CN102906029B - 水净化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水净化设备，特别是涉及可用作重力供料系统或适于与自来水供应连接的水净化设备。本发明的水净化设备能够向水中投料受控量的杀生物剂，并且具有充当过滤器兼杀生物剂清除器的过滤单元。相对于现有技术，本发明的水净化设备提供了多个优点特别是在降低设备复杂度方面，由此使它很经济且减少了可替换部件的数量而不影响在微生物安全或流量方面的性能。该系统的另一优点在于它适于使用液体杀生物剂。

Description

水净化设备

技术领域

本发明涉及水净化设备和水净化方法，特别是涉及可用作重力供料系统或适于与自来水（main water）供应连接的水净化设备。

本发明的开发主要是用于饮用水应用，在下文中也将参考该应用进行说明。但是，应当清楚，本发明并不局限于该特定应用领域。

背景和现有技术

整个说明书中对现有技术的任何论述都不应被看作是承认所述现有技术是公知的，或者构成所属领域公知常识的一部分。

世界上大量的人口居住在卫生饮用水严重缺乏的国家。人们不得不直接依赖于地下水源，如井、池塘和河流。这些水源往往被污水、工业废水和农业副产物如农药残留物所污染。水要在微生物上安全，WHO推荐6log的细菌去除、4log的病毒去除和3log的孢囊去除。虽然通过使用化学消毒(例如通过与卤素接触)或辐射基消毒(例如通过暴露于紫外辐射)可将细菌和病毒去除到要求的程度，但这些消毒方法实现不了3log的孢囊去除。

可以采用过滤结合杀生物剂作用实现6log的细菌去除、4log的病毒去除和3log的孢囊去除的重力供料设备是已有的。重力供料设备能在没有加压和流动的水的情况下工作。

WO2005095284(Unilever，2005)公开了一种重力供料水净化系统，其包括：适于分离进水中的微粒和可溶物的过滤单元，它呈炭块的形式且通常具有附加的无纺织物过滤器；所述系统还包括化学品分配单元，从而使得在水接触由化学品分配单元分配的杀生物剂前通过流量控制装置调节所述过滤单元的出水流量；然后该水在保留室中保留一段预定的时间后，通过适于从出水中分离分配的杀生物剂及其副产物的清除器装置排出所述水净化系统。该装置十分复杂，具有大量可更换的零件。

WO07000238(Unilever，2007)公开了一种包括上室和下室的水净化设备，其中下室包括用于收集净化水的出口装置和用于除去悬浮微粒和溶解的有机物的过滤介质。与之整合在一起的杀生物剂系统是可以分配单位剂量的杀生物剂且可将水输入可在其中分配杀生物剂的腔室中的设备。该设备只设计用于固体杀生物剂，不能适用于液体杀生物剂。固体杀生物剂的缺点在于它们在暴露于空气时会降解。

WO08083896(Unilever，2008)公开了重力供料水净化设备，其可以结合液体杀生物剂的(受控)投料(dosing)。该设备使用包括文丘里管的投料通道，其中上室与下室流体连通，且水可以从上室流到下室。该系统中的水必须以高流速流动且投料速度取决于水的流速。杀生物剂的投料由液体投料管排出端的负(吸)压引起，所述负压是由水流过以气密方式与液体投料管排出端相连的文丘里管导致的。在该情况下，容纳液体杀生物剂的隔室内的气压处于大气压，液体杀生物剂被容纳该杀生物剂的隔室的排出端处的负压"吸"出所述隔室。在实践中，基于文丘里管的投料系统对于物理尺寸非常敏感，剂量的控制更加困难。该系统的建造需要许多材料，因此很昂贵。

EP2184263(Unilever)公开了一种重力供料水净化设备，其中通过出口定位和分隔储液器与清除器单元的壁高度的特征结合，实现了下游水中的杀生物剂或其副产物浓度的降低以及清除器介质的相对更长的寿命。该设备包括使杀生物剂与储液器流体连通的杀生物剂单元，储液器通过壁与具有清除器介质的清除器单元分隔，清除器单元通过位于分隔清除器单元与分配器室的隔离物上的出口与分配器室流体连通。为实现上述效果，必须有至少10wt%的所述介质(M)位于所述出口(O)的最低水平以下，且所述壁(W)延伸到该介质的最高水平之上和所述出口的最低水平之上。该文献没有公开或论述如何投料杀生物剂，也没有公开液体杀生物剂投料系统。

本发明的发明人设计了液体杀生物剂投料系统，以及用于延迟其中已经分配了杀生物剂的水与过滤器兼杀生物剂清除装置的接触并使其适用于重力供料水净化设备的布置。

WO04074182A(Unilever)公开了一种用于控制固体杀生物剂的浸出的流动控制装置，其中通过控制进入固体杀生物剂分配单元的水流来实现所述浸出控制。其公开了提供穿过化学品分配单元的恒定流动的流动控制装置，由此浸出均匀量的固体杀生物剂而不受上室中的进水水头的影响。杀生物剂向水中的投料是通过固体杀生物剂片剂与水接触从而逐渐侵蚀实现的，水流借助于流动调节器来控制，这进而控制了杀生物剂片剂的侵蚀。它没有公开如何控制液体杀生物剂的投料。

US4093551(IFUO AB)公开了一种用于净化小型污水管道系统中的水的设备，其包括用于向流过该设备的水中自动添加化学活性液体的装置。该发明通过使用两个控制液体供应的虹吸管而消除了对任何活动部件的需要。污水穿过其中一个虹吸管且相应的流动产生赖以将化学活性液体输送通过另一虹吸管的吸力。这公开了液体消毒剂投料系统，其中通过当水流过虹吸管时在其内产生的"吸力"或负压来投加所述液体。另一虹吸管，其一端浸入液体杀生物剂池中，而其排出端设置在第一个虹吸管之内。由此，当水流过第一个虹吸管时，液体杀生物剂被"吸入"所述两个虹吸管。从而所用的两个虹吸管构成液体投料系统。

本发明的发明人设计了两个虹吸管来提供用于延迟添加了杀生物剂的水向杀生物剂清除段的引入的装置，且这些虹吸管不控制液体杀生物剂的投料。这两个虹吸管物理上不连接，只是简单地提供停留时间供杀生物剂作用于微生物，而液体消毒剂投料由通过气穴(air pocket)产生的正压来实现。

本发明的发明人由此设计了新型的液体投料设备，其通过由水的静水压头产生的正压和提供以一定方式设置的两个虹吸管来控制，该设置方式可以提供额外的停留时间以增强杀生物剂与待净化的水的相互作用。

我们的共同未决的印度专利申请2126/MUM/2009记述了一种水净化设备，其中所要求的微生物杀灭水平是通过液体杀生物剂投料系统实现的。该设备的一个重要特征是填充杯，它的填充使得投料系统能够向水净化室中投料所需量的杀生物剂。没有所述填充杯的话，该设备无法正常工作。具有填充杯的一个缺陷在于设备很难小型化。

本发明的发明人通过使用导压管以及虹吸管排出机构而设计了新型的杀生物剂投料系统。虹吸管排出机构与导压管的相对位置使得净化设备能够正常工作。此外，导压管的几何形状及其浸没长度控制着杀生物剂投料。本发明的设备不含填充杯，因此容易小型化。

鉴于上述内容，本发明的目的在于克服或改善现有技术的至少一个缺陷。

本发明的目的在于提供水净化设备，其更简单并由此使得在其建造中更加经济。

本发明的另一目的在于提供既适于使用固体杀生物剂又适于使用液体杀生物剂的水净化设备。

本发明的又一目的在于提供可以用作重力供料设备以及适合用在联机系统(inline system)中的水净化设备。

本发明的又一目的在于在水净化设备内提供停留时间装置以确保甚至从该水净化设备中流出的第一滴水也是完全不含任何有害微生物的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了包括水净化室的水净化设备，其包括：

与杀生物剂储存隔室和杀生物剂分配口流体连通的杀生物剂分配盒，其中杀生物剂分配盒与导压管连接且所述管的自由端向下延伸到水净化室中；所述水净化室通过管脚长度不相等的倒‘U’形入流虹吸管排出机构与过滤器室流体连通；其中入流虹吸管排出机构的小管脚的开口位于水净化室底部的上方；长管脚延伸到过滤器室中，且倒‘U’形入流虹吸管排出机构的顶端高出导压管的自由端。

根据本发明的另一优选方面，提供根据本发明的水净化设备，其中入流虹吸管排出机构经由停留时间室与过滤器室流体连通，并接着与出流虹吸管排出机构流体连通，其中出流虹吸管排出机构装在停留时间室中。

术语"包括"是指不限于任何随后表述的要素，而是涵盖了功能重要性或大或小的未明确指定的要素。换句话说，所列步骤、要素或选项不必是穷举的。当使用"包含"或"具有"等词时，它们的含义与上面的"包括"相同。

附图说明

图1是根据本发明的水净化设备的实施方案。

图2是根据本发明的水净化设备的另一带有停留时间提供装置的优选实施方案。

图3是根据本发明的水净化设备的另一实施方案，其中杀生物剂分配单元装在水净化室内。

发明的详细说明：

因此，本发明提供包括水净化室的水净化设备，其包括：

与杀生物剂储存隔室和杀生物剂分配口流体连通的杀生物剂分配盒，其中杀生物剂分配盒与导压管连接且所述管的自由端向下延伸到水净化室中；所述水净化室经由管脚长度不相等的倒‘U’形入流虹吸管排出机构与过滤器室流体连通；其中入流虹吸管排出机构的小管脚的开口位于水净化室底部的上方；长管脚延伸到过滤器室中，且倒‘U’形入流虹吸管排出机构的顶端高出导压管的自由端。

导压管可以具有不同的形状和尺寸，并且可以具有不同的横截面。该管的横截面可以为矩形、圆形、多边形、椭圆形或不同的其它几何形状。该管可以沿任何方向完全或部分地逐渐变细。

本发明的设备可以制成不同的容量和尺寸，例如1、2、3、5升或更大。

杀生物剂可以以固体或液体形式提供。当其呈固体形式时，该设备设计成溶解适量的固体来在杀生物剂分配盒中提供正确量的液体杀生物剂。杀生物剂优选选自任何释放卤素的化合物并优选释放氯的杀生物剂，包括氯化磷酸三钠、次氯酸钠或次氯酸钾或次氯酸钙，所属领域已知的释放活性氯的各种N-氯化的化合物，如二氯异氰脲酸钠或二氯异氰脲酸钾、三氯氰脲酸、单氯胺、二氯胺、[(单三氯)-四(单钾二氯)]五异氰脲酸盐、1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲(1,3-dichloro-5,5-dimethylidanotone)、氯胺T、对甲苯磺基二氯酰胺、三氯三聚氰胺、N-氯胺、N-氯代琥珀酰亚胺、N,N’-二氯代偶氮二甲酰胺、N-氯代乙酰基脲、N,N-二氯代偶氮-二甲酰胺、N-氯代乙酰基脲、N,N-二氯缩二脲(N,N-dichlorbiurile)、氯化双氰胺，过氧化氢或其衍生物，过氧乙酸。

可用于本发明设备的适合的液体杀生物剂包括次氯酸钠、二氯异氰脲酸钠、碘、季铵化合物或戊二醛的水溶液。最优选的液体杀生物剂是次氯酸钠的水溶液。当次氯酸钠为所用液体杀生物剂时，其以在0.01-50wt%、更优选1-20wt%范围内的水中浓度添加到杀生物剂储存隔室中。借助于本发明的设备，可以使水净化室中的杀生物剂在水中的浓度在0.5-100ppm重量、更优选1-50ppm重量的范围内。

根据本发明的一个优选方面，过滤器可以与杀生物剂清除器结合在一起。过滤器兼杀生物剂清除器优选包括活性炭块过滤介质。活性炭块过滤介质包括粉末活性炭(PAC)和粘结剂，它们被充分混合并被通过压力和热处理制成块。PAC优选选自烟煤、椰子壳/木炭、石油焦油。优选地，所用PAC的尺寸均匀性系数小于2、更优选小于1.5，四氯化碳值大于50%、更优选大于60%。

过滤器兼杀生物剂清除器还配有微粒过滤器，其为单层或多层的无纺纤维性-织物过滤器，其中最外层是打褶的。可选择地，所述过滤器可以包括打褶的和螺旋缠绕的织物过滤器的组合。

特别优选的炭块过滤介质是GB2390987中公开的那些，更优选我们的共同未决申请320/MUM/2004中公开的那些。该共同未决申请记述了用于重力供料过滤器的炭块过滤介质，其包括粉末活性炭(PAC)和熔体流动速率(MFR)小于5的粘结剂材料，其中所述PAC的粒径使得95wt%的颗粒能穿过50目的筛网且不超过12%的颗粒能穿过200目的筛网。进一步优选的炭块过滤介质在下部的50vol%的炭块过滤介质中具有55-80wt%的PAC颗粒在100-200目粒径范围内。

排出机构可以为后面论述的水龙头或风箱启动的手压泵。

下面将借助于图1-3中所示根据本发明的水净化设备的具体非限制性实施例来说明本发明。

附图详细说明：

图1是根据本发明的水净化设备的实施方案。该设备具有水净化室(1)，其带有盖(6)，打开盖(6)将暴露进水口，使用户能够将水倒入水净化室中。水净化室包括与杀生物剂储存隔室(5)和杀生物剂分配口(4)流体连通的杀生物剂分配盒(3)。杀生物剂分配盒与导压管(2)连接且所述管向下延伸到水净化室中。所述管与杀生物剂分配盒流体连通。水净化室经由倒‘U’形入流虹吸管排出机构(13)与具有过滤器兼杀生物剂清除器(7)的过滤器室(10)流体连通。入流虹吸管排出机构的小管脚的开口位于水净化室底部的上方。过滤器位于分隔水净化室和净水排出室的隔壁上。入流虹吸管排出机构提供用于操作地连接水净化室和过滤器室，使得来自水净化室的水只经由入流虹吸管排出机构流入过滤器室。提供在过滤器室上的排气口(12)通过允许供空气离开过滤器室的向上导向的通路而使入流虹吸管排出机构得以工作。水从过滤器室的排出是经由过滤器兼杀生物剂清除器，而水进入过滤器室是经由入流虹吸管排出机构发生的。倒‘U’形入流虹吸管排出机构的顶端位于导压管的自由端之上，以确保在没有添加要求量的杀生物剂的情况下没有水流过虹吸管排出机构。提供在过滤器室处的水密盖(11)确保了水只经由入流虹吸管排出机构进入过滤器室。当水净化室(1)填充到入流虹吸管排出机构的顶端时，入流虹吸管排出机构开始将水排入过滤器室中。当带有杀生物剂的水填充过滤器室时，水流过过滤器兼杀生物剂清除器，它从水中除去胶体（colloidal）杂质以及残余的杀生物剂，并将水排入净水排出室(8)，可通过分配装置如龙头(9)从净水排出室获得不含杀生物剂的净水。

当水经由水净化室的进水口流入水净化室并填充它时，水净化室中的水位在导压管中产生气压，使得能够从杀生物剂分配盒经由杀生物剂分配口向水净化室中排入杀生物剂。

图2是根据本发明的水净化设备的另一带有停留时间提供装置的实施方案。图2显示了水净化室(1)，在其底部内部区域提供有包围着过滤器兼杀生物剂清除器(7)的过滤器室(10)。过滤器室配有水密盖(11)和排气口(12)。杀生物剂分配盒(3)、杀生物剂分配口(4)、杀生物剂储存隔室(5)和导压管(2)位于其如图1所示的相应位置。在图2中，提供了带有出流虹吸管排出机构(15)的停留时间室(14)。出流虹吸管排出机构装在停留时间室内。停留时间室具有排气口(16)。提供在停留时间室处的排气口通过允许供空气离开停留时间室的向上导向的通路而使出流虹吸管排出机构得以工作。入流虹吸管排出机构(13)与停留时间室操作地相连。入流虹吸管排出机构经由停留时间室与过滤器室流体连通，接着与出流虹吸管排出机构流体连通。图2的设备设计成通过双重的停留时间，确保甚至从净水排出室出来的第一滴水也不含任何有害的微生物。

使用中，水净化室的填充在导压管中产生气压，其随后传导到杀生物剂分配盒中，导致经由杀生物剂分配口投料杀生物剂。在水净化室中的水位到达入流虹吸管排出机构的最高水平(面)后，混有杀生物剂的水经由入流虹吸管排出机构进入停留时间室。在进入停留时间室之后，水开始填充停留时间室。当停留时间室中的水位到达出流虹吸管排出机构的最高水平时，混有杀生物剂的水经由出流虹吸管排出机构进入过滤器室，由此提供双重的停留时间。在过滤器室中除去残余杀生物剂和将水过滤之后，可以通过打开龙头将净水从净水排出室排出。

图3是根据本发明的水净化设备的另一实施方案。图3的所有特征和特性都与图1所述的相同。图1和图3的实施方案的唯一差别在于，在图3中杀生物剂储存隔室(5)、杀生物剂分配盒(3)、杀生物剂分配口(4)都装在水净化室之内。

实施例：

导压管的几何形状和浸没的管高度对液体杀生物剂投料的影响：

在此实施例中，浸没的管高度是指浸在水净化室的水中的导压管长度，即水净化室中的最高水位与导压管的最低点之间的距离。在表1中，L1和L2是指矩形和正方形的两条不同边。

下表1描述了导压管的几何形状和浸没的管高度对杀生物剂投料的影响。

表1

导压管的横截面形状	L1, mm	L2, mm	浸没的管高度, mm	投料的体积, ml
					矩形	28	14	4	4
正方形	13	13	5	3.5
					正方形	10	10	6	3.5

从表1中的数据可以清楚看出，随着改变导压管的几何形状和浸没的管高度，杀生物剂投料量发生变化。因此可以根据水净化设备的容量精确地控制投料的杀生物剂体积。

停留时间室对增加杀生物剂与未净化的水(进水)的接触时间的影响：

使用如图1-3所示构造的设备，含有从杀生物剂分配盒分配的杀生物剂的水在流过过滤器之前所花的时间称作接触时间。该接触时间是杀生物剂作用于进水中的微生物的持续时间。

表2概括了有和没有停留时间室的情况下的接触时间。

表2∶

根据本发明的净水设备的不同实施方案	进水接触过滤器室的时间
		图1	小于1分钟
图2	5分钟或更长
		图3	小于1分钟

由表2中的数据可以清楚看出，通过提供如图2的优选实施方案所示的停留时间室，可以增加接触时间。已发现该特征确保了甚至是从本发明的水净化设备中出来的第一滴水也不含任何有害微生物。

Claims (9)

1.包括水净化室(1)的水净化设备，其包括：

与杀生物剂储存隔室(5)和杀生物剂分配口(4)流体连通的杀生物剂分配盒(3)，其中杀生物剂分配盒(3)与导压管(2)连接且所述管的自由端向下延伸到水净化室(1)中；所述水净化室(1)经由管脚长度不相等的倒‘U’形入流虹吸管排出机构(13)与过滤器室(10)流体连通；其中入流虹吸管排出机构(13)的小管脚的开口位于水净化室(1)底部的上方；长管脚延伸到过滤器室(10)中，且倒‘U’形入流虹吸管排出机构(13)的顶端高出导压管的自由端，其中水净化室中的水位在导压管中产生气压，使得能够从杀生物剂分配盒经由杀生物剂分配口向水净化室中排入杀生物剂。

2.如权利要求1所述的水净化设备，其中入流虹吸管排出机构经由保留时间室(14)与过滤器室流体连通，并接着与出流虹吸管排出机构(15)流体连通，其中出流虹吸管排出机构装在保留时间室内。

3.如权利要求2所述的水净化设备，其中在保留时间室处提供有排气口(16)。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中水净化室具有适于在水净化室中接收进水的进水口。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中从杀生物剂分配盒分配的杀生物剂呈液体形式。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中在包括排气口(12)的过滤器室内装有过滤器(7)。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中过滤器包括活性炭块过滤介质。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中过滤器包括单层或多层打褶的或不打褶的织物过滤器，其中所述织物包括无纺聚合物纤维。

9.如权利要求1-3中任意一项所述的水净化设备，其中过滤器为复合过滤器，其具有由无纺织物和结合的活性炭元件制备的层。