CN103930378A - 水净化加强系统 - Google Patents

Abstract

一种水净化系统，包括过滤介质，所述过滤介质的相对大小被设为允许水中的第一污染物饱和第一介质，且具有一个在附有第二污染物的第二介质饱和之前的延迟。

Description

水净化加强系统

技术领域

本发明涉及一种低成本饮用水净化系统和一种当饮用水不再适于饮用时向使用者报警的感应器。这种低成本水净化系统具有能使有益物质或有益分子被加入水中的附加功能。

背景技术

水净化系统可包括多种不同的利用各种装置去除水中杂质的组件。现有水净化系统中一种通常被称为终端（point-of-use）(POU)水净化系统。这样的终端水净化系统是由去除相对少量的水中杂质的组件构成的，例如面向室内的系统或台式系统，与像市政水处理设备这样的大型中心设备相对。

终端净水机系统一般是面向高端市场的，例如，能接受高价钱的终端净水机系统的市场。由于缺少低成本情况下的创造性设计，终端净水机系统还没有有效的打入广阔的低端市场。

典型的终端净水机系统具有用于去除沉积物的预过滤器，然后是能去除病原体和有时是无机材料的装置。包含像过滤材料这样易损件的终端净水机系统的一个最重要方面是“终点”检测系统（‘end-point’detection system），所述终点检测系统能在所述过滤材料到了更换时间时向使用者或服务人员发出警告或提示。绝大多数的终端净水机系统是使用基于时间的系统，即经过一段时间后，用亮灯信号（或其他方式的指示装置）告知是时间更换过滤器了。这种相对低成本的传感器是不够好的。如果所述水净化系统在不同环境条件下使用，为了避免被污染而更换过滤介质所需的时间间隔长度会有很大的变化，因此个体有可能接触到受污染的水。

测定水中成分（和安全性）的主要方法是定期取水样，然后将这些水样送到实验室，在实验室有相对大型的设备用来分析水中的成分。所提供的信息反馈给使用者或服务人员，告知水中的成分。另外，还有测试像氯这样的特别污染物的现场试剂盒（field-kits）。总的来讲，这些标准化的测试方法中没有哪一种是通用的或能适用到终端净水系统上的。同样地，也没有哪一种测试方法是普通消费者可以使用的。

现有的终端水净化系统不向水中添加有益成分。发现用于糖果糕点业或餐饮业的典型系统会将分子或化合物加入水中。例如，冷饮店将调味分子和化合物通过简单地混合液体流加入到苏打水中，而不加入对消费者健康有益的成分。

现需要一种用于净化水和/或向水中添加有益成分的改进的系统。本发明试图满足这一需求。

发明内容

一方面，本发明提供了一种水净化系统，所述水净化系统包括至少两种过滤介质，所述两种过滤介质的相对大小被设为允许水中的第一污染物饱和第一介质，且具有一个在附有第二污染物的第二介质饱和之前的延迟。另一方面提供一种净化水的方法，所述方法包括：使水通过一个系统，该系统包括至少两种过滤介质，所述两种过滤介质的相对大小被设为允许水中的第一污染物饱和第一介质，且具有一个在附有第二污染物的第二介质饱和之前的延迟。

本系统的一个重要方面是在该系统的使用者接触到病原体或其他危险物质之前，将该系统的使用者作为终点检测器。该系统的这一方面达到了使水净化成本降低，净化水更安全的目标。本创新性系统通过使用者的视觉和嗅觉将使用者作为检测器。当水过滤材料已经到达或将要到达寿命终点时，水净化系统中的装置就释放出颜色物质。另外，所述系统还具有向水中释放不同味道的能力，用以提醒使用者过滤材料已经达到寿命终点。再有就是，由于需要以低成本的方式引入这些检测装置，那么同样的装置也可用来将所需的分子或化合物加入净化水中，因此可产生健康饮料和/或治疗性饮品。

附图说明

图1是本发明第一实施例的示意图，显示低成本砷净化系统；

图2描述了除味介质先释放，水将会具有不良的霉味或泥土味，一段时间后，所述水才开始被砷污染。

图3描述了定时释放胶囊以恒定的速率释放味道物质，下游介质吸收所述味道物质，并且在合适的时间饱和所述介质。

图4显示了位于本实施例净化系统端部的定时释放胶囊被设计成突然释放（abrupt-release）的形式；

图5显示定时释放胶囊被设计成随着时间释放均匀剂量的气味；

图6显示定时释放胶囊被设计为外壳以一速率溶解，以使得当砷介质快要饱和时气味尽可能地突然释放；和

图7和图8显示了组合AC/GFO过滤材料在其寿命期间从查帕拉湖水（Chapala water）中除砷的结果。

图9是本发明的第二实施例，其中定时释放介质位于过滤介质之前。

图10是本发明的第三实施例，其中定时释放介质位于过滤介质之后。

图11是本发明的第四实施例，其中定时释放介质将过滤介质夹在中间。

具体实施方式

参照附图，图1是本发明低成本砷净化系统第一实施例的示意图。系统2包括用于盛放所要净化水的储水器4，该储水器通过阀8连接到过滤器区域10，过滤器区域8具有一系列的修复介质（remediation medias）12,14,16。水经过所述过滤区域10，流经阀20由喷嘴18排入接收容器22。

设计预过滤器12是为了清除水中大的颗粒和沉淀。紧接所述预过滤器12设置有一系列的过滤介质，所述过滤介质被设计为能从水中去除特定的原子、分子或化合物，和/或被用来在所述附有污染物的介质饱和以及所述介质丧失净化水的功能时（例如，本发明显示水将很快不安全时）将颜色或味道引入水中。特别在图1所示的实施例中，紧接所述预过滤材料12设置的是除味介质14和除砷介质16。

也可使用类似装置将其他有益化合物加入水中。有益化合物可为，例如：维生素、氨基酸、矿物质和/或中草药提取物。一些实例包括维生素A、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素B₆、维生素B₁₂、硫胺素（thiamin）、核黄素、烟酸（niacin）、叶酸（folic acid）、生物素、泛酸（pantothenic acid）、钙、铁、磷、碘、镁、锌、硒、铜、锰、铬、鉬、钾、硼、镍、硅、锡、钒、黄体素和番茄红素（lycopene）。

本发明的所述系统主要用于处理经氯消过毒的水。如上面所指出，其中一种修复介质（remediation medias）14是用于去除不良味道，并且另一种介质16可被选择用来除砷。

不同地理区域的水可能有不同的问题，因此，需要对介质的类型、数量或其比率进行调整以完全去除污染物。所述过滤系统为每一种介质设计了合适的空床接触时间(EBCT)，以使目标污染物能被清除干净。典型的空床接触时间范围为1到10分钟，这些设计准则通过过滤介质的体积来确定水的流速。

所述净化系统可能在上述修复介质之后包括另外的过滤段（未示出）。例如，去除介质粉末（例如纤维缠绕介质）的过滤和/或去除微生物污染的过滤可能在所述修复介质阶段后施行。引起水味道问题的一般原因是藻类的代谢物，例如像土腥素（geosmin）或2-甲基异莰醇(MIB)（2methylisoborneol），其会在水中产生霉味或泥土味。例如，可参见由Bottani和Tascon主编的《Adsorption by Carbon》第26章。虽然本系统介质的顺序并不是关键，但在图1所示的实施例中，除味介质14紧接着位于预过滤介质12之后，除砷介质16之前。

在其他的实施例中，所述介质可以是混合的、间隔的或堆叠的。另外，虽然有其他的潜在介质能同时实现上述两个任务，但是通常选择活性炭作为除味介质14，选择颗粒状氢氧化铁、活性氧化铝、颗粒状氧化铁、钛氧化物、氧化锆、其他金属氧化物或金属氧化物混合物中的一种或多种作为除砷介质16。

本发明所述系统的设计成本很低有两个基本的原因。第一，所述系统是针对水的两个基本问题，即有毒砷的浓度和不良味道。第二，终点检测的方法是基于时间的检测，更重要的，或是基于味道的检测。通过确定除味介质和除砷介质的大小以使除味介质在除砷介质之前饱和，本发明的系统能利用使用者的味觉作为终点检测装置。当如前所述确定这些介质的体积时，除味介质先释放，水将会具有不良的霉味或泥土味，一段时间后，所述水才开始被砷污染。

图2中的图表为效果示意图。确定介质体积以达到此功能效果，其中使用者是感应器，因为使用者是感觉到水中的泥土味或霉味时才意识到要更换介质，下面介绍实现该功能的一系列步骤。

首先，检测本地的水来确定水中味道释放化合物（例如土腥素或MIB）的浓度和砷浓度。其次，测试除味介质和除砷介质以确定一定体积的介质被土腥素和/或MIB饱和需要多长时间。一旦完成第二步，选择系统中介质的体积以达到图2所示的效果。

例如，利用用于味道增强（taste improvement）的活性炭和用于除砷的颗粒状氧化铁（GFO），可以构建一种两组分POU过滤介质。通过正确地设置介质的大小，味道增强可具有早期报警系统的功能，提醒使用者到了更换过滤介质的时候。相关参数是所述介质对目标污染物的吸附能力，通常以每克介质吸附多少毫克的污染物来计量。活性炭对MIB的吸附能力为1～3毫克/克（mg/g），取决于活性炭的结构（含碳源材料，孔径分布和表面积）和水中的化学成分。（例如，参见由Bottani和Tascon主编的《Adsorption by Carbon》第26章，第683页（2008））。类似地，GFO对砷（V）的吸附能力为0.5～1毫克/克（mg/g），取决于水中的化学成分。（参见《Adsorption Treatment Technologies for Arsenic Removal》第6章，AWWA出版，（2005））。

可以从卡尔冈碳素公司(Calgon Carbon Corporation)(http://www.calgoncarbon.com/solutions/?view=ChallengeProducts&Industry=10&Application=7&Challenge=7)获得适合的活性炭获得相类似地，类似地，可以从Severnt Trent Corporation(http://severntrentservices.com/Water_Wastewater_Treatment/Arsenic_Removal_prod_52.aspx)获得GFO。

例如，假设注入水中MIB和砷（V）的浓度均为0.05mg/L，并且进一步假设其各自去除介质对污染物的吸附能力均为1mg/L。GFO和AC（活性炭）对其他污染物均没有明显的吸附能力。因此，要使MIB在砷透过GFO之前透过活性炭，这需要GFO与活性炭的比值大于1。合适的比值可为GFO的质量：活性炭的质量=2:1。这样的比值将使不良气味在使用者接触到高浓度的砷之前就通知使用者更换过滤材料。当然，应根据预测的水流量和过滤材料的使用寿命，正确地设置所有介质的质量（或相应过滤材料的体积）。如果土腥素或MIB的浓度不够高，以致饱和不够突然，或水中不含有另一种味道传递化合物，那上述方法就不能用于终点检测感应器。

如果有一种以恒定速率释放味道的化合物被加入到所述的POU系统外，这一发明与图1所示的设计相似，其中土腥素或MIB的除味介质被一种能去除特意引入的味道化合物的介质所代替。可选择地，所述的味道物质或味道化合物可以利用定时释放胶囊的形式被加入到POU系统中。

图3显示了一种与图1所示的系统相似的系统，除了区域24位于含有胶囊的除味介质14的下游，所述胶囊加入了以恒定速率释放味道的物质。这些定时释放胶囊能以一个恒定的速率释放味道物质，所述味道物质被下游的介质吸收从而使所述介质在恰当的时间饱和（参见图3），或者所述胶囊被设计成突发释放形式26，在这种情况下，所述胶囊位于所述净化系统的末端，作为最后的一段（见图4）。在前一种情况下（持续的），定时释放胶囊（见图5）被设计为随时间释放均匀剂量的气味。图6所示的胶囊被设计为其外壳以某一速率溶解，以使得气味在砷介质快要饱和时尽可能突然地释放。

在本发明的水净化系统中使用的创新性的定时释放胶囊除了用来释放味道也可以用来释放颜色，或仅释放颜色，或仅释放味道。例如，以上描述的两种用于气味释放的方法均可用于颜色释放。在第一种情况下，恒定速率释放的定时胶囊可被用于释放颜色，所述颜色被过滤系统中的一种介质吸收，并且使颜色化合物在介质中达到饱和的状态仅发生在净化介质被需要去除的不良原子、分子或化合物饱和之前。因此，当需要更换净化介质时，水会改变颜色。该系统中也设置了一段时间的延迟，使得即使水改变了颜色，在一定的延迟时间段内水仍然是安全的。所述的延迟是根据所述定时释放胶囊所释放的颜色化合物浓度的饱和速率和应被去除的不良原子、分子或化合物的饱和情况来确定的。

突然定时释放胶囊（abrupt-time-release time capsule）也可用于向水中释放颜色来提示更换净化介质。在本实施例中，所述定时释放胶囊的外壳以一定的速率溶解，以使颜色仅在所需从水中去除的原子、分子、或化合物在所述净化介质饱和前突然释放。

本发明所描述的定时释放胶囊也可用来向水中添加所需的原子、分子或化合物。前面所描述的以恒定速率释放的定时胶囊可用于这种有益的添加。所述胶囊位于介质中，或单独的设置在所述水净化系统的最后一段（以使其他介质不会去除所需要的有益原子、分子或化合物）。这些胶囊可释放气味，以及像维生素这样的治疗性物质。

本发明的一个关键方面是对当地的水情况进行仔细的评估，从而为最优除砷且具有足够长寿命的POU选择最合适、最低成本的介质，以产生适于家庭用量的饮用水。例如，在某个特别的地方，为了选用最合适的除砷介质，需要重点考虑的测试指标是氯含量、砷的化合价和PH值。同样地，需要根据水的特性以及所需的介质寿命和过滤水的质量来调整过滤系统中介质的比率。中和氯需要活性炭（AC），而除砷需要金属氧化物介质（例如GFO）。在上述实例中，选择GFO介质的原因是在当地水具有高PH值的情况下，相比于其他金属氧化物介质（例如活性氧化铝），GFO介质具有优良的除砷（As(V)）特性。（参见《Adsorption Treatment Technologies forArsenic Removal》第6章，AWWA出版，（2005））。

为了尽可能地减少管道的连接以及降低组件的安装成本，所述介质被拼合在一个单独的标准过滤材料盒中。在当地水的情况下，估计550克(1.1干升（dry liters）)的GFO对于过滤介质设计使用寿命为7,000升具有足够的除砷能力。在POU装置中，总的过滤介质的体积可固定为标准的130cc滤芯的体积。经测定，对于本实施例的情况，所述滤芯包括1.1L的GFO和1.1L的AC，介质体积介质比率为1:1时工作效果最好。

根据上述方法，一旦评估了当地水的特性，无需过度实验就可调整介质的比率。所述介质形成两个不同的层，并且水先流过AC，再流过GFO。图7和图8显示了组合的AC/GFO过滤介质在使用寿命时间内对查帕拉湖水的除砷结果。在测试期间，砷的浓度保持在0.01mg/L以下。另外，在处理的水中检测不到氯，所以当地居民会感觉到水的味道不错。根据当地水的质量系数、POU过滤介质的体积以及设计的使用寿命，可以根据需要调整GFO与AC的比率。对于POU装置中的少量过滤介质，预计除砷介质GFO与活性炭的合适体积比等于或大于1:1，例如2:1。应该对这些体积进行调整，以得到适合本地水的除砷介质能力和不同介质的密度。也可以根据需要，在滤芯中加入另外的介质以去除水中其他污染物，从而导致滤芯具有3、4或更多种介质成分。如同上述实例，单个介质可以分开（例如分层）或混合在一起。

图9～11进一步描述了实施例，其中定时释放介质位于过滤介质的前面、后面或将过滤介质夹在中间。在图9中，定时释放介质位于过滤介质的上游，定时释放介质可能由例如珠子、胶囊或薄膜30（例如消毒胶囊、消毒球、消毒珠和/或消毒薄膜）构成，水从顶部34进入，从底部36流出。过滤可以在重力作用下进行，或在水压下进行。为了描述清楚，图中显示了介质1和介质2，但是并不限于两种介质，可能包括1～N种介质，其中N为，例如，1～10。在消毒和除砷所必需的合适的接触时间后，介质可能以味道增强，去除原消毒化合物（disinfection parent compound）、中和消毒试剂为目的。

图10所示的实施例类似于图9所示的实施例，除了定时释放介质位于过滤介质的后面。在该实施例中，定时释放胶囊38可能含有有益营养物质，例如维生素、中草药提取物、水果和/或蔬菜提取物和/或味道、药物和/或营养制剂。

图11所示的实施例类似于上述图9和图10所示的实施例，除了定时释放介质将过滤介质夹在中间。在图11所示的实施例中，上游的胶囊可能由定时释放介质，例如珠子、胶囊或薄膜30（例如消毒胶囊、消毒球、消毒珠和/或消毒薄膜）构成，下游定时释放胶囊38可能含有有益营养物质，例如维生素、中草药提取物、水果和/或蔬菜提取物和/或味道、药物和/或营养制剂。

除了使用者的味觉和视觉，嗅觉也可以用于警告使用者更换过滤介质。例如，在一种方法中，使用者通过嗅觉或味觉感知氯，从而评估过滤介质的性能。通过POU设备的定时释放装置，活性炭介质可被用于去除通过中心处理平台添加或通过加氯装置而存在于进水中氯。需要正确确定活性炭床的体积，使得活性炭床在除砷的污染物床(contaminant bed)饱和之前饱和。一旦活性炭已经饱和，过滤水中的氯浓度将会上升。使用者通过味觉或嗅觉可以检测到氯浓度的上升。类似地，活性炭床可以被活性炭浸渍膜或铜锌（黄铜）合金介质（例如，由KDF Fluid Treatment生产的KDF）取代。

本发明的POU系统可以被用于多个区域的水或多种水况。某些水况可能不具备充足的消毒能力（例如氯消毒）或根本不具备消毒能力。这种情况的发生可能是由于不充足的氯化基础设施，或由于自然灾难或供给管破裂后中心处理消毒环节的中断。本发明的POU系统具备消毒能力，能以几种方式进行消毒。

在一种方式中，本发明提供了一种能够机械过滤掉病原体的膜。这要求所使用的膜的孔径大小相当于，优选为小于病原体的大小。此外，当膜的孔径大于病原体大小时，可以在过滤介质中设置非常曲折的通道，以捕获病原体。通过在膜中包埋在水中具有表面电荷的物质，例如活性氧化铝，可以进一步捕获病原体。这些表面电荷能够静电结合病毒和细菌，与单独地基于机械孔径的方式相比，表面电荷能够增强捕获能力。

在另一种方式中，通过控制性的定时释放方法加入对使用者有益的消毒化合物，从而灵活地对水消毒，给使用者带来益处。本发明的POU过滤系统既可以单独应用这些方法，也可以组合应用这些方法。

关于用膜去除病原体的方法，本系统将过滤介质的小孔径和大表面积结合在一起，以克服低水压(例如，重力式应用中)时合理流速的限制。为了机械去除原生动物，需要膜的孔径为大约1微米，而机械去除细菌时，需要膜的孔径为大约0.1微米。通过孔径为0.1微米的膜的水流速非常慢，通常为每平方厘米膜面积每分钟大约1毫升。在重力下，要过滤适量的水太慢了。本发明利用两种不同的方法解决了这种面积限制。

在第一种方法中，普通的圆几何形状被能够打褶的矩形或正方形过滤形状替代，从而增加过滤面积和流速。利用打褶，如果采用1英寸深的褶皱，每英寸5个褶皱，有可能增加过滤面积10倍。面积的增加使得小孔径的过滤膜（例如0.1微米的过滤膜）在重力式POU系统中能够实际应用。圆几何形不容易进行打褶，因此需要矩形或正方形。因此，在一个实施例中，本发明的POU系统结合了定时释放的卤素消毒和小孔径过滤膜，通过打褶或纤维集束(bundling of fibers)，该过滤膜的面积大于平铺膜的面积。在另一个实施例中，本发明的POU系统结合了小孔径的过滤膜和砷去除介质，通过打褶或纤维集束，该过滤膜的面积大于平铺膜的面积，使得重力式条件下水最终流速大于100mL/min。

在第二种方法中，使用了中空纤维过滤介质，中空纤维过滤介质是组合的链状过滤纤维（strands of filter fibers），极大地增加了水流过的表面积。利用亲水性材料，例如PES，使中空纤维过滤介质湿润，且能够在重力式应用下在0.1微米孔径时工作。上述方法不会杀死病原体，但是会在膜孔径中形成机械障碍，从而消除病原体。

除了维生素、中草药提取物等，用于本发明水净化系统的创新性定时释放胶囊也可以被用来释放有益的消毒化合物。本发明描述的定时释放方法能够灵活地消毒水，杀死病毒、微生物、原生生物等各种病原体，这种方法与单独使用膜方法相比具有很多的优点。这种方法可以与上述的膜方法结合起来，将会提供更好地多方面的微生物防御以及消除耐受氯的原生物。

有益消毒化合物是典型地含卤素化合物，包括氯、溴和/或碘基团。消毒效力由CT系数预测，其中C是游离卤素（例如以mg/L表示的游离氯）的浓度，T是以分钟表示的接触时间。EPA发表了针对不同病原体和不同CT系数的病原体消毒指导，参考如下(US EPA,Guidance manual forcompliance with the filtration and disinfection requirements for public watersystems using surface water systems,1989)。一些潜在的能够被释放产生游离卤素化合物的消毒化合物是次氯酸钠、次氯酸钙、溴氯-5,5-二甲基乙内酰脲、三氟异氰尿酸、二氯异氰尿酸钠二水合物、1,3-二溴-5,5--二甲基乙内酰脲和/或1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲等等。要求这些化合物来源是固体或液体，优选为固体。

需要注意的事项是在过滤介质的使用寿命期间控制性地在规定的剂量范围内释放这些潜在的危险化合物。浓度太低会导致消毒不完全，而浓度太高会导致侵害性的味道和气味，对使用者有害。典型地，游离氯、溴的浓度范围为约0.2mg/L～10mg/L，最佳为0.5mg/L～5mg/L。根据上述EPA参考，在该浓度的游离氯的作用下，大部分的病毒和细菌会在约10min内被灭活（99.99%）。

在工业设备，例如，中心水处理设备中，通过紧密监控和测试机械式计量泵和最终氯浓度来实现控制性释放。在家庭式POU设备中，自动监控浓度是不实际的。作为替代，本发明使用了基质或包衣（coating）容纳消毒化合物，随着时间控制性地定时释放到POU储水器中，不需要使用者参与。控制释放系统（controlled release system）安全地，可控制地实现所需的消毒化学浓度，不需要使用者参与或监控。定时释放的消毒物质发挥消毒或灭菌作用，从而杀灭病原体。

释放装置可以分为储水器型（reservoir-type）系统和基质（matrix）系统，储水器系统具有输送装置，用惰性膜层包裹住活性剂，该活性剂活化后以有限的控制速率通过膜扩散；基质系统具有通过聚合物挤出成型制备的微粒或壳脂胶囊（fat-congealed capsules），其中活性分子分散在封装的介质（糖类、脂类等）中。也可以使用储水器型系统和基质系统组合在一起的组合释放装置。

在一个优选实施例中，消毒定时释放胶囊可以通过将消毒化合物包埋到聚合物基质中形成，优选地，使消毒化合物在基质中均匀分散。聚合物基质可以是片状或半球状。

基质方法也同样适用于其他有益化合物，例如维生素、矿物质和中草药提取物。聚合物可以选自乙烯醋酸乙烯酯、低密度或高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或硅胶等等。这些聚合物应该是食品接触等级。应当对这些聚合物的制备参数（例如成型温度）进行选择，使得它们不会导致有益化合物降解。

在一个优选实施例中，聚合物是乙烯醋酸乙烯酯，氯源是次氯酸钙。卤素化合物的控制性释放是通过选择氯源、聚合物、聚合物与氯源的比率、

氯源粒子的大小以及能够控制最终基质均匀性分布的制备方法专门设定的。聚合物基质的重量应该大于氯源重量的10%，但小于氯源重量的90%。最终产物是片状、胶囊状或半球状，最终产物将会控制性地释放消毒化合物到过滤系统中，以随着时间对水消毒。所用的基质的几何形状和任一屏障层对于控制释放速率很重要。

在另一个实施例中，卤素消毒化合物被聚合物包衣封装，通过扩散透过包衣或壳而释放。可选择地，消毒化合物可以被封装在缓慢溶解的非聚合物基质中，由于基质材料固定的溶解度，消毒化合物会随着时间持续释放。这种缓慢释放的基质可以是蜡、糖类、纤维素或水凝胶。

所述水可以被氯化到较高浓度以杀死病原体，然后可以通过使用第二介质床使所述氯化浓度（例如活性炭）降低到使用者尝起来或闻起来不讨厌的浓度。消毒化合物的这种控制性释放可以保护使用者免受病原体侵害，同时警示使用者所述砷介质或其他介质即将达到使用寿命，需要更换。

在本方案中，所述消毒化合物的控制性释放作用时间要比所述除污介质的使用寿命更长。另外，需要通过选择合适的媒介去除除游离氯之外的原始氯化合物。

除了上述，引入的有益化合物可能与过滤介质相接触，被过滤介质去除。对于上述氯实施例，这是所期望的。然而，在一些有益化合物（如维生素）的实施例中，允许有益化合物被释放到水中而不被过滤器摄取是有利的。这种情况可以通过恰当地选择介质顺序和有益化合物的引入点实现。

根据进一步的实施例，本发明提供了一种同上所述的水净化系统，但该水净化系统具有过滤掉水中的病原体的膜。为此，所述膜的孔径大小相当于或小于病原体的大小。可选择地，本发明的系统包含用于定时释放消毒化合物以对水消毒的定时释放胶囊。所述消毒化合物通常选自氯、溴、碘及其混合物。消毒化合物的来源可以选择次氯酸钠，次氯酸钙，溴氯-5,5-二甲基乙内酰脲，三氯异氰尿酸，二氯异氰脲酸钠二水合物，1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲。本发明的系统可能进一步包括用于过滤掉水中的病原体的膜以及用于定时释放消毒化合物以对水消毒的定时释放胶囊。在一个实施方案中，所述消毒定时释放胶囊由包埋在聚合物基质中的消毒化合物组成，例如被聚合物包衣封装，通过透过包衣扩散而释放的卤素消毒化合物。所述消毒化合物，例如，可能被包含在缓慢溶解的非聚合物基质中，由于基质材料的固定溶解度，该非聚合物基质能够使得所述消毒化合物持续释放。

在另一个实施方案中，提供了一种水力负荷率低于2.5GPM/ft²的除砷系统，以延长介质床的使用寿命。

在另一个实施方案中，本发明的水净化系统具有通过打褶或纤维聚束而使得其表面积大于平铺膜表面积的小孔径过滤膜。

本发明所述方法通过以下方式实现：加入第一高浓度的消毒化合物，以完成消毒；然后在所述高浓度的消毒化合物被使用者摄入前，去除所述高浓度的消毒化合物至第二低浓度。在这方面，消毒化合物的添加是通过聚合物基质实现的，其中所述聚合物基质是乙烯醋酸乙烯酯，所述有益化合物以定时释放的形式添加，可以通过选择合适的介质以使得它们不被过滤介质去除。在一个优选的实施方案中，所述有益化合物在过滤系统的最后一段被引入。

根据另一个实施方案，提供了一种终端水净化系统，所述系统包含至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质；以及用于持续引入味道或治疗式物质到水中的定时释放胶囊。

在另一个实施方案中，提供了一种包含至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，包括用于定时释放消毒化合物以消毒水的定时释放胶囊。所述消毒化合物选自氯、溴、碘以及它们的组合物。消毒化合物的来源可以选择次氯酸钠，次氯酸钙，溴氯-5,5-二甲基乙内酰脲，三氯异氰尿酸，二氯异氰脲酸钠二水合物，1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲。

终端水净化系统可能包含至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质；用于过滤掉水中的病原体的膜；以及用于定时释放消毒化合物以消毒水的定时释放胶囊。所述消毒定时释放胶囊通常是包埋在聚合物基体的消毒化合物。所述卤素消毒化合物通常由聚合物包衣封装，通过透过包衣扩散而释放。可选择地，所述消毒化合物存在于缓慢溶解的非聚合物基质中，由于基质材料的固有溶解度，该非聚合物基质能够随着时间持续释放所述消毒化合物。

在另一个实施方案中，终端水净化系统具有至少一种除砷的吸附过滤介质，所述吸附过滤介质的水力负荷率低于2.5GPM/ft²，以延长介质床的使用寿命。

进一步的实施方案提供了一种具有至少一种除砷的吸附过滤介质的终端水净化系统，包括具有通过打褶或纤维聚束而使得其表面积大于平铺膜表面积的小孔径过滤膜。

所述方法通常通过以下方式实施：添加第一高浓度的消毒化合物，以完成消毒；然后在所述高浓度的消毒化合物被使用者摄入前，去除所述高浓度的消毒化合物至第二低浓度。

本发明也提供包含至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，在该系统中消毒化合物的添加是通过聚合物基质实现的，其中所述聚合物基质是乙烯-乙酸乙烯酯。

本发明进一步提供了一种包含至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，进一步包括定时释放形式的有益化合物的添加，通过选择正确的介质以使得所述有益化合物不会被过滤介质去除。所述终端水净化系统优选具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质，其中所述有益化合物在所述过滤系统的最后一段被引入。

例如，很多有机化合物能被活性炭去除。如果需要引入有益化合物，那么在过滤器的活性炭段之后引入它们是有利的，优选在最后一段，以至于它们不被过滤介质影响或吸收。

为了使除砷介质的使用寿命最大化，需要选择适合的介质和流动条件。已经发现水力负荷率对介质床使用寿命有很大影响，并且低水力负荷率是有利的。本发明在一个实例方案中提供较大直径器皿以补偿低水力负荷率，从而实现合理的流速。来自供应商的典型介质的水力负荷参数是8gpm/ft2。

基于测试，已经发现在4gpm/ft2以下，优选在2.5gpm/ft2以下的极低水力负荷情况下操作过滤器，过滤器的使用寿命可以被显著地延长。为了达到合理的流速，设计定制的过滤介质具有等于或大于5英尺的直径。这种方法适用于包括稀土材料的所有金属氧化物和氢氧化物介质，如颗粒状氢氧化铁、活性氧化铝、颗粒状氧化铁、氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化铪、氧化镧或其他金属氧化物以及它们的混合物。

在另一个实施方案中，所述有益消毒化合物以第一高浓度加入，以实现消毒；以及然后在所述消毒化合物被使用者摄入之前，去除所述消毒化合物至第二低浓度。在进一步的实施方案中，有益化合物如气味物、维生素、营养素等，以时间释放的形式被添加，通过选择合适的介质以使得它们不被过滤介质去除。在第一种选择中，所述有益物质在所述过滤系统的最后一段被引入。在第二种选择中，在水流过所述过滤系统后，有益化合物（香料、维生素、营养素等）通过定时释放的形式被引入到储水器或其等同物中。

进一步的实施例中，所述系统包括由使用者通过味道、气味或外观来确定过滤器饱和；以及正确设置至少2种介质的相对大小，其中一种介质去除有害污染物。

虽然本发明结合目前被认为最实用和最优选的实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反地，而应理解为各种更改和等同变化均在所附权利要求的保护范围之内。

Claims (34)

1.一种水净化系统，包括：

至少两种过滤介质，所述两种过滤介质的相对大小被设为允许水中的第一污染物饱和第一介质，且具有一个在附有第二污染物的第二介质饱和之前的延迟；

用于过滤掉所述水中的病原体的膜，所述膜具有相当于或小于所述病原体的大小的孔径。

2.如权利要求1所述的水净化系统，所述水净化系统是一种终端系统。

3.如权利要求1所述的水净化系统，其中所述的至少两种过滤介质位于储水器的上游。

4.如权利要求1所述的水净化系统，其中一个预过滤器直接设置于所述至少两种过滤介质的上游以去除水中大的颗粒和沉淀物。

5.如权利要求1所述的水净化系统，其中氯和砷为污染物。

6.如权利要求1所述的水净化系统，其中当所述第一污染物是氯时，所述第一过滤介质为活性炭；当所述第二污染物是砷时，所述第二过滤介质为活性氧化铝、颗粒状三价铁氧化物和/或颗粒状三价铁氢氧化物。

7.一种净化水的方法，所述方法包括：

使水通过一个系统，所述系统包括至少两种过滤介质，所述两种过滤介质的相对大小被设为允许水中的第一污染物饱和第一介质，且具有一个在附有第二污染物的第二介质饱和之前的延迟；

加入第一高浓度的消毒化合物，以实现消毒；然后

在所述消毒化合物被使用者摄入之前，去除所述消毒化合物至第二低浓度。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述水被检测以确定所述水中味道传递化合物的浓度和砷的浓度；所述过滤介质被测试以确定一定体积的介质被所述味道传递化合物和砷饱和需要多长时间；以及，所述系统中所述介质的大小被选择以使得所述水中的味道传递化合物首先被饱和，且具有一个在所述砷被饱和之前的延迟。

9.如权利要求1所述的水净化系统，进一步包括：用于定时释放消毒化合物以消毒所述水的定时释放胶囊。

10.如权利要求9所述的水净化系统，其中所述消毒化合物选自由氯、溴、碘以及它们的组合物构成的组。

11.如权利要求9所述的水净化系统，其中所述消毒化合物来源选自由次氯酸钠、次氯酸钙、溴氯-5,5-二甲基乙内酰脲、三氟异氰尿酸、二氯异氰尿酸钠二水合物、1,3-二溴-5,5--二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲构成的组。

12.如权利要求1所述的水净化系统，进一步包括：用于定时释放消毒化合物以消毒所述水的定时释放胶囊。

13.如权利要求9所述的水净化系统，其中所述消毒定时释放胶囊是包埋在聚合物基质中的消毒化合物。

14.如权利要求9所述的水净化系统，其中所述消毒化合物是卤素消毒化合物，所述卤素消毒化合物被聚合物包衣封装，通过扩散透过所述包衣而被释放。

15.如权利要求9所述的水净化系统，其中所述消毒化合物在缓慢溶解的非聚合物基质中，由于所述基质材料的固定溶解性，所述非聚合物基质能够使所述消毒化合物随着时间持续释放。

16.如权利要求1所述的水净化系统，所述水净化系统具有除砷系统，所述除砷系统的水力负荷率低于2.5GPM/ft2，以延长所述介质床的使用寿命。

17.如权利要求1所述的水净化系统，包括通过打褶或纤维集束使其表面积大于平铺膜表面积的小孔径膜。

18.如权利要求7所述的方法，其中消毒化合物的添加是通过聚合物基质实现的，其中所述聚合物基质是乙烯醋酸乙烯酯。

19.如权利要求7所述的方法，进一步包括以定时释放形式添加有益化合物，通过选择正确的介质，使所述有益化合物不会被所述过滤介质去除。

20.如权利要求7所述的方法，其中有益化合物在所述过滤系统的最后一段引入。

21.一种终端水净化系统，所述系统包括：

至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质；以及

用于持续引入味道或治疗性物质到水中的定时释放胶囊。

22.一种具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，包括用于定时释放消毒化合物以消毒所述水的定时释放胶囊。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述的消毒化合物选自由氯、溴、碘以及它们的组合物构成的组。

24.如权利要求22所述的水净化系统，其中所述消毒化合物来源选自由次氯酸钠、次氯酸钙、溴氯-5,5-二甲基乙内酰脲、三氟异氰尿酸、二氯异氰尿酸钠二水合物、1,3-二溴-5,5--二甲基乙内酰脲和1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲构成的组。

25.一种具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，包括

用于过滤掉所述水中的病原体的膜；以及

用于定时释放消毒化合物以消毒所述水的定时释放胶囊。

26.如权利要求22所述的水净化系统，其中所述消毒定时释放胶囊是包埋在聚合物基质中的消毒化合物。

27.如权利要求23所述的水净化系统，其中所述卤素消毒化合物被聚合物包衣封装，通过扩散透过所述包衣而被释放。

28.如权利要求22所述的水净化系统，其中所述消毒化合物在缓慢溶解的非聚合物基质中，由于所述基质材料的固定溶解性，所述非聚合物基质能够使所述消毒化合物随着时间持续释放。

29.一种终端水净化系统，所述水净化系统具有至少一种用于除砷的吸收过滤介质，所述吸收过滤介质的水力负荷率低于2.5GPM/ft2，以延长所述介质床的使用寿命。

30.一种具有至少一种用于去除砷的吸收过滤介质的终端水净化系统，包括

通过打褶或纤维集束使其表面积大于平铺膜表面积的小孔径膜。

31.一种如权利要求22所述的方法，所述方法进一步包括：

加入第一高浓度的消毒化合物，以实现消毒；以及然后

在所述消毒化合物被使用者摄入之前，去除所述消毒化合物至第二低浓度。

32.一种具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，其中消毒化合物的添加是通过聚合物基质实现的，其中所述聚合物基质是乙烯醋酸乙烯酯。

33.一种具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，进一步包括定时释放形式的有益化合物的添加，这样通过选择正确的介质，从而能使得所述有益化合物不会被所述过滤介质去除。

34.一种具有至少一种用于去除污染物或改善水质的过滤介质的终端水净化系统，其中有益化合物在所述过滤系统的最后一段被引入。