхности первого слоя пеноматериала 202, но также на границе раздела между первым слоем пеноматериала 202 и вторым слоем пеноматериала 203. Еще дополнительно, питательные компоненты могут удерживаться во время применения внутри пор или ячеек, созданных во время ретикуляции пеноматериала. Необязательно, питательные компоненты могут быть намеренно расположены внутри пор или ячеек в пеноматериале во время изготовления, чтобы предоставить жизнеобеспечение для биологических организмов и привлечь биологические организмы для закрепления и проживания в пеноматериала. Биологические организмы, проживающие в пеноматериале, могут затем потреблять другие вредные организмы в воде по мере протекания воды через пеноматериал. Могут применяться любые подходящие питательные компоненты, включающие сахар, углеродсодержащие молекулы, железо и другие питательные компоненты.

При сборке, в иллюстрированном варианте осуществления слои пеноматериала 202, 203 и опорная сердцевина 204 размещают смежно друг к другу, вероятно, как наилучшим образом показано на Фигуре 2B. В альтернативных вариантах осуществления пространство может целенаправленно быть предоставлено между первым слоем пеноматериала 202 и вторым слоем пеноматериала 203 и/или между вторым слоем пеноматериала 203 и внутренней опорной конструкцией 204. Пример этого типа конфигурации изображен на Фигуре 2C. Пространство может создаваться посредством размещения проницаемых разделителей между слоями, посредством использования торцевой крышки для создания пространства в первом слое пеноматериала 202, втором слое пеноматериала 203 и во внутренней опорной конструкции 204 по отдельности или посредством любого другого подходящего метода.

Еще один другой вариант осуществления фильтрующего патрона из пеноматериала 300 с множеством слоев пеноматериала изображен на Фиг.3A-3C. В данном варианте осуществления включены один или несколько функциональных слоев. Функциональный слой может быть предоставлен для адресного решения конкретной задачи водоочистки. Например, функциональный слой может представлять собой нетканую среду со смолой для направленного удержания конкретных загрязнителей воды, таких как элементы жесткости, мышьяк или фторид.

На Фиг.3A-3C фильтрующий патрон из пеноматериала 300 включает первый слой пеноматериала 302, второй слой пеноматериала 303, функциональный слой 305, внутреннюю опорную конструкцию (сердцевину) 304 и пару торцевых крышек 306. В рассматриваемом варианте осуществления первый слой пеноматериала 302 окружает функциональный слой 305, который окружает второй слой пеноматериала 303, который окружает внутреннюю опорную конструкцию 304. В изображенном варианте осуществления концы слоев пеноматериала связаны с торцевой крышкой 306 с помощью подходящего адгезива, такого как термоклей. В альтернативных вариантах осуществления фильтрующий патрон из пеноматериала 300 может быть собран с использованием по существу любого метода, который герметично прикрепляет торцевую крышку к одним или нескольким слоям пеноматериала 302, 303, функциональному слою 305 и/или опорной сердцевине 304. В изображенном варианте осуществления опорная сердцевина 304 помогает приданию жесткости фильтрующему патрону из пеноматериала 300 и увеличивает структурную целостность фильтрующего патрона из пеноматериала 300. В некоторых вариантах осуществления опорная сердцевина 304 может удаляться.

Фиг.3A изображает собранный фильтрующий патрон из пеноматериала 300 с множеством слоев пеноматериала и функциональным слоем. Фиг.3B представляет собой частичный вид в разрезе фильтрующего патрона из пеноматериала Фигуры 3A и показывает примерный путь потока воды через фильтр. Вода входит радиально через первый слой пеноматериала 302, подвергаясь обработке биологическим слоем 307, который образуется на первом слое пеноматериала. Вода затем проходит через функциональный слой 305. Затем вода проходит через второй слой пеноматериала 303. Могут существовать или могут не существовать дополнительные биологические слои, которые образуются на разнообразных границах раздела в фильтре или внутри слоев фильтра. Как только вода проходит через второй слой пеноматериала 303, она может течь в центр опорной сердцевины 304 через отверстия в опорной сердцевине. Число, размер и расположение отверстий в опорной сердцевине могут изменяться в зависимости от желательной скорости потока. Из центра опорной сердцевины 304 вода может течь аксиально к выпуску 308, расположенному в одной из торцевых крышек 306. Диаметр опорной сердцевины 304 может применяться, чтобы способствовать регулированию скорости потока к выпуску 308.

Возможно, как наилучшим