CN102438950B

CN102438950B - 重力供水处理系统

Info

Publication number: CN102438950B
Application number: CN201080011622.4A
Authority: CN
Inventors: R.W.屈宁; T.L.劳岑黑泽; R.M.小泰勒; W.T.小斯托纳; K.E.康拉德; K.J.范德库伊; B.S.比尔斯; R.D.尚珀
Original assignee: Access Business Group International LLC
Current assignee: Access Business Group International LLC
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: NZ594012A; TW201634406A; CN107010750A; EP2376387A2; MX339757B; US9352979B2; AU2010204829A1; NZ603933A; TWI545089B; MX2011007501A; AU2010204829A2; RU2011133878A; US20110303589A1; US20160236958A1; CA2749191A1; AP2011005805A0; ZA201104901B; WO2010083149A3; US10336639B2; RU2531301C2

Abstract

一种便携式水处理系统包括至少一个处理水的子系统，所述子系统包括絮凝系统（1504）、生物沙过滤器系统（1510）和加氯脱氯系统（1514）。水处理系统可包括用于处理水的多个子系统，其彼此之间供输。沙过滤器系统可包括迷你生物沙过滤器、泡沫材料过滤器或压制块过滤器。絮凝系统可包括促使沉积的颗粒朝向集水区的箱底和去除所沉积颗粒的戽斗。在所述水处理系统中可包括手动泵或虹吸管。

Description

重力供水处理系统

技术领域

本公开涉及水处理系统，具体地，本公开涉及重力供水处理系统。

背景技术

随着世界人口的增长，对水的需求也在增长。实际上，在世界上一些本地人口以大大高出平均水准的增长率增长的地方，安全饮用水的供应低于平均水准。这些情况有些归因于地理方面的干旱气候或只是缺少适合饮用的地表淡水。另外，许多水源由于地下含水层的下降而枯竭，导致为了找到水而将新井挖到更深的深度。在许多情况下，高成本阻止了这些作业。此外，在水非常稀少的许多区域，因人们的低收入水平及无法获得市政处理过的水的事实，人们不能买水饮用。这种情况的例子可包括例如不发达国家的农村、自然灾害的急救站，或露营。

现代可获得的市政水处理系统配备为处理及配送水供人消费。在许多情况下，此处理包括凝结、絮凝及颗粒物的沉积。还可引入额外的水过滤，以及用氯处理。由于市政系统的性质，所处理的水不可以马上消费，并且氯留在水中直至其被分发。

当在市政系统（如果有的话）以外的家庭中处理水时，此系统通常被称为使用端（point-of-use，POU）系统。这些家庭POU系统使用多个过程处理水，例如：粗筛、反向渗透、碳吸附、去离子、软化、煮沸、蒸馏及UV辐射。许多POU系统要用于能够可靠地以相对高的压力（＞20psi）供水的家庭。另外，这些家庭通常能够使用电力或其他能源操作泵以压水及运转在一些POU系统中通常可见的电设备。这些系统的大部分需要在入口处提供适于饮用的水。

所以，就需要一种给那些缺少市政饮用水及可能得不到电力或其他能源者的家庭POU系统。没有市政用水系统的寻水者可能携带容器去水源，例如井、河流，或湖泊，并直接获取水。这种水被装在容器内或一个大器皿中供以后使用。如果可以的话，处理通常限于简单的倾倒粗筛或沙滤。通常用在住所或小村庄的生物沙过滤器往往大而沉重。有些装有多达100磅的沙子及砾石。这些生物沙过滤器在截获微生物及颗粒方面有些微效果，它们通常制出看上去更清澈，相对来说没有致病微生物的水。但是，这些系统往往充当层析柱的作用，这意味着随着水在柱中向下移动，颗粒被以不同速率截获。结果是细的颗粒（本应沉降在沙中的）最终逸出到流出的水中。

在某些情况下，用户允许水静置一段时间，以允许水中的颗粒沉积到容器底部——沉淀作用。在其他情况下，向水中加入化学品以提高此过程的速度。这些化学品被称为絮凝剂，例如明矾或聚氯化铝。然而，即使是经此处理后，水仍需消毒、杀菌。煮沸可能是破坏细菌及微生物最简单的处理，但需要能源。另一种选择是生物沙过滤单元。图2中示出典型的生物沙过滤单元（200），图1中示出说明生物沙过滤单元的流程图。这些比将水煮沸的效果差，所得的水仍可能包含有害微生物。可例如采用图3中所示的系统向水中加入氯。但是，氯加到水中的不熟悉的味道，再加上达到有效处理所需的单位体积，导致许多用户由于糟糕的味道而不继续使用氯处理的水。所以，这些用户经常返回使用未处理的水，其造成长久的疾病与健康不良的循环。

在题为“Four Layer System”的出版物中，David H. Manz博士描述了考虑到水穿透过滤器暴露面的最大建议面速度的情况下，生物沙过滤器的有效性。他建议每小时600升或每平方米暴露的过滤器表面积的流量作为每过滤器表面积的最大面流速。这转换（通过单位换算）为每分钟1cm的面速度。

Vmax=最大建议面速度

Vmax=600 l/hr/m^2= 10 l/min/m^2

=10,000cm^3/min/10,000cm^2=1cm/min

此外，Manz极其详细地描述了他的生物沙过滤器的不同深度的层怎样被调整深度及颗粒尺寸组成以控制暴露沙层顶部处的面速度。实际上，更深层中的大量沙砾的主要原因之一是为了建立并控制背压使得穿过沙床的面速度保持在建议范围内。在Manz过滤器设计（又名HydrAid生物沙水过滤器）中，沙的暴露面是圆形的，直径约12英寸（30.5cm）。使用Manz建议的情况下，可计算出穿过系统的最大建议流速。

暴露的沙面积（A）=Pi*r*r （Pi=3.14 r=半径）

A=3.14*15.25*15.25=730.25cm^2

Fmax=最大建议流速

Fmax=A*Vmax

Fmax=730.25cm^2*1cm/min=730.25cm^3/min=730.25ml/min

从所述计算中可见流速相当慢，当为做饭或饮用而汲水时，对于习惯了更快流速的用户而言可能是不可接受的。而且，Manz所描述的系统需要大量沙砾以实现所需的流速。

于是，所需要的是一种易于使用、不须电力或其他能源、能够与现有水处理系统连合使用或单独使用且易于维护的水处理系统。还希望此系统可在多种应用中使用，例如处理家庭用水、救灾及户外活动。还可能希望水处理系统更小及更便携。另外，增加穿过系统的流速可提高易用性且提供其他益处。

发明内容

在本公开的一个实施例中，公开了一种水处理系统，所述水处理系统具有絮凝（有时被称作“凝结”或“凝聚”）箱和位于箱底部上方的出口。该出口可为龙头或其它用户可操作的阀。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入箱内。经过一段时间并且足够百分比的颗粒不再悬浮于水中之后，水被从箱经过位于颗粒高度以上的龙头移出，如图4所示。

在本公开的另一实施例中，公开了具有加氯/脱氯系统的水处理系统。水被倒入入口漏斗内，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。除了氯以外，也可使用能对水进行消毒的其它材料，例如其它卤素，包括但不限于溴和碘。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合。水处理系统可包括碳过滤器以从已消毒水中去除氯。水处理系统包括出口，例如龙头，已消毒水由此通过龙头排出箱外，如图6和7所示。

在本公开的第三实施例中，公开了具有絮凝和加氯/脱氯系统的水处理系统。加氯/脱氯系统可包括用于将氯加入水中的加氯箱以及用于从水中去除氯的过滤器，例如碳过滤器。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入絮凝箱内。经过一段时间并且颗粒不再悬浮于水中之后，水经过出口（例如龙头）排出絮凝箱，并导入加氯箱入口漏斗，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合，并经过碳过滤器以去除足够量的氯。已除氯的水可通过出口（例如龙头）离开水箱，如图14所示。

在本公开的另一实施例中，公开了具有絮凝、生物沙过滤器和加氯/脱氯系统的水处理系统。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入絮凝箱内。经过一段时间并且颗粒不再悬浮于水中之后，水被导入生物沙过滤器箱，在这里颗粒在水经过各沙层时被截获在各沙层中。当离开生物沙过滤器箱时，水进入加氯箱入口漏斗，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合，并经过碳过滤器以去除氯，并例如通过龙头离开水箱，如图15所示。在该实施例中，生物沙过滤器可为任何市面上已有的生物沙过滤系统。

在本公开的另一实施例中，水处理系统包括改进的过滤器。改进的过滤器提供通过系统所需的流速。所述水处理系统的实施例比包括传统过滤器的水处理系统更小更便携。在一个实施例中，过滤器是沙床过滤器，包括设在桶底中的孔上方但在沙床下方的非织物过滤器介质。在另一实施例中，过滤器是压制块过滤器，所述压制块过滤器由例如沙或活性碳这样的过滤器介质与聚合物粘合剂构成。在某些实施例中，改进的过滤器可用在POU重力供水处理系统中，其在处理之前通过絮凝和凝结步骤从水中去除污染物。它也可单独使用或与后处理联合使用，以加氯及任选地脱氯已处理的水。

在本公开的另一实施例中，水处理系统包括虹吸管以确保将适当剂量的絮凝化学剂加入水中。为用户规定预定量的絮凝化学剂添加到水中。如果水高度不正确，则会导致不适当的絮凝化学剂剂量。虹吸管确保除非并直到水高度到达预定的阈值，否则水不开始流动。如果用户不加入足够的水，则絮凝剂量不正确，并且水将不会流动。

在本公开的另一实施例中，水处理系统包括附接到桶外部而不是附接到桶盖的加氯器设备。用户可在不另外扰动水处理系统或必须接触系统中的水的情况下访问（access）加氯器设备。加氯器设备的一些部分可被看穿，以允许用户在不打开或访问加氯器设备的情况下看到还剩多少氯片。

在本公开的另一实施例中，水处理系统包括手动泵，其协助允许系统在没有电力或加压水源的情况下操作。在离开系统以供使用之前，水流经过滤器，该过滤器从水中去除污染物。泵在过滤器的出水侧上生成相对于入水侧的负压，这允许用户以比通过过滤器的重力流高得多的流速汲水。泵的一个好处是它使得能够使用需要更高流速和/或压力的过滤器。

在本公开的又一实施例中，水处理系统包括絮凝剂漏斗和戽斗(ladle)。絮凝化学剂可加入系统并用戽斗搅动。当正在进行絮凝时，戽斗可被存储于箱内并收集颗粒。当絮凝完成时，可致动出口阀以从戽斗的沉淀物上方汲水。水可被汲入另一水处理系统。

附图说明

结合附图及下面的描述可以更好的理解本公开。参照以下附图说明了非限制性及非穷举的实施例。附图中的部件未必是按比例的，而是将重点放在示出本发明的原理上。附图中，遍及不同的视图，相同的附图标记表示相应或相似的部件。

图1是描述常规重力供给沙过滤过程的流程图；

图2是具有生物层及多个沙砾层的常规生物沙过滤器的示意图；

图3是描述具有任选的氯配料的常规生物沙过滤过程的流程图；

图4示出根据至少一个实施例的絮凝箱及过程；

图5是根据至少一个实施例的加氯过程的图示；

图6示出根据至少一个实施例的加氯/脱氯箱及过程；

图7是根据至少一个实施例的加氯/脱氯箱及过程的分解图示；

图8是根据至少一个实施例的氯舱的图示；

图9是根据至少一个实施例的带有氯舱的进水口漏斗的图示；

图10是根据至少一个实施例的带有氯舱的进水口漏斗的图示；

图11是根据至少一个实施例的带有氯舱的进水口漏斗的图示；

图12是根据至少一个实施例的加氯/脱氯箱及过程的图示；

图13是根据至少一个实施例的絮凝与加氯/脱氯过程的图示；

图14是根据至少一个实施例的与加氯/脱氯箱及过程组合的絮凝箱及过程的图示；

图15是根据至少一个实施例的絮凝箱、生物沙过滤箱及加氯/脱氯箱的图示；

图16是根据至少一个实施例的组合的生物沙过滤器与加氯/脱氯箱及过程的图示；

图17是根据至少一个实施例的沙床过滤系统的图示；

图17a是沙床过滤系统的替代实施例的图示；

图18是图17中所描述实施例的分解视图；

图19是压制块过滤系统的替代实施例的图示；

图20a示出根据至少一个实施例的单过滤器压制块；

图20b示出根据至少一个实施例的双过滤器压制块；

图21示出根据至少一个实施例的压制的生物沙块过滤器的部件；

图22示出迷你生物沙水处理过程的实施例的流程图；

图23示出迷你生物沙水处理系统的操作的实施例；

图24示出用于清洁及维护迷你生物沙水处理系统的过程的实施例；

图25示出压制块过滤过程的一个实施例的流程图；

图26示出带有压制块过滤器的迷你生物沙水处理系统的操作的实施例；

图27示出水流过压制块过滤器的一个实施例；

图28示出用于清洁及维护压制块过滤器的过程的一个实施例；

图29示出直径远大于长度的压制块过滤器的替代实施例；

图30示出根据至少一个实施例的用作水的预处理的絮凝设备；

图31示出确保适当的絮凝批量的虹吸管及龙头机构的实施例；

图32示出确保适当的絮凝批量的替代虹吸管及龙头机构；

图33示出任选的扩散器，以减少絮凝箱底部上的沉淀层的扰动；

图34示出在根据至少一个实施例的迷你生物沙水处理系统出口上的加氯器设备；

图35示出氯计量设备的一个实施例；

图36示出通过图35中的氯计量设备的水流径；

图37示出氯舱的更换的一个实施例；

图38示出具有手动活塞泵的水处理系统的一个实施例；

图39示出具有絮凝剂漏斗的水处理系统的一个实施例的透视图；

图40示出具有絮凝剂漏斗的水处理系统的一个实施例的顶视图和几个侧视图；

图41示出图40中所示絮凝剂漏斗的侧视图；

图42示出示出图40中所示絮凝剂漏斗去除戽斗的情况下的透视图；

图43示出图40中所示絮凝剂漏斗的一部分分解视图，具有出口阀；

图44示出包括泡沫材料过滤介质的过滤系统的一个实施例；

图45示出根据至少一个实施例的包括泡沫材料过滤器和浅沙层的过滤系统；

图46示出根据至少一个实施例的具有浅泡沫材料过滤器的过滤系统；以及

图47示出根据至少一个实施例的构造放射状泡沫材料过滤器块的方法。

具体实施方式

本公开的POU水处理系统可配置用于各种各样的情况。各种部件能够单独或以各种组合方式使用以处理饮用或其他用途的水。值得注意的是以下详述的配置是示范性且非穷举的。

本文所描述实施例的图示旨在提供各种实施例的结构的一般理解。这些说明无意用作使用兹所描述结构或方法的仪器或系统的全部元件及装置特征。阅读本公开的情况下，许多其他实施例对本领域技术人员来说可显而易见。其他实施例也可使用并从本发明导出，使得在不背离本发明范围的情况下可做出结构和逻辑替换和变更。另外，图示只是示意性的可能不是按比例绘出。图示内的一定部分可能被夸大，而其它部分可能被缩小。因此，本说明和图应为认为是解释性的而非限制性的。

本公开的一个或多个实施例可单独或集体地被称作“发明”，这只是为了方便，并不意味着将本申请的范围自动限制到任何具体的发明或发明构思。而且，尽管这里已示出和描述了具体实施例，应理解对于所示特定的实施例，设计为实现相同或相似目的的后续配置可被替换。本公开旨在覆盖各种实施例的任意及全部后续改编或变型。上述实施例以及不在这里具体说明的其它实施例的组合在阅读本说明书的情况下对于本领域技术人员来说是明显的。

所公开的主题应被认为是示意性的而非限制性的。对于本领域普通技术人员来说，显然在本发明的范围内可能具有许多其它实施例和实施方式。

I. 絮凝

图4示出根据本公开一个实施例的絮凝剂（有时称为“凝结剂”或“凝聚剂”）处理系统。水处理系统一般包括具有入口（414）和出口（408）的箱（404）。所示实施例的箱（404）是桶，例如一般是常规的5加仑塑料桶。替代性地，所述桶（404）可以实质上是能够存储水及絮凝剂的任何其他容器或贮器。在所述实施例中，出口（408）可以是常规的龙头或能够选择性地允许水从箱（404）流出的任何其他阀门。出口（408）（例如龙头）安装在箱（404）壁上一定高度处，其中，该出口会高于沉淀期间所累积的沉积物的预期深度。未处理的水（400）连同絮凝剂（402）一起加入到容器或箱（404）中。水和絮凝剂的组合溶液（406）被混合一起并被允许在箱（404）内静止一段时间，例如数小时。可见的颗粒已沉淀到箱（404）底部后，打开龙头或阀（408），允许已处理的水（410）排出箱外，将凝结的颗粒（412）留在箱底部，用户通过冲刷及冲洗可以从这里去掉它们。

根据一个实施例，POU重力供水处理系统通过絮凝作用从水中去除污染物。絮凝作用涉及使用某种类型的化学药剂（絮凝剂）以促使水中悬浮的颗粒通过粘接（凝结）到一起及沉淀到箱或容器底部而从溶液中出来，这是由于添加絮凝剂而导致的其重量增长造成的。在某些情况下，悬浮在水中的颗粒会沉积到容器底部，但这可能花费很长时间。其他颗粒可能留在溶液中且根本不沉积到底部。

在农村或不发达地区的实践中，水经常从水源（例如湖、河或井）被收集到容器或箱内。加入小剂量的絮凝剂；例如，待处理水的5加仑容器用一茶匙。絮凝剂可以由多种化学品组成，例如明矾、氢氯酸铝、硫酸铝、氧化钙、氢氧化钙、氯化铁、硫酸铁、聚丙烯酰胺、聚氯化铝、铝酸钠或硅酸钠。也可以使用另外或替代的天然絮凝剂，例如聚氨基葡萄糖、辣木籽、木瓜蛋白酶或鱼胶。加入絮凝剂的剂量后，可搅拌它以增强效果，使化学品均匀的分布在容器里。可使用常规的电机械搅拌设备、磁搅拌设备、例如勺子这样的机械搅拌设备或其他搅拌方法或搅拌设备来完成搅拌。

下一步骤包括允许已处理的水在其容器内静置一段时间。在5加仑容器的情况下，可能需要已处理的水静置长达12-24小时以让颗粒凝结并沉淀到容器底部，不过，在各种化学品及水的条件的组合的情况下，此时间可以大为缩短。由于此过程可能有些费时间，可能需要使用多于一个容器并在不同的处理时间阶段产生稳定供应的经絮凝剂处理的水。然后可以让富含絮凝剂的水静止一段时间，例如几个小时或直至可见颗粒物已沉淀到容器底部。需要着重指出的是，在经絮凝剂处理的水中仍可能有细菌或微生物以及某些颗粒与其他水污染物。

水足够清澈后，可以通过与容器整合在一起的龙头或阀（优选地处在高于预期沉淀物层的深度的位置上）将水从容器中去除。

II. 加氯/脱氯

按照至少一个实施例，POU重力供水处理系统使用加氯/脱氯过程以利用氯去活可能存在于水中的微生物以对水消毒。用于水处理的氯可能得自各种来源，例如通常用在游泳池应用中的三氯异氰脲酸片，次氯酸钙或二氯异氰脲酸。要处理的水被倒入箱或容器中，向其中加入经测量剂量的氯。过滤器被用于从水中去除氯，使得所配送的已处理水没有使用者可能讨厌的氯的味道。水经过加氯/脱氯过程后就准备好可以使用了。图5中提供了流程图。

对于将氯输送水中，三氯异氰脲酸（CAS #87-90-1）是稳定的载体。由于分子中的三氯，它比所提过的其他类型的氯提供更高的氯浓度（90%可用的氯）。它经NSF认证可用于饮用水，并易于获得。使用三氯异氰脲酸片对于处理水提供一项额外的好处，这是因为其使得能够从水中去除砷。水中自然存在的砷通常是+3价氧化态。氯片中的异氰脲酸将水中的砷由+3价氧化为+5价。当砷处于+5价时，碳块过滤器会将其从水中去掉。

根据一个实施例，POU重力供水处理系统使用加卤/脱卤过程以通过利用卤素化学品去活可能存在于水中的微生物而对水消毒。卤素化学品能够从各种来源获得，例如溴与碘。要处理的水被倒入箱或容器中，向其中加入经测量剂量的卤素化学品。过滤器被用于从水中去除卤素化学品，使得所配送的已处理水没有使用者可能讨厌的化学品味道。水经过加卤/脱卤过程后就准备好可以使用了。

图6与7示出根据本发明一个实施例的加氯/脱氯处理。加氯/脱氯系统通常包括箱（606）、加氯单元（600、602及604）、扩散器（610）、脱氯单元（612）及出口（616）。所示实施例的箱（606）是桶，例如一般是5加仑的常规塑料桶。替代性地，所述桶（606）可以是能够存储水的任何其他容器或贮器。所示桶（606）包括把手（622）与铰接盖（620）。桶（606）还可以限定出溢出排水孔（624）。溢出排水孔（624）可以包括防虫网（未示出）。在所示实施例中，加氯单元包括进水口漏斗（600）、加氯舱（602）及一个或多个氯片（604）。在所示实施例中，该系统包括任选的扩散器（610），其帮助混合化学品。系统可以包括多个扩散器（610）层。在图6及7的实施例中，脱氯单元可包括碳过滤器，例如压制碳块过滤器。碳块过滤器可以由能够将水充分脱氯的其他过滤器替代。在所示实施例中，出口（616）可以是常规的龙头或能够选择性允许水从箱（606）中放出的任何其他阀。出口（616）（例如龙头）安装在箱（606）的壁内并例如通过衬套（614）与O形环（618）联接到脱氯单元（612）的排出口。要处理的水或以前经过诸如絮凝作用或生物沙过滤处理过的水被倒入进水口漏斗（600），其含有包含至少一个氯片（604）的氯舱（602）。于是水暴露于所述片中的氯，并且氯溶解到水中，例如2-4ppm（百万分之）。图10中进一步详述此过程。为了得到最好的结果，可能希望使用已经过某些种类的颗粒去除（诸如絮凝剂或生物沙过滤器处理）的水。这将通过减少结团而延长除氯碳过滤器的寿命。

然后，加氯的水进入加氯箱（606），加氯箱（606）可含有气隙（608）用于在水中保持可接受水平的氯及异氰脲酸浓度，并且还可任选地包括扩散器（610），扩散器（610）让加氯的水混合成更均匀的溶液。箱（606）内还有活性碳压制块过滤器（612），以去除箱中存在的水中溶解的氯。该过滤器可为eSpring碳块过滤器，可从密歇根州Ada的Amway Corp.获得。衬套（614）将过滤器连接到龙头或阀（616）并由O形环（618）密封地连接到过滤器和龙头。容器或箱（606）可包括铰接的或以其它方式可选择性关闭的盖（620），以及任选的携带把手（622）。该箱还可包括溢流用的排水孔（624），其包括屏障以防止外来物进入箱。加氯/脱氯箱的分解图在图7示出。

图8是定量氯配料设备的特写图示，所述设备包括防止氯片（802）从舱（804）中出来的外盖（800）。所述舱还包括在舱底部的多个孔（806）以允许未处理的水与氯片（802）接触，使得一些氯溶解到水溶液中。然后水可流到箱内，并任选地在分配供使用之前被预过滤（未示出）。配料设备的一个实施例包括两个氯片，所述两个氯片在处理大约2000加仑水或更多后会完全溶解。其它任选的设计可需要更高剂量的水，需要更多氯。在另一个实施例中，不同尺寸和数量的氯片会得到不同体积的已处理的水。外盖（800）可螺纹固定到舱（804），允许用户在氯片已被水处理消耗后更换氯片。任选地，可提供密封的外盖/舱组合（808），其防止用户直接与氯相互作用。例如，外盖（800）可超声焊接到舱（804）或单向螺纹连接到舱（804）。进一步任选地，药片密封在其内的整个舱/外盖可设置为一次性组件。密封舱的设计的另一个好处是它有助于安全操作，并且符合三氯异氰脲酸片的运输规范。三氯异氰脲酸在大量运输时可能有火灾危险。这样，当大量运输三氯异氰脲酸时可能要实施特殊的运输方法及规范。通过在单独的密封舱内封装小的份量，危险大为降低，并且不再需要特殊的运输过程和规范。

图9示出舱与进水口漏斗的另一实施例。氯配料装置（900）显示为与进水口漏斗（902）内的附接点对准。在该实施例中，配料装置牢固地连接至漏斗，使得舱出水孔相邻漏斗的底面。这种放置提高了未处理水会完全暴露于氯片的可能性，以便在经由出水孔（904）离开漏斗并沉积在加氯箱（未显示）内之前接受适当剂量。希望针对系统设计所需流速来设计舱内的出水孔，以便允许氯以有效破坏微生物的水平溶解到水中。若未处理水未能充分暴露，则箱内水溶解氯的百分率会太低，以致无法有效除去水中的微生物。反之，若水暴露于过多的氯，则微生物会被解决，但脱氯处理过滤器（如果装备）的寿命会被减少，而且若没有使用过滤器，则高水平的氯可能造成已处理的水具有无法令人满意的味道。举例来说，出水孔（904）可配置成与来自絮凝或生物沙过滤箱的出口流匹配。这种流速可介于300和900ml/min之间。图10详细绘出加氯过程。未处理的水（1000）通过顶端的开口进入漏斗。用桶或罐或适合用于将水送入漏斗中的任何其他适当装置，可通过生物沙过滤器而将水送入漏斗内。水在氯舱周围流动（1002），但并不流动穿过该舱。当水流动在舱周围流动时，扩散孔容许受控数量的氯进入水流（1004）。孔的数目与尺寸被设计为达成期望的氯水平。漏斗底部的孔提供足够的流量限制，以容许水面升高并包围舱（1006）。在此同时，它们容许足够的水流出，以和上游系统的流速匹配，上游系统例如是密歇根州Spring Lake的Internation Aid Inc.（现为Safe Water Team）的HydrAid^TM安全水系统。

图11示出进水口漏斗的另一具体实施例，用于更高容量的水处理领域。未处理的水（1100）进入漏斗（1102），其特征为具有较大的开口以适应更高的进水流速，例如5gpm或更高。图中显示在漏斗下部有多个氯片（1104），其暴露出更多氯，用于被流动的水更快速吸收。氯片的数量可依据当地水质和配料需求而改变。然后，加氯的水（1106）离开漏斗并被储存在加氯/脱氯箱中（未显示）。

图12示出本公开的加氯/脱氯箱的另一实施例。图中显示箱（1200），装有氯配料设备和任选的扩散器。箱的底部示出导管（1202），其连接至置于箱（1200）外部的过滤器容器（1204）。导管可为坚固的或柔性的类型，例如塑胶管或软管，并且可密封地连接至水箱以及过滤器容器两者。过滤器容器（1204）还包含过滤器介质，例如碳块类型，以在经由也可密封地连接至过滤器容器的龙头或其他阀配送水之前除去氯。在过滤器介质周围可添加额外的预过滤器，其可定期更换以留住先前絮凝处理可能未能移除的颗粒。

III.絮凝处理以及加氯处理/脱氯处理

依据一个实施例，POU重力给水处理系统将污染物从水中移除，其方法是通过结合凝结和/或絮凝以及加氯/脱氯过程以使用户能将颗粒物质从水中移除，并且去活微生物。图13显示该过程的流程图。

如上所公开的，在农村或未开发地区，水可能从水源被收集在容器或箱内，所述水源例如是湖、河或井。絮凝剂以小剂量添加，举例来说是待处理的水的5加仑容器用一茶匙，或是经由配料计添加。絮凝剂的剂量添加后，其应当被搅拌以取得最佳效果，以将化学药剂均匀地分散在容器中。某些特定状况中，依据当地水质可添加额外的化学药剂，例如硫酸铝、硫酸铁或氯化铁。

下一步骤中，让已处理的水在其容器内静置一段时间。在5加仑容器的情况中，需要静置12-24小时以便让颗粒凝结并沉淀在容器底部。由于此过程可能有些费时间，可能希望使用多于一个容器并在不同的处理时间阶段产生稳定供应的经絮凝剂处理的水。水已足够清澈后，可通过倾倒或通过与容器整合的龙头或阀（优选地处在高于预期沉淀物水平的深度的位置上）而将水从容器去除。

然后，看上去较清澈的水被从絮凝箱倒入或导入加氯/脱氯箱，在此添加氯。在一个实施例中，来自絮凝箱的水流速是大约900ml/min，且水会被加氯至2至5ppm之间的水平。加氯箱中的气隙减少水加氯过多的可能性，而且任选的扩散器有助于混合水以便当水进入箱以及当水由安装在底部的龙头取出时促进均匀加氯。对于流入流速900ml/min的5加仑加氯箱而言，氯的剂量足以杀死水中存在的多于99.9%的细菌以及多于99.9%的病毒。

使用过滤器将氯由水中移除，使得所配送的水并无难以接受的水平的氯的味道，该味道可能对于消费者是不期望的。在水以大约0.2至0.5gpm（加仑每分钟）的速度流经加氯/脱氯过程后，水即可供使用。

如图14所示，絮凝箱与加氯/脱氯箱结合，以提供用于从未处理水中除去颗粒及微生物的系统。未处理的水（1400）和絮凝剂（1402）被加入絮凝箱（1404）。水和絮凝剂混合，并被允许静置一段时间。待水已清澈后，经由置于已沉淀颗粒（1406）深度之上的龙头（1408）从箱（1404）去除水。水经由进水口漏斗继续进入加氯箱（1410），如上所述。在氯经由过滤器被移除之前，加氯的水蓄积在加氯箱中。脱氯的水经由设在箱底部的龙头被去除，并且准备好可供使用。

IV.絮凝+现有生物沙过滤器+加氯/脱氯

依据一个实施例，POU重力供水处理系统通过向絮凝以及加氯/脱氯过程增加生物沙过滤过程而从水中移除污染物，以使得用户能够从水中除去颗粒物质、去活微生物并且移除额外的颗粒以及细菌或微生物。

如上所公开的，在农村或未开发地区，水可能从水源被收集在容器或箱内，所述水源例如是湖、河或井。絮凝剂以小剂量添加，举例来说是待处理的水的5加仑容器用一茶匙。在絮凝剂的剂量被添加后，其可被搅拌以提供改进的效果，以将化学药剂均匀地分散在容器中。

下一步骤包括让已处理的水在其容器内静置一段时间。在5加仑容器的情况中，需要12-24小时之间以让颗粒凝结并沉淀在容器底部。由于此过程有些费时间，可能希望使用多于一个容器并在不同的处理时间阶段产生稳定供应的经絮凝剂处理的水。在水已足够清澈后，可通过倾倒或通过与容器整合的龙头或阀（优选地处在高于预期沉淀物水平的深度的位置上）而将水从容器去除。

然后，经絮凝剂处理的水被倒入生物沙过滤器，生物沙过滤器通常的特征是多个各种直径的沙砾层，其截获颗粒与微生物。这些沙过滤器的顶部两英寸通常被称为细菌或微生物层或“生物沙”层。就是在此层中，被截获的微生物倾向于消耗水中的有机物质。由于要发挥功效所需的多个沙砾层，生物沙过滤器通常是大而笨重的设备，并且通常需要定期维护以发挥功效。另外，生物沙过滤器在截获微生物方面不是特别有效，使得某些微生物未被截获在生物沙过滤器内，如果没有后续处理加氯的话可能被用户使用。

水进入生物沙过滤器并穿过数个沙砾层。接着水从该生物沙过滤器箱被倾倒或导入加氯/脱氯箱，在此以经测量的剂量添加氯。使用过滤器将氯由水中移除，使得所配送的已处理的水并无氯的味道，这味道可能对于消费者是不期望的。在水已经经过加氯/脱氯过程后，其已准备好可以使用。

在一个实施例中，本公开的重力供水处理系统与现有的生物沙过滤器水处理系统结合地使用，以提供要比仅由生物沙过滤器类型的系统所处理的更清洁且更安全的已处理的水。此实施例在图15中示出。

未处理水（1500）与絮凝剂（1502）在絮凝箱（1504）中结合在一起。支撑拖架（dolly）（1506）为箱（1504）的停留提供稳固的平台。支撑拖架可任选地包括为储藏或配件专门设计的吊钩、缝槽或凹座（pocket）。经絮凝剂处理的水（1508）离开箱并藉由拖架被导入生物沙过滤器箱（1510），例如密歇根州Spring Lake的Internation Aid Inc.的HydrAid^TM安全水系统。水由HydrAid^TM系统处理并去除额外的颗粒以及某些微生物。经生物沙过滤的水（1512）接着离开HydrAid^TM系统并进入加氯/脱氯箱（1514），水在此暴露于氯，并在被配送供使用之前由过滤器去除氯。可提供额外的配件（1518），其可包括用于化学药剂配料的量匙、用于提供准确且可重复的化学药剂剂量的化学药剂配料装置以及计时器。

V.生物沙过滤器和加氯/脱氯

依据又一实施例，POU重力供水处理系统通过将生物沙过滤器以及加氯/脱氯过程结合成单一的串行过程（inline process）而从水中去除污染物。在此实施例中，如图16所示，未处理的水（1600）倾倒到生物沙过滤器箱（1602）中。生物沙过滤器包含多个材料层以截获各种尺寸的颗粒。当水往下穿过沙层时，其接近穿孔的支撑格栅（1604），此格栅容许水穿过但防止任何沙前进穿过格栅。集水盘（1606）收集穿过格栅的水并将水导入此盘的漏斗部分，在此存放有氯舱（1608）。氯舱包含多个开口，以容许水进来与氯接触并且由此吸收一些氯。加氯的水离开漏斗并收集在可包括气隙（1610）以及扩散器（1612）的箱中。通过控制来自漏斗的流速小于来自龙头的流速而使气隙得以维持。可以是碳型的过滤器（1614）将氯从水中去除并将水导向龙头（1616），在此水准备好可供使用。

需要着重指出的是，容器的尺寸可有所变化而不偏离本公开的范围。举例来说，每个约为5加仑的小型容器可用来如前所公开地处理水，或者也可使用50、500或1000加仑或更大的较大容器。依据待处理的水的容积，上面公开的过程仍可应用于各种尺寸。

另外的未处理水的来源（除了溪流、湖泊和河川之外）是所谓的“灰水”：由例如洗碗、洗衣和洗澡这样的家庭生活过程所产生的非工业废水。灰水可容许形成水循环过程，其中，水在当地回收再利用而不是被送返环境。举例来说，水槽或洗脸盆可收集洗手水，然后它可被倒入所公开的POU水处理系统中。

在更大的应用，例如公寓建筑中，灰水可被收集在中央位置（例如地下室），然后被送入所公开的水处理系统。然后，已处理的水可通过管道回到供应系统中，或用来冲马桶或用于其他居家用途。除了减少建筑的用水量以外，从建筑流入污水系统的水量也减少。建物的排水与供水管可配置成容许分离地引导来自马桶的固体废弃物以及来自水槽、洗衣机和洗碗机的液体废弃物。从而，来自后者的灰水就被导向建物内的收集箱，而不排入当地污水系统。经过前文所公开的过程处理的水接下来要么通过管道被分离地送到配送点（例如水槽、洗衣机或马桶），要么与外面的可饮用水源结合。

VI. 具有改进过滤器的迷你生物沙水处理系统

根据一个实施例，通过添加改进的过滤器以从水中移除颗粒物质、去活微生物并移除额外的颗粒和有机物，POU重力供水处理系统从水中移除污染物。

当前的实施例解决了典型生物沙过滤器中的沙床最初数英寸的无效性。废物会被减少，不需要的物质会被消除，而且可通过减少沙量而增进使用水处理系统的易用性。因此，系统的总体尺寸比典型的生物沙过滤器更小。举例来说，本发明的一个实施例可以是高约29''并且直径约12''。此外，典型生物沙过滤器中所发现的问题也得到解决。举例来说，某些典型生物沙过滤器起到类似层析柱的功能，较大颗粒被截获在沙床的上边界并且逐渐地较小的颗粒通过至沙床中的下部区域。没有被截获在沙床中的颗粒随着注入的水完全穿过。

迷你生物沙水处理系统可单独使用，或与处理之前的絮凝及凝结步骤结合。它还可单独使用，或与后处理联合使用，以加氯和任选地脱氯已处理的水。

A.沙床过滤器

包括改进的沙床过滤器的迷你生物沙水处理系统的一个实施例在图17示出。外桶（1704）包含砾石层（1714）。出水管（1718）穿过位于砾石层高度以下的孔（1716）从外桶汲水。水管中的出口（1720）位于沙床（1708）顶部以上的高度，该沙床（1708）位于内桶（1702）内。内桶嵌套在外桶内，并且在底面（1712）中有孔，该孔容许水由内桶通往外桶。内桶中含有设置在内桶底部的孔之上但在沙床之下的两层非织物过滤器介质（1710），例如灯芯纸。滤水器（1700）嵌套在内桶之内并在底面（1706）有孔。任选地，出水管（1718）可位于外桶（1704）与内桶（1702）之内。图18显示图17的实施例的分解图。

参照图23，当水进入迷你生物沙水处理系统时，它首先通过滤水器（2300），滤水器（2300）使得由于将水倒进系统而造成的扰动平静。沙床的顶层包含会受扰动影响的有机物质。水接着穿过沙床（2304）。沙截获颗粒和微生物。顶层沙中生活的微生物菌群倾向于破坏天然有机物以及其他微生物。如此造成出水中的天然有机物以及微生物减少。水接着穿过非织物介质过滤器以及内桶底部的孔。非织物介质的功能之一是防止沙穿过内桶底部的孔而损失。在水穿过内桶中的孔后，它接着流入外桶底部与内桶底部之间所形成的空腔内。此空腔可填充或不填充砾石（2306）。若包括有砾石，则砾石对紧接其上方的内桶底部提供结构支撑。替代性地（不过未显示在附图中），砾石可用其他较大填充物取代，例如是大理石，或塑胶珠或具有支撑条的格栅件。水穿过孔而离开外桶的底部，并经由管道而导至出口（2308）。管道出口对于沙高度以及满桶水高度的相对高程（2310）是决定水流经系统之数量及速度的因素。桶装满时水的高程（2302）有助于确定加在沙床上的初始水压。一般而言，水压越高，水能越快地流经系统。出水管的高度（2314）建立了水将会停止流经该系统的位置。若桶中的水的高程降到与出水管的高度相等（2312），那么水压将会平衡从而停止流动。在当前实施例中，水在略高于沙高的高度停止流动。这确保有少许深度的水总是覆盖在沙上，并且有机层维持不受触动（2316）。

使用由Manz所提供的建议最大面速度，可用计算来确定任何几何形状过滤器的最小表面积。此外，给定系统的期望最大流速，可算出圆形沙床过滤器的最小直径。另外，给定系统的期望最大流速，可算出方形沙床过滤器的最小边长。

所有以下等式均由控制方程中导出：

F=V*A

F=流速

V=穿过过滤器的面速度

A=过滤器的表面积

对于任何期望最大流速，可用以下等式计算过滤器床的最小表面积：

Amin=过滤器床的最小表面积（cm^2）

Amin=Fmax/Vmax

Fmax=应用所期望的最大流速（ml/min）

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）。

范例：应用所期望的最大流速为1000ml/min。算出该过滤器床的最小表面积。

答案：Amin=(1000cm^3/min)/(1cm/min)=1000cm^2。

对于圆形沙床，最小面直径由以下等式确定：

Dmin=2*((Fmax)/(Vmax*Pi))^(0.5)

Dmin=圆形沙床过滤器的最小直径

Fmax=该应用所期望的最大流速（ml/min）

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

Pi=3.14。

范例：应用所期望的最大流速为1000ml/min。算出圆形过滤器床的最小面直径。

答案：Dmin=2*(1000cm^3/min)/(1cm/min*3.14))^(0.5)=35.7cm。

对于正方形沙床，最小边长是用以下等式确定：

Smin=(Fmax/Vmax)^(0.5)

Smin=正方形沙床过滤器的最小边长。

范例：应用所期望的最大流速为1000ml/min。算出正方形过滤器床的最小边长。

答案：Smin=(1000cm^3/min/1cm/min)^(0.5)=31.6cm。

替代性地，对于给定过滤器面积，可算出最大建议流速。

Fmax=Vmax*A

Fmax=通过给定系统的最大建议流速

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

A=给定系统的过滤器表面积。

范例：给定过滤器床的表面积是1000cm^2。算出通过该系统的最大建议流速。

答案：Fmax=1cm/min*1000cm^2=1000cm^3。

清洁沙床的过程在图24中示出。为了对沙进行清洁，将滤水器（2400）移开放在一旁。内桶（1702）被升高并从外桶（1704）中取出。此时的内桶包含沙（1708）。内桶中的沙（以及任何残留的水）被倒入清洁桶（2402）。将新鲜的清水加入清洁桶。搅拌或以其他方式扰动水与沙，以确保所有沙粒都暴露到清水（2406）。让沙沉淀至清洁桶的底部。水与细颗粒的混合物由桶中倒出。该过程可重复多次，直到被倒出来的水用肉眼看来不含细小的颗粒。内桶底部的非织物过滤器介质被移除并丢弃（2404）。新的非织物过滤器介质放入内桶的底部。已清洁的沙再放回内桶。内桶放回外桶中。滤水器放回内桶中。于是，系统已准备好水被加入并过滤。

依据一个实施例，POU重力供输水处理系统通过处理之前的絮凝以及凝结步骤而从水中去除污染物。它可单独使用，或与后处理结合使用，以对已处理过的水加氯和任选地脱氯。类似地，所有这三个步骤可任选地彼此按照顺序使用，如图22所示。

B．压制块过滤器

依据一个实施例，POU重力供输水处理系统通过添加压制块过滤过程从水中去除颗粒物质、去活微生物并移除额外的颗粒和有机物而从水中去除污染物。进一步地，压制块过滤器改进了清洁和更换系统中压制块过滤器的便利性。

包括压制块生物沙过滤器的迷你生物沙水处理系统的另一实施例在图19中示出。该系统包括桶（1902），桶（1902）可包括按扣盖（1900）。桶盖的一部分可任选地铰接，以容许维护过程中容易访问桶内部。进水管（1912）置于或接近桶顶，以便从软管、管道或加水进入系统当中的任何其他方法接水。桶任选地具有携带把手（1904）以易于运输与维护。压制块过滤器（1906）在桶内部并在桶底部或接近桶底部。压制块过滤器由过滤器介质（例如沙或活性碳）以及聚合物粘合剂构成。粘合剂可为超高分子量聚乙烯。粘合剂维持块的形状，但是并不完全覆盖介质颗粒的表面。沙与活性碳介质两者或其中一项可在系统中发挥功能。水流过压制块过滤器后，水流经管网（1908）来到位于桶侧上的龙头（1910）。龙头的高度设在压制块过滤器顶部之上。桶内可使用一个或多个压制块过滤器。图20a示出只有一个过滤器（2002）与简单管网（2004）一起使用时的配置（2000）。图20b示出两个过滤器（2008）与网路管道（2010）并行相接时的配置（2006），其将由来自每个过滤器的出口水带到单一位置（2012）以经由龙头输送。以类似方式，额外的过滤器可用管线三通管添加至系统。

压制块过滤器可用沙作为主要过滤器介质制成。然而，它可由硅藻土、珍珠岩、活性碳、其他无机过滤器介质及其混合物制成。压制块过滤器的当前实施例包括可商购的沙，其颗粒尺寸分布如表1所述。沙粒由高分子量或超高分子量聚乙烯在块中结合在一起。在本实施例中，块的组成是重量80%至90%的沙以及重量10%至20%的粘合剂。沙块的当前实施例的长度为16到25cm，外径为8到14cm，并且内径为3至9cm。

在一个实施例中，沙块的组成是重量88%的沙以及重量12%的粘合剂。沙块的尺度为22cm长、10.7cm外径和5.6cm内径。

表1：当前实施例中使用的颗粒尺寸分布

美规筛目	开孔（英寸）	开孔（mm）	穿透的累积wt%	留下的累积wt%	留下的各项wt%
						30	0.0234	0.59	92-100	0-8	0-8
40	0.0165	0.42	82-97	3-18	2-14
						50	0.0117	0.30	69-90	10-31	7-20
70	0.0083	0.21	48-75	25-52	12-27
						100	0.0059	0.15	27-55	45-73	14-33
140	0.0041	0.11	7-30	70-93	15-30
						200	0.0029	0.08	1-12	88-99	6-22
270	0.0021	0.05	0-2	98-100	0-12
						盘	盘

本发明的生物沙块过滤器（2100）是使用常规制造技术与装置制成的。一般而言，粘合剂（呈粉末形式）和沙均匀混合，以致粘合剂均匀地分散在沙中。某些实施例中，基于沙与粘合剂组合的重量，粘合剂占重量的约％10至％20之间，在一个具体实施例中，约占重量的％12。组合的沙与粘合剂被送入常规的柱形模具（未显示），其具有往上凸出的中央销。模具及其内容物接着被加热至从约190至约235摄氏度，最优选是约204摄氏度。同时，让组合的沙与粘合剂经由常规加压活塞（未显示）受到从约100至约600磅的压力，优选是约300磅，所述活塞下降到模具中并包括用于中央销的中央空隙开口。接着允许组合的沙与粘合剂冷却，且所得到的结构由模具中取出具有集成的沙衬套（2102）的形式。如有必要，沙衬套（2102）接着被修整到一定长度。

顶端帽（2104）与底端帽（2106）可例如通过常规的注模分别制造，然后通过水泥、粘合剂或其他方式附接至沙衬套（2102）。若有需要，可在顶端帽的模制过程中使用螺纹插件，以提供用于将该生物沙块过滤器（2100）附接至合适的管道或配件（2108）的螺纹构件。替代性地，顶端盖可模制有柱形凸起及用于O型环的沟槽，以便当该凸出插入合适的管道或配件时进行密封。

压制块过滤器处理过程的一个实施例的流程图在图25中示出。转到图26，任选地，水可在进入迷你生物沙水处理系统之前进行预处理。当水进入迷你生物沙水处理系统时，它首先穿过进水管或漏斗（2600），并且收集在桶中直到一水位（2602）。在过滤器块之上的水面高程（2604）在压制块过滤器（2608）表面上建立水头压力，并导致水流过过滤器介质。然后水径向穿过过滤器块（2606）并聚集在该块的中央空芯（2608）内。过滤器块截获颗粒和微生物。块的外层中生活的微生物倾向于破坏天然有机物以及其他微生物。如此造成出水中的天然有机物以及微生物减少。然后水穿过管道到桶侧上的龙头（2610）。出水龙头对于块高度以及满桶水高度的相对高程决定水流经系统之数量以及速度（2612）。桶装满时的水面高程（2604）决定加在生物沙过滤器上的初始水压。水压越高，水能越快地流过系统。出水龙头在过滤器块顶部之上的高度（2612）建立一位置，水在此处将会停止流过系统并确保过滤器块维持湿润。另一迷你生物沙水处理系统构造在图27中示出。水径向地（2706和2708）流过过滤器块（2700）。任选地，过滤器块表面上可有外层（scrum）和/或泡沫材料层（2714），以便在水进入过滤器块之前从水中去除颗粒。端帽（2702）使水流过过滤器块。水在块的中央空芯（2710）内聚集，并流过出水管（2704）前往系统的出水龙头（2712）。

使用由Manz所提供的建议最大面速度，可用计算来确定柱形压制块过滤器的最小表面积。此外，给定期望最大流速和过滤器长度，可算出压制块过滤器的最小直径。另外，给定期望最大流速和过滤器直径，可算出压制块过滤器的最小长度。

所有以下等式均由控制方程导出：

F=V*A

F=流速

V=穿过过滤器的面速度

A=过滤器的表面积。

对于任何期望最大流速，可用以下等式计算压制块过滤器的最小表面积：

Amin=压制过滤器的最小表面积（cm^2）

Amin=Fmax/Vmax

Fmax=应用所期望的最大流速（ml/min）

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）。

范例：应用所要求最大流速为1000ml/min。算出该过滤器块的最小表面积。

答案：Amin=(1000cm^3/min)/(1cm/min)=1000cm^2。

对于给定的压制块长度，最小块直径由以下等式确定：

Dmin=Fmax/(L*Vmax*Pi)

Dmin=压制块过滤器的最小直径（cm）

Fmax=该应用所期望的最大流速（ml/min）

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

L=压制块过滤器的长度（cm）

Pi=3.14。

范例：应用所要求的最大流速为1000ml/min，块长度是20cm。算出过滤器块的最小直径。

答案：Dmin=(1000cm^3/min)/(20cm*1cm/min*3.14)=15.9cm。

对于给定的压制直径，最小块长度由以下等式确定：

Lmin=Fmax/(D*Vmax*Pi)

Lmin=压制块过滤器的最小长度

Fmax=该应用所期望的最大流速（ml/min）

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

D=压制块过滤器的直径（cm）

Pi=3.14。

范例：应用所要求的最大流速为1000ml/min，块直径是15cm。算出该过滤器块的最小长度。

答案：Lmin=(1000cm^3/min)/(15cm*1cm/min*3.14)=21.2cm。

替代性地，对于给定压制过滤器面积，可算出最大建议流速。

Fmax=Vmax*A

Fmax=通过给定系统的最大建议流速

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

A=给定系统的过滤器表面积。

范例：给定过滤器块的表面积是1000cm^2。算出通过该系统的最大建议流速。

答案：Fmax=1cm/min*1000cm^2=1000cm^3/min。

替代性地，对于具有并行流的多个同样尺寸的压制块的系统，可计算最大建议流速。

Fmax=Vmax*A*n

Fmax=通过给定系统的最大建议流速

Vmax=来自Manz的最大建议面速度（1cm/min）

A=每个压制块过滤器的过滤器表面积

n=并行流的压制块过滤器数目。

范例：系统包含并行流的两个压制块过滤器。每个过滤器块的表面积是1000cm^2。算出通过该系统的最大建议流速。

答案：Fmax=1cm/min*1000cm^2*2=2000cm^3/min。

为了清洁过滤器块，桶顶的盖可被打开或移去。过滤器块与管路分离并由桶中移出。此时，可将过滤器块丢弃并用新的过滤器块取代。替代性地，过滤器块可以通过与正常流向相反的方向从中泵水而部分地再生，如图28所示。水从端帽（2802）中的孔（2804）送入，并通过径向过滤器块（2800）径向朝外（2806）流动。此反向泵水可由电泵和软管或由手动泵和软管实现。任选地，外层和/或泡沫材料层（2714）可经刷洗或冲洗以去除额外的颗粒。

迷你生物沙水处理系统的替代实施例在图29中示出。该迷你生物沙水处理系统包括直径大于长度的压制块过滤器（2900）。水通过端帽（2902）与出水管（2902）流到龙头。

VII.絮凝+改进的过滤器+加氯/脱氯

依据前述两个实施例，迷你生物沙水处理系统通过依次使用絮凝过程、迷你生物沙过滤过程以及加氯/脱氯过程处理水而从水中移除污染物。

根据一个实施例，POU重力供水处理系统通过将生物沙过滤过程添加到絮凝以及加氯/脱氯过程而从水中移除污染物，以使得用户能够从水中除去颗粒物质并去活微生物。

如前文指出，在农村或未开发地区，水可能是从如湖、河或井这样的水源收集在容器或水箱。某些情况下，这种水可能由于高颗粒浓度而极为混浊。在这些情况中，最好在将水倒入或管道输入到迷你生物沙水处理系统之前以絮凝、凝结和沉淀过程处理水。絮凝过程将会从水中去除大量颗粒物质，由此延长迷你生物沙水处理系统中的沙床和纸过滤器或压制块过滤器的寿命。

在水已流经迷你生物沙水处理系统后，可将其倒入或管道输入加氯/脱氯过程。在一个实施例中，此过程杀灭水中额外的微生物，使得总体过滤步骤序列的微生物总破坏率大于99.99%。在水流经加氯处理/脱氯过程后，水已准备好可以使用。

VIII.虹吸管

参照图30，示出在生物沙过滤之前具有絮凝步骤的水处理系统的一个实施例。水流和絮凝化学剂（3000）倒入系统中。水在絮凝箱（3002）中静置一段时间。在此期间，颗粒（3004）凝结并且沉到箱底。絮凝过程完成后，出水管（3006）将水由桶中汲出。管的高度可设为高于沉在箱底的颗粒高度。位于出水管顶的单向阀（3008）容许空气逸出。当水桶填充至与龙头等高或超过龙头高度时，那么在空气经由单向阀（3008）逸出之后，出水管、龙头和下伸管会形成虹吸管。水经由出水龙头（3010）离开并流经下伸管进入水处理系统的下一阶段（3012）。在当前实施例中，水处理系统的下一阶段是如前所述的生物沙阶段。

当实施絮凝过程时，一个参数是絮凝化学剂投入水中的剂量。为了协助用户投放正确剂量，使用标准尺寸桶，并规定预定量的絮凝化学剂以供用户加入水中。若水位不正确，则可导致不当的絮凝化学剂剂量。

为鼓励用户完全装满絮凝桶，包括了虹吸管机构。当水加入桶中的时候，管中的水位也会通过开口（3102）上升。当桶中水位（3100）达到位于或超过龙头（3106）的高度时，空气就会涌入单向阀（3104）。在空气涌入并且龙头（3106）打开后，则水会流出并往下流过管道（3108）。水会持续流动直到其达到进水管（3102）或者出水管（3110）的高度。

参照图32，示出虹吸管机构的替代实施例。与图31的虹吸管机构的两处不同在于下伸管（3108）位于桶内部且龙头（3106）位于下伸管的底端。此实施例在桶外部具有较少部件。

图33示出虹吸管机构的另一替代实施例。此实施倒包括虹吸管机构的入口上的扩散器（3300）。扩散器减少水进入虹吸管机构时的速度，由此减少扰动与抽吸沉在箱底之颗粒（3302）的机会。虽然显示为附接至图33的实施例，扩散器可与虹吸管机构的其他实施例联合使用，例如图31与32中所示的实施例。扩散器的构造可简单到如通过肘形弯管连接至虹吸管机构进水口的管道。该管道可在其内具有槽或孔。所有这些槽或孔的集合呈现为大的入口表面，供水流通过。这造成在任何给定进水口的情况下水流速减低。

IX.加氯器装置

参照图34，示出在迷你生物沙水处理系统出水口上的加氯器装置的实施例。虽然被示出和描述为与迷你生物沙水处理系统（3400）联合，但加氯器装置也可与其他水处理系统联合使用。水离开迷你生物沙水处理系统（3400）并且进入加氯器装置。

图35示出加氯器装置的一个实施例的部件及特征。加氯器装置包括加氯器进流管（3500）、流容器（3502）、氯舱（3504）（有时称为氯“匣”）、氯片（3506）、氯舱帽（3508）、加氯器出流管（3510）、旁通流径（3512）、氯舱侧面内的槽（35l4）、氯舱帽内的出口孔（3516）以及药片支撑（3518）。因为加氯器装置附接在桶外而不是飘浮或附接在桶内，用户可在不扰动水处理系统或是必须应付不洁的水的情况下访问加氯器装置。进一步，加氯器装置的一些部分可被看穿，容许用户观察氯片还剩下多少，而不需打开或访问加氯器装置。

参照图36，公开了水流过图35所示加氯器装置的一个实施例。水通过进流管进入（3600）。水由氯舱的顶和侧逐级流下来（3602）。总水流的一部分经由侧壁上的槽进入加氯舱（3604）。进入槽的部分由槽的尺寸与形状来调节。槽的尺寸可基于氯配料需求而在制造期间调整。一般而言，较大槽且较圆滑的边缘将会容许更多水流入氯舱。一般而言，具有较尖锐边缘的较小槽将会容许较少水进入舱。总水流的一部分绕过氯舱（3606）。这些水通过孔或沟流至出水管，这些孔或沟允许水流过氯舱。在氯舱内部流动的水带走从氯片溶解的氯（3608）。该水经由氯舱帽内的孔流出。孔的尺寸调节流速。加氯的水和旁通的水在出流管中重新合在一起，并且在接水的容器内变得彻底混合（3610）。药片支撑（3518）包括间隔开的支撑构件，其支撑氯片同时容水流动经过氯片。以此方式，药片支撑控制氯片（3506）对水的暴露。任选地，氯片可置于氯舱侧面内的槽的上方、下方或与槽对准，这会改变水与氯片之间的交互作用。进一步任选地，氯舱侧面内的槽的位置、取向与数目可变化，以改变水与氯片之间的交互作用。药片支撑也将氯片置于用户可透过透明窗看到氯片的高度以确定何时更换氯片。任选地，氯舱的一部分或全部可为透明，以容许观察氯片。

图37显示更换氯舱的过程的一个实施例。流容器（3502）在加氯器的进水管（3500）上向上滑动。用过的氯舱（3504）从出水管（3510）移除。新的氯舱（3700）安装至出水管（3510）内。流容器（3502）放下来回到包覆氯舱的位置。

X.手动泵

某些重力供水处理系统大、重而且相对而言难以移动。许多重力供水处理系统被迫在流速与性能之间做妥协。也就是说，为了拥有较高流速，过滤性能有时就被牺牲，反之亦然。需要一种系统，其在没有加压管道设施并且没有电力的情况下运转，而提供与使用加压管道设施与电力的系统的过滤及流速性能接近的水的净化。

在一个实施例中，具有用于协助水流的泵的水处理系统提供消毒、过滤、化学剂吸收以及高流速，不需加压管道设施或电力。在此实施例中，通过当水进入水桶中的时候添加氯至水中而实现消毒。过滤和化学剂吸附可通过使经加氯处理的水流过褶叠过滤器介质以及压制碳块过滤器而实现。在替代实施例中，消毒、过滤和化学剂吸收可用不同化学药剂、过滤器或系统实现。在该实施例中，用户使用安装在系统出口处的手动致动活塞泵从水系统中汲水。当水被取出时，其流经一个或多个过滤器介质，该一个或多个过滤器介质移除水中的氯和其他污染物。

图38示出其中水的消毒、过滤和化学剂吸收帮助净化水的系统。这些过程可在没有电力或加压管道设施的情况下而实施。此外，系统的该实施例能够输送每分钟一加仑的流速。可提供广口漏斗（3800）以接受在填充储水箱（3804）时的高流速（例如由另一桶中倾倒）。氯片（3802）可安装在漏斗中，以便水通过漏斗倾倒时溶解，由此对水进行消毒。漏斗开口的尺寸、出口的尺寸以及氯片的尺寸和数目可调整，以达到期望的水中加氯剂量。水可储存在箱（3804）中，直到用户想要汲水使用那一刻。

储存期间，氯可主动地将水消毒。箱的尺寸以及最大出水流速可有所变化，系统设计者或系统安装人员可进行调整以实现水中适当的氯CT暴露量。

在一个实施例中，手动泵运系统是手动致动活塞泵，如图38示出。虽然在本实施例中使用手动致动活塞，但也可使用不同种类的泵来致动水流。在其他实施例中，采用不同的手动泵运系统，使得该系统能在不需访问电力或加压管道设施的情况下运转。

当水被从箱中汲取以供使用时，其首先流经活性碳的压制块（3806）。任选地，褶叠过滤器介质可安装在碳块上方，以过滤大颗粒并防止碳块堵塞。某些情况中，在小型住宅用尺寸的箱（约5加仑）中的水头并不足以使水流经过滤器块。因此，可在过滤器的出口柱上安装手动操作的活塞泵。当活塞泵把手（3814）抬起时，主体（3812）内的活塞（未显示）相较于过滤器块入口侧上的水压产生负压差。这使得水流经过滤器块，进入过滤器出口（3808），并向上进入泵的主体（3812）。当水被汲取通过泵的主体时，其通过单向橡胶挡板阀（3810）。而且，当新的水被汲入主体（3812）中的时候，其取代原先就在那里的水。被取代的水通过泵顶端的排水口（3816）逸出。活塞的直径与行程长度可有所变化，以便系统设计者或系统安装者进行调整以实现每行程的期望水流输送量。举例来说，给定2秒的行程持续时间以及126ml的活塞容量，可实现每分钟3780ml（约一加仑）的净流速。

某些重力供水处理系统中，因为缺少水深或其他原因，小容量箱生成很小的水头压力。在图38所示的实施例中，系统包括具有褶叠预过滤器的压制碳块过滤器介质。具有褶叠预过滤器的碳块可提供与电动净水器基本上同等的过滤。某些重力供水处理系统并不能建立足够的水头压力使水流过某些碳块过滤器介质。然而，安装在过滤器介质出水侧上的手动泵运系统提供协助，并容许实现适当流速。当泵被致动时在出水口生成负压，因而造成介质上的净压差以加速水流。

可包括组件托盘（3818）以便将碳块过滤器、预过滤器以及泵在储水箱（3804）的底部固定到位。组件托盘也可帮助保持过滤器和泵在运输期间不会损坏。

取代漏斗，也可使用管状或其他封闭式的氯输送部件，以在进来的水中加入氯。举例来说，前文所述用来实现任何加氯过程的任何氯输送部件可与手动泵系统联合使用。

在一个实施例中，不是在水经由漏斗（或其他合适的氯导入装置）倒入之际添加氯，而是可在分离的桶中将液体、粉末或一个或多个药片手动混入水中，然后倒入安全储水容器。

在用户可以访问管道设施中的水的情况下，那么可使用连接至旋塞或旋塞上的转向阀的软管来填充安全储水容器。使用具有消毒的安全储水容器可在管道设施供应的水被污染的情况下有利。而且，在水供应时断时续或管道设施系统中的水压很低的情况中，安全储水容器可提供能获得的水。

虽然上述实施例是讨论氯的情况，也可使用其他消毒化学剂。举例来说，可使用溴、碘或任何其他适当药剂来代替氯或作为氯的补充。某些系统中，可能并不必然需要消毒化学药剂。

虽然本实施例采用高性能压制碳过滤器，但可使用较低性能的过滤器。举例来说，在一个替代实施例中，过滤器可仅用来从水中移除氯的味道。另一替代实施例中，可使用较低成本的过滤器。

联系本实施例所描述的泵系统是具有自行车胎泵处理动作的活塞泵。在替代实施例中，可添加杠杆连接以操作具有杠杆式运动的泵。其他实施例中，可使用不同类型的泵系统以用适当流速汲水。举例来说，可使用旋转式曲柄组件将旋转运动转换成为往复式线性运动，代替线性运动操作泵动作。另一替代实施例中，不用活塞泵，而可使用其他种类的泵，例如曲柄驱动的蠕动泵。

XI.絮凝漏斗

参照图39和40，水处理系统可包括与迷你生物沙过滤器协作的絮凝箱或漏斗（3900）。在本实施例中，絮凝漏斗（3900）嵌套在迷你生物沙水过滤器（3902）顶上。用于絮凝漏斗的盖（3904）可取代迷你生物沙过滤器盖。

当水和絮凝化学药剂被加入絮凝箱（3900）时，可用戽斗（3906）对它们进行搅拌。当絮凝过程进行之际，戽斗（3906）可存放在絮凝箱（3900）中，可能如同图41最佳显示的，戽斗的勺部嵌套在絮凝箱（3900）的集水区域（3908）中。当水中的颗粒凝结并沉淀至箱底部时，它们通过箱的倾斜壁（3910）被引导落入集水区域（3908）中。本实施例中，壁的角度设置成距水平方向最小30度，以帮助确保沉淀物会落入集水区域（3908）中。在替代实施例中，壁的角度可设置为不同角度。

当凝结和沉淀过程完成时，戽斗（3906）可能装满了颗粒。出口阀（3912）位于戽斗（3906）中的沉淀颗粒层的上方。因此，出口阀（3912）的高度将会决定由集水区域（3908）所捕获的沉淀颗粒的体积。任选地，出口阀（3912）的高度可被调整，或可添加额外的出口端口。可能如图41最佳显示，用户可致动阀手柄（3914）以打开出口阀（3912）并容许水从戽斗（3906）中的沉淀物上方排出。在本实施例中，从出口阀（3912）排出的水直接流入迷你生物沙过滤器系统，其接着如上所述操作以进一步过滤并处理水。出口阀的设计使得水流维持在慢到不足以扰动动集水/戽斗区域中的沉淀物的流速。在替代实施例中，出口阀可流到不同的过滤器系统或储存容器内。参照图42，戽斗可从集水区移开以便清空收集到的沉淀物，或将絮凝化学剂搅拌到未处理的水中。

箱出口的结构，尤其是出口阀端口周围近似竖直的壁（3916），被配置成最小化在凝结过程期间所形成的絮凝沉积。出水结构的侧边被放置并倾斜，以便当絮凝物累积在戽斗所服务的集水部位时，使絮凝物的运动转向远离出口阀的进入端口。

参照图43，更详细地描述出口阀组件（3918）。本实施例中，出口阀组件（3918）包括阀体（3930）、拉座（3926）、固定螺丝（3928）、阀手柄（3914）、阀拉杆组件（3920）、阀止动器（3922）、阀弹簧（3924）以及阀体插件（3932）。阀拉杆组件具有用于微调长度的螺纹端部与调整螺母。随着手柄（3914）被致动，阀止动器（3922）将出口阀拔去并容许水流动。阀弹簧（3924）用来重设阀止动器。在替代实施例中，可实施使用额外、不同或更少部件的其他出口阀组件的构造。

XII.泡沫材料结构

生物沙过滤系统可通过使水流经在沙砾床表面上形成的生物层而减少水中微生物浓度。这些系统会用到大量的沙砾以过滤水，使得它们很重，难以清洗、运输和维护。举例来说，要运送大量沙子会很麻烦，并且在某些地方，可能难以在当地获得沙子。

在一个结构中，沙子的某些或全部可用一或多个泡沫材料过滤器元件取代。泡沫材料较轻、更易于生产并且更易于从集中化地点运出。安装过程也会更简单，并可由没有经验的人实施。

生物层在泡沫材料顶部形成，并导致出水处的颗粒浓度明显降低。

本实施例中的泡沫材料孔密度约为每英寸100孔。在替代实施例中，孔密度可依据应用调整。可使用多层泡沫材料以填充容器的容积。为了控制流速与面速度，可在出水口或软管上安装限制孔。聚氨酯泡沫材料能多年保持稳定，并且不会被微生物消耗。进一步，其已有配方能通过NSF认证用于和水接触。

包括泡沫材料过滤器的示范性过滤器系统在图44和46中示出。过滤系统包括箱（4404）、盖（4400）、扩散器层（4406）、生物层（4408）以及聚氨酯泡沫材料（4410）。本实施例中，聚氨酯泡沫材料被切成块，以易于堆放和装入锥形箱内。替代地，可使用单独一个锥形泡沫材料块。虽然在所示实施例中使用一些块，但也可依据应用或与水箱的交互作用而采用不同形状与尺寸的泡沫材料。未处理的水被倒入箱的顶部（4402）并经由出水管（4412）离开箱，进入已处理水的储存容器（4414）。

图45所示的替代实施例中，可在泡沫材料堆层顶上添加浅浅一层沙（4500），以促进有机层更好地形成。虽然图44和图45的实施例中显示的是多层泡沫材料，但在替代实施例中也可用单独一层浅的泡沫材料，这可降低系统的总体高度。

另一替代实施例中，可将泡沫材料片卷成圆柱并加帽而形成径向流动过滤器元件。径向流动过滤器块在图19和20A-20B中示出，并如前文所述。如上所述，过滤器块是由沙或活性碳构成，被压制并用超高分子量聚乙烯粘合剂保持在一起。本实施例中，径向过滤器块可由卷成圆柱并在端部加帽的泡沫材料片构成。用过滤器块三通管或任何其他过滤器连接系统，可添加额外的过滤器块以将系统按比例放大成任何尺寸。

径向流动泡沫材料过滤器块的示范性构造在图47中示出。一个实施例中，该方法包括以下步骤：1）将泡沫材料片卷成圆柱（4700）；2）沿接缝胶粘（4702）；3）将封闭的端帽胶粘到圆柱一端（4704）；以及4）将具有管接头的开放端帽胶粘至泡沫材料圆柱的另一端（4706）。在替代实施例中，可使用不同方法制作泡沫材料过滤器块，包括额外或较少部件以及额外或较少步骤。

可使用预过滤器介质来覆盖端流动结构或径向流动结构的表面，以便允许更容易地清洁并减少泡沫材料孔的堵塞。

在替代实施例中，其他泡沫的或多孔的材料或结构可取代上述的聚合物泡沫材料。举例来说，可使用通过熔合某种材质小珠所制成的玻璃、金属或其他基质。一个示范性的实施例包括porex烧结聚乙烯，其也可作为支撑物用于生物构造（bio-formation）。

以上是本发明的当前实施例的描述。在不背离所附权利要求限定的本发明的精神及更广方面的情况下，可有许多变异及改变，权利要求应根据包括等同原则在内的专利法原理进行解释。以单数指称的任何元素，例如用冠词“一、”“一个”、“该”或“所述”指称的任何元素，不应理解为将该元素限制为单数。

Claims

1.一种重力供水处理系统，包括：

第一处理系统，所述第一处理系统包括第一容器、用于接收水到所述第一容器内的第一入口、用于将水配送出所述第一容器的第一出口、以及位于所述第一入口与所述第一出口之间的所述第一容器内的絮凝剂，所述絮凝剂用于促使悬浮在水中的颗粒凝结与沉淀；

第二处理系统，所述第二处理系统包括第二容器、用于接收水到所述第二容器内的第二入口、用于将水配送出所述第二容器的第二出口、以及至少一个沙、砾或泡沫材料层，用于截获悬浮在水中的微粒和微生物并禁止所述微粒和微生物流过所述第二容器；以及

第三处理系统，所述第三处理系统包括第三容器、用于接收水到所述第三容器内的第三入口、用于将水配送出所述第三容器的第三出口、在所述第三容器内的卤素以去活水中可能存在的微生物、以及相邻于所述第三出口的过滤器以从水中去除卤素，

其中，所述第一容器的尺寸设置成嵌套在所述第二容器内，并且所述第二容器的尺寸设置成嵌套在所述第三容器内。

2.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第一出口与所述第二入口相邻且所述第二出口与所述第三入口相邻。

3.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第一容器、所述第二容器和所述第三容器是便携的。

4.如权利要求1所述的重力供水处理系统，包括沉淀在所述第一容器内的凝结颗粒的预期深度，其中，所述第一出口位于高于凝结颗粒的预期深度的高度。

5.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第一处理系统包括多个第一容器以在一段时间内处理水。

6.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第三处理系统包括漏斗、位于所述漏斗内的所述卤素。

7.如权利要求6所述的重力供水处理系统，其中，所述第三处理系统包括与所述漏斗相邻的气隙。

8.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第一容器包括：

第一容器底部；

位于所述第一容器底部的集水区域；以及

位于所述集水区域内用于去除水中所沉淀的颗粒的戽斗，

其中，所述第一容器底部将所述水中沉淀的颗粒导到所述集水区域。

9.如权利要求8所述的重力供水处理系统，其中，所述第一容器底部包括相对于水平方向成约30度角的至少一个壁。

10.如权利要求8所述的重力供水处理系统，其中，所述第一容器底部嵌套在所述第二入口内。

11.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第二处理系统包括沙过滤器。

12.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第二处理系统包括压制块过滤器。

13.如权利要求1所述的重力供水处理系统，包括手动泵，所述手动泵能够在所述水处理系统内提高流速与压力中的至少一个。

14.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述第三处理系统包括三氯异氰脲酸氯片以将所述水中的砷从+3价氧化到+5价。

15.如权利要求14所述的重力供水处理系统，其中，所述过滤器是碳块过滤器，所述碳块过滤器去除+5价的砷。

16.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述卤素是氯。