CN102548904B - 水净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水净化装置和水净化方法，特别涉及水净化装置，其能够用作重力供料系统或者适用于连接到自来水供水。它是单室水净化装置，其能够将受控剂量的生物杀灭剂投配到水中，并且具有充当了过滤器-附带-清除器的过滤单元。这种水净化装置提供了相对于现有技术的几个优点，特别是在降低装置复杂性方面的优点，因此使得它更经济，并且降低了可置换的零件的数目，而不影响微生物安全性或者流速方面的性能。所述系统的另外一个优点是它能够适用于固体和液体生物杀灭剂。

Description

水净化装置
技术领域：
本发明涉及水净化装置和水净化方法，特别涉及水净化装置，其能够用作重力供料系统或者用于连接到自来水供水（main water supply）上。
已经开发了本发明来主要用于饮水应用，并且将在下文中参考这种应用来描述。但是，应当理解本发明不限于这种具体的应用领域。
发明背景和现有技术：
在整个申请文件中对于现有技术的任何讨论决不应当认为承认了这样的现有技术是公知的或者形成了所述领域的普通知识的一部分。
世界上大部分人居住在这样的国家，在这里卫生的饮用水严重短缺。人们不得不直接依赖地下水源例如井，池塘和河流。通常这些水源被污水，工业排出物和农业副产物例如农药残留物所污染。为了水的微生物安全，WHO推荐了6log的除菌（6 log removal of bacteria），4log的除病毒和3log的除孢囊。通过使用化学消毒(例如通过与卤素接触)或者辐射基消毒(例如通过曝露于紫外辐射)可以将细菌和病毒除去到所需的程度，这些消毒方法没有达到3段除孢囊。
可以使用重力供料装置，在这里使用过滤与生物杀灭剂作用相结合能够实现6段除菌，4段除病毒和3段除孢囊。重力供料装置在不存在加压的和运行的水时起作用。
WO2005095284(Unilever，2005)公开了重力供料水净化系统，其包含过滤单元，该过滤单元适用于分离输入水中的微粒和可溶性材料，和其处于炭块的形式，并且通常具有附加的非织造织物过滤器，所述重力供料水净化系统还包含化学品分配单元，以使得在水遇到通过化学品分配单元所分配的生物杀灭剂之前，离开所述过滤单元的水的流速通过流量控制装置来控制，该水其后在保持室中保持预定的时间，然后通过清除装置（scavenger means）离开该水净化系统，该清除装置适用于将所分配的生物杀灭剂和它的副产物与所离开的水分离。这种装置是相对复杂的，具有许多可替代零件。
WO07000238(Unilever，2007)公开了水净化装置，该装置包含上部室和下部室，其包含出口装置(用于收集净化的水)和过滤介质(用于除去悬浮的颗粒和溶解的有机物)。与其整合的生物杀灭剂系统是这样的装置，其可以分配单位剂量的生物杀灭剂，并且水可以供给到生物杀灭剂能够分配到其中的室中。这种装置仅仅设计来用于固体生物杀灭剂，并且不能适用于液体生物杀灭剂。使用固体生物杀灭剂的缺点是它们在曝露于空气时会降解。
WO08083896(Unilever，2008)公开了重力供料水净化装置，其可以整合受控剂量的液体生物杀灭剂。该装置使用投配通道，其包含文氏管，在这里顶部室与底部室流体连通，并且水可以从顶部室流到底部室。这种系统中的水必须高速流动，并且投配(dosing)速率取决于水流速率。该生物杀灭剂的投配是通过液体投配管排出端的负(吸入)压来产生的，其是通过水流过文氏管来引起的，该文氏管以气密方式连接到所述管的排出端。所述含有液体生物杀灭剂的隔室（compartment）中的空气压力在这种情况中处于大气压力，其通过它的排出端处的负压来“吸出”所述隔室含有的生物杀灭剂。在实践中，文氏管基投配系统对于物理尺寸是非常敏感的，并且剂量的控制是更困难的。该系统需要消耗许多构造材料，因此使得它很昂贵。
本发明人已经能够设计新的生物杀灭剂投配系统，其归因于在生物杀灭剂投配隔室内所产生的正压力。这种投配系统对于物理尺寸是相当不太敏感的，这能够改进生物杀灭剂剂量的控制。另外现有技术中所用的窄的文氏管由于差品质的输入水而堵塞，这种风险在本发明所公开的投配系统中得以消除。
现在已经可以开发单室水净化装置，其能够将受控量的生物杀灭剂投配到水中，并且提供过滤单元，其充当了过滤器-附带-清除器（filter-cum-scavenger）。这种水净化装置提供了相对于现有技术的几个优点，特别是在降低装置复杂性方面的优点，因此使得它更经济，并且降低了可置换的零件的数目，而不影响微生物安全性或者流速方面的性能。所述系统的另外一个优点是它能够适用于固体和液体生物杀灭剂。
本发明的一个目标是克服或者改进现有技术的至少一种缺点。
本发明的目标是提供一种水净化装置，其不太复杂，并且因此使得它的构造方面更经济。
本发明的另一目标是提供水净化装置，具有降低数目的可替换零件，因此使得它的构造方面更经济。
本发明的另一目标是提供水净化装置，其能够适用于固体和液体生物杀灭剂二者。
本发明的另一目标是提供水净化装置，其能够用作重力供料装置以及适用于联机系统（inline system）。
发明内容：
根据本发明，这里提供水净化装置，其包含：
i.水净化室，其包含具有入口和孔口（porthole）的填充杯，所述位于该水净化室顶端的填充杯通过孔口与水净化室流体连通；
ii.在连接填充杯和生物杀灭剂分配盒的管中产生的正空气压力使得该生物杀灭剂从该生物杀灭剂分配盒通过该生物杀灭剂分配口分配到水净化室中，该生物杀灭剂分配盒与生物杀灭剂存储隔室和生物杀灭剂分配口流体连通，和所述的水净化室是通过过滤器来与纯水排出室流体连通的，该纯水排出室包含排水机构。
根据本发明的另一方面，这里提供净化水的方法，其包括：
i.将水填充到具有孔口的填充杯中，来在管中产生空气压力；
ii.将液体生物杀灭剂从该生物杀灭剂分配盒中排到该水净化室中；
iii.通过启动该排出机构，来在该纯水排出室中产生空气压力；
以使得水从该水净化室在通过过滤器之后，收集到纯水排出室中。
术语“包含”不表示限制于任何随后所述的元件，而是包括主要或者次要功能作用性的非规定的元件。换句话说，所列出的步骤、元件或者选项不必是穷举的。在任何使用措词“包括”或者“具有”之处，这些术语表示等同于上述的“包含”。
附图说明：
图1是本发明的水净化装置的实施方案。
图2是本发明的水净化装置的另外一种实施方案，表示了作为排出机构的风箱（bellows）。
图3是本发明的净化装置的仍然另外一种优选的实施方案。
图4是本发明净化装置的仍然另外一种优选的实施方案，具有虹吸管机构。
具体实施方式：
因此本发明提供水净化装置，其包含：
i.水净化室，其包含具有入口和孔口的填充杯，所述位于该水净化室的顶端的填充杯通过孔口与水净化室流体连通；
ii.在将填充杯和生物杀灭剂分配盒相连的管中产生的正空气压力使得生物杀灭剂从该生物杀灭剂分配盒通过该生物杀灭剂分配口分配到水净化室中，该生物杀灭剂分配盒与生物杀灭剂存储隔室和生物杀灭剂分配口流体连通，和所述的水净化室是通过过滤器来与纯水排出室流体连通的，该纯水排出室包含排水机构。
生物杀灭剂可以作为固体或者液体形式来提供。当它是固体形式时，所述装置经设计以溶解正确量的固体，来在该生物杀灭剂分配盒中提供正确量的液体生物杀灭剂。该生物杀灭剂优选是选自任何的卤素释放性化合物，并且优选氯释放性生物杀灭剂，包括氯化磷酸三钠，次氯酸钠或者钾或者钙，本领域已知的用于释放活性氯的不同的N-氯化化合物例如二氯异氰尿酸钠或者二氯异氰脲酸钾，三氯氰酸，单氯胺，二氯胺，[(单三氯)-四(单钾二氯)]五异氰脲酸酯（[(monotrichloro)-tetra(monopotassium dichloro)] pentaisocyanurate），1,3-二氯-5,5-二亚甲基乙内酰脲（1 ,3-dichloro-5,5-dinnethylidanotone），氯胺T，对甲苯-磺基二氯酰胺，三氯蜜胺，N-氯胺，N-氯代琥珀酰亚胺，Ν,Ν'-二氯代偶氮二碳酰胺，N-氯代乙酰基-脲，N，N-二氯代偶氮-二碳酰胺，N-氯代乙酰基-脲，N,N-二氯缩二脲（N,N-dichlorbiurile），氯化双氰胺。
能够用于本发明的装置中的合适的液体生物杀灭剂包括次氯酸钠，二氯异氰酸钠，碘，季铵化合物或者戊二醛的水溶液。最优选的液体生物杀灭剂是次氯酸钠的水溶液。当次氯酸钠是所用的液体生物杀灭剂时，它在该生物杀灭剂存储隔室中以0.01-50重量%，更优选1-20重量%的在水中的浓度添加。使用本发明的装置，可以在水净化室中获得0.5-100ppm重量，更优选1-50ppm重量的在水中的生物杀灭剂浓度。
该过滤器-附带-生物杀灭剂（filter cum biocide scavenger）清除器优选包含活性炭块过滤器介质。该活性炭块过滤器介质包含粉末活性炭(PAC)和粘合剂，将其充分混合，并且通过压力和热处理来制成块。该PAC优选是选自烟煤，椰子壳/木炭，石油焦油。优选所用的PAC具有小于2，或者更优选小于1.5的尺寸均匀性系数，四氯化碳值超过50%，更优选超过60%。
该过滤器附带生物杀灭剂清除器进一步提供有微粒过滤器，其是单或者多层无纺纤维状-织物过滤器，其中最外层是打褶的。该过滤器可以交替地包含打褶的和螺旋缠绕的织物过滤器的组合。
特别优选的碳块过滤器介质是GB2390987中所公开的这些，更优选公开在我们共同待决的申请320/MUM/2004中。该共同待决申请描述了用于重力供料过滤器的碳块过滤器介质，包含粉末活性炭(PAC)和粘合剂材料，该粉末活性炭具有使得95wt%的颗粒通过50目和不大于12%的颗粒通过200目的粒度，该粘合剂材料的熔体流速(MFR)小于5。进一步优选的碳块过滤器介质在较低的50vol%（lower 50 volume%）的该碳块过滤器介质中具有55-80wt%的粒度是100-200目的PAC颗粒。
所述排出机构可以是水龙头（tap）或者风箱启动的手压泵，在随后进行讨论。
本发明现在将借助于图1-4中的本发明水净化装置具体的非限定性的例子来说明。
附图说明：
图1是本发明的水净化装置的一种实施方案。该装置具有包含填充杯(2)的水净化室(1)，该填充杯(2)具有小的孔口(11)，其优选处于该填充杯的底部，来确保填充杯中的水在延长的时间范围内排出。该孔口的孔径明显小于该填充杯的入口，这将确保水从该填充杯通过所述口排出的速率明显慢于用户填充所述杯子的速率。该水净化室具有盖（cover）(8)开口，其将允许用户在该填充杯位于水净化室顶部时将水倾倒到该填充杯中。该水净化室用于接收输入水的入口与填充杯的入口成一直线，以使得基本上全部的输入水流入到该填充杯中。它还经设计使得该填充杯中的填充使得水溢流到该水净化室中。这里存在着管(3)，连接填充杯和生物杀灭剂分配盒(4)，该分配盒与生物杀灭剂存储隔室(6)和生物杀灭剂分配口(5)流体连通。在水净化室下面提供了纯水排出室(9)来接收净化的水。该水净化室中的输入水在用生物杀灭剂处理后通过过滤器-附带-生物杀灭剂清除器(7)进入到纯水排出室中。该过滤器位于分隔该水净化室和纯水排出室的隔壁上。该过滤器有助于除去残留的生物杀灭剂，有机物，任何悬浮的脏物和颗粒物质和残留的微生物。净化的水可以从该纯水排出室通过排出机构(10)排出。该排出机构是连接到纯水排出室下端的水龙头。
当水通过水净化室的入口流入到填充杯中并且填满其时，填充杯中的水量在所述管中产生了空气压力，并且使得该生物杀灭剂能够通过该生物杀灭剂分配口从生物杀灭剂分配盒排出到水净化室中。
图2是本发明的水净化装置的另外一种实施方案。该水净化室(1)具有盖子，其具有垂直高于填充杯的入口，以使得水倾倒流入该填充杯(2)中，随后填充该水净化室。随着填充杯中水平面的升高，在管(3)中形成气穴（air pocket），并且当水平面达到顶端2时，该管中的空气压力足以将几滴液体生物杀灭剂从该生物杀灭剂分配口(5)分配到水净化室(1)中。进一步添加水到填充杯中由于溢流而导致该水净化室填满，并且其还导致了液体生物杀灭剂在整个水净化室中的均匀混合。在生物杀灭剂与水混合后，这里提供了过滤器-附带-生物杀灭剂清除器(7)。来自水净化室的水将通过该清除器，并且蓄积在纯水排出室(9)中。图2提供了相比于图1的不同分配装置。图中的区域(13)依靠管连接到纯水排出室上。区域(13)包含止回阀和风箱。通过压该风箱，能够将纯水从提高的分配水龙头(10)中分配。该提高的排出点具有几种使用中的优点，其之一是该装置不需要置于平台边缘。在压迫风箱时，作为其结果将在纯水排出室中产生压力，来自纯水排出室的水能够通过过滤器返回到水净化室(1)中。为了防止这种情况，在过滤器-附带-生物杀灭剂清除器(7)底部这里提供了止回阀(12)。归因于这种止回阀，通过泵送所述风箱而产生的压力将帮助将水从提高的分配水龙头进行分配。
该生物杀灭剂存储隔室具有开口，通过其可以置换生物杀灭剂。当使用液体生物杀灭剂时，该生物杀灭剂存储隔室的填充导致了生物杀灭剂分配盒被填满。可替代的，该生物杀灭剂存储隔室可以是可置换的气密“瓶”，其与该生物杀灭剂分配盒流体连通，类似于在液体存储器上面的封闭的倒转瓶。这确保了仅仅当生物杀灭剂在该生物杀灭剂分配盒中的水平下降到低于倒转的生物杀灭剂存储“瓶”的最低部分的水平时，液体生物杀灭剂才从存储“瓶”中排出。
图3代表了另外一种优选的实施方案的水净化器。水净化室(1)，填充杯(2)，过滤器-附带-生物杀灭剂清除器(7)，生物杀灭剂分配口(5)，生物杀灭剂分配盒(4)，纯水排出室(9)每个保持与图2相同。在图3中，在过滤器-附带-清除器底部没有止回阀，同样在区域14中没有风箱。区域14仅仅具有通风孔，其连接到纯水排出室。通过打开该通风孔，可以将水从水龙头(10)中排出。该空气通风孔的开口是手动操作的或者是通过计时器启动的。提供通风孔(14)来控制水在具有该生物杀灭剂的水净化室中的停留时间。通过控制该停留时间，可以获得期望纯度水平的水。
图4代表了水净化装置的另外一种实施方案，表示了提供在它的底部内部区域中的水净化室(1)，过滤器室(15)包封着过滤器-附带-生物杀灭剂清除器(7)。该过滤器室具有水密盖（water-tight cover）(16)和空气通风孔(17)。提供虹吸管排出机构(18)来与水净化室和过滤器室有效连接，以使得水仅仅通过该虹吸管排出机构从该水净化室流入到过滤器室中。空气通风孔使得虹吸管排出机构通过用于空气离开过滤器室的向上导向通道来运行。从过滤器室离开是通过过滤器-附带-生物杀灭剂器，而水进入过滤器室是通过虹吸管排出机构发生的。水密盖确保了水仅仅通过虹吸管进入过滤器室。当水净化室(1)填满到虹吸管的最高水平时，该虹吸管开始将水排出到过滤器室中。随着水和生物杀灭剂填充该过滤器室，水流过了过滤器-附带清除器，其除去了水中的胶体杂质以及残留的生物杀灭剂，并且将水排出到纯水排出室(9)中，没有生物杀灭剂的纯水是通过分配装置例如水龙头(10)由纯水排出室获得的。
将水倾倒到填充杯(2)中来填充所述装置。该装置盖子(8)具有垂直高于填充杯的开口，以使得对用户来说显然水必须通过它来填充进去。
随着填充杯中水平面的升高，在管(3)中形成了气穴。这个压力被传输到分配盒(4)中。当水平面达到填充杯顶部时，气穴中的空气压力足以将几滴液体生物杀灭剂从生物杀灭剂分配盒通过生物杀灭剂分配口(5)分配到水净化室(1)中。进一步将水加入到该填充杯中，来由于溢流填满水净化室，其还导致了液体生物杀灭剂在整个水净化室中的均匀混合。
生物杀灭剂分配盒是与生物杀灭剂存储隔室(6)流体连通的，这样防止生物杀灭剂存储隔室中的液体生物杀灭剂通过真空流出。在填充杯底部具有小的开口，提供其来确保填充杯能够随时间排出。填充杯底部的孔的排出速率确保了该排出速率明显慢于用户能够填充该杯子的速率。它还确保了在接下来的重新填充过程中形成了气穴，由此确保了超过几升水的平稳运行。
实施例：
实施例1
i.测试水：
将具有1000ppm的TDS和15ppm的TSS的测试水用于测试本发明的图4所述的水净化装置的效率。
ii.微生物安全性评价。
向5升表1所示的测试水中，加入E.coli ATCC10536储液和MS2噬菌体储液的培养物，来获得Log10(输入数/100ml)：7.25 log的E.coli和5.96 log的MS2。将该水通过所述装置，并且在通过100ml(样品1)和3 L(样品2)之后收集输出的水，该样品是使用用于E.coli和ATCC Medium #271的标准Sterile MacConkey's Agar Medium来测试的：Escherichia培养基与MS2的合适的宿主。数据表示在表2中。
表2
有机体 样品号 Log减少
E.coli    
  样品1 7.25
  样品2 7.25
MS2    
  样品1 5.96
  样品2 5.96
上述数据表明所述装置有效的除去了微生物和将水净化到适于饮用目的水平。
应当理解本发明的水净化装置不太复杂，具有减少数目的可替换零件，并且因此使得它在它的构造方面更经济。

Claims (13)

1.水净化装置，其包含：
水净化室(1)，和
生物杀灭剂分配盒(4)，其与生物杀灭剂存储隔室(6)和开口于该水净化室(1)中的生物杀灭剂分配口(5)流体连通；
其中该水净化室(1)通过过滤器(7)与包含排水机构(10)的纯水排出室(9)流体连通，和
其特征在于
 · 该水净化室(1)包含具有入口和孔口(11)的填充杯(2)，由此该填充杯位于该水净化室(1)的顶端并通过该孔口(11)与该水净化室(1)流体连通；
 · 该装置还包含连接该填充杯(2)和生物杀灭剂分配盒(4)的管(3)；
并且其中，将该管(3)和该生物杀灭剂分配盒(4)连接，使得当在运行中时由该管(3)在生物杀灭剂分配盒(4)中产生的正空气压力导致生物杀灭剂通过该生物杀灭剂分配口(5)从该生物杀灭剂分配盒(4)分配到该水净化室(1)中。
2.权利要求1所要求的水净化装置，其中该水净化室(1)具有适于接收输入水的入口(8)，其中该入口(8)与该填充杯的入口(2)在垂直方向上成一直线，使得通过运行基本上全部的输入水流入到该填充杯(2)中。
3.权利要求1或者2所要求的水净化装置，其中该填充杯(2)的孔口(11)的孔径明显小于该填充杯(2)的入口。
4.前述任一权利要求所要求的水净化装置，其中将该过滤器(7)装入到包含空气通风孔(17)的过滤器室(15)中。
5.权利要求4所要求的水净化装置，其中该水净化室(1)是通过虹吸管排出机构(18)与该过滤器室(15)有效连接，其中该虹吸管的入口与该水净化装置(1)连通，该虹吸管的出口与该过滤器室(15)连通，并且由此该入口以在垂直方向上高于该出口的水平设置，使得当在运行中时水通过该虹吸管排出机构(18)从该水净化室(1)流入到该过滤器室(15)中。
6.前述任一权利要求所要求的水净化装置，其中该过滤器(7)包含活性炭块过滤器介质。
7.前述任一权利要求所要求的水净化装置，其中该过滤器(7)包含单或者多层的打褶的或者非打褶的织物过滤器，其中该织物包含无纺聚合物纤维。
8.前述任一权利要求所要求的水净化装置，其中该过滤器(7)是复合过滤器，其具有无纺织物层和结合的活性炭组件。
9.前述任一权利要求所要求的水净化装置，其中该生物杀灭剂存储隔室是可替换的气密倒转“瓶”，其与该生物杀灭剂分配盒流体连通。
10.通过权利要求1所要求的装置来净化水的方法，其包括：
i. 将水填充到具有该孔口(11)的该填充杯(2)中，来在该管(3)中产生空气压力；
ii. 将液体生物杀灭剂从该生物杀灭剂分配盒(4)通过该生物杀灭剂分配口(5)排放到该水净化室(1)中；
使得水从该水净化室(1)在通过该过滤器(7)之后收集到该纯水排出室(9)中。
11.权利要求10所要求的净化水的方法，其中在步骤(i)中在该管(3)中形成气穴。
12.权利要求10或11所要求的净化水的方法，其中通过真空防止在该生物杀灭剂存储隔室(6)中的液体生物杀灭剂流动。
13.权利要求10-12中任一项所要求的净化水的方法，其中该生物杀灭剂存储隔室(6)是可替换的气密倒转“瓶”，其与该生物杀灭剂分配盒(4)流体连通，由此仅当生物杀灭剂在该生物杀灭剂分配盒(4)中的水平下降到低于该倒转的生物杀灭剂存储隔室(6)的最低部分的水平时，该液体生物杀灭剂才从该生物杀灭剂存储隔室(6)中排出。
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