CN101355994B

CN101355994B - 水净化系统

Info

Publication number: CN101355994B
Application number: CN2006800476632A
Authority: CN
Inventors: 理查德·J·迪普; 尤金·李纳; 道格拉斯·麦克·萨姆
Original assignee: Sylvan Source Inc
Current assignee: Sylvan Source Inc
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: US20070084713A1; US7678235B2; CN101355994A; EP1937383A2; TWI347926B; CA2626508A1; JP2009512549A; WO2007047443A2; WO2007047443A3; KR20080061399A; AR057557A1; TW200720194A

Abstract

本发明的实施方案提供用于水净化的系统和方法。所述系统具有预热器(30)、脱气器(40)、蒸发室(50)、除雾器(70)、和控制系统(120)，其中所述控制系统(120)容许所述净化系统(10)通过重复的循环的操作，而不需要使用者介入或清洁。所述系统能够从污染水样中除去多种污染物类型，包括：微生物污染物、放射性污染物、金属、盐、挥发性有机物、和非挥发性有机物。

Description

水净化系统

技术领域

本发明涉及水净化的领域。具体而言，本发明的实施方案涉及在自动化过程中从水中除去基本上全部各种杂质的系统及方法，所述自动化过程在数月至数年过程中不需要清洁或者使用者介入，每单位输入水具有相对高的产物水收率。

背景技术

随着常规水资源日益稀少、饮用水市政分配系统随时间而恶化、且增加的水使用耗尽水井和水库，造成盐水污染，水净化技术正迅速成为现代生活的必要方面。另外，由于各种活动，其包括，例如，集约农业、汽油添加剂、和毒性重金属产生其它水源污染。这些问题导致水系统中病菌(germ)、细菌、盐、MTBE、氯酸盐、高氯酸盐、砷、汞和甚至用于消毒饮用水的化学物质的增加的和不可采用的水平。

诸如反渗透(RO)、过滤及化学处理等常规技术很少能够处理各种各样的水污染物。另外，即使它们是商业可获得的，但是它们通常需要多个处理阶段或各种技术的组合以实现可接受的水品质。更少的常规技术，例如，紫外(UV)光辐射或臭氧处理，可有效地抗病毒及细菌，但几乎不能除去诸如溶解气体、盐、烃及不溶性固体等其它污染物。另外，大多数蒸馏技术尽管可有利地除去部分污染物，但通常其不能够处理所有类别的污染物。

因此，连续的自清洁的并回收大部分输入水的复杂蒸馏系统出现为解决增加的水污染问题及水枯竭的最佳长期选择。

发明概述

本发明的实施方案提供一种改进的水净化系统。所述水净化系统可包括进口、预热器、脱气器、蒸发室、除雾器、产物冷凝器、废物出口、产物出口、和控制系统。所述控制系统容许通过重复循环操作所述净化系统而不需要使用者介入或清洁。所述系统能够从污染水样中除去多种污染物类型，包括：微生物污染物、放射性污染物、金属、盐、挥发性有机物及非挥发性有机物；以便当污染水的各类污染物水平至多是表1、2或3中所示水平的25倍时，经所述系统净化的水的各类污染物水平低于表1、2或3中所示水平。在所述系统的实施方案中，所生成水的体积可以占输入水体积的约20％与约95％之间。所述系统在至少约2个月、6个月、1年或更长时间的使用期间内不需要清洁。

所述系统还可包括入口开关以调节经过所述入口的水流。所述开关可包括例如螺线管、阀门、孔等机构。所述入口开关可由控制系统控制。而且，所述系统还可以包括停机控制。所述停机控制可以是，例如，人工控制、溢流控制、罐容量控制、蒸发室容量控制等。所述控制系统可基于来自蒸发室和/或罐浮标的反馈而控制入口。所述控制系统可基于净化系统的反馈控制开关。所述反馈可基于，例如，产物水容器中的水量、经过产物出口的产物水流量、水流动时间、无水流动时间、蒸发室中的水量、泄漏检测、蒸发室压力、输出水品质(总溶解固体)、跨越蒸发室的压差、蒸发室溢流堰浮标等。所述系统还可包括流量控制器。所述流量控制器可包含压力调节器。所述压力调节器可将水压维持在约0kPa和与250kPa(0至36psi)之间。所述流量控制器可将水流维持在介于10和75毫升/分钟之间的速率。所述系统可包含沉积物捕集器。

而且，所述系统可具有通过所述蒸发室的预热管。排出所述预热管的水可具有至少约96℃的温度。所述预热管可容许预热管中水的停留时间为至少约15秒。所述预热管可包含盘管。所述盘管可具有基本上水平的净流动，且通过所述盘管运动的水可反复通过一个水平面。所述预热管可具有与蒸汽冷凝器的热交换。至少一部分预热管可以与至少一部分蒸汽冷凝器共轴。所述蒸汽冷凝器可含有废蒸汽。

脱气器可以基本上垂直取向，具有上端和下端。加热的水可紧接下端排出脱气器。在所述系统中，来自蒸发室的蒸汽可紧接下端进入所述脱气器，但也可紧接上端排出所述脱气器。所述脱气器可包含适用于促进水与蒸汽混合的基质。所述基质可包含基本上球形的粒子。然而，所述基质也可包含非球形粒子。所述基质可包含具有经选择尺寸的粒子以便可以在所述脱气器中均匀填充。所述基质也可包含不同尺寸的粒子，且所述粒子可按尺寸梯度排列在所述脱气器中。

在所述系统中，水可排出所述脱气器，基本上不含有机物及挥发性气体。所述蒸发室可包含至少一个上段和一个下段，且所述上段的水平断面可以比所述下段的水平断面具有更大的面积。所述蒸发室可包含位于所述上段与所述下段之间的连接。所述连接可以是基本上水平的。所述蒸发室也可包含可位于所述连接处或其上的排放口。所述蒸发室也可包括包含多个粒子的自清洁介质、具有开口的排放口，所述开口具有不容许所述粒子通过所述排放口的尺寸，所述开口还具有与所述粒子形状不互补的形状。所述蒸发室可包含用于干扰至少在紧接蒸发室加热区的区域中沉淀聚集的自清洁介质。所述介质可包含多个粒子。所述粒子可以是基本上球形的。所述粒子也可具有通过蒸发室中水的沸腾而基本上连续搅拌所述粒子的特征。所述特征可以是，例如，比重、尺寸、形态、群体数量等。所述粒子可具有经选择的硬度以便所述硬度容许通过所述粒子冲刷蒸发室而基本上不侵蚀所述粒子或所述蒸发室。而且，所述粒子可由陶瓷、金属、玻璃或石头组成。所述粒子可具有大于约1.0且小于约8.0，或更优选介于约2.0与约5.0之间的比重。所述蒸发室也可包括临近所述蒸发室底部的加热元件。所述加热元件可位于临近所述蒸发室底部的蒸发室外部，且所述加热元件可与所述蒸发室结合。所述加热元件也可位于临近所述蒸发室底部的蒸发室内部。

除雾器可位于紧接蒸发室上表面处。来自蒸发室的蒸汽可以在压力下进入除雾器。所述除雾器可具有压差，且所述压差可以是不小于125至约2500Pa。所述除雾器可适于通过气旋作用从废蒸汽分离洁净蒸汽。洁净蒸汽与废蒸汽之比可以是大于约10∶1。所述控制系统可调节参数以调整蒸汽品质。蒸汽品质可包括，例如，洁净蒸汽纯度、洁净蒸汽与废蒸汽的比例等。所述参数可包括至少一个参数，诸如：洁净蒸汽出口的凹进位置、跨越除雾器的压差、蒸汽入口的流动阻力、蒸汽出口的流动阻力等。所述系统也可包含用于产物冷凝器的冷却器，且所述冷却器可包含排风机。所述产物冷凝器可包含盘管。产物水可经过所述产物输出口自所述产物冷凝器排出。所述系统也可包含废物冷凝器。废水可经过所述废物出口排出所述废物冷凝器。

所述系统也可包含产物水储存罐。所述储存罐可包含至少一个控制机构。所述控制机构可包括，例如，浮标、电导计等。所述控制系统也可包括延迟，以便在开始循环时，在选择的延迟期内没有蒸汽被导向所述产物出口。所述延迟期可以是至少约10至30分钟。所述控制系统可具有水在蒸发室中的平均停留时间为至少约10分钟。备选地，所述控制系统可具有水在蒸发室中的平均停留时间为至少约45分钟。所述控制系统也可包括蒸发室冲洗(flush)，以便于蒸发室中的水迅速排放至废物，容许从所述蒸发室除去聚集的杂质和沉淀物。

可以将所述蒸发室配置为以便在蒸发室冲洗时，将残余体积水保留在所述蒸发室的下部。在后续净化循环启动期间，所述系统的残余水可为所述脱气器提供初始蒸汽。本发明也包括一种净化水的方法。这样一种方法包括如下步骤：提供包含至少一种第一浓度污染物的入口水源；使所述入口水通过处于能够将所述入口水温度升高至90℃以上的条件下的预热器中；通过在脱气器中使所述入口水与反向气流逆流来提馏所述入口水中的基本上所有的有机物、挥发物及气体；在可形成蒸汽的条件下将蒸发室中的水保持10和90分钟之间的平均停留时间；将蒸汽从蒸发室排放到旋风除雾器；在所述除雾器中从含有污染物的废物分离洁净蒸汽，以便洁净蒸汽的收率比来自所述除雾器的废物的收率大至少约4倍；冷凝所述洁净蒸汽以产生包括至少一种第二浓度的污染物的净化水，其中所述第二浓度比所述第一浓度低。在此方法中，至少一种污染物包括，例如，微生物、放射性核素、盐、或有机物。所述第二浓度可以是，例如，不大于表1、2或3中所示的浓度；所述第一浓度可以是所述第二浓度的至少约10倍。然而，所述第一浓度可比所述第二浓度大至少约25倍。所述气体可以是，例如，蒸汽、空气、氮气等。所述方法中的过程步骤在不需要清洁或维护时可自动重复至少约3个月。然而，所述过程步骤在不需要清洁或维护时可自动重复至少约1年。

附图简述

图1是水净化系统实施方案的正视图。

图2是水净化系统实施方案的剖面正视图。

图3是展示预热器详情的图。

图4是展示脱气器详情的图。

图5是展示蒸发室详情的图。

图6是展示旋风除雾器详情的图。

图7是水净化系统实施方案的控制电路图。

图8是示例性的脱气器设备的横截面图。

发明详述

本发明的实施方案在某些情形中以示例形式或参照一个或多个附图公开在本文中。然而，任何这样的一个具体实施方案的公开仅是示例性的而并非指示本发明的全部范围。

本发明的实施方案包括用于水净化的系统、方法及设备。优选实施方案提供完全自动化的并且在很长时期内不需要清洁或使用者介入的广范围的水净化。例如，本文所公开的系统可在没有使用者控制或介入时运行2、4、6、8、10、或12个月或更长时间。在优选实施方案中，所述系统可自动运行1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15年，或更长时间。

因此，本发明的实施方案提供一种至少包括下列的水净化系统：入口、预热器、脱气器、蒸发室、除雾器、产物冷凝器、废物出口、产物出口、及控制系统，其中排出所述出口的产物水基本上是纯的，且其中所生成的产物水的体积是入口水体积的至少约10、15、或20％，且其中所述控制系统容许所述净化系统在无需使用者介入时进行重复循环操作。在优选实施方案中，所生成的产物水的体积是入口水体积的至少约25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、或99％或更多。因此，所述系统在其中需要相对高费用或不便获得入口水和/或处理废水的情况中具有很大益处。就其每单位输入水或废水生成的产物水而言，所述系统比许多其它系统明显更有效。

在不同实施方案中，基本上纯净的水可以是符合任一下列标准的水：对于任一污染物而言，净化的水的纯度是入口水纯度的至少25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、250、500、750、1000倍或更多倍。在其它实施方案中，对于入口水中存在的多种污染物而言，基本上纯净的水是净化至上述一种水平的水。即，在这些实施方案中，水纯度或品质是一种或多种污染物的一组的浓度的函数且基本上纯净的水是具有，例如，如下浓度比的水：入口水中这些污染物的浓度与产物水中相同污染物的浓度的比例是25或更大。

在其它实施方案中，水纯度可通过电导率测量，其中超纯水通常具有小于约1μ西门子的电导率，且蒸馏水通常具有约5的电导率。在这样的实施方案中，产物水的电导率一般是介于约1与7之间，通常介于约2与6之间，优选介于约2与5之间、2与4之间或2与3之间。电导率是总的溶解固体(TDS)的量度且对于盐、离子、矿物等而言，其是水纯度的良好指标。

备选地，水纯度可由各种标准测量，例如，表1及表2中所列出的现行EPA标准以及表2中列出的其它公认的标准。因此，本发明的优选实施方案能够减少来自各种污染物的任一种或多种污染物，包括，例如，表1中列出的任何污染物，其中当入口水具有至多是特定的MCL的约25倍的这样的污染物水平时，最终产物水具有等于或低于标记为“MCL”的列中所指定水平的这样的污染物水平。同理，在某些实施方案中且对于某些污染物而言，当入口水比MCL或产物水具有30-、40-、50-、60-、70-、80-、90-、100-、150-、250-、500-、或1000-倍或更高倍数的污染时，本发明的系统可除去污染物至MCL水平。

尽管任何系统从入口水中除去污染物的能力在某种程度上是入口水中总杂质水平的函数，但本发明的系统特别好地适用于从单一进料蒸汽中除去各种不同类别的多种不同污染物，生成相当于蒸馏水的水且在某些情形中相当于超纯水。应注意：表1中“待处理水”列含有EPA测试中所用水的污染物浓度水平。本发明的水净化系统的优选实施方案通常可除去比此列中所示量大得多的量的初始污染物。然而，当然，对应在“待处理水”列中提及的那些的污染物水平同样也属于本发明实施方案的能力范围。

表1

金属单位规范 MCL 待处理水

铝 Ppm 0.2 0.6

锑 Ppm 0.006 0.1

砷 Ppm 0.01 0.1

铍 Ppm 0.004 0.1

硼 Ppb 20

铬 Ppm 0.1 0.1

铜 Ppm 1.3 1.3

铁 Ppm 0.3 8

铅 Ppm 0.015 0.1

锰 ppm 0.05 1

汞 ppm 0.002 0.1

钼 ppm 0.01

镍 ppm 0.02

银 ppm 0.1 0.2

铊 ppm 0.002 0.01

钒 ppm 0.1

锌 ppm 5 5

总混合物小计 36.84

无机盐单位规范 MCL 待处理水

溴化物 ppm 0.5

氯化物 ppm 250 350

氰化物 ppm 0.2 0.4

氟化物 ppm 4 8

硝酸盐，以NO3计 ppm 10 90

亚硝酸盐，以N2计 ppm 1 2

硫酸盐 ppm 250 350

总混合物小计 800.9

第4组：2种高度挥发性

VOC+2种非挥发物

七氯(Heptachlor) ppm EPA525.2 0.0004 0.04

四氯乙烯-PCE ppm EPA524.2 0.00006 0.02

环氧氯丙烷 ppm 0.07 0.2

五氯苯酚 ppm EPA515.4 0.001 0.1

总混合物小计 0.36

第5组：2种高度挥发性VOC+2种

非挥发物单位规范 MCL 待处理水

四氯化碳 ppm EPA524.2 0.005 0.01

间，对-二甲苯 ppm EPA524.2 10 20

二(2-乙基己基)己二酸酯 ppm EPA525.2 0.4 0.8

三氯乙酸 ppm SM6251B 0.06 0.12

总混合物小计 21.29

第6组：3种高度挥发性VOC+3种

非挥发物单位规范 MCL 待处理水

1，1-二氯乙烯 ppm 0.007 0.15

乙苯 ppm EP524.2 0.7 1.5

艾氏剂(Aldrin) ppm EPA505 0.005 0.1

茅草枯(Dalapon)(2，2，-二氯丙酸) ppm EPA515.4 0.2 0.4

卡巴呋喃(呋喃丹(Furadan)) ppm EPA531.2 0.04 0.1

2，4，5-TP(2，4，5-涕丙酸(silvex)) ppm EPA515.4 0.05 0.1

总混合物小计 2.35

第7组：3种高度挥发性VOC+3种

非挥发物单位规范 MCL 待处理

水

三-氯乙烯-TCE ppm EPA524.2 0.005 0.1

甲苯 ppm EPA524.2 1 2

1，2，4三氯苯 ppm EPA524.2 0.07 0.15

2，4-D ppm EPA515.4 0.07 0.15

甲草胺(Alanex) ppm EPA525.2 0.002 0.1

西玛津(Simazine) ppm EPA525.2 0.004 0.1

总混合物小计 2.6

第8组：3种高度挥发性VOC+3种

非挥发物单位规范 MCL 待处理水

氯乙烯(chloroethene) ppm EPA524.2 0.002 0.1

1，2-二氯苯(1，2DCB) ppm EPA524.2 0.6 1

氯苯 ppm EPA524.2 0.1 0.2

阿特拉津(Atrazine) ppm EPA 525.2 0.003 0.1

桥氧酞钠(Endothal) ppm EPA548.1 0.01 0.2

欧杀灭(Oxamyl)(Vydate) ppm EPA531.2 0.2 0.4

总混合物小计 2

第9组：3种高度挥发性VOC+3种

非挥发物单位规范 MCL 待处理水

苯乙烯 ppm EPA524.2 0.1 1

苯 ppm EPA524.2 0.005 0.2

EPA

甲氧氯 ppm 525.2/505 0.04 0.1

草甘膦 ppm EPA547 0.7 1.5

毕克烂(Pichloram) ppm EPA515.4 0.5 1

1，3-二氯苯(1，3DCB) ppm EPA524.2 0.075 0.15

总混合物小计 3.95

第10组：3种高度挥发性VOC+3

种非挥发物单位规范 MCL 待处理水

1，2-二氯丙烷(DCP) ppm EPA524.2 0.005 0.1

氯仿 ppm EPA524.2 80 0.1

溴代甲烷(甲基溴) ppm EPA524.2 0.1

PCB 1242Arochlor ppb EPA 505 0.5 1

EPA

氯丹(Chlordane) ppm 525.2/505 0.002 0.2

MEK-甲基乙基酮(2-丁酮) ppb EPA524.2 0.2

总混合物小计 1.7

第11组：4种挥发性VOC+5种非挥

发性PCB 单位规范 MCL 待处理水

2，4-DDE(二氯二苯基二氯乙烯) ppm EPA525.2 0.1

溴二氯甲烷 ppb EPA524.2 80 0.1

1，1，1-三氯乙烷(TCA) ppm EPA524.2 0.2 0.4

溴仿 ppm EPA524.2 80 0.1

PCB 1221Arochlor ppm EPA505 0.5 0.05

PCB 1260Arochlor ppm EPA505 0.5 0.05

PCB 1232Arochlor ppm EPA505 0.5 0.05

PCB 1254Arochlor ppm EPA505 0.5 0.05

PCB1016Arochlor ppm EPA 505 0.5 0.05

总混合物小计 0.95

第12组：5种挥发性VOC+5种非

挥发性PCB 单位规范 MCL 待处理水

二氯甲烷(DCM)

亚甲基氯 ppm EPA524.2 0.005 0.1

1，2-二氯乙烷 ppm 0.005 0.1

林旦(Lindaile)(γBHC) ppm EPA525.2 0.0002 0.05

苯并芘 ppm EPA525.2 0.0002 0.05

EPA

异狄氏剂(Endrin) ppm 525.2/505 0.002 0.05

1，1，2-三氯乙烷(TCA) ppm EPA524.2 0.005 0.05

MTBE ppm EPA524.2 0.05

二溴乙烷-EDB ppm EPA504.1 0.00005 0.05

2-(1-甲基-正丙基)-4，6-二硝基苯酚

(Dinoseb) ppm EPA515.4 0.007 0.05

二(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯(DEHP) ppm EPA525.2 0.006 0.05

总混合物小计 0.5

第13组：其余6种VOC 单位规范 MCL 待处理水

氯甲烷(甲基氯) ppm EPA524.2 0.1

毒杀芬(Toxaphene) ppm EPA505 0.003 0.1

反式-1，2-二氯乙烯 ppm EPA524.2 0.1 0.2

二溴氯甲烷 ppm EPA524.2 80 0.05

顺式-1，2-二氯乙烯 ppm EPA524.2 0.07 0.05

1，2-二溴-3-氯丙烷 ppm EPA504.1 0.0002 0.05

总混合物小计 0.55

可根据系统的除去各种污染物的能力测定水纯度和/或净化性能效率。对于许多生物污染物而言，目的是除去基本上全部有生命的污染物。表2列出了水源的额外常见污染物及用于测试污染物水平的标准规范。表1和2中所列规范可以公开方式在以下各处取得：关于常见水污染物的超文本传输协定www.epa.gov/safewater/mcl.html#mcls；测定饮用水中有机化合物的方法，EPA/600/4-88-039，1988年12月，1991年7月修订。方法547、550及550.1是在测定饮用水中有机化合物的方法-附录I中，EPA/600-4-90-020，1990年7月。方法548.1、549.1、552.1及555是在测定饮用水中有机化合物的方法-附录II中，EPA/600/R-92-129，1992年8月。方法502.2、504.1、505、506、507、508、508.1、515.2、524.2、525.2、531.1、551.1及552.2是在测定饮用水中有机化合物的方法-附录III中，EPA/600/R-95-131，1995年8月中。方法1613的标题为“通过同位素-稀释HRGC/HRMS四通八氯二恶英(Tetra-through OctaChlorinated Dioxinsand Furans by Isotope-Dilution HEGC/HRMS)”，其在EPA/821-B-94-005，1994年10月。上述方法的每一个以引用方式全部并入本文中。

表2

表3-用于系统检验的示例性污染物

1MCIG＝最大浓度限值指导

2MFL＝百万纤维/升

3pCi/l＝皮可居里/升

4种基本上不可检测的生物污染物

在优选实施方案中，入口开关是当接收到表明所述系统能够接收用于净化过程的额外水时可启动(打开)的螺线管。需要更多入口水的此反馈可来自所述系统内各个点，包括，例如，蒸发室中的水位、产物储存罐中水位、进入脱气器的预热水温度、离开蒸发室的蒸汽的温度或体积等。同样，螺线管型开关的各种备选方案是本领域技术人员能够得到的，例如，阀门、孔、蠕动型管压缩机构及封口、压电开关等。

与流量控制器连接，任选所述流量控制器可通过改变压力来调节进入所述系统中的水流量，且这样的压力变化可通过在所述系统内测定对入口水的更大需求等以信号告知。此可变的流量控制而非二元流量控制可容许在所述系统中获得某些功效。

其它控制及反馈点可在系统自动化功能方面提供其它益处，包括，例如，检测所述系统中任一点的水品质、检测所述系统中任一点的水或蒸汽的体积、检测表明系统故障的泄漏或温度等。所述系统的实施方案涵盖所有这些控制及控制的组合。这些包括，例如，控制检测溢流、储存罐容量、蒸发室容量等。在各个实施方案中，反馈可以是定性的和/或定量的。这些可包括，例如，产物水容器中的水量、经过产物出口的产物水流量、水流动时间、无水流动时间、蒸发室中的水量、泄漏检测、蒸发室压力、输出水品质(例如，总溶解固体的测量)、跨越所述蒸发室或所述系统中其它部分的压差、跨越蒸发室溢流堰浮标的水流量等。

当通电并启动所述系统时，所述系统可在所述系统基本上整个使用寿命期间设置成完全自动控制。所述系统包括各种反馈机构以避免溢流及调节水流、压力、输出及清洁循环以致在正常环境下不需要使用者介入，这些控制是蒸发室中的浮标水平检测器、侧浮动开关、定时器、排风机开关及功率计。

停机控制包括人工控制，溢流控制，其可以是位于临近容纳罐的系统底部的浮标或湿气检测器，罐容量控制及蒸发室容量控制。除可提供二元(开/关)切换入口水或其它参数的控制外，所述系统还涵盖变量控制，例如，基于压力或体积的流量控制、压力调节器等。例如，在优选实施方案中，压力调节器可调节入口水压力以便在0与250kPa之间。在其它实施方案中，所述压力可以是10、20、30、40、50、75、100、125、150、175、200、225、275、300、350、400、450、或500kPa或更大。压力调节，任选结合其它参数调节可减少所述系统中水流体积及速度。例如，结合所述系统尺寸的压力调节可提供5和1000毫升/分钟之间或更大的水流速率。尽管本文所述系统主要针对相对小规模水生产而阐述，但是所述系统可升级到任何体积的水生产。因此，水流体积没有上限。然而，示例性水流速率包括如下范围：10至500毫升/分钟、20至400毫升/分钟、30至300毫升/分钟、40至200毫升/分钟、50至150毫升/分钟、60至125毫升/分钟、70至100毫升/分钟、80至90毫升/分钟等。

所述系统还可以包括能够从入口水中除去沉积物的沉积物捕集器以避免所述系统受到这些沉积物的过早结垢。本发明系统可选择使用为本领域已知的各种沉积物捕集器。同样地，为最小化使用者介入及对清洁的需求，沉积物捕集器本身可具有自清洁部件。例如，沉积物捕集器可具有旋转筛，其中从淤塞筛至新筛的旋转可受跨越所述装置的水压差的驱动以致当筛子到达聚集沉积物的某一饱和点时，其会切换未受沉淀物淤塞的筛。在某些实施方案中，可将淤塞筛置于水的流通路径中以便水可以以流过所述筛的初始流向的反方向流过所述筛从而将沉积物移至废物路径或排放口。因此，本文所公开的系统涵盖常规的以及自清洁的沉积物捕集器的应用。

所述水净化系统的预加热功能优选涉及预热管。然而，此功能可以以许多不同方式实施，条件是结果为流入所述系统的水会在约90℃或更高温度下到达脱气器。因此，所述预加热功能可以以许多不同形式体现，包括，例如，圆柱形管、螺旋管、平板或分支网、具有表面积与内体积的高比例设计的任一种空心结构、与便于在所述两管腔之间经过管壁进行热交换的较大或较小管腔共轴的管腔等。

在优选实施方案中，预热管穿过所述蒸发室或在其邻近通过，且其构造为可使入口水经过所述预热管的流速容许其在所述蒸发室中或蒸发室附近一定范围的停留时间而足以将预热管中水温升高至约90℃或更高。根据系统规模及用于水的通过量的系统容量而定，所述预加热功能可受益于允许有效热交换的材料及构造。备选地，在某些实施方案中，构造耐久性、空间考虑、维护方便性、材料的可用性或费用以及其它因素可影响本发明的这个方面的设计选择。

在优选实施方案中，所述预加热功能是不锈钢管，尽管其具有相对低的导热率，但其具有有益的耐久性的性质。在这样的实施方案中，为不锈钢管提供具有壁厚、内径及其它性质以便提高在热源与管内水间的热交换效率。在特别优选的实施方案中，所述预热管是穿过蒸发室的盘管。优选地，所述盘管的取向是水平的：进入所述盘管与离开所述盘管的水在蒸发室内大致处于相同高度，且经过所述盘管的水在所述盘管内经历一系列上升然后是下降运动，此有利于水与气泡混合并可避免大气泡聚并。大气泡的这种聚并通常在一定程度上是不期望的，所述大气泡可干扰水正常地流过预热器进入脱气器和/或可干扰所述脱气器的正常功能。然而，在某些实施方案中，脱气器功能可足够坚固以承受来自入口水的大体积蒸汽并且在这样的实施方案中，不需要特别考虑与避免此聚并相关的预加热功能的设计。

在某些实施方案中，所述系统在非标准环境条件例如高海拔下可有利地发挥作用。在高海拔处，水沸点低于100℃，因此以正常速率对蒸发室实施加热时会产生更大量蒸汽因此所述系统需要更高量的通过量。在这样的实施方案中，显然，预加热温度也可受到影响。若降低蒸发室温度，可通过容许水在预热管中更长的停留时间来实现预加热至期望温度，例如，通过将所述管构造成在等同流速下具有更大体积或在等同体积下具有更低流速。然而，由于蒸发室中蒸汽产生水平升高，因此在大多数实施方案中，通过下调预热管中流速以获得有利的停留时间及期望预加热温度并非有利。这是因为产生蒸汽的速率愈大意味着伴随着更高的入口水需求。

在其中预热管与另一管共轴的实施方案中，可发生所述系统的任何高热量部分与低热量入口水间的热交换。此热交换可通过共轴区的结构确定并且可受诸如壁厚、热交换材料组成等因素的显著影响。在优选实施方案中，通过与入口水进行热交换可实现蒸汽冷凝，使来自废蒸汽或产物蒸汽的过量热量转移至较低温度入口水中，此有助于预加热功能并且在某些情形中容许蒸发室中更短的停留时间和/或更高的经过所述系统的水总流速。此外，这种热交换的另一益处是提高能量效率并减少离开所述系统进入周围环境中的过量热量。共轴排列的备选方案包括具有热交换能力的任一常规构型，例如，临近的平板：最终，可将高温水或蒸汽与低温水邻近放置并能够使能量自高温水传递至低温的任一构型可以实现热交换效应并且被视为本发明的实施方案。

脱气器性能的关键因数是传质比：垂直脱气器中下行水质量与上升蒸汽质量之比。实际上，可使用各种可使水与气体发生传质逆流的构造完成脱气功能。在某些实施方案中，所述气体是蒸汽；在其它实施方案中，所述气体可以是空气、氮气等。水与蒸汽混合的速度及活动性是受脱气器柱介质的尺寸、构型及填料以及所述介质粒子间的空隙体积的影响。在优选实施方案中，填充介质粒子以形成螺旋。脱气器性能受经过其中的蒸汽与水的速度和体积的影响；这些可通过诸如蒸汽入口及出口孔的尺寸、水流速率等因素控制。其全文以引用方式并入本文的Williams，Robert TheGeometrical Foundation of Natural Structure：A Source Book of Design(天然结构的几何基础：设计的原始资料)，纽约：多佛，1979提供关于脱气器功能和设计的有用信息。

因此，控制入口水流速、避免预热管中出现大蒸汽泡等可有助于有效地运行所述脱气器。当这些参数不在期望范围内时，脱气器中可发生溢流或喷射。入口水溢流会在脱气器中形成水塞且喷射会使水随蒸汽从所述脱气器中射出，两种情形的任一种都会影响脱气器性能。因此，意欲在可最小化溢流及喷射并具有水流入与蒸汽流出间的良好平衡的区域中进行操作。本发明实施方案的脱气器特别重要，原因是其不像许多常规脱气器一样严格除去一种污染物而设计。相反，其可极为有效地除去各种污染物。在其中入口水含有，例如，1ppm污染物的典型情形中，所述过程旨在实现将所述污染物减少至50、40、10、5、2或1ppb。

根据期望的系统吞吐量及根据实施系统设计因素所作出的其它设计选择，蒸发室基本上可具有任一尺寸及构造。例如，所述蒸发室可具有约1加仑或2至10加仑、11至100加仑、101至1000加仑或更大的体积容量。由于本发明系统可完全升级，因此所述蒸发室尺寸可变化并可根据需要加以选择。同样，蒸发室的构造可随需要而变化。例如，所述蒸发室可以是圆柱形、球形、矩形或任何其它形状。

在优选实施方案中，蒸发室的下部呈阶梯状并具有比所述蒸发室的上部较小的横截面积。在所述阶梯的上方优选是排放口以便当排水时残留水仍保留在所述阶梯的下方。低于所述阶梯的蒸发室部分也可容纳清洁介质以便在排水后，所有清洁介质及某些残留水会保持在下部。所述下部的益处是在从蒸发室迅速排出后，热量可再次施加于所述蒸发室，这有利于在第一批新的入口水进入蒸发室之前迅速产生蒸汽。该初始生成蒸汽容许蒸汽流过脱气器而在开始新的循环时实现稳定状态，这有利于有效地对入口水脱气。同样，蒸发室中残留水量可避免对所述蒸发室干燥加热，这可对所述蒸发室自身以及自清洁介质的耐久性和稳定性造成不利影响。

在某些实施方案中，蒸发室仅通过重力排水，在其它实施方案中，蒸发室排水由泵作用驱动。理想地是，蒸发室可迅速排水以避免沉积物、盐及其它微粒沉积。迅速排水优选持续约不足30秒，虽然稍微缓慢地排水基本上仍可实现避免沉积等期望益处。

自清洁介质可选自许多适宜备选方案的任一种。这些备选方案包括玻璃或陶瓷珠或球、石头、具有各种形状中任何之一的合成结构等。在每一情形中，应选择自清洁介质的性质以便通过沸水搅动时会移置自清洁介质的各个粒子，但此移置可受到自清洁介质的物理性质的抑制，从而致使每个粒子再次落入蒸发室底部、撞击所述蒸发室以除去任何沉淀或水垢。例如，具有相对高比重但具有相对低表面积与体积比例的自清洁介质可以与具有相对低比重但具有相对高表面积与体积比例的第二自清洁介质大致相当的方式发挥作用。在每一情形中，本领域技术人员能够选择形态学和组成的组合以实现期望结果。在某些实施方案中，可采用备选的自清洁方法，例如，施用超声波能量。

设计选择自清洁介质的另一考虑因素是其硬度。一般而言，所述硬度应与蒸发室中所含材料硬度大致相当。这可以长期持续使用自清洁介质而不会对所述介质或所述蒸发室的壁或底面造成明显磨蚀。在某些其中蒸发室的加热元件位于所述蒸发室内部的实施方案中，可选择自清洁介质的硬度及其它性质以避免对所述加热元件以及蒸发室自身造成磨蚀和/或其它损害。

由于由蒸发室结构及蒸发室清洁介质提供的自清洁功能，因此本发明实施方案的系统在其正常使用寿命期间不需要清洁。在某些实施方案中，在2、3、4、5或6个月内不需要清洗。在其它实施方案中，在9、12、18、24、30、或36个月内不需要清洗，在其它实施方案中，在4、5、6、7、8、9、10年、或更长时间内不需要清洗。

所述加热元件可位于蒸发室内、蒸发室正下方，或可与蒸发室形成一个整体。例如，在优选实施方案中，所述加热元件是位于蒸发室的正下方且其通过，例如，铜焊结合至所述蒸发室底部。加热器与蒸发室的连接方法可影响自清洁介质的清洁和搅动，以及所述系统的效率。铜焊，大致相当于焊接，是一种可使不同金属形成合金结合的过程，这容许二者密切接触以及从加热元件传热至蒸发室。在优选实施方案中，加热元件与蒸发室底部形成水平板，其优选可用于对于水的传热，并且还优选用于自清洁功能。

水在蒸发室中的停留时间可根据入口水性质及系统的期望性能而在一个范围内变化。可通过各种因素，包括输入水中是否含有生物污染物，确定所述适宜范围。有效地除去生物污染物可能需要在蒸发室中暴露于高温下的可变时间。某些生物污染物较其它可更快地受到高热影响。在许多实施方案中，短达10分钟的停留时间足以杀灭大部分生物污染物。在其它实施方案中，可期望更长的停留时间以便更彻底地消除各种生物污染物。蒸发室中停留时间范围的上限值通常由与在沸腾温度下维持选择体积水所需能量相当的产物水期望生成速率相关的效率因素决定。因此，蒸发室中停留时间可与水到达沸点并形成蒸汽所需的最短时间一般短至可有利于去除生物污染物的时间点，例如10、15、20、25、30、35、40、45分钟等。而且，在某些实施方案中可选择更长停留时间，例如50、60、70、80及90分钟或更长时间。

排出蒸发室的蒸汽一般不合微粒、沉积物及其它污染物。然而，沸腾作用可使某些污染物被携带入蒸气相中，例如在空气/水介面处所形成雾的微滴表面上。可利用除雾器从这种载有污染物的雾中分离洁净蒸汽。各种除雾器为本领域技术人员所知，包括那些采用筛子、挡板等者以根据尺寸及迁移率从雾分离蒸汽的那些。优选除雾器是根据密度差运用气旋作用从雾分离蒸汽的那些。旋风分离器工作原理是在高速下使流体或气体以径向运动方式移动，对所述流体或气体的组分施加离心力。常规旋风分离器具有在某些情形中可有助于角加速度的圆锥形部分。然而，在优选实施方案中，所述系统中所用旋风分离除雾器不具有圆锥形部分而基本是平的。控制旋风分离器分离效率的关键参数是蒸汽入口尺寸、用于洁净蒸汽与载有污染物的雾的两个出口尺寸，以及进口端与出口端之间的压差。

除雾器通常位于蒸发室内或其上，容许蒸汽自蒸发室经过入口孔进入除雾器。经过此孔进入除雾器的蒸汽具有初速度，其基本上是蒸发室与除雾器间的压差和所述孔构造的函数。通常，跨越所述除雾器的压差是约0.5至10英寸水柱-约125至2500Pa。入口孔一般设计为不会对进入旋风分离器的蒸汽提供明显阻力。然后通过使其通过，例如，比入口孔明显更窄的加速孔来进一步加速蒸汽。在高速下，具有比雾相对低得多密度的洁净蒸汽移向旋风分离器中心，同时所述雾移向周边。位于旋风分离器中心位置的洁净蒸汽出口为洁净蒸汽提供排出点，同时位于旋风分离器周边附近的雾出口使雾自所述除雾器流出。洁净蒸汽通过除雾器进入冷凝器同时将雾导向废物。在典型操作中，洁净蒸汽与雾比例是至少约2∶1；更经常为3∶1、4∶1、5∶1或6∶1；优选为7∶1、8∶1、9∶1或10∶1，并且最优选大于10∶1。可根据若干因素调节除雾器选择性，包括，例如，洁净蒸汽出口的位置和尺寸、跨越除雾器的压差及除雾器的构造和尺寸等。关于除雾器设计的其它信息提供于在2005年7月6日提出中请的标题为IMPROVED CYCLONEDEMISTER(改进的旋风分离器除雾器)的美国临时专利申请号60/697107中，其全文以引用方式并入本文中。本文所公开的除雾器可极为有效地除去含有亚微细粒级别的污染物。相反，其它设计的除雾器，例如，筛型及挡板型除雾器，在除去亚微细粒级别的污染物方面效率低得多。

产物蒸汽和废蒸汽通常在所述系统中冷凝。过量热量可通过散热片、排风机、换热器或热管散失。关于用于将热量自冷凝蒸汽转移至入口水的热管的讨论提供于2005年10月14日提出申请的标题为ENERGY-EFFCIENT DISTILLATION SYSTEM(能量有效的蒸馏系统)的美国临时专利申请案第—/————号(代理人案号SYLVAN.010A)中，其全文以引用方式并入本文中。

例如，冷凝成净化水的产物蒸汽导向产物出口或储存罐。储存罐可具有耐腐蚀和氧化的任何适宜组成。用于储存罐的优选组合物包括不锈钢、包含聚丙烯的塑料等。在某些实施方案中，所述储存罐包括可避免溢流和/或检测水位的控制。这样的控制可减少入口水流量和/或削弱所述系统的其它功能以便因此产物水的生产符合要求。尽管进入储存罐的产物水非常清洁且基本上无菌，但可能需要在所述储存罐中提供任选的清洁/灭菌功能，以防外部污染物进入所述罐中并损害其清洁度。

所述储存罐内可具有对于整个控制系统的各种反馈控制。在优选实施方案中，这些控制可包括控制入口水流量的反馈浮动开关，以及检测产物水中溶解的固体的电导计。在典型操作中，产物水中溶解的固体会非常地少。然而，如果污染物通过，例如，啮齿类动物或昆虫沉积于储存罐中，则所产生污染会增加水的电导率。所述电导计可检测这样一种电导率的升高并提供可能需要对于启动所述储存罐的蒸汽灭菌循环可行的指示。所述控制系统可能具有如下能力：从储存罐排水，向所述储存罐中输送连续批次的蒸气以清洁和灭菌所述储存罐，然后重新启动水净化循环。在本发明的各个实施方案中，这些操作可以以人工方式控制或以自动方式控制。

可将水从储存罐递送至出口，例如，龙头，且此递送可通过重力和/或泵来传递。在优选实施方案中，所述泵是在出口处保持恒定压力的应需泵以使来自出口的水流量充沛且一致。出口泵可通过储存罐中的传感器控制以避免在所述罐中水位低于临界水平时所述泵的空运行。

示例性水净化系统

下述讨论参考本发明实施方案的示例性水净化系统的结构特征。参考编号对应于图1至6中描绘的那些。

在操作中，净化系统10包括与入口水管22连接的入口20，水经过入口水管22自入口20到达入口开关24。所述入口开关24可通过一或多个来自控制系统的各种可能的反馈源来控制。在所描绘的实施方案中，开关24是根据来自控制系统120的反馈(主要基于蒸发室50中水位的反馈)而打开或关闭的螺线管。入口开关24包括沉积物捕集器25以避免系统10被沉积物淤塞。临近入口开关24的是流量调节器26。流量调节器26可通过控制水压力而调节流量，一般保持水压力介于0与250kPa之间。

水排出流量调节器26而进入预热器进料管28，其将水递送至预热器30中。任选地，可在入口20，开关24，和入口水管22，流量调节器26，和预加热进料管28之间的一或多个位置安置预过滤器。水在入口32处进入预热器30，通过盘管34，并在出口36处离开所述预热器。将盘管34定向以便使经过盘管34的水净流动是基本上水平取向，同时水经过盘管34的实际路径包括经过所述水平面的多个通路，包括经过盘管34的上升及下降水流以及盘管34每一圈的顶部及底部的水平水流。据信，使热水通过以此方式定向的盘管可预热水同时可维持期望的水混合，这可避免形成大气泡或大蒸汽泡。在优选实施方案中，预热器基本上位于蒸发室50内，并且优选以与加热元件56接触的蒸发室部分紧密临近方式定位。

在出口36处离开预热器30的水进入预热水管38并经过其到达脱气器40。水自预热器30离开时，水是至少约96℃，优选为约97、98或99℃或更高。优选地，脱气器30处于基本上垂直的方向。基本上垂直在优选实施方案中意指与铅锤或真垂直方向间的分歧在0至5度内。在其它实施方案中，基本上垂直可以意指约5至20度的分歧。在其它实施方案中，基本上垂直可以意指约20至45度的分歧。脱气器40的构型一般为圆柱形，优选具有比直径更大的高度。因此，预热水进入临近脱气器顶部42的脱气器40并排出邻近脱气器底部44的脱气器40，由此进入蒸发室50。“邻近”意指在此处或其附近，例如水进入顶部42“邻近”点可以指水在顶部42处或经过其直接进入或者可能指示水在基本上比底部44更接近顶部42的脱气器40区域中进入。

水向下经过垂直取向脱气器40的路径将水置于与脱气器介质45密切接触的流动方式下。在优选实施方案中，脱气器介质包括球形粒子。所述球形粒子优选是玻璃。在备选实施方案中，所述粒子可具有不同组成和/或可以是非球形和/或不规则形状。在下面的标题为DEGASSERAPPARATUS(脱气器设备)的部分中，本文提供关于各种脱气器改进及构型的更具体论述。

来自蒸发室50的蒸汽进入邻近底部44的脱气器40并垂直上升与介质45接触以经过脱气器蒸汽出口46排出邻近顶部42的脱气器。水向下流动经过脱气器40与上升经过脱气器介质45的蒸汽相遇并汽提出基本上全部气体和有机物。下沉预加热水与经过脱气器介质45上升的蒸汽的明显非线性逆流有利于除去挥发性化合物及基本上全部呈气体形式的化合物。有利地且出人意料地，此脱气器40构造及功能也可容许除去水中原本非常难以除去的有机污染物。例如，所述系统可自水中除去异丙醇，对于大部分系统而言，异丙醇是一种特别难以除去的污染物，由于其性质与水性质的相似性。

经过蒸汽出口46离开脱气器40的蒸汽进入废物冷凝器48，在其中它冷凝并流入废物。在备选实施方案中，通过与入口管22、预热器进料管28或预热器30的任一部分进行热交换可实施废物冷凝器48的全部或部分功能，藉助所述作用将来自脱气器废蒸汽的热进行交换以预热入口水。此热量交换具有双重益处：消耗来自系统10的过量热以便此热不会辐射至系统10的局部环境，以及通过在脱气前对预加热入口水提供能量来提高效率。所述热交换构型可包括各种热交换方式。在某些优选实施方案中，通过共轴定向废蒸汽管与预热管可完成热交换。

脱气的水邻近脱气器40的底部44排放到蒸发室50中。蒸发室50优选包括至少两个部分：上段52和下段53。所述部分在部分连接处54连接。在优选实施方案中，蒸发室50一般是圆柱形，上段52比下段53具有更大直径。在某些实施方案中，部分连接54基本上是水平的；而在其它实施方案中，其可具有倾斜取向。在下段53的底部55处，并且与其密切接触的是蒸发室加热元件56。在连接处54或其附近的是蒸发室排放口60。

也包含在蒸发室50之内的是蒸发室清洁介质58。在优选实施方案中，蒸发室清洁介质58是基本上球形的陶瓷粒子59的群。粒子59具有选择的尺寸和密度以容许粒子59即使在受到沸水搅拌时也会保持在蒸发室50底邻55附近，同时具有便于沸腾作用搅拌粒子59的性质，例如，尺寸和密度。同样，蒸发室粒子59优选也具有容许持久磨损底部55同时不会对粒子59或底部55造成有害降解的硬度。在操作时，沸腾作用搅拌粒子59，使其升高进入沸水中。当粒子59受到沸腾作用搅拌及升高时，稍后其会下落，打击蒸发室底部。此连续的上升、降落及打击作用会冲刷蒸发室50底部55进而防止水垢或其它沉积物形成。

位于蒸发室分段连接处54或其上者是蒸发室排放口60。蒸发室排放口60优选位于连接处54或其上以便于排水时蒸发室50处于清洁循环中，水自上段52而非自下段53排出。在一个排水循环后，下段53含有蒸发室清洁介质58及蒸发室水。这提供足够水以在开始另一循环时基本上立即生成蒸汽，所述蒸汽可上升并进入脱气器40中。蒸发室排放口60的构造优选具有足够内部尺寸以便于蒸发室50非常迅速地排水，这可避免沉积物沉淀。而且，蒸发室排放口60优选具有开口，其构造为与蒸发室清洁介质58的粒子59形状不互补。这个设计的非互补性可防止蒸发室清洁粒子59与蒸发室排放口60铰接并干扰正常排水。

选择进入蒸发室50的水流量和/或蒸发室体积以便水在蒸发室50中具有约45分钟的平均停留时间。这样的停留时间大于公认的沸腾灭菌时间从而可杀灭水中的任一生物污染物。蒸发室50还包括蒸发室盖61。蒸发室盖61中的蒸发室蒸汽出口62容许蒸汽排出蒸发室50并进入除雾器70。离开蒸发室进入除雾器的蒸汽基本上不含气体、挥发物和有机物-已经通过脱气器40-且同样基本上不含沉积物、微粒、生物体、矿物质等，条件是基本上全部这些污染物保留在蒸发室50的液体水中而非保留在离开蒸发室50的蒸汽中。然而，这样的蒸汽可含有通过沸腾作用携带入蒸汽相中的少量污染物。因此，离开蒸发室50进入除雾器70的蒸汽需要分离成洁净蒸汽和含有污染物的雾。

除雾器70以旋风分离器原理操作。蒸汽经由除雾器入口室72进入除雾器70。蒸汽自除雾器入口室72流出经过除雾器孔74进入除雾器旋风分离器空腔75中。旋风分离器空腔75基本上是圆柱形且可选择除雾器孔74的形状和取向以引导进入孔74的蒸汽在高速下到达旋风分离器空腔75周边进而产生旋风分离器效应。蒸汽在高速下绕旋风分离器空腔75的轴转动可实现基于洁净蒸汽与污染的雾的密度差的分离。较小密度的洁净蒸汽被迫移向旋风分离器空腔75中心并通过除雾器洁净蒸汽出口76排出旋风分离器空腔75。排出所述出口76的洁净蒸汽流入洁净蒸汽出口管78，同时污染的雾经由除雾器废物出口80排出旋风分离器空腔75。

洁净蒸汽自出口管78流入产物冷凝器90中。在优选实施方案中，产物冷凝器包括具有选定尺寸和组成的盘管以允许有效的热交换。冷凝器排风机94冷却产物冷凝器盘管90和废物冷凝器盘管48。冷凝的洁净蒸汽形成产物水并经由产物管96导向储存罐100中。沿产物管96定位的是三通阀98。在操作中，三通阀98可将产物水导向废物或导向储存罐100。

在典型净化循环中，在蒸发室50升温及填充开始期间-在完全运行所述系统的预加热和脱气功能之前-新循环的开始几分钟涉及在预热器30和脱气器40中升温。最终，所述系统到达容许有效脱气的预加热温度和蒸汽体积。因此，在净化循环升温期间，在完全有效脱气之前，排出蒸发室50的蒸汽可受到残留挥发物和有机物的污染。为避免这些污染物进入储存罐100中，在所述循环的前20分钟内进入除雾器清洁蒸汽出口管78并在产物冷凝器90中冷凝成水的蒸汽通过三通阀98分流到废物。系统升温20分钟后，预热器30和脱气器40完全运行，离开除雾器的洁净蒸汽基本上不含挥发物和有机物，且三通阀切换至容许收集进入储存罐100的产物水。当水没有从储存罐100取出时，所述系统可在约24小时内自开始启动时循环直至罐充满水。如果水在消耗，则所述系统可在约10小时内产生约2.5加仑水。储存罐100具有6加仑可用体积。尽管不需要使用者介入和清洁，但当需要此清洁时，所述系统确实可在收集罐100中为使用者提供选择蒸汽灭菌循环。

所述系统还包括在出口104处维持产物水处于基本上恒定压力下的产物泵102。使用者界面板110包括所述系统的LED显示开/关状态以及各种可选人工控制(若需要)。

控制电路

参照图7辅助该论述。当主电源开关通电时，所述控制电路通过所述罐内的浮动开关测定容纳罐中水位状态。如果所述控制系统确定需要补充容纳罐中的水，它启动水净化程序。

在水净化循环期间，控制电路关闭蒸发室排水阀，打开入口水阀，并接通“处理”灯、蒸发室加热元件、小时计数器及冷却排风机。所述控制电路也通过浮动开关监控蒸发室中水位，并根据需要调节进入水的流量。流量调节通过入口开关，接受来自蒸发室中浮动开关反馈的螺线管，加以控制。作为安全性特征，控制电路也可监控加热器和蒸发室的温度并可在需要时切断加热器电源。

在系统热稳定的预定间隔优选为20分钟后，所述控制电路自动地将净化水输出流从旁路模式切换至容纳罐。当控制电路已确定所述容纳罐充满后，其关闭水净化程序并启动所述系统的自清洁功能。

例如，所述系统的控制电路持续监控容纳罐中水的状态，经由浮动开关的数量和经由电导率的品质这两者。如果水品质变坏，则所述控制电路发出照亮警示灯的信号。如果水量低，则所述控制电路自动如上所述开始处理净化水以补充所述容纳罐。

所述控制电路也可保持对水递送泵的检查，并且会在出现过载或罐中水位过低因而不能可靠地供应纯净水时关闭所述泵电源。最后，所述控制电路也可通过容纳所述系统的底盘中的浮动开关监控所述系统的水泄漏。此开关在所述盘中聚集显著数量水时启动，在此情形中所述控制电路会因为泄漏而关闭整个系统。

实施例1

除去脱气器中非挥发性或挥发性有机物

作为本发明所述实施方案中的脱气器效能的证明，使用输入水中的异丙醇进行测试。对所述系统实施通电以实现所述脱气器完全运行：使所述系统升温以便实现预热功能并将稳态体积的蒸汽自蒸发室递送入脱气器中。将含有4ppm异丙醇的输入水样导向所述系统中且随后定量测试来自此样品的产物水中异丙醇的存在。测得减少约100倍：输出水中异丙醇浓度是约40ppb。

实施例2

除去生物污染物

由于总大肠菌群可相对容易地在实验室中培养，因此此菌作为致病生物存在的主要指示细菌。大肠菌细菌不是致病的(可引起疾病的)生物，并且其仅具有轻度感染性。为此原因，这些细菌可相对安全地在实验室中操作。如果在水中发现大量大肠菌，则非常有可能的是，可能存在其它致病细菌或生物，例如，贾第虫属(Giardia)和隐胞子虫属(Cryptosporidium)。测试公共饮用供水以证明每100毫升饮用水中不存在总大肠菌。总大肠菌细菌的批准测试包括膜过滤、多管发酵、MPN及MMO-MUG(“Colilert”)方法。膜过滤方法使用可截留细菌的微孔过滤器。将所述过滤器置于具有生长丰富培养基(mEndo)的垫上的培养皿中并在35℃下培育24小时。使用所述过滤器收集单独的细菌细胞生长成丘状菌落。所述大肠菌细菌具有金绿色光泽并直接从所述培养皿计数。由于某些其它细菌可形成类似颜色，需要实施使用更具体的培养基的证实测试。所述证实测试程序需要另外24至48小时以完成对可疑阳性总大肠菌试验的测试。

培养入口水样以检测大肠菌细菌的存在。培养100毫升水样并检测大肠菌菌落。在本文所述系统中处理所述入口水，并培养对应测试用产物水100毫升。没有检测到大肠菌菌落，表明产物水不含生物污染物。

脱气器设备细节和备选方案

通常通过加热进入水以升高挥发性化合物的蒸汽压来获得脱气水。在各化合物沸点时，所溶解气体的溶解度降至0且随后所述气体会从水中排出。例如，发现于饮用水中的许多挥发性物质是氯化化合物，所述氯化化合物通常在充分低于水沸点的温度下具有非常大的分压。因此，许多这些物质可通过将水加热至约200至210℉(93至99℃)以实施适当得脱气而从水中除去。然而，所述物质不会立即完全离开水；因此，需要一定的时间以完全除去溶解的气体。

先前脱气器设计(例如，家庭应用中所用水净化系统)的一个难点是其对脱气器中加热水的停留时间控制较少。因此，当过量挥发性物质存在于进入水中时，可能没有提供足够的停留时间以实现所有挥发性物质的脱气。另外，许多脱气器在没有压力控制时操作，当水蒸汽是选择用于实施挥发性组份质量传递以将其排出所述系统的介质时，这可导致过量水蒸汽损失。

脱气器设计的另一个问题是可调整性。虽然大型工业脱气器可在显著压力降及大体积液体和气体的状况下操作以有效地进行质量传递并进而脱气，但是小型脱气器不能很好地按比例缩小且其在日通过量低于10加仑时操作是一个挑战。

需要的是更紧凑型脱气器，其容许额外的停留时间并也能够限制使用点或进入点系统中的废蒸汽量。

在某些实施方案中，提供一种具有同心粒子层的脱气器，其中将内层粒子设置为可在所述粒子间形成相对小的间隔，并且其中外层粒子设置为可在所述粒子间形成相对大的间隔。在各个实施方案中，所述粒子在脱气器中呈现无规则的和结构的填充。所述粒子可由诸如金属、玻璃和塑料等材料制成。所述脱气器在顶部可具有水入口。所述脱气器在顶部可具有废蒸汽出口，并在底部具有加热蒸汽进口和水出口。

在某些实施方案中，提供一种具有可容纳同心粒子层的容器的脱气器设备，其中将内层粒子设置为可在所述粒子间形成小间隔，其中将中间层粒子设置为在所述粒子间形成中等间隔且其中将外层粒子设置为可在所述粒子间形成大间隔。所述中等间隔可使所述系统中的水蒸汽开始从气相冷凝出来，且所述小间隔足够小从而使此过程能连续进行以便水蒸汽转化成液态水。

在其它实施方案中，所述脱气器容器在所述容器的底部外周具有蒸汽进口。蒸汽进口容许加热来自沸腾室的蒸气而进入在外周的容器并加热脱气器内侧的外周。所述容器在所述容器顶部具有其中废蒸汽排出所述系统的蒸汽出口。所述容器在所述容器顶部具有水入口。所述容器在所述容器底部具有净化水出口。例如，所述出水口是位于所述容器底部的中心位置。所述容器中充满粒子。在某些实施方案中，有三种尺寸的粒子且每种既定尺寸的粒子是位于同心区：因此，在这样的实施方案中，有3个同心区，各自具有一种既定尺寸粒子。在优选实施方案中，所述粒子是玻璃珠。在更优选的实施方案中，有三种尺寸的粒子，其中最大尺寸粒子是在所述容器的最外部区中且最小尺寸粒子是在所述容器的最内部区中。在最优选的实施方案中，在所述容器中存在具有8毫米玻璃珠的最外部区或层，具有6毫米玻璃珠的中间区或层及具有4毫米玻璃珠的中心区或层。在某些实施方案中，所述珠子是由钠钙玻璃制成。在这样的实施方案中，20个3毫米珠子可重约0.7克，20个4毫米珠子可重约1.8克，20个6毫米珠子可重约5.7克且20个8毫米珠子可重约14.4克。

某些实施方案包括紧凑的更有效的脱气器。所述脱气器优选采用具有变化孔隙率的同心层以便在容许蒸汽通过的脱气器中形成一个区域，并且形成促进水蒸汽冷凝的另一区域。所述脱气器包含位于所述脱气器内侧的粒子，其对于所述脱气器内侧增加表面积，从而容许待净化的水的更长停留时间。

在某些实施方案中，所述系统的孔隙率通过不同尺寸粒子实现。在这些实施方案中，外层中粒子具有相对大的尺寸以便加热的蒸汽可更容易地通过蒸汽源，例如，蒸发室，进入并经过脱气器。此来自蒸发室的加热蒸汽也可用作绝缘体以保持所述系统内部温度接近沸点。外层较大尺寸粒子内部是中等尺寸粒子层。此中等尺寸粒子层提供足够的渗透率和长的停留时间，容许更高百分比的挥发性物质被脱气。此中等尺寸微孔和粒子层更可能使水从蒸汽冷凝，原因是所述粒子间存在较小的间隔。内部层包括较小尺寸粒子，以便所述微孔可最大程度地充满脱气水，其通过重力流入蒸发室中。

图8阐释典型脱气器单元210的概念。在优选实施方案中，待脱气的进入水或其它液体经过所述脱气器顶部流经进口220。优选地，升温或加热进入的水。水可自由地流动经过其中填充有一系列粒子的脱气器。优选地，所述粒子是玻璃珠。经由来自蒸发室的蒸汽在脱气器中进一步加热进入水。外部粒子230比中间层粒子240大，而中间层粒子240比内层粒子250大。所述珠对于脱气器的中心轴增加的表面积容许更大量的挥发性气体从水中汽提。较大粒子提供区250，通过其可迅速有效地向脱气器中加入加热的蒸汽，而中等和较小尺寸的粒子在脱气器中提供区230和240，其中经汽提蒸汽可冷凝成液体形式并排出脱气器，例如，进入优选位于所述脱气器下方的蒸发室设备中。本领域技术人员应理解：编号230、240和250可以指示所述粒子自身或孔隙区，其在所描绘的实施方案中是由粒子间间隔形成的。

将蒸汽270加入脱气器中，主要是为了向所述系统添加热。各种气体可经过出口280排出所述系统，所述出口优选位于所述单元顶部或附近。由于会导致冷凝蒸汽回到水中的脱气器部分是具有较小粒子间间隔的部分，并且由于此部分是位于所述脱气器中心位置，因此所述排列可使蒸汽循环并加热所述脱气器外部，而所述蒸汽会在所述脱气器中心部分冷凝并排放到下一部分中。本领域技术人员应理解：可改变不同尺寸粒子和不同区的位置。例如，在某些实施方案中，较小粒子是位于所述脱气器外周，中等粒子位于内部且较大粒子位于中心。另外，所述中等尺寸的粒子可位于中心或外周。在这样的实施方案中，蒸汽入口和出口位置及脱气水出口位置优选应相应地重新部署。然而，优选实施方案描绘在图8中。

所述脱气器系统优选是位于所述蒸发室设备邻近。优选地，所述脱气器单元是位于所述蒸发室顶部。这使来自蒸发室的蒸汽从所述蒸发室直接上升进入脱气器中。这也可使来自脱气器的脱气水直接排放到蒸发室中。本领域技术人员应理解：在蒸发室与脱气器之间无需任一明显分隔。在一个实施方案中，仅有保留所述粒子的筛子将脱气器与蒸发室分隔开。

所述粒子可具有任一形状，例如，球形、半球形、无定形、矩形、椭圆形、方形、圆形、多面体性、不规则形状(例如，砂砾形)等。所述粒子表面可随需要而不同，例如，固体、多孔、半多孔、涂层的或结构化的以提供长停留时间等。优选地，所述粒子是球形且无孔的。本领域技术人员应理解：不同尺寸的粒子在其间会具有不同尺寸的间隔(空隙间隔)。例如，较大玻璃球会具有比较小玻璃球更大的间隔。内邻粒子间隔的尺寸可根据粒子尺寸、粒子形状及其它因素而变化。作为一般规律，较大球形粒子通常也会形成具有较大孔隙率的混合物。即，在所述球体之间会有较大间隔。同样，较小粒子会具有较小的空隙间隔，形成一个更易于将蒸汽冷凝成液体水的环境。

所述粒子可由任何适宜材料制成。示例性材料包括但不限于金属、玻璃、复合材料、陶瓷、塑料、石头、纤维素材料、纤维材料等。若需要，可使用材料混合物。本领域技术人员应能够确定用于各具体用途的适宜材料。优选地，所述材料是由玻璃制成。所选材料优选应能够承受长期高温使用而没有明显裂缝、破裂、其它损伤或将毒性材料浸入水中。若需要，所述不同尺寸粒子可由不同材料制成。例如，所述外层粒子可由金属制成，中间层由耐温塑料制成，且中心层由玻璃制成。所选材料优选可抵抗由于加热过程而引起的破裂、锈或裂缝。

本领域技术人员应理解可选择具有任何期望尺寸的粒子。例如，所述外层粒子可具有介于约5毫米至约25毫米间或更大范围内的直径。所述中间层粒子可具有介于，例如，约1毫米或更小至约15毫米或更大范围内的直径。中心层粒子可具有介于，例如，小于约0.1毫米至约10毫米或更大范围内的直径。一般而言，所述直径可介于约0.1毫米至约30毫米范围内。

在优选实施方案中，同心层粒子粒子是玻璃珠，其具有，例如，含有8毫米玻璃珠的最外层、含有6毫米玻璃珠的中间层、及含有4毫米玻璃珠的中心层。外层粒子直径与内层粒子直径的比例可随本领域技术人员所需而变化，外层粒径与内层粒径的比例可以是，例如，约1.1至1,000∶1。

优选地，所述粒子分层是以同心圆方式，其中最小尺寸粒子是位于所述单元中心，而最大粒子最接近所述单元外壁。本领域技术人员应理解，所述圆无需精确且无需必需是同心的。例如，尽管同心圆周可不必具有所描绘的实施方案的所有益处，但是具有可将蒸汽导入较小孔隙率区的大孔隙率区的实施方案可很好地运行并提供本发明的主要益处。在某些实施方案中，通过使用筛子可将不同区域或不同尺寸的粒子保持在离散组中。在优选实施方案中，可通过将其填充到所述容器中将各种尺寸粒子保持在离散组中，其中通过中等尺寸粒子的存在而防止小粒子与较大粒子混合。

若需要，可使用2层或3层以上。例如，可使用4、5、6或7层或更多层。在优选实施方案中，使用3层，各自具有不同尺寸。在某些实施方案中，不是改变所述粒子的尺寸，而是改变所述粒子的其它性质，例如所述粒子的表面性质。另外，若需要，可使用不同尺寸粒子的混合物填充所述脱气器，其中以使填充所述脱气器中心区的粒径逐渐减小的方式实施填充程序。在某些实施方案中，所述层在整个层中填充同质的粒子。在其它实施方案中，所述层是不同种类的且可含有其它形状珠子、粒子、玻璃绒等。粒子的异质性不仅可包括尺寸而且包括，例如，组成、表面特性、密度、比热、润湿性(疏水性对亲水性)、硬度、延展性等。优选地，如上文所述，虽然在本发明某些实施方案中也涵盖非同心排列，但是可呈任何形式的异质性粒子是分布在所述脱气器内的同心环中。

脱气器设备壁及进口/出口可由任一适宜材料制成。示例性材料包括，例如，金属、铝、玻璃、复合材料、耐高温聚丙烯等。优选地，所述壁材料可由不锈钢制成。优选地，所述材料应能够承受长期高温使用而不会出现裂缝、破裂、或将毒性材料浸入水中。

在某些实施方案中，所述脱气器用于为脱气水提供足够停留时间，即使水中含有不能采用的数量的挥发性物质。因此，所述脱气器可用于生产安全饮用水，或用于许多其它用途的低毒性水。

可通过使用本发明方法处理水来除去或减少的挥发性污染物的实例包括但不限于，甲基叔丁基醚，苯，四氯化碳，氯苯，邻-二氯苯，对-二氯苯，1，1-二氯乙烯，顺式-1，2-二氯乙烯，反式-1，2-二氯乙烯，二氯甲烷，1，2-二氯乙烷，1，2-二氯丙烷，乙苯，苯乙烯，四氯乙烯，1，2，4-三氯苯，1，1，1-三氯乙烷，1，1，2-三氯乙烷，三氯乙烯，甲苯，氯乙烯，二甲苯，天然气体，例如，氧气、氮气、二氧化碳、氯、溴、氟、及氢，其它挥发性有机化合物(VOC)，例如，甲酸、乙基肼、甲基丙烯酸甲酯、丁基乙基胺、丁醇、丙醇、乙醛、乙腈、丁胺、乙胺、乙醇、甲醇、丙酮、烯丙胺、烯丙醇、乙酸甲酯、氢氧化铵、及氨等。

在本发明的其它实施方案中，所述脱气器的外层部分也可对所述脱气器体积的内层部分提供有效的隔热，以便使进入水的温度保持在水沸点附近。在某些实施方案中，是根据其热保持能力选择所述粒子自身。如此可节省能量并形成更有效的脱气系统。

在某些实施方案中，本发明的脱气器设计提供稳态路径以将脱气水带入蒸发室中，同时避免过量的蒸汽发出的需要。这是因为蒸汽加热脱气器外壳，并且因为它可在一个区中容易地进入脱气器，同时单独的区容许冷凝和使所述脱气水流出所述系统。通过防止过量的蒸汽发出，可避免所述粒子中可能沉淀盐的问题。

在某些实施方案中，脱气器可以比现用型号更紧凑，因为系统的不同粒径可形成大表面积。然后可以最小化所述脱气器的高度从而产生更紧凑的设计。

在某些实施方案中，与常规脱气器相比，所述脱气器可更有效地自样品除去杂质。例如，在某些实施方案中，图8中的脱气器可自流速高达30毫升/分钟的水中除去40ppm的氯。在某些实施方案中，其可除去流速高达20毫升/分钟的水中的2ppm的氨。在某些实施方案中，其可除去流速高达30毫升/分钟且达其溶解度限值的常见气体，例如空气。

脱气器实施例

实施例3

制备脱气器设备

宽1”×高12”的不锈钢圆柱体配备有不锈钢进水口及不锈钢出气口/出水口，如图8所示(在备选实施方案中，可使用宽1”×高8”、宽1.5”×高8”、或宽3.5”×高12”的装置)。所述单元连接至蒸发室设备顶部。随后使用洁净的球形玻璃珠如下填充所述圆柱体。使用具有约8毫米直径的玻璃珠填充外层区。随后使用具有约6毫米直径的珠填充中间层。然后使用具有约4毫米直径的玻璃珠填充中心区。所述脱气器配备有不锈钢盖单元。加热所述蒸发室并使蒸汽通过脱气器。当脱气器升温时，预加热待处理水且随后将其加入所述脱气器顶部。离开脱气器的水将在其中具有减少量挥发性化合物。当所述装置到达稳定温度时，其几乎完全从含有下列浓度的水中除去气体：40ppm氯，2ppm氨，和在空气中达其溶解度极限的大部分天然气体。

实施例4

使用按比例扩大的脱气器设备来净化饮用水

在2加仑蒸发室系统的顶部装配实施例3的脱气器设备。随后以5毫升/分钟至50毫升/分钟的速率经由预热的脱气器入口泵送待净化的水。(在其它实施方案中，可使用高达数升/分钟)。将进入脱气器的水预热至约100℃的温度。水基本上在处于水沸点下进入所述脱气器。当处理大量水时，脱气器顶部的温度可降低几度(降至98℃)。使用约10至20％进入水通过量作为蒸汽以驱动脱气器，且其约有一半在所述脱气器重新冷凝(虽然蒸汽使用可减少至低于1％的水通过量)。净化水下降进入蒸发室，使其冷却，并取样以测定挥发性污染物水平。通过使用该方法，除去挥发性污染物，并且净化水。

所述单元可以连续操作，因此它可根据对水实施脱气的需要操作足够长的时间。来自脱气器的排放速率根据玻璃珠的填充及尺寸而定，并且可在约1秒至数分钟之间变化。

在某些实施方案中，其实施方案公开在本文中的用于净化水的系统可与其它系统和装置组合使用以提供其它有益性质。例如，所述系统可与公开于下列中的任一装置或方法组合使用：于2005年5月2日提出的标题为SOLAR ALIGNMENT DEVICE(太阳能排列装置)的美国临时专利申请号60/676870；于2005年7月6日提出的标题为VISUAL WATER FLOWINDICATOR(可视水流指示器)的美国临时专利申请号60/697104；于2005年7月6日提出申请的标题为APPARATUS FOR RESTORING THEMINERAL CONTENT OF DRINKING WATER(用于回收饮用水中矿物质含量的设备)的美国临时专利申请号60/697106；2005年7月6日提出申请的标题为IMPROVED CYCLONE DEMISTETR(改进的旋风分离除雾器)的美国临时专利申请号60/697107；于2004年12月1日提出的PCT申请号US2004/039993；于2004年12月1日提出的PCT申请号US2004/039991；和于2003年12月2日提出的美国临时专利申请号60/526,580；将上述申请通过参考全部结合于此。

本领域技术人员应理解，这些方法和装置是用于或可用于实现所述目的并获得所述结果及优点以及各种其它优点及益处。本文所述方法、程序及装置是优选实施方案的现有代表，并且其是示例性的而非意欲作为本发明范围的限制。其中的变化和本领域技术人员会遇到的其它用途是包括在本发明的实质内的并且由公开内容的范围所限定。

对于本领域技术人员明显的是，在不背离本发明的范围及实质的情况下，可对本文所公开的本发明进行各种替换及修改。

本领域技术人员应理解，本文所述本发明的方面和实施方案可相互独立地实施或相互组合实施。因此，个别的实施方案的组合是属于本文所公开的发明范围。

将所有专利和公布通过参考并入本文中，所述引用的程度就如同将具体地及个别地表示的每一个单独的公布通过参考而结合。

在本文中以说明方式阐述的本发明可于缺少未在本文中具体公开的任何一个或多个要素、一种或多种限制的情况下以适宜方式实施。所用术语及表述是用作说明性而非限制性术语，并且在使用这些术语及表述时不欲排除所示及所述特性或其部分的等效物。应理解，可在所公开的本发明范围内进行各种修改。因此，应理解，尽管已经通过优选实施方案及任选特性具体公开了本发明，但本领域技术人员可采用本文所公开的概念的修改形式及变化形式，且这样的修改形式及变化形式被视为属于所述公开内容所界定的本发明范围。

Claims

1.一种水净化装置，该水净化装置包括：进口、预热器、脱气器、蒸发室、除雾器、废物冷凝器、产物冷凝器、废物出口、产物出口及控制系统，其中所述控制系统在无需使用者介入或清洁的情况下使所述净化装置操作经过重复的循环，且其中所述装置能够从污染水样中除去多种污染物类型，包括：微生物污染物、放射性污染物、金属、盐、挥发性有机物及非挥发性有机物；以致所述装置中净化的水的全部污染物类型的水平低于表1中“MCL”栏所示的水平，并且所述污染水样的污染物类型的水平至多是表1中“MCL”栏所示水平的25倍，其特征在于通过所述进口提供入口水；使所述入口水通过所述预热器；通过在所述脱气器中使所述入口水对着反方向气流而逆流以提馏所述入口水的基本上所有的有机物、挥发物、和气体。

2.权利要求1的装置，其中所生成水的体积是在输入水体积的20％与95％之间。

3.权利要求1的装置，其中所述装置在至少2个月使用期间内不需要清洁。

4.权利要求1的装置，其中所述装置在至少1年使用期间内不需要清洁。

5.权利要求1装置，所述装置还包括入口开关以调节经过所述入口的水流量。

6.权利要求5的装置，其中所述开关包括选自由螺线管、阀门和孔组成的组的机构。

7.权利要求5的装置，其中所述入口开关由所述控制系统控制。

8.权利要求1的装置，所述装置还包括停机控制。

9.权利要求8的装置，其中所述停机控制选自由人工控制、溢流控制、罐容量控制、和蒸发室容量控制组成的组。

10.权利要求9的装置，其中所述控制系统是基于来自蒸发室浮标、罐浮标及溢流检测器中至少一个的反馈来控制所述入口。

11.权利要求4的装置，其中所述控制系统是基于来自所述净化装置的反馈来控制所述开关。

12.权利要求11的装置，其中所述反馈是基于选自由下列组成的组的至少一个特征：产物水容器中的水量、经过所述产物出口的产物水流量、水流动时间、无水流动时间、蒸发室中的水量、泄漏检测、蒸发室压力、输出水品质、跨越所述蒸发室的压差、和跨越蒸发室溢流堰浮标的水运动。

13.权利要求12的装置，其中所述输出水品质通过总溶解固体来测量。

14.权利要求1的装置，所述装置还包括流量控制器。

15.权利要求14的装置，其中所述流量控制器包括压力调节器。

16.权利要求15的装置，其中所述压力调节器将水压维持在0kPa与250kPa之间。

17.权利要求15的装置，其中所述压力调节器将水压维持在0至36psi之间。

18.权利要求14的装置，其中所述流量控制器将水流量维持在10与75毫升/分钟之间的速率。

19.权利要求1的装置，所述装置还包括沉积物捕集器。

20.权利要求1的装置，其中所述预热管通过所述蒸发室。

21.权利要求1的装置，其中排出所述预热管的水具有至少96℃的温度。

22.权利要求1的装置，其中所述预热管允许水在所述预热管中的停留时间为至少15秒。

23.权利要求1的装置，其中所述预热管包括盘管。

24.权利要求23的装置，所述盘管具有基本上水平的净流动，且其中通过所述盘管运动的水反复通过水平面。

25.权利要求1的装置，其中所述脱气器是呈基本上垂直的取向，具有上端及下端。

26.权利要求25的装置，其中来自所述预热管的加热水在紧接所述上端处进入所述脱气器。

27.权利要求26的装置，其中所述加热水在紧接所述下端处排出所述脱气器。

28.权利要求25的装置，其中来自所述蒸发室的蒸汽在紧接所述下端处进入所述脱气器。

29.权利要求28的装置，其中所述蒸汽在紧接所述上端处排出所述脱气器。

30.权利要求1的装置，其中所述脱气器包含适用于促进水与蒸汽混合的基质。

31.权利要求30的装置，其中所述基质包括基本上球形的粒子。

32.权利要求30的装置，其中所述基质包括非球形的粒子。

33.权利要求30的装置，其中所述基质包含具有经选择而允许在所述脱气器内均匀填充的尺寸的粒子。

34.权利要求30的装置，其中所述基质包含具有不同尺寸的粒子，其中所述粒子是以尺寸梯度排列于所述脱气器中。

35.权利要求1的装置，其中排出所述脱气器的水基本上不含有机物和挥发性气体。

36.权利要求1的装置，其中所述蒸发室包括至少一个上段和一个下段，且其中所述上段的水平断面具有比所述下段的水平断面更大的面积，且其中所述蒸发室还包括位于所述上段与所述下段之间的连接。

37.权利要求36的装置，其中所述连接是基本上水平的。

38.权利要求36的装置，其中所述蒸发室还包括排放口，且其中所述排放口位于所述连接处或其上。

39.权利要求38的装置，所述蒸发室还包括包含多个粒子的自清洁介质，所述排放口具有开口，所述开口具有不容许所述粒子通过所述排放口的尺寸，所述开口还具有与所述粒子形状不互补的形状。

40.权利要求1的装置，其中所述蒸发室包括自清洁介质，所述自清洁介质用于至少在紧接所述蒸发室加热区的区域中干扰沉淀物的聚集。

41.权利要求40的装置，其中所述介质包括多个粒子。

42.权利要求41的装置，其中所述粒子基本上是球形的。

43.权利要求41的装置，其中所述粒子包含以下特征：通过在所述蒸发室中水的沸腾而允许基本上连续搅拌所述粒子。

44.权利要求43的装置，其中所述特征选自由比重、尺寸、形态、群体数量及组成所组成的组。

45.权利要求41的装置，所述粒子具有选定的硬度，其中所述硬度允许通过所述粒子冲刷所述蒸发室而基本上不侵蚀所述粒子或所述蒸发室。

46.权利要求41的装置，其中所述粒子由陶瓷、金属、玻璃、或石头组成。

47.权利要求41的装置，所述粒子具有大于1.0且小于8.0的比重。

48.权利要求47的装置，所述粒子具有介于2.0与5.0间的比重。

49.权利要求1的装置，所述蒸发室还包括临近所述蒸发室底部的加热元件。

50.权利要求49的装置，其中将所述加热元件设置在临近所述蒸发室底部的蒸发室外部，且其中将所述加热元件连接至所述蒸发室。

51.权利要求49的装置，其中将所述加热元件设置在临近所述蒸发室底部的蒸发室的内部。

52.权利要求1的装置，其中将所述除雾器紧接所述蒸发室的上表面设置。

53.权利要求1的装置，其中来自所述蒸发室的蒸汽在压力下进入所述除雾器。

54.权利要求1的装置，所述除雾器具有压差，其中所述压差是大于等于125Pa且小于等于2500Pa。

55.权利要求1的装置，其中所述除雾器适于经由气旋作用从废蒸汽分离洁净蒸汽。

56.权利要求55的装置，其中洁净蒸汽与废蒸汽的比例大于10∶1。

57.权利要求55的装置，其中所述控制系统调节参数以调整蒸汽品质。

58.权利要求57的装置，其中所述蒸汽品质包括至少一种选自由下列组成的组的品质：洁净蒸汽纯度、洁净蒸汽与废蒸汽的比例、和洁净蒸汽的总体积。

59.权利要求57的装置，其中所述参数包括至少一个选自由下列组成的组的参数：洁净蒸汽出口的凹进位置、跨越所述除雾器的压差、蒸汽入口的流动阻力、和蒸汽出口的流动阻力。

60.权利要求1的装置，所述装置包括用于产物冷凝器的冷却器。

61.权利要求60的装置，其中所述冷却器包括排风机。

62.权利要求1的装置，其中所述产物冷凝器包括盘管。

63.权利要求1的装置，其中产物水通过所述产物出口排出所述产物冷凝器。

64.权利要求1的装置，其中所述废水通过所述废物出口排出所述废物冷凝器。

65.权利要求1的装置，所述装置还包括产物水储存罐。

66.权利要求65的装置，其中所述储存罐包括至少一个控制机构。

67.权利要求66的装置，其中所述控制机构包括至少一个选自由浮标、电导计、和堰浮标组成的组的机构。

68.权利要求1的装置，其中所述控制系统具有延迟，以致在循环开始时，在选定延迟期内没有蒸汽被导向所述产物出口。

69.权利要求68的装置，其中所述延迟期是至少10至30分钟。

70.权利要求1的装置，其中所述控制系统具有至少10分钟的水在所述蒸发室中的平均停留时间。

71.权利要求1的装置，其中所述控制系统具有至少45分钟的水在所述蒸发室中的平均停留时间。

72.权利要求1的装置，其中所述控制系统包括蒸发室冲洗，以致将所述蒸发室中的水迅速排放至废物，允许从所述蒸发室中除去聚集的杂质和沉淀物。

73.权利要求72的装置，其中将所述蒸发室设置成在蒸发室冲洗时，残余体积的水保留在所述蒸发室的下部。

74.权利要求73的装置，其中所述残余水在开始后续净化循环期间为所述脱气器提供初始蒸汽。

75.一种净化水的方法，所述方法包括如下步骤：

提供包含至少一种第一浓度的污染物的入口水来源；

在能够将所述入口水温度升高至90℃以上的条件下使所述入口水通过预热器；

通过在脱气器中使所述入口水对着反方向气流而逆流以提馏所述入口水的基本上所有的有机物、挥发物、和气体；

将所述水在容许形成蒸汽的条件下在蒸发室中保持10-90分钟的平均停留时间；

将蒸汽从所述蒸发室排出到旋风分离除雾器；

在所述除雾器中从含有污染物的废物分离洁净蒸汽，以使洁净蒸汽的收率是来自所述除雾器的废物收率的至少4倍；

冷凝所述洁净蒸汽以生成净化水，所述净化水包括至少一种第二浓度的污染物，其中所述第二浓度低于所述第一浓度。

76.权利要求75的方法，其中所述至少一种污染物包括选自由下列组成的组的污染物：微生物、放射性核素、盐及有机物；且其中所述第二浓度不大于表3中“MCLG”栏所示的浓度，且其中所述第一浓度是所述第二浓度的至少10倍。

77.权利要求75的方法，其中所述第一浓度是所述第二浓度的至少25倍。

78.权利要求75的方法，其中所述气体选自由蒸汽、空气及氮气组成的组。

79.权利要求75的方法，其中将所述方法步骤自动重复至少3个月而无需清洁或维护。

80.权利要求75的方法，其中将所述方法步骤自动重复至少1年而无需清洁或维护。