(57)【要約】  方法およびコンピュータプログラムは、水処理タンクと関連付けられたリジェクト流量の低減を容易にする、バックウォッシュプロセスを実行する。水処理タンクがバックウォッシュプロセスを必要とするかどうかに関する判断が行われ、バックウォッシュプロセスを必要とする場合には、以下の機能を実行する。水処理タンクの底部部分において、第１の時点に第１の位置で、第１のエアリフト経路におけるエアリフトフローを開始するように上側バーストソレノイドを動作させる。水処理タンクの底部部分において、第２の時点に第２の位置で、第２のエアリフト経路におけるエアリフトを開始するように下側バーストソレノイドを動作させ、第２の位置は第１の位置よりも下にあり、第２の時点は前記第１の時点の後である。第１のエアリフト経路および第２のエアリフト経路におけるエアリフトにより、水処理タンク内の好適な水流が可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理タンクと関連付けられたリジェクト流量の低減を容易にする、バックウォッシュプロセスを実行するためのコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムは、コンピュータプロセッサによって実行されると、前記コンピュータプロセッサに、
ａ）前記水処理タンクがバックウォッシュプロセスを必要とするかどうかを判断するステップ
を実行させ、バックウォッシュプロセスを必要とする場合には、
ａ１）前記水処理タンクの底部部分において、第１の時点に第１の位置で、第１のエアリフト経路におけるエアリフトフローを開始するように、上側バーストソレノイドに命令するステップと、
ａ２）前記水処理タンクの底部部分において、第２の時点に第２の位置で、第２のエアリフト経路におけるエアリフトを開始するように、下側バーストソレノイドに命令するステップであって、前記第２の位置は前記第１の位置よりも下にあり、前記第２の時点は前記第１の時点の後であるステップと
を実行させ、
前記第１のエアリフト経路および前記第２のエアリフト経路における前記エアリフトにより、前記水処理タンク内の好適な水流が可能になる
コンピュータ可読媒体。
【請求項２】
ａ３）リジェクトラインに設けられたリジェクトバルブに、常時閉鎖位置から開くように命令するステップと、
ａ４）フィードラインを流れる水に基づいて損失水頭値を示すセンサ信号を受信するステップと
をさらに含み、
前記損失水頭値が所定の損失水頭値未満の場合、前記バックウォッシュプロセスを停止する
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３】
前記判断するステップでは、フィードライン中の水位が所定のレベルよりも高いことを示すセンサ信号を受信することによって判断される
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４】
前記コンピュータプロセッサに、
ａ５）バーストカウンタをゼロに設定するステップと、
ａ６）ろ過媒質の移動が前記水処理タンクにおいて所定の移動量を上回って行われたかどうかを示すセンサ信号を受信するステップと
をさらに実行させ、所定の移動量を上回って行われなかった場合には、
ａ６１）前記バーストカウンタを増分させるステップと、
ａ６２）前記バーストカウンタがバーストカウンタプリセット値を超えたか否かを確認させ、超えていない場合には、ステップａ１）において開始する別のバックウォッシュプロセスを実行させ、超えている場合には、前記リジェクト流量を低減する際に前記バックウォッシュプロセスに伴う問題を示すアラームを出力するステップと
を実行させる請求項２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項５】
前記第１のエアリフトおよび前記第２のエアリフトが、所定の時間オーバーラップする
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項６】
前記損失水頭が前記所定の損失水頭値未満である場合、前記コンピュータプロセッサに、
ａ５）前記エアリフトへのガスフロー一式を停止するように命令するステップと、
ａ６）前記リジェクトバルブに閉じるように命令するステップと
をさらに実行させる請求項２に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項７】
前記バックウォッシュプロセスが、前記水処理タンクの損失水頭にかかわりなく間欠的に実行される
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項８】
前記ａ１）のステップでは、前記水処理タンク内の下側部分から上側部分まで上向きに空気が流れるように前記上側バーストソレノイドを信号制御させることによって前記第１のエアリフト経路において前記エアリフトを開始させる
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項９】
前記ａ２）のステップでは、前記水処理タンク内の下側部分から上側部分まで上向きに空気が流れるように前記下側バーストソレノイドを信号制御させることによって前記第２のエアリフト経路において前記エアリフトを開始させる
請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１０】
前記コンピュータプロセッサに、
ａ１２）前記上側バーストソレノイドに閉じるように命令することによって、前記第１のエアリフト経路における前記エアリフトを終了するステップと、
ａ２２）前記下側バーストソレノイドに閉じるように命令することによって、前記第２のエアリフト経路における前記エアリフトを終了するステップと
をさらに実行させる請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１１】
水処理タンクに関連付けられたリジェクト流量の低減を容易にする方法であって、
ａ）前記水処理タンクがバックウォッシュプロセスを必要とするかどうかを判断するステップ
を含み、バックウォッシュプロセスを必要とする場合には、
ａ１）前記水処理タンクの底部部分で、第１の時点に第１の位置で、第１のエアリフト経路におけるエアリフトフローを開始するステップと、
ａ２）前記水処理タンク底部部分で、第２の時点に第２の位置で、第２のエアリフト経路におけるエアリフトを開始するステップであって、前記第２の位置が前記第１の位置よりも下にあり、前記第２の時点が前記第１の時点の後であるステップと
を含み、
前記第１のエアリフト経路および前記第２のエアリフト経路における前記エアリフトにより、前記水処理タンク内の好適な水流が可能になる
方法。
【請求項１２】
ａ３）リジェクトラインに設けられたリジェクトバルブを常時閉鎖位置から開くステップと、
ａ４）フィードラインを流れる水に基づいて損失水頭値を判断するステップ
をさらに含み、
前記損失水頭値が所定の損失水頭値未満の場合、前記バックウォッシュプロセスを停止する
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記判断するステップでは、フィードライン中の水位が所定のレベルよりも高いことを示す第１のセンサ信号を受信することによって判断される
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ａ５）バーストカウンタをゼロに設定するステップと、
ａ６）ろ過媒質の移動が前記水処理タンクにおいて所定の移動量を上回って行われたかどうかを判断するステップと
をさらに含み、所定の移動量を上回って行われなかった場合には、
ａ６１）前記バーストカウンタを増分させるステップと、
ａ６２）前記バーストカウンタがバーストカウンタプリセット値を超えたか否かを確認し、超えていない場合には、ステップａ１）において開始する別のバックウォッシュプロセスを実行し、超えている場合には、前記リジェクト流量を低減する際に前記バックウォッシュプロセスに伴う問題を示すアラームを出力するステップと
を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のエアリフトおよび前記第２のエアリフトが、所定の時間オーバーラップする
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記損失水頭が前記所定の損失水頭値未満である場合、前記方法が、
ａ５）前記エアリフトへのガスフロー一式を停止するステップと、
ａ６）前記リジェクトバルブに閉じるステップと
をさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記バックウォッシュプロセスが、前記水処理タンクの損失水頭にかかわりなく間欠的に実行される
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ａ１）のステップでは、前記水処理タンク内の下側部分から上側部分まで上向きに空気が流れるように前記上側バーストソレノイドを信号制御することによって前記第１のエアリフト経路において前記エアリフトを開始させる
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ａ２）のステップでは、前記水処理タンク内の下側部分から上側部分まで上向きに空気が流れるように前記下側バーストソレノイドを信号制御することによって前記第２のエアリフト経路において前記エアリフトを開始させる
請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
ａ１２）前記第１のエアリフト経路における前記エアリフトを終了するステップと、
ａ２２）前記第２のエアリフト経路における前記エアリフトを終了するステップと
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１０年１月８日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＴＲＥＡＴＩＮＧ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＩＭＰＵＲＩＴＩＥＳ」と題する米国仮特許出願第６１／２９３，５０９号に基づく優先権を主張し、その内容全体は参照として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ろ液濁度スパイクを低減させる、および／またはなくすために、２つのエアバーストラインを介して水処理タンクにエアバーストが提供される、不純物含有液体の処理に関する。
【０００３】
多くの公共水処理システムおよび工業水処理システムに関して、水／廃水を浄化する必要がある。１つの例として、地表水から飲料水を生産する飲料水システムを挙げることができる。他の例として、産業用途、灌漑用途、または同様の用途のために廃水を排出または再利用することができるように、廃水を処理する必要がある公共廃水処理システムを挙げることができる。
【０００４】
バックウォッシュアップフローフィルタは、典型的には、液体から不純物を分離する際に役立つように粒状床と不純物含有液体との間の相互作用を促進するために、粒状床のエアリフトを使用する。典型的には、かかるフィルタには、エアリフト機能の損失を検出し、それを修正するためのデバイスがない。発生したエアリフトによるフィルタ媒質の上昇が停止すると、一定の時間期間経過後、フィルタ床は不順物でいっぱいになる。最終的には、過剰な量の懸濁固体をろ液中に放出する「ブレークスルー」が生じることになり、したがって、ろ液品質が許容できなくなる。エアリフト障害の検出には、従来、操作者による物理的な観察と、その状況を修正するための手動労力とが必要である。不運なことに、エアリフト障害は、数時間にわたって気付かれず、修正されないことがしばしばあり、これは、数日間に及ぶことさえあり、エアリフトおよび／または媒質床の除去および交換、あるいは多大な労力がかかる媒質床の空気噴射のような修正アクションが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃水のような不純物含有液体の処理のための新規で改善された方法および装置を提供することが望まれる。たとえば、この方法および装置では、サンドフィルタのような粒状媒質フィルタにおいて廃水または他の液体から不純物および／または汚染因子を分離することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、コンピュータ可読媒体は、水処理タンクと関連付けられたリジェクト流量の低減を容易にする、バックウォッシュプロセスを実行するためのコンピュータプログラムを記憶し、コンピュータプログラムは、コンピュータプロセッサによって実行されると、そのコンピュータプロセッサに、
ａ）水処理タンクがバックウォッシュプロセスを必要とするかどうかを判断するステップ
を実行させ、バックウォッシュプロセスを必要とする場合には、
ａ１）水処理タンクの底部部分において、第１の時点に第１の位置で、第１のエアリフト経路におけるエアリフトフローを開始するように、上側バーストソレノイドに命令するステップと、
ａ２）水処理タンクの底部部分において、第２の時点に第２の位置で、第２のエアリフト経路におけるエアリフトを開始するように、下側バーストソレノイドに命令するステップであって、第２の位置は第１の位置よりも下にあり、第２の時点は第１の時点の後であるステップと、
ａ３）リジェクトラインに設けられたリジェクトバルブに、常時閉鎖位置から開くように命令するステップと
を実行させ、
第１のエアリフト経路および第２のエアリフト経路におけるエアリフトにより、水処理タンク内の好適な水流が可能になる。
【０００７】
本発明の他の実施形態によれば、水処理タンクに関連付けられたリジェクト流量の低減を容易にする方法は、水処理タンクがバックウォッシュプロセスを必要とするかどうかを判断するステップ
を含み、バックウォッシュプロセスを必要とする場合には、
ａ１）水処理タンクの底部部分で、第１の時点に第１の位置で、第１のエアリフト経路におけるエアリフトフローを開始するステップと、
ａ２）水処理タンク底部部分で、第２の時点に第２の位置で、第２のエアリフト経路におけるエアリフトを開始するステップであって、第２の位置は第１の位置よりも下にあり、第２の時点は第１の時点の後であるステップと、
ａ３）リジェクトラインに設けられたリジェクトバルブを常時閉鎖位置から開くステップと
を実行し、
損失水頭値が所定の損失水頭値未満の場合、バックウォッシュプロセスを停止する。
【０００８】
前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載された発明を制限するものではないことを理解されたい。
【０００９】
本発明のこれらの、および他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および以下に簡単に説明される図面に示された例示的な実施形態から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】関連出願による不純物含有液体を処理するための装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による不純物含有液体を処理するための装置の概略図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による不純物含有液体を処理するための制御方法を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による不純物含有液体を処理するための制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の様々な実施形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に、参照としてその内容全体が本明細書に組み込まれる、関連する米国仮特許出願第６１／２９３，５０９号に記載されるような不純物含有液体（たとえば、任意の不要な材料）を処理するための装置１を示す。装置１は、連続するバックウォッシュを用いたアップフロー型深床粒状媒質フィルタとすることができる。不純物含有液体（たとえば、廃水）は、流入口１０９を介して導入され、（たとえば、砂とすることができる）粒状媒質１０４の一部分より下へと注がれ、フィルタリングチャンバ１００に入る。（ろ過媒質として作用する）粒状媒質１０４の床は、フィルタリングチャンバを満たしている。
【００１３】
不純物含有液体は、粒状媒質床を通って流れるように、フィルタリングチャンバ１００中を上向きに上昇する。液体のろ過は、矢印１１２によって示されるように粒状媒質がフィルタリングチャンバ１００中をゆっくりと下向きに移動するにつれて行われる。また、フィルタリングチャンバの底部の近くで、エアリフトハウジング１３２に気体をに供給する。エアリフトハウジング１３２中に気体が導入され、次いで、エアリフトハウジング１３２は、液体と空気と粒状ろ過媒質との混合物を含有することになる。液体と空気と粒状ろ過媒質との混合物の密度は、周囲の液体よりも低いので、この混合物は、エアリフト動作中にエアリフトハウジング１３２の中を上昇する。エアリフトハウジングの中をこの混合物が上昇するにつれて、フィルタリングチャンバの底部の近くの粒状媒質および液体は、エアリフトハウジング１３２に流入することになり、それにより、粒状媒質の最も汚染がひどい部分は、上向きにエアリフトハウジング１３２に流入しやすい。
【００１４】
汚染された粒状媒質は、上向きにエアリフトハウジングに流入するので、粒状媒質は、エアリフトハウジング１３２内の気泡の作用により徹底的な機械的撹拌を受け、不純物（汚れた物質、または他の不要な物質など）が粒状媒質から分離される。粒子または粒状媒質をさらに清浄するために、これらの媒質は、フィルタリングチャンバ１００の上端部の近くに配置された粒状媒質洗浄機１３４中で洗浄される。清浄された粒状媒質は、粒状媒質洗浄機１３４から粒状媒質１０４の層の頂部へ戻されるが、粒状媒質洗浄機１３４からのリジェクトは、流出口１２０を介して排出されるように、洗浄機１３４からリジェクトセクション１１６に流れる。一方、処理された液体、すなわち、ろ液は、ろ液セクション１０８に流入し、流出口１１０を介して廃液として排出される。
【００１５】
（図１のフィルタのような）アップフロー型深床粒状媒質フィルタを使用すると、バックウォッシュポンプまたは貯蔵タンクを必要としない単純な内部洗浄システムによってろ過媒質を清浄することができる。バックウォッシュポンプがないことには、エネルギー消費量が低いという利点がある。粒状媒質床により、装置は、高レベルの懸濁固体を処理することができるようになり、この特に重要な性能により、いくつかの適用例では、処理プロセスの予備沈殿ステップまたは浮遊ステップの必要性をなくすことができる。粒状媒質は、液体から不純物を、最大で８５％、９０％、９５％、９９％、またはそれよりも多く、あるいは、それらの間の任意の整数％など、実質的に除去することを可能にする。
【００１６】
次に、図１の装置１の詳細について説明する。装置１は、不純物含有液体を受容するためのフィルタリングチャンバ１００と、ろ液セクション１０８と、リジェクトセクション１１６と、気体供給システム１２２と、制御ユニット２０２とを備えることができる。
【００１７】
フィルタリングチャンバ１００は、粒状媒質１０４が第１の流入口１０９内の液体から不純物を除去し、ろ液１０６を生成する下側部分１０２を含む。下側部分１０２は、フィルタリングチャンバの垂直方向の下側半分に配置されているので下側と見なされる。図１のフィルタリングチャンバ１００は円筒形状であるが、円形、長方形、正方形、三角形、または他の多角形または非多角形の断面形状を有するチャンバなど、任意の好適な形状を使用してもよい。フィルタリングチャンバ１００は、流入液体または不純物含有液体の流入のための第１の流入口１０９と流体連通することができる。
【００１８】
第１の流入口１０９は、不純物含有液体を含んでいる（リザーバのような）液体源２０８と流体連通することができる。液体は、廃水または不純物を含む水である。ポンプシステム２０６を使用して、液体源２０８から第１の流入口１０９に液体を導くことができる。ポンプシステム２０６は、液体源２０８とフィルタリングチャンバ１００との間の流体フローを開始し、維持するための、ポンプ、制御バルブ、および／または好適なパイプ／配管のようなすべての必要な機器を含むことができる。第１の流入口１０９は、フィードパイプ１４６と、環状パイプ１４８と、放射状パイプ１５０とを備えることができる。流入液体または不純物含有液体は、フィードパイプ１４６の頂部で導入され、環状パイプ１４８を通って（後述する）エアリフトハウジング１３２のまわりを下向きに流れる。環状パイプ１４８は上端部で封止され、フィードパイプ１４６および放射状パイプ１５０と流体連通しており、それにより、液体は、開いている、あるいはフィルタリングチャンバ１００の底部と向かい合った面の長手方向の長さに沿って（つまり、図１の下向きに）個別の開口部を有している、放射状パイプ１５０の列を通って、粒状媒質１０４の床に導入される。
【００１９】
流入口に関する他の構成が企図される。たとえば、図１に示される構造とは異なる代替構造は、環状パイプ１４８なしに、フィードパイプ１４６を放射状パイプ１５０に直接的に接続することができる構造、放射状パイプ１５０が遠位端で開くことができる構造、放射状パイプ１５０が底面に沿った１つまたは複数の孔の形態で、円形表面に沿って流出口を有することができる構造、放射状パイプ１５０が単純に、下向きの開放端部をもつＵ字型構造とすることができる構造、環状パイプ１４８の代わりに、エアリフトハウジング１３２に平行に延びるパイプを使用することができる構造、ならびに／あるいはフィードパイプ１４６が、頂部ではなく、フィルタリングチャンバも底部の近くに、またはその中心に向かってフィルタリングチャンバに入ることができる、構造のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【００２０】
粒状媒質１０４は砂とすることができ、４０インチ幅の層、または８０インチ幅の層のような任意の好適なサイズの層を生成することができる。さらに、この層は、任意の好適な面積とすることができる。好適な深さは、たとえば、１メートル、２メートル、３メートル、４メートル、５メートル、またはそれ以上を含むことができ、さらに、１メートル未満を含むこともある。
【００２１】
フィルタリングチャンバ中の粒状媒質１０４は、矢印１１２によって示されるように下向き方向に下降することができ、フィルタリングチャンバ１００中の液体１０６は、上向き方向に流れることができ、それにより、粒状媒質１０４に衝突することによって液体から不純物を除去して、粒状媒質１０４の床の頂部にろ液が生成される。実際には、液体のろ過は、粒状媒質１０４が矢印１１２によって示されるようにフィルタリングチャンバ１００中を下向きにゆっくりと移動する際に行われる。気体供給システム１２２によって気体が送られることによって、層中の粒状媒質のゆっくりとした下向きの移動が引き起こされる。
【００２２】
ろ液セクション１０８は、粒状媒質１０４を通過したろ液を受けるために、フィルタリングチャンバ１００の下側部分１０２と流体連通することができる。ろ液セクションは、一端が開いた容器、エンクロージャ、または任意の好適な流体を含有する構造とすることができる。１つの可能な実装形態によれば、ろ液セクション１０８は、堰１０７を備える。フィルタリングチャンバ１００の頂部部分から出たろ液は、堰１０７を越えて流れ、ろ液セクション１０８に入る。ろ液セクション１０８は、廃液またはろ液を排出するための第１の流出口１１０と流体連通することができる。第１の流出口１１０は、パイプ、配管、あるいはパイプまたは配管を接続することができる接続部とすることができる。
【００２３】
リジェクトセクション１１６は、粒状媒質と不純物とを含有するリジェクト混合物１３８を受けるために、フィルタリングチャンバ１００の下側部分１０２と流体連通することができる。リジェクトセクション１１６は、一端が開いた容器、エンクロージャ、または任意の好適な流体を含有する構造とすることができる。この流体連通は、リジェクトセクション１１６がエアリフトハウジング１３２と流体連通するように構成することができる。エアリフトハウジング１３２は、フィルタリングチャンバ１００の中心を通って環状パイプ１４８の内側を延びることができる、円筒形のパイプまたはチューブのような構造である。フィルタリングチャンバ１００中の粒状媒質１０４が下向き方向１１２に下降し、それにより、粒状媒質１０４によって液体から不純物が除去されるにつれて、フィルタリングチャンバ１００の底部近くでは、エアリフトハウジング１３２の底端部１３６で粒状媒質をエアリフトハウジング１３２中に引き込むように、たとえば、窒素、酸素などの、少量の圧縮された気体が、気体供給システム１２２によってフィルタリングチャンバ１００の底部で導入される。エアリフトハウジング１３２の内側のスコーリングは、粒状媒質に付着した任意の固体粒子（たとえば、固形汚染物質、半固形汚染物質、半液体汚染物質、液体汚染物質など）を取り払う。（汚れたスラリーを形成し得る）粒状媒質と取り払われた不純物とのリジェクト混合物は、エアリフトハウジング１３２の上端部１３８へと押され、リジェクトセクション１１６に入る。
【００２４】
リジェクトセクション１１６は、堰１１７によって互いに隔離された、流入口セクション１１９と、流出口セクション１２１とを含むことができる。エアリフトハウジング１３２の上端部１３８でエアリフトハウジング１３２から出たリジェクト混合物は、リジェクト混合物の一部分が堰１１７を越えて流れて、リジェクトセクションの流出口セクション１２１に入るまで、リジェクトセクション１１６の流入口セクション１１９を満たす。また、リジェクトセクション１１６の流出口セクション１２１は、堰１１７を越えて流れたリジェクト混合物１１８の一部分を排出するための第２の流出口１２０と流体連通することができる。第２の流出口１２０は、パイプ、配管、あるいはパイプまたは配管を接続することができる接続部とすることができる。
【００２５】
図１を見ると分かるように、リジェクトセクション１１６の流入口セクション１１９もまた、粒状媒質洗浄機１３４と流体連通する。粒状媒質洗浄機は、粒状媒質流入口１４０と、粒状媒質流出口１４２と、同心の複数のステージ１４４とを有する。リジェクトセクション１１６から、より重い粒状媒質１０４が落ちて、粒状媒質流入口１４０を介して粒状媒質洗浄機１３４に入り、粒状媒質フローから取り払われた、より軽いリジェクト固体は、最終的には、堰１１７を越えて流れ、第２の流出口１２０から出る。粒状媒質１０４は、粒状媒質洗浄機１３４の同心のステージ１４４を通って順々に流れ落ちる（ｃａｓｃａｄｅ  ｄｏｗｎ）。同心のステージ１４４は、単純に、エアリフトハウジング１３２のまわりにらせん状のフライトを備えることができる。粒状媒質は、同心のステージを流れ落ちるにつれて、洗浄機１３４を通って粒状媒質流出口１４２から上向きに移動する少量のろ液に遭遇する。洗浄機１３４中のこのろ液は、フィルタリングチャンバ１００のろ液プールとリジェクトセクション１１６との液面の差によって進められる。より重くより粗い粒状媒質はこの少量の対向流を通って流れ、残りの不純物はリジェクトセクション１１６まで戻される。洗浄された粒状媒質はフィルタリングチャンバ１００に戻り、粒状媒質床の頂部に堆積し、流入液体清浄プロセスおよびフィルタリングチャンバ１００の底部への最終的な移動をもう一度開始する。
【００２６】
粒状媒質１０４と液体１０６と不純物との相互作用を促進して液体から容易に不純物を除去できるようにするために、フィルタリングチャンバ１００中の粒状媒質１０４に気体を送達して粒状媒質にリフトを提供するための気体供給システム１２２を設けることができる。気体供給システム１２２は、気体源１２４と、気体源１２４と流体連通する気体ライン１２６と、フィルタリングチャンバ１００に取り付けられ、気体ライン１２６およびフィルタリングチャンバ１００の下側部分１０２と流体連通する気体流入口（図示せず）とを備えることができる。気体源１２４は、ファン、気体ポンプ、気体の加圧シリンダ、または何らかの他の好適な気体源とすることができる。また、気体源は、フィルタリングチャンバ１００のハウジング内であってもよく、あるいは、気体流入口１２８に直接的に接続してもよい。気体源１２４によってフィルタリングチャンバ１００中に導入される気体は、空気、窒素、酸素、または何らかの他の好適な気体とすることができる。気体フローを制御する、および／または気体源１２４からフィルタリングチャンバ１００の下側部分１０２に圧力をかけるために、任意選択で、制御バルブを使用することができる。また、粒状媒質１０４の分散を制御することができるように、フィルタリングチャンバ１００の底部の近くに、任意選択の分散プレート（図示せず）を配置することができる。さらに、フィルタリングチャンバ１００の底部に、またはその近くに、任意選択のドレイン１２８を設けてもよい。
【００２７】
本明細書で使用される場合、用語「エアリフト」とは、使用される気体のタイプにかかわらず、気体供給システムによる気体送達によって引き起こされるリフトを包含することを意味する。換言すると、「エアリフト」は、空気の他にも、窒素、酸素、または他の適当な気体のような任意の好適な気体によるリフトを包含する。
【００２８】
リジェクトセクション１１６中のリジェクト混合物の高さを判断するためのセンサ２００、またはリジェクトセクション１１６中のリジェクトフローの量を判断するための流量計を設けることができ、気体供給システム１２２を制御し、センサ２００から１つまたは複数の信号を受信するための制御ユニット２０２を設けることができる。典型的には、エアリフトがろ過媒質のリフトを停止すると、リジェクト流量が増える。エアリフトがないと、粒状媒質が、エアリフトハウジング１３２の底端部１３６でエアリフトハウジング１３２中に引き込まれなくなり、リジェクトセクション１１６に入らなくなる。エアリフトされた粒状媒質が粒状媒質洗浄機１３４の同心のステージ１４４を通って下降すると、たいてい、洗浄液の上向きのフローが制限される（洗浄液は、下降するろ過媒質から汚れおよび不純物をスコーリングする粒状媒質洗浄機１３４の同心のステージ１４４を通って上向きに移動するにつれて、リジェクト液となる粒状媒質洗浄機１３４より下の清浄なろ液となる）。リジェクトセクション１１６には、粒状媒質洗浄機１３４を通って落ちることができる粒状媒質がほとんどない、または全くない場合、粒状媒質洗浄機１３４を通る洗浄液の上昇を制限すべき下降している媒質は全くなく、したがって、リジェクトセクション中に通常の流体フローよりも多くのフローを引き起こす。その結果、リジェクト流量は、エアリフトが自身の通常機能を停止したときに増加する。したがって、リジェクト混合物の量はリジェクトセクション中で、具体的には、リジェクトセクションの流出口セクションで増加する。以下の記載では、リジェクトセクション１１６の流出口セクション１２１にセンサを配置しているが、代替的には、リジェクトセクション１１６の流入口セクション１１９にセンサ２００を配置してもよい。
【００２９】
センサと制御ユニットとの組合せは、流出口セクション１２１でリジェクトセクション１１６中に集まる液体の深さを効果的かつ継続的に判断するように構成することができる。１つの可能な実装形態によれば、センサと制御ユニットとは、リジェクトセクションの堰１１７を越えて流れて流出口セクションに入る液体の深さを効果的かつ継続的に判断する。センサは、リジェクトセクション１１６の流出口セクション１２１においてリジェクトセクションの堰１１７の上方でリジェクトセクション１１６の壁のうちの１つに取り付けられた、あるいは堰１１７自体に取り付けられた超音波液位トランスデューサセンサとすることができる。好適なセンサの一例は、Ｐｅｐｐｅｒｌ＋Ｆｕｃｈｓの１８ｍｍ直径の円筒形のアナログ出力超音波センサ（型番ＵＢ３００−１８ＧＭ４０−Ｉ−Ｖ１）とすることができる。かかるセンサは、制御ユニット中にスケーリングすることができる４ｍＡ〜２０ｍＡ出力を提供することができる。センサ２００が、たとえば、図２のブラケット２１０によって堰１１７自体に取り付けられている場合、操作者がリジェクトセクションの堰１１７の高さを高くしたり、低くしたりしなければならない場合でも、センサ２００とリジェクトセクションの堰１１７の頂部のとの間の基準距離は堰１１７の高さの変化の影響を受けないという利点がある。
【００３０】
制御ユニット２０２は、気体供給システム１２２からフィルタリングチャンバ１００中に放出される気体の量を制御するために、気体源１２４および／または気体バルブ１３０と連通する、たとえば、電気接触することができる。また、制御ユニット２０２は、リジェクトセクション１１６中のリジェクト混合物の量を判断するために、センサから信号を受信し、受信した信号を処理するように、センサ２００と連通する、たとえば、電気接触する。センサは、リジェクトセクションの堰１１７に隣接する流祝口セクション１２１における現在のリジェクト混合物の深さを継続的に読み取るように、制御ユニット中にスケーリングすることができる。制御ユニット２０２は、次いで、リジェクトセクション中のリジェクト混合物の判断された量から、気体供給システムによって提供されている適切なリフトによって粒状媒質が適切にリフトされているかどうかを判断するように構成される。
【００３１】
図１に示された構造によれば、制御ユニット２０２は、センサ２００によるセンサ読取値を所定のしきい値と比較することによって、適切なリフトが提供されているかどうかを判断するように構成される。「適切なリフト」は、過剰な量の懸濁固体のろ液への放出されないように（つまり、ブレークスルーしないように）、気体供給システムによって粒状媒質の床に提供されたリフト量とすることができる。適切なリフトの例として、粒状媒質の床の頂部と底部との圧力差が所定の範囲（１０ｐｓｉ、１５ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、３０ｐｓｉ、またのそれらの間の任意の整数ｐｓｉ）内とするような気体供給システムの動作を挙げることができる。
【００３２】
制御ユニットは、リジェクトセクション１１６の流出口セクション１２１におけるリジェクト混合物のレベルが所定のしきい値よりも上のときには、気体供給システム１２２によって適切なリフトが提供されていないと判断するように構成することができる。しきい値は、センサから何らかの所定の距離とすることができる。１つの可能な実装形態によれば、しきい値は、センサから、堰１１７の頂部をよりも下にある流出口セクション１２１中の許容可能なレベルのリジェクト混合物などまでの垂直距離とすることができる。また、制御ユニット２０２は、気体供給システム１２２によって適切なリフトが提供されない場合には、所定の時間期間にわたってフィルタリングチャンバ１００において粒状媒質に反復するガスバーストを提供するために、気体供給システム１２２を動作させるように構成することができる。それに代えてまたはそれに加えて、制御ユニット２０２は、粒状媒質への適切なリフトが気体供給システム１２２によって提供されない場合には、所定の複数の時間期間にわたってフィルタリングチャンバにおいて粒状媒質に反復するガスバーストを提供するために、気体供給システム１２２を動作せるように構成することができる。気体供給システム１２２の動作は、気体制御バルブ１３０の動作および／または（たとえば、気体源１２４が気体ポンプである場合には）気体源１２４の動作を通じて、制御ユニットによって制御することができる。
【００３３】
制御ユニット２０２によって修正手段がとられた後に（たとえば、気体供給システムが、所定の複数の時間期間にわたってフィルタリングチャンバにおいて粒状媒質に反復するガスバーストを提供した後に）気体供給システム１２２によって適切なリフトが提供されていない場合、制御ユニットは、アラーム２０４を動作させるように構成することができる。
【００３４】
制御ユニット２０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）、カウンタ、ならびに１つまたは複数のタイマーを備えるマイクロコンピュータによって構成することができる。それに代えてまたはそれに加えて、コントローラは、複数のマイクロコンピュータによって構成することができる。制御ユニット２０２は、本明細書で開示される制御ユニットの機能を実行するために必要なハードウェアおよび／またはソフトウェアを備える。
【００３５】
図１に示された構造は、少なくとも、以下の各ステップを実行することができる。制御ユニット２０２は、センサ２００による読取値を１つまたは複数のしきい値と比較することによって、ある時間期間、たとえば、数秒内に、エアリフトが機能していない状況が起こったことを検出する。その後すぐに、制御ユニット２０２は、たとえば、１秒、２秒、３秒、４秒、またはそれ以上以内に、適切なエアリフト機能を回復するために、修正アクションを開始する。指定された待機時間（たとえば、１分、２分、４分、またはそれ以上）の後、エアリフトが適切な機能を回復していない場合には修正アクションを反復する。これらのステップは、特定の回数（たとえば、２回、３回、４回、５回、またはそれ以上）反復される。これらの反復の後にエアリフト機能が回復しなかった場合、操作者に物理的な注意を喚起するために、アラーム２０４がトリガされる。アラームは、可聴アラームおよび／または可視アラームとすることができる。
【００３６】
図２を参照して、本発明による水処理ユニット１'の一実施形態について以下に説明する。図１に示された構造ではエアリフトハウジング１３２中に単一の空気供給ラインのみが設けられているのとは異なり、この実施形態では、エアリフトハウジング１３２'は、上側空気供給ライン２３５および下側空気供給ライン２４５を有する。この２つの空気供給ラインは、エアリフト底部のブローアウトに関連する問題を克服するために設けられる。エアリフト底部のブローアウトは、エアリフト内で砂と固体とを圧縮することに起因して起こり、それにより、所望される場合には、エアバーストの全てをエアリフトの頂部から排出するのではなく、エアバーストの一部分をエアリフトの底部から排出する。この実施形態にしたがって２つの別個の空気供給ラインを備え、フィルタ床に空気を放出することにより、媒質から除去された固体が、水処理デバイスの頂部でろ液プールに放出される影響が少なくなり、それにより、ろ過品質が改善される。
【００３７】
また、この実施形態において、水処理タンク中で充分なろ過媒質移動が生じるか否かを検出するために、リジェクトセクション１１６の堰１１７のすぐ上にセンサ２５５が配置される。さらに、この実施形態では、水処理タンクに関する現在の損失水頭を判断するために、フィード流入口１０９の上方に圧力トランデューサ２６５が設けられる。さらに、リジェクトセクション１１６の流出口１２０に自動バルブ２７５を設け、水処理タンクからのリジェクトフローの再開中に生じることが多い汚染レベルの上昇を低減させる、および／またはなくすために、自動バルブ２７５を特定の時間に開閉する。制御ユニット２０２'は、センサ２５５および圧力トランデューサ２６５から情報を受信し、自動バルブ２７５の動作を制御する。すべての他の点に関して、制御ユニット２０２'は、図１に示したような制御ユニット２０２と同様である。
【００３８】
より詳細には、ユーザが、バックウォッシュ動作を実行して水処理ユニットを清浄するために、ＤｙｎａＳａｎｄ（商標）Ｆｉｌｔｅｒのような水処理ユニットに対して間欠的なエアリフト動作を試みたとき、そのようなユーザは、エアバーストが始動した直後に、許容できないほど高い濁度スパイクを経験する場合があった。水処理ユニットの頂部におけるろ過された水の体積に起因して、一般的には、スパイクの後作用には３０分以上のオーダの時間がかかることがある。これは、許容できない問題であり、この実施形態に記載されるような上側エアリフトラインおよび下側エアリフトラインの使用は、この問題を克服するように作用する。
【００３９】
この実施形態では、第２の空気供給ラインを各エアリフトに提供し、上側空気供給ラインは、下側空気供給ラインの高さから２フィート上方に配置される。当業者には、上側供給ラインと下側供給ラインとの高さの差は、本発明の趣旨および範囲内にとどまる（たとえば、高さの差が６インチ〜３インチとなる）ことが想定されることが認識できるであろう。上側エレベーション供給ラインにエアバーストを最初に送り、次いで、下側エレベーション供給ラインにバーストを送るようにエアコントロールパネルをプログラミングすることによって、空気全体に対する抵抗が少なくなり、それにより、エアバーストは、水処理ユニットの頂部へのエアリフトを通じて上昇することができるようになる。このように、エアリフトの底部から出た空気の突発的な噴出は、単一の空気供給ライン水処理ユニットと比較してなくなる、および／または最小限に抑えられる。
【００４０】
次に、従来の水処理ユニットに比較してリジェクト流量をより良好に（たとえば、より低く）するためにエアバーストを提供するための（たとえば、コンパクトディスクのようなコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムを動作させるコンピュータによって実行される）制御の動作を示すフローチャートに対応する図３Ａおよび図３Ｂを参照する。ステップ３１００において、システムセットアップを実行し、それによって、最大損失水頭に関する値（ｍａｘ＿ｈｅａｄｌｏｓｓ＿ｓｅｔ＿ｐｏｉｎｔ、２メートルタンクに関する水圧のデフォルトはたとえば、３０〜３６インチ、１メートルタンクに関する水圧のデフォルトは、たとえば、２４〜３０インチ、最小値は１０インチ、最大値は４８インチ）、最大ろ過間隔（たとえば、デフォルトは１２時間、最小値は１時間、最大値は４８時間）、バックウォッシュタイマー（たとえば、デフォルトは６時間、最小値は３０分、最大値は１２時間）、およびアラーム前のバースト数（たとえば、デフォルトは３、最小値は２、最大値は１０）を設定する。これらの値は、水処理ユニットの操作者によって設定され、コンピュータのキーボードまたはマウスを介して、あるいは他の入力メカニズムによって入力することができる。
【００４１】
ステップ３１１０において、タンク１００における廃液レベルがろ液堰よりも上か否かに関する判断が行われる。「いいえ」の場合、システムを動作させる必要はなく、プロセスフローはステップ３１１０にループバックする（この判断は、定期的に、たとえば１０秒ごとに行われる）。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３１２０に進んで、連続バックウォッシュろ過を開始する。ステップ３１２０において、リジェクトバルブが開き、（空気が上側供給ラインに流入することができるようにするために）上側バーストソレノイドが開き、上側バーストタイマーを始動し（デフォルトは２．５秒、最小値は１秒、最大値は１０秒）、下側バースト遅延タイマーを始動し（デフォルトは２秒、最小値は１秒、最大値は１０秒）、バックウォッシュタイマーを始動する。
【００４２】
ステップ３１３０において、下側バースト遅延タイマーが経過したか否かについて判断が行われる。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３１３０の初めにループバックする（この判断は、１０ミリ秒ごとのように、定期的に行われる）。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３１４０に進んで、下側エアバーストを始動する。ステップ３１４０において、（空気が下側供給ラインに流入することができるようにするために）下側エアバーストソレノイドを開き、通常動作ソレノイドを開き、下側バーストタイマーを始動する（デフォルトは３秒、最小値は１秒、最大値は１０秒）。
【００４３】
ステップ３１５０において、上側バーストタイマーが経過したか否かについて判断が行われる。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３１６０に進み、上側エアバーストソレノイドを閉じて上側エアバーストを停止する。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３１５０の初めにループバックする（この判断は、１０ミリ秒ごとのように、定期的に行われる）。
【００４４】
ステップ３１７０において、下側バーストタイマーが経過したか否かについて判断が行われる。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３１８０に進んで、下側エアバーストソレノイドを閉じて下側エアバーストを停止し、連続バックウォッシュ通常動作遅延タイマーを始動する（デフォルトは２分、最小値は１０秒、最大値は５分）。「いいえ」の場合、プロセスフローは、ステップ３１７０の初めにループバックする（この判断は、１０ミリ秒ごとのように、定期的に行われる）。
【００４５】
ステップ３１９０において、連続バックウォッシュ通常動作遅延タイマーが経過したか否かについて判断が行われる。「いいえ」の場合、プロセスフローは、ステップ３１９０の初めにループバックする（この判断は、１０ミリ秒ごとのように、定期的に行われる）。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３２００に進む。
【００４６】
ステップ３２００において、ろ過媒質の移動が検出されたか否かについて判断が行われる。限定ではなく例として、ろ過媒質の移動は、リジェクト堰のすぐ上に配置された超音波液位送信器によって検出される。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３２１０に進む。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３２２０に進む。ステップ３２２０において、バーストカウンタ値は１ずつ増える。ステップ３２３０において、バーストカウンタ値が設定点（デフォルトは６、最小値は３、最大値は１０）達したか否かについて確認が行われる。「はい」の場合、ステップ３２４０において連続バックウォッシュフィルタエアリフトアラームを出力し、エアリフトプロセスが水処理システムの適切な清浄に失敗したことを管理者に知らせる。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３２５０に進んで、バーストシーケンスを再開する。ステップ３２５０において、上側バーストソレノイドを開き、上側バーストタイマーを始動し（デフォルトは２．５秒、最小値は１秒、最大値は１０秒）、下側バースト遅延タイマーを始動し（デフォルトは２秒、最小値は１秒、最大値は１０秒）、バックウォッシュタイマーを始動する。ステップ３２５０の後、プロセスフローはステップ３１２０に戻る。
【００４７】
バーストカウンタ値を所定のセットポイント値、たとえば、６に設定することによって、エアリフトが機能を停止したとき（止めるべきであるとき）、デュアルバーストエアリフト動作が最大で５回以上反復されることになる（デフォルトは全部で６サイクル、最小値は３サイクル、最大値は１０サイクル）。（図２に示されるようにリジェクトセクション１１６のすぐ上に配置されたセンサ２５５によって提供された信号に基づいて判断され、１つの可能な実装形態において、センサ２５５が超音波液位送信器に対応することができる）エアリフトが依然として正常に機能していない場合、（ステップ３２４０において）アラームが出力されて、それにより、失敗と、さらなる修正アクションが必要とされることとが操作者または管理者に知らされる。
【００４８】
ステップ３２１０において、バックウォッシュタイマー経過したか否かについて確認が行われる。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３２６０に進み、「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３２７０に進む。ステップ３２７０において、バーストカウンタはゼロ設定であり、次いで、プロセスフローはステップ３２００に進む。ステップ３２６０において、所定の時間量（たとえば１分、最小値は５秒、最大値は２分）よりも長く、損失水頭が最大損失水頭セットポイント値を超えたか否かについて確認が行われる。限定ではなく例として、損失水頭は、フィード入力経路に設けられた圧力トランデューサによって測定することができる。損失水頭が最大損失水頭設定値を超えている場合、プロセスフローはステップ３２６５に進み、損失水頭が最大損失水頭値を超えていることをユーザに知らせるために、アラームを出力し、次いで、プロセスフローはステップ３２７０に進み、バーストカウンタがゼロに設定され、次いで、プロセスフローはステップ３２００に戻る。損失水頭が、所定の時間量よりも長く最大損失水頭設定値を超えていない場合、プロセスフローはステップ３２８０に進み、バックウォッシュシーケンスを停止する。ステップ３２８０において、通常動作ソレノイドを閉じ、リジェクト停止遅延タイマーを始動する（デフォルトは２分、最小値は３秒、最大値は５分）。
【００４９】
ステップ３２８５において、リジェクト停止遅延タイマーが経過したか否かについて判断が行われる。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３２８５の初めにループバックする（この判断は、１０ミリ秒ごとのように、定期的に行われる）。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３２９０に進んで、リジェクトバルブを閉じる。
【００５０】
ステップ３２９０において、リジェクトバルブを閉じ、ろ過間のマックスタイマーを始動する（デフォルトは１２時間、最小値は３０分、最大値は５時間）。ステップ３２９５において、損失水頭が最大損失水頭セットポイント値を超えているか否かについて判断が行われる。「はい」の場合、プロセスフローはステップ３１３０に戻る。「いいえ」の場合、プロセスフローはステップ３３００に進み、ろ過間のマックスタイマーが経過したか否かについて判断が行われる。ステップ３３００における判断が「いいえ」である場合、プロセスフローはステップ３２９５に戻る。ステップ３３００における判断が「はい」である場合、プロセスフローはステップＳ３１１０に進む。
【００５１】
上述の変数に関するデフォルト値（たとえば、タイマー値およびカウント値）は、この実施形態の例示的な実装形態に関するものであり、それによって、当業者には、本発明の趣旨および範囲内でこれらの変数について他の値を想定し得ることが認識されよう。
【００５２】
制御ユニット２０２'は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インファーフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）、カウンタ、ならびに１つまたは複数のタイマーを備えるマイクロコンピュータによって構成することができる。それに代えてまたはそれに加えて、コントローラは、複数のマイクロコンピュータによって構成することができる。制御ユニット２０２'は、本明細書で開示される制御ユニットの機能を実行するために必要なハードウェアおよび／またはソフトウェアを備える。たとえば、ソフトウェアは、制御ユニット２０２'がアクセス可能な、ＤＶＤまたはＣＤ−ＲＯＭのような有形のメモリデバイスに記憶することができる。
【００５３】
上記で開示したシステムおよびコンピュータ実装方法は、連続する信頼できるエアリフトを維持するように、粒状媒質フィルタ中のろ過床におけるエアリフト動作の失敗に対する迅速な自動的検出および修正を提供する。また、そのような迅速な自動的検出および修正は、現場の担当者によって現在必要とされている、必要な警戒および労力を大幅に低減することができる。
【００５４】
エアリフトの間欠的な動作と組み合わせてデュアルエアリフトを利用した結果、ａ）圧縮されたエアブローを低減するという改善、ｂ）空気コンプレッサシステムの摩耗および破断を低減するという改善、ｃ）エアリフトの摩耗および破断を低減するという改善、ｄ）電力／エネルギー消費量を低減するという改善、ｅ）ろ液品質を改善するという改善、ならびにｆ）化学薬品消費量およびコストを低減するという改善のような、従来のシステムの上回る様々な改善を達成することができる。
【００５５】
本発明の開示内容によれば、当業者は、本発明の範囲および趣旨の範囲内で他の実施形態および修正形態が存在し得ることを理解できよう。したがって、当業者が本開示内容から本発明の範囲および趣旨の範囲内で成し得るすべての修正形態は、本発明のさらなる実施形態として含まれるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されるように規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
2013516317.tif 000007