JP2012526657A - 内蔵型携帯用多モード水処理システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第61/216,165号(2009年5月14日出願、名称「Self−Contained Portable Water Treatment Apparatus and Methods with Automatic Selection and Control of Treatment Path」)に基づく、米国特許法第119条による優先権を主張する。該出願は、参照により本明細書に引用される。
本発明は、水処理の分野に関し、その好ましい実施形態において、より具体的には、種々の種類の汚染物質を除去して飲料水を生産するように、水を処理するための内蔵型の携帯用自動装置および方法に関する。
世界の大部分では、清潔で安全な飲用水の不足が主要な問題であり、飲料水の確実な供給源の必要性が、人口全体の生存において最も重要な要因のうちの1つである。水が利用可能である時でさえも、それは汚染されており、使用するために安全ではない可能性が高い。一般的な汚染物質は、混入大型破片、混入粒子破片、懸濁固形物、塩、油、揮発性有機化合物(VOC)、および他の化学物質、ならびに生命体および他の病原体を含む。安全に使用できる前に処理を必要とする異なる水源は、これらの一般的な汚染物質のうちの種々のものを含み得るか、またはそれらの全てを含む場合がある。異なる水源の中で見出される汚染物質の大幅な変動は、従来技術で公知であり、使用されている処理システムの設計を、ケースバイケースの過程または万能の過程にしてきた。予測された原水源を反映する選択された汚染物質のみを除去するように、いくつかの処理モジュールを伴って設計および構築された処理システムは、源水中の汚染物質を変化させる自然または人為的災害が発生した時等の、さらなる汚染物質が永久的または断続的に源水に導入された場合に、効果的に水を処理することができない。実際に存在するか否かにかかわらず、全てのあり得る汚染物質の除去のために源水を処理するように設計されている万能処理システムは、実際に存在する汚染物質のみを処理するシステムよりも、構築、操作、および維持することが相当高価となり得る。
図4A−4Eは、図1−3のシステム10のサブシステム、要素、制御システム構成要素、および他の装置の一実施形態、ならびに過渡、通常、および逆洗の動作モード中の処理過程水流の実質的により詳細な説明図を描写する。
図1−3のシステム10の実施形態と同様に、システム110は、ポンプ126を損傷するほど大きい破片、大型粒子状物質、および他の物体の進入を防止することができる随意的な破片ストレーナ120を有し得、それにより、源水がそのような破片または物体を含有し得ると操作者が考える場合に、操作者は、導管サブシステム116への入力114において、流入源水流経路の中に手動で配置することができる。好適なストレーナ120は、自動洗浄破片ストレーナである。
システム110を使用して処理されるほとんどの原水源は、水に存在する油の量が他の過程要素によって除去されない程度まで油によって汚染されていないことが予測されるので、油・水分離器124は、システム110の随意的な構成要素であり得る。しかしながら、油・水分離器要素124の含有は、コントローラ112に、導管サブシステム16の中の弁28を通して油・水分離器24まで源水を方向付けさせて、導管サブシステム116の一次水経路の中へ方向転換する前に、水から源水の中の油を分離することによって、処理システム110に含まれ得る。
例えば、自己清浄式自動スクリーンフィルタ等のストレーナ122は、油・水分離器124の下流にある導管サブシステム116に流体連結され得る。ストレーナ要素122は、物理的障壁としての役割を果たして、水流を潜在的に阻止し、濾過媒体を詰まらせ、および/またはそうでなければ、処理過程を妨害し得る粒子サイズの固形物を捕捉し、下流処理要素に進入する水から除去する。粒子センササンプル点SP208または濁度センササンプル点(図示せず)は、処理されている水が所定の閾値よりも大きい破片または粒子を含有するかどうかに関して、情報をコントローラ112に提供するために、ストレーナ122の上流に位置し得る。閾値が満たされる場合、コントローラ112は、弁121を作動させる信号を送信し、ストレーナ要素122を通して処理中の水を方向付ける。ストレーナ122による粒子状物質の除去後、部分的に処理された水は、好適な弁123、例えば、逆止め弁を通して一次水流経路に戻され得る。拒絶された水流は、導管204を通して源水に戻されるか、またはそうでなければ、適正に処分される。閾値粒子値が満たされない場合、弁121は、処理中の水がストレーナ122を迂回することを可能にするように、コントローラ112によって位置付けられる。圧力センサ209は、圧力を測定し、流量センサ211は、ストレーナ122の下流にある導管116の中の水の流量を測定する。好ましくは、ストレーナ122は、原水から約100ミクロン以上の粒子を除去するように選択される。これは、過程効率を向上させ、必要とされるフィルタ逆洗の頻度を低減するために、混合媒体フィルタ要素140a〜140cに到達する粒子のサイズを制御する。
処理中の水は次に、一次酸化のために一次接触タンク130に移動する。一次酸化は、処理中の水にオゾンを注入することによって行われ、システム110の全ての動作構成において行われる。一次接触タンクの中の水位は、レベルセンサ210によって監視されてもよく、レベルセンサ210によってコントローラ112に提供されるフィードバックに基づいて、流量制御弁131を調整することによって制御される。レベルセンサ210がより多くの水に対する要求信号をコントローラに送信すると、一次酸化タンクまたは一次接触タンク130の中の所定の水位を維持するために、流量制御弁131の位置および水源ポンプ126の出力が調整される。溢れた廃棄物は、導管200を通して原水源に送り返されるか、そうでなければ適正に処分される。オゾンは、供給ポンプ136によって同じタンクから引き出された水を使用して、一次接触タンク130に注入され、オゾン注入器132を通して方向付けられてもよい。オゾンは、好ましくは、オゾン発生器134によって、オゾン注入器132に供給される。図4Aで描写されるように、注入器132に供給されるオゾンの量は、一次接触タンク130の下流の処理過程フローにおいて溶解オゾンサンプル点212で得られる溶解オゾン測定値に基づいて、オゾン流量制御弁133によって制御され得る。コントローラは、SP212に連結されるオゾンセンサから入力信号を受信し、オゾン流量制御弁133への制御信号を生成する。一次接触タンク130の下流のオゾンの濃度が所定の範囲内ではない場合、必要に応じて、オゾン注入の速度を増加または減少させるように、信号がコントローラによって送信される。オゾン注入の速度は、流量計135によって測定され得る。一次接触タンク130は、好ましくは、処理中の原水にオゾンを注入するために必要とされるエネルギーの量を削減する重力シリンダ(非加圧)である。
供給ポンプ136は、一次接触タンク130の下流に位置し得る。供給ポンプ136は、2つの主要な目的を果たす。それは、ほとんどの動作状況の下で、残りのシステム要素および一次接触タンク130の下流にある他の装置を通して、部分的に処理された水を送達するために使用される一次ポンプであり、ならびにオゾン注入器132に水を方向付けるために使用される。圧力センサ214、流量センサ216、および流量センサ210からの入力は、供給ポンプ136の出力を制御するためにコントローラ112によって使用される一次入力である。
図4Bに描写されるように、一次酸化後に、部分的に処理された水は、処理過程における次のステップとして、複数の混合媒体フィルタ要素、例えば、要素140a〜140cを通って流れてもよい。これらの処理要素において使用されるフィルタ媒体は、典型的には、一般的に使用されている材料(例えば、無煙炭、砂、およびガーネット)の混合物を含む。これらの混合媒体フィルタ要素は、後続の処理ステップ(単数または複数)前に部分的に処理された水から、約0.5ミクロン〜1ミクロンより大きい粗い粒子を物理的に除去する。好ましくは、混合粒状媒体フィルタは、固形物のより重厚な蓄積に耐えることができ、膜フィルタと比較して固形物のより効率的な捕捉および解放を示すので、複数の膜フィルタ要素、例えば、要素142a〜142gの前に使用される。したがって、膜フィルタ要素の前に混合媒体フィルタを配置することは、膜フィルタ要素の汚染を低減し、膜フィルタの処理能力を延長する。混合媒体フィルタのための逆洗水量も、膜フィルタより少ないので、混合媒体フィルタにおいて固形物を捕捉することは、頻繁な膜フィルタ逆洗によって無駄に失われる処理水を少なくする。
図4Bにおいて描写されるように、複数の膜フィルタ要素、例えば、要素142a〜142gでは、例えば、サイズが約0.1ミクロンまでの部分的に処理された水の中の任意の残留非溶解懸濁固形物が除去される。限定的に、溶解汚染物質のうちのいくつかも除去され得る。粒子カウンタによる粒子特性(サイズおよび数)、またはSP222における濁度計(図示せず)による濁度、およびSP220における酸化還元電位(「ORP」)の測定値は、すでに部分的に処理された水をさらに処理するために、膜フィルタ要素142a〜142gが必要とされるかどうかを決定するために使用される。粒子数および/または濁度が所定の閾値を上回る場合、コントローラは、膜フィルタ要素を通して部分的に処理された水を方向付けるために、好適な弁145を起動する。粒子数および/または濁度が所定の閾値を下回る場合、膜フィルタ要素142a〜142gは迂回される。可能な場合に膜フィルタ要素を迂回することは、膜濾過要素にわたって圧力を維持することと関連付けられるエネルギー消費を削減するだけでなく、膜自体の耐用年数を延長する。
図4Cにおいて描写されるように、活性炭処理サブシステムは、並列構成で構成される活性炭要素144aおよび144b等の複数の活性炭フィルタ要素を含み得る。各要素は、典型的には、粒状活性炭を含有する容器である。活性炭要素は、膜フィルタ要素によって除去可能である任意の粗い汚染物質から粒状活性炭を保護するために、膜フィルタ要素142a〜142gの下流に位置する。これは、不必要な汚染から活性炭フィルタ要素144aおよび144bを保存し、部分的に処理された水に残留する殺虫剤、工業用溶剤、および潤滑剤等の、有機化合物および/または他の溶解化学化合物を除去するために、それらを確保しておく。活性炭要素は、粒状活性炭によって物理的に吸収されるこれらの種類の汚染物質の通過に対する障壁を提供する。
わずかに半塩水から海水の塩分にまで及ぶ濃度で、原水供給が溶解塩を含有し得るので、システムはまた、逆浸透サブシステムをも含む。逆浸透処理要素は、圧力下で動作するので、かなりコンパクトな設置面積を有し、溶解化合物である汚染物質の最も幅広い範囲に対処する。ほとんどの使用法の下で、逆浸透処理要素は主に、部分的に処理された水から溶解化合物を除去するために使用されることが予測される。
逆浸透サブシステムにおける処理後には、事実上全ての汚染物質が処理水から除去されている。しかしながら、部分的に処理された水は依然として、上流処理要素において除去または破壊されなかった病原性微生物、および毒性となり得る微量の低分子量化合物を含有する場合がある。これらの汚染物質に対処するために、システムは、処理水に最終硬度酸化/消毒処理過程を受けさせる最終接触酸化/UV要素160を含み得る。ベンチュリ167が、要素160の上流にある一次水流導管の中へ連結され、要素160に進入する水が一定圧力に維持されるが、最小流量を上回る可変流量で維持されるように、圧力調節器168はベンチュリ167と並列している。コントローラは、弁244を調整して、ベンチュリ167の中へのオゾンの流量を調節し得る。流量計239は、オゾン注入器の中へのオゾンの流量を測定する。
システム110について上記で説明された装置は、好ましくは、最大の携帯性のために極めてコンパクトな配設で配置および接続される。図5で描写されるように、水処理システムの実施形態は、好ましくは、その支持構造および保護環境としての機能を果たす標準サイズの運送用コンテナ500内で収納、運送、および操作されるように包装され得る。運送用コンテナ500は、システム操作、観察、維持、および修復のためのアクセス点を可能にするために、戦略的にコンテナの中に位置するドア502a〜502r等のアクセスパネルまたはドアを追加することによって修正され得る。コンテナはまた、壁の構造強度を増加させて、ドアの追加に起因する構造強度の損失を補うために、補足隔壁を追加することによって修正される。装置の重量は、遠隔の場所への運送を可能にするように管理される。可能な輸送モードは、商用トラック、ヘリコプター、および空中投下配備を含む。
図6A−6Bは、図4A−4Eで描写されたシステム110と関連して説明される、種々の加工モード、条件、およびセンサ入力データ下でのシステム110の操作に使用される、センサ入力およびコントローラ出力信号の描写を含み、コントローラ110と種々のセンサとの間の相互作用および依存性、および水処理システムの中の作動手段を説明する、過程フロー制御論理をより詳細に描写する決定図である。
システム装置の実施形態は、所定の起動シーケンスを行うようにコントローラ112をプログラムする、アプリケーションソフトウェアの適用を含む。起動シーケンスの目的は、付加的な処理サブシステムおよび要素がオンラインにされる前に、安全かつ系統的に、かつ、各主要処理サブシステムおよび要素が適正に機能し安定しているという確認を可能にする過程において、システム110が起動されることを確実にすることである。起動シーケンスはまた、貯蔵タンクに進入することが許可されるか、または最終利用者の消費のために提供される前に、人間が消費するための必要水質仕様を処理水が満たしていることも検証する。
起動中、コントローラ112は、水源ポンプ126を起動し、定常状態条件に達するまで、全ての原水が油・水分離器124および粒子状物質ストレーナ122を通して方向付けられることを要求するように、システムを構成する。いったん定常状態条件に達すると、コントローラ112ならびに関連システムセンサおよび機器は、コントローラによって実行されるアプリケーションソフトウェアによって行われる決定に基づいて、これらの要素が依然として必要とされるかどうかを決定する。同時に、コントローラ112は、所定のレベルの溶解オゾンがサンプル点(SP)212によって測定されるように確立されるまで、一次接触器130およびオゾン注入器制御弁133を通して処理中の水を再循環させるように、一次接触器タンク130およびサービスポンプ136を構成する。この時、コントローラ112は、混合媒体フィルタ要素140a、140b、および140cをオンラインにし、それらを処理中の水に対する既存の再循環ループに追加するように、システム110を構成する。処理中の水の濁度が、SP213において測定される際に、所定の閾値に達すると、コントローラは、膜フィルタ要素142aから142gをオンラインにし、処理中の水に対する再循環ループを増大させ続けるように、システムを構成する。処理中の水のTOCレベルまたは同等のパラメータが、SP228において測定される際に、所定の閾値に達すると、コントローラ112は、システムにおいて活性炭フィルタ要素144aおよび144bをオンラインにし、それらを処理中の水の再循環ループに追加するように、システムを構成する。処理中の水のTOCレベルが、SP240において測定される際に、所定の閾値に達すると、コントローラは、逆浸透要素150A1から150B2を再循環ループに追加することによって、これらの要素をオンラインにするようにシステムを構成する。逆浸透要素から退出する水が定常状態条件に達した後、次いで、コントローラ112は、最終接触酸化/UV容器160をオンラインにし、それを再循環ループに含み得る。この時、システム全体は、再循環モードで動作し、操作者が全ての主要要素の適正な動作を確認することを可能にする。この最終段階が定常条件に達し、処理水が人間の消費のために安全と確認された後、システム110は、起動シーケンスを終了して通常動作モードを開始し、人間が消費するための清浄水を供給する。
図7A−7Bは、通常動作モードでの図4Aから4Eのシステム110の実施形態を操作する方法を図示する、フロー図である。図7Aで描写されるように、ステップ700では、コントローラ112は、図6AおよびBで説明されるコントローラ過程と関連して説明される、センサ入力信号に基づいて、一次酸化タンク水位が最大限度を下回るかどうかを決定する。水位が低い場合、コントローラは、ステップ702で、送出を始めるように、信号を水源ポンプ126に出力する。水位が最大限度にある場合、ステップ704では、コントローラは、動作しないように水源ポンプに信号を出力し、処理サブシステムを通してさらなる源水は加工されない。
全ての濾過要素または構成要素と同様に、フィルタ媒体は、要素を通って流れる流体から濾過された汚染物質を負荷され、交換、または媒体および濾過サブシステムから蓄積した汚染物質を洗い流すための逆洗を必要とする。図4Eの実施例で逆洗に使用される水は、サービス給水タンク170から引き出され、通常動作中の図示された処理流路の本質的に逆であり得る経路で、清掃される処理要素装置を通して送られる。混入汚染物質を伴う逆洗水は、原水源に戻すか、またはそうでなければ、適切に処分することが可能である。
Claims (33)
- 飲料水を生産するように原水を処理するための自動水処理システムであって、
原水源から水を受け取るための入口と飲料水用の出口とを有する導管サブシステムであって、前記水が前記導管サブシステムを通って前記入口から出口へ流れることが可能である、導管サブシステムと、
前記導管システムに接続された複数のポンプであって、前記複数のポンプは、前記導管システムを通して水流を駆動することが可能である、複数のポンプと、
前記導管システムに接続された複数の水処理サブシステムと、
前記水処理システムを潜在的に妨害し得るサイズの粒子状物質を除去するためのストレーナサブシステムと、
裏漉しされた水の一次処理のために、前記ストレーナサブシステムの下流にある一次酸化サブシステムと、
前記一次酸化サブシステムに連結されたオゾン注入器であって、前記裏漉しされた水の中の汚染物質の酸化のために、前記一次酸化サブシステムにオゾンを注入するオゾン注入器と、
前記水からより小さい粒子状物質を除去するための少なくとも1つの濾過サブシステムであって、前記少なくとも1つの濾過サブシステムは、混合媒体濾過要素、精密濾過膜要素、限外濾過膜要素、および活性炭フィルタ要素から成る群より選択される、少なくとも1つの濾過サブシステムと、
前記水から少なくとも溶解汚染物質を除去するための逆浸透サブシステムと、
最終酸化サブシステムであって、前記最終酸化サブシステムは、前記最終酸化サブシステムの上流にあるサブシステムから受け取られる前記水をさらに酸化し、消毒し、消毒および高度酸化をさらに強化するように、前記最終酸化サブシステムに、オゾンが注入され、次いで、紫外線放射が付与されることが可能である、最終酸化サブシステムと、
複数のセンサであって、前記複数のセンサのそれぞれは、前記複数のセンサのそれぞれの位置における前記水の一式の特性のうちの少なくとも1つを測定することが可能であるように、前記水処理システムの中に位置付けられ、前記水の前記一式の特性は、流速、水圧、水位、および水質パラメータを含み、各センサは、測定された特性を表す信号を出力する、複数のセンサと、
前記処理システムの中の複数の場所における前記複数のセンサから出力信号を受信するためのコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
複数のモードでの前記処理システムの動作を制御することと、
前記複数の動作モードのうちの1つを選択することと、
前記複数のセンサから受信される前記水の前記測定された特性を監視することと、
前記処理システムの全体を通した複数の場所での水質を決定するために、前記複数のセンサから受信される前記測定された特性を使用することと、
選択された動作モードおよび前記複数のセンサからの前記測定された特性の前記出力信号に基づいて、前記導管サブシステムを通る水流を自動的に制御することと、
前記選択された動作モードおよび複数のセンサ場所における水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために前記複数のサブシステムのうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために必要とされない前記水処理サブシステムおよび要素を迂回するように、前記導管サブシステムを通る水流を自動的に方向付けることと
が可能である、水処理システム。 - 前記コントローラが操作され得る前記モードは、過渡動作モードおよび通常処理動作モードを含む、請求項1に記載の水処理システム。
- 前記水質パラメータは、全石油炭化水素(TPH)、濁度、粒径、粒子数、溶解オゾン(DO3)、全有機体炭素(TOC)、伝導度、全溶解固形物(TDS)、酸化還元電位(ORP)、特定紫外線吸収、分光、およびpHから成る群より選択され、
前記複数のポンプは、前記原水源から前記入口を通して前記処理システムの中へ水を輸送するために使用されることが可能である第1のポンプを含み、
前記ストレーナサブシステムは、前記一次酸化サブシステムを潜在的に妨害し得るサイズの粒子状物質を除去するための粒子状物質ストレーナを含む、
請求項2に記載の水処理システム。 - 前記コントローラは、前記処理システムの起動中に前記過渡動作モードを自動的に選択する、請求項3に記載の水処理システム。
- 前記コントローラは、
第1のポンプを起動し、定常状態条件が達成されるまで、前記水が前記粒子状物質ストレーナを通過するように、前記導管システムを通して水流を方向付けることと、
前記所定測定水質パラメータに基づいて、前記一次酸化サブシステムの上流にある前記システムの前記処理サブシステムのうちのいずれかを迂回できるかどうかを決定することと、
前記一次酸化サブシステムから退出する前記水の中のオゾンの所定の測定値が達成されるまで、前記一次酸化システムを通して前記水を再循環させるように前記導管サブシステムを指図することとが可能である、請求項4に記載の水処理システム。 - 前記複数のポンプは、前記一次酸化サブシステムの下流にある前記導管サブシステムに接続された第2のポンプを含み、前記第2のポンプは、前記一次酸化サブシステムからの部分的に処理された水を、前記システムの残りの部分まで下流へ供給し、
前記コントローラは、
前記少なくとも1つの濾過サブシステムから退出する前記水の中の濁度、粒子数、および粒径から成る群より選択される少なくとも1つの所定の測定水質パラメータが達成されるまで、前記一次酸化システムおよび前記少なくとも1つの濾過サブシステムを通して前記水を再循環させることと、
前記濾過サブシステムから退出する前記水において、伝導度、特定紫外線吸収、TOC、TDS、およびTPHから成る群からの少なくとも1つの測定パラメータの所定のレベルが測定された場合に、前記一次酸化システム、前記少なくとも1つの濾過サブシステム、および前記逆浸透サブシステムを通して前記水を再循環させること、および、前記逆浸透サブシステムが定常状態条件に達するまで、前記逆浸透サブシステムを通して前記水を再循環させ続けることと、
前記最終酸化サブシステムが定常状態条件に達し、飲料水を生産するまで、前記一次酸化システム、前記少なくとも1つの濾過サブシステム、前記逆浸透サブシステム、および前記最終酸化サブシステムを通して前記水を再循環させことと
を前記導管サブシステムに指図することが可能である、
請求項5に記載の水処理システム。 - 前記コントローラは、前記最終酸化サブシステムから退出する処理水が定常状態条件に達し、飲料水を生産することを前記コントローラが決定した場合に、前記通常動作モードを選択することが可能である、請求項4に記載の処理システム。
- 前記少なくとも1つの濾過サブシステムは、
前記水から約0.5ミクロンよりも大きいサイズを有する粒子状物質を除去するための並列の複数の混合媒体フィルタと、
前記複数の混合媒体フィルタの下流にある並列の複数の膜フィルタであって、前記複数の混合媒体フィルタから水を受け取り、前記水から約0.1ミクロンよりも大きいサイズを有する粒子状物質を除去するための複数の膜フィルタと、
前記複数の膜フィルタの下流にある並列の複数の活性炭フィルタと
を備え、前記複数の活性炭フィルタは、前記複数の膜フィルタから水を受け取り、有機化合物および他の溶解化学汚染物質を除去し、微生物が前記炭素フィルタの上流面に生息することにより、木炭の表面上での生物学的濾過を可能にし、
前記逆浸透サブシステムは、前記活性炭フィルタの下流にある複数の逆浸透フィルタを備え、前記逆浸透フィルタは、前記活性炭フィルタから水を受け取り、わずかに半塩水から海水の濃度に及ぶ濃度の溶解汚染物質を除去し、
前記コントローラは、
前記一次酸化サブシステム、前記複数のフィルタのそれぞれ、前記逆浸透サブシステム、および前記最終酸化サブシステムの動作を独立して制御することと、
複数のセンサ場所における前記水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために前記濾過サブシステムの前記複数のフィルタのうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために必要とされない前記濾過サブシステムの前記複数のフィルタのそれぞれを迂回するように、前記導管サブシステムを通して水流を方向付けることと、
複数のセンサ場所における前記水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために前記逆浸透フィルタのうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために必要とされない前記逆浸透フィルタのそれぞれを迂回するように、前記導管サブシステムを通して水流を方向付けることと
が可能である、請求項7に記載の水処理システム。 - 前記複数のポンプは、サービスポンプをさらに備え、
前記システムが操作され得る前記モードは、逆洗動作モードをさらに含む、請求項8に記載の水処理システム。 - 前記水処理システムは、標準サイズの商用運送用コンテナをさらに備え、前記コンテナは、複数の端壁および端部間の複数の側壁と、前記端部のうちの1つにおける少なくとも1つのドアとを有し、前記コンテナは、前記少なくとも1つのドアの反対側の端部と前記端部間の側面とに、補足隔壁および複数のドアを追加することによって修正され、前記水処理システムの他の要素は、修正された前記コンテナの内側に納まるように構成され、前記複数のドアを通してアクセスされることが可能である、請求項9に記載の水処理システム。
- 前記ストレーナサブシステムは、
前記原水源と前記第1のポンプとの間に位置する破片ストレーナであって、前記第1のポンプの動作に干渉し得る破片およびより大きい粒子状物質を前記水から除去するための破片ストレーナと、
前記第1のポンプの下流にある粒子状物質ストレーナと
を備え、 前記粒子状物質ストレーナは、前記一次酸化サブシステムを潜在的に妨害し得るサイズの粒子状物質を除去する、請求項1に記載の水処理システム。 - 前記導管サブシステムに接続された油・水分離器をさらに備え、前記油・水分離器は、前記破片ストレーナの下流かつ前記粒子状物質ストレーナの上流にあり、非溶解または乳化された油および燃料汚染物質を除去する、請求項11に記載の水処理システム。
- 前記一次酸化サブシステムは、溶解空気浮遊要素をさらに備え、
前記溶解空気浮遊要素に連結された前記オゾン注入器は、空気およびオゾンの組み合わせを前記一次酸化サブシステムに注入し、前記水からの有機汚染物質および油の分離と、前記有機汚染物質および油から分離された結果として生じる水の消毒および酸化とを強化する、請求項1に記載の水処理システム。 - 前記複数のポンプは、前記コントローラが前記導管サブシステムの中の水圧および流速を管理することを可能にするように、前記導管サブシステムを通して水を送出するための可変周波数ポンプを備え、前記可変周波数ポンプの使用は、流速および圧力の変化を加減するために従来は必要とされた、前記水処理システムの中の中間貯蔵タンクの排除を可能にする、請求項1に記載の水処理システム。
- 前記複数のポンプは、前記逆浸透サブシステムの上流にあるブースターポンプをさらに含み、
前記システムは、前記ブースターポンプの上流にある少なくとも1つの加圧毛細管をさらに備え、前記加圧毛細管は、上流の処理サブシステムから、前記逆浸透サブシステムの中の水の流速および圧力を分断することが可能であり、
前記濾過サブシステムの下流にある前記導管サブシステムの中の水流の圧力が、前記逆浸透サブシステムの動作のために不十分であることを前記複数のセンサが検出した場合に、前記コントローラは、逆浸透動作のために十分な前記逆浸透サブシステムの中への水流の圧力を達成するよう動作するように、前記ブースターポンプに自動的に指図することが可能である、
請求項14に記載の水処理システム。 - 標準サイズの商用運送用コンテナをさらに備え、前記コンテナは、複数の端壁および複数の側壁と、そのうちの1つの端部における少なくとも1つのドアとを有し、前記コンテナの前記壁は、補足隔壁で増強され、複数のさらなるドアが、前記複数の側壁および前記既存のドアの反対側の前記端壁に追加され、前記水処理システムの他の要素は、修正された前記標準サイズの商用運送用コンテナの内側に納まるように構成され、前記複数のドアを通してアクセスされることが可能である、請求項14に記載の水処理システム。
- 飲料水の使用、逆洗、およびクリーンインプレース逆洗のための水を貯蔵するための少なくとも3つの区画を有する飲料水貯蔵タンクをさらに備え、前記貯蔵タンクは、前記逆浸透サブシステムのための構造プラットフォームを提供するように構成されている、請求項14に記載の水処理システム。
- 飲料水を生産するように原水を処理する方法であって、
原水源から、水処理システムの導管サブシステムの入口の中へ水を受け取るステップであって、前記水処理システムは、複数の水処理過程を提供するための複数の処理サブシステムを有し、前記導管サブシステムは、飲料水用の出口も有し、前記水は、前記導管サブシステムを通って前記入口から出口へ流れることが可能である、ステップと、
複数のセンサを用いて、前記水処理システムの中の複数の場所における前記水の複数の特性を感知するステップであって、前記水の前記一式の特性は、水の流速、水圧、水位、および水質パラメータを含む、ステップと、
前記複数のセンサのそれぞれから信号を出力するステップであって、前記信号は、そのようなセンサによって測定される水の特性を表す、ステップと、
前記水処理システムの動作を制御するコントローラにおいて前記複数の場所に位置する前記複数のセンサから出力信号を受信するステップと
を含み、前記コントローラは、
前記複数のセンサから受信される前記測定される水の特性を監視することと、
前記水源からの前記水の水圧が前記水処理システムを操作するために低すぎる場合に、前記原水源から前記導管サブシステムを通して水を送出することと、
前記測定される水の特性に基づいて、前記水処理システムを操作する複数のモードのうちの1つを選択することと、
前記水処理システムの全体を通した複数の場所における水質を決定するために、前記複数のセンサから受信される前記測定された特性の出力信号を使用することと、
選択された動作モードおよび前記複数のセンサからの前記測定される特性の前記出力信号に基づいて、前記導管サブシステムを通る水流を自動的に制御することと、
前記選択された動作モードおよび複数のセンサ場所における水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために前記複数の処理ステップのうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために必要とされない処理過程のための前記処理サブシステムを迂回するように、前記導管サブシステムを通る水流を自動的に方向付けることと
を行い、
前記複数の水処理過程は、
前記水処理システムを潜在的に妨害し得るサイズの粒子状物質を前記水から裏漉しすることと、
前記裏漉しされた水の中の汚染物質の酸化のために、一次酸化処理サブシステムにオゾンを注入することによって、前記一次酸化処理サブシステムにおいて前記裏漉しされた水を一次処理することと、
少なくとも1つの濾過処理サブシステムを使用して、前記水からより小さい粒子状物質を濾過することであって、前記少なくとも1つの濾過処理サブシステムは、混合媒体濾過要素、精密濾過膜要素、限外濾過膜要素、および活性炭フィルタ要素から成る群より選択される、ことと、
逆浸透処理サブシステムを使用して、前記水から溶解固形物を除去することと、
最終酸化処理サブシステムにおいて、オゾンを前記水に注入することによって前記水をさらに消毒することと、
前記最終酸化処理サブシステムにおいて、紫外線光を前記水に付与することにより、ヒドロキシルラジカルを作成し、あらゆる残留汚染物質を酸化すること(およびあらゆる残留注入オゾンの実質的に全てを破壊すること)と
を含む、方法。 - 前記コントローラによって選択可能な前記動作モードは、過渡動作モードおよび通常処理動作モードを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記水質パラメータは、全石油炭化水素(TPH)、濁度、粒径、粒子数、溶解オゾン(DO3)、全有機体炭素(TOC)、伝導度、全溶解固形物(TDS)、酸化還元電位(ORP)、特定紫外線吸収、分光、およびpHから成る群より選択される、請求項19に記載の方法。
- 前記コントローラは、前記処理システムの起動中に前記過渡動作モードを自動的に選択する、請求項20に記載の方法。
- 前記コントローラは、
第1のポンプを起動し、定常状態条件が達成されるまで、前記水が前記粒子状物質ストレーナを通過するように、前記導管システムを通して水流を方向付けることと、
前記所定測定水質パラメータに基づいて、前記一次酸化サブシステムの上流にある前記システムの前記処理サブシステムのうちのいずれかを迂回できるかどうかを決定することと、
そのような決定の場合に、前記一次酸化サブシステムの上流の前記処理過程を回避するように、前記導管サブシステムを通して前記水を方向付けることと、
前記コントローラが、前記一次酸化サブシステムから退出する前記水の中のオゾンの所定の測定値を受信するまで、前記一次酸化システムを通して前記水を再循環させることと
を行う、請求項21に記載の方法。 - 前記一次酸化サブシステムからの部分的に処理された水を前記一次酸化サブシステムの下流にある前記導管サブシステムの中へ供給するステップと、
前記コントローラが、前記少なくとも1つの濾過サブシステムから退出する前記水において、濁度、粒子数、および粒径から成る群より選択される少なくとも1つの所定の測定水質パラメータを受信するまで、前記一次酸化システムおよび前記少なくとも1つの濾過サブシステムを通して前記水を再循環させるステップと、
前記コントローラが、伝導度、特定紫外線吸収、TOC、TDS、およびTPHから成る群からの少なくとも1つの測定パラメータの所定の測定値を受信し、前記逆浸透サブシステムが定常状態条件に達したと決定するまで、前記一次酸化システム、前記少なくとも1つの濾過サブシステム、および前記逆浸透サブシステムを通して前記水を再循環させるステップと、
前記コントローラが、pH、濁度、伝導度、溶解オゾン、特定紫外線吸収、TOC、および分光から成る群からの複数の測定パラメータのうちの少なくとも1つの所定の測定値を受信し、前記最終酸化サブシステムが定常状態条件に達しており、飲料水を生産していると決定するまで、前記一次酸化システム、前記少なくとも1つの濾過サブシステム、前記逆浸透サブシステム、および前記最終酸化サブシステムを通して前記水を再循環させるステップと
さらに含む、請求項22に記載の方法。 - 前記コントローラは、
前記最終酸化サブシステムから退出する処理された水が、定常状態条件に達しており、飲料水であることを決定することと、
定常状態条件が達成されたことを前記コントローラが決定すると、前記通常動作モードを選択することと
を行う、請求項22に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの濾過処理サブシステムを使用して、前記水からより小さい粒子状物質を濾過するステップは、
並列の複数の混合媒体フィルタを使用して、前記水から約0.5ミクロンよりも大きいサイズを有する粒子状物質を除去することと、
前記混合媒体フィルタの下流にある並列の複数の膜フィルタを使用して、前記水から約0.1ミクロンよりも大きいサイズを有する粒子状物質を除去することと、
前記膜フィルタの下流にある並列の複数の活性炭フィルタを使用して、有機化合物および他の溶解化学汚染物質を除去することであって、微生物が、前記炭素フィルタの上流面に生息することにより、木炭の表面上で生物学的濾過を可能にする、ことと
を含み、
前記水から溶解固形物を除去するステップは、
複数の逆浸透フィルタを使用して、わずかに半塩水から海水の濃度に及ぶ濃度の溶解汚染物質を除去することを含み、
前記コントローラは、
前記一次酸化サブシステム、前記複数のフィルタのそれぞれ、前記逆浸透サブシステム、および前記最終酸化サブシステムの動作を独立して制御して、一次的に酸化するステップ、前記複数のフィルタのそれぞれを使用して粒子状物質を除去するステップ、および溶解汚染物質を除去するステップを個別に選択することと、
複数のセンサ場所における前記水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために濾過過程のうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために必要とされない濾過過程のそれぞれを迂回するように、前記導管サブシステムを通して水流を方向付けることと、
複数のセンサ場所における前記水質パラメータ測定値に基づいて、出力時に飲料水を生産するために十分な溶解汚染物質を除去するために前記逆浸透フィルタのうちのどれが必要とされるかを自動的に決定することと、
飲料水を生産するために十分な溶解汚染物質を除去するために必要とされない前記逆浸透フィルタのそれぞれを迂回するように、前記導管サブシステムを通して水流を方向付けることと
を行う、請求項24に記載の方法。 - 前記コントローラによって選択可能な前記動作モードは、逆洗動作モードをさらに含み、
前記方法は、
前記通常動作モードでは、前記一次酸化システムの下流に位置するサービスポンプを使用して、前記導管サブシステムの中の前記水を送出するステップと、
前記逆洗動作モードでは、前記サービスポンプを使用して、前記導管サブシステムを通る水流を逆転させるステップと
をさらに含む、請求項25に記載の方法。 - 標準サイズの商用運送用コンテナの中に前記水処理システムを設置するステップであって、前記コンテナは、複数の端壁および端部間の複数の側壁と、前記端部のうちの1つの端部における少なくとも1つのドアとを有し、前記コンテナは、前記少なくとも1つのドアの反対側の前記端部と前記端部間の側面とに補足隔壁および複数のドアを追加することによって修正され、前記水処理システムの他の要素は、修正された前記コンテナの内側に納まるように構成されることが可能である、ステップと、
前記複数のドアを通して、前記水処理プラントの前記サブシステムにアクセスするステップと
をさらに含む、請求項26に記載の方法。 - 前記原水源と前記第1のポンプとの間に位置する破片ストレーナを使用することによって、前記第1のポンプの動作に干渉し得る破片およびより大きい粒子状物質を前記水から除去するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記導管サブシステムに接続された油・水分離器を使用することによって、非溶解または乳化された油および燃料汚染物質を除去するステップをさらに含み、前記油・水分離器は、前記粒子状物質ストレーナの上流にある、請求項28に記載の方法。
- 一次酸化処理サブシステムにおいて前記裏漉しされた水を一次処理するステップは、
溶解空気浮遊要素を有する一次酸化サブシステムに空気およびオゾンの組み合わせを注入し、前記水から有機汚染物質および油を分離し、前記有機汚染物質および油から分離された結果として生じる水の消毒および酸化とを強化することを含む、請求項18に記載の方法。 - 前記水を送出するステップは、
前記導管サブシステムの中の水圧および流速を管理するために、前記コントローラによって決定される速度において、前記導管サブシステムを通して可変流速で水を送出し、それにより、前記水処理システムの中の中間貯蔵タンクが流速および圧力の変化を加減する必要性を排除することを含む、請求項18に記載の方法。 - 前記一次酸化サブシステムの下流にあるブースターポンプを前記コントローラに操作させることによって、前記逆浸透サブシステムの上流の圧力および流速を高めるステップと、
前記ブースターポンプの上流に、少なくとも1つの加圧毛細管を有することによって、前記上流処理サブシステムから、前記逆浸透サブシステムの中の水の流速および圧力を分断するステップと、
前記濾過サブシステムの下流にある前記導管サブシステムの中の水流の圧力が、前記逆浸透サブシステムの動作のために不十分であることを、前記複数のセンサが検出した場合に、逆浸透動作のために十分な前記逆浸透サブシステムの中への水流の圧力を達成するように、前記コントローラが前記ブースターポンプを自動的に操作するステップと
をさらに含む、請求項31に記載の方法。 - 標準サイズの商用運送用コンテナの中へ前記水処理システムを設置するステップをさらに含み、前記コンテナは、複数の端壁および複数の側壁と、その各端部における少なくとも1つのドアとを有し、前記コンテナの前記壁は、補足隔壁および前記複数の側壁の中の複数のさらなるドアで増強され、前記水処理システムの他の要素は、前記標準サイズの商用運送用コンテナの内側に納まるように構成されることが可能であり、前記複数のドアを通してアクセス可能であり得る、請求項32に記載の方法。
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