(57)【要約】  放射状流れ又は積層流れのフィルタを形成しうる発泡体フィルタを提供する。放射状流れの構成では、発泡層は、内方支持コアの周囲に巻かれうる。この内方支持コアは、水が内方支持コアに入ってフィルタから出るための複数の孔を形成しうる。２つ以上の発泡層を使用することができ、螺旋状に巻かれた１枚の発泡体が、多層の構成を形成しうる。柔軟な非透過層が、隣接する発泡層の間に位置し、フィルタを通る流れを促進しうる。積層流れの構成では、複数の発泡層を使用することができ、水が発泡層を通して連続的に又は同時に流れることができる。他の濾過機能を提供するための機能層を追加することができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細孔を有して水を濾過する網状発泡フィルタエレメントであって、該網状発泡フィルタエレメントに隣接するか、該網状発泡フィルタエレメントの前記細孔の内部か、の少なくとも一方に複数の生物有機体を保持した状態で使用可能な網状発泡フィルタエレメントにおいて、
前記網状発泡フィルタエレメントによって濾過された水を集める収集タンク、及び
前記収集タンクと流体連通してフィルタからの水を分配するフィルタ出口、を有するフィルタにおいて、
前記網状発泡フィルタエレメントは、前記網状発泡フィルタエレメント内での単位体積当たりのストランドの数を増加するように高密度化されることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記網状発泡フィルタエレメントは、１つ以上の細孔内に位置して生物有機体に滋養提供するための栄養素を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記網状発泡フィルタエレメントは医療グレード発泡体を具備することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記医療グレード発泡体は医療グレードのポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記網状発泡フィルタエレメントの細孔密度は、１センチ当たりの細孔数が１１個（１インチ当たりの細孔数が７０個）よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記網状発泡フィルタエレメントの厚さは、２．５４ｃｍ（１インチ）未満であることで、前記網状発泡フィルタエレメントが使用中に嫌気性にならないことを特徴とする請求項５に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記網状発泡フィルタエレメントは放射流発泡フィルタエレメントであることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記網状発泡フィルタエレメントは少なくとも２つの放射流発泡フィルタエレメントを備え、該少なくとも２つの放射流発泡フィルタエレメントはフィルタ出口に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記放射流発泡フィルタエレメントは１つ以上の発泡層を備え、該発泡層の少なくとも２つは、異なる細孔径、異なる厚さ、及び異なる発泡方式の内の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１０】
水を処理するための機能層を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１１】
前記網状発泡フィルタエレメントは、炭素、ＰＨ調整発泡体、食品、ミネラルを充填した発泡体、及び乾燥有機体の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１２】
前記網状発泡フィルタエレメントは螺旋状に巻かれた１枚の発泡体であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１３】
前記網状発泡フィルタエレメントは積層型発泡フィルタエレメントであり、収集タンクは、前記積層型発泡フィルタエレメントに隣接配置されるパイプであることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ。
【請求項１４】
前記パイプは、少なくとも１つのパイプ入口と前記フィルタ出口を有し、
前記積層型発泡フィルタエレメントは前記少なくとも１つのパイプ入口の上に適合され、
前記フィルタは、前記積層型発泡フィルタエレメントを介して水を送り、前記少なくとも１つのパイプ入口に到達させ、前記少なくとも１つのパイプ入口を介してパイプ内へと水を送り、前記フィルタ出口を介してフィルタの外へと水を送るようになっていることを特徴とする請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１５】
前記パイプは複数のパイプ入口と複数のパイプ出口を有し、前記積層型発泡フィルタエレメントは複数の積層発泡層を備え、該積層発泡層は互いに対して隔てられ、各積層発泡層は少なくとも１つのパイプ入口の上に適合され、少なくとも１つのパイプ出口は隣接する積層発泡層間に位置し、
前記フィルタは、連続する各パイプ出口を介してパイプの外へ水を送り、連続する各積層発泡層を通り、連続する各パイプ入口を介してパイプ内へ水を戻すようになっており、
それによって水は、フィルタから分配される前に、各積層発泡層を通って移動することを特徴とする請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１６】
前記パイプは複数のパイプ入口と複数のパイプ出口を有し、各積層型発泡フィルタエレメントは複数の積層発泡層を備え、該積層発泡層は互いに対して隔てられ、各積層発泡層は少なくとも１つのパイプ入口の上に適合され、少なくとも１つのパイプ出口は隣接する積層発泡層間に位置し、
前記フィルタは、前記パイプ出口の１つを介してパイプの外へ水を送り、前記積層発泡フィルタエレメントの１つを通り、前記パイプ入口の１つを介してパイプ内へ水を戻し、前記フィルタ出口を介してフィルタ外へと水を流すようになっており、
それによって水は、フィルタから分配される前に、唯１つある積層発泡層を通って移動することを特徴とする請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１７】
前記パイプは少なくとも２つの積層発泡層を有し、第１の積層発泡層は前記少なくとも１つのパイプ入口の第１の側に位置し、第２の積層発泡層は前記少なくとも１つのパイプ入口の対向する第２の側に位置し、前記フィルタは、各積層発泡層を介して水をフィルタ内に送り、前記少なくとも１つのパイプ入口を介してパイプ内へ水を送り、前記フィルタ出口を介してフィルタの外へと水を流すようになっていることを特徴とする請求項１３に記載のフィルタ。
【請求項１８】
放射流発泡フィルタエレメントであると共に医療グレード発泡体を備えた網状発泡フィルタエレメント、
前記網状発泡フィルタエレメントを通る流量を制御する制限オリフィス、
複数の細孔と、１平方センチ当たり１２個（１平方インチ当たり８０個）〜１平方センチ当たり１９個（平方インチ当たり１２０個）の細孔の細孔密度を有する発泡フィルタエレメント、
生物有機体を誘引するための栄養素を含む前記発泡フィルタエレメント、及び
２．５４ｃｍ（１インチ）以下の厚さをもつ前記発泡フィルタエレメント、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１９】
前記発泡フィルタエレメントは１つ以上の発泡層を備えることを特徴とする請求項１８に記載のフィルタ。
【請求項２０】
前記制限オリフィスは、前記発泡フィルタエレメントの表面積１平方センチメートル当たり毎分約０．８ミリリットルと毎分１．２ミリリットルの間の最大値まで流量を制限することを特徴とする請求項１８に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システムに関し、特に重力送り水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
世界人口の増加と共に水の需要も増加している。実際、その地域人口が平均よりもはるかに高い割合で増加している世界のある部分では、安全な飲料水の可用性は平均よりも低い。このような状況のいくつかは、乾燥気候からくるにせよ単純に飲用に適した新鮮な地表水の不足からくるにせよ、地理的に起因している可能性がある。さらに、地下の帯水層の低下によって多くの水源が枯渇してきており、その結果、水を発見する試みにおいて、新しい井戸をより深い深度まで掘削するような状況を招いている。大抵の場合、高いコストがこれらの行動を妨げている。さらに、水が非常に不足している多くの場所では、所得水準が低いことや自治体が処理する水が使えないという理由で、人々は消費のための水を購入することができない。このような状況下にある例として２〜３例を挙げるならば、発展途上国の農村や自然災害後の緊急救援現場やキャンプ設営地がそうであるかもしれない。
【０００３】
重力送り水処理システムは、低所得者達を助け、彼らの家族に飲用や調理のための安全な水を提供するため、全世界的に使用されている。既に知られた重力送り水処理装置の１つは、水を処理するためにバイオサンド水フィルタを使用している。これらのシステムは生体層を有しており、それは水中にある望ましくない微生物や有機物を破壊する自然作用から生成されている。住宅や小さな村で通常使用されるバイオサンドフィルタは大型で重い傾向にある。その幾つかは、４５ｋｇ（１００ポンド）ほどの砂と砂利を含んでいる。
【０００４】
バイオサンドフィルタにおいては、長年にわたっていくらかの進歩がなされてきている。例えば、あるバイオサンドフィルタは、露出した砂の層の上部での面速度を制御するために深さと粒度構成を調整している。実際には、より深い層に大量の砂や砂利を置くことの理由の一つは、砂床を通る面速度が推奨範囲内で維持されるように背圧を確立し、制御することである。これらの進歩は、状況次第で重力送りシステムをより効果的なものとしているが、システムが正常に作動していることを確実にするため、往々にして流量を、据え付け時に調整する必要があるため、据え付けがより複雑化する可能性がある。
【０００５】
バイオサンド水処理システムの大きな２つの欠点は、砂の重さとその砂に求められる特定の粒径であると考える人もいる。砂の製造と輸送は、バイオサンドフィルタの世界的普及にとって大きな障害となってきた。その代用としてコンクリートやプラスチックを用いる水処理システムがある。しかしながら、これらのシステムはそれぞれに欠点がある。コンクリートは砂よりも重く、それが必要とされる遠隔地においては砂よりも一層乏しいかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
生物学的生物群のコロニー形成をサポートすると共にこれらの構造を機械的に支持する気泡構造を有する発泡フィルタを備えた重力送り水処理装置が提供される。発泡体の構造は初期厚さで網状化され、７．６ｍｍ（０．３００インチ）まで圧縮される。網状化した発泡体はその上及び／又はその内部に生体層を支持することができる。発泡体は多孔質で軽量、かつ実装が容易である。網状発泡水処理システムは、カートリッジの形態又は積層形態で構成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
網状発泡フィルタエレメントを備えた様々な発泡フィルタ構造が存在する。発泡体フィルタは、発泡フィルタエレメントよって濾過された水を収集するための収集タンクと、そのフィルタから水を分配するために前記収集タンクと流体連通するフィルタ出口を有するかもしれない。発泡フィルタエレメントは、発泡フィルタエレメント内の単位体積当たりのストランド数を増加させるために高密度化されるかもしれない。発泡フィルタエレメントはまた、生物有機体を誘引するための栄養素を含むかもしれない。
【０００８】
様々な発泡フィルタカートリッジ構造が存在する。一実施形態において、発泡体は内側にある支持コアの周囲に巻かれ、エンドキャップはカートリッジを密封するために接着される。支持コアによってフィルタカートリッジの構造的完全性を高めることができる。フィルタカートリッジは、１つ又は複数の発泡層を備えるかもしれず、複数発泡層の場合、それぞれが同一又は異なる細孔径、及び／又は同一又は異なる厚さを持つかもしれない。複数の発泡層の場合、水処理の品質を高めることができる。
【０００９】
さらに様々な発泡フィルタスタック構造が存在する。一実施形態では、複数の発泡層が積み重ねられて、水が複数のステージを同時に、又は連続して流れる。複数のステージを水が同時に流れる場合、水処理の速度を高めることができ、複数のステージを水が連続して流れる場合、水処理の品質を高めることができる。
【００１０】
発泡フィルタカートリッジと発泡フィルタスタックの構造では、水処理全体を向上させるために、様々な材料からなる付加的機能層が含まれるかもしれない。例えば、硬度、ヒ素、フッ化物といったような様々な水質汚染物質に対処するために機能層が含まれるかもしれない。
【００１１】
発泡濾過は、バイオサンドフィルタに付随する諸問題、とりわけその重量と据え付けに関する問題を軽減する。発泡フィルタ水処理システムの重量は、バイオサンド水処理システムの重量のほんの僅かである。発泡フィルタシステムはまた、訓練された据付作業員を必要とすることなくエンドユーザーによって簡単に据え付けられる。
【００１２】
本発明のこれら及びその他の目的、利点、特徴は、本実施形態の説明及び図面を参照することによって一層、理解・認識されることになる。
【００１３】
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記述で説明するか、或いは図面に示した作動の詳細や構成の詳細、及び構成部品の配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、様々な他の実施形態で実施することができ、ここには明確に開示されていない別の方法で実行することができる。また、ここで使用する表現及び用語は、説明のためのものであり、限定するものとみなされるべきではないことを理解されたい。“備える”、“有する”及びその関連語は、その後に列挙されるアイテム及びその関連語だけでなく付加アイテムやそれらの関連語を包含することを意図している。さらに、様々な実施形態の説明において、列挙の形が使用されるかもしれない。特に明記がない限り、列挙体の使用は、本発明を構成部品の任意の特定の順序や数に限定するものとして解釈されるべきではない。また列挙体の使用は、本発明の範囲から、列挙されたステップや構成部品に組み合わされるかもしれない如何なる追加ステップや構成部品をも排除するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】単一層の放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図１Ｂ】単一層の放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図２Ａ】複数層の放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図２Ｂ】複数層の放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図２Ｃ】複数層の放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図３Ａ】機能層を備えた複数層放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図３Ｂ】機能層を備えた複数層放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図３Ｃ】機能層を備えた複数層放射流発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図４Ａ】巻かれた発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図４Ｂ】巻かれた発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図４Ｃ】巻かれた発泡フィルタカートリッジを示す図である。
【図５Ａ】流路を備えた発泡シートを示す図である。
【図５Ｂ】流路を備え巻かれた発泡フィルタカートリッジの様々な形態を示す図である。
【図５Ｃ】流路を備え巻かれた発泡フィルタカートリッジの様々な形態を示す図である。
【図５Ｄ】流路を備え巻かれた発泡フィルタカートリッジの様々な形態を示す図である。
【図６】平坦な発泡を示す図である。
【図７】排水／流入管を備えた複数層の発泡フィルタスタックを示す図である。
【図８Ａ】収集管によって取り付け、支持された水収集リブを備えた非透過性の支持部を示す図である。
【図８Ｂ】この支持部が、図７の多層発泡フィルタスタックの排水収集を可能にする方法を示す図である。
【図９】多層発泡フィルタスタックを示す図である。
【図１０】複数セル発泡フィルタを示す図である。
【図１１】発泡フィルタスタックを備えたデュアルタンク処理システムを示す図である。
【図１２】発泡フィルタカートリッジを備えたデュアルタンク処理システムを示す図である。
【図１３】発泡フィルタカートリッジを備えた積層型デュアルタンク処理システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の水処理システムは様々な状況に対応して設定可能である。種々の構成部品は、消費や他の用途のために水を処理するにあたって、夫々単独で使用することも、或いは様々な組み合わせによって使用することが可能である。以下に詳細に述べる形態はあくまで模範的なものであって、完全に網羅するものではないことに気づくことが重要である。
【００１６】
ここに記載された実施形態の図は、様々な実施形態の構造の一般的理解を供与することを意図している。説明図は、ここに記載された構造物や方法を用いる装置及びシステムのあらゆる要素と特徴を完全に説明しようとする意図をもったものではない。本開示を再考することで、当業者にとってはこの他に多くの実施形態が明らかになるかもしれない。本開示から他の実施形態を利用したり導出することができ、本開示の範囲から逸脱することなく構造的かつ論理的な代用や変更がなされるかもしれない。加えて、説明図は単に表示したものにすぎず、縮尺通りに描かれていない場合もある。説明図の中のある比率に関しては誇張されたものであるかもしれないし、他の比率ついては最小化されたものであるかもしれない。
【００１７】
フィルタとして発泡体を使用することは、上述した砂やコンクリート構造物よりも軽量である。しかしながら発泡水処理システムには様々な問題があるかもしれない。例えば、所望の濾過レベル又は所望の流量を達成するために、発泡体の厚さを大きくしなければならない可能性がある。さらに、いくつかの構成において発泡体が嫌気性になってしまい、発泡体の処理能力を低下させる恐れがある。又さらに、水処理を補助するバクテリアや生物有機体が発泡体に貫通することができないことがしばしばある。さらに、発泡体の構成によっては目詰まりする傾向がある。
【００１８】
発泡体は、その細孔やセル構造に応じてオープンセル又はクローズドセルのどちらかに分類することができる。オープンセルの発泡体はまた網状発泡体として知られており、網状組織又は発泡母組織を成す、相互接続された細孔を備えている。発泡母組織の構造は、発泡体の個々のストランドによって保持され、各ストランドは発泡体細孔間の相互接続を維持する。これとは対照的に、クローズドセルの発泡体は相互に接続されていない個々に分離された細孔を有する。
【００１９】
本発明の網状発泡フィルタは、様々に異なる水処理システムにおいて実現することができる。例えば、図１１に示すように、円板発泡フィルタ１１０６を水処理貯蔵システム１１００に実装しても良い。図示された水処理貯蔵システム１１００は、処理タンク１１０２と貯蔵タンク１１１０を備える。処理タンク１１０２は、入口１１０４、円板発泡フィルタ１１０６、及び出口１１０８を具備する。図示された実施形態では、入口１１０４に流れ込んだ水が、円板発泡フィルタ１１０６上に形成された生体層１１０７を通過して水処理するように、円板発泡フィルタ１１０６は処理タンク１１０２の側壁に封止される。発泡体上に形成された生体層１１０７は、制御された流量でバッチ処理作動した際には、細菌やウイルスや原生動物に対して高度の低減処理を提供することができる。なお、この生体層は２週間で形成することができ、必要に応じて後述する各処理の幾つかを伴って加速できるということに留意されたい。一つのシステム実施形態では、本システムと同じ濾過レベルを達成するプレフィルタが組み込まれるが、生体膜が形成されてからの２週間後において同フィルタは廃棄、又は分解される。実施形態によっては、プレフィルタは長くもたないが、システムに２週間の遅延なしに濾過動作を開始させる補助をする。
【００２０】
本実施形態では、網状発泡体は、特定の細孔径と細孔密度の医療グレード２〜１０００のポリエーテル発泡体であっても良い。例えば、医療グレード発泡体は、１平方センチ当たり約１１個（１平方インチ当たり約７０個）以上の細孔密度を有するもので良く、必要に応じ、１平方センチ当たり約１２個（平方インチ当たり約８０個）〜１平方センチ当たり約１９個（平方インチ当たり約１２０個）の細孔、さらに必要に応じて１平方センチ当たり約１６個（１平方インチ当たり約１００個）の細孔を有するものでも良い。１平方センチ当たり約１６個（１平方インチ当たり１００個）の細孔を２フェルトで乗算することは１平方センチ当たり約３１個（１平方インチ２００個）の細孔を生み出す。発泡体もまた高密度化しても良い。例えば、発泡体を当初、元の密度で製造し、次いで元の密度の２〜３倍にまで圧縮するようにしても良い。その圧縮が一方向で行なわれる場合、単位体積当たりの構造ストランドの数を増加させながらも、発泡体の表面に１平方センチ当たり（１平方インチ当たり）かなりの数の細孔数を保持することができる。単位体積当たりのストランド数を増やすことは、存在しかつ発泡フィルタに保有される細菌や生物にとってより多くの場所を提供するかもしれず、そのことは水処理にあたっての発泡フィルタの効率を高めることになるかもしれない。表面積１平方センチ当たり（１平方インチ当たり）の細孔孔を維持し、背圧を適切に維持し、かつ濾過を適切なレベルに維持しながら発泡体フィルタの厚さを非常に小さくしても良い。例えば、網状発泡フィルタの厚さを約２．５ｃｍ（約１インチ）以下にしても良く、必要に応じ約５．１ｍｍ（約０．２インチ）〜約１５．２ｍｍ（約０．６インチ）の厚さでも良く、さらに必要に応じて約７．６ｍｍ（約０．３インチ）厚にしても良い。小さな厚さと発泡体の網目により空気が発泡体を貫通するのを可能にし、発泡フィルタが嫌気性になってしまって発泡フィルタの効率を低下させるのを防止するかもしれない。
【００２１】
本実施形態では、以下にさらに説明するように、制限オリフィスを発泡フィルタの出口か、又は水処理装置の出口に配置し、水処理システムを通る流量を制御するようにしても良い。制限オリフィスは、発泡フィルタの出口サイズを減じるか、或いは水処理システムの出口サイズを減じるワッシャ状のプレートを具備し、出口での体積流量を減少させるものであればどんな適切なリストリクタであっても良い。必要に応じ、流量は、発泡体表面積１平方センチメートル（ｃｍ）当たり約０．５〜１．５ミリリットル／分であっても良く、更に必要に応じ、発泡体表面積１平方センチメートル当たり約０．８〜１．２ミリリットル／分、そのまた必要に応じ、発泡体表面積１平方センチメートル当たり約１ミリリットル／分であっても良い。
【００２２】
１つ以上の実施形態で、発泡フィルタの目詰まりを低減し、フィルタにバクテリアの死骸を捨てさせ、生体層を成長させて酸素や有機物などの栄養素を吸収させるようにしても良い。また、１つ以上の実施形態で、水がフィルタを通って流れる際に、発泡フィルタに有害生物を吸収・捕捉させるようにしても良い。例えば、上述したように発泡体を貫通する細菌や生物が、有害生物を、それらのフィルタ通過の際に捕食してもよい。また、１つ以上の実施形態で、フィルタ内の微生物に、生体層を成長させる代わりにより多くのプロテアーゼを放出させるようにしても良い。これらの利点の１つ又はそれ以上のものが、発泡体の網状化及び高密度化によって作られたセルとストランドの密度を含み、発泡マトリクスの網状組織によって提供されるかもしれない。
【００２３】
図示された実施形態では、円板発泡フィルタ１１０６は２枚の発泡体を備えている。これに代わる実施形態としては、単一層の発泡体やさらに追加した発泡体層を使用しても良い。以下、円板発泡フィルタの様々な実施形態を詳細に説明する。図示した実施形態では、処理タンクの出口１１０８は、貯蔵タンク１１１０の入口１１１２と流体連通している。貯蔵タンクは、それが消費される準備ができるまで処理水を集めるのに使用可能である。貯蔵タンク１１１０は、蛇口であったり、或いは本質的に他の如何なる分配システムであったりする出口１１１４を備える。使用にあっては、未処理水が処理タンク１１０２に注がれ、生体層１１０７と円板発泡フィルタ１１０６を通過し、出口１１０８を通って処理タンク１１０２を出て処理水貯蔵タンク１１１０へと流れ込む。
【００２４】
図１２は別実施形態としての水処理・貯蔵システム１２００を示している。図１１の水処理システムと図１２のそれとの主な違いは、図１２の本実施形態が、円板発泡フィルタの代わりに発泡フィルタカートリッジ１２０６を備えていることにある。以下、カートリッジ型発泡フィルタの様々な実施形態をより詳細に説明する。使用時、未処理水は処理タンク１２０２の入口１２０４に注がれ、放射状発泡フィルタカートリッジ１２０６に形成された生体層を取り囲み、それを通過し、発泡フィルタカートリッジにある出口１２０８を介して処理タンク１２０２を出る。処理タンクの出口１１０８は貯蔵タンク１２１０の入口１２１２と流体連通している。貯蔵タンク１２１０は、蛇口であったり、或いは本質的に他の如何なる分配システムであったりする出口１２１４を備える。図１３は、それに代わる実施形態としての水処理・貯蔵システム１３００を示しており、ここでは処理タンク１３０２と貯蔵タンク１３１０が積層されている。
【００２５】
図１１〜図１３は発泡フィルタエレメントを用いた水処理システムの幾つかの例を示している。これらの水処理システムの別実施形態には、プレフィルタ媒体、砂の層、凝集タンク、塩素供給装置や脱塩素装置、及び流量制御（これらに限定されないが）はもとより、様々な追加部品が含まれる可能性があることに留意されたい。例えば、流量及び面速を制御するために、制限オリフィスを１つの水出口に沿った何処かに配置されるかもしれない。別の例では、浅い砂の層を発泡体の頂部に加え、生体層が良好に形成されるのを促進するようにしても良い。さらに別の例では、より簡単なクリーニングを可能にし、発泡体細孔の目詰まりを低減するため、プレフィルタ媒体を使用して、発泡フィルタスタックか発泡フィルタカートリッジ内にある１つ以上の発泡層を覆うようにしても良い。さらに別の例では、実装時、容器のサイズとヘッド圧力に基づいて流量が正しくなるように、発泡体フィルタは流量コントローラを備えても良い。さらに別の例では、２つの放射状フィルタを平行に用いて、水を処理するための発泡体の表面積を増加させ、容易にフィルタを含むバケットの積み重ねを容易にしても良い。例えば、２つの放射状フィルタは、より低い形状を成すかもしれず、これにより容器をより多く使用できるかもしれない。低形状化によって多くの空間ができ、水処理容器の積み重ねをより簡単にできるかもしれない。
【００２６】
カートリッジ式の発泡フィルタには多様の異なる実施形態がある。発泡フィルタカートリッジ１００の一実施形態を図１Ａ及び図１Ｂに示す。発泡フィルタカートリッジは、発泡層１０２、内方支持コア１０４及び１組のエンドキャップ１０６を備える。本実施形態では、発泡層１０２は内方支持コア１０４の周囲に巻かれており、発泡層の端部はホットメルトなどの適当な接着剤によりエンドキャップに接合される。別の実施形態では、発泡フィルタカートリッジ１００は、エンドキャップを発泡層１０２や支持コア１０４に封止する、本質的に任意の技術を使用して組み立てることができる。支持コア１０４は発泡フィルタカートリッジに剛性を与えるのに役立つことができ、発泡フィルタカートリッジの構造的完全性を高めることができる。実施形態によっては支持コア１０４を除去しても良い。支持コアは、プラスチック、又は水処理プロセスを妨害しない任意の材料で作ることができる。
【００２７】
図１Ａは、組み立てられた発泡体フィルタカートリッジ１００を示し、フィルタを通る水の流路を示している。水は発泡体上にできた生体層によって処理されている発泡体１０２を通って放射状に流入する。上述したように、本実施形態や本出願中の任意の実施形態において、表面生体層を形成することに加えるか、或いはそれに代えて、水が発泡体を流れる時、生物有機体が発泡体を貫通し、水を処理するかもしれない。一旦、水が発泡体を透過すると、水は支持コアの孔を介して支持コアの中心に流れることができる。支持コアの中にある孔の数、サイズ、及び位置は、所望の流量に応じて変えることができる。水は、支持コア１０４の中心からエンドキャップ１０６の１つに位置する出口１０８に向けて軸線方向に流れることができる。上記のように、制限オリフィスを出口１０８に配置して、発泡フィルタを通る流れを制御するようにしても良い。また、出口流量リストリクタをどの実施形態にも追加して良い。支持コア１０４の直径も使って、出口への流量制御の補助となるようにしても良い。本実施形態では、支持コアの直径は、エンドキャップ出口径よりも大きい。代わりとなる構成としては、支持コア径をエンドキャップ出口径と一致させても、或いはエンドキャップ出口径よりも小さくしても良い。他の別実施形態では、支持コアの中心を通って流す代わりに、支持コアを非透過性にし、水がその外表面に沿って流れるか、或いは外部流路に沿って流れるようにしても良い。さらなる別構造は、２つの放射状発泡フィルタの出口同士と接続して、共通の出口を形成するようにしても良い。これにより、水を処理する発泡体の表面積を増大するかもしれない。
【００２８】
図１Ｂは、エンドキャップを削除した端面図である。図示した実施形態では、支持コアと発泡層の相対的な直径を見ることができる。尚、別の実施形態では、発泡層と支持コアの直径が互いに対して変化する可能性があることを理解されたい。
【００２９】
図６は、例えば図１に示すような放射流フィルタエレメントを形成するために、円筒体に巻くことができ、さらに被せることができる発泡体シートを示している。一実施形態では、放射流発泡カートリッジを作るには、発泡体のシートを用意し、流れを可能にする孔を有するプラスチック製の内方支持コアを用意し、その支持コアを連続する発泡層で取り囲み、一方には出口があり他方は閉じた２つのエンドキャップを用意し、そのエンドキャップを発泡体に封止する、以上の各ステップを有する。封止は、ホットメルト接着剤や他の接着剤の使用することで達成できる。エンドキャップ内の出口孔にオリフィス・リデューサを適合し、流量を毎分０．８リットルを超えないようにするか、或いは他の所望の流量に制御するようにしても良い。一実施形態では、発泡体の長さは約２５．４ｃｍ（約１０インチ）、約１０．７ｃｍ（約４．２インチ）の外径で厚さが約７．６ｍｍ（約０．３インチ）となる。本実施形態では、発泡体は、１平方センチ当たり約１６個（１平方インチ当たり１００個）の細孔を有するポリエーテルスルホン（医療グレード）である。ポリウレタンフォームは、複数年に亘って安定状態にあり微生物によって腐食することはない。さらに、それは水接触用ＮＳＦをパスした処方設計において入手できる。別実施形態では、異なるタイプの発泡体が異なる細孔量を伴って使用されるかもしれない。
【００３０】
本実施形態では、放射流フィルタエレメントの様々な構成部品の特性により、毎分約１ｃｍの面速度を維持する流量及び合成外表面積を生みだす。別実施形態としては、放射流フィルタエレメントの様々な構成部品の特性が変化することで、異なる流量や面速、或いはその他の所望の水処理システム特性を生み出すかもしれない。例えば、別実施形態では、その他の発泡又は多孔質の材料又は構造が、上述のポリマー発泡体に置き換わるようにしても良い。例えば、ガラスや金属、或いはその他、小さなビーズ状物質を溶融することで作られる母組織を使用しても良い。１つの模範的実施形態としてＰＯＲＥＸ焼結ポリエチレンがあるが、それは生物形成のための支持体として作用する可能性がある。
【００３１】
発泡フィルタカートリッジの性能は、複数の発泡層を備えさせることによって幾つかの実施形態で向上させることができる。これは、さまざまな方法で達成することができる。多層発泡フィルタカートリッジの代表的実施形態の幾つかを図２〜図５に示す。
【００３２】
複数の発泡層を有するは発泡フィルタカートリッジ２００の一実施形態を図２Ａ〜図２Ｃに示す。発泡フィルタカートリッジ２００は、第１発泡層２０２、第２発泡層２０３、内方支持コア２０４、及び１組のエンドキャップ２０６を備える。本実施形態では、第１発泡層２０２が第２発泡層２０３を取り囲み、両方の発泡層２０２、２０３が内方支持コア２０４を取り囲む。図示の実施形態では、発泡層の端部は、ホットメルトのような適当な接着剤によりエンドキャップ２０６に接合される。別実施形態としては、エンドキャップを発泡層２０２、２０３の１つ以上、及び／又は支持コア２０４に封止することができるような本質的に任意の技術を使用して発泡フィルタカートリッジ２００を組み立てても良い。図示の実施形態では、支持コア２０４は発泡フィルタカートリッジ２００に剛性を与え、発泡フィルタカートリッジ２００の構造的完全性を増大するのに寄与している。実施形態によっては支持コア２０４を除去しても良い。
【００３３】
図２Ａは、複数の発泡層を備えた組み立て状態の発泡フィルタカートリッジ２００を示している。図２Ｂは、図２Ａ発泡フィルタカートリッジの部分的断面図であって、フィルタを通る水の典型的な流路を示している。水は第１発泡層上にできた生体層によって処理中の第１発泡層１０２を通って放射状に流入する。次いで水は第２発泡層２０３を通過する。第２発泡層２０３上に第２生体層２０９があっても無くても良い。一旦、水が第２発泡層２０３を通過すると、水は支持コアの孔を介して支持コア２０４の中心に流入することができる。支持コアの孔の数、サイズ、及び位置は、所望の流量に応じて変えることができる。水は、支持コア２０４の中心からエンドキャップ２０６の１つに位置する出口２０８に向けて軸方向に流れることができる。支持コア２０４の直径を使って、出口２０８への流量制御を補助することができる。
【００３４】
おそらくは図２Ｃに最も良く示されるように、発泡フィルタエレメント２００は、複数の発泡層２０２、２０３と内方支持コア２０４を備える。図２Ｃの比率は、異なる層を説明する上で誇張されている。複数の発泡層を設けることにより、異なるタイプの発泡体を単一のカートリッジに組み込むことができる。例えば、発泡体層は、異なる細孔径、異なる発泡体厚さ、或いは水処理システムの性能を向上させるように設計される種々の他の異なる特性を持つことができるだろう。
【００３５】
ここでは生体層は発泡体の表面上にできるものとして説明されているが、生体層は、発泡層の一部分にわたって、或いは発泡層全体にわたって、或いは複数の発泡層の上にわたってでき得るものであることを理解されたい。実施形態によっては、生物層を複数の異なるタイプの発泡体に及ばせることが望ましいかもしれない。さらに、複数の生体層が異なる位置にできるかもしれない。実施形態によっては、空気と発泡体の界面が存在する場所には必ず生体層ができるかもしれない。例えば、図２Ｃにおいては、生体層は、第１発泡層２０２の表面上だけでなく、第１発泡層２０２と第２発泡層２０３の界面にできるかもしれない。さらに、使用時において栄養素を、細孔や発泡体の網状化の際に作られたセル内に保有させるようにしても良い。オプションとして、製造中において栄養素を発泡体の細孔やセルの中に意図的に配置し、生物有機体のための栄養を供給したり、生物有機体を誘引させて発泡体中に匿い、存在させるようにしても良い。発泡体に存在する生物有機体はその後、水が発泡体を流動する際に水中の他の有害生物を捕食するかもしれない。砂糖、糖、炭素含有分子、鉄、その他の栄養素はもとより、如何なる適当な栄養素も使用可能である。
【００３６】
組み立てられた状態では、図示した実施形態では、おそらく図２Ｂに最良に示されるように、発泡層２０２、２０３及び支持コア２０４が互いに対して隣接配置される。これに代わる実施形態としては、意図的に空間を第１発泡層２０２と第２発泡層２０３の間、及び／又は第２発泡２０３と内方支持コア２０４の間に設けてもよい。この種の構造例が図２Ｃに示されている。その空間は、層間に通気性スペーサを配置することによって、或いはエンドキャップを使って第１発泡層２０２、第２発泡層２０３、及び内方支持コア２０４を離間配置することで、或いは他の適当な技術によって作ることができる。
【００３７】
複数の発泡層を備えた発泡フィルタカートリッジ３００の別実施形態を、図３Ａ〜図３Ｃに示す。本実施形態では１つ以上の機能層が含まれる。機能層は、特定の水処理問題に対処するために設けられるかもしれない。例えば、機能層は、硬度、ヒ素、フッ化物のような特定の水質汚染物質に対処する樹脂付き不織布媒体であるかもしれない。
【００３８】
図３Ａ〜図３Ｃにおいて、発泡フィルタカートリッジ３００は、第１発泡層３０２、第２発泡層３０３、機能層３０５、内方支持コア３０４、及び１組のエンドキャップ３０６を備える。本実施形態では、第１発泡層３０２が機能層３０５を取り囲み、同機能層が第２発泡層３０３を取り囲み、第２発泡層が内方支持コア３０４を取り囲む。図示の実施形態では、発泡層の端部は、ホットメルトのような適当な接着剤によりエンドキャップ３０６に接合される。別実施形態としては、エンドキャップを発泡層３０２、３０３の１つ以上、機能層３０５、及び／又は支持コア３０４に封止するような本質的に任意の技術を使用して発泡フィルタカートリッジ３００を組み立てても良い。図示の実施形態では、支持コア３０４は発泡フィルタカートリッジ３００に剛性を与え、発泡フィルタカートリッジ３００の構造的完全性を増大するのに寄与している。実施形態によっては支持コア３０４が除去されるかもしれない。
【００３９】
図３Ａは、複数の発泡層と機能層を備えた組み立て発泡フィルタカートリッジ３００を示す。図３Ｂは、図３Ａの発泡フィルタカートリッジの部分断面図であって、フィルタを通る水の代表的な流路を示している。水は第１発泡層上にできた生体層３０７によって処理中の第１発泡層３０２を通って放射状に流入する。次に水は機能層３０５を通過する。さらに水は第２発泡層３０３を通過する。フィルタ内の様々な界面やフィルタの各層内に追加の生体層があっても無くても良い。一旦、水が第２発泡層３０３を通過すると、水は支持コアの孔を介して支持コア３０４の中心に流入することができる。支持コアの孔の数、サイズ、及び位置は、所望の流量に応じて変えることができる。水は、支持コア３０４の中心からエンドキャップ３０６の１つに位置する出口３０８に向けて軸線方向に流れることができる。支持コア３０４の直径を使って、出口３０８への流量制御を補助することができる。
【００４０】
おそらくは図３Ｃに最も良く示されるように、発泡フィルタエレメント３００は、複数の発泡層３０２、３０３、機能層３０５及び内方支持コア３０４を備える。図３Ｃの比率は、異なる層を説明する上で誇張されている。複数の発泡層を設けることにより、異なるタイプの発泡体を単一のカートリッジに組み込むことができる。例えば、発泡体層は、異なる細孔径、異なる発泡体厚さ、或いは水処理システムの性能を向上させるように設計される種々の他の異なる特性を持つことができるだろう。上述したように、機能層は、様々な機能のために提供することができる。いくつかの実施形態では、複数の機能層は、同じ目的や異なる目的を達成するために設けられるかもしれない。さらに、機能層の位置は用途に応じて変わることができる。いくつかの実施形態では、機能層は内方コアを取り囲む最も内側の層であるかもしれないし、その他の実施形態では、機能層は第１発泡層を囲む最も外側の層であるかもしれない。
【００４１】
複数の発泡層を有する発泡フィルタカートリッジ４００の実施形態を図４Ａ〜図４Ｃに示す。この実施形態では、複数の発泡層は支持コアの周囲に巻き付いた１枚の発泡シートによって形成される。本実施形態の発泡フィルタカートリッジは、水との接触を付加するものであり、ある用途に対してはフィルタの性能を向上させる。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｃにおいて、発泡フィルタカートリッジ４００は、発泡層４０２、内方支持コア４０４、及び１組のエンドキャップ４０６を備える。本実施形態では、発泡層４０２は、内方支持コア４０４の周囲に螺旋状に巻き付けられる。発泡層４０２の端部は、ホットメルトのような適当な接着剤を用いてエンドキャップ４０６に接合される。別実施形態としては、エンドキャップ４０６を発泡層及び／又は支持コア４０４に封止するような本質的に任意の技術を使って発泡フィルタカートリッジ４００を組み立てても良い。図示の実施形態では、支持コア４０４は発泡フィルタカートリッジ４００に剛性を与え、発泡フィルタカートリッジ４００の構造的完全性を増大するのに寄与している。実施形態によっては支持コア４０４が除去されるかもしれない。
【００４３】
図４Ａは、螺旋発泡層を備えた、組み立て発泡フィルタカートリッジ４００を示している。図４Ｂは、図４Ａの発泡フィルタカートリッジの部分断面図であって、フィルタを通る水の代表的な流路を示している。水は発泡体上にできた生体層４０７によって処理中の発泡体４０２の外側部分を通って放射状に流入する。次いで水は内方支持コア４０４に到達するまで、連続して螺旋層を通過する。水が通過する層の数は、発泡体が内方支持コアの周囲に巻かれる際に作られる螺旋の数に依存する。螺旋発泡体４０２にわたって追加の生体層を形成してもしなくとも良い。一旦、水が発泡体４０２を通過すると、水は支持コアの孔を介して支持コア４０４の中心に流入することができる。支持コアの孔の数、サイズ、及び位置は、所望の流量に応じて変えることができる。水は、支持コア４０４の中心からエンドキャップ４０６の１つに位置する出口４０８に向けて軸線方向に流れることができる。支持コア４０４の直径を使って、出口４０８への流量制御を補助することができる。
【００４４】
発泡フィルタエレメント４００の螺旋パターンは図４Ｃで見ることができ、ここではエンドキャップ４０６を取り外した状態のフィルタ４００が示されている。図４Ｃの比率は、発泡体の螺旋パターンを説明するために誇張されている。螺旋状の発泡体を提供することで、単一の発泡体シートに複数の発泡層を組み入れ、単一のカートリッジに組み込むことが可能となる。支持コアの周りにどれだけ密に発泡体を螺旋化するかによって水処理システムの性能特性を変更することができる。
【００４５】
図５は、フォーム層５０２と、複数の流路５１３を備えた柔軟な非透過層５１１とを備えたフィルタエレメント５００を示す。そのフィルタエレメントを使って、多数の異なる発泡フィルタカートリッジを作ることができる。別の実施形態としては、中央に水移動リブ５１３を配し、非透過層５１１の上部と下部に発泡体５０２を配した構成が可能である。
【００４６】
図５Ｂに示す実施形態では、図４の実施形態と同様にフィルタエレメント５００が螺旋状に巻かれる。そのフィルタエレメント５００は、流路５１３が螺旋の方向に平行に延びるように巻き付けられる。図５Ｂに示された螺旋状フィルタエレメント５００の側面視では、並列流路の１つが破線で示されている。矢印は、フィルタを通る水の一般的な流れを示している。最初、水は外側の発泡層５０２を通過した後、流路に沿って螺旋の全長を進む。水は螺旋状に進む際に、発泡層５０２と非透過層５１１内の流路５１３との間を前後に通る場合もある。最終的に、水は支持コア５０４に到達する。互い違いの状態で、その螺旋状発泡体は、各表面積を２倍にする発泡層の中央にある収集層の内側と外側に２つの発泡層を有する図１０に一層類似して見える。
【００４７】
図５Ｄに示す実施形態では、フィルタエレメント５００は又、図４の実施形態と同様に螺旋状に巻かれる。ただし、フィルタエレメント５００は、螺旋方向に対して流路５１３が垂直に走るように巻かれる。図５Ｄに示された螺旋フィルタエレメント５００の側面視では様々な垂直流路が示されている。矢印はフィルタを通る水の一般的な流れを示している。始めに、水は外側にある発泡層５０２を通過し、次いで発泡層の全長に亘って流路に乗り、エンドキャップの一方に位置する出口に流入する。一実施形態において、発泡体と非透過層の間には、水を螺旋状に移動させ内側の流路へと到達させる間隙がある。別の実施形態では、非透過層は、一部の水が最も内側の流路に達することができるように半透過層に置き換えられる。さらに別の実施形態では、出口を持たないエンドキャップが、水を内側の流路に到達させる開口部を備える。
【００４８】
図５Ｃに示す実施形態では、フィルタエレメント５００の端縁は“へり溶接”され、発泡層５０２が円筒体の外部を成し、かつ非透過層５１１が円筒体の内部を成すようなシリンダを作る。エンドキャップはシリンダに接合され、発泡フィルタカートリッジを成す。流路は、シリンダ軸線に対して垂直か又は平行に走ることができる。平行な実施形態では、例えば支持コアの中央にある水の出口にアクセスできるように、各流路は非透過層５１１の底部に出口孔を備えるようにしても良い。垂直な実施形態では、各流路はその一端がエンドキャップによって封止されるようにし、シリンダ軸線に沿って他方のエンドキャップにある出口へと流れ込むようにしても良い。双方の実施形態では、水が発泡体５０２に対し放射状に入り、次いで流路５１３に沿って移動し、最終的にはエンドキャップに位置する出口に流入する。
【００４９】
飲料水としてのユースポイントでの水処理、住宅のための入居地点での水処理、井戸水使用、家庭用の貯水容器、都市用処理プラント、及び貯蔵・使用のために水が集められた時点で水処理するための農村部での設置を含み、多くの異なる用途に対して様々な発泡フィルタカートリッジを適用することができる。
【００５０】
発泡フィルタカートリッジに加えて、種々に異なる水処理システムで使用可能な、様々に異なる円板又は積層型発泡フィルタがある。発泡フィルタスタック７００の一実施形態が、図７及び図８Ａ-及び図８Ｂに示される。発泡フィルタスタック７００は、水を段階的に処理する。上部にある発泡層は２番目の発泡層への入口となり、この流動パターンが最終ステージまで繰り返される。各発泡層は夫々、別個に生体層を備えても良い。各ステージは、様々に異なる方法で水を処理するために、生体層に加えるかその代わりに他の機能層を備えても良い。
【００５１】
図７は、積層型発泡フィルタの一実施形態を通る水の全体的な流れを示している。おそらくは図７に最も良く示されるように、発泡フィルタスタック７００は、複数の発泡層７０２、７０４、７０６、７０８、複数の非透過層７０３、７０５、７０７、７０９、複数のパイプ入口７１１、７１３、７１５、７１７を備えたパイプ７１０、及び複数のパイプ出口７１２、７１４、７１６を備える。
【００５２】
図８Ａは、積層型発泡フィルタの代表的な断面図である。図では、水が様々なフィルタステージを通って流れることでパイプを介して流動可能となるように、パイプ７１０が区分化されていることを示している。本実施形態では、パイプ７１０は流入側及び流出側に分割される。非透過性支持体にリブを使うことで、フィルタ下方の間隙によって流出水が回収管に対して自由に流れるようにしても良い。図８Ｂは、水がどのようにしてパイプ出口７１２から発泡層７０４を介して非透過層７０５内の流路やパイプ入口７１３に流入するかを示した図７の積層型発泡フィルタの一部を示している。シンプルな支持円板が、簡単な組み立てとフィルタ層支持を可能にしている。それにより、システムを適切に通って流れるため、水にとって適切な間隔を明確にすることができる。
【００５３】
図７に戻り、使用時、未処理水は第１発泡層７０２の上部へ注がれて第１発泡体層７０２を通過し、ここで水は非透過層７０３によって入口７１１を介してパイプ７１０内に導かれる。次に、水はパイプ７１０を通って流れ、パイプ出口７１２に到達し、そこで強制退去される。次に、水は発泡層７０４を通過するが、ここでは非透過層７０５によってパイプ入口７１３を介してパイプ７１０内へと導かれる。水は、その後パイプ７１０を通って流れ、パイプの出口７１４に到達し強制退去される。非透過層は、所々の地点かリブに沿って、単純なシーラントや超音波シールを備えるかもしれないことに留意されたい。またリブや流路をフィルタの底側に形成しても良く、その場合、非透過層に沿って流れて収集チューブに集まらせる水の流れをアシストすることになる。追加の開口した発泡層を用いても良いし、或いはその他の捕集媒体を用いて捕集管から水を水圧で抜くようにしても良い。水は発泡体層７０６を通過し、そこでは非透過層７０７によって入口７１５を介してパイプ７１０内へと導かれる。水は、その後パイプ７１０を通って流れ、パイプの出口７１６に到達して強制退去される。水は発泡体層７０８を通過し、そこでは非透過層７０９によって入口７１７を介してパイプ７１０内へと導かれる。水は、その後パイプ７１０を通って積層型発泡フィルタ出口７１８へと流れることになる。これら複数層は、表面積を最大化するのを補助し、製造費のさらなる削減、高い流量、及び容易な製造を可能にすることができる。
【００５４】
その代わりとなる同時水処理システムの実施形態もまた、図７、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明することができる。この別実施形態では、発泡層７０２と非透過層７０３が削除される。水はパイプ７１０の流入側に直接注水可能である。水は、ほぼ同時にパイプ出口７１２、７１４、７１６を出て、それぞれ発泡層７０４、７０６、７０８の上に流れ込む。次いで、水は、それら発泡層７０４、７０６、７０８を通り、パイプ入口７１３、７１５、７１７に流入することにより、パイプの排水側にある共通のタンクにほぼ同時に流入する。この構成では、水が複数の発泡層を通って流れる代わりに、同時に単一ステージの処理を複数のバッチの水に適用するため、結果としてより迅速な水処理が可能となる。
【００５５】
図９は、連続する水処理ステージを有する発泡フィルタスタック９００の一実施形態を示している。図９の実施形態では、上位２つの発泡層９０２、９０４が２番目にくる２つの発泡層９０６、９０８への入口となり、以下この流動パターンが最終ステージまで繰り返される。各発泡層は夫々、別個に生体層を備えても良い。各ステージは、様々に異なる方法で水を処理するために、生体層に加えるかその代わりに他の機能層を備えても良い。図示された実施形態には４つの分割ステージがあるが、各ステージは２つの発泡層を備えている。これに代わる実施形態としては、ステージ数をより少なくしたり、追加ステージを持たせることが可能であり、また各ステージの発泡層についても、その数を少なくしたり増やしたりすることも可能である。加えて、例えば厚さや細孔径などのような発泡体の特性は、ステージ間や層間で変化するようにしても良い。機能的改善の領域には、フィルタリングや表面積増加のための炭素、ＰＨ調整発泡体、有益な低減を提供する様々な種のために特別に充填された食品又はミネラルである発泡体、を含ませるようにしても良い。ミネラルには、カルシウム、鉄、及び特定の生物学的・化学的相互作用を引き起こすその他の鉱物が含まれるかもしれない。なお、これらの層には、最適な生物学的生態系を提供するために溶液がまかれたり、通気される場合があることに留意されたい。この生態系は、それぞれの種のために非常に異なる環境を必要とするかもしれず、従って各層は、調整された還元系のために、これらの生物学的な代理物と機能濾過層の組み合わせを提供する機会を持っている。異なる機能的遂行を有すると共に適切な種と場所を確実にし、かつ成長プロセスの加速化に寄与する乾燥有機体を、この媒体に配置したり噴霧しても良い。これはまた、システムを保護する密封されたパッケージと共に、液体やゲルの形態であってもよい。そのパッケージは、生物学的製剤を適切に成長させるすべての構成要素を含むかもしれない。
【００５６】
図１０はセル構造の発泡フィルタスタック１０００の実施形態を示している。セル状発泡フィルタスタック１０００は、セパレータ１００８で区切られかつ互いに積み重ねられた複数のセル１００１を備えている。本実施形態では、各セルは、４つの発泡層１００２、１００３、１００４、１００５、１組のエンドキャップ１０１２、及びセル・セパレータ１００６を備える。セルは、セル・セパレータ１００６によって形成された個別の流路を伴い、エンドキャップ１０１２によって端縁封止されている。セパレータ１００６は、セルの側面が平坦な場合、中央管への流れを可能にする。外側の発泡体１００２、１００４は水のための入口経路となる。ひとたび水が外側の発泡層１００２、１００４の一方を通過すると、水はその後、内側の発泡層１００３、１００５の一方を流動する。内側の発泡層を流動した後は、水はセル・セパレータ１００６に流れ込み、次いで中央出口管１０１０の入口１００７に流入する。 本実施形態ではセルを２個しか図示していないが、セルの数は、所望の流量はもとより様々な要因に基づいて変えることができる。セル径も小さかったり大きい場合もある。例えば、セル径は１５ｃｍ（６インチ）〜３０ｃｍ（１２インチ）の範囲に入る場合もある。
【００５７】
他の発泡フィルタスタック構造及び発泡カートリッジ構造と同様に、セル構造は、入口と出口を持った水処理システムのハウジング内に収まる。セル構造とその他の発泡フィルタスタック構造の間の１相違点は、水がセルを取り囲んでセルの片側から流入できるように、セル構造が水処理システムのハウジング壁面に対して密封されないことにある。
【００５８】
図面はいくつかの具体例を提供しているが、各特徴の様々な組み合わせが可能であることを理解されたい。例えば、基本的にどの実施形態も、水処理性能の向上やクリーニングの容易性や耐久性向上といったような様々な目的で、追加の発泡層を含むように修正することができる。本質的には、各用途を通じて説明した様々な発泡層のいずれもが様々な細孔径を持つことができる。例えば、実施形態によっては、内側の発泡層を微細孔にしながらも、長寿命化のため外側の発泡体の細孔径を粗くする場合もある。上述した実施形態では、発泡層としてポリエーテルスルホンを使う場合があるが、用途に応じてポリエーテルスルホンの代わりに別の発泡材料を使用することも可能である。発泡フィルタカートリッジや発泡フィルタスタックの構造によって、実施形態の多くは、機能層をカートリッジ内に使用することで水中の他の汚染物質を処理するように変更することができる。例えば、一発泡層の下にイオン交換樹脂を含浸させた層を設けることにより、フィルタは、硬度ミネラルやその他、ヒ素及び／又は硝酸塩といったような健康に影響をあたえる汚染物質を減らすことができるかもしれない。
【００５９】
例えば“垂直の”、“水平の”、“頂部”、“底”、“上方”、“下方”、“内方”、“内側に”、“外方の”、及び“外側に”といったような方向を示す各用語は、図に示した実施形態の向きに基づいて本発明を説明するにあたってその説明補助のために使用されている。方向を示す用語の使用は、本発明を、一連の任意の特定方向に限定するものと解釈すべきではない。
【００６０】
さらに、本出願にわたって水処理を引用している。しかしながら本発明の発泡体フィルタは水以外の物質を処理する際にも使用可能であることを理解されたい。また、発泡層への浸透や発泡層を通る流れ、或いは発泡層を通過することに関して記述した箇所では、水が参照された要素の細孔の一部や全部を通過することまで言及していると理解されたい。
【００６１】
以上の記述は、本発明の現行実施形態の説明である。種々の改変及び変更は、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべき、添付の特許請求の範囲において定義されたような本発明の精神や広範な態様から逸脱することなく行うことができる。本開示は、例示目的で提示されたものであって、本発明のすべての実施形態を網羅した説明として解釈すべきではないし、また、特許請求の範囲をこれらの実施形態に関連して例示又は記載された特定の要素に限定するものとして解釈すべきではない。例えば、限定なしに、ここに記載された本発明の如何なる個々の要素は、実質的に同様の機能を提供したり適切な動作を提供する代替要素によって置き換えることができる。これらには、例えば、現在知られている代替要素（例えば、現在当業者に知られている可能性のあるもの）や、将来開発されるかもしれない代替要素（例えば、当業者が開発の過程で代替物として認識する可能性のあるもの）がある。さらに、開示された実施形態には、示し合わせて記載された複数の特徴であって、それら同士が協働することで利益の集積を提供するかもしれない複数の特徴が含まれている。特許請求の範囲に明確に記載されている場合を除き、本発明は、これらの特徴のすべてを含むか、或いは記載された利益のすべてを提供するようなそれらの実施形態だけに限定されるものではない。単数のクレーム要素に対する如何なる引用（例えば、冠詞“a”、“an”、“the”、“said”を用いた引用）も、その要素を単数に限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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