TWI571298B - 發泡過濾器水處理系統 - Google Patents

Description

發泡過濾器水處理系統

本發明有關水處理系統，尤其係有關重力給水處理系統。

隨著世界人口增加，水需求也跟著增加。事實上在世界某些人口增長率大於平均值的地方，安全飲用水的易取得性係低於平均值。某些這類情況係歸究於地理，無論是乾旱氣候或者是缺乏適合飲用的新鮮表面水。又，許多井口因為地下水位下降而逐漸乾枯，造成新水井要挖掘更深的深度，企圖尋求水源。在許多情況下，高成本阻止了這些操作。又，在許多水源十足缺乏的地方，人們因為低收入水平及事實上都市處理水無法取得，所以不能購得消費用水。這類地方的例子包含(只提出其中少數)低度開發國家的鄉下村落、天災遺址、或露營地點等等。

重力給水處理系統係在世界各地加以使用，幫助低收入人群，提供安全水源給予家庭飲用及烹飪。一種已知的重力給水處理系統使用一生物砂水濾器來處理水。這些系統設有天然形成的生物層，破壞水中不想要的微生物及有機物。一般使用於住宅及小村落區的生物砂濾器，傾向於大而笨重。某一些含有高達100磅的砂及石礫。

生物砂濾器的某些進步性已經在數年前完成。例如，某些生物砂濾器已經調節深度及微粒尺寸複合物，以便控制裸露砂層頂部上的表面速度。在效果方面，較深層體內的安置大量砂石的一個理由在於建立及控制反壓，以致於流經該砂床的表面速度係控制在建議範圍之內。雖然這些進步性在某些情況下已使重力給水處理系統更加地有效，但是其安裝係更加的複雜，因為安裝期間該流速必須經常地調節，以確保該系統的適當運作。

某些人相信，生物砂水處理系統的兩個主要優點在於砂的重量及砂子所需要的具體微粒尺寸。砂子的製造及運輸已經成為生物砂濾器全球性使用的主要障礙。有些水處理系統使用水泥及塑膠來取代。然而這些系統有自身的缺點。水泥甚至比砂子還要重，及在需要它的遠方可能比砂子還要稀少。

提供一種重力給水處理系統，包含一發泡過濾器，其具有支承生物質移殖的蜂窩狀結構及其機械式地支承這些結構。發泡材料結構在原始厚度上係網狀的，及其加以密實化至0.300英吋。該網狀發泡材料能夠支承一生物層於發泡材料的外及/或內部。發泡材料係多孔性的、低重的、及易於安裝。網狀的發泡材料水處理系統能夠加以結構形成匣構形或堆疊構形。

現有多種發泡材料過濾器構形，其包含一網狀發泡材料過濾器構形。發泡材料過濾器可具有一收集槽，用於收集已經藉由該發泡過濾器元件加以過濾的水，及過濾器出口，係連通於該收集槽，用於將水從該過濾器分配出去。該發泡過濾器係加以密實化，增加該發泡過濾器元件內每單位體積的股線數目。發泡過濾器元件也可包含養份來吸引生物有機體。

現有多種發泡材料過濾器構形。在一實施例中，發泡材料係包裹在一內支承核心周圍，及端蓋係黏結在一起而密封該匣。支承核心能夠增加過濾匣的結構完整性。該過濾匣可包含一層或多層的發泡材，每一者有相同或相異的孔隙尺寸及/或相同或相異的厚度。多層的發泡材能夠增加水處理的品質。

現在也有多種的發泡過濾器堆疊構形。在一實施例中，多層的發泡材料係堆疊在一起，及水係同時地或接續地流經多個階段。同時流經多階的水能夠增加水處理速度，而接續流經多階的水能夠增加水處理的品質。

在發泡過濾器的匣構形及堆疊構形中，多種材料的額外的功能性層體係可加以包含，以便增加全部的水處理。例如，功能性層體能夠加以包含而解決多種水污染，例如硬度、砷或氟化物。

發泡過濾解決許多生物砂濾器的問題，值得注意的是，重量及安裝的問題。發泡過濾器水處理系統的重量係生物砂水處理系統重量的小數部份。發泡過濾器系統也易於由最終使用者安裝，而無需訓練安裝人員。

這些及其他的本發明目的、優點及特徵，在參照現有實施例及圖式之下，將會更加完全地被瞭解及讚同。

本發明實施例詳細說明之前，要瞭解的是，本發明並未局限在下述說明內容或所附圖式所解說的詳細操作或詳細結構或元件排列。本發明可由多種其他實施例來施行，及可用並未在本文中揭示的可替換的方式來實行或執行。又，要瞭解的是，本文中語詞及命名係為了描述目的用途，而不應被視為限制。使用”包含”及”包括”及其變型，意指蘊涵其文後所列舉的品項及其等價者以及額外的品項及等價者。又，在多個實施例的描述中可使用編號。除另有說明，使用編號不應被解釋為本發明限制於任何特定的元件順序或數目。也不應把編號解釋為，任何可能結合至已編號步驟或元件之內的額外步驟或元件係被排除於本發明範圍之外。

本發明的水處理系統係可在多種地點上加以構形。許多元件能夠單獨使用或者多數結合使用，以便處理水，以供消耗或其他用途。重要的是，下文所詳述的構形係示範性的而非排他性的。

本文中所述的實施例解說，係打算提供對於許多實施例之結構的一般性理解。該解說並不想作為該利用本文所述之結構或方法的設備及系統之全部的元件及特徵之完全描述。對於一般精於本項技藝人士在檢視該項揭示內容時，許多其他的實施例係明顯的。其他的實施例可利用或衍生自該揭示內容，因而在不離開揭示範圍之下可以製成結構上的及邏輯上的取代及改變。又，所解說者只是代表性的及並非依比例繪製。所解說者的某些比例係可加以放大，同時其他比例係可加以縮小。

使用發泡材料作為過濾器，相對於上述砂石及水泥結構，係有較輕的重量。然而，發泡材料水處理系統可能面臨許多問題。例如，可能需要巨大的發泡材料厚度，以便取得所想要的過濾水平或所想要的流速。又，在某些構形中該發泡材料可能變成厭氧性的，這降低了發泡材料的處理能力。又，幫助水處理的細菌及微生物通常被防止穿透該發泡材料。再者，某些發泡材料構形有阻塞的傾向。

依照孔隙或蜂窩狀結構，可將發泡材料加以分類成開放室或密閉密室。開放室的發泡材料也已知為網狀發泡材料，及包含交連的孔隙，形成網絡或發泡材料母體。發泡材料母體的結構係藉由個體發泡材料股線來維持，其保護發泡材料孔隙之間的交連。相對照之下，密閉室的發泡材料具有分離的、隔離的孔隙，其並未交連在一起。

本發明的網狀發泡過濾器能夠在多種不同水處理系統中加以實行。例如，一碟狀發泡過濾器1106係可施行於第十一圖所示的水處理及儲存系統1100。所示的水處理及儲存系統1100包含一處理槽1102及儲槽1110。處理槽1102包含一入口1104、一碟狀發泡過濾器1106及一出口1108。在所示的實施例中，該碟狀發泡過濾器1106係密封在處理槽1102的側壁上，以致於倒入入口1104的水流經一成形於碟狀發泡過濾器1106上生物層1107，藉此來處理水。成形於發泡材料上的生物層1107，以受控制的流速進行批次處理時，能夠提供高度的處理，降低細菌、病毒及原蟲。應注意的是，這種生物層體能夠在兩週之內形成，及若有需要能夠以下文所述的某些處理來加速。在一系統實施例中，一預濾器係加以包含，其執行相同於本系統層次的過濾，但在兩週後生物層形成之後，即加以棄置或解除。在某些實施例中，該預濾器並未持續長久時間，但幫助本系統取得起始過濾而無需兩週的延遲。

在本實施例中，網狀的發泡材料可能是醫藥等級的、具有特定孔徑及孔密度的聚醚2-1000發泡材料。例如，該醫藥級發泡材料可能有大於約70孔/平方英吋的孔密度，更佳地是約80~120孔/平方英吋，尤其佳的是約100孔/平方英吋。100孔/平方英吋x2，產生200孔/英吋。該發泡材料也可加以密實化。例如，該發泡材料能夠以原始密度加以製造，然後壓縮至原始密度的2~3倍。如果加壓係在單一方向上進行，能夠保留發泡材料表面上的孔數/平方英吋，同時增加每單位容積的結構股線數目。每單位容積的股線數目增加，可提供更多的位置給予細菌及微生物來棲息，及收留於該發泡材料之內，如此，可增加發泡材料在處理水方面的效率。發泡過濾器的厚度可以製得非常小，同時維持每平方英吋表面積的孔隙數目、維持合適的反壓及維持足夠層次的過濾。例如，網狀發泡過濾器的厚度可小於約1英吋厚，較佳地約0.2~0.6英吋厚，及尤其佳的是約0.3英吋厚。小厚度及發泡材料的網狀構形可允許空氣穿透該發泡材料，及可避免該發泡過濾器變成厭氧性的，否則這可能降低發泡過濾器的效率。

在本實施例中及如下文所述者，一節流孔可安置在發泡過濾器的出口上或水處理系統的出口上，以便控制通過水處理系統的流速。該節流孔可為任何合適的節流器，其降低出口上的容積流速，包含一墊圈形的板子，其降低發泡過濾器的出口尺寸，或降低水處理系統的出口尺寸。可選擇的是，該流速係介於約每平方公分發泡材料表面積每分0.5 ml~1.5 ml之間，又較佳者介於約每平方公分發泡材料表面積每分0.8~1.2 ml，又更佳者約每平方公分發泡材料表面積每分1 ml。

一或更多的實施例可降低發泡過濾器的阻塞及允許過濾器剔除已死亡的細菌，這可允許生物層生長及吸收養份，如氧氣及有機物。一或更多的實施例也允許發泡過濾器在水流過該過濾器時吸收及餵養有害的有機體。例如，如前文所述之穿過發泡材料的細菌及有機體，可在其通過該過濾器於有害的有機體上加以餵養。一或更多的實施例也可允許過濾器內的有機體釋放蛋白酶而非發展出生物層。這些優點之一或更多者係可由發泡材料網絡來提供，包含藉由發泡材料之網狀化及密實化所產生的氣室及股線密度。

在所示的實施例中，碟狀發泡過濾器1106包含兩個發泡材料碟子。在可替換的實施例中，單一層的發泡材料或額外層的發泡材料可加以使用。許多碟狀發泡過濾器實施例將於下文中更加詳細地描述。在所示的實施例中，處理槽的出口1108係流體式連通於儲槽1110的入口1112。該儲槽能夠用於收集已處理的水，一直到其準備好被消費時為止。該儲槽1110包含一出口1114，其可包含一水龍頭，或基本上的任何其他分配系統。在使用時，未處理的係倒入該處理槽1102中，通過該生物層1107及碟狀發泡過濾器1106，及經由出口1108排出處理槽1102，進入已處理水的儲槽1110。

第十二圖解說水處理及儲存系統1200的另一實施例。第十一圖之水處理系統及第十二圖所示者之間的主要差異包含一發泡過濾器1206的卡匣，而非碟狀的發泡過濾器。許多匣狀發泡過濾器的實施例將更詳細地述於下文。在使用時，水被倒入處理槽1202的入口1204，水包圍及流經該成形於該輻射發泡過濾器卡匣1206上的生物層，及經由發泡過濾器卡匣內的出口1208而流出處理槽1202。處理槽的出口1108係流體式連通於儲槽1210的入口1212。儲槽1210包含一出口1214，其可包含一水龍頭或基本上任何其他的分配系統。第十三圖圖解可替換的水處理及儲存系統1300實施例，其中處理槽1302及儲槽1310係彼此堆疊於頂部。

第十一圖~第十三圖圖解數個利用發泡過濾器元件的水處理系統之例子。應該注意的是，多種額外的元件可包含在可替換的水處理系統實施例之內，包含但不限於預濾器媒介、一層砂子、絮凝槽、氯化器及去氯器、及流速控制器。例如，為了控制流速及表面速度，一節流孔可安置在水出口之一者的任何地方上。在另一例子中，一淺層的砂子可添加在發泡材料的頂部，促進更良好的生物層成形。在另一實施例中，一預濾器媒介可用來覆蓋一或更多的發泡材料層(在發泡過濾器堆疊或發泡過濾器卡匣之內)，允許相對較為簡易的清潔及降低發泡材料孔隙的阻塞。在另一實施例中，發泡過濾器包含一流動控制器，以致於流速係在安裝時基於容器尺寸及頭壓而加以控制。於另一實施例中，兩個輻射過濾器可平行地使用，增加發泡材料用於處理水的表面積，及有助於較簡易的收容過濾器之桶子的堆疊。例如，兩個輻射過濾器可產生一個較低的曲線，其允許更多容器的使用。該較低的曲線可產生更多的空間，允許較為簡易的水處理容器之堆疊。

現有許多不同的卡匣發泡過濾器的實施例。發泡過濾器卡匣100的一個實施例係圖解於第一A~B圖。發泡過濾器卡匣包含一發泡層102、一內支承核心104及一對端蓋106。在本實施例中，發泡層102係包裹在內支承核心104的周圍，及發泡層的末端係用合適的膠黏劑而黏結至該端蓋，如熱熔膠。在可替換的實施例中，該發泡過濾器卡匣100基本上係可使用任何封合該末端至發泡層102或支承核心104之上的技術來加以組合。支承核心104有助於提供剛性給予該發泡過濾器卡匣，及能夠增加該發泡過濾器卡匣的整體性。在某些實施例中，該支承核心104係可加以移除。該支承核心能夠由塑膠或者任何其他不會阻止水處理加工的材料來製造。

第一A圖圖解一已組合的發泡過濾器卡匣100，及顯示水經由該過濾器的流徑。水在軸向上進入已藉由在發泡材料上所形成之生物層加以處理的發泡材料102。如上文所述，在本發明之本實施例或其他實施例中，生物有機體，除了形成一表面生物層之外，在流入發泡材料時可穿透該發泡材料以便處理水。水滲透進入發泡材料之後，其藉由支承核心的孔洞而能夠流入支承核心的中心。支承核心內之孔洞的數量、尺寸及位置，能夠依照所想要的流速而加以改變。從該支承核核心104的中心，水能夠在軸向上流動到位在端蓋106之一者上的出口108。如前文所述，一節流孔可安置在出口108上，以便控制經過該發泡過濾器的的流動。亦如上文所述，一輸出流動節流器也可添加到任一實施例中。支承核心104的直徑也能夠用來輔助控制該出口上的流速。在本實施例中，支承核心的直徑係大於端蓋出口的直徑。在可替換的結構中，支承核心直徑可匹配或小於端蓋出口直徑。在其他可替換的實施例中，並未流經支承核心的中心，該支承核心可為不通透性的，及水可沿著外表面或沿著外部流道加以流動。在進一步可替換的實施例中，兩個輻射發泡過濾器的出口可加以連接而形成一普通的出口。這可增加發泡材料處理水用的表面積。

第一B圖圖示端蓋被移除後的端視圖。在所示的實施例中可以見到支承核心及發泡層之相對直徑。應該瞭解的是，在可替換的實施例中，發泡層及支承核心的直徑能夠彼此相對地改變。

第六圖圖解一發泡薄片，其被捲成圓柱狀及加蓋而形成一輻射流過濾器元件，如第一圖所示者。在一實施例中，結構成一輻射流發泡卡匣，包含以下步驟：提供一發泡薄片、提供一具有允許流動之孔洞的塑膠內支承核心、以連續的發泡層來纏結該支承核心、提供兩個端蓋(一者具有出口而另一者密封)、及將端蓋密封該發泡材料。可藉由熱熔膠或其他膠黏劑來完成密封。端蓋內的出口孔可設有一孔口縮減器，其設置來控制流動速率不超過0.8公升/分，或其他所想要的流速。在一實施例中，發泡材料的長度係約4.2英吋。在本實施例中，該發泡材料係聚醚碸(醫藥級)，其每分吋有100孔洞。聚尿烷發泡材料係經年穩定的，及不會受到微生物消耗。又，傳輸NSF來進行水接觸的配方也已經易於取得。在可替換的實施例中，不同型式的發泡材料可連不同數目的孔洞來使用。

在本實施例中，輻射流過濾元件的許多組件之特徵，產生一流速及維持約1 cm/分之表面速度的成品外表面積。在可替換的實施例中，輻射流過濾元件的許多組件之特徵可加以改變，以便產生不同的流速、表面速度、或其他所想要的水處理系統特徵。例如，在可替換的實施例中，可以使用其他的發泡的或多孔的材料或結構來取代上述的聚合物發泡材料。例如可以使用玻璃、或其他藉由小珠狀物質之熔融所製成的母體。一示範性的實施例包含Porex燒結的聚乙烯，其也作為生物成形的支承。

在某些實施例中，發泡過濾器卡匣的性能係能夠藉由包含多數層的發泡材料而增強。這可藉由多種不同的方式來完成。數個多層發泡材料過濾器卡匣的實施例係示於第二~五圖。

設有多層發泡層的發泡過濾器卡匣200的一個實施例係圖解於第二A~二C圖中。該發泡過濾器卡匣200包含一第一發泡層202、一第二發泡層203、一內支承核心204及一對端蓋206。在本實施例中，第一發泡層202包纏該第二發泡層203，及兩個發泡層202及203均包纏該內支承核心204。在所示的實施例中，發泡層的末端係用合適的膠黏劑而黏結至端蓋206，如熱熔膠。在可替換的實施例中，該發泡過濾器卡匣200基本上可使用任何將端蓋密封至一或更多發泡層202、203及/或支承核心204上的技術來加以組合。在所示的實施例中，該支承核心204有助於提供剛性給予該發泡過濾器卡匣200，及增加該發泡過濾器卡匣200的結構完整性。

第二A圖圖解一已組合的發泡過濾器卡匣200，其設有多層的發泡材料。第二B圖係第二A圖之發泡過濾器卡匣一部份的橫斷面視圖，及圖示一個流過該過濾器的示範性水流道。水在軸向上經由已藉由該第一發泡層上所形成的生物層207加以處理之第一發泡層202而進入。然後水通過該第二發泡層203。在第二發泡層203上可有或可不有第二生物層209。水流過第二發泡層203之後，其能夠經由支承核心的孔洞而流入支承核心204的中心。支承核心之孔洞的數目、尺寸及位置，能夠依照所想要的流速而加以變化。從支承核心204的中心，水能夠在軸向上流到位在端蓋206之一者之上的出口208。支承核心204的直徑能夠用來幫助控制出口208上的流速。

也許最佳地顯示於第二C圖，該發泡過濾器元件200包含多個發泡層202及203。第二C圖的部份係加以放大而圖解不同的層體。提供多數層的發泡材料，允許不同型式的發泡材料被併入單一的卡匣中。例如，該發泡層能夠有不同的孔徑、不同的發泡厚度、或多種其他被設計來增強水處理系統性能的不同特徵。

雖然所討論的全文中該生物層係成形於發泡材料的表面，應該瞭解的是，一生物層可全部形成在一實施例之一部份上、在全部的發泡層上、或跨越多數個發泡層。在某些實施例中，可能想要的擁有橫跨多數個不同型式發泡層之生物層。又，多數個生物層可在不同位置上成形。在某些實施例中，一生物層可形成於空氣至發泡材料界面上的任何處所，也可形成於第一發泡層202及第二發泡層203之間的界面之上。再者，在使用時，養份係能夠保留在發泡材料網狀化期間所生的孔隙或密室之內。可選擇的是，在發泡材料製造期間，該養份可以故意地安置在孔隙或密室之內，以便提供營養給予生物有機體及吸引生物有機體附著到及寄居到該發泡材料。然後，當水流過該發泡材料時，該寄居於發泡材料內的生物有機體可以消耗其他水中有害有機體。任何合適的養份均可使用，包含蔗糖、含碳的分子、鐵及其他養份。

當組合時，在所示的實施例中，發泡層202及203及支承核心204係彼此鄰接安置，可能最佳地如第二B圖所示。在可替換的實施例中，在第一發泡層202及第二發泡層203之間及/或第二發泡層203及支承核心204之間，可以故意地提供間隙。這種結構型式的一個例子係示於第二C圖。可以藉由在層體之間安置可通透性的間隔片，使用端蓋來隔開第一發泡層202、第二發泡層203及內支承核心204，或藉由任何合適的技術等，來產生這類間隙。

設有多數個發泡層的發泡過濾器卡匣300的另一實施例係示於第三A~三C圖。在這個實施例中，可以包含有一或更多個功能層。可以提供功能層來解決特定的水處理問題。例如，該功能層能夠是設有樹脂的非織造的媒介，用以解決水污染問題，例如硬度、砷或氟化物。

在第三A~三C圖中，發泡過濾器卡匣300包含一第一發泡層302、一第二發泡層303、一功能層305、一內支承核心304及一對端蓋306。在本實施例中，該第一發泡層302包纏該功能層305，其包纏第二發泡層303，而其包纏該內支承核心304。在所示的實施例中，發泡層的末端係用合適的膠黏劑(如熱熔膠)而黏結至該端蓋306。在可替換的實施例中，該發泡過濾器卡匣300基本上可使用任何將端蓋密封至一或更多發泡層302及303、功能層305及/或支承核心304上的技術，來加以組合。在所示的實施例中，該支承核心304有助於提供剛性給予該發泡過濾器卡匣300及增加發泡過濾器卡匣300的結構完整性。在某些實施例中，該支承核心304係可移除的。

第三A圖圖示一已組合好的、設有多層發泡材料及一功能層的發泡過濾器卡匣300。第三B圖係第三A圖之發泡過濾器卡匣的部份的橫斷面視圖，及顯示一範例性的經過該過濾器的水流道。水在軸向上經由第一發泡層302而進入，其已藉由在第一發泡層上成形之生物層307處理加以處理。然後水通過該功能層305。然後水通過該第二發泡層303。在過濾器之內或過濾器層體之內，可以或可不設有額外的生物層。水流過第二發泡層303之後，其能夠經由支承核心內的孔洞而流入支承核心304的中心。支承核心的數目、尺寸及其內部孔洞位置，可依照所想要的流速而加以改變。從支承核心304的中心，水能夠在軸向上流到位在端蓋306之一者之上的出口308。支承核心304的直徑可用來輔助控制該出口308上的流速。

也許係如最佳地示於第三C圖者，發泡過濾器卡匣300包含多數個發泡層302及303、一功能層305及一內支承核心304。第三C圖係部份地放大，以便圖解不同的層體。提供多數個發泡層，允許不同型式的發泡材料被併入一單一卡匣中。例如，該發泡層可具有不同的孔徑、不同的發泡厚度、或多種其他被設計來增強水處理系統性能的不同特徵。如前文所述，該功能層能夠提供多種不同功能。在某些實施例中，多數個功能層可加以提供，而達成相同的目的或不同的目的。又，功能層的位置在各應用之間係可相異的。在某些實施例中，該功能層可為最內層，包纏住該內核心，而在其他實施例中，該功能層可為最外層，包纏住該第一發泡層。

一設有多數個發泡層的發泡過濾器卡匣400的實施例，係示於第四A~四C圖。在本實施例中，該多數個發泡層係藉由單一片的發泡材料捲繞在一支承核心之上而形成。本實施例的發泡過濾器卡匣提供額外的接觸至水，這對於某些應用而言，增加了過濾器的性能。

在第四A~四C圖中，該發泡過濾器卡匣400包含一發泡層402、一內支承核心404、及一對端蓋406。在本實施例中，該發泡層402係以旋螺樣式及捲繞在內支承核心404之上。發泡層402的末端係藉由一合適的膠黏劑(如熱熔膠)而黏結至端蓋406。在可替換的實施例中，該發泡過濾器卡匣400基本上可使用任何將端蓋406密封至發泡層及/或支承核心404之技術，而加以組合。在所示的實施例中，支承核心404有助於提供剛性給予該發泡過濾器卡匣400，及增加發泡過濾器卡匣400的結構完整性。在某些實施例中，該支承核心404可加以移除。

第四A圖圖解設有螺旋式發泡層的已經組合的發泡過濾器卡匣400。第四B圖係第四A圖之發泡過濾器卡匣的部份的橫斷面視圖，及其顯示一經過該過濾器的示範性的水流道。水在軸向上經由發泡材料402的外部而進入，其已藉由在該發泡材料上所形成的生物層407加以處理。然後水接讀地通過該螺旋層，一直到抵達該支承核心404時為止。水所流過之層體的數目，係取決於發泡材料收捲在內支承核心上時所產生的螺旋數目有多少。在整個螺旋式發泡材料402上，可有或可沒有額外的生物層。水通過發泡材料402之後，其透過支承核心內的孔洞而流入支承核心的中心。支承核心內孔洞的數量、尺寸及位置，係依照所想要的流速而改變。從該支承核心404的中心，水能夠在軸上流到位在端蓋406之一者之上的出口408。支承核心404的直徑能用於輔助控制該出口408上的流速。

發泡過濾器卡匣400上的螺旋式樣能夠在第四C圖見到，其中發泡過濾器卡匣400的端蓋406係已移除。第四C圖的比例係加以放大，以便圖解該發泡材料的螺旋式樣。提供發泡材料螺旋，允許單一片的發泡材料將多數個發泡材料層併入一單一的卡匣中。發泡材料螺旋纏結在支承核心上的緊密程度，能夠改變水處理系統的性能特徵。

第五圖圖解一過濾器元件500，其包含一發泡層502及一撓性的、設有多數個通道513的非通透層511。過濾器元件能夠用來產生數個不同的發泡過濾器卡匣。一可替換的實施例允許在非通透層511之頂部及底部設有發泡材料502，及其中心設有水傳輸肋條513。

在第五B圖所示的實施例中，該過濾器元件500係收捲成螺旋式樣，其相似於第四圖的實施例。過濾器元件500係加以收捲，以致於通道513能夠以平行於螺旋的方向來延伸。在第五B圖所示之螺旋過濾器元件500的側視圖中，平行通道之一者係以虛線加以顯示。箭頭表示水經過該過濾器之一般流動。起初，水通過發泡層502的外部，然後沿著螺旋整個長度上的通道前進。當水游入螺內時，其可在發泡層520及非通透層511內通道513之間，前後地通過。最後，水抵達支承核心504。可替換地，該螺旋發泡材料能夠更加類似於第十圖，其中發泡層中心內的收集層之內及外側上，設有兩層發泡材料，使其各自的表面積加倍。

在第五D圖所示的實施例中，過濾器元件500也收捲成螺旋式樣，類似於第四圖之實施例。然而，該過濾器元件500係加以收捲，以致於該通道513垂直於螺旋方向而延伸。在第五D圖所示之螺旋過濾器元件500的側視圖中，多個垂直的通道係加以顯示。箭號表示水在整個過濾器上的一般流動。起初，水通過外部發泡層502，然後沿著發泡層全部長度上的通道而行進，而進入位在端蓋之一者之上的出口。在一實施例中，發泡材料及非通透層之間有一間隙，其允許水經由螺旋游動而抵達內通道。在另一實施例中，該非通透層係由半通透層加以取代，以致於某些水能夠抵達最內部通道。在另一實施例中，非出口端蓋包含開口，其允許水抵達內部通道。

在第五C圖的實施例中，過濾器元件500的邊緣係一焊接緣，以便產生一圓柱，其中該發泡層502形成該圓柱的外部及該非通透層511形成該圓柱的內部。端蓋係黏結在該圓柱上而產生發泡過濾器卡匣。該通道能夠垂直於圓柱軸向而延伸、或平行於圓柱軸向。在平行的實施例中，每一通道包含一位在非通透層511底部上的出口孔，(例如)在支承核心中心上提供水出口。在垂直的實施例中，每一通道可由端蓋之一端加以密封，及沿著圓柱軸向流入其他端蓋內的出口。在此兩個實施例中，水在軸向上進入發泡材料502，然後沿著通道513移，最後流入一位在端蓋上的出口。

多種發泡過濾器卡匣係可應用至許多不同的應用中，包含可供飲水的使用點水處理，可供家用的進入點水處理，井水使用，家用水儲槽，都市污水處理廠，及農村環境，以便在收集水以供儲存及使用時，用於處理水。

除了發泡過濾器卡匣之外，有許多種不同的碟狀或堆疊狀的發泡過濾器，其能夠利用於多種不同的水處理系統中。發泡過濾器堆疊700的一實施例係圖解於第七圖及第八A~八B圖。該發泡過濾器堆疊700係階段式地來處理水。頂發泡層變成第二發泡層的入口，及這種流動式樣加以重複，一直到最終階段。每一發泡層可包含其本身的分離的生物層。除了生物層之外(或可取代之)，每一階段可包含其他功能層以多種不同方式來處理水。

第七圖圖解水經過堆疊發泡過濾器實施例的全體流動。也許如最佳地可見於第七圖者，發泡過濾器堆疊700包含多數個發泡層702、704、708、708、多數個非通透層703、705、707、709、及一管路710，其設有多數個管路入口711、713、715、717及多數個管路出口712、714、716。

第八A圖係堆疊發泡過濾器之代表性的橫斷面視圖。該視圖顯示，管路710係分區的，以致於水只能夠經由流過多個過濾階段而流過該管路。在本實施例中，該管路710係分割成為進水側及出水側。在非通透支承體內可使用肋條，允許過濾器下方的縫隙讓出水自由地流到收集管。第八B圖圖解一部份的第七圖之堆疊發泡過濾器，其顯示水如何從管路出口712經由一發泡層704流入一位在非通透層705內的通道，及進入管路入口713。一簡易的支承碟允許簡易的組裝及支承該過濾層。對於水能夠設定適當的隔離，以便適當地流過該系統。

回到第七圖，在使用時，未處理的水係倒入第一發泡層702的頂部及流經該第一發泡層702，及在此處，其藉由非通透層703來引導經過該入口711而進入管路710。然後水流經該管路710及抵達管路出口712，在此處水被強迫流出。水通過該發泡層704，於此處，其藉由非通透層705之引導而經由該管路入口713進入管路710。然後水流過管路710及抵達管路出口714，在此地，水被強迫排出。應該注意的是，該非通透層可包含在數個點上或沿著該肋條之簡易的密封劑或超音波密封。肋條或通道也可成形於該過濾器的底側，也可幫助水流而讓水沿著非通透層被收集及流動到收集管。額外的開放發泡層也可加以使用或使用收集媒介而液壓式地將水抽離該收集管。水流過該發泡層706，在此處，其藉由非通透層707的引導而經由入口715進入管路710。然後水流過管路710及抵達管路出口716，於此，水被強迫排出。水通過發泡層708，在此處，其受到非通透層709之引導而經由入口717進入管路710。然後水流過管路710而抵達堆疊發泡過濾器出口718。這些多數個層體有助於增加表面積，及允許額外的簡化、較高的流速及簡易製造。

一可替換的同步水處理系統實施例也能夠用第七及第八A~B圖加以描述。在這個可替換的實施例中，發泡層702及非通透層703係加以移除。水能夠直接地倒入管路710的進水側。水流出管路712、714、716而一般同時地分別抵達發泡層704、706、708。然後水流過這些發泡層704、706、708，及進入管路入口713、715、717，藉此一般同時地排空而進入管路出水側內的普通儲槽。在這個構形中，並未讓水流經多數個發泡層，而是以單一的水處理階段同時地施加到多數個批次的水，這樣能夠造成較快速的水處理。

第九圖圖解一發泡過濾器堆疊900的實施例，其設有接續的水處理階段。在第九圖的實施例中，頂部的兩個發泡層902、904變成進入其次兩個發泡層906、908的入口，這種流動式樣加以重複一直到最終階段為止。每一發泡層可包含其本身的、分離的生物層。除了生物層之外(或可取而代之的是)，每一階段可包含其他的功能層，以便用多種不同的方式來處理水。雖然所示的實施例包含四個分離的階段，但每個階段包含兩個發泡層。可替換的實施例能夠包含較少的或額外的階段，及每一階段可包含較少的或額外的發泡層。此外，發泡層的特徵，例如厚度及孔徑，在各階段及各層之間係可改變的。功能改良的區域可包含過濾用的及增加表面積用的碳、PH偏向發泡材料、針對提供有利還原的不同物種而特別地加以負載的食物或礦物。礦物可包含鈣、鐵及其他引發特定生物及化學交互作用的礦物。應該注意的是，這些層體可用溶液加以灌溉，甚至加以充氣，以便提供最佳的生物環境。這個生態系統針對每一物種可能要求非常不同的環境，因此，每一層都有機會來提供這些生物代用品及功能性過濾層的組合，用於一調諧還原系統(tuned reduction system)。脫水的有機體可安置或灑佈在擁有不同功能性的媒介上，及用於確保合適的物種、位置及有助於加速生長過程。這也可為保護系統的密封包裝的液態或凝膠形式。該包裝可包含允許適當生物生長的全部元件。

第十圖圖解一氣密室構形的發泡過濾器堆疊1000的實施例。氣密室發泡過濾器堆疊1000包含多數個氣室1001，其彼此在頂部堆疊而由一分隔片1008加以隔離。在本實施例中，每一密室包含四層發泡材料1002、1003、1004、1005、一對端蓋1012、及一密室分隔片1006。該氣室係在邊緣上以端蓋1012加以密封，其藉由密室分隔片1006形成有分離的通道。當密室側邊扁平化時，分隔片1006允許流動至中心管。外部的發泡材料1002、1004提供一條入口路徑給予水。在水通過外部發泡材料1002、1004之一者之後，水接著流過內部發泡材料1003、1005之一者。在內發泡層之後，水流入氣密室分隔片1006及進入中心出口管1010的入口1007。雖然本實施例中只有兩個氣密室加以圖解，但是氣密室的數目係可基於多種因子(包含所想要的流速)而加以改變。氣密室可有小或大的直徑。例如，氣密式的直徑可在6~12英吋範圍之內。

相似於其他發泡過濾器堆疊構形及發泡卡匣構形，氣密室構形貼合在一水處理系統遮罩之內，其設有一入口及一出口。氣密室構形及某些其他發泡過濾器堆疊構形之間的一項差異在於，該氣密室構形並未在水處理系統遮罩壁面上封合，以致於水能夠包圍氣密室及從氣密室之任一側進入。

雖然圖式提供數個具體的例子，但是應該瞭解的是，許多這些特徵的組合係可行的。例如，基本上任何實施例基於各種目的，能夠加以修改而包含額外的功能性發泡層，如增加水處理性能或允許較簡易的清潔及耐用性。基本上在本發明全文內所述的任何不同的實施例，能夠具有不同的孔徑。例如，在某些實施例中，外部發泡層的孔徑可較為粗糙以便延長壽命，而內部發泡層可具有較細微的孔徑。雖然上述的實施例可使用聚醚碸作為發泡層，但依應用而定，可使用可替換的發泡材料來取代聚醚碸。取決於發泡過濾器卡匣或發泡過濾器堆疊之結構，許多實施例係可加以修改而使用卡匣內的功能層來處理其他水中污染。例如，在發泡層下方提供一層已用離子交換樹脂加以浸泡的層體，藉此，該過濾器能夠降低硬度礦物質或其他對健康有影響的污染，如砷及/或硝酸鹽。

方向語詞，如”垂直”、”水平”、”頂部”、”底部”、”上”、”下”、”內”、”向內”、”外”、”向外”，係基於圖式所示實施例之定位而用於輔助描述本發明。使用方向語詞，不應解釋為限制本發明在任何具體定位的包裝。

又，本發明全文係參照水處理來描述。但應該瞭解的是，本發明的發泡過濾器可加以利用來處理水以外的物質。又，在參照滲透、流過、或通過一發泡層時，應該瞭解的是，這意指水通過某些或全部的所參照元件內的孔隙。

上述係本發明實施例的描述。在不離開由後附權利項所界定之本發明精神及較寬廣觀點之下，許多變更及改變能夠加以完成，該權利項係係依照包含有均等論之專利法原理來加以闡釋。本揭示內容係基說明之目的而加以提供，不應被解釋為本發明全部元件之排他性描述，或限制權利項在於與這些實施例相關連之所圖解的或所描述的具體元件。例如，及並未加以限制的，上述發明的任何個體元件，可以藉由能夠提供實質相似功能或提供足夠操作的可替換元件，來加以取代。這包含(例如)目前已知的可替換元件，如一般精於本項技藝人士目前已經熟知者，以及可能在未來加以開發之可替換的元件，例如，一般精於本項技藝人士在開發時可將其辨識為一可替換者。又，所述的實施例包含多數個特徵，其係一致性地加以描述，及可能互相合作而提供優點集成。除非明白地陳述於所核准的權利項範圍，本發明不只限於包含所有這些特徵的實施例或提供全部所述優點的實施例。任何請求權利之元件的單數參考符號，如”一(a，an)”、”該(the，said)”，並不解釋為限制本發明元件於單數。

1012．．．端蓋

100．．．發泡過濾器卡匣

102．．．發泡材料

104．．．內支承核心

106．．．端蓋

108．．．出口

200．．．發泡過濾器卡匣

202．．．第一發泡層

203．．．第二發泡層

204．．．內支承核心

206．．．端蓋

207．．．生物層

208．．．出口

209．．．第二生物層

300．．．發泡過濾器卡匣

302．．．第一發泡層

303．．．第二發泡層

304．．．內支承核心

305．．．功能層

306‧‧‧端蓋

307‧‧‧生物層

308‧‧‧出口

400‧‧‧發泡過濾器卡匣

402‧‧‧發泡層

404‧‧‧內支承核心

406‧‧‧端蓋

407‧‧‧生物層

408‧‧‧出口

500‧‧‧過濾器元件

502‧‧‧發泡層

504‧‧‧支承核心

511‧‧‧非通透層

513‧‧‧通道、水傳輸肋條

700‧‧‧發泡過濾器堆疊

702、704、708、708‧‧‧發泡層

703、705、707、709‧‧‧非通透層

711、713、715、717‧‧‧管路入口

712、714、716‧‧‧管路出口

900‧‧‧發泡過濾器堆疊

902、904‧‧‧發泡層

906、908‧‧‧發泡層

1100‧‧‧水處理及儲存系統

1000‧‧‧氣密室發泡過濾器堆疊

1001‧‧‧氣室

1002、1003、1004、1005‧‧‧發泡材料

1006‧‧‧分隔片

1007‧‧‧入口

1008‧‧‧分隔片

1010‧‧‧中心出口管

1102‧‧‧處理槽

1104‧‧‧入口

1106‧‧‧碟狀發泡過濾器

1107‧‧‧生物層

1108‧‧‧出口

1110‧‧‧儲槽

1112‧‧‧入口

1114‧‧‧出口

1200‧‧‧水處理及儲存系統

1202‧‧‧處理槽

1204‧‧‧入口

1206‧‧‧發泡過濾器

1208‧‧‧出口

1210‧‧‧儲槽

1212‧‧‧入口

1300‧‧‧水處理及儲存系統

1302‧‧‧處理槽

1310‧‧‧儲槽

第一A~B圖係單一層輻射流發泡過濾器卡匣的示意圖。

第二A~C圖係多層輻射流發泡過濾器卡匣的示意圖。

第三A~C圖係多層輻射流發泡過濾器卡匣的示意圖，其中設有一功能層。

第四A~C圖係一捲狀的發泡過濾器卡匣的示意圖。

第五A圖係一片設有通道之發泡材料的示意圖。

第五B~D圖係多種構形之設有流流之捲狀發泡過濾器卡匣的示意圖。

第六圖係一平場的發泡材料薄片之示意圖。

第七圖係多層發泡過濾器堆疊之示意圖，其設有一進水/出水管。

第八A圖係一非通透支承的示意圖，其設有附著在及藉由收集管來支承的水收集肋條。

第八B圖係本支承如何允許在第七圖之多層發泡過濾器堆疊之出水收集的示意圖。

第九圖係多層發泡過濾器堆疊之示意圖。

第十圖係多氣密室發泡過濾器之示意圖。

第十一圖係一雙槽處理系統的示意圖，其設有一發泡過濾器堆疊。

第十二圖係一雙槽處理系統的示意圖，其設有一發泡過濾器卡匣。

第十三圖係一堆疊的雙槽處理系統的示意圖，其設有一發泡過濾器卡匣。

100．．．發泡過濾器卡匣

102．．．發泡材料

104．．．內支承核心

106．．．端蓋

108．．．出口

Claims (14)

1. 一種過濾器，其包括：一用於濾水的圓柱形的網狀的發泡過濾器元件，其中該圓柱形的網狀的發泡過濾器元件係一具有一外周面與一內周面的輻射流發泡過濾器元件，該發泡過濾器元件設有複數個孔洞，其中該發泡過濾器元件係可用於保留複數個生物有機體於該發泡過濾器元件之孔洞內；一圓柱形的功能碳層，其具有一外部的周面與一內周面，該圓柱形的功能碳層的該內周面被置於該發泡過濾器元件的該外周面的周圍；該過濾器包括一放射狀地延伸的水流徑，該放射狀延伸係從該圓柱形的功能碳層的該外部的周面至該圓柱形的網狀的發泡過濾器元件的該內部的周面；一位在該圓柱形的網狀的發泡過濾器元件的該內周面內側的收集槽用於收集已經藉由該發泡過濾器元件與該圓柱形的功能碳層加以過濾的水；以及一與該收集槽流體連通的過濾器出口用於將水從該過濾器分配出去。
2. 如申請專利範第1項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件包括醫藥級發泡材料。
3. 如申請專利範第2項所述的過濾器，其中該醫藥級發泡材料係醫藥級的聚尿烷發泡材料。
4. 如申請專利範第3項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件的孔密度係大於70孔/英吋。
5. 如申請專利範第4項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件的厚度係小於1英吋，藉此，該發泡過濾器元件在使用期間不會變成厭氧性 的。
6. 如申請專利範第1項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件包括至少兩個輻射流發泡過濾器元件，該至少兩個輻射流發泡過濾器元件係連接到該過濾器出口。
7. 如申請專利範第6項所述的過濾器，其中該輻射流發泡過濾器元件包括複數個發泡層，該等發泡層之至少兩層具有不同的孔隙、不同厚度及不同的發泡材型式中至少一者。
8. 如申請專利範第1項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件包括碳、pH偏向的發泡材料、食物或礦物負載的發泡材料、及有助於加速生長過程的脫水的有機體中至少一者。
9. 如申請專利範第1項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件係單片的捲的發泡材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述的過濾器包括一支承核心，其中該圓柱形的網狀的發泡過濾器元件放射狀地包繞該支承核心成一圓柱形的形狀。
11. 一種過濾器，包括：一網狀發泡過濾器元件，該發泡過濾器元件係一輻射流發泡過濾器元件及包括醫藥級發泡材料，該發泡過濾器具有一外周面與一內周面；一節流孔以控制一通過該發泡過濾器元件的流速；該發泡過濾器元件具有複數個孔洞及具有80~120孔/平方英吋的孔密度；該發泡過濾器元件能夠接收營養份而吸引生物有機體；該發泡過濾器元件具有小於1英吋的厚度；一功能碳層具有一外部的周面與一內周面，該功能碳層的該內周 面被置於該發泡過濾器元件的該外周面的周圍；一位在該發泡過濾器元件的該內周面內側的收集槽用於收集已經藉由該發泡過濾器元件與該功能碳層加以過濾的水；以及一與該收集槽流體連通的過濾器出口用於將水從該過濾器分配出去。
12. 如申請專利範第11項所述的過濾器，其中該發泡過濾器元件包括複數個發泡層。
13. 如申請專利範第11項所述的過濾器，其中該節流孔限制流速最大值介於約為每平方公分該發泡過濾器元件每分0.8ml~1.2ml之間。
14. 如申請專利範第11項所述的過濾器包括一支承核心，其中該發泡過濾器元件放射狀地包繞該支承核心成一圓柱形的形狀。