KR20210072822A - 유리 비드 미세 매체를 포함하는 다층 매체 베드 여과기 - Google Patents

Abstract

여과기가 개시된다. 여과기는 적어도 하나의 유입부 및 적어도 하나의 유출부를 가진 용기, 복수의 매체층을 포함하는 매체 베드로서, 매체 베드의 최상부 매체층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되는, 매체 베드 및 다량의 공기를 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 구성된 공기 분배기를 포함한다. 물을 테스트하기 위한 시스템이 또한 개시된다. 시스템은 처리될 물의 공급원, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 여과기 용기, 및 여과기 용기 유출부에 유체 흐름 가능하게 연결된 처리된 물 유출부를 포함한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 여과기 용기를 개장하는 방법이 또한 개시된다.

Description

유리 비드 미세 매체를 포함하는 다층 매체 베드 여과기

관련 출원에 대한 교차-출원

본 출원은 미국 가출원 제62/749,701호(발명의 명칭: "Multilayer Media Bed Filter Comprising Glass Bead Media", 출원일: 2018년 10월 24)의 우선권을 35 U.S.C. § 119(e)하에서 주장하고, 상기 기초출원은 모든 목적을 위해 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

기술 분야

본 명세서에 개시된 양상 및 실시형태는 다층 매체 베드 여과기(multi-layer media bed filter)의 분야, 구체적으로, 대용량의 미세 매체 다층 매체 베드 여과기에 관한 것이다.

하나의 양상에 따르면, 여과기가 제공된다. 여과기는 적어도 하나의 유입부 및 적어도 하나의 유출부를 가진 용기, 복수의 매체층을 포함하는 매체 베드로서, 매체 베드의 최상부 매체층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되는, 매체 베드, 및 다량의 공기를 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 구성된 공기 분배기를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 유리 미세 매체는 유리 비드를 포함한다.

유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경, 예컨대, 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 가질 수도 있다.

일부 실시형태에서, 유리 비드는 매끄러운 외부면을 포함한다.

유리 비드의 밀도는 약 2.5g/㎖일 수도 있다.

또 다른 양상에 따르면, 매체 여과기를 개장하는 방법이 제공된다. 매체 여과기는 물의 공급원에 유동적으로 연결 가능한 여과기 용기를 포함할 수도 있고, 여과기 용기는 복수의 매체층을 포함하는 매체 베드를 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가된다. 방법은 매체 베드로부터 최상부 매체층을 제거하는 단계 및 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하는 매체를 최상부 매체층으로서 매체 베드에 설치하는 단계를 포함할 수도 있다.

유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경, 예컨대, 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 가질 수도 있다.

유리 비드의 밀도는 약 2.5g/㎖일 수도 있다.

또 다른 양상에 따르면, 물 처리를 용이하게 하는 방법이 제공된다. 방법은 적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 공기 분배기, 및 매체 베드를 포함하는 여과기 용기를 제공하는 단계로서, 매체 베드는 복수의 매체층을 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되고, 최상부 매체층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하는, 여과기 용기를 제공하는 단계, 및 사용자가 여과기 용기의 유입부를 처리될 물의 공급원에 연결하도록 명령하는 단계를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 방법은 사용자가 공기의 공급원을 공기 분배기에 연결시키도록 명령하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 방법은 사용자가 미리 결정된 시간 기간 동안 다량의 공기를 공기 분배기 및 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 명령하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

또 다른 양상에 따르면, 물을 테스트하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 처리될 물의 공급원, 처리될 물의 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 및 여과기 용기 내에 배치된 매체 베드를 가진, 여과기 용기로서, 매체 베드는 복수의 매체층을 포함하고, 매체 베드의 최상부 층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되는, 여과기 용기, 및 여과기 용기 유출부에 유체 흐름 가능하게 연결된 처리된 물 유출부를 포함할 수도 있다.

유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경, 예컨대, 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 가질 수도 있다.

유리 비드의 밀도는 약 2.5g/㎖일 수도 있다.

일부 실시형태에서, 처리될 물의 공급원은 무기 또는 유기 오염물질을 포함한다.

시스템의 여과기 용기는 공기의 공급원에 연결 가능한 유입부를 가진 여과기 용기 내에 배치된 공기 분배기를 포함하는, 공기 역세척 시스템을 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 다량의 공기는 여과 사이클 동안 그리고/또는 여과기 용기의 성능이 감소될 때 미리 결정된 시간 기간에 공기 분배기로부터 전달된다.

첨부된 도면은 축척대로 도시되는 것으로 의도되지 않는다. 도면에서, 다양한 도면에 예시되는 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 컴포넌트는 유사한 부호로 표현된다. 명료성을 위해, 모든 컴포넌트가 모든 도면에 표시되지 않을 수도 있다. 도면에서:
도 1a 및 도 1b는 다층 매체 베드를 포함한 여과기를 통한 여과 및 역세척의 박스 도면. 도 1a는 여과의 박스 도면이고 도 1b는 역세척의 박스 도면.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 여과기의 수평 실시형태의 도면. 도 2a 및 도 2b는 측면도. 도 2c는 하향식 도면. 도 2d 및 도 2e는 단부 도면. 도 2f는 사시도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 여과기의 수직 실시형태의 도면. 도 3a는 측면도. 도 3b는 하향식 도면. 도 3c 및 도 3d는 각각 정면도 및 후면도. 도 3e는 사시도.
도 4는 최상부 층으로부터 최하부 층으로 매체 입자 직경 및 밀도가 증가되는 복수의 층을 가진 매체 베드를 포함하는 여과기 용기의 실시형태를 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 동일한 작동 조건하에서 역세척 후 남아 있는 잔여 철 부착물을 나타내는, 실리카 미세 모래 및 유리 비드 미세 매체의 이미지를 도시하는 도면. 도 5a는 실리카 미세 모래 매체 상의 철 부착물을 도시하고 도 5b는 유리 비드 미세 매체 상의 철 부착물을 도시한다.

본 명세서에 개시된 실시형태는 복수의 매체층을 포함한 매체 베드를 포함하는 여과기, 상기 여과기를 사용하는 시스템, 및 이들의 사용 과정을 제공한다. 출원인은 다층 매체 베드의 최상부 층으로서 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체 및 상단부의 가장 미세한 매체로부터 하단부의 가장 조대한 매체로 매체의 증가되는 밀도를 가진 다층 매체 베드 여과기가 역세척 동안 실리카 모래 미세 매체의 장점을 유지하면서 다층 매체 베드의 최상부 층으로서 종래의 실리카 모래 미세 매체와 비교하여 개선된 여과 성능을 갖는다는 것을 발견하였다.

실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체는 매체 베드의 매체층의 계층화를 크게 방해하는 일 없이 공기를 사용하여 역세척될 수도 있고, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 외부면 마감은 매끄럽고 광택 있는 표면이 종래의 실리카 모래 미세 매체보다 적게 오염되므로 백워시 역세척 동안 개선된 세정을 제공한다. 여과 및 역세척 과정의 일반적인 방식은 도 1a 및 도 1b에 도시된다.

이 역세척을 위해 공기를 사용하면 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체로부터 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체 위 그리고 주위의 액체 레벨로 오염물질을 제거한다. 공기가 중단될 때, 기류에 의해 제거된 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체 위의 액체 내 오염물질은 매체 위에 주입된 액체에 의해 또는 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 제거하지 않는 매체 베드를 통한 액체 흐름에 의해 말끔히 플러싱된다. 계층화-유지 공기 역세척에 의해 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체로부터 방출되는 오염물질의 양은 액체 역세척이 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 부유시키는 데 충분하거나 또는 부유 유량 미만의 유량을 사용하든 액체 역세척을 단독으로 사용할 때보다 상당히 더 많다.

출원인은 또한 매체의 역변위 없이 매체 베드의 상단면을 따른 흐름을 생성하는 노즐을 통한 액체 흐름이 있는 매체 베드 여과기가 역세척 세정 사이클 동안 사용되어 매체 베드의 표면으로부터 오염물질을 우수한 효율로 제거할 수 있다는 것을 발견했다. 일반적인 여과기는 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 흐름으로 전송하고 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 일부를 역세척으로 손실할 위험 없이 원 액체 유입 노즐을 사용하여 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 표면으로부터 오염물질을 제거할 수 없을 것이다. 이러한 원 유입 노즐의 사용은 역세척 사이클의 초반에 유용하다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 원 유입 노즐의 사용은 오염물질을 매체 베드 위의 액체 레벨로 이동시키는 공기 역세척 후 유용하다.

본 발명의 여과기는 적어도 하나의 유입부 및 적어도 하나의 유출부를 가진 용기, 복수의 매체층을 포함하는 매체 베드, 및 다량의 공기를 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 구성된 공기 분배기를 포함한다. 여과기는 가압식 또는 고속 여과기일 수도 있다. 여과 동안, 처리될 물은 예를 들어, 하나 이상의 펌프에 의해 여과기 용기로 공급될 수도 있다. 여과기 용기의 내부에서, 물은 용기 내 복수의 매체층을 가진 매체 베드와 접촉하기 전에 물 분배 헤드에 의해 분배될 수도 있다. 일반적으로, 매체 베드의 매체층은 물에 포함된, 고체 오염물질, 예컨대, 미립자로 된 무기종 또는 유기종을 유지하기 위한 기재의 역할을 한다. 여과된 물은 막 사전-여과, HVAC 냉각탑 여과, 공정 물 여과, 데이터 센터 냉각 루프, 상업용 수상 시설, 예컨대, 레크리에이션 풀 시설 또는 유사한 대용량 적용과 같은, 의도된 목적을 위해 여과기 용기로부터 방출된다.

본 발명에 유용한 여과기는 수평 여과기와 수직 여과기 둘 다를 포함한다. 수평 여과기와 수직 여과기의 예는 도 2a 내지 도 2f 및 도 3a 내지 도 3e에 도시되고, 여과기 용기 둘 다를 통한 유체 흐름 방향은 화살표로 도시된다. 수평(도 2a 내지 도 2f) 여과기 구성과 수직(도 3a 내지 도 3e) 여과기 구성 둘 다에서, 원수 유입부(202, 302)에서의 원수 진입 여과기(200, 300)는 여과기 용기(200, 300) 내 매체(미도시)를 통과하고, 처리된 물은 처리된 물 유출부(204, 304)로부터 배출된다. 본 발명에 유용한 여과기는 필요할 때 여과기의 유지 및 여과기 매체의 교환을 허용하는, 포트홀, 해치, 또는 다른 유사한 구조체와 같은, 여과기 용기(200, 300) 내 개구를 포함한다. 이 특징부를 가진 여과기가 기술, 예를 들어, 제WO 2014/012167호 및 제US 9,387,418호에 알려져 있고, 이것의 개시내용은 모든 목적을 위해 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다. 예시적인 여과기는 VORTISAND(등록상표) 교차흐름 미세 모래 초미세 여과기의 시리즈(펜실베니아 피츠버그주 소재의 Evoqua Water Technologies LLC)를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.

특정한 실시형태에 따르면, 매체 베드의 복수의 매체층은 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 밀도가 증가된다. 복수의 매체층을 가진 매체 베드를 구비한 수직 여과기 용기의 개략도가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 여과기 용기(400)는 복수의 층을 포함하고 매체 베드의 층을 통한 물 흐름 방향은 화살표로 도시된다. 가장 미세한 매체(402), 예를 들어, 유리 미세 매체가 일반적으로 최상부 층을 차지하고, 증가된 조도, 예컨대, 고밀도 세라믹 입자 또는 폴리머 비드의 하나 이상의 중간의 스테이지(404, 406)가 여과기 용기 내에 수직으로 배치된 다양한 층을 통해 내려온다. 따라서, 가장 조대한 매체(408), 예컨대, 가닛 입자가 일반적으로 최하부 층을 차지하고, 스크린에 의해 지지될 수도 있거나 또는 지지되지 않을 수도 있다. 일부 경우에, 가장 조대한 매체(408)는 여과기 용기의 하단부에 놓이고 스크린은 여과기 용기의 유출부와 연관된다. 특히, 매체 베드의 최상부 매체층은 종래의 여과기 매체, 예컨대, 실리카 미세 모래와 유사한 물리적 특성, 예컨대, 밀도 또는 직경을 가진, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체, 예를 들어, 유리 비드를 포함할 수도 있다. 미세 매체를 포함하는 최상부 층을 가진 다층 매체 베드가 제US 2018/0099237호에 설명되고, 이것의 개시내용은 모든 목적을 위해 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체, 예를 들어, 유리 비드와 같은, 매체 베드의 다양한 매체의 개별적인 층은 특정한 경계 내에 일반적으로 배치되지 않거나 또는 특정한 경계에 의해 미세하게 획정됨으로써 윤곽선으로 도시되지 않는다. 따라서 여과기 용기 내 다양한 입자 크기를 가진 매체의 분포는 대략적이고 각각의 층의 상단부로부터 하단부로의 점진적 변화를 일반적으로 따른다. 여과 및 잠재적으로 다른 작동에 기인한 이동 효과 외에, 각각 다른 방식으로 잠재적으로 구별 가능한 층 내 매체의 입자 크기, 밀도 및 조도의 범위, 변동 및 허용오차 때문에 입자 크기에 의해 매체층의 완전한 계층화를 달성하는 것이 일반적으로 일부 구현예에서 훨씬 더 어렵다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 종종 중간의 테이퍼 구역의 형태인 비-절대적 경계는 매체의 다양한 계층화를 분리할 수도 있다. 그러나, 입자 크기의 비이상적인 배치에도 불구하고, 심지어 불완전한 계층화는 여과 작동 과정에서 또는 임의의 다른 시간에서든 미세 매체가 부주의하게 손실되지 않는 것을 보장하는 데 중요하다.

사용 시, 오염물질의 침착물, 특히, 가장 미세한 매체의 조도를 초과하는 크기의 침착물이 매체 베드의 최상부 층의 표면 상에 또는 그 위에 포획되고, 매체 베드를 통한 상기 오염물질의 추가적인 이동이 방해된다. 이 시나리오에서, 케이크 또는 크러스트는 매체 베드의 최상부 표면에서 형성될 수도 있다. 최상부 매체층의 입상도와 유사하거나 또는 비슷한 크기의 다른 오염물질은 케이크 또는 크러스트의 고급 통합 이전에 침투할 수도 있거나 또는 최상부 층의 상단부를 가질 수도 있고, 상기 최상부 층을 통해 특정한 이동 거리 내에서 미립자로서 갇힐 수도 있거나 또는 포획될 수도 있다. 최상부 층 내에 갇히지 않은 오염물질이 연속적으로 조대한 매체를 포함하는 임의의 후속 층에도 갇히지 않는다는 것이 이해될 것이다.

일부 실시형태에서, 여과기 용기는 다량의 공기를 매체 베드의 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 구성된 용기 내에 배치된 공기 분배기를 포함한다. 공기 분배기는 일반적으로 공기의 공급원, 예컨대, 압축된 공기 탱크 또는 유사물에 연결 가능한 적어도 하나의 유입부를 포함하고, 세정 사이클, 예컨대, 역세척 동안 복수의 매체층 전반에 걸친 실질적으로 고른 공기 흐름을 제공한다. 복수의 매체층의 입자를 유동화하는 데 필요한 공기 분배기를 통해 펌핑된 공기의 속도는 매체 베드의 복수의 매체층 내 입자의 각각의 유형의 물리적 특성에 의존적이다. 여과기 용기를 위한 적합한 공기 분배기가 기술에 알려져 있다.

여과기 용기는 일반적으로 물의 공급원에 연결 가능할 수도 있고, 사용 시 물의 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 처리될 물의 공급원은 음용수 또는 관개와 같은, 인간 또는 수의학적 적용을 위한 물을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 여과기 용기는 처리될 물의 공급원의 근처에 배치될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 매체 여과기 용기는 처리될 물의 공급원으로부터 떨어져 있을 수도 있다.

여과기 용기는 70 내지 2500GPM(gallons per minute)의 물을 처리하는 데 적합한 크기를 가질 수도 있다. 예를 들어, 매체 여과기 용기는 약 70GPM, 약 100GPM, 약 250GPM, 약 500GPM, 약 1000GPM, 약 1500GPM, 약 2000GPM 또는 약 2500GPM을 처리하도록 크기 설정될 수도 있다. 여과기는 직렬로 또는 병렬로 배열된, 1개 초과의 용기를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 여과기 용기의 크기, 수, 및 배열은 처리될 물의 공급원의 규모에 따라 달라질 수도 있다.

미세 매체 입자, 예컨대, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체, 예를 들어, 유리 비드가 여전히 더 미세한 여과기 층을 유리하게 구현하기 위해 다층 매체 베드의 최상부 층으로서 사용될 수도 있어서, 크기가 부수적으로 더 작은 미립자의 포획을 가능하게 한다. 본 발명의 맥락에서, 미세 매체는 일반적으로 실리카 모래, 유리, 폴리머, 석영, 자갈, 금속 또는 세라믹을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 물질로 이루어진, 0.40㎜ 미만 그리고 약 0.20㎜ 이상 그리고 바람직하게는 약 0.10㎜ 이상의 직경을 가진 여과 매체를 나타낸다. 따라서, 미세 매체를 사용하여, 이전에는 여과할 수 없었던 오염물질, 예컨대, 생물의 부류가 포획될 수도 있어서, 일부 경우에 이전에 음용할 수 없었던 물을 음용할 수 있게 한다. 용어 "유리 미세 매체"는 기술에서 알려져 있고 사용되는 가장 미세한 입자 매체보다 우수한 크기 특성과 여과 특성 둘 다를 가진 임의의 여과 유리 또는 입자 매체를 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 특히, 출원인은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체, 예를 들어, 유리 비드가 본 발명의 여과기와 시스템을 위한 예시적인 유리 미세 매체인 것을 발견했다. 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 전통적으로 물질 제거 적용, 예컨대, 모래 블래스팅에서 사용되어 왔고, 수많은 공급업체, 예컨대, Manus Abrasive Systems Inc.(캐나다 온타리오주 미시소가 소재)로부터 손쉽게 입수 가능하다.

실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드가 여과기의 최상부 층을 위해 미세 매체에서 사용될 때, 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경, 예컨대, 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜, 약 0.15㎜ 내지 0.25㎜, 약 0.2㎜ 내지 0.3㎜, 약 0.25㎜ 내지 0.35㎜, 또는 약 0.3㎜ 내지 0.4㎜의 직경을 가질 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 공개된 표준, 예컨대, MIL-SPEC 비드 블래스팅 성능 표준(MIL-PRF-9954D)에 따라 전체 정수 크기에 의해 분류된 직경을 가질 수도 있다. 예를 들어, #6 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 약 0.25㎜의 직경을 갖고, 반면에 #8 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 약 0.15㎜의 직경을 갖는다.

본 발명의 여과기에서, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 크기는 교차흐름 초미세 여과, 실리카 미세 모래를 위해 사용되는 일반적인 미세 매체와 실질적으로 동일하거나 또는 더 작고, 여과기 용기 또는 다른 컴포넌트의 재구성 없이 상기 실리카 미세 모래에 대해 교환될 수 있다. 더 작은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드가 매체 베드에서 최상부 층으로서 사용될 때, 개별적인 유리 비드 사이의 더 작은 공간이 더 작은 미립자의 더 우수한 여과를 허용하여, 더 깨끗하게 처리된 물이 여과기로부터 배출되게 한다.

실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체는 1.25 미만의 균일 계수를 가질 수도 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "균일 계수"는 매체 입자의 10 중량%가 통과하는 체 크기의 개구로 나눠진 매체 입자의 60 중량%가 통과하는 체 크기의 개구의 비이다. 일부 실시형태에서, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 1.25 미만, 1.0 미만, 0.75 미만, 0.5 미만, 또는 0.25 미만의 균일 계수를 가질 수도 있다.

실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체, 예를 들어, 유리 비드는 이들의 물리적 특성에 기인하여 다층 매체 베드에서 층, 예컨대, 최상부 층으로서 사용되는 데 유리하다. 출원인은 다층 매체 베드의 최상부 층으로서 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 사용이 다층 매체 베드에서 최상부 층으로서 실리카 미세 모래를 가진 종래의 여과기와 비교할 때 개선된 여과기 성능, 예컨대, 더 깨끗하게 처리된 물 및 매체를 세정하기 위한 개선된 역세척을 제공한다는 것을 발견했다.

첫째로, 본 발명에서 유용한 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 역세척 목적을 위해 현재 입수 가능한 여과기에서 사용되는 실리카 미세 모래와 거의 동일한 밀도를 갖는다. 본 발명의 여과기 용기에 유용한 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 2.7g/㎖의 밀도를 가진 실리카 미세 모래와 비교하여 약 2.5g/㎖의 밀도를 갖는다. 2개의 미세 매체의 비슷한 밀도는 여과기 용기 또는 다른 컴포넌트의 재구성 없이 매체의 호환성을 발생시킨다. 예를 들어, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드와 실리카 미세 모래 간의 유사한 밀도에 기인하여, 역세척 동안 결과적으로 발생된 매체의 팽창이 2개의 매체에서 유사하여, 여과기 용기의 매체 베드 내 매체의 호환성이 두드러진다.

둘째로, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 일반적인 역세척 물 속도의 역세척 동안 매체 베드를 더 크게 팽창시킨다. 역세척 동안, 매체 베드 내 매체는 역세척 유체, 예컨대, 공기 또는 물에 의해 이들이 놓인 베드로부터 변위될 것이다. 매체 입자를 넘어가는 유체와의 이러한 기계적 작용은 갇힌 오염물질을 제거하고, 역세척의 효율 및 효과는 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 구형도, 둥글기, 및 표면 마감에 의존적이고 물의 온도-의존 점도는 여과기를 역세척하는 데 사용된다. 본 발명의 매체 베드 내 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드에 대해, 1인치의 매체 베드 팽창은 일반적으로 역세척 동안 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 내에 갇힌 오염물질을 제거하는 데 불충분하다. 개선된 역세척은 약 2인치 내지 6인치의 매체 팽창, 예컨대, 3인치, 예컨대, 4인치, 예컨대, 5인치 또는 예컨대, 6인치의 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 팽창에 의해 달성될 수 있다. 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 팽창이 매우 크다면, 예컨대, 약 6인치 초과라면, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 일부는 더러워진 역세척 물이 여과기 용기로부터 플러싱될 때 손실될 것이다. 또한, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 역세척 과정 동안 여과기 용기의 벽에 대한, 벽 효과, 예컨대, 벽 마찰을 감소시킨다. 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 구형도 및 외부면은 매체 베드가 불규칙적인 형상의 실리카 미세 모래 입자에 대해 역세척 동안 유동화될 때 용기의 벽과 비드 간의 마찰을 감소시켜서, 매체 베드 팽창 동안 역세척의 효율을 증가시킨다.

셋째로, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 경도는 세정 과정 동안 마멸에 기인한 손실을 감소시킨다. 예를 들어, 여과 시스템에서 현재 사용되는 유리 매체는 부서지기 쉬운, 일반적으로 재활용되거나 또는 으깨진 유리이다. 역세척 세정 과정 동안, 으깨진 유리 매체가 파손될 수 있어서, 유리 매체의 크기를 감소시키고 역세척 액체가 시스템으로부터 플러싱될 때 더 작은 피스가 손실될 확률을 증가시킨다. 유리 비드, 예컨대, 본 발명에 유용한 유리 비드는 실리카 미세 모래와 실질적으로 같은 경도를 갖고, 따라서 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드가 역세척 동안 서로 접촉할 때, 유리 비드는 균열될 가능성이 적다.

마지막으로, 본 발명에 유용한 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드는 매끄럽고 광택 있는 외부면 마감을 갖는다. 이 표면 마감은 유리 비드의 표면에 흡착되는 물 내 오염물질을 감소시키고, 따라서 매체 부착물을 감소시키고 여과기 매체의 수명을 연장시킨다. 예를 들어, 실리카 미세 모래로 여과할 때, 오염물질, 예컨대, 산화철, 비계, 및 기름이 미세 모래 입자의 표면 상에 남아 있는 경향이 있어서, 궁극적으로 미세 모래를 더럽힌다. 대조적으로, 여과기의 매체 베드가 역세척될 때 발생하는 매체 팽창 동안, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드의 외부면 마감은 종래의 실리카 미세 모래보다 개별적인 유리 비드 사이에 갇힌 오염물질을 더 우수하게 제거할 수 있다. 이것은 더 효율적이고 더 완벽한 역세척을 발생시켜서, 여과기 정지 시간을 감소시키고 매체의 덜 빈번한 교체를 발생시킨다.

또 다른 양상에 따르면, 물을 처리하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 처리될 물의 공급원, 처리될 물의 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 및 여과기 용기 내에 배치된 매체 베드를 가진 여과기 용기, 및 여과기 용기 유출부에 유체 흐름 가능하게 연결된 처리된 물 유출부를 포함한다. 일부 실시형태에서, 매체 베드는 복수의 매체층을 포함하고, 매체 베드의 최상부 층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하고, 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가된다.

시스템의 여과기는 처리될 물의 공급원으로부터 유기 또는 무기 오염물질의 제거에 적합하다. 처리될 물의 공급원 내 유기 오염물질은 비계, 오일, 기름, 및 생물학적 종, 예컨대, 조류를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 처리될 물의 공급원 내 무기 오염물질은 토사, 점토, 모래, 및 미립자로 된 중금속, 예컨대, 철을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 본 발명의 시스템에서 본 발명의 여과기를 사용하여 제거될 수도 있는 다른 유기 오염물질 및 무기 오염물질이 기술에 알려져 있다.

일부 실시형태에서, 시스템은 공기 역세척을 사용하여 매체의 세정을 용이하게 하는 공기 역세척 시스템을 포함한다. 공기 역세척 시스템은 일반적으로 공기의 공급원, 에컨대, 압축된 공기 탱크 또는 유사물에 연결 가능한 적어도 하나의 유입부를 포함하는 용기 내에 배치된 공기 분배기를 포함한다. 복수의 매체층의 입자를 유동화하는 데 필요한 공기 분배기를 통해 펌핑된 공기의 속도는 매체 베드의 복수의 매체층 내 입자의 각각의 유형의 물리적 특성에 의존적이다. 여과기 용기를 위해 적합한 공기 분배기가 기술에 알려져 있다.

주기적으로, 여과기의 매체층은 세정을 필요로 할 것이다. 오염물질, 예컨대, 먼지 및 이물질이 여과기의 매체층 내에 축적되기 때문에, 여과기 용기의 유입부와 유출부에 걸친 압력차는 일반적으로 증가된다. 따라서, 여과기는 일반적으로 차압이 여과기 용기의 성능의 감소를 나타내는 바와 같은 미리 결정된 문턱값 레벨에 도달한다면 세정된다. 일부 실시형태에서, 시스템은 여과기 용기에 걸친 물의 차압을 측정하도록 구성된 압력 센서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 압력 센서는 매체 여과기 용기의 액체 유입부와 액체 유출부 간의 차압을 측정하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 압력 센서는 차압 센서일 수도 있다. 압력 센서는 전자식일 수도 있다. 압력 센서는 디지털 또는 아날로그일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 매체 여과기 용기는 차압이 5psi에 도달한다면 세정될 수도 있다. 예를 들어, 매체 여과기 용기는 차압이 적어도 7psi, 10psi, 12psi, 또는 15psi라면 세정될 수도 있다. 일부 경우에, 여과기의 성능은 배출된 물의 특성을 측정함으로써, 예컨대, 여과 또는 광학 기법을 사용하여 처리된 물 유출부로부터 배출되는 처리된 물의 혼탁도를 측정함으로써 모니터링될 수도 있다.

위에서 언급된 바와 같은, 본 발명의 시스템에서 여과기의 세정은 일반적으로 역세척을 사용하여 수행된다. 역세척은 일반적으로 여과기 베드의 매체층을 통한, 물 또는 다른 매체, 예컨대, 공기의 흐름을 반전시키는 것 및 여과기 용기의, 유출부, 예컨대, 역세척 유출부로부터 더러워진 물을 배출하는 것을 수반한다. 역세척 과정은 배출된 물이 실질적으로 깨끗해지고, 차압이 미리 결정된 레벨에 도달할 때까지, 또는 여과 사이클 동안 물의 유량 및 여과기의 크기에 기초하여 미리 결정된 시간 기간 동안 연속적으로 또는 간헐적으로(예를 들어, 주기적으로) 수행될 수도 있다. 역세척은 하루에 한번, 하루에 여러 번, 또는 필요할 때 수행될 수도 있다. 역세척이 필요할 때 시간 기간 동안 수행될 수도 있어서 용기로부터 오염물질을 배출하거나 또는 차압을 작동 범위로 감소시킨다.

일부 실시형태에서, 공기는 여과기의 매체 베드의 복수의 매체층을 역세척하도록 사용된다. 공기 역세척은 액체 역세척보다 세정에서 더 효과적일 수 있다. 이 경우에, 매체 베드 위의 액체 레벨이 낮아질 수 있고, 공기가 매체 아래에 도입될 수 있어서 액체 및 공기가 강제로 매체 베드를 통하게 하여, 따라서 매체가 혼합되게 하고 매체 베드 위의 액체로 나아가게 한다. 이어서 공기가 여과기 저장소의 상단부로부터 나가고, 반면에 매체 베드 위의 액체는 오염물질과 매체의 혼합물로 충전된다. 이어서 부유물 내 매체가 재계층화되어 정상적인 매체 베드로 되돌아 간다. 이것은 입자 크기에 의해 분류된 매체의 침착을 유발하기 위해 부유된 매체를 통한 제어된 액체 흐름에 의해 달성될 수 있다. 매체 베드 위의 액체 내 오염물질은 말끔히 플러싱될 수 있다. 최상부 층으로서 미세 매체를 가진 다층 매체 베드를 포함하는 여과기에 대한 액체-기반 그리고 공기-기반 역세척이 제US 2018/0099237호에 설명되고, 이것의 개시내용은 모든 목적을 위해 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

본 발명에서, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 여과기 용기의 매체 베드의 최상부 층을 포함하는 경우에, 역세척 동안 사용되는 유량의 제어는 역세척 물이 배출될 때 매체 베드의 층의 역계층화를 감소시키고 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 손실을 감소시키는 데 중요하다. 정기적인 여과기 베드 매체 계층화에서 사용되는 액체 유량은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체에 대해 너무 높다. 출원인은 계층화를 돕기 위한 입자 크기에 의해 매체의 밀도가 증가되고 혼합을 생성하지 않기 위해 공기 흐름이 제어되는 한, 매체의 층이 공기 역세척 동안 계층화될 수 있다는 것을 알아냈다. 이 공기 역세척 동안, 매체의 하부층이 교란되지 않고, 미세 매체가 하부층 위의 액체 부유물에 남아 있을 수 있다. 액체 흐름이 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체로 하여금 여과기 용기로부터 플러싱되게 하지 않는 한, 저레벨 액체 역세척 흐름은 결합될 수 있다. 더 높은 밀도는 또한 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 계층화 동안 더 큰 입자 크기의 매체로부터 분리되게 유지하고, 따라서 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 매체의 나머지에 갇히는 것을 방지하는 것을 돕는다. 공기 및 액체 역세척이 중단될 때, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체는 나머지 계층화된 매체의 상단부에 있다.

매체층을 역세척하기 위해 사용되는 공기량은 매체 베드의 복수의 층 내에서 이동하는 기포를 생성한다; 이 기포는 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 수층과 혼합하게 한다(이들의 레벨은 매체 베드의 상단부 위의 비교적 상당한 높이에 도달한다). 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체는 매체 베드 내 다른 매체로부터 분리된다. 기포가 여과기 용기 내에서 수층에 상향으로 부딪칠 때, 물의 역류는 종래의 공기 역세척에서 보이는 것처럼 강한 통류를 생성하는 일 없이 하향으로 흐른다. 따라서 이 작용은 오염물질이 매체 베드로부터 상향으로 점진적으로 흐르고 따라서 액체 레벨과 매체 베드의 상단부 사이의 수층으로 수집되는 전반적인 흐름 교환을 작동시킨다. 기포 작용은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체 입자에 부착되거나 또는 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체 입자 사이에 잡힌 오염물질이 수층으로 리프팅되게 한다. 이 흐름 교환의 결과로서, 수층에 수집된 오염물질은 공기가 중단될 때 매체 베드의 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체층에 다시 갇히지 않는다. 대신에, 매체 베드의 내용물이 깨끗한 것으로 판명된다면, 수층 내에서 혼합된 더러워진 내용물의 느린 플러시가 행해진다. 이 유량이 실제로 감지할 수 없는 것은 아니지만, 이 플러싱이 발생하는 유량은 매체 베드의 최상부의 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체층을 뒤집지 않고 그렇게 함으로써 여과기에 의해 요구되는 전체 계층화를 뒤집지 않을 정도로 완만한 것을 보장하는 것이 중요하다. 대안적으로, 재계층화 후 수층에 수집된 오염물질은 오직 매체의 상단부로부터, 즉, 깨끗한 물을 유입부를 통해 주입하고, 오염된 물을 유출부를 통해 밖으로 플러싱함으로써 행해질 수 있다.

매체 베드의 최상부 층에 더 낮은 밀도의 미세 매체를 사용하는 것은 연속적인 층에 대한 밀도가 증가하면 공기 역세척 작동이 종료될 때 상기 층의 역계층화를 방지한다는 것이 이해될 것이다. 기포와 기포가 생성하는 흐름은 매체 베드의 층을 뒤집거나 또는 다른 방식으로 역 계층화하는 데 작용하지 않는다. 따라서, 공기 역세척 세정 과정은 가장 조대한 하부 지지 매체층에서 작은 움직임을 유발하지만 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 균질화 및 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 지지하는 더 조대한 매체를 교란할 수 있고 유발할 수 있다. 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 임의의 상당한 교란을 방지하기 위해, 공기 역세척 후, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체는 다음의 더 조대한 매체의 상단부로부터 분리되고 이 상단부에 침전된다. 이것은 주로 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체보다 더 조대한 지지 매체에 대한 더 높은 밀도를 선택함으로써 달성된다. 공기 역세척의 말에 액체의 저레벨 역류의 추가는 또한 침전 과정 동안 더 조대한 지지 매체로부터 미세 매체를 분리시키는 것을 도울 수 있다. 이 역류로 인해 여과기 용기의 상단부를 통해 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 손실될 위험은 없다. 역세척 시 공기 흐름이 감소될 수 있어서 더 조대한 매체가 침전될 수 있고 동시에 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체가 위에서 부유된다. 이어서, 공기 흐름이 중단되면, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체와 다음의 가장 조대한 매체 간의 혼합이 발생하지 않는다. 따라서, 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체의 손실 없이 재계층화가 방지된다.

매체 베드의 매체층을 역세척하기 위해 사용되는 공기량은 용기 내에, 일반적으로 매체층 아래에 배치된 공기 역세척 시스템의 공기 분배기에 의해 매체 베드로 전달될 수도 있다. 매체 베드를 역세척하기 위해 필요한 공기량은 여과 사이클 동안 미리 결정된 시간 기간에 전달될 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 매체 베드를 역세척하기 위해 필요한 공기량은 여과기 용기 성능 메트릭의 모니터링된 값 또는 값들, 예컨대, 압력 센서에 의해 측정되는 바와 같은 여과기 용기에 걸친 물의 차압 변화 또는 배출된 물의 특성의 측정값, 예컨대, 여과 또는 광학 기법에 의해 측정되는 바와 같은 혼탁도에 기초하여 전달될 수도 있다.

일부 실시형태에서, 시스템은 압력 센서에 작동 가능하게 연결된 제어기를 더 포함할 수도 있다. 제어기는 컴퓨터 또는 모바일 디바이스일 수도 있다. 제어기는 터치 패드 또는 다른 작동 인터페이스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 키보드 및/또는 마우스를 통해 작동될 수도 있다. 제어기는 당업자에게 알려진 운영 체제에서 소프트웨어를 실행시키도록 구성될 수도 있다. 제어기는 전력원에 전기적으로 연결될 수도 있다. 제어기는 압력 센서에 디지털 방식으로 연결될 수도 있다. 제어기는 무선 연결을 통해 압력 센서에 연결될 수도 있다. 제어기는 또한 예를 들어, 제어기가 필요할 때 세정 과정을 개시시키거나 또는 종료하게 하도록, 시스템 내에서 임의의 펌프 또는 밸브에 작동 가능하게 연결될 수도 있다.

제어기는 압력 센서에 의해 측정된 차압에 응답하여 여과기 용기의 세정 과정을 개시시키도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 제어기는 문턱값 차압에서 세정 과정을 개시시키도록 구성될 수도 있다. 문턱값 차압은 매체 여과기 용기의 저하된 작동과 연관될 수도 있다. 예를 들어, 문턱값 차압은 5psi, 7psi, 10psi, 12psi, 또는 15psi일 수도 있다. 제어기는 또한 세정 과정의 완료 시 여과기 용기의 클린 작동을 개시시키도록 구성될 수도 있다. 제어기는 제2 문턱값 차압에서 작동을 개시시키도록 구성될 수도 있다. 제2 문턱값 차압은 매체 여과기 용기의 클린 작동과 연관될 수도 있다. 예를 들어, 제2 문턱값 차압은 12psi, 10psi, 7psi, 5psi, 3psi, 1psi, 또는 1psi 미만일 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어기는 여과 기법, 예컨대, 토사 밀도 지수(Silt Density Index: SDI) 테스트, 또는 광학 기법에 의해 측정된 바와 같이, 처리된 물 유출부로부터 배출된 물의 혼탁도의 증가에 응답하여 여과기 용기의 세정 과정을 개시시키도록 구성될 수도 있다. 여과기 성능을 측정하고 역세척을 사용하여 세정을 개시시키는 데 유용한 다른 메트릭이 기술에 알려져 있다.

또 다른 양상에 따르면, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 유동적으로 여과기 용기를 포함하는 매체 여과기를 개장하는 방법이 제공된다. 방법은 매체 베드로부터 최상부 매체층을 제거하는 단계 및 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하는 매체를 최상부 매체층으로서 매체 베드에 설치하는 단계를 포함할 수도 있다. 유리 비드 미세 매체는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 유리 비드일 수도 있고, 예를 들어, 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경, 약 2.5g/㎖의 밀도, 및 매끄럽고 광택 있는 외부면을 갖는다.

또 다른 양상에 따르면, 여과기 용기에 대한 물 처리를 용이하게 하는 방법이 제공된다. 방법은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 공기 분배기, 및 매체 베드를 포함하는 여과기 용기를 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 사용자가 여과기 용기의 유입부를 처리될 물의 공급원에 연결하도록 명령하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태에서, 물 처리를 용이하게 하는 방법은 사용자가 공기의 공급원, 예컨대, 압축된 공기 탱크를 공기 분배기의 유입부에 연결하도록 명령하는 것을 더 포함할 수도 있다. 물 처리를 용이하게 하는 방법은 사용자가 미리 결정된 시간 기간 동안 다량의 공기를 공기 분배기 및 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 명령하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

실시예

이 실시형태와 다른 실시형태의 기능 및 장점은 다음의 실시예로부터 더 잘 이해될 수 있다. 이 실시예는 사실상 예시적인 것으로 의도되고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다.

실시예 1: 철 제거 적용 시 매체 부착물의 감소

다음의 실시예는 철 제거 과정에서 매체 부착물을 조사하기 위해 사용되었다. 실리카 모래(D10

0.15㎜ 내지 D50

0.23㎜)를 포함하는 미세 매체가 철 제거 적용 시 빠르게 더러워진다는 것이 발견되었다. 이 문제에 대한 잠재적인 해결책으로서, 일반적으로 모래 블래스팅을 위해 사용되는 유리 비드(#8, D50

0.18㎜)는 실리카 모래를 유리 비드로 교환함으로써 여과기에서 사용되었다.

유리 비드는 여과기, 예컨대, VORTISAND(등록상표) 교차흐름 미세 모래 여과기(펜실베니아 피츠버그주 소재의 Evoqua Water Technologies LLC)의 역세척 사이클 동안 매체의 개선된 세정을 용이하게 하는 표면 특성을 갖는다. 특히, 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 외부면은 표준 VORTISAND(등록상표) 여과기 장치에서 사용되는 실리카 모래 미세 매체와 비교하여 여과된 철의 더 우수한 제거를 허용한다. 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 표면이 실리카 모래 미세 매체와 비교하여 부착물을 감소시키기 때문에, 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 표면은 이들의 수명을 연장시키고 여과 성능을 유지한다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 역세척 사이클을 포함하는 동일한 작동 조건하에서, 미세 모래 매체(도 5a)는 역세척 사이클 동안 효과적으로 제거되지 않은 철에 의해 더러워지기 시작한다. 대조적으로, 유리 비드 미세 매체(단일의 유리 비드의 확대된 이미지로서 도 5b에 도시됨)는 유리 비드 외부면 상의 감소된 철 함량을 나타내어, 역세척 동안 최상부 매체층 전반에 걸친 더 완벽한 철의 제거를 나타낸다.

실시예 2: 역삼투(reverse osmosis: RO) 전의 물의 혼탁도 감소

다음의 실시예는 여과 시스템에서 상단층으로서 유리 비드(#8,

0.15㎜)를 사용하여 물의 혼탁도의 감소를 조사하기 위해 사용되었다. 이 실시예의 목적은 SDI 테스트에 의해 측정된 바와 같은 물의 혼탁도를 감소시켜서 여과 사이클 범위의 감소 및 RO의 화학적 세정을 필요로 하는 RO 막 부착물을 최소화하는 것이다. 이것은 RO 막이 덜 빈번하게 화학적으로 세정되어야 하므로 RO 막의 수명을 증가시킨다는 이점을 갖는다.

유리 비드는 여과기, 예컨대, VORTISAND(등록상표) 교차흐름 미세 모래 여과기(펜실베니아 피츠버그주 소재의 Evoqua Water Technologies LLC)의 역세척 사이클 동안 매체의 개선된 세정을 용이하게 하는 표면 특성을 갖는다. 특히, 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 외부면은 표준 VORTISAND(등록상표) 여과기 장치에서 사용되는 실리카 모래 미세 매체와 비교하여 혼탁도를 감소시킨다. 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 표면이 실리카 모래 미세 매체와 비교하여 부착물을 감소시키기 때문에, 유리 비드의 매끄럽고 광택 있는 표면은 이들의 수명을 연장시키고 여과 성능을 유지한다. 게다가, 유리 비드는 실리카 모래 미세 매체보다 더 작고(0.15㎜) 물에서 더 많은 나머지 입자를 제거할 수 있고, 특히, 물의 혼탁도를 생성하는 가장 작은 입자를 제거할 수 있다.

표 1 및 표 2는 처리된 시립 수원으로부터 비롯된 공정 용수에 대한 혼탁도(네펠로메트릭 혼탁도 단위(Nephelometric Turbidity Unit: NTU)로 측정됨)(표 1) 및 토사 밀도 지수(SDI)(표 2)의 감소에 대한 비교 데이터를 제시한다. SDI는 자동 단순 SDI 테스트 장치를 사용하여 ASTM D4189-07 프로토콜에 따라 계산되었다. 표 1 및 표 2에서, 유출부(A 및 B)는 여과기로부터의 여과기 용기 유출부를 나타내고 최상부 매체층은 0.18㎜ 유리 비드 미세 매체이고 유출부(C 및 D)는 여과기로부터의 여과기 용기 유출부를 나타내고 최상부 매체층은 0.25㎜ 실리카 미세 모래 매체이다. 표 1 및 표 2에 제시된 데이터는 분배 매니폴드를 통해 4개의 개별적인 여과기 용기의 유입부를 공급하는 단일의 유입부 매니폴드에 의해 수집되었고, 각각의 용기는 36인치의 직경을 갖고 215 내지 280gpm의 여과 용량을 갖는다. 유입부에 대해 나타낸 데이터는 분배 매니폴드의 상류의 샘플링 포인트에서 수집되었다. 4개의 여과기 용기의 각각은 처리된 물이 테스트를 위해 인출될 수도 있는 유출부를 갖는다; 개별적인 유출부는 또한 단일의 유출부를 가진 하류 유출부 매니폴드를 공급한다.

2018년 9월 17일의 표 1의 데이터는 용기(A 및 B)에서 유리 비드 미세 매체로 실리카 미세 모래 최상부 매체층을 교체하기 전에 4개의 여과기 용기(A 내지 D)의 수집용 출력부로부터 수집되었다. 원래의 실리카 미세 모래 매체층을 사용하여, 용기(A 내지 D)의 전체 여과 시스템은 유출부 매니폴드에서 측정된 바와 같이 급수로부터의 혼탁도를 69% 감소시켰다. 2018년 9월 19일에, 용기(B)의 최상부 매체층은 유리 비드 미세 매체로 교환되었다. 유리 비드 미세 매체에 의한 용기(B)를 통한 여과는 급수의 혼탁도를 감소시키지 못하는, 실리카 미세 모래를 포함하는 용기(C+D)의 혼탁도와 비교하여 혼탁도를 71% 감소시켰다. 2018년 9월 19일의 실험에 대해, 급수의 혼탁도는 매우 낮았고 매우 작은 부유된 미립자에 기인한다. 유리 비드 미세 매체 사이에 형성되는 더 작은 사이 공간 및 더 효과적인 패킹은 더 작은 미립자의 더 효과적인 포획 및 수반되는 혼탁도의 감소를 발생시키고, 반면에 실리카 미세 모래는 가장 작은 미립자를 포획할 수 없다.

ASTM D4189-07 데이터 수집 방법은 표준 500㎖ 양의 물을 사용하여, 5분 간격으로, 예컨대, 5분, 10분 그리고 15분에 SDI 데이터를 수집한다. ASTM D4189-07 데이터 수집 방법은 압력에 민감하고 압력이 여과기의 막힘에 기인하여 특정한 문턱값을 초과한다면 더 적은 양의 물, 예컨대, 100㎖의 양의 물을 사용한다.

표 2의 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 유리 비드 미세 매체의 전반적인 여과 성능은 물이 여과되는 시간량에 따라 증가된다. 예를 들어, 용기(A)의 유리 비드 미세 매체에 대해, SDI는 여과 30분 후 급수에서 7% 감소했고, 여과 1시간 후 50% 감소했고, 여과 2시간 후 73% 감소했다. 대조적으로 미세 모래 매체 여과기(용기(C 및 D))의 성능은 여과 시간에 걸쳐 변동이 없었고, 여과의 처음 30 내지 60분 내에 가장 큰 변화가 있고 여과가 진행될 때 주목할 만한 성능의 증가는 없다. 유리 비드 미세 매체는 실리카 미세 모래 매체와 비교하여 개선된 SDI 제거 성능을 입증하였다.

본 명세서에서 사용되는 용어 및 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "복수"는 2개 이상의 아이템 또는 컴포넌트를 나타낸다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "지닌(carrying)", "가진(having)", "포함하는(containing)", 및 "수반하는(involving)"은 설명 또는 청구범위 등에 쓰여있든, 개방형 용어이고, 이것은 "포함하지만 ~로 제한되지 않는다"를 의미한다. 따라서, 이러한 용어의 사용은 이후에 나열되는 아이템, 및 이들의 등가물뿐만 아니라 부가적인 아이템을 포함하는 것으로 여겨진다. 오직 과도기적 문구 "~로 구성되는" 및 "~로 본질적으로 구성되는"은 각각 청구범위에 대해 폐쇄형 또는 반폐쇄형 과도기적 문구이다. 청구범위의 구성요소를 수식하기 위해 청구범위에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어의 사용은 하나의 청구범위의 구성요소의 임의의 우선도, 순위 또는 방법의 작동이 수행되는 순서에 대한 또 다른 시간적 순서를 자체적으로 내포하지 않지만, 단지 청구범위의 구성요소를 구별하기 위해 특정한 이름을 가진 하나의 청구범위의 구성요소를 동일한 이름을 가진 또 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 라벨(서수 용어의 사용 이외)로서 사용된다.

따라서 적어도 하나의 실시형태의 수개의 양상이 설명되었지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에 의해 손쉽게 발생할 것임이 이해된다. 임의의 실시형태에서 설명된 임의의 특징은 임의의 다른 실시형태의 임의의 특징에 포함될 수도 있거나 또는 이것으로 대체될 수도 있다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시내용의 일부인 것으로 의도되고 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 오직 실시예에 의한 것이다.

당업자는 본 명세서에서 설명된 매개변수 및 구성이 예시적이고 실제 매개변수 및/또는 구성이 개시된 방법 및 물질이 사용되는 특정한 적용에 의존적일 것임을 이해해야 한다. 당업자는 또한 개시된 실시형태 동등한 일상적인 실험만을 사용하여 인지하거나 또는 확인할 수 있어야 한다.

Claims (20)

1. 여과기로서,
   적어도 하나의 유입부 및 적어도 하나의 유출부를 가진 용기;
   복수의 매체층을 포함하는 매체 베드(media bed)로서, 상기 매체 베드의 최상부 매체층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 미세 매체를 포함하고, 상기 복수의 매체층의 밀도는 상기 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되는, 상기 매체 베드; 및
   다량의 공기를 상기 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 구성된 공기 분배기
   를 포함하는, 여과기.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리 미세 매체는 유리 비드를 포함하는, 여과기.
3. 제2항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경을 갖는, 여과기.
4. 제3항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 갖는, 여과기.
5. 제2항에 있어서, 상기 유리 비드는 매끄러운 외부면을 포함하는, 여과기.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 2.5g/㎖의 밀도를 갖는, 여과기.
7. 물의 공급원에 유동적으로 연결 가능한 여과기 용기를 포함하는 매체 여과기를 개장하는 방법으로서, 상기 여과기 용기는 복수의 매체층을 포함하는 매체 베드를 포함하고, 상기 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되고,
   상기 매체 베드로부터 상기 최상부 매체층을 제거하는 단계; 및
   실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하는 매체를 상기 최상부 매체층으로서 상기 매체 베드에 설치하는 단계를 포함하는, 매체 여과기를 개장하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경을 갖는, 매체 여과기를 개장하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 갖는, 매체 여과기를 개장하는 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 2.5g/㎖의 밀도를 갖는, 매체 여과기를 개장하는 방법.
11. 물 처리를 용이하게 하는 방법으로서,
    적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 공기 분배기, 및 매체 베드를 포함하는 여과기 용기를 제공하는 단계로서, 상기 매체 베드는 복수의 매체층을 포함하고, 상기 복수의 매체층의 밀도는 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되고, 상기 최상부 매체층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하는, 상기 여과기 용기를 제공하는 단계; 및
    사용자가 상기 여과기 용기의 유입부를 처리될 물의 공급원에 연결하도록 명령하는 단계를 포함하는, 물 처리를 용이하게 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 사용자가 공기의 공급원을 상기 공기 분배기에 연결시키도록 명령하는 단계를 더 포함하는, 물 처리를 용이하게 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 사용자가 미리 결정된 시간 기간 동안 다량의 공기를 상기 공기 분배기 및 상기 복수의 매체층을 통해 향하게 하도록 명령하는 단계를 더 포함하는, 물 처리를 용이하게 하는 방법.
14. 물을 테스트하기 위한 시스템으로서,
    처리될 물의 공급원;
    상기 처리될 물의 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 적어도 하나의 유입부, 적어도 하나의 유출부, 및 여과기 용기 내에 배치된 매체 베드를 가진, 상기 여과기 용기로서, 상기 매체 베드는 복수의 매체층을 포함하고, 상기 매체 베드의 최상부 층은 실질적으로 균일하고 구형의 유리 비드 미세 매체를 포함하고, 상기 복수의 매체층의 밀도는 상기 최상부 매체층으로부터 최하부 매체층으로 증가되는, 상기 여과기 용기; 및
    여과기 용기 유출부에 유체 흐름 가능하게 연결된 처리된 물 유출부를 포함하는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜의 직경을 갖는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 직경을 갖는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 비드는 약 2.5g/㎖의 밀도를 갖는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
18. 제14항에 있어서, 상기 처리될 물의 공급원은 무기 또는 유기 오염물질을 포함하는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
19. 제14항에 있어서, 상기 공기의 공급원에 연결 가능한 유입부를 가진 상기 여과기 용기 내에 배치된 공기 분배기를 포함하는, 공기 역세척 시스템을 더 포함하는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
20. 제19항에 있어서, 다량의 공기는 여과 사이클 동안 그리고/또는 상기 여과기 용기의 성능이 감소될 때 미리 결정된 시간 기간에 상기 공기 분배기로부터 전달되는, 물을 테스트하기 위한 시스템.
    

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