CN114007716A - 再生介质过滤器空气冲刷装置和方法 - Google Patents

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Abstract

还公开了一种水过滤系统。水过滤系统包括再生介质过滤器容器、滤液管线、进料管线、再循环管线、气体管线和至少一个泵。公开了一种在包括再生介质过滤器的系统中过滤水的方法。该方法包括以过滤模式操作系统，响应于再生介质过滤器两端的压差测量以清洁模式操作系统，以通气模式操作系统，在以清洁模式操作系统之后以预过滤模式操作系统，以排放模式操作系统，以及在排放模式之后以过滤模式操作系统。公开了控制器和非暂时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质具有存储在其上的定义指令的计算机可读信号，作为由控制器执行的结果，该指令指示控制器执行操作水过滤系统的方法。

Description

再生介质过滤器空气冲刷装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2019年2月25日提交的题为“RegenerativeMedia Filter Air Scouring Apparatus and Method”的美国临时申请序列号62/810,008的优先权，该临时申请为了所有目的通过引用被并入本文。
技术领域
本文公开的方面和实施例一般涉及水处理系统，并且更具体地涉及用于水上或休闲设施中的水处理系统及其操作方法。
概述
根据一个方面，提供了一种水过滤系统。水过滤系统可以包括再生介质过滤器容器，该再生介质过滤器容器具有流体地可连接到包含待过滤的水的进料源的第一入口、流体地可连接到被配置为接收经过滤的水的最终用途部的第一出口、流体地可连接到第一气体源的第二入口和流体地可连接到排放管的第二出口。再生介质过滤器容器可以容纳：包括多个管元件的管板；流体地连接到第二入口的气体分配器，气体分配器位于多个管元件下方；以及颗粒介质。水过滤系统还可包括滤液管线，该滤液管线具有流体地可连接到再生介质过滤器容器的第一出口的入口和流体地连接到最终用途部的出口。水过滤系统还可包括进料管线，该进料管线具有流体地可连接到进料源的入口和流体地连接到再生介质过滤器容器的第一入口的出口。水过滤系统还可包括气体管线，该气体管线具有流体地可连接到第一气体源的入口和流体地连接到再生介质过滤器容器的第二入口的出口。水过滤系统还可以包括被配置为引导水通过水过滤系统的至少一个泵。
在另外的实施例中，水处理系统可以包括具有可连接到第二气体源的入口的可充气气囊，该可充气气囊操作地连接到管板并被配置成在充气和放气时机械地搅动再生介质过滤器容器内的管板。在一些实施例中，第一气体源和第二气体源是相同的。
水过滤系统可包括再循环管线，该再循环管线具有流体地连接到再生介质过滤器容器的入口和出口。
水过滤系统可以包括压力传感器子系统，该压力传感器子系统包括入口压力传感器和出口压力传感器。压力传感器子系统可以被配置为测量再生介质过滤器容器两端的压差。水过滤系统可包括最终用途阀，该最终用途阀位于滤液管线上并被配置为允许经过滤的水到达最终用途部。水过滤系统可包括进料阀，该进料阀位于进料管线上并且被配置为允许水到达再生介质过滤器容器。水过滤系统可以包括第一气阀，该第一气阀位于气体管线上并且被配置成允许气体到达气体分配器。水过滤系统可以包括第二气阀，该第二气阀位于气体管线上并且被配置成允许气体到达可充气气囊。水过滤系统可包括至少一个再循环阀，该再循环阀位于再循环管线上并且被配置为允许待过滤的水和经过滤的水中的至少一个通过再循环管线。
水过滤系统可以包括控制器，该控制器可操作地连接到压力传感器子系统、最终用途阀、进料阀、第一气阀、第二气阀和至少一个再循环阀。控制器可以被配置为引导水在第一方向上通过再生介质过滤器容器，用于以过滤模式操作持续第一时间段，直到压力传感器子系统测量出压差在与再生介质过滤器容器的劣化操作相关联的第一预定压差范围中。控制器可以被配置为响应于压力传感器测量出压差在第一预定压差范围内，以清洁模式使可充气气囊充气和放气以迫使水进入再生介质过滤器容器内，持续足以将压差降低到与再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的预定数量的充气-放气循环。控制器可以被配置为响应于压力传感器测量到压差在第一预定压差范围中，持续足以将压差降低到与再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段，引导经过滤的水在与第一方向相反的第二方向上通过再生介质过滤器容器以清洁模式进行反向再循环。控制器可以被配置为响应于压力传感器测量出压差在第一压差范围内，将有效体积的气体从第一气体源引导至气体分配器以在通气模式中产生多个气泡。
在一些实施例中，气泡在预定数量的充气-放气循环之后生成。在一些实施例中，气泡在反向再循环之后生成。在一些实施例中，第一预定压差范围在约10psi和约15psi之间。第二预定压差范围可以在约7psi和约12psi之间。在一些实施例中，输送到气体分配器的有效体积的气体是连续流。在某些实施例中，输送到气体分配器的有效体积的气体是脉冲流。脉冲流可以在大小、频率和/或持续时间方面是随机的。在一些实施例中，气体分配器被配置成产生对称气泡。在一些实施例中，气体分配器被配置成产生不对称气泡。
根据一个方面，提供了一种在包括再生介质过滤器的系统中过滤水的方法。该方法可以包括通过引导待过滤的水在第一方向上通过再生介质过滤器以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触持续第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，来以过滤模式操作系统持续第一时间段，直到再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内。该方法可以包括响应于压差在第一预定压差范围内，以清洁模式操作系统，持续足以将再生介质过滤器两端的压差降低到与再生介质过滤器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段。该方法可以包括以通气模式操作系统，通气模式包括将有效体积的气体引导至多个管元件，持续足以从多个管元件分离和悬浮颗粒介质的第三时间段。该方法可以包括在通过使水流反向通过再生介质过滤器的清洁模式之后以预过滤模式操作系统，持续足以用颗粒介质涂覆多个管元件的第四时间段。该方法可以包括以排放模式操作系统，该排放模式包括打开排放阀。该方法可以包括在排放模式之后以过滤模式操作系统。
在一些实施例中，该方法还包括在过滤模式或清洁模式中测量再生介质过滤器两端的压差。
在一些实施例中，清洁模式包括通过多个管元件的机械运动分离和悬浮颗粒介质。通过多个管元件的机械运动分离和悬浮颗粒介质可以出现在通气模式之前。在一些实施例中，清洁模式包括通过在与第一方向相反的第二方向上引导经过滤的水通过再生介质过滤器来分离和悬浮颗粒介质。通过在与第一方向相反的第二方向上引导经过滤的水通过再生介质过滤器来分离和悬浮颗粒介质可以出现在通气模式之前。
该方法可以包括响应于第一时间段呈下降趋势以通气模式操作系统。在一些实施例中，第二时间段小于约15分钟。在特定实施例中，第二时间段小于约5分钟。
在一些实施例中，第一预定压差范围在约10psi和约15psi之间。在一些实施例中，第二预定压差范围在约5psi和约10psi之间。
在一些实施例中，该方法还可以包括响应于第一时间段呈下降趋势以排放模式操作系统。
在一些实施例中，该方法还可以包括在以排放模式操作系统之后冲洗再生介质过滤器容器。在一些实施例中，该方法还可以包括在冲洗再生介质过滤器容器之后更换颗粒介质。
根据另一方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其具有存储在其上的定义指令的计算机可读信号，指令作为由控制器执行的结果指示控制器执行操作水过滤系统的方法，该方法包括下面的动作：接收表示再生介质过滤器两端的压差值和流速值中的至少一个的输入信号，并生成被配置为响应于输入信号致动多个阀的输出信号。输出信号可以被配置为通过引导待过滤的水在第一方向上通过再生介质过滤器以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触持续第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，来以过滤模式操作系统持续第一时间段，直到再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内。非暂时性计算机可读介质可以被配置为响应于压差在第一预定压差范围内，以清洁模式操作系统，持续足以将再生介质过滤器两端的压差降低到与再生介质过滤器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段。非暂时性计算机可读介质可以被配置为响应于压差在第二预定压差范围内以通气模式操作系统，持续足以从多个管元件分离和悬浮颗粒介质的第二时间段。
在一些实施例中，操作水过滤系统的方法还可以包括生成输出信号的动作，该输出信号被配置为响应于第一时间段呈下降趋势来向用户或服务提供商警告系统的状态。
在一些实施例中，清洁模式包括通过多个管元件的机械运动分离颗粒介质。在一些实施例中，清洁模式包括通过在与第一方向相反的第二方向上引导水通过再生介质过滤器来悬浮颗粒介质。
在一些实施例中，输出信号还可以被配置为响应于第一时间段呈下降趋势使再生介质过滤器进行排放。
输出信号还可以配置为在第二时间段之后引导经过滤的水在第一方向上通过再生介质过滤器，用于进行再循环持续足以用颗粒介质涂覆在再生介质过滤器内的多个管元件的第三时间段。输出信号还可以被配置为，在第三时间段之后，引导水在第一方向上通过再生介质过滤器用于过滤，持续第四时间段，直到压差值在第一预定压差范围内。
在一些实施例中，操作水过滤系统的方法还可以包括生成输出信号的动作，该输出信号被配置为响应于第四时间段小于第一时间段的25％来向用户或服务提供商警告系统的状态。
在一些实施例中，操作水过滤系统的方法还可以包括生成输出信号的动作，该输出信号被配置为响应于第四时间段比第一时间段少50％来向用户或服务提供商警告系统的状态。
输出信号还可以被配置为在第四时间段之后使再生介质过滤器进行排放。
根据另一方面，提供了一种用于水过滤系统的控制器。水过滤系统可包括再生介质过滤器容器，该再生介质过滤器容器具有流体地可连接到进料源的入口和流体地可连接到最终用途部的出口，该再生介质过滤器容器容纳管板和颗粒介质，该管板包括多个管元件。控制器可以可操作地连接到输入传感器，该输入传感器包括压力传感器子系统和流量计中的至少一个，输入传感器被配置为生成输入值集，该输入值集与再生介质过滤器容器两端的压差和流速中的至少一个相关联。控制器可以可操作地连接到输出设备，该输出设备包括多个阀，该多个阀被配置为响应于由控制器生成的输出值集被致动。
控制器可以包括耦合到存储来自输入值集的数据的存储器设备的系统处理器。控制器可以被配置为执行解码器函数，该解码器函数被配置为对系统处理器进行编程以从输入值集接收数据并向解码器函数提供输入值集，并且使用解码器函数对输入值集执行至少一次计算以生成输出值集。
输出值集可以被配置为以过滤模式致动多个阀以引导待过滤的水在第一方向上通过再生介质过滤器，以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，直到再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器容器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内。输出值集可以被配置为响应于压差值在第一预定压差范围内，以清洁模式致动多个阀，持续足以将压差降低到与再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段。该输出值集可以被配置成响应于压差在第二预定压差范围内，在第二时间段之后以通气模式致动多个阀，持续足以从多个管元件分离和悬浮颗粒介质的第二时间段。
在一些实施例中，清洁模式包括通过多个管元件的机械运动分离和悬浮颗粒介质。在一些实施例中，清洁模式包括通过在与第一方向相反的第二方向上引导经过滤的水通过再生介质过滤器来分离和悬浮颗粒介质。
在一些实施例中，清洁模式包括通过多个管元件的机械运动分离和悬浮颗粒介质。在一些实施例中，清洁模式包括通过在与第一方向相反的第二方向上引导经过滤的水通过再生介质过滤器来分离和悬浮颗粒介质。
在一些实施例中，控制器可以可操作地连接到用户接口，该用户接口被配置为响应于第一时间段呈下降趋势向用户或服务提供商警告系统的状态。用户接口可以被配置为生成与阈值压差、阈值流速、阈值第一时间段和阈值第二时间段中的至少一个相关联的用户选择的值集。存储器设备可以存储来自用户选择的值集的数据。解码器函数还可以被配置为对系统处理器进行编程以从用户选择的值集接收数据并向解码器函数提供用户选择的值集以训练解码器函数。
输出值集还可以被配置为在第二时间段之后致动多个阀以引导经过滤的水在第一方向上通过再生介质过滤器，用于再循环，持续足以用颗粒介质涂覆多个管元件的第三时间段。
输出值集还可以被配置为在第三时间段之后致动多个阀以引导水在第一方向上通过再生介质过滤器用于过滤，持续第四时间段，直到压差值在第一预定压差范围内。
在一些实施例中，输出值集还可以被配置为响应于第一时间段呈下降趋势而致动多个阀以使再生介质过滤器容器进行排放。
控制器可以可操作地连接到预测信号处理器，该预测信号处理器被配置为生成与预测信号相关联的预测值集。存储器设备可以存储来自预测值集的数据。解码器函数还可以被配置为对系统处理器进行编程以从预测信号处理器接收数据并向解码器函数提供预测值集以训练解码器函数。该预测值集可以被配置为预测第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段中的至少一个时间段。
附图简述
附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为清楚起见，并非每个组件都可以在每张图中标出。在附图中：
图1是根据一个实施例的示例性水过滤系统的示意图。
图2是根据另一实施例的示例性水过滤系统的示意图。
图3A-3B是根据一个实施例的再生介质过滤器容器的技术图。图3A是外部视图。图3B是显示气体分配器在连接到管板的多个管元件下方的放置的垂直横截面。
图4是位于再生介质过滤器容器的进料入口上方的气体分配器的透视图。
图5是位于再生介质过滤器容器的进料入口上方的气体分配器的透视图。
图6是根据另一个实施例的用于操作水过滤系统的示例性方法的流程图。
详细描述
本文公开了用于水上和休闲设施中使用的水的处理的系统和方法。该系统和方法可以通过用介质过滤器处理来提供对水上和/或休闲设施的水的过滤。介质过滤器通常通过使用一种结构(例如多孔结构)作为颗粒去除过滤器，介质可以被涂覆在该结构上。例如，再生介质过滤器可包括管板，该管板包含多个多孔管元件和珍珠岩或硅藻土(DE)介质。
介质过滤器通常使用特殊等级的介质来处理水。特殊等级的介质可以包含在容器或其它贮存器中。介质过滤器可以是压力馈送或高速介质过滤器。在过滤期间，待处理的水可以例如通过一个或更多个泵被馈送到介质过滤器容器中。在介质过滤器容器内，水可以在与容器中的特殊等级的介质接触之前通过配水头进行分配。通常，特殊等级的介质充当基质并捕获水中所含的固体污染物。经过滤的水从容器中丢弃，并可返回源以进一步在水上或休闲设施中使用。容器可以包括可以手动地或自动地打开以在一种或更多种操作模式期间调节容器内的压力的一个或更多个通风口。
根据某些实施例，介质过滤器可以是再生介质过滤器、活性炭过滤器或胡桃壳过滤器。介质过滤器可包括用于过滤水上和/或休闲设施的水的任何合适的颗粒介质。介质过滤器可包括珍珠岩或DE介质。在一些实施例中，介质过滤器可以是例如
Figure BDA0003319498040000081
介质过滤器(由宾夕法尼亚州匹兹堡的Evoqua Water Technologies LLC分销)。
介质过滤器可包括用介质涂覆的结构。例如，介质过滤器可以包括塑料管，可选地多孔塑料管。多个塑料管可以例如同心地布置在管板上。在一些实施例中，管可以包括金属，例如不锈钢。涂覆的结构类型的介质过滤器在2019年10月18日提交的标题为“REGENERATIVE MEDIA FILTER AND RELATED METHODS”的PCT/US2019/056850和2018年9月17日提交的标题为“SAND FILTER LED STATUS LIGHT”的WO 2019/055903中被描述，这两个专利的公开内容为了所有目的通过引用被全部并入本文。
在使用中，多孔管可以用珍珠岩或DE涂覆。在此类实施例中，多孔管可用于防止基质进入介质过滤器的滤液中。一旦涂覆，待处理的水可通过涂层并且然后通过结构。涂层可以提供非常精细的过滤介质，使得介质过滤器可以将液体过滤到小颗粒大小。在一些实施例中，介质过滤器可以被配置为将液体过滤到小于10μm。介质过滤器可被配置为将液体过滤至小于约10μm、小于约5μm、小于约3μm或小于约1μm。
介质过滤器容器可以通常可连接到以及在使用中流体地连接到水的源。根据一个方面，提供了一种用于处理在水上运动或娱乐设施中使用的水的水过滤系统。水过滤系统可以包括可连接到水的源的介质过滤器容器。该水过滤系统可以包括被定位成在系统内分配水并且可选地在处理之后将经处理的水返回到水上运动或娱乐设施的一个或更多个管线、管、阀或泵。在一些实施例中，本发明的水过滤系统可以包括被配置成将加压气体(例如压缩空气)分配到系统的一个或更多个气动部件的气体管线。
在一些实施例中，待处理的水可包括人类或兽医应用的水。例如，水可以用于娱乐目的，例如游泳。水可以与水池、温泉浴场、热浴盆、水上乐园、喷泉、水族馆、动物园、动物保护区和诸如此类相关联。一般，介质过滤器容器可位于水的源附近。在一些实施例中，介质过滤器容器可以远离水上运动和/或娱乐水的源。
待处理的水可以具有一定浓度的有机污染物。在一些实施例中，有机污染物可以包括动物废物、食物颗粒和诸如霉菌、霉、苔藓和/或藻类的外来物质中的一个或更多个。
虽然本文描述的实施例通常是指水上和休闲设施的水，但此类应用是示例性的。应当理解，所公开的系统和方法可用于过滤用颗粒介质过滤器过滤的任何流体。例如，本文公开的系统和方法可用于饮用水、水产养殖、灌溉、雨水管理、用于石油和天然气加工的水的过滤以及其它应用。
再生介质过滤器容器可具有适合于处理每分钟70和2500加仑(GPM)之间的水的大小。例如，再生介质过滤器容器可以依尺寸被制造为在约70GPM和约100GPM之间、在约100GPM和约250GPM之间、在约250GPM和约500GPM之间、在约500GPM和约1000GPM之间、在约1000GPM和约2000GPM之间或在约2000GPM和约2500GPM之间处理。再生介质过滤器可以包括串联或并联布置的多于一个容器。通常，再生介质过滤器容器的大小和布置可随着待过滤的水上运动或娱乐结构的大小而变化。
如图1和2中所示的，示例性水过滤系统1000可以包括再生介质过滤器容器200。过滤器容器200可以容纳管板和颗粒介质，该管板包括多个管元件，如前所述。过滤器容器200可以流体地连接到包括待过滤的水的进料源950并且流体地连接到被配置为接收经过滤的水的最终用途部900。在一些实施例中，进料源950和最终用途部900可以是相同的水。例如，进料源950和最终用途部900可以是水上运动或娱乐水源，例如水池或水族箱。再生介质过滤器容器可以另外包括排放出口。过滤器容器200可以包括通过气体管线1200流体地连接到气体源2000的气体分配器1100。大量气体可以通过第一气阀540的致动被输送到气体分配器1100。
如图1和2所示，水过滤系统1000可以包括一系列水管线。水过滤系统1000可具有流体地连接到过滤器容器200并流体地可连接到进料源950的进料管线400的入口。水过滤系统1000可包括流体地连接到过滤器容器200并流体地可连接到最终用途部900的滤液管线300的出口。在一些实施例中，例如在图2中所示的，水过滤系统1000还可以包括在过滤器容器200的出口和入口之间延伸的再循环管线500。再循环管线500可用于水和经过滤的水通过过滤器容器200的再循环和反向再循环。
水过滤系统1000可以包括一系列阀，该一系列阀位于各种水管线中并被配置为控制水在整个系统1000中的方向性。水过滤系统1000可以包括被配置为当被打开时分别允许水到达过滤器容器200和允许经过滤的水到达最终用途部900的进料阀430和最终用途阀330。如图1所示，水过滤系统1000可以包括第二气阀550，该第二气阀550允许来自气体源2000的气体进入和离开可充气气囊220，以在气体经由气体管线1250进入和离开可充气气囊220的情况下允许过滤器容器200的内部部件的机械运动。在使用中，气体可用于使可充气气囊220充气和放气，并且充气和放气的循环机械地搅动在过滤器容器200内的内部部件以从内部部件去除污染物和颗粒介质。如图2所示，水过滤系统1000可包括至少一个再循环阀530，该再循环阀530位于再循环管线500上并被配置为允许水或经过滤的水再循环或反向再循环通过过滤器容器200。系统1000可另外包括排放阀230，该排放阀230被配置为在打开时从过滤器容器200中排放水、颗粒介质和污染物。排放的水、颗粒介质和污染物可以被丢弃。在一些实施例中，颗粒介质可以被收集和再生以例如由服务提供商进一步使用。如图2所示，再循环管线500使经过滤的水在顺时针方向上通过过滤器容器200再循环。此外，如图2所示，再循环管线500使经过滤的水在逆时针方向上通过过滤器容器200反向再循环。
如图2所示，系统1000可以包括至少一个再循环泵700或与至少一个再循环泵700相关联。再循环泵700可定位和配置为引导水或经过滤的水通过系统1000。例如，再循环泵700可定位和配置为将水从水上和/或休闲的水的源(进料源950)引导至过滤器容器200。再循环泵700可以定位和配置为将经过滤的水从过滤器容器200引导到水上和/或休闲的源(最终用途部900)。再循环泵700可以定位和配置为在系统1000内循环水。可以采用多于一个的再循环泵来有效地引导水和/或经过滤的水通过系统1000。泵的类型、位置和功能是非限制性的。
如图1和2所示，系统1000可以包括压力传感器子系统600，该压力传感器子系统600被配置成测量介质过滤器容器两端的液体的压差。压力传感器子系统600通常可以包括入口压力传感器610和出口压力传感器620。例如，压力传感器子系统600可以被配置为测量介质过滤器容器的液体入口和液体出口之间的压差。因此，压力传感器子系统600可以被布置为压差传感器子系统。任何一个或更多个压力传感器可以是电子的。压力传感器可以是数字的或模拟的。除了压力传感器子系统600之外或代替压力传感器子系统600，该系统可以包括位于再生介质过滤器容器200的入口或出口处的流量计。流量计可以被配置为测量水或经过滤的水通过再生介质过滤器容器200的流速。
如图1和2所示，系统可以包括控制器800。控制器可以可操作地可连接或在使用中可操作地连接到系统1000的压力传感器子系统600和阀(例如230、330、430、530、540和550)中的至少一个。在特定实施例中，控制器可以操作地可连接到被配置成使连接到管板的可充气气囊220充气和放气的第二气阀550。在其他实施例中，控制器可以操作地可连接到第一气阀540，第一气阀540控制气体流入位于多个管元件下方的气体分配器1100内。在某些实施例中，控制器800可以操作地可连接或连接到泵700。控制器800可以可操作地可连接或在使用中可操作地连接到被配置为测量进料源950的至少一个参数的传感器。
在一些情况下，系统的再生介质过滤器容器包括位于多个管元件下方的气体分配器。当连接到气体源时，气体分配器输送有效体积的气体以产生多个气泡，这些气泡可以接触涂覆有颗粒介质的多个管元件。所生成的气泡有助于搅动管元件，从而在维护过程期间帮助分离吸附在所述管元件上的颗粒介质和污染物。使用从气体分配器生成的气泡来提高多个管元件的清洁效率减少了例如用压力洗涤机进行手动清洁所需的系统停机的次数。
在图3A-3B中示出了包括位于多个管元件下方的气体分配器的再生介质过滤器容器。图3A示出了过滤器容器200的外部视图，可充气气囊220布置在过滤器容器200的顶部以允许过滤器容器200的内部部件的机械运动。出口250布置在过滤器容器200的顶部，待过滤的水从过滤器容器200底部附近的入口(未示出)进入过滤器容器200。如图3A所示，过滤器容器200可以包括连接到过滤器容器200的壁的控制器800。
图3B示出了过滤器容器200的垂直横截面。过滤器容器200容纳包括多个管元件4100的管板4000；管板4000连接到可充气气囊220，并且在可充气气囊220充气和放气时，管板4000和多个管元件4100可以在过滤器容器200内机械地移动。位于多个管元件4100下方的是气体分配器1100，气体分配器1100可以被配置成将多个气泡输送到过滤器容器200中以在过滤器容器200上执行的维护过程方面给予帮助。过滤器容器200可以包括入口240以允许待处理的水进入过滤器容器。过滤器容器200还可以包括被配置为在打开时从过滤器容器200排放水、颗粒介质和污染物的排放阀260。过滤器容器200可以另外包括允许在操作和维护过程期间对多个管元件4100进行视觉监控的观察口270。
图4和5是被配置成横跨再生介质过滤器容器的尺寸的气体分配器的实施例的图像。如图4和5所示，气体分配器包括中央空气通道和流体地连接到并垂直于中央气体通道的多个较小的横向气体通道。中央气体通道可以连接到在再生介质过滤器容器中形成的第二入口，该第二入口被配置为经由气体管线和气阀连接到气体源。每个较小的横向气体通道包括可以将气泡向上引导并进入多个管元件中的多个喷嘴，例如孔。每个较小的横向气体通道的多个喷嘴横跨在中央空气通道的任一侧上的较小的横向气体通道的长度，以确保气泡均匀地分布在涂覆有颗粒介质的全部多个管元件中。气体分配器可以由任何合适的材料例如金属或聚合物制成，只要该材料耐腐蚀。在一些实施例中，该材料可以被特别涂覆，例如用于防水和/或抵抗有机材料积聚。该材料可以被涂覆有例如陶瓷或环氧涂层。
应当注意，虽然图4和5是气体分配器的一个实施例的图像，但是替代实施例被设想。例如，气体分配器可以具有圆形气体通道。气体分配器可以具有同心气体通道。气体分配器可以具有带有多个开口的单一通道。例如，气体分配器可以具有莲蓬头布置。还有其他实施例落入本公开的范围内。
提供到气体分配器以产生气泡的气体可以以连续流或脉冲流提供。由脉冲流生成的气泡在大小、持续时间和/或频率方面可以是随机的。气泡可以以对称或不对称的方式被引入。如在本文所公开的，对称地引入的气泡指从气体分配器将气泡均匀且一致地引入到整个再生介质过滤器容器。不对称地引入的气泡指从气体分配器实质上引入到再生介质过滤器容器的一部分中的气泡。
气体源可以是或包括任何合适的气体源，例如来自机械压缩机或压缩气瓶的压缩气体。可选地或此外，气体源可以是高容量低压气体源，例如离心式鼓风机或类似物。在一般操作中，来自气体源的气体是压缩空气，主要是氮气。在一些实施例中，来自气体源的气体可以包括一种或更多种添加剂，例如消毒剂、抗菌剂或诸如此类。示例性添加剂可以包括过氧化氢蒸汽、臭氧、氨气和氯气。其他添加剂落入本公开的范围内。
在包括本文公开的再生介质过滤器的系统中过滤水的方法可包括以过滤模式操作该系统。通常，过滤模式可包括引导水在第一方向上通过介质过滤器，其被配置为使水与颗粒介质和多孔结构接触。因此，该方法可以包括打开被配置为允许待过滤的水进入系统的进料阀以及打开被配置为允许经过滤的水从系统中流出的最终用途阀。
介质过滤器可能需要定期清洁。随着诸如污垢和碎屑的污染物在多孔结构的表面上积聚，跨介质过滤器容器的入口和出口的压差通常增加。因此，一旦压差达到预定阈值水平，介质过滤器通常被清洁。该方法可包括以过滤模式操作系统，直到再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内。
预定压差值可以与在多孔结构上积聚的衰弱层饼(layer cake)相关联。例如，预定阈值可以与在过滤管上积聚的大约1/8英寸的层饼相关联。在某些实施例中，预定阈值可与在过滤管上积聚的约1/4至1/2英寸的层饼例如有机污染物的层饼相关联。在一些实施例中，预定压差值可以是至少5psi、7psi或10psi。例如，第一预定压差范围可以是约7psi-10psi、10psi-12psi、12psi-15psi、10psi-15psi或至少15psi。
压差通常会对流速具有影响。在一些实施例中，该方法可包括测量流速。除了测量压差之外或代替测量压差，还可以测量流速。压差的变化可以通过测量的流速变化来确定。该方法可以包括以过滤模式操作系统直到测量的流速在预定阈值内。因此，在一些实施例中，该方法可以包括以过滤模式测量通过再生介质过滤器的水的流速。流速可以由流量计测量和显示或以其它方式报告。
卫生部门通常会调节游泳池中水过滤的周转率。例如，卫生部门可能会规定最大的周转率。本文公开的方法可包括操作水过滤系统以具有至多4小时、5小时、6小时、7小时或8小时的水上或休闲的水的周转率。在一些实施例中，待处理的水在水生环境例如水族馆中。例如，在水生用途中，水族馆中的动物例如哺乳动物或鱼类产生需要从水中去除的大浓度的有机物质，例如食物或废物。这些污染物难以用传统的清洗方法去除，且这导致更频繁的管元件清洗，例如通过用压力洗涤机或其他类似地有效的清洗设备手动地清洗多个管元件。手动清洁需要额外的劳动力，并增加过滤器停机时间。
通过介质过滤器过滤的水的流速可能对周转率有影响。根据某些实施例，系统可以以至少阈值流速的流速操作以提供所需的周转率。在此类实施例中，该方法可以包括监视和/或控制流速。该方法可以包括响应于流速低于阈值流速以清洁或排放模式操作系统。
阈值流速可以通过以下方程式计算：
Figure BDA0003319498040000151
其中：
F＝阈值流速(gpm)；
V＝在水源中的水的体积(克)；以及
t＝最大周转时间(分钟)。
该方法可以包括响应于压差在第一预定压差范围内以清洁模式操作系统。该方法还可以包括通过将有效体积的气体引导至多个管元件来以通气模式操作系统，持续足以从多个管元件分离颗粒介质的第三时间段。气体的有效体积或速率一般足以将介质悬浮在容器中的水中。因此，在一些实施例中，该方法可包括测量再生介质过滤器两端的压差。压差可以由压力传感器子系统测量和显示或以其它方式报告。类似地，该方法可包括响应于所测量的流速在预定阈值内以清洁模式和可选地通气模式操作系统。
可以通过将介质和污染物从结构中排出并进入悬浮液来清洁包括诸如
Figure BDA0003319498040000152
的结构的介质过滤器。一旦涂层颗粒重新附着到过滤器结构，清洁过程通常允许过滤器结构接收新的涂层。在再生介质过滤器中，清洁过程可以每天一次、每天两次、隔天或根据需要(取决于在介质过滤器容器两端测量的压差)执行。清洁后，结构可以使用涂层或预过滤过程用介质重新涂覆。重新涂覆的介质过滤器可以重新投入使用。
可以通过气动撞击过程从管元件中清除介质和污染物。气动撞击通常涉及使用诸如压缩空气的气体源以及可充气的气囊或轮胎。可以通过压缩空气阀的致动来使气囊或轮胎充气以机械地升高和降低用介质和污染物涂覆的过滤器结构。升高和降低结构迫使水进入结构，使介质与结构的表面分离并将其送入悬浮液中。悬浮介质沉淀在过滤器容器中。在气动撞击后，结构可以用介质重新涂覆并重新投入使用。
气动撞击机构通常由多个系统组件驱动，包括充气气囊或轮胎、空气压缩机、空气过滤器和用于从气动系统中去除湿气的机构。此外，气动撞击可能需要5到15分钟。有时，气动撞击过程可能会执行15到20分钟。
本文公开的系统和方法可以采用液压清洁过程。液压清洁过程通常采用循环泵和一个或更多个阀在功能上实现水通过结构的反向循环。可致动一个或更多个阀以预定顺序打开或关闭以执行液压清洁过程。来自致动序列的液压效应可以使介质从结构分离并将其送入悬浮液中而不采用显著的机械应力。具体地，液压过程可以从结构有效地去除介质和污染物，同时减小对引入该结构的物理升高和降低的需要。
因此，本文公开的方法可以包括以清洁模式操作系统。在一些实施例中，清洁模式可以包括通过可操作地连接到所述多个管元件的可充气气囊的充气和放气来机械地移动多个管元件。在其他实施例中，清洁模式可以包括在与第一方向相反的第二方向上引导水通过介质过滤器。在第二方向上的水的流动可被配置为将颗粒介质悬浮在水例如经过滤的水中。清洁模式通常可以包括关闭进料阀以阻止水进入系统和关闭最终用途阀以阻止经过滤的水流出系统。可以打开一个或更多个再循环阀以允许经过滤的水通过系统的再循环管线。独立于清洁模式的作用的机制，附着到多个管元件的颗粒介质从管元件分离，并在再生介质过滤器容器内悬浮。
本文公开的方法可包括以通气模式操作系统。通气模式可以在清洁模式之后被使用，以确保任何剩余的颗粒介质从多个管元件分离。在一些实施例中，通气模式可包括将一定体积的气体引导到位于多个管元件下方的气体分配器中以生成被配置成帮助将颗粒介质从多个管元件分离以及将介质悬浮在容器内的水中的气泡，同时确保再生介质过滤器容器在通气期间通风以保持在容器内部的低压力。系统的气阀可以被致动以按预定的顺序打开或关闭以执行通气模式。在一些实施例中，在过滤器容器上的一个或更多个通风口可以打开以在通气模式期间调节在过滤器容器内部的压力。
如本文描述的，通气模式一般出现在清洁模式的一个或更多个循环之后。作为非限制性例子，清洁模式可以被执行一次或更多次，系统在每个清洁模式之后返回过滤模式。在清洁模式在再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内时被采用时，压差读数之间的时间差指示清洁模式的有效性。如果在连续清洁模式的压差读数之间的时间在一短的时间段内，则这可以指示清洁模式是无效的，且因此颗粒介质必须被更换。通气模式可以在清洁模式之后被使用，以确保所有的颗粒介质在颗粒介质的更换之前从多个管元件分离。可选地，在一些情况下，通气模式可以与清洁模式同时出现。作为另一个非限制性例子，通气模式可以出现在用于气动撞击的充气和放气循环期间，例如在每个单独的充气-放气循环或“撞击”之后。作为另一个非限制性例子，通气模式可以在再生介质过滤器容器内的反向再循环期间出现。
系统可以以清洁模式操作，持续足以将再生介质过滤器两端的压差降低到与再生介质过滤器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的时间段。第二预定压差值可以与已经堆积在多孔结构上的层饼的减少或释放相关联。例如，第二预定阈值可与层饼减少到小于约1/16英寸的过滤管上堆积相关联。第二预定压差值可以与过滤管上基本上没有层饼相关联。在一些实施例中，第二预定压差值可以是至少12psi、10psi、7psi、5psi、3psi、2psi或1psi。例如，第二预定压差范围可以是约1psi-3psi、1psi-5psi、5psi-7psi、小于7psi、5psi-10psi、7psi-10psi、小于10psi、10psi-12psi、12psi-15psi或小于15psi。在某些实施例中，第二压差可以比第一压差小至少5psi或至少3psi。在一些情况下，第二预定压差值可能与在过滤管上的层饼的不完全去除相关联。在这个实例中，管元件的进一步清洁可以通过使用位于管元件下方的气体分配器进行通气来实现。在一些实施例中，第三预定压差值可以是至少12psi、10psi、7psi、5psi、3psi、2psi或1psi。例如，第三预定压差范围可以是约1psi-3psi、1psi-5psi、5psi-7psi、小于7psi、5psi-10psi、7psi-10psi、小于10psi、10psi-12psi、12psi-15psi或小于15psi。在某些实施例中，第三压差可以比第二压差小至少5psi或至少3psi。
该方法可以包括响应于压差在第二或第三预定压差范围内以预过滤模式操作系统。因此，在一些实施例中，该方法可包括在清洁模式中测量再生介质过滤器两端的压差。压差可以由压力传感器子系统测量和显示或以其它方式报告。
压差通常会对流速具有影响。在一些实施例中，该方法可包括测量流速。该方法可以包括响应于测量的流速在预定阈值内以预过滤模式操作系统。因此，在一些实施例中，该方法可以包括在清洁模式中测量通过再生介质过滤器的水的流速。流速可以由流量计测量和显示或以其它方式报告。
在其它实施例中，该方法可以包括在足以降低压差的时间段已经过去之后以预过滤模式操作该系统。该时间段可以与压差的历史值相关联。可以预先选择时间段。例如，该方法可以包括预先选择清洁模式中的操作时间段并且编程或设定系统以根据预先选择的时间段操作。在一些实施例中，该时间段可小于约5分钟。例如，该时间段可以小于约2分钟、小于约1.5分钟、小于约1分钟。时间段可以在约0.5-2分钟之间，时间段可以在约40秒和1.5分钟之间。
本文公开的方法可包括以预过滤模式操作系统。预过滤模式可包括引导水在第一方向上通过介质过滤器。预过滤模式可以被配置为用颗粒介质涂覆多孔结构以为过滤模式做准备。预过滤模式通常可以包括以与清洁模式相同的阀配置操作系统，但是反转通过再循环管线的水的方向性。因此，在预过滤模式期间，可以关闭进料阀以阻止水进入系统，并且可以关闭最终用途阀以阻止经过滤的水流出系统。可以打开一个或更多个再循环阀以允许经过滤的水通过系统的再循环管线。
该系统可以以预过滤模式操作足以用颗粒介质涂覆多个管元件的时间段。该时间段可以在约8-15分钟之间。该时间段可以在约8-10分钟、10-12分钟或12-15分钟之间。在以预过滤模式涂覆结构之后，该方法可以包括以过滤模式恢复操作。
在某些实施例中，该方法可包括在致动时以预过滤模式操作系统。在此类实施例中，系统可以在以预过滤模式操作之前装载水或进给水。在足以涂覆结构的时间段之后，该方法可以包括以过滤模式操作系统，如前所述。
周期性地，系统可能需要再生介质过滤器容器的排放。在循环使用期间，如前所述，污染物可以在再生介质过滤器容器内积聚。通过在清洁模式和/或通气模式中操作，可以从多孔结构去除污染物。然而，在清洁模式期间和之后，污染物通常保留在再生介质过滤器容器内，直到再生介质过滤器容器被排放。
因此，本文公开的方法可以包括以排放模式操作系统。排放模式可包括打开在再生介质过滤器容器上的排放阀并排放容器中的水、颗粒介质和污染物。排放模式可以另外包括打开进料阀以漂洗或冲洗再生介质过滤器容器。在一些情况下，本文公开的方法可以包括在以排放模式操作系统之后冲洗再生介质过滤器容器。在排放之后，该方法可以包括更换颗粒介质。
所述方法可包括响应于在过滤模式中的操作的时间段(即，以过滤模式的操作的时间段，直到再生介质过滤器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内)呈下降趋势以清洁模式、通气模式和/或排放模式操作系统。如本文所公开的，呈下降趋势通常可以指接近阈值的时间段。可以估计或预期该时间段在预定时间段内达到阈值。在一些实施例中，呈下降趋势可以指趋于零或接近零。例如，可以估计或预期该时间段在预定时间段内基本上达到零。
在一些实施例中，该方法可包括响应于以过滤模式的操作的时间段距预定阈值小于约4小时、小于约3小时、小于约2小时、小于约1小时或小于约0.5小时以清洁模式、通气模式和/或排放模式操作系统。该方法可包括响应于过滤模式中的操作时间段距预定阈值小于约10分钟、小于约5分钟、小于约2分钟、小于约1分钟、小于约30秒、小于约10秒，或小于约1秒，以排放模式操作系统。预定阈值可以是触发排放模式中的操作的阈值。
所述方法可包括响应于以过滤模式的操作的时间段(即，以过滤模式操作的时间段，直到在再生介质过滤器容器两端的压差在与再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内)小于在先前过滤模式中操作的时间段的50％、小于35％或小于25％以清洁模式、通气模式和/或排放模式操作系统。在一些实施例中，在先前过滤模式中的操作可以指在当前过滤模式之前的过滤模式中的操作。在其它实施例中，在先前过滤模式中的操作可以指在致动时或在排放模式之后在第一过滤模式中的操作。
如前面所述的，可以通过测量再生介质过滤器容器两端的压差和/或水或经过滤的水通过再生介质过滤器的流速来确定以过滤模式操作的时间段。因此，根据一些实施例，该方法可以包括响应于压差和/或流速超过阈值以清洁模式、通气模式和/或排放模式操作系统。类似地，该方法可包括响应于压差和/或流速超过阈值更换颗粒介质。
本文公开的方法可以包括监视系统的状态。例如，该方法可包括监视再生介质过滤器容器内的水、颗粒介质和污染物的状态，包括例如再生介质过滤器内的污染物的浓度。可以通过存储和/或处理再生介质过滤器两端的压差的历史值来监视状态。可以通过存储和/或处理以过滤模式、清洁模式、通气模式和/或排放模式操作的时间段的历史值来监视状态。可以通过存储和/或处理操作过滤模式、清洁模式、通气模式和/或排放模式的频率的历史值来监视状态。可以通过存储和/或处理系统操作的任何时间段的历史值来监视状态(例如，以本文描述的各种模式中的任何模式操作)。可以通过存储和/或处理通过再生介质过滤器的水和/或经过滤的水的流速的历史值来监视状态。
当以过滤模式操作的时间段趋于零时，过滤模式、清洁模式、通气模式和/或排放模式的操作临近。连同排放模式，该方法可包括更换颗粒介质。颗粒介质可由用户或服务提供商更换。因此，随着过滤模式中的操作时间段趋于零，用户或服务提供商可以被告知系统的状态。
在某些实施例中，该方法可以包括在达到过滤模式中的操作的阈值时间段时警告用户或服务提供商需要更换颗粒介质。例如，该方法可包括以过滤模式的操作时间段变得小于约30分钟、小于约15分钟、小于约10分钟或小于约5分钟时警告用户或服务提供商。
该方法可以包括处理和存储与在排放模式中操作的频率的历史值有关的数据并预测颗粒介质的更换时间表。在一些实施例中，该方法可包括警告用户或服务提供商需要在约一周、约72小时、约48小时或约24小时中更换颗粒介质。
可以参考输入信号和输出信号来描述本文公开的操作水过滤系统的方法。该方法可以包括从输入传感器获得第一输入信号。第一输入信号可以包括压差值和流速值中的至少一个。该方法可以包括从第一输入信号获取第一输入值集。
该方法可以包括使用解码器函数对第一输入值集执行至少一次计算以产生输出值集。如前所述，输出值集可以指示水过滤系统的操作。例如，输出值集可以被配置为致动多个阀以引导水通过再生介质过滤器容器，如前所述。
本文公开的任何一种或更多种方法可以由控制器实现。简而言之，控制器可以可操作地连接到压力传感器子系统、最终用途阀、进料阀、第一气阀、第二气阀和至少一个再循环阀。控制器可以被配置为引导水在第一方向上通过再生介质过滤器容器，用于以过滤模式操作第一时间段，直到压力传感器子系统测量出压差在与再生介质过滤器容器的劣化操作相关联的第一预定压差范围中。
图6示出用于操作本发明的显示降低的过滤性能的水过滤系统的控制器逻辑的例子。控制器或用户接口可以被配置成例如当在清洁模式的连续迭代之后压差读数在第一预定压力范围内时向用户或服务提供商警告或通知水过滤系统的状态。控制器或用户接口可以被配置为生成警告，该警告向用户或服务提供商通知过滤模式中的操作时间段趋于零。在某些实施例中，警告可以由实时测量值触发。在其它实施例中，警告可以由系统的预测性能触发。响应于警报，服务提供商可以被呼叫到该位置以更换颗粒介质，这可包括如本文所述的以通气模式操作系统以从多个管元件分离和悬浮颗粒介质，以及以排放模式操作系统以从过滤器容器去除至少部分地悬浮的颗粒介质。因此，本文公开的方法可以提供用于颗粒介质的维护和更换的自动订阅方法。
在一些实施例中，控制器可以被配置为响应于压力传感器测量出压差在第一预定压差范围内，以清洁模式使可充气气囊充气和放气以迫使水进入再生介质过滤器容器，持续足以将压差降低到与再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的预定数量的充气-放气循环。在一些情况下，充气-放气循环的预定数量小于10，例如9、8、7、6、5、4、3、2或1。在特定实施例中，充气-放气循环的数量是6。
在一些实施例中，控制器可以被配置为响应于压力传感器测量出压差在第一预定压差范围中，引导经过滤的水在与第一方向相反的第二方向上通过再生介质过滤器容器，用于在清洁模式中的反向再循环，持续足以将压差降低到与再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段。
在一些实施例中，控制器可以被配置成在通气模式中引导来自气体源的有效体积的气体通过气体分配器以产生被引导到多个管元件中的多个气泡。气体的有效体积可以是从每立方英尺水的每分钟约1立方英尺的气体(cfm/ft3)至5cfm/ft3，例如1cfm/ft3、1.5cfm/ft3、2cfm/ft3、2.5cfm/ft3、3cfm/ft3、3.5cfm/ft3、4cfm/ft3、4.5cfm/ft3或5cfm/ft3。例如，具有110ft3的总体积的再生介质过滤器容器可能需要至少110cfm的有效体积的气体流通过气体分配器以产生气泡。在一些情况下，可以使用高容量低压源例如鼓风机并且以至少300cfm、至少400cfm、至少500cfm或更大的体积产生用于气体分配器的气体。控制器可以被配置成通过打开第一气阀以允许有效体积的气体进入连接到再生介质过滤器容器的第二入口的气体分配器来开始通气模式。通气模式的操作可以在清洁模式之后或在清洁模式期间出现。在一些实施例中，控制器可以被配置成在通气模式期间打开过滤器容器的一个或更多个通风口以调节在过滤器容器内的压力。
在使用中，控制器可以可操作地连接到压力传感器子系统。控制器可以是计算机或移动设备。控制器可以包括触摸板或其它操作接口。例如，可以通过键盘、触摸屏、轨迹板和/或鼠标来操作控制器。控制器可以被配置为在本领域普通技术人员已知的操作系统上运行软件。控制器可以电连接到电源。控制器可以数字连接到压力传感器子系统。控制器可以通过无线连接被连接到压力传感器子系统。例如，控制器可以通过无线局域网(WLAN)或短波超高频(UHF)无线电波连接到压力传感器子系统。控制器还可以可操作地连接到系统内的任何泵或阀，例如，以使控制器能够根据需要启动或终止清洁过程。
控制器可被编程以响应于从压力传感器、流量计或经过的时间段获得的测量值引导水或经过滤的水通过再生介质过滤器。控制器还可以被编程以响应于预测的压差引导水或经过滤的水通过再生介质过滤器。预测压差可以从历史性能数据生成。
控制器可以被配置为响应于由压力传感器测量的压差开启再生介质过滤器容器的清洁模式。在一些实施例中，控制器可以被配置为在阈值压差下致动清洁过程。阈值压差可与介质过滤器容器的劣化操作相关联。例如，阈值压差可以是5psi、7psi、10psi、12psi或15psi。
控制器还可以被配置为在清洁过程完成时致动介质过滤器容器的恢复操作。控制器可以被配置为在第二阈值压差下重新致动过滤。第二阈值压差可与介质过滤器容器的恢复操作相关联。例如，第二阈值压差可以是12psi、10psi、7psi、5psi、3psi、1psi或小于1psi。通常，第二阈值压差低于第一阈值压差。第二阈值压差可以比第一阈值压差低1psi、3psi、5psi或10psi。
控制器可以被配置为响应于由压力传感器测量的压差而开启再生介质过滤器容器的通气模式。通气模式可以在清洁模式之后出现或者与清洁模式同时出现。在一些实施例中，控制器可以被配置为在阈值压差下开启清洁模式。阈值压差可与介质过滤器容器的劣化操作相关联。例如，阈值压差可以是5psi、7psi、10psi、12psi或15psi。
为了引导水和经过滤的水通过系统，并致动一种或更多种操作模式，控制器可以基于输入值执行至少一种计算以生成指示性能的输出值。例如，控制器可以可操作地连接到输入传感器，该输入传感器被配置为生成输入值集并向控制器传输输入值集。输入传感器可以包括例如压差传感器和/或流量计。此外，控制器可以可操作地连接到包括多个阀的输出设备。控制器可以响应于由控制器生成的输出值集将输出信号传输到要被致动的多个阀。
为了生成输出信号，控制器可以包括耦合到存储来自输入值集的数据的存储器设备的系统处理器。如前所述，存储器设备可以是内部存储器设备、外部存储器设备或基于云的存储器设备。控制器可以被配置为执行解码器函数，该解码器函数被配置为对系统处理器进行编程以从输入值集接收数据并向解码器函数提供输入值集，并且使用解码器函数对输入值集执行至少一次计算以生成输出值集。
根据本文所述的方法，输出值集然后可以被配置为根据本文描述的方法致动多个阀以引导水或经过滤的水通过再生介质过滤器容器。
该方法还可以包括从用户接口获得第二输入信号，该第二输入信号包括用户选择的参数。因此，第二输入信号可包括选定阈值压差、选定阈值流速、选定阈值第一时间段和选定阈值第二时间段中的至少一个。该方法还可以包括从第二输入信号获取第二输入值集。该方法还可以包括使用解码器函数对第二输入值集执行至少一次计算以产生输出值集。
在某些实施例中，控制器可以可操作地连接到用户接口。用户接口能够接受来自用户的输入信号。此外，用户接口可以能够向用户传输输出信号。用户接口可以被配置为响应于第一时间段趋于零来向用户或服务提供商警告系统的状态。因此，在一些实施例中，该输出值集还可以被配置为响应于第一时间段趋于零来向用户或服务提供商警告系统的状态。
用户接口可以被配置为根据用户提供的输入信号生成用户选择的值集。用户选择的值集可以与阈值压差、阈值流速、阈值第一时间段和阈值第二时间段中的至少一个相关联。存储器设备可以存储来自用户选择的值集的数据。解码器函数还可以被配置为对系统处理器进行编程以从用户选择的值集接收数据并向解码器函数提供用户选择的值集以训练解码器函数。因此，控制器可以被配置为根据用户设定的阈值来操作系统。
在某些实施例中，该方法可以包括获得预测信号。预测信号可以包括时间段预测信号，例如，与在至少一种操作模式中的操作时间段相关联的预测信号。该方法可以包括从预测信号获取预测值集并用来自预测信号的数据训练解码器函数。
根据某些实施例，控制器可以可操作地连接到预测信号处理器，该预测信号处理器被配置为生成与预测信号相关联的预测值集。预测值集可以被配置为预测至少一个操作时间段。存储器设备可以存储来自预测值集的数据。解码器函数还可以被配置为对系统处理器进行编程以从预测信号处理器接收数据并向解码器函数提供预测值集以训练解码器函数。
因此，随着时间推移，控制器可以识别和/或学习操作水过滤系统的方法的趋势。控制器然后可以指示系统根据操作趋势进行操作。控制器可以另外向用户或服务提供商通知操作趋势。
根据另一方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质通常可以具有存储在其上的定义指令的计算机可读信号，该指令作为由控制器执行的结果，指示控制器执行本文公开的操作水过滤系统的方法。
因此，非暂时性计算机可读介质可以指示控制器执行包括下列动作的方法：接收与系统的状态(例如压差或流速)相关联的输入信号并且生成被配置为操作该系统(例如，致动多个系统阀)的输出信号，如前所述。
在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质可以指示控制器执行包括生成输出信号的动作的方法，该输出信号被配置为响应于第一时间段趋于零向用户或服务提供商警告系统的状态，如前所述。在某些实施例中，输出信号还可以被配置为响应于第一时间段趋于零而使再生介质过滤器进行排放。如前所述，输出信号可以被配置为响应于系统的预测性操作警告用户或服务提供商和/或使介质过滤器进行排放。
示例
预言性示例–清洁和通气模式
用于清洁包括被吸附到展示降低的过滤性能的多个管元件上的颗粒介质的水过滤系统的操作顺序可以包括以清洁模式和/或通气模式操作水过滤系统。当在水过滤系统的过滤器容器的入口和出口处的压力传感器之间的压差在具有在10psi至15psi之间的阈值的第一预定压差范围内时，可以开启清洁模式。清洁模式可以被执行足以从多个管元件分离和悬浮颗粒介质的一段时间，例如少于15分钟。在清洁之后，可以通过在足以用颗粒介质涂覆多个管元件的一段时间例如少于15分钟期间使水流反向通过再生介质过滤器来开始预过滤模式。在多个管元件被涂覆有颗粒介质之后，水处理系统可以返回到过滤模式。
当在预过滤模式之后的过滤模式中时，如果过滤器容器的入口和出口处的压差在较短的时间段例如少于1天达到10psi至15psi阈值范围，水过滤系统可以向用户或服务提供商发送警报以通知他们在清洁模式之后压差已经超过操作阈值。用户或服务提供商可以开启通气模式以使容器恢复到可接受的过滤性能。通气模式可包括在过滤器容器中以每立方英尺水1立方英尺气体(cfm/ft3)的有效体积向气体分配器输送气体以产生气泡，该气泡在搅动多个管元件和从多个管元件分离颗粒介质方面给予帮助。分离的颗粒介质可以从过滤器容器被排出并更换。水过滤系统然后可以以预过滤模式操作，持续足以用新的颗粒介质涂覆多个管元件的一段时间例如少于15分钟。在多个管元件被涂覆颗粒介质之后，水处理系统可以返回到过滤模式。
图6描绘了用于操作本发明的水过滤系统的控制器逻辑，该水过滤系统显示如在预言性示例1中所述的降低的过滤性能。
本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。如本文所用，术语“多个”是指两个或更多个项目或组件。术语“包括”、“包括了”、“携带”、“具有”、“包含”和“涉及”，无论是在书面说明还是权利要求等中，都是开放式术语，即表示“包括但不仅限于”。因此，此类术语的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等价物，以及附加项目。对于权利要求，仅过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭或半封闭的过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等顺序术语来修饰权利要求要素，本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先、优先级或顺序或方法的动作被执行的时间顺序，但仅用作标签以将具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称(仅为了序数项的使用)的另一个要素区分开来以区分权利要求要素。
这样描述了至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域中的技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。在任何实施例中描述的任何特征可以被包括在任何其他实施例的任何特征中或者替代任何其他实施例的任何特征。这样的改变、修改和改进被规定为本公开的一部分，并且被规定为在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅作为示例。
本领域技术人员应当理解，本文描述的参数和配置是示例性的，并且实际参数和/或配置将取决于所公开的方法和材料在其中使用的具体应用。本领域技术人员还应该认识到或能够仅使用常规实验来确定所公开的特定实施例的等效物。

Claims (55)

1.一种水过滤系统，包括：
再生介质过滤器容器，其包括：
第一入口，其流体地可连接到包含待过滤的水的进料源；
第一出口，其流体地可连接到被配置为接收经过滤的水的最终用途部；
第二入口，其流体地可连接到第一气体源；以及
第二出口，其流体地可连接到排放管；
管板，其包括多个管元件；
气体分配器，其流体地连接到所述第二入口，所述气体分配器位于所述多个管元件下方；
以及颗粒介质；
滤液管线，其具有流体地可连接到所述再生介质过滤器容器的所述第一出口的入口和流体地连接到所述最终用途部的出口；
进料管线，其具有流体地可连接到所述进料源的入口和流体地连接到所述再生介质过滤器容器的所述第一入口的出口；
气体管线，其具有流体地可连接到所述第一气体源的入口和流体地连接到所述再生介质过滤器容器的所述第二入口的出口；
至少一个泵，其被配置为引导水通过所述水过滤系统。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括具有可连接到第二气体源的入口的可充气气囊，所述可充气气囊操作地连接到所述管板并被配置成在充气和放气时机械地搅动在所述再生介质过滤器容器内的所述管板。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一气体源和所述第二气体源是相同的。
4.根据权利要求1所述的水过滤系统，还包括具有流体地连接到所述再生介质过滤器容器的入口和出口的再循环管线。
5.根据权利要求1所述的水过滤系统，还包括被配置为测量在所述再生介质过滤器容器两端的压差的压力传感器子系统，所述压力传感器子系统包括入口压力传感器和出口压力传感器。
6.根据权利要求1所述的水过滤系统，还包括位于所述滤液管线上并被配置为允许所述经过滤的水到达所述最终用途部的最终用途阀。
7.根据权利要求1所述的水过滤系统，还包括位于所述进料管线上并且被配置为允许水到达所述再生介质过滤器容器的进料阀。
8.根据权利要求1所述的水过滤系统，还包括位于所述气体管线上并且被配置成允许气体到达所述气体分配器的第一气阀。
9.根据权利要求2所述的水过滤系统，还包括位于所述气体管线上并且被配置成允许气体到达所述可充气气囊的第二气阀。
10.根据权利要求4所述的水过滤系统，还包括位于所述再循环管线上并且被配置为允许所述待过滤的水和所述经过滤的水中的至少一个通过所述再循环管线的至少一个再循环阀。
11.根据权利要求2-10中的任一项所述的水过滤系统，还包括可操作地连接到所述压力传感器子系统、所述最终用途阀、所述进料阀、所述第一气阀、所述第二气阀和所述至少一个再循环阀的控制器，所述控制器被配置为引导水在第一方向上通过所述再生介质过滤器容器来以过滤模式操作第一时间段，直到所述压力传感器子系统测量出压差在与所述再生介质过滤器容器的劣化操作相关联的第一预定压差范围中。
12.根据权利要求11所述的水过滤系统，其中，所述控制器被配置为：响应于所述压力传感器测量出所述压差在所述第一预定压差范围内，以清洁模式使所述可充气气囊充气和放气以迫使水进入所述再生介质过滤器容器，持续足以将所述压差降低到与所述再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的预定数量的充气-放气循环。
13.根据权利要求11所述的水过滤系统，其中，所述控制器被配置为：响应于所述压力传感器测量出所述压差在所述第一预定压差范围中，引导所述经过滤的水在与所述第一方向相反的第二方向上通过所述再生介质过滤器容器，用于以清洁模式进行反向再循环，持续足以将所述压差降低到与所述再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段。
14.根据权利要求11所述的水过滤系统，其中，所述控制器被配置为响应于所述压力传感器测量出所述压差在所述第二压差范围内，将有效体积的气体从所述第一气体源引导至所述气体分配器以在通气模式中产生多个气泡。
15.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，所述气泡在所述预定数量的充气-放气循环之后生成。
16.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，所述气泡在所述反向再循环之后生成。
17.根据权利要求11所述的水过滤系统，其中，所述第一预定压差范围在约10psi和约15psi之间。
18.根据权利要求12-14中的任一项所述的水过滤系统，其中，所述第二预定压差范围在约7psi和约12psi之间。
19.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，输送到所述气体分配器的所述有效体积的气体是连续流。
20.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，输送到所述气体分配器的所述有效体积的气体是脉冲流。
21.根据权利要求20所述的水过滤系统，其中，所述脉冲流在大小、频率和/或持续时间方面是随机的。
22.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，所述气体分配器被配置成产生对称气泡。
23.根据权利要求14所述的水过滤系统，其中，所述气体分配器被配置成产生不对称气泡。
24.一种在包括再生介质过滤器的系统中过滤水的方法，所述方法包括：
通过引导待过滤的水在第一方向上通过所述再生介质过滤器以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触持续第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，来以过滤模式操作所述系统持续第一时间段，直到在所述再生介质过滤器两端的压差在与所述再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内；
响应于所述压差在所述第一预定压差范围内，以清洁模式操作所述系统，持续足以将在所述再生介质过滤器两端的压差降低到与所述再生介质过滤器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段；
以通气模式操作所述系统，所述通气模式包括将有效体积的气体引导至所述多个管元件，持续足以从所述多个管元件分离所述颗粒介质的第三时间段；
在所述清洁模式之后，通过使水流反向通过所述再生介质过滤器来以预过滤模式操作所述系统，持续足以用所述颗粒介质涂覆所述多个管元件的第四时间段；
以排放模式操作所述系统，所述排放模式包括打开排放阀；以及
在所述排放模式之后以所述过滤模式操作所述系统。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括以所述过滤模式或所述清洁模式测量在所述再生介质过滤器两端的压差。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述清洁模式包括通过所述多个管元件的机械运动分离所述颗粒介质。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，通过所述多个管元件的机械运动分离所述颗粒介质出现在所述通气模式之前。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述清洁模式包括通过在与所述第一方向相反的第二方向上引导水通过所述再生介质过滤器来分离所述颗粒介质。
29.根据权利要求29所述的方法，其中，在与所述第一方向相反的第二方向上引导水通过所述再生介质过滤器出现在所述通气模式之前。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括响应于所述第一时间段呈下降趋势，以所述通气模式操作所述系统。
31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二时间段小于约15分钟。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述第二时间段小于约5分钟。
33.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一预定压差范围在约10psi和约15psi之间。
34.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二预定压差范围在约5psi和约10psi之间。
35.根据权利要求24所述的方法，还包括响应于所述第一时间段呈下降趋势，以所述排放模式操作所述系统。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括在以所述排放模式操作所述系统之后冲洗所述再生介质过滤器容器。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括在冲洗所述再生介质过滤器容器之后更换所述颗粒介质。
38.一种非暂时性计算机可读介质，其具有存储在其上的定义指令的计算机可读信号，作为由控制器执行的结果，所述指令指示所述控制器执行操作水过滤系统的方法，所述方法包括下面的动作：
接收表示再生介质过滤器两端的压差值和流速值中的至少一个的输入信号；以及
生成被配置为响应于所述输入信号致动多个阀的输出信号，所述输出信号被配置为：
通过引导待过滤的水在第一方向上通过所述再生介质过滤器以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触持续第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，来以过滤模式操作所述系统持续第一时间段，直到在所述再生介质过滤器两端的压差在与所述再生介质过滤器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内，
响应于所述压差在所述第一预定压差范围内，以清洁模式操作所述系统，持续足以将在所述再生介质过滤器两端的压差降低到与所述再生介质过滤器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段，以及
响应于所述压差在所述第二预定压差范围内，以通气模式操作所述系统，持续足以从所述多个管元件分离所述颗粒介质并将所述介质悬浮在所述过滤器中的水中的第二时间段。
39.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中操作所述水过滤系统的方法还包括下列动作：
生成被配置为响应于所述第一时间段呈下降趋势向用户或服务提供商警告所述系统的状态的输出信号。
40.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述清洁模式包括通过所述多个管元件的机械运动分离所述颗粒介质。
41.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述清洁模式包括通过在与所述第一方向相反的第二方向上引导水通过所述再生介质过滤器来分离并悬浮所述颗粒介质。
42.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述输出信号还被配置为响应于所述第一时间段呈下降趋势使所述再生介质过滤器进行排放。
43.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述输出信号还被配置为：
在所述第二时间段之后引导水在所述第一方向上通过所述再生介质过滤器，以进行再循环，持续足以用颗粒介质涂覆在所述再生介质过滤器内的所述多个管元件的第三时间段；以及
在所述第三时间段之后，引导水在所述第一方向上通过所述再生介质过滤器，以进行过滤，持续第四时间段，直到所述压差的值在所述第一预定压差范围内。
44.根据权利要求43所述的非暂时性计算机可读介质，其中，操作所述水过滤系统的所述方法还包括下列动作：
生成被配置为响应于所述第四时间段小于所述第一时间段的25％向用户或服务提供商警告所述系统的状态的输出信号。
45.根据权利要求44所述的非暂时性计算机可读介质，其中，操作所述水过滤系统的所述方法还包括下列动作：
生成被配置为响应于所述第四时间段小于所述第一时间段的50％向用户或服务提供商警告所述系统的状态的输出信号。
46.根据权利要求43-45中的任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述输出信号还被配置为在所述第四时间段之后使所述再生介质过滤器进行排放。
47.一种用于水过滤系统的控制器，所述水过滤系统包括再生介质过滤器容器，所述再生介质过滤器容器具有流体地可连接到进料源的入口和流体地可连接到最终用途部的出口，所述再生介质过滤器容器容纳管板和颗粒介质，所述管板包括多个管元件，
所述控制器可操作地可连接到包括压力传感器子系统和流量计中的至少一个的输入传感器，所述输入传感器被配置为生成与在所述再生介质过滤器容器两端的压差和流速中的至少一个相关联的输入值集；
所述控制器可操作地可连接到包括多个阀的输出设备，所述多个阀被配置为响应于由所述控制器生成的输出值集被致动；
所述控制器包括耦合到存储来自所述输入值集的数据的存储器设备的系统处理器，所述控制器被配置为执行解码器函数，所述解码器函数被配置为对所述系统处理器编程以：
从所述输入值集接收所述数据并向所述解码器函数提供所述输入值集；以及
使用所述解码器函数对所述输入值集执行至少一次计算以生成所述输出值集，所述输出值集被配置为：
以过滤模式致动所述多个阀以引导待过滤的水在第一方向上通过所述再生介质过滤器，以通过与附着到多个管元件的颗粒介质接触第一时间段来过滤水以产生经过滤的水，直到所述再生介质过滤器两端的压差在与所述再生介质过滤器容器的劣化操作相关联的第一预定压差范围内，
响应于所述压差的值在所述第一预定压差范围内，以清洁模式致动所述多个阀，持续足以将所述压差降低到与所述再生介质过滤器容器的恢复操作相关联的第二预定压差范围内的第二时间段，以及
响应于所述压差在所述第二预定压差范围内，在所述第二时间段之后以通气模式致动所述多个阀，持续足以从所述多个管元件分离所述颗粒介质的第二时间段。
48.根据权利要求47所述的控制器，其中，所述清洁模式包括通过所述多个管元件的机械运动分离所述颗粒介质。
49.根据权利要求47所述的控制器，其中，所述清洁模式包括通过在与所述第一方向相反的第二方向上引导水通过所述再生介质过滤器来分离和悬浮所述颗粒介质。
50.根据权利要求47所述的控制器，其中，所述控制器可操作地可连接到被配置为响应于所述第一时间段呈下降趋势向用户或服务提供商警告所述系统的状态的用户接口。
51.根据权利要求50所述的控制器，其中，所述用户接口被配置为生成与阈值压差、阈值流速、阈值第一时间段和阈值第二时间段中的至少一个相关联的用户选择的值集，
所述存储器设备存储来自所述用户选择的值集的数据，以及所述解码器函数还被配置为对所述系统处理器编程以接收来自所述用户选择的值集的所述数据并向所述解码器函数提供所述用户选择的值集以训练所述解码器函数。
52.根据权利要求47所述的控制器，其中，所述输出值集还被配置为：
在所述第二时间段之后致动所述多个阀以引导水在所述第一方向上通过所述再生介质过滤器，用于再循环，持续足以用所述颗粒介质涂覆所述多个管元件的第三时间段；以及
在所述第三时间段之后致动所述多个阀以引导水在所述第一方向上通过所述再生介质过滤器用于过滤，持续第四时间段，直到所述压差的值在所述第一预定压差范围内。
53.根据权利要求48所述的控制器，其中，所述输出值集还被配置为响应于所述第一时间段呈下降趋势致动所述多个阀以使所述再生介质过滤器容器进行排放。
54.根据权利要求47-53中的任一项所述的控制器，还可操作地可连接到被配置为生成与预测信号相关联的预测值集的预测信号处理器，所述预测值集被配置为：
预测被配置为生成与预测信号相关联的预测值集的预测信号处理器；
其中，所述存储器设备存储来自所述预测值集的数据，以及所述解码器函数还被配置为对所述系统处理器编程以接收来自所述预测信号处理器的数据并向所述解码器函数提供所述预测值集以训练所述解码器函数。
55.根据权利要求54所述的控制器，其中，所述预测值集被配置为预测所述第一时间段、所述第二时间段、所述第三时间段和所述第四时间段中的至少一个。
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