阅读说明：本技术 反复洗涤吸附性介质的工艺和系统 (Process and system for repeated washing of adsorbent media ) 是由 大卫·罗丝·麦凯·佩特 于 2018-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了以最小的水消耗来洗涤吸附性介质的方法和系统。更具体地,本发明提供的方法和系统使用反复洗涤用于原位再生和/或消毒吸附性介质,例如活性炭。(The present invention provides methods and systems for washing adsorbent media with minimal water consumption. More specifically, the present invention provides methods and systems for regenerating and/or disinfecting adsorbent media, such as activated carbon, in situ using repeated washings.)

反复洗涤吸附性介质的工艺和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月22日递交的美国临时申请号62/609,739和于2018年8月21日递交的美国临时申请号62/720,376的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及使用吸附性介质的水处理系统，更具体地，涉及使用颗粒状或粉末状活性炭的水处理系统。

背景技术

本发明减少了水的消耗，提高了原位再生以及任选的消毒颗粒状的多孔过滤介质(例如活性炭)的效率。本文公开的实施方式，也可应用到粉末状的吸附材料或吸附剂材料，例如粉末状活性炭浆液中。

其中，本文的公开内容是对先前在美国专利号9375663(其全部内容通过引用并入本文)中公开的发明的新颖且非显而易见的改进。

活性炭(无论是颗粒还是粉末形式)已经使用了数千年，通过吸附有机污染物从水中去除颜色、味道和气味。在过去的一个世纪中，吸附性天然和合成沸石已用于通过离子交换纯化水。最早的水软化剂使用天然沸石去除构成水硬度的钙和镁阳离子。后来开发出了效率更高的合成沸石，以从水中过滤掉这些和其他目标污染物。

近年来，我们的供水中痕量污染物的水平已成为一个增长的健康问题，并且已为其最大污染物水平设定了新的限值。被称为“新兴污染物”的类别包括药品、个人护理产品、农药、除草剂和破坏内分泌的化合物，其中大多数可以用活性炭过滤。2003年，美国环境保护署水务办公室将活性炭(通常与曝气结合)评为去除大多数此类污染物的最佳可用技术。此外，处理废水以供再利用变得越来越必要，尤其是在干旱地区。活性炭过滤通常是此应用的处理流程中的关键步骤。

众所周知，与反渗透(RO)系统相比，活性炭过滤器的初始投资较低，然而，例如，运行成本可能很高。本发明实质上通过降低水的消耗，提高再生以及任选地消毒多孔过滤介质的效率并从而延长介质的使用寿命，降低了操作成本。

当用于纯化饮用水或工艺用水时，颗粒状活性炭(GAC)往往会藏有在颗粒介质上生长的细菌。这些细菌会形成粘液，粘液会干扰过滤并从颗粒上脱落，从而污染流出水，偶尔导致产品水的质量比给水差。通常可以通过定期蒸滤床或用酸、苛性钠或过氧化物对床进行化学消毒以杀死细菌来解决此问题。消毒程序可以花费一整天，特别是在有利于细菌生长的温暖的气候，每隔几天就需要消毒程序。

新鲜活化的(或再生的)碳在从水流中去除污染物方面是非常有效，但是在使用的几周内，效率显著降低。专用炉中的异地热再生通常花费原始碳成本的约70％，并且在该过程中损失约10％的碳。如果碳能够在数月内将流出物质量保持在可接受的(尽管不是最佳的)限值内，则工厂通常会处理用过的或耗尽的碳(由于吸附的常常是有毒的污染物，本身就有问题)并用新鲜的碳进行替换。

当滤床的物理清洗变成必需的，通常采用反洗，由此清洁的水被强制向上通过介质。当采用足够高的流速时，通过滤床的向上的水流导致颗粒流化或悬浮在流体流中。可以使用足够的流速在反洗阶段中使包含在滤床中的颗粒至少部分流化。但是，反洗会消耗大量的水，并会产生大量的反洗流出物。反洗流出物可以再循环到处理工艺的前面，只要夹带的污染物不会使得处理无法进行；否则，必须将反洗流出物送到废物中。类似地，用含有消毒剂的洗涤流体反洗可以控制细菌的生长，但长时间洗涤才能消毒吸附性过滤介质，消毒剂可能使反洗流出物的循环不可行。而且，在反洗用于去除有毒污染物时，反洗流出物中发现的污染物很多时候返回到环境中。

使用化学溶液使废活性炭再生回其部分或全部吸附能力的方法是本领域已知的。然而，尽管在经济上吸引人，但是化学再生过程并未取得很大的成功，至少部分原因是直到现在，没有可用的在很长一段时间内用化学物质原位动态地擦洗(或洗涤/清洁)吸附剂/吸附介质，而又没有过多水和化学物质的消耗的实用装置。类似地，虽然用臭氧水反洗颗粒过滤介质可有效地再生和/或消毒颗粒介质，但在足以使臭氧提供所需效果的时间内，保持滤床处于完全流化状态所需的水消耗量可能过多。

粉末状活性炭(PAC)广泛用于饮用水处理中以去除味道、气味和有色化合物，并在废水处理中去除有机化合物。碳作为粉末或浆料加入到水中，混合给定的时间以吸附污染物，然后要么作为沉降的浆料或在过滤器的反冲洗水中除去。反洗粉末状活性炭是不可行的，因为任何溢流都会以悬浮形式携带粉末状碳。因此，粉末状活性炭很少再生，通常作为固体废物处置。

本发明通过利用洗涤水的反复流动，具有或不具有滤床的脉冲流化，解决了这些问题。如本文所公开的，使用本文所描述的新的和非显而易见的反复方法，通过循环全部或部分洗涤水可以显著减少水的消耗。

例如，在过滤系统中，通过将反洗物从过滤器的顶部再循环回到过滤器的底部的洗涤水入口来回收反洗物的前几次尝试均未成功，原因有多个。一个原因是，过滤器暗渠喷嘴通常具有以圆柱形形式(即，圆柱体)或类似类型的结构布置的楔形槽，其中，喷嘴的外侧包括狭窄的槽，该狭窄的槽为过滤后的水提供足够的空间以使其流过喷嘴，同时防止滤床颗粒从中通过。楔形几何形状优化了该过程，使得在正常过滤流中，过滤介质颗粒被排除作为水流进入暗渠，进入圆柱形喷嘴，然后喷嘴的槽加宽以防止任何细粒被卡在槽内。

然而，在与过滤流动方向相对(或相反)的方向上反洗滤床时，从滤床的顶部离去(或排出)的用过的反洗水包含大量的来自搅拌过滤介质的细颗粒或颗粒材料。在某些配置中(例如，当没有可用的自动清洁系统或设备时)，尝试将用过的含有大量细颗粒的反洗水再循环到过滤器的暗渠中，并返回通过楔形喷嘴(在与正常过滤流方向相对或相反的流动方向)，这种尝试可能受到阻碍，因为反洗物进入楔形喷嘴的较宽内侧，然后以与正常过滤流相反的流动方向通过变窄的槽，从而截留细颗粒并堵塞暗渠喷嘴。因此，尽管不是要求的，本发明的一个目的是提供一种新颖的、改进的再生和/或消毒吸附粒状过滤介质的方法，其降低了洗涤水的需求并克服了如上所述的再循环反洗流出物的缺陷。

即使当在反洗流出物的再循环期间的堵塞不是问题时，本发明的另一个目的是提供一种新颖的、改进的多步骤的再生和/或消毒颗粒状过滤介质的方法，以保持处理有效性(例如吸附能力)，并允许在滤床上长期使用，而不会导致水过多消耗或水过滤/处理系统的大量停工。

此外，溶解的臭氧(和其他氧化剂，例如氯、过氧化氢或高锰酸盐)在被消耗之前可渗透很短的距离进入到静态滤床中。这限制了使用某些氧化剂进行原位再生和/或消毒的能力。因此，在某些实施方式中(虽然不是必需的)，本发明的一个目的是利用改进的方法实现改进的再生和消毒吸附颗粒状过滤介质的效率，所述改进的方法包括通过短暂而反复地流化过滤介质来更新引入氧化剂的床的水平上的介质层，采用溶解臭氧从颗粒状介质的表面分离污染物。该方法还避免了氧化剂直接接触易于氧化的过滤器的主体。在另外的其它实施方式中，提供了再生和/或消毒阳离子和阴离子交换树脂的改进。更具体地，阳离子交换树脂在很大程度上不受定期暴露于诸如氯和臭氧的消毒剂的影响，但是有效消毒所需的暴露时间和搅拌限制了其应用。利用本文公开的反复流动方法和系统，可以解决这些问题。类似地，目前可用的阴离子树脂也不抗氧化剂(如氯和臭氧)，但它们可以用如本文所述的非氧化性化学物的反复流动进行清洁。

当将粉末状活性炭用作吸附性介质时，本发明的另一个目的是提供一种再生和再利用活性炭，从而减少固体废物产生的实用装置。

通过使用两个过滤器之间的反复流动，或者一个过滤器和一个收集罐之间的反复流动，或两个洗涤器之间的反复流动，以洗涤吸附性介质，从而允许待处理的吸附性介质处理足够长的时间，以最少的水和/或化学物的使用或消耗实现所需的再生和/或消毒，本发明解决或减轻了本领域中的这些和其它缺陷。

本文公开的方法简单、经济有效且高效，并且通过允许完全、基本上或部分消除过滤介质中存在的细菌，避免细菌不受控制的生长，或者完全、基本上或部分地再生过滤介质的吸附能力，同时消耗最少量的水和/或处理化学物，延长了固定床过滤器的工作时间(“寿命”)。

进一步的目的是提供一种原位方法，该原位方法为介质更换和传统的消毒/再生方法提供了一种经济的替代，其a)不需要大量、延长时间地关闭过滤系统或其他水处理系统；b)不排出大量反洗或洗涤流出物进行排水后处理；和/或c)不产生受污染的反洗流出物。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种洗涤水处理系统中的吸附性介质的方法，其包括如下步骤：提供第一容器和第二容器，其中，所述第一容器被配置为包含待再生的吸附性介质，其中所述第二容器与所述第一容器流体连通；通过在第一流动方向和第二流动方向，在所述第一容器和第二容器之间循环洗涤流体流，以产生通过吸附性介质的洗涤流体的反复流动，从而采用洗涤流体执行洗涤阶段，其中，第一容器和第二容器之间的洗涤流体的反复流动进行足量的循环数和时间段，以至少部分地再生吸附性介质，从而产生经处理的洗涤流体；停止所述第一容器和所述第二容器之间的经处理的洗涤流体的反复流动；执行选择以下组的步骤：将经处理的洗涤流体从所述第一容器排出，将经处理的洗涤流体从所述第二容器排出，冲洗所述第一容器，冲洗所述第二容器，排出所述经处理的洗涤流体至废物，中和经处理的洗涤流体，处理经处理的洗涤流体以产生至少一种额外的洗涤流体进行再利用，漂洗吸附性介质，返回过滤流，及其组合。至少第一容器和第二容器被配置为过滤器、收集罐或外部洗涤器。吸附性介质可包含粒状或粉末状活性炭。

在其他实施方式中，该方法包括足以至少部分地流化吸附性介质的第一流速和/或第二流速，并且还可以包括脉冲流化以更新待处理的滤床的底部、待处理的滤床的顶部或待处理的滤床的顶部和底部的步骤。在其他实施方式中，该方法包括以下步骤：以预定的最小流化速度周期性地脉冲进入待处理的滤床中的洗涤流体的流动，以使吸附性介质均质化；将臭氧或溶解的臭氧溶液引入待处理的滤床中；使吸附性介质与臭氧或溶解的臭氧溶液接触。

其他实施方式包括水处理系统，其包括至少第一容器和第二容器，其中，所述第一容器被配置为包含待再生的吸附性介质，其中所述第二容器与所述第一容器流体连通；其中所述系统被配置为在第一流动方向和第二流动方向，通过在所述第一容器和第二容器之间循环洗涤流体流，以产生通过吸附性介质的洗涤流体的反复流动，从而采用洗涤流体执行洗涤阶段，并进一步配置为使得第一容器和第二容器之间的洗涤流体的反复流动进行足量的循环数和时间段，以至少部分地再生吸附性介质。至少第一容器和第二容器被配置为过滤器、收集罐或外部洗涤器。吸附性介质可包含粒状或粉末状活性炭。

附图说明

图1是可以在本文所述的改进的系统和方法的一个实施方式中使用的过滤器的示意图。

图2是可以在本文所述的改进的系统和方法的一个实施方式中使用的过滤器的替代实施方式的示意图。

图3是采用本文所述的改进的系统和方法的过滤器系统的配置的示意图，其中所述系统和方法使用收集罐。

图4是采用本文所述的改进的系统和方法的过滤器系统的配置的替代实施方式，其中，所述系统和方法同时采用成对的两个或多个过滤器以代替收集罐用于洗涤程序。

图5是采用本文所述的改进的系统和方法的过滤器系统的配置的替代实施方式，其中所述系统和方法使用外部洗涤罐。

图6是用于粉末状活性炭处理系统的洗涤系统的配置的替代实施方式，其中所述系统和方法使用专用外部洗涤器。

图7示出一个替代实施方式，其中根据本文公开的特定实施方式，利用臭氧溶解罐，其中，所述臭氧溶解罐在反复洗涤循环期间在洗涤流体中产生臭氧微泡。

具体实施方式

本发明可以解决上面讨论的本领域的一个或多个问题和缺陷。但是，可以预期，可以证明本发明可用于解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。因此，要求保护的发明不必解释为限于解决本文所讨论的任何特定问题或缺陷。

术语“反洗”或“反冲洗”是指将流体流逆转通过滤床以去除污染物或其他未吸附的颗粒的过程。反洗流(即反洗流体流的流动方向)根据定义与过滤流逆流(或在其相反方向)。“反洗”也可以称为“反冲洗”。

术语“活性炭”是指通常通过加热各种碳源而获得的具有大表面积和高内部孔隙率的吸附性碳颗粒。为了本公开的目的，“活性碳”也可以被称为“碳”或“活性的碳”。

术语“粒状活性炭”(也称为GAC或“粒状”活性炭)是指粒径为约0.2-5mm的活性炭。

术语“粉末状活性炭”(也被称为PAC或“粉末”的活性碳)是指粒径小于0.2毫米的活性炭。

术语“耗尽的活性炭”是指已经耗尽其吸附能力的活性炭。“耗尽的活性炭”也可以称为“用过的”或“废弃的”活性炭。

术语“过滤器”指的是包含吸附性颗粒介质的任何容器，其被配置为在过滤流动期间保留流经其的被污染水的污染物。

术语“臭氧”或三氧是指氧的三原子形式，是化学式为OO₂或O₃或O3的无机分子。

术语“臭氧化的”描述了已经注入或浸渍有臭氧的介质、化合物、物质或液体(例如水)。“臭氧化的”也可以称为“臭氧化”。类似地，术语“臭氧化”是指物质或化合物用臭氧处理或与臭氧组合。

术语“空气冲刷”是指这样的过程，其中，强制空气流向上通过介质，通常与反洗流结合，以辅助滤床的流化。

术语“再生”指的是去除吸附到吸附过滤介质的表面上的分子，以部分地、基本上或完全地将介质恢复到其原始的吸附能力。

术语“降低的吸附能力”是指小于多孔过滤介质的原始或天然的吸附能力的吸附能力。

术语“流化”是指这样的过程，其中气体或液体以足够的流速(即流化流速)并以足够的力通过过滤介质，以引起过滤器内的颗粒分离并充当流体。以这种方式，流化将过滤器介质内的颗粒从静态固体样状态转换为动态流体样状态，使得颗粒悬浮在流化流中，变为搅拌的和/或重组的。

术语“消毒”是指减少危害公共健康的生物体或病原体的数量以将微生物种群减少到公共卫生标准所确定的安全水平的过程。根据本申请，消毒不需要完全消除或破坏所有细菌，而仅需要几乎消除。仅作为示例，在一些实施方式中，“消毒”是指生物体或病原体数量减少至少99％(例如，至少99.5％或至少99.9％)。

术语“脉冲的”或“脉冲”流化是指用于流化滤床的技术，其特征在于通过滤床的气体或液体的流化流的间歇性短暂持续脉冲(即所述流化流开启和关闭)。

术语“程序”是指完整的洗涤程序，从过滤器退出服务进行洗涤，直到它准备好再次服务。洗涤程序由一个或多个阶段组成。

术语“阶段”是指洗涤程序内的一种或多种不同的洗涤流体或处理溶液，其中每个阶段包括一个或多个反复流动循环。在各阶段之间，可以冲洗、排出或中和一种或多种不同的洗涤流体或处理溶液，为下一阶段做准备。

术语“循环”包括一个反复流动循环，可能包括一个或多个步骤，包括但不限于逆流步骤，流速改变步骤(即产生脉冲流化)、处理步骤或引入空气冲刷的步骤。

参照附图说明了根据本发明的再生和/或消毒吸附性介质的方法。在图1中，在部分横截面中示出了根据本发明的水过滤系统中典型的多孔、粒状介质过滤器构造的某些特征。在此示出的过滤器仅是适用于根据本发明的再生和/或消毒方法的过滤器的代表，并不意味着是限制性的。

参考图1，过滤器100(或过滤器容器、过滤器元件或过滤罐)包括圆柱形容器10，其具有侧壁11、底壁12和顶壁14。在本文描述的实施方式中，图1被配置为压力过滤器，其包括多孔过滤介质，以形成滤床20。然而，根据本发明，可以使用其它替代的罐配置，这是在本领域中公知的设计选择和/或系统操作的问题。

容器或罐10可以是任何实际尺寸，即直径范围为约0.2m(1/2英尺)至约3.0m(10英尺)，容器10中包括滤床20的多孔过滤介质的体积的范围为约20升至约50000升(约1-1500立方英尺)，包括其中的所有范围和子范围，仅受限于容器的机械结构中的实际考虑。在本文讨论的实施方式中，容器10的长度(或直线高度)为约2.25米(m)。在替代实施方式中，容器10具有在约0.5m至约10m范围内的长度(或直线高度)，包含其中所有范围和子范围。

通常水平的构件，在本文中指暗渠支撑装置13，安装在罐10内邻近并基本上平行于底壁12的地方。暗渠支撑装置13被配置为支持覆盖滤床20，所述覆盖滤床20由粒状过滤介质(在本文中有时称为“粒状介质”、“过滤介质”或“多孔过滤介质”)组成。粒状介质可由各种粒度的各种材料组成。为了本公开的目的，粒状过滤介质可以选自包括活性炭、活性氧化铝、沸石、锰绿砂、合成硅酸镁、砂、无烟煤、离子交换树脂及其组合的组。它可以由单一材料或两种或更多种不同的分层材料组成。例如，可选地，过滤器100还可在滤床底部在喷嘴22中和喷嘴22周围包括砾石26。

尽管不是为了限制，但是在某些实施方式中，暗渠支撑装置13可以包括以下的一个或多个：假底(即，块)、筛子、水平板、侧管或水平放置的集管。暗渠支撑装置13下方的暗渠容器或腔室19包括在滤床20下方水平延伸的开放腔室，并配置成接收沿过滤流方向流经滤床20的过滤水。如在本领域中已知的，废水系统典型地包括用于支撑过滤介质的暗渠配置，使得过滤介质从过滤器的底部分离。除了为过滤介质提供支撑外，暗渠配置还提供了一种装置，用于收集通过过滤器的过滤水，并将洗涤水/反洗水、空气或两者的组合均匀地分布在滤床的底部表面上。

如图1所示，暗渠支撑装置13包括多个暗渠喷嘴22，其延伸通过支撑装置13，并且被配置成操作为排水端口(a)，其中，所述排水端口允许过滤流出物流在过滤流期间和在过滤流的方向上，从滤床流动通过暗渠板13到达暗渠室19，并且操作为洗涤水流入端口(b)，其中洗涤水流入端口允许洗涤流体在洗涤过程中在与过滤流相反的方向流动通过暗渠板13流入滤床20中。当配置为洗涤水流入端口时，暗渠喷嘴22还可以用于在脉冲流化步骤(或脉冲洗涤程序)期间将脉冲洗涤流体(即，液体或气体)向上引导至滤床20中，这将在本文中更充分地描述。

根据本发明，其他可替换的暗渠结构配置和暗渠喷嘴可以使用，且是本领域中已知的设计选择和/或系统配置的问题。此外，在一些实施方式中，脉冲洗涤流体不流过暗渠喷嘴22而是通过位于滤床本身内的集管(或导管)进入滤床20。在其他实施方式中，也可以在空气冲刷步骤期间经由暗渠喷嘴22或另外的入口(未示出)间歇地引入空气流或将其脉冲化。然而，本领域的技术人员将认识到，如果洗涤流体易于产生泡沫，通常将不使用空气冲刷。

在图1中，粒状过滤介质可操作地配置为形成滤床20，其中所述床20是连续的，并填充支撑装置13上方的罐10的主要部分，且具有大致水平的上表面(20a)和下表面(20b)。

罐10的垂直范围应略超过滤床20的深度，以适应流化流期间滤床20的膨胀(参见20c)。自由空间(freeboard)18(从滤床的顶部20a到过滤器流入物(即滤液)或洗涤流体20c的顶表面的垂直距离)位于滤床20的上表面(20a)的上方。根据本发明，过滤器100(无论是重力过滤器、压力过滤器还是其他类型的过滤器)必须具有足够的高度以容纳至少35％的自由空间(超出静态滤床设计容量的多余容量)，以允许洗涤程序期间滤床20的床的膨胀。

如图1所示，过滤器100，还包括导管28，其可操作地被配置为或者a)引导待处理的被污染的水(即流入物)进入罐10的顶部，并通过滤床20，或b)从过滤罐10排出洗涤水。在本文的实施方式中，导管28位于滤床的顶表面20a上方，并且可操作地配置成与过滤罐10液体流动连通。根据本发明，将被污染水引入过滤罐10的替代方式可以被使用并且在本领域中是已知的。如图1所示，罐10还包括导管27，其与所述暗渠腔室19流体连通，并可操作地配置成从罐10排出过滤流出物，和/或引入洗涤流体，和冲刷气体29。还应当理解的是，如本领域中已知的，可以采用替代和可选的过滤和洗涤工艺、系统和/或设备。

在本文公开的实施方式中，过滤器100通过有效尺寸1mm的1.2米活性炭以约5m/h的过滤流速操作。在其他实施方式中，滤床的表面负载速率为约0.015gpm/平方英尺至约8gpm/平方英尺(即0.04-20m/h)(例如0.015、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9或8.0gpm/平方英尺)，包括其中的所有值、范围和子范围。

参考图2，在替代实施方式中，过滤器101被配置为类似于过滤器100。然而，在该实施方式中，过滤器101还具有可操作地配置成将流体引入过滤器101的一个或多个歧管或集管。具体地，如本文所示，在某些实施方式中，过滤器101可选地包括集管31、32和/或33。更具体地，如将在本文更全面描述的，集管32任选地被可操作地嵌入滤床20内，在某些洗涤阶段引入适当的处理化学物。举例来说，在本文的示例性实施方式中，经由集管32引入的处理化学物是选自包括溶解的臭氧、氯、过氧化氢和高锰酸盐的组中的氧化剂。在优选实施方式中，集管32将被浸没在滤床20的顶面20a下大约10厘米。在其它实施方式中，集管32被浸没在滤床20的顶面20a下约1厘米至约500厘米的范围内。

再次参考图2，过滤器101可选地包括用于引入空气的空气入口/集管31，和/或用于在洗涤程序期间将处理化学物引入到滤床20的顶表面的表面洗涤集管33。例如，在反复洗涤程序期间，当过滤器101内的流体以向下抽取流动速率向下抽取时，如本文中所描述的，处理化学物可选地以低于向下抽取速率的流速被均匀地引入到流体床中。在这种情况下，尽管不是为了限制，但是处理化学物可以是氧化剂或选自包括碱性溶液、酸性溶液、臭氧(溶解的或气态)、氯、过氧化氢或高锰酸盐和溶剂及其组合的组的其他处理化学物。更具体地，处理化学物可以包括气态臭氧、具有溶解的臭氧的水、臭氧微泡、溶解臭氧饱和的水、二氧化碳溶液、饱和二氧化碳溶液、二氧化硫溶液、饱和二氧化硫溶液、二氧化氯溶液、饱和二氧化氯溶液、酸性溶液、碱性溶液、过氧化氢、氯化氢、氢氧化钠溶液、溶剂和表面活性剂。

参考图3，示出了根据本发明的过滤器洗涤系统配置200的优选实施方式的示意图。在该优选实施方式中，水处理系统被配置为碳洗涤系统200，除其他事项外，其包括流体连通的过滤器100(第一容器)和洗涤水收集罐60(第二容器)。尽管不是为了限制，优选地，系统200的操作配置通常优选具有仅一个吸附过滤器100，或当在一个时间只有一个过滤器可以被洗涤(例如，不能一次停用两个单元)的水处理系统。另外，在该实施方式中，过滤器100的构造材料与预期洗涤流体和/或处理溶液(即，洗涤所需要的化学物)兼容。虽然不是为了限制，但如本文所公开的，该实施方式具有几个相比于其它配置的益处。例如，使用该配置a)允许使用单个洗涤水集管，而不是两个；b)可以使用更少的三通阀；c)促进洗涤流体的制备；d)在过滤器清洁程序之间，可使用同一外部罐处理用过的或经处理的洗涤流体；e)一次仅一个过滤器脱机。

如本文所示，洗涤系统200包括过滤器100、收集罐60、多个阀49，50a-e(通常与固定床压力过滤器包含在一起)、51、52和55，以及洗涤泵35。任选地，在本文公开的实施方式中，系统200包括臭氧溶解装置80和化学进料90。该系统还将包括适当的管道和自动控制，可操作地配置有阀(例如49/50/51/52/55)和泵，以使用于反复洗涤的洗涤水周期性地反转或交替。收集罐60通常具有通风口54和排水口53。

根据该实施方式，系统200可以包括给水流202、再循环或废物流203，以及处理后的洗涤流体流分配流201，以及可选地空气冲刷流204。

在该实施方式中，阀49/50/51/52/55各自被可操作地配置成交替或循环反复流的流动方向。在某些实施方式中，该过程将是自动化的。但是，根据设计选择或系统配置，这些和其他阀门可以是手动或自动的。为了启动反复洗涤程序，阀49/50/51/52/55被放置在适于反洗的位置。

如本文中所示，阀51和52是三通泵抽吸选择阀。在洗涤操作过程中，如果没有使用准备好的洗涤流体，而是在洗涤时添加了化学物，则不会排干过滤器100。在本实施方式中，阀51被配置成使得洗涤流体从待洗涤的过滤器100的底部抽出，通过暗渠系统，有效过滤来自过滤介质的任何细粉，使用正确的过滤流动方向用于此目的，阀52，另一种3通阀，被配置成发送向下抽取的洗涤流体到收集罐60。为了完成第一反复循环，阀51和52然后将被配置为逆流，以允许洗涤流体以第一洗涤流速返回到过滤器100，从而再生、灭菌和/或消毒过滤介质。在其他实施方式中，每个三通阀的功能可以同样地通过两个二通阀实现。

在其他实施方式中，如果使用制备好的洗涤流体，则将在收集罐60中制备洗涤流体。接下来，将三通泵抽吸选择阀51设置为从过滤器100抽取，过滤器100中的任何剩余的水或洗涤流体被向下抽取通过暗渠系统。向下抽取的液体可以循环到水处理列的流入物，或送至化学物储存罐，在此可以对其进行处理以进行再利用或处置，或者送至排水。一旦完成该步骤，阀51被配置为从收集罐60抽出，并且阀52被设置为将制备好的洗涤溶液/流体发送至过滤器100(即，第一流动方向，与过滤流相反)，从而使用用于当前阶段的洗涤流体填充过滤器100。为了完成循环，切换阀以逆流(即第二流动方向，与过滤流相同的方向)。

化学物进料系统90可操作地配置成在洗涤循环之前或期间将各种处理化学物引入到洗涤流体中。例如，在本发明的实施方式中，特别是在过滤系统用于灭菌的情况下，在进入滤床之前，监测和/或调节洗涤流体的pH以达到约5.0-7.0的pH范围(例如5.0、5.5、6.0、6.5或7.0)。为了达到该pH范围，化学物进料90之一将包括pH调节系统(或pH控制)。在这个实施例中，期望的pH可以通过注入酸性化学物到洗涤流体进行pH值调节实现。本领域普通技术人员将认识到，可以并入用于监测和调节洗涤水的pH的任何合适的系统。

虽然上述pH范围适合于灭菌，但可能需要不同的pH范围用于其他过滤应用。例如，在替代实施方式中，本发明的方法可用于吸附非有机物，例如氯。并且在其他实施方式中，该方法可以用于氧化从废物流中过滤出来的有害污染物，例如砷或苯酚。在后一种情况下，本领域普通技术人员将认识到，优选在约8至约10的范围内的增加的pH(例如8.0、8.5、9.0、9.5或10.0)以通过产生OH°自由基增强臭氧的氧化电位。在该实施例中，期望的pH可以通过注入碱性化学物到洗涤流体进行pH值调节实现。

再次参考图3，在操作中，水被循环并间歇地从第一容器(即过滤器100)吸取到第二容器(即收集罐60)，然后返回到过滤器100，从而每个周期没有水的净消耗，从而产生反复流。可以在洗涤程序的每个阶段之前或期间添加处理化学物到洗涤流体。收集罐60可以是液压气动的，其中在罐60填充满时，截留在罐60顶部的气体(例如空气)被压缩并加压洗涤流体，降低了脉冲化用于介质流化或分层的流所需要的功率。

在洗涤程序期间，在一种需要一种或多种氧化剂(例如溶解的臭氧)以再生和/或消毒过滤介质的实施方式中，当传递通过静态介质床时，氧化剂被快速耗尽并且回复到不反应的氧。这将溶解的臭氧渗入床的能力限制到约5cm，这在典型的滤床深度为100cm或更大的情况下是有问题的。在这些实施方式中，该问题可以通过床内的流化(脉冲或其他方式)来解决，这允许过滤介质进行搅拌和向滤床底部重新安置，在滤床底部可以通过进入过滤器100底部的臭氧对其进行处理。更具体地，虽然溶解的臭氧可以穿透到过滤器仅仅很短的距离，但是通过交替地流化滤床并在相对低的流速引入臭氧水，所有的多孔过滤介质最终接收该臭氧的有益效果。

在其他实施方式中，已经发现脉冲流化减少了执行预期的再生过程所需的洗涤流体的量。在这些实施方式中，本文公开的洗涤方法还包括洗涤水脉动，以使过滤介质简单地流化，以便利用每个脉冲更新在滤床底部的粒状介质。然后，将溶解的臭氧引入滤床的底部，以再生更新后的过滤介质的吸附能力。以此方式，通过重复的脉冲，基本上所有的过滤介质可以暴露于溶解的臭氧中并且在每个洗涤程序期间被处理。

在某些实施方式中，虽然不是为了限制，流体(空气或液体)的每个脉冲持续的时间段为约30秒的范围，并搅拌和重排滤床内的过滤介质。在其他实施方式中，脉冲在大约5到大约300秒的范围内，包括其中的所有值和范围。

上述讨论的脉冲流化和含氧化剂的洗涤水可以从滤床下方、滤床上方、或滤床上方及下方引入。在某些实施方式中，使用滤床上方和下方的流化脉冲可显著增加(即，加倍)每个流化脉冲的影响。例如，参考图2中的实施方式，为了有效地应用来自滤床20上方的溶解的氧化剂，必须提供控制装置以保持滤床20的顶表面20a附近的水位，从而使臭氧水可以通过集管33均匀地分布在滤床20的顶表面20a上。在另一些实施方式中，如果洗涤系统配置包括表面洗涤喷嘴(未示出，但是在本领域中是已知的)，则可以实现双向氧化清洗。

如上述讨论的，在某些实施方式中(参考图2)，引入溶解的氧化剂到滤床20的替代方法采用集管32，其中，集管32浸入滤床20。然后合适的氧化剂，从集管32分配到滤床20的横截面上，使得在缓慢向上的洗涤流动(即第一洗涤流方向)期间，集管32周围和正上方的过滤介质将暴露于氧化剂，接触氧化剂，并被氧化剂处理。该第一流动方向是与过滤流相反的方向或与典型的反洗流相同的流动方向。相反，在向下的洗涤流动(即第二洗涤流方向，在过滤流相同的方向)期间，集管32周围和正下方的过滤介质将暴露于氧化剂，接触氧化剂，并被氧化剂处理。实际上，由于氧化剂仅通过静态滤床20行进很短的距离，因此即使容器/罐10(或过滤容器)不能完全抵抗氧化剂，也可以使用此方法。

在脉冲流化/脉冲洗涤程序被用于更新最接近氧化剂进入点的粒状过滤介质层的实施方式中，过滤介质层暴露于进入滤床的溶解的氧化剂，其中，氧化剂在脉冲之间进入滤床。根据本发明，滤床可以仅通过洗涤水流化或通过洗涤水与空气冲刷的组合进行流化，以实质上减少使床流化所需的水流。当使用空气协助流化时，水流可以保持几乎恒定，并且可以脉冲空气流以实现必要的周期流化。

在洗涤程序期间，每个具有或不具有初始脉冲的反复流(或循环)，根据需要重复多次以实现所需的介质的洗涤(再生、灭菌和/或消毒)，从而产生经过处理的洗涤流体。完整的洗涤程序可以包括几个阶段，其中，将不同的化学物添加到洗涤水中以帮助清洁介质，如果清洗化学物要进行回收，则可以在两个阶段之间用干净的水冲洗介质或将其排放到存储和处理罐中。

例如，在某些实施方式中，虽然不是为了限制性，但洗涤阶段中足够数量的循环数是10，在约1至200次循环范围内(例如，1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50、60、100、150、200)，包括其中的所有值、范围和子范围(例如1-3、1-5、1-10、2-5、2-9、2-10、5-10、8-10、10-15、10-20、15-20、15-30、10-50、50-100、50-200)。在某些实施方式中，阶段数为1，且在约1至约6的范围内(例如，1、2、3、4、5、6)，包括其中的所有值、范围和子范围(例如1-2、1-3、1-4、1-5、2-3、2-4、2-5、2-6、3-4、3-5、3-6、4-5、4-6、5-6)。无论循环次数或阶段数如何，洗涤程序都将继续进行，直到过滤介质被充分地再生、消毒、灭菌或以其他方式擦洗/清洁以返回到过滤模式为止。所需要的洗涤循环和阶段的精确数量将依赖于任何数量的事实，包括但不限于存在于待处理水中的污染物、过滤介质和系统配置。

虽然不是为了限制，但在典型的过滤器构造中，洗涤程序将具有向下抽取流速(向下)，其通常在约2至约50米/小时的范围内(例如2、3、5、10、15、20、25、30、40、50m/h)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如2-50、3-50、5-50、2-40、5-20、5-30、5-40、10-50、10-30、20-50、30-50m/h)。

向上流入过滤器期间采用的流体流速足以实现实质性的或优选完全的滤床的流化。为了本申请的目的，这被称为最小流化速度。在本发明的优选实施方式中，最小流化速度在约15-50m/h之间，包括其中的任何和所有范围和子范围，优选速度为约40m/h。在某些实施方式中，取决于多孔颗粒的尺寸和其他因素，例如罐的体积等，最小流化速度将在大约5m/h至大约60m/h之间变化(例如5、10、15、15.5、20、25、30、40、50、60m/h)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如5-8、5-9、5-10、5-20、5-30、5-50、10-20、10-30、20-50、20-60、10-60、30-50、30-60m/h)。

在利用上述流速的实施方式中，向上流动方向中的洗涤步骤具有大约60秒的持续时间，或在大约5至300秒的范围内(例如5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、50、60、100、150、200、250、300秒)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如5-10、5-20、5-30、5-60、5-100、5-200、10-60、10-100、10-150、10-200、10-300、50-100、50-200、50-300、100-150、100-200、200-300秒)。相反，如果使用脉冲流化流速(空气或液体)，则在向上流动方向上的洗涤步骤将持续约6分钟，或在约1至20分钟的范围内(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、13、15、18、20分钟)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如1-5、1-6、1-10、2-6、5-6、6-7、6-10、6-15、5-10、5-20、10-20、15-20分钟)。

在这些实施方式中，脉冲流化速度将在约5米/小时至约60米/小时变化(例如，5、10、15、15.5、20、25、30、40、50、60m/h)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如5-8、5-9、5-10、5-20、5-30、5-50、10-20、10-30、20-50、20-60、10-60、30-50、30-60m/h)。引入脉冲流化流速所需的高初始流速可以通过多种不同方式来实现。例如，这可以通过使用液压气动收集罐，通过暂时提高洗涤泵35的速度或通过暂时打开限流器(未示出)周围的旁路来实现。

在示例性实施方式中，洗涤过滤介质所需的水量将大幅减少至少50％，或在大约10％至大约90％的范围内。例如，在某些实施方式中，所需的洗涤流体的体积将仅为2个床体积，或在约1至10个床体积的范围内(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个床体积)，包括其中的所有值、范围和子范围(例如1-10、1-2、1-3、1-5、1-8、2-3、2-5、2-7、2-10、3-5、3-10、4-5、5-6、5-9、5-10、6-9个床体积)。然而，本领域普通技术人员将认识到，所需的体积将在很大程度上取决于所吸附的有机物的类型、过滤介质和整体的系统配置。

在某些实施方式中，每个完整的洗涤循环(即反复流动方向)花费约2分钟至20分钟，优选约5分钟。在其他情况下，每个完整的洗涤循环约为1至约60分钟(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、13、15、18、20、21、25、30、40、50、55、60分钟)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如1-5、1-6、1-10、1-40、1-50、2-6、2-10、2-25、5-6、5-10、5-20、5-30、5-50、5-60、6-7、6-10、6-15、10-15、10-20、10-40、15-20、15-40分钟)。

在某些实施方式中，整个洗涤程序(所有阶段)花费约60分钟至240分钟，优选约120分钟。在其他情况下，每个循环在约10至约480分钟之间(例如，10、20、25、30、40、50、60、65、70、80、90、100、120、125、140、150、200、300、320、400、450和480分钟)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如10-20、10-60、10-120、10-480、15-20、15-40、60-100、60-120、60-150、60-200、60-300、60-480、100-120、120-150、120-240、120-300、120-400分钟)。

尽管以上范围是典型的，但是时间长度因过滤器而异，因此必须通过实验确定。例如，在一些实施方式中，取决于各种因素(例如，吸附的有机物和待去除的材料的性质和数量、滤床的深度和组成、待清洁的过滤器的数量、所需的停留时间、温度等)，则洗涤程序可能需要480分钟以上(8小时或更长时间)。根据本领域技术人员的知识，可以优化预定的洗涤程序时间以获得所需的消毒水平，并在适当时进行再生(例如，对于消毒，这可以包括对测定从滤床抽取的水样的RLU或测定其他类似的生物标记物)。尽管洗涤程序的时间可能会因系统而异，但是系统的停机时间将是最短的，并且系统可以在洗涤程序之后立即返回正常操作模式。

仅仅举例而非为了限制，表1中示出了一个典型的程序，如图3所示该程序采用收集罐来洗涤单个过滤器。

表1

通过遵循上述步骤，洗涤方法从而通过在第一流动方向和第二流动方向上在第一容器和第二容器之间循环洗涤流体流以产生流过吸附性介质的洗涤流体的反复流动来利用洗涤流体执行洗涤阶段。在洗涤阶段，第一容器和第二容器之间洗涤流体的反复流动进行足够数目的循环和足够的时间段，以至少部分地再生吸附性介质，由此产生经处理的洗涤流体。然后，停止在第一容器和第二容器之间经处理的洗涤流体的反复流动。在洗涤阶段之后，将经处理的洗涤流体从第一容器和/或第二容器中排出，并且系统将返回到过滤流。另外，该方法可以包括一个或多个废物处理步骤，每个步骤在本领域中是众所周知的，即：冲洗第一容器，冲洗第二容器，将经处理的洗涤流体排放到废物中，中和经处理的洗涤流体，处理经处理的洗涤流体以产生至少一种额外的洗涤流体进行再使用，和/或漂洗吸附性介质。

图4示出了本发明的另一个实施方式。在该图中，示出了根据本发明的过滤器洗涤方法和水处理系统配置的替代实施方式的示意图，其中根据碳洗涤方法，水处理系统300同时使用成对的两个或更多个过滤器(代替收集罐)。在本实施方式中，水处理系统是过滤系统，其包括多个过滤器(例如过滤器100、110、120和130)，其中，过滤器100包括第一滤床，过滤器110包括第二滤床，过滤器120包括第三滤床，过滤器130包括第四滤床。根据该系统和方法，如果过滤系统内的一对或多对过滤器单元/元件可同时停止服务，本文所公开的反复流洗涤方法和系统可在系统300中的一对或多对过滤器之间实现，而无需收集罐。尽管不是为了限制，但当水处理系统具有多个过滤器和备用过滤能力、过滤后的储水能力或不连续的需水量，且过滤器的结构材料与洗涤所需的化学物兼容时，通常会使用此系统配置。

更具体地(且举例)，不使用收集罐，系统300可操作地配置成允许洗涤水在已停止服务的过滤器100和110之间反复流动，特别是通过使水从过滤器100间歇地抽到过滤器110，然后从过滤器110抽回并返回到过滤器100，从而在每个洗涤循环内都没有洗涤水的净消耗。

根据该实施方式，可以在洗涤程序的每个阶段之前或在每个阶段期间将化学物添加到洗涤水中。尽管本文中使用的附图标记指的是图4中的过滤器100和110，但可以一次洗涤任何一对过滤器。系统300可以包括给水流302、再循环或废物流303和/或工艺/分配流301。

在该实施方式中，如图4所示，洗涤系统300还包括多个额外的阀50a-e、150a-e、250a-e和350a-e(通常固定床压力过滤器配备)、153、49、149、249、349和洗涤泵135。任选地，在本文公开的实施方式中，系统300包括臭氧溶解装置180、加热器181和化学进给190。系统也将包括适当的管道和自动控制，其可操作地配置三通阀151、52、152、252、352，以周期性地反向或轮换用于反复洗涤的洗涤水流。在某些实施方式中，该过程将是自动化的。但是，根据设计选择或系统配置，这些和其他阀门可以是手动或自动的。

尽管不是为了限制，在图4中示出的一个或多个过滤器成对洗涤的典型程序在表2中示出。

表2

图5示出了水处理系统中的本发明的另一个实施方式。在该图中，示出了根据本发明的过滤器洗涤系统配置400的示意图，其中碳洗涤方法和/或系统可以同时成对地和/或周期性地清洗两个或更多个过滤器410和420，可以洗涤在外部洗涤器472/473中的来自过滤器410和420的粒状过滤介质。根据该实施方式，系统400包括给水流402、再循环或废物流403以及工艺/分配流401。

例如，该特定配置适用于大型GAC市政重力过滤器，该过滤器通常由混凝土制成，而混凝土可能会被强力清洁化学物损坏。可以将粒状过滤介质原地洗涤，以控制介质的细菌生长和表面结垢，并偶尔在第一外部洗涤器472和/或第二外部洗涤器473中清洗，以便用强化学物进行更深的清洁。在该实施方式中，尽管不是为了限制，三向选择阀459确定是在过滤器410/420中还是在外部洗涤器472/473中进行洗涤。系统400进一步包括保持/存储罐465，用于制备和储存制备的洗涤流体/溶液。

在该实施方式中，包括外部洗涤器的洗涤程序，与描述的用于洗涤一对过滤器的洗涤程序基本相同(例如，参见图4)，但是在图5所示的实施方式中，可以使用更强的化学物。此外，根据本发明，当洗涤流体包含易燃溶剂、苛性钠或易发泡的表面活性剂时，不应在第一外部洗涤器472和第二外部洗涤器473中使用空气冲刷和/或溶解的臭氧。

在要从外部完成洗涤的阶段期间，该实施方式将包括将待洗涤的过滤介质转移到外部洗涤器的额外步骤。更具体地，待再生和/或消毒的颗粒状过滤介质将从过滤器410和/或420转移到外部洗涤器472，并且一旦洗涤完成就返回原始过滤器。例如，在某些实施方式中和如图5所示，将过滤介质从过滤器410转移到洗涤器472的一种方法是通过过滤器转移装置，其中，过滤器转移装置包括一个或多个便携或可移动的排出喷嘴(或排出器430)，其将过滤介质浆从过滤器410抽到洗涤器472。

在某些实施方式中，市政等大型水处理厂具有混凝土建造的多个过滤器，其中，在每个过滤器中的碳的量太大，从而无法在合理尺寸的外部洗涤器中一次全部洗涤。在这种情况下，来自一个过滤器的过滤介质的第一部分将被送至外部洗涤器，而剩余物则覆盖在另一个过滤器上(即一个未被清洁的过滤器)，从而可以分批洗涤过滤介质。这将继续进行，直到清洁的第一过滤器为空，然后可以开始用干净的介质重新填充第一过滤器的步骤。然后，对其余的每个要清洁的过滤器重复此过程。清洁介质可以返回到原始滤床，例如，通过使用相同的过滤器转移装置将清洁的过滤器介质浆从洗涤器472转移到滤床410。在操作过程中，通过一个或多个排出器430的流定期停止，并重新引导至抽吸点以疏松介质，使接收容器(即，外部洗涤器或过滤器，取决于哪个方向)不会溢流。

在该实施方式中，如图5所示，洗涤系统400进一步包括多个附加阀450a-d和550a-d(通常包括在固定床的重力过滤器中)、453和洗涤泵485。可选地，在本文所公开的实施方式中，系统400包括臭氧溶解设备480、加热器481和化学进料490。该系统还将包括可操作地配置了三通阀451、452、459和552的适当的管道和自动控制，以定期反转或交替进行反复洗涤的洗涤水流。在某些实施方式中，该过程将是自动化的。但是，根据设计选择或系统配置，这些和其他阀可以是手动或自动的。

尽管图1-5中公开的实施方式已经描述了使用诸如GAC之类的颗粒状过滤介质作为吸附材料的水过滤系统，但是本文中公开的新颖的洗涤方法也可以与结合或利用粉末状活性炭(PAC)系统的水处理系统一起使用。参照图6，示出了根据本发明的用于PAC浆料系统600的洗涤系统的一个实施方式的示意图，其可以用于处理废PAC。在该实施方式中，除其他事项外，碳洗涤系统600包括洗涤流体收集罐465和一个或两个外部洗涤器572/573。在实践中，将耗尽的PAC浆料(574/575)转移到洗涤罐572/573，其中外部洗涤器典型地将具有多孔板假底39，以在洗涤流体从洗涤器向下抽取时，将PAC粉末与洗涤流体分离。在本实施方式中，反复洗涤系统将使用较低的洗涤流体流速和更长的循环时间。例如，尽管不是为了限制，洗涤程序的向下抽取流速(向下)和流化流速(向上)典型地在约1至约10米/小时的范围内(例如，1、2、3、5、6、7、8、9、10m/h)，包括其中的任何和所有范围和子范围(例如1-10、2-10、3-10、5-10、1-5、1-6、2-5、2-8、4-5、5-6、5-8、5-10、7-10、9-10m/h)。

在利用这些流速的实施方式中，在每个流动方向上的每个循环的洗涤步骤的持续时间为约30分钟，或在约5至300分钟的范围内(例如5、6、7、8、9、10、15、20、21、25、30、31、33、35、40、50、55、60、100、200、300分钟)，包括其中任何和所有范围和子范围(例如5-6、5-10、5-20、5-30、5-50、5-60、5-200、10-15、10-20、10-30、15-20、15-30、15-40、20-30、25-30、30-35、30-40、30-60分钟)。

在该实施方式中包括外部洗涤器的洗涤系统和工艺，基本上与描述的用于洗涤一对过滤器的程序相同(例如参见图5)，但是在图6所示的实施方式中，对于PAC系统，可以使用更强的化学物质。此外，根据本发明，当洗涤流体中含有易燃溶剂、苛性钠或易发泡的表面活性剂时，不应该在外部洗涤器572/573中使用溶解的臭氧。

在本发明的实施方式中，气态臭氧可被引入或直接混合到洗涤水中，以在引入到滤床之前立即自发地在洗涤流体产生溶解的臭氧。替代地，并且参考图7，在某些实施方式中(尽管不是必需的)，臭氧溶解装置80包括新颖的臭氧溶解罐91(或“臭氧接触罐91”)。臭氧接触罐91用于产生溶解的臭氧，更具体地说是产生臭氧的微泡溶液。

在本文公开的实施方式中，臭氧溶解罐91被设计成促进臭氧微泡的形成，所述臭氧微泡缓慢地从臭氧水中的悬浮液出来。臭氧微泡的形成具有两个功能。首先，它有助于确保洗涤流体或处理溶液中溶解的臭氧到达大型市政过滤器的暗渠系统中的所有点。其次，洗涤流体中臭氧微泡的形成和存在允许臭氧能够更深地(或更一步地)到达静态碳滤床，在这里，溶解的臭氧随着与碳颗粒的反应而迅速消灭。如本文中所公开的，通过使用臭氧接触罐91，臭氧最初设置在微泡内以及溶解在洗涤流体中。随着臭氧化的洗涤流体流经滤床，微泡中的臭氧逐渐溶解到水中，并且洗涤流体中溶解的臭氧将以更平缓的速率消耗，从而使臭氧在与碳反应并消失之前到达滤床的更深处。

在某些实施方式中，臭氧溶解罐91具有两个腔室和三个不同的压力状态，其被设计为在高压状态下利用臭氧使水过饱和，并在溶解度较小的低压状态下形成微泡。水进入上部低压室91a，在其中其与臭氧过饱和的水混合，然后向上流过静态混合器91b。混合器中的剪切力促进了微泡的形成，其压差明显低于其他情况下所要求的。该上部腔室91a中的压力由管路系统、水位和待洗涤的过滤器以液压方式确定，但通常约为1巴(15psi)。

水在通过静态混合器91b之后从溶解罐91的顶部排出。一部分流经臭氧注入泵94从接触罐91的顶部抽出，该臭氧注入泵94将压力升至约10巴(150psi)，然后经过吸入臭氧的文氏管93。文氏管出口和接触罐91的底部的孔口之间的压力是约6巴(90psi)，并且在该压力状态，发生大部分的臭氧过饱和。

罐91c的下部或底部腔室在约4巴(60psi)构成中压状态，在15至90秒的范围的接触时间内，溶解的臭氧增加。在较低或底部腔室91c的顶部，具有过饱和臭氧的水通过孔口(在此，压力下降到约1巴(15psi))，并与进入罐中的水混合。

尽管本文公开了用于形成臭氧微泡的新型溶解罐91的公开配置和设计，但是本领域普通技术人员将认识到，可以使用产生溶解的臭氧和/或其他处理化学物(氧化和非氧化)的替代方法。本文中所描述的再生和/或消毒技术不限于图7所示的用于产生臭氧微泡的溶解罐91的示例性实施方式，也可与其它方法或装置一起采用，在入口处或在单独的进料罐中，产生溶解的氧化剂或清洁化学物。

实施例

试验工厂使用两个8英寸(20厘米)直径的过滤柱建成，10英尺(3米)高，填充有40英寸(1米)的活性炭，并配有泵和自动阀以证明本专利申请的实用性和权利要求。每柱为1.15立方英尺(32.4升)，重量为35磅(16千克)。安装了试验工厂以处理大学的污水处理厂的排放物。为了验证反复洗涤而不堵塞暗渠(在没有自动清洁系统/设备的情况下)的可行性，这些过滤器连续运行2小时，砾石(没有砾石)覆盖喷嘴并支撑活性炭。在这两种情况下，最初的水流在2小时的测试中均保持不变。

NaOH洗涤溶液：使用反复流动如下测试原位再生：将试验工厂的两个具有8英寸直径的过滤器加载到1.5米的深度，沥青粒状活性炭的初始碘值为966。服务3个月后，碘值降至772，其原始吸附量的80％。制备26加仑(100升)的1％洗涤溶液，其中包含2.2磅(1千克)的苛性钠(NaOH)。将碳用NaOH溶液在35℃的条件下反复洗涤两(2)小时，同时在每个过滤器的入口处引入气态臭氧，达到每千克干碳100mg臭氧的总施用量，然后排干并冲洗以除去残留的NaOH。发现碘值已恢复到893，其原始吸附量的92％。

在该洗涤程序中，总水消耗为约5床体积，其用于制备的洗涤流体和最终漂洗。相比之下，要达到与反冲洗(而不是反复洗涤)相同的洗涤效果，将需要29床体积的洗涤水用于反冲洗和最终漂洗，以及19磅(8.6千克)的苛性钠。

溶解的臭氧：使用溶解的臭氧的原位再生和/或消毒的有效性在用于脱氯饮用水的工业活性炭过滤器中进行测试，而不使用本文所述的反复流动方法(见美国专利号9375663)。没有臭氧反冲洗，尽管每周进行蒸煮，但这些过滤器在正常操作中经常会超过可接受水平的细菌数量。但是，通过使用臭氧化反冲洗，细菌数量降低到了可接受的水平附近，并且通过碘值测得的吸附能力从原始碳值的63％增加到87％。具体而言，在这种情况下，每天用含0.8mg/l溶解臭氧的水将每个包含120立方英尺(3400升)沥青活性炭的三个过滤器反冲洗15分钟。虽然发现更长的洗涤时间将进一步减少细菌数量，但较长的洗涤时间所需的水消耗太大。通过使用本文公开的方法，以最小的水消耗实现了在反冲洗步骤期间施加臭氧的有益方面。

阳离子树脂消毒的实验室规模测试：为了测试阳离子离子交换树脂臭氧消毒的有效性，从使用了10年的水软化器中取出样品，处理未氯化的硬水。在用臭氧处理样品之前和之后，检查样品的树脂珠的物理完整性。臭氧化后未发现可见的损伤，这证实了文献报导的阳离子交换树脂具有抗氧化性。用200mL/min的含1.1mg/L溶解臭氧的臭氧水洗涤100mL(排干的118g)树脂，持续60分钟，同时用磁力搅拌器以265rpm的速度进行搅拌，以保持树脂的流化。分析来自臭氧处理之前和之后的样品，以确定细菌含量(异养平板计数)。结果如下：

有效洗涤时间(分钟)	细菌计数(cfu/mL)
		0	130
60	1

试验工厂-通过臭氧消毒：为了测试本文公开的使用反复方法用臭氧消毒活性炭的有效性，将包含1.5米深度的载有细菌的颗粒状活性炭的试验过滤器配置为用于反复洗涤。具体而言，配置反复洗涤系统的有效总洗涤时间为80分钟，向上流动的15.5m/h的水包含0.65mg/L的溶解的臭氧和35m/h的空气，以帮助流化滤床。

在整个洗涤过程中，间隔地取回碳样品，以确定剩余的细菌载量。对于每个样品，将2g的排水碳(干重1g)添加到100mL的纯水中，并在搅拌器中高速粉碎5分钟。然后分析样品以确定细菌含量(异养平板计数)。结果如下：

有效洗涤时间(分钟)	细菌计数(cfu/mL)
		0	540
5	260
		10	0
20	0
		40	0
80	0

基于上述结果，结论是，在本领域中已知的任何化学消毒和再生技术都能成功应用反复洗涤流，只要容器和管道的构建材料是兼容的，且遵循适当的安全预防措施。

条款

1.一种洗涤水处理系统中的吸附性介质的方法，包括以下步骤：

(a)提供第一容器和第二容器，其中所述第一容器被配置成包含待再生的吸附性介质，并且其中所述第二容器与第一容器流体连通；和

(b)通过在第一流动方向和第二流动方向上在第一容器和第二容器之间循环洗涤流体流以产生通过吸附性介质的洗涤流体的反复流动，来用洗涤流体执行洗涤阶段，其中，在第一容器和第二容器之间的洗涤流体的反复流动进行足够的循环次数和时间段，以至少部分地再生吸附性介质，从而产生经处理的洗涤流体，和

(c)停止经处理的洗涤流体在第一容器和第二容器之间的反复流动；和

(d)执行选自以下组的步骤，包括：从第一容器中排出经处理的洗涤流体，从第二容器中排出经处理的洗涤流体，冲洗第一容器，冲洗第二容器，将经处理的洗涤流体排放至废料，中和经处理的洗涤流体，处理经处理的洗涤流体以产生用于再使用的至少一种额外的洗涤流体，冲洗吸附性介质，返回到过滤流，以及它们的组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述洗涤阶段的足够循环次数至少为1。

3.根据权利要求1-2中一项所述的方法，还包括利用至少一种额外的洗涤流体执行一个或多个额外的洗涤阶段的步骤，其中所述一个或多个额外的洗涤阶段包括重复步骤(b)至(d)以至少部分地再生吸附性介质，从而产生至少一种额外的经处理的洗涤流体。

4.根据权利要求1至3中一项所述的方法，其中，所述吸附性介质被大体地再生、消毒或灭菌。

5.根据权利要求1-4中一项所述的方法，其中所述至少一种洗涤流体包括至少一种处理化学物，所述处理化学物选自下组，包括：具有溶解臭氧的水、臭氧微泡、溶解臭氧饱和的水、二氧化碳溶液、饱和二氧化碳溶液、二氧化硫溶液、饱和二氧化硫溶液、二氧化氯溶液、饱和二氧化氯溶液、酸性溶液、碱性溶液、过氧化氢、氯化氢、氢氧化钠溶液、溶剂、表面活性剂及其组合。

6.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其中，所述水过滤系统包括过滤器组件，所述过滤器组件包括至少一个吸附性介质的滤床，所述滤床具有穿过其中的过滤流，并且所述水过滤系统被配置为在至少所述第一容器的下部内形成第一滤床，所述滤床包括上表面和下表面，并且被配置用于通过滤床过滤被污染的水和定期洗涤，并且还包括在步骤(a)之前，周期性地停止通过过滤元件的被污染的水的过滤流的额外步骤。

7.根据权利要求1至6中一项所述的方法，其中，所述第二容器被配置为收集罐。

8.根据权利要求1至7中一项所述的方法，其中，所述洗涤流体进入第一滤床的第一流动方向与通过所述第一滤床的过滤流相反，并且包括足以至少部分地使所述吸附性介质流化的第一洗涤流速。

9.根据权利要求1-6或8中一项所述的方法，其中，所述第二容器包括支撑在其下部中的吸附性介质，并且被配置为与所述第一滤床流体连通的第二滤床。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述洗涤流体进入所述第二滤床的第二流动方向与通过所述第二滤床的过滤流相反，并且包括足以至少部分地流化所述吸附性介质的第二洗涤流速。

11.根据权利要求1-10中一项所述的方法，还包括脉冲流化的步骤，所述脉冲流化的步骤被配置为更新待处理的滤床的底部、待处理的滤床的顶部、或待处理的滤床的顶部和底部。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：

(a)执行脉冲洗涤程序，所述脉冲洗涤程序包括下列步骤：以预定的最小流化速度周期性地将进入待处理滤床的洗涤流体流脉冲化，以均化吸附性介质；将臭氧或溶解的臭氧溶液引入待处理的滤床中；使吸附性介质与臭氧或溶解的臭氧溶液接触；和

(b)将脉冲程序重复预定的时间和足以使基本上所有吸附性介质消毒和/或再生的循环次数。

13.根据权利要求11-12中一项所述的方法，还包括化学物注入集管可操作地浸没在第一滤床、第二滤床以及它们的组合中，并且被配置成将氧化处理化学物进料到过滤器组件，由此化学物注入集管上方或下方的吸附性介质在反复流动期间基本暴露于处理化学物。

14.根据权利要求11-13中一项所述的方法，还包括在与过滤流相反的流动方向，以足以流化吸附性介质的流速，在短持续时间的间歇性脉冲中，将空气供给通过过滤器元件的步骤。

15.根据权利要求1至7中一项所述的方法，其中，所述第二容器是液压气动罐，其被配置为提供通过第一滤床的流体流。

16.根据权利要求1-15中一项所述的方法，其中，所述吸附性介质包括多孔过滤介质。

17.根据权利要求1-16中一项所述的方法，其中，所述吸附性介质包括粒状活性炭。

18.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其中，所述第一容器和第二容器被配置为外部洗涤罐。

19.根据权利要求1-5或18中一项所述的方法，其中所述吸附性介质包括粉末状活性炭。

20.根据权利要求1-19中一项所述的方法，还包括以下步骤：利用包括第一腔室和第二腔室的臭氧接触罐以及高压注入装置，产生包含臭氧微泡的洗涤流体，

其中第一腔室是低压下的上腔室，第二腔室是压力高于上腔室且低于高压注入装置的下腔室，并且其中所述上腔室包括配置成形成臭氧微泡的静态混合器。

21.一种水处理系统，包括第一容器和第二容器，其中所述第一容器被配置为包含待再生的吸附性介质，并且其中所述第二容器与所述第一容器流体连通；其中，所述系统被配置为通过在第一流动方向和第二流动方向上在第一容器和第二容器之间循环洗涤流体流以产生通过吸附性介质的洗涤流体的反复流动，来用洗涤流体执行洗涤阶段，还配置成使得在第一容器和第二容器之间的洗涤流体的反复流动进行足够的循环次数和时间段，以至少部分地再生吸附性介质。

22.根据权利要求21所述的水处理系统，其中，水过滤系统包括过滤器元件，所述过滤器元件包括至少一个吸附性介质的滤床，过滤流通过所述滤床，并且所述水过滤系统被配置为在第一容器的至少下部内形成第一滤床，所述滤床包括上表面和下表面，并且配置成用于过滤通过滤床的被污染的水并对其进行定期洗涤。

23.根据权利要求22所述的水处理系统，还包括第二滤床。

24.根据权利要求23所述的水处理系统，还包括化学物注入集管，所述化学物注入集管可操作地浸没在所述第一滤床、第二滤床及其组合中，并且配置成将氧化处理化学物进料到所述过滤器元件中，从而使大体在化学物注入集管上方或下方的吸附性介质在反复流动期间暴露于处理化学物。

25.根据权利要求21-24中任一项所述的水处理系统，其中，所述吸附性介质包括粒状活性炭。

26.根据权利要求21所述的水处理系统，其中，所述第一容器和第二容器被配置为外部洗涤罐，并且所述吸附性介质包括粉末状活性炭。

27.根据权利要求21-26中的任一项所述的水处理系统，进一步包括用于反转第一容器和第二容器之间的流动的控制装置、加热器、至少一个外部保持罐、至少一个化学物供给、臭氧接触罐、洗涤泵及其组合。

如本文所述，本发明的再生和/或消毒技术不限于所描述的GAC或PAC过滤器的示例性实施方式，还可以用于其他多孔介质吸附器/吸附剂的情况。此外，它不限于床，在过滤器的操作过程中，经过处理的液体通过所述床从顶部流向底部。相反，该技术也可以用于液体沿向上或径向流动通过的过滤器。

类似地，该方法不限于在本文示出的用于臭氧发生器、化学物进料泵、控制装置、阀门、泵等的特定构造。仅作为示例，关于在洗涤流体/溶液中使用臭氧，根据当前技术水平，本发明的实施方式包括其他形式的臭氧发生器。仅作为示例，在某些实施方式中，液态臭氧可以存储在低温罐中，并通过蒸发器，作为纯净的气态臭氧注入水中。类似地，倘若获得了必要的臭氧剂量，无论是作为臭氧(重量)/过滤介质(重量)或替代地作为浓度-时间(CT)测量，其他产生、混合、引入或供给溶解的臭氧(和/或在进入点直接进入洗涤水中的气态臭氧)的方式也被认为在本公开的范围内。洗涤流体中使用的其他化学物也是如此。

在生物活性过滤器中，过滤介质中的微生物生长用于消化部分有机污染物负荷，这有助于维持活性炭的吸附能力。在其他应用中，在介质中的细菌生长构成问题，因为细菌可以被带入过滤后的水中。在本文公开的本发明的实施方式中，通过正确地控制洗涤流体操作参数，可以在允许有益的微生物生长的同时实现期望的再生，或者当微生物生长有问题时可以实现过滤介质的消毒。

在某些实施方式中，本发明的系统和方法步骤可以与初级过滤装置或其他常规水处理方法、系统和装置结合并以操作配置来执行。例如，固定床吸附过滤器可以与初级过滤床结合使用(即依次使用)。此外，在某些实施方式中，除了常规的反洗操作之外，还可以执行本发明的方法步骤，并且所述创造性的步骤可以在所述常规的反洗操作之前、之中或之后进行。

根据该方法待处理的给水的来源不是关键的。更具体地说，来源可以是地下水、工业废水流、市政废水或污水处理流出物、地表水、饮用水等。然而，与工业废水处理相比，本文公开的方法可能更有益于市政饮用水处理，工业废水处理的碳负载、重金属和有害污染物的含量较高。特别地，该方法为农村地区的小型水处理系统提供了现场经济的解决方案，在农村地区，现场外的再生设施很远，和/或其他已知技术在逻辑上不可行和/或负担不起。该方法非常适合在现场实施，不需要将废碳运输到专门的设施进行再生，所需的水消耗最少，可以在不关闭整个水处理系统的情况下使用(其中使用了多个过滤器)，并避免了蒸汽消毒的需求及其高能耗和浪费。本文公开的方法还产生了预料不到的结果，因为过去使用臭氧和/或其他处理化学物原位再生和/或消毒废碳的尝试需要大量的反冲洗水和/或进料化学物，因此使其效率低下，并且费用昂贵。

在本文所公开的新颖的方法和系统之前，为了减少使用臭氧再生和/或消毒碳滤床期间使用的水的消耗，尝试了将从过滤器顶部排出的反洗流出物再循环回过滤器底部。然而，如上所述，过滤器暗渠的喷嘴被设计成在过滤流期间(即，重力流过滤器中的向下流动方向)阻挡介质颗粒从过滤器排出。这样，当反洗阶段流动方向反转时，过滤介质的细颗粒随反洗流出物在过滤器顶部排出。在没有清洁系统的情况下，当这种高颗粒含量的反冲洗流出物再循环回到过滤器底部时，暗渠喷嘴很快就会被在反冲洗流动方向从过滤器底部重新进入的细颗粒堵塞。过滤来自反洗流出物中的这些细介质颗粒的其他尝试也没有成功，因为外部颗粒过滤器的堵塞速度也很快。

为了解决这个问题而无需使用外部和/或自动清洁系统，在本文公开的方法中，仅已经通过暗渠系统滤过的、在预期的过滤流动方向流动的洗涤流体，被用于反复流过过滤器(或过滤器元件)或一对过滤器之间。更具体地，通过利用反复洗涤，用于再生和/或消毒过滤介质的洗涤溶液或流体仅在流过介质床之后才到达暗渠喷嘴，因此，洗涤流体携带的细粒小于通常从过滤器排出(和要么去排出或再循环到处理列的前方)的反洗流出物中的细粒。通过使用反复流动，每个反流将冲掉在其它方式中将被截留在暗渠喷嘴中的颗粒细粉，因此允许有效地重新利用洗涤溶液/流体。

除上述之外，本文公开的发明是新颖的并且在许多其他方式中是有益的，即使当堵塞不是问题时。例如，如本文公开和发现的，通过实施洗涤流体的反复流动，可以显著减少水和化学物的消耗。此外，按照洗涤程序，因为需要和消耗的洗涤流体的体积大量减少，减少的废弃或处理后的洗涤流体中的浓缩污染物可以更容易地分批处理和处置，或者可以相对容易地回收化学物。

此外，在使用空气冲刷的系统中，可以应用本文公开的方法而不会损失任何碳粉。相反，在具有连续溢流的常规反冲洗系统中，带有充气/臭氧化作用的洗涤水的上升流将导致过多的介质损失。

在又一些实施方式中，在避免堵塞问题的同时，减少洗涤水和化学物消耗的一种方法是通过自动自清洁颗粒过滤器再循环反洗水。虽然不是优选实施方式，但是由于这种高成本过滤器大到足以充分发挥作用，并且排出自清洁所需的水，因此本发明将其视为一种可能的实施方式。

在本文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解的是，术语“包含”(以及其任何形式)，“具有”(以及其任何形式)，“包括”(以及其任何形式)，“含有”(以及其任何形式)及其任何其他语法变体都是开放式的连缀动词。因此，“包含”，“具有”，“包括”或“含有”一个或多个步骤或元素的方法或设备具备那些一个或多个步骤或元素，但不限于仅具有那些一个或多个步骤或元素。同样地，“包含”、“具有”、“包括”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或设备的元件具备那些一个或多个特征，但不限于仅具有那些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的设备或结构至少以这种方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。

如本文所使用的，术语“包含”、“具有”、“包括”、“含有”以及其他语法变体包括术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

当在本文中使用时，短语“基本上由……组成”或其语法变体应被视为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件，但不排除添加一个或多个另外的特征、整数、步骤、组件或其组，除非附加特征、整数、步骤、组件或其组没有实质性地改变所要求保护的组合物、装置或方法的基本和新颖特征。

在本说明书中引用的所有出版物/参考文献都通过引用并入本文，就好像每个单独的出版物都被具体地和单独地表示为通过引用并入本文，就好像已充分阐述一样。

除非另外明确指出，否则通过引用并入的主题不视为对任何权利要求限制的替代。

在整个说明书中涉及一个或多个范围的情况下，每个范围意图是用于表示信息的简写格式，其中该范围应理解为涵盖该范围内的每个离散点，如同在本文中对其进行了充分阐述一样。。

虽然本文已经描述和描绘了本发明的几个方面和实施方式，但是本领域技术人员可以影响替代方面和实施方式以实现相同的目的。因此，本公开和所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的进一步和替代的方面和实施方式。