CN1026661C - 过滤器 - Google Patents

Abstract

一种用于处理水使之可饮用的过滤器，对应急情况具有特殊价值，包括产生外多糖、支承于一渗水材料上的格兰氏阴性细菌；所述支承材料对微生物和人体无毒，可耐受-15℃～+65℃的温度且不易生物降解。所述过滤器可冷冻干燥以使之可贮存至使用之时，然后加入水而重新活化。该过滤器可代替慢速砂子过滤器的表面层。

Description

本发明涉及一种用于水处理使之可饮用的过滤器，在要求尽快获得微生物安全水的紧急情况下以及消毒剂不易获得或不能连续供应或者消毒剂不能接受的情况下更显出其特殊价值。

几乎所有水处理设备都有将待处理水通过砂子过滤这一主要特征，砂子过滤过程有两种主要类型即慢速和快速过滤，两者的名称反映了液流流过过滤媒质的相对速率。但这两种砂子过滤法的水处理过程还有着工作过程上的根本差别。

对于快速砂子过滤装置而言，水首先在絮凝池中处理以凝聚细的悬浮杂质（包括许多有害的微生物体），之后凝聚的大颗粒杂质在沉淀池中除去。经以此方式预处理的水可以以一较快的流动速率通过砂子过滤，而在慢速砂子过滤中就没有这种预处理过程。

在慢速砂子过滤装置中，杂质特别有害微生物的去除，不仅借助砂粒上层的物理过滤，而且还借助于在砂粒上层上生长的微生物的过滤作用。这一层微生物就是人所周知的“罩盖”（“Schmutzdecke”）层，它的形成大概需要几个星期的时间，在慢速砂子过滤器中这一罩盖层对生产高质水起着关键的作用。

在需要供给安全饮用水，而诸如消毒剂等化学处理剂不容易获得的紧急情况下，人们只能求助于慢速砂子过滤装置，然而，所需的罩盖层的生成要这么长的时间，因此，慢速砂子过滤器至今尚未完全适用于应急状况。

综上所述，本发明的目的是提供一种过滤器，它适用于紧急或其它情况并可在若干小时之内就可以实现安全水的供给。

根据本发明的过滤器包括支承在一渗水材料上、能产生外多糖的格兰氏阴性细菌;所述渗水材料对微生物和人体无害，可耐受-15℃-+65℃的温度且不易生物降解。这种新颖的过滤器可用作慢速砂子过滤器中传统的罩盖层之替代物，能在比形成罩盖层短得多的（几分之一的）时间内制备可饮用水。

在根据本发明的一最佳实施例中，所述过滤器在细菌附着在渗水材料上之后进行冷冻干燥，然后对冷冻干燥后的成品进行真空包装以防潮湿并贮存供随时使用。当紧急情况产生，迫切需要可饮用水时，此成品可借助水的加入而在几小时内重新活化然后进行支承而加以应用，以慢速砂子过滤装置的方式将水净化。

所述本发明过滤器中的产生外多糖的格兰氏阴性细菌是属于罩盖层中所有的那种细菌类型，也就是说它们是自然地产生在标准慢速砂子水过滤装置中的生物膜层中的细菌，尤其在过滤媒质表面的5cm区域之内、特别是在2.5cm范围内。这种自然产生的细菌能在低营养浓度条件下大量生产呈粘性或胶凝性材料的多糖。本发明中所用细菌可以是罩盖层细菌之混合也可以是纯培养的单菌株，各单菌株可以单独使用或混合使用。适用的细菌包括囊泡假单胞菌（pseudomonas    vesicu-laris）的菌种，如NCIB40121，胶团菌分枝（zoogloea    ramigera）如ATCC25935或NCIB10340;假单胞菌种（pseudomonas    Sp.）如NCIB11264，georgiopolitanum;无色杆菌，例如ATCC23203，产生非病原藻酸盐的囊泡假单胞菌如Pseudomonas    mendocina，例如NCIB10541。

对根据本发明的过滤器特别适用的细菌是那种在众所周知的慢速砂子过滤装置的表面上的生物膜中占主导地位的微生物菌群部分，其保存号为NCIB40121。该菌有如下性能，即在培养基A（见下述）上无色素（unpigmented）地迅速的生长，以及在培养基B（见下述）上生产大量多糖粘质，多糖粘质既可在液体媒质也可在用1.5% 的凝固的琼脂培养基产生，没有或只有极少量细菌在高浓度校准细菌营养琼脂培养基上生成，也不在Mc    Conkey琼脂培养基上生成。在前面以及后面叙述中，培养基A是M-Lab    Ltd.公司的营养液体培养基产品，浓度为2.5g/l（克/升），内含1.0g/l葡萄糖。培养基B是浓度为2.5g/l的营养液体培养基，内含10.0g/l葡萄糖。

所精选的细菌或其混合被支承在一种具有前述特征的渗水材料上，该材料应该是不容易生物降解的，但生物降解较慢例如在本过滤器使用寿命期间（一般为3-6个月）生物降解较慢的材料也可适用于本目的。材料最好能抗紫外线照射以使其能在长期强日光照射下使用，为使微生物移生在其表面，材料表面不应高度抛光或光滑。当然，所选的渗水材料应难溶解或不溶于水液中。

渗水材料可有多种形式，它可以是刚性或可压缩的多孔材料，诸如膨胀聚合物材料，或纤维垫块如椰丝纤维垫块，或是非纺织织物如纸状产品，或是纺织品如棉或纤维材料织物。一种合适的膨胀材料它如以（Spontex公司的）商标、“Spontex”出售的纤维泡沫塑料（海绵）。当采用这种类型的柔韧材料时，它可以以卷起和/或压缩状态贮存或运送。一种合适的非纺织织物材料为以“Vilene”商标销售的产品，它作为裁缝师使用的材料出售，这种“Vilene”薄片材料可以单层或多层使用，或夹以其它材料以利支承。

假如所选择渗水材料是多孔的，它应该是开孔的。平均孔径在浸渍细菌之前和之后最好都不小于10μm。更好一点的是在浸渍细菌前平均孔径为至少20μm，特别是至少为50μm的。孔径及孔密度两者均与待净化水流过过流器的速率有关，在选择使用渗水材料时应考虑到这一点，按此意图，选择70-90%甚至更高的孔隙率是最好的。

如果过滤器要冷冻干燥，那么一般用于冷冻干燥法的条件可用于此目的，浸渍的材料最好在-70℃或更低的温度下冷冻，接着在 真空条件下（最好是1torr或更低真空压力下）将水通过升华除去。冷冻干燥以后，已浸渍的材料被密封在任何不透水的材料（如-合成聚合材料）中。当冷冻干燥的材料需要投入使用时，打开真空密封，加入水，其结果是在数小时（如6-8小时）内微生物即可被重新激活而付诸使用。为促进冷冻干燥微生物的再活化及生长，微生物营养可在冷冻干燥步骤之前注入已浸渍的材料中，或者可加入用于再活化的水液中。

为使用根据本发明的过滤器，它可接触放置在一砂床或其它过滤支承媒质上，然后待净化水依次流经过滤器和过滤支承媒质，例如，过滤器可水平放置在一砂床上，或者垂直地装在一个或多个刚性多个支承媒质上，为这一目的合适而简单的结构和附图所示。其中：

图1是过滤装置第一实施例的纵剖图;

图2是图1过滤装置的俯示图;

图3是过滤装置第二实施例的纵剖图;

图4是图3过滤装置的俯示图。

如图1、2所示地过滤装置的俯示图呈正方形状（如一米见方），高度比宽度稍大（可为1.5m），它由玻璃增强塑料制成的凸缘壁板构成，可从便于运输和搬运的包装中拿出，现场安装在一支承底座10上，由边壁11形成的装置下部分为砾石或相似材料构成的聚水系统12，其上方为砂子构成的支承媒质。

根据本发明的过滤器14为柔韧、渗水材料上的细菌层，该材料支承媒质13上。过滤器14的边缘密封夹持在侧壁11和上侧壁15的凸缘之间，过滤装置的水位16由一溢水管17控制。

过滤装置使用时，待处理水由进水管18引入水箱的上部分并渗透过过滤器14及支承媒质13至聚水系统12，可饮用水通过一配有阀门的输出管19放出。假如使用中过滤器14被堵塞，则可以很 容易地用新的过滤器加以替换。

图3、4所示的过滤装置设有垂直的过滤板，水以水平方向从一进口20穿过过滤板流至出口21，水位由一溢流管22控制。该过滤系统由根据本发明的过滤器23构成，其边缘安装夹固在能渗水的（多孔）支承媒质块24上并垂直间隙分布于水箱中。

对图3、4所示的过滤装置而言，当过滤器最后堵塞时，过滤器及与之相连的支承块24可方便地更换而无需将整个过滤装置全部中断供水。

图中所示的两种过滤装置实验运用中，致病的微生物均在被支承的细菌（层）再活化后数小时内就较好地清除。

下面借助范例对本发明作进一步的描述。范例中描述了根据本发明的过滤器的两个实施例的制备以及用过滤器使污水洁净的过程。在两实施例中，所用细菌是上述特制优选的细菌并可由保存号DepositNo.NCIB41121加以鉴别（验明）。

例1

所述保存培养基是上述以1.5%（W/V）琼脂固化的培养基B。如欲长期贮存，以30℃的温度在保存培养基上生长了48小时的细菌被悬浮于含有甘油（20%W/V）的培养基B中，并贮存于一温度为-70℃的螺盖瓶中。在所有情况下，都将在120℃加热（高温高压）消毒15分钟的葡萄糖加进以同样方法分开消毒过的培养基之中。

a    培养液的生长

产生粘液的细菌由一保存盘转入（移植入）容量为250ml锥形瓶中的50ml培养基A中并在100rpm30℃下在一摇动培养器中孕育16小时;用这一培养物接种（同一培养基）50ml（2%Vol/Vol），如上培养6小时。

b.渗水材料的接种及细菌的生长

由纤维素泡沫材料制成、以商品名称“Spontex”销售的消毒盘（直径5cm）在高压釜的121℃的蒸馏水及压力下清洗，在上述培养液中相同条件下培养3小时，所接种的过滤盘无菌地放入容量为250ml锥形瓶中的50ml培养基B内，并在30℃、100rpm条件下于一作圆周运动的培养器中培养至有足够量粘性物膜生成以给水流提供阻力，从而使水流在10cm水压头的条件下穿过过滤器时获得近似0.2m/小时的直线速率。

达到这一生物膜量所需的培养时间在8～16小时之间，具体时间视支承材料原始细孔尺寸而定。较大的细孔尺寸需要较长的培养期。

例2：

在例1中披露的过程用于给直径5cm、非纺织物厚度为1～2mm的盘（商标为“Vilene”）建立生物膜，合适的生物膜于培养8小时之后形成。

例3：

与例1、2中所用方法相同，在直径5cm、由10mm厚用塑料网状物加固的椰纤维垫层组成的盘上培养生物膜，最终培养时间为16小时。

例4：

过滤装置性能的实验室测试值

性能评估使用如例1～3中所制备的浸渍有生物膜的盘。该盘夹在带有塑料支承筛网的标准实验室过滤器夹具中在10cm水压头下测试。对两种水进行过滤试验：a.被粪便大肠杆菌污染的天然水，这种污染水为进入城市水处理厂的典型的污水;b.磷酸盐缓冲盐水，含有大肠杆菌实验菌种，携带有抗萘啶酮酸基因，（每100ml.10，000～20，000细菌）。两种水中的该大肠杆菌数（用作水质的量度）借助国际标准方法（主要使用选择培养基-Mc    Condey's培养 基-经过多次试管及过滤装置的分析化验，以及证实有大肠杆菌的标准试验）抗萘啶酮酸细菌数由涂覆0.1ml的污水试样到营养琼脂板（M-Lab    Ltd）而求得，该营养琼脂基板含有萘啶酮酸10μg/ml。对自过滤装置流出的水如上所述连续地进行化验（每次化验取200ml）分析其大肠杆菌污染物。结果，在第二次200ml的滤出液中，大肠杆菌数即减至少于10个细菌/100ml，且在其后的200ml中保持低于此水准（至少10次）。

例5：实验室大规模生产

所用渗水支承材料是一米见方的纤维泡沫塑料片，以商标名称“Spontex”出售，厚15～15mm。此泡沫塑料片在蒸馏水中以120℃高温高压消毒2小时之后挤干。将该片完全浸渍于实验室发醇器中的培养基A中并同时用该培养基消毒。所述葡萄糖如例1所述分开消毒之后无菌地加入发酵器中。发酵器温度为30℃，且将如例1中细菌培养法所制备的5%（V）的培养液加入其中。发酵器以1升空气/1分钟/1升培养基的流量和速率通以空气并在200rpm的速度下搅拌。八小时后，将消毒过的葡萄糖液（40%W/V）加入其中以达到10g/l的最终浓度，继续在此条件下培养16～24小时，对溶解的氧气量没有加以控制。

所获得的浸渍片均适用于附图中所示的两种过滤器装置中。

如前所述，渗水层的最佳材料之一是纤维泡沫塑料（海绵），但其它材料若满足下列主要要求亦可使用：（a）透水（b）对微生物及人体列毒性;（c）能耐-15℃～+65℃之间的温度;（d）不易生物降解。

可用于本发明过滤器以支承产生外多糖、格兰氏阴性细菌的其他材料还包括靠自身支撑或载附在合适的支承件上的材料，这些其它材料举例如砂子、砾石、不锈钢棉、烧结玻璃、蛭石、珍珠岩、硬木锯屑或刨花。

Claims (12)

1、一种用于净化水的过滤器，该设备包括，对微生物及人无毒的渗生材料制成的载体，该渗水材料可耐受-15℃-65℃的温度且不易为生物降解，其特征在于，在使用设备净化水之前，该载体用产生外多糖的格兰氏阴性细菌进行预浸渍，所述的细菌能够在使用过滤器时重新活化(reactivation)。

2、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述细菌是自然产生于慢速砂子过滤装置的生物膜层中的那种细菌类型。

3、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述细菌是一种或多种由下述保藏号，即Deposit  No.NCIB40121、ATCC25935NCIB10340、NCIB11264、ATCC23203及NCIB10541所确定的细菌。

4、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料为刚性或可压缩的多孔材料。

5、如权利要求4所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料为一种纤维泡沫塑料（海绵）。

6、如权利要求4或5所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料的平均孔径至少为20μm。

7、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料有至少70%的孔隙率。

8、如权利要求1～3中任一项所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料为纤维垫层。

9、如权利要求8所述的过滤器，其特征在于，所述纤维垫层含有椰丝纤维。

10、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料为非纺织的或纺织的织物。

11、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，该过滤器在细菌附着于渗水材料之后，进行冷冻干燥。

12、如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述渗水材料包括砂子/砾石、不锈钢棉、烧结玻璃、蛭石、珍珠岩、硬木锯屑或刨花屑。

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