CN1933890A - 过滤介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于重力供料过滤器的碳块过滤介质，其包括粒度分布使得95wt％的颗粒通过50目筛而不超过13％的颗粒通过200目筛的粉末活性炭(PAC)，和熔体流动速率(MFR)低于5克/10分钟的粘合剂。本发明也提供滤水器和用于制备所述碳块过滤介质的方法。最后，本发明提供用于净化水的方法，从而使得水在重力的影响下首先通过可洗的或可替换的用于除去3微米以上的细粉尘及其他颗粒的沉降过滤器，然后通过包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质。

Description

过滤介质

技术领域

本发明涉及用于重力供料过滤单元的碳块过滤介质，其用于从液体中过滤颗粒状污染物，包括微生物如囊孢、细菌和病毒，以及用于除去化学污染物，同时保持高的流速。

背景技术

诸如液体或气体的流体通常包含污染物，其包括颗粒物、化学品和生物体。在液体，如水，特别是饮用水中，希望在消费之前除去有害的污染物以便保持用于维护身体健康的彻底的卫生和安全状况。

已知有若干种不同的方法用于过滤水，并且已经设计出了多种设备和装置，它们都可以从市场上买到。这些方法和设备根据其属于工业用途还是家庭使用而变化。

用于家庭的水处理基本上都旨在提供安全的饮用水。常用于家庭水处理的方法和设备可以根据水是带压供应(比如水来自高架槽的高水头)还是少量供应(如几升水，在这种情况下，有效压力接近于重力)来分类。

在前一种情况下，水的过滤被分类在联机系统下，其优势在于水流的压力驱动过滤的进行，因此通常不会面对达到希望的流速这样的问题，而是要设法满足有效过滤的基本需求。

后一情况下，水的过滤被分类在自备式系统下，其在低的重力压头下分批对水进行处理。其面对的挑战是，确保在这种低的重力压头下通过过滤强制除去不希望有的污染物同时还确保希望的高流速。因此，当设计用于联机系统的过滤器被用于重力式供给系统时，它们不会随着时间的推移产生人们希望的一致的流速，而是在几升之后往往会发生气阻，导致需要更换或清洗。

因此，真正的挑战是提供有效的用于自备式系统的过滤介质，其一方面将保证希望的流速，并同时设法满足更需要的除去颗粒状污染物的需求，所述污染物除了溶解的化学品如氯气、有机物和杀虫剂残留物之外，还包括生物学污染物，如原生动物囊孢(如隐孢子虫)和甚至更小的生物体，如细菌和病毒。

通常，家庭用途的自备式系统具有被滤筒分开的上闸室和下闸室，其中待处理的水被倾入上闸室中，并允许由于重力自流通过所述滤筒以贮存在下闸室中。下闸室中已经过处理的水可以根据需要以及当需要时被分配用于消费。在这种滤筒中，大家都知道可使用活性炭来从水中除去不良的味道和气味以及氯气及其他的反应性化学品。使用离子交换树脂从水中除去金属及其他离子也是已知的。

同样已知的是用于家庭用途的重力供料滤水器，如饮料瓶过滤器，其中水通过处于梯形过滤器较宽的顶部的一系列小的开孔进入到过滤元件中，并通过多孔的疏松吸收剂床流过所述过滤器到达工艺中较窄的底部。这种重力流动饮料瓶过滤器像其他的重力过滤器一样，因为要求水要穿过深的吸收剂颗粒床，且在这种体系中，不象在具有高压优势、能达到高流速的联机系统那样，水压力较低，因此在获得有效流速方面具有某些固有的局限。因此，人们试图通过使用较大的颗粒来增加重力式供给系统中的流速，但是这一尝试导致吸附动力学减慢，从而使得有效过滤受损。相反，使用相对小的颗粒导致产生更大的流动限制。

US 5505892描述了一种用于制造能够渗透气体和液体的用作模塑吸收剂元件的过滤装置的方法，其包括：(i)将吸收剂介质颗粒和颗粒状的有机热塑性粘合剂介质混合，(ii)将其置于模具中并压缩，(iii)加热到约330-350℃的温度直到粘合剂介质发生部分结焦，和(iv)冷却。所述出版物描述的是使用颗粒型碳，即，粒度为2毫米-3毫米的颗粒型碳。

EP 0345381(American Cyanamid，1989)描述了一种用于纯化液体的过滤器结构，其包括圈闭在多孔塑料基质内的活性炭颗粒，其中活性炭颗粒的尺寸是5-150微米。极其精细的碳颗粒通过尺寸平均起来远远大于活性炭颗粒粒度的热塑性粘合剂粘结在一起。活性炭颗粒在整个多孔塑料基质结构中均匀分布。

以上先有技术描述了包括碳颗粒的过滤装置，其中碳颗粒或者粒度很大或者是非常精细的碳粉，并且不会满足微粒尤其是微生物从在低重力压头下过滤的水中分离出来同时还使希望的高流量处理能力保持一致这种高的要求。

US 4753728(Amway，1988)描述了一种包括碳颗粒的碳颗粒过滤器，其中所述碳颗粒通过熔体指数低于1克/10分钟(在190℃和15千克负载下通过ASTM D 1238测定)的低熔体指数聚合物材料粘结成滤块，这样的话，所述聚合物材料将在高温下增粘而不会充分地变成液体以基本上润湿所述碳颗粒。

以上先有技术不能保证在长时间段内保持水在重力流动条件下的希望的高流速，同时还能不断地除去希望被脱除的污染物。

因此，提供将具有有效的流速同时具有希望的过滤性能和可接受的吸附动力学的重力给料式过滤器已经成为一种挑战。

发明内容

本发明提供碳块过滤介质，其包括具有选定粒度分布的粉状活性炭和具有选定熔体流动特性及指定粒度分布的粘合剂。所述过滤介质已经被制造成跨越床层高度具有希望的粒度分布。本发明人也已经开发了用于制备上述过滤介质的改进的工艺。

因此，本发明的一个目的是提供用于重力供料过滤装置的过滤介质，其能脱除颗粒物，包括微生物如囊孢、细菌和病毒，同时能得到希望的流速。因此，所述过滤介质在不影响流速的情况下保证有效的过滤，使得甚至抗氯性的囊孢，如尺寸范围为3-6微米的小球隐孢子虫和肠兰伯式鞭毛虫的去除率能达到高达99.9％，其他微生物，如尺寸在1-0.1微米范围的细菌的去除率达到99.99％以上，和甚至更小的生物，如病毒的去除率达到高达99％。此外，所述过滤介质能够去除化学品包括杀虫剂，并且能够去除恶味。

本发明的另一个目的是，提供用于制备以上所列过滤介质的方法。

此外，本发明的目的是，提供用以上所列出的过滤介质纯化水的方法。

具体实施方式

一个方面，本发明提供用于重力供料过滤器的碳块过滤介质，其包括：

(a)粒度分布使得95wt％的颗粒通过50目筛而不超过13％的颗粒通过200目筛的粉末活性炭(PAC)，和

(b)熔体流动速率(MFR)低于5克/10分钟的粘合剂。

优选，95％的PAC颗粒也通过60目筛。还优选，不超过12％的颗粒通过200目筛。跨越碳块过滤介质的高度，碳块过滤介质的粒度分布优选不是均匀的，优选55-80wt％在100-200目的粒度范围内的PAC颗粒被局限在下部50体积％的碳块过滤介质中。进一步优选，碳块过滤介质中有55-95wt％的在小于200目筛粒度范围内的PAC颗粒被局限在下部50体积％的碳块过滤介质中。

另一个方面，本发明提供用于重力供料滤水设备的滤水器，其包括：

(a)用于除去3微米以上的细粉尘和其他颗粒的可洗的或可替换的沉降过滤器；

(b)如这里所述的包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质；

(c)与碳块连接在一起的具有用于出水的喷嘴的底板；

(d)用于容纳整个过滤器作为一个整体部件的仓室或盖。

所述盖或仓室优选是可分离的。

再一个方面，本发明提供一种用于制备碳块过滤介质的方法，其包括如下步骤：

(a)将粒度分布使得95wt％的颗粒通过50目筛而不超过13％的颗粒通过200目筛的粉末活性炭(PAC)和熔体流动速率(MFR)低于5克/10分钟的粘合剂在混合器中紧密混合；

(b)将所述混合物在振动压实机中压实；

(c)在具有希望的形状和尺寸的模具中，通过施加不大于20kg/cm²的压力而进一步将所述混合物压实；

(d)将模具加热到选定的温度；

(e)冷却所述模具并从模具中释放出碳块。

所述PAC优选由选自烟煤、椰子壳、木材、或石油焦油的碳源制备。PAC的表面积优选高于500m²/g，更优选超过1000m²/g。PAC粒度的选择要使得95wt％的颗粒通过50目筛，优选60目筛，另一方面，不超过13％，优选不超过12％，更优选不超过10％的颗粒通过200目筛。

优选，PAC的粒度均匀系数为低于2，或更优选低于1.5，四氯化碳数超过50％，更优选超过60％。PAC的碘值优选大于800，更优选大于1000。

如上所列，碳块过滤介质优选具有跨越其高度的粒度分布。优选，PAC颗粒跨越碳块高度的分布使得55-80wt％，优选55-70wt％的在100-200目粒度范围内的PAC颗粒存在于下部50体积％的碳块过滤介质中。

还优选，PAC颗粒跨越碳块高度的分布使得55-95％，更优选60-95％的小于200目粒度范围内的PAC颗粒存在于下部50体积％的碳块过滤介质中。

用于本发明的粘合剂的堆积密度优选不超过2.5g/cm³，更优选≤0.6g/cm³，更优选≤0.5g/cm³，最优选≤0.25g/cm³。

粘合剂的选择要使得其熔体流动速率(MFR)低于5克/10分钟，优选低于2克/10分钟，更优选低于1克/10分钟。粘合剂优选具有类似于PAC的粒度分布，但是通过200目筛的颗粒的量优选低于40wt％，更优选低于30wt％。优选，粘合剂的粒度分布基本上与PAC相同。

熔体流动速率(MFR)是用ASTM D 1238(ISO 1133)试验测定的。该试验测定熔融聚合物在特定温度和负荷状态下通过挤压式塑性计的流动。挤压式塑性计由在底部的具有2毫米小冲模的直立圆筒与在顶部的可移动活塞组成。物料被置于圆筒中并预加热几分钟。将活塞置于熔融聚合物之上，其重量强迫聚合物通过所述冲模并到达收集板上。试验的时间间隔为15秒到15分钟，以便适应不同的塑料粘度。使用的温度是190、220、250和300℃(428、482和572)。使用的负载是1.2、5、10和15千克。对于本发明来说，试验在190℃和15千克负载下进行。

将在特定的时间间隔后收集的聚合物称重，并归一化为将在10分钟内挤出的克数：熔体流动速率用克/参考时间表示。

粘合剂优选为MFR值高于以上所述的热塑性聚合物。适当的实例包括超高分子量聚合物，优选具有这些低MFR值的聚乙烯或聚丙烯。分子量优选在10⁶-10⁹范围内。这类粘合剂可以以商品名HOSTALEN(得自Tycona GmbH)、GUR、Sunfine(得自Asahi)、Hizex(得自Mitsubishi)从市场上得到以及从Brasken公司(巴西)得到。其他适当的粘合剂包括以Lupolen(得自Basel Polyolefins)销售的LDPE和从Qunos(Australia)得到的LLDPE。

粘合剂与PAC颗粒的重量比优选在1∶1-1∶10之间选择，更优选1∶2-1∶6。

以上公开的本发明的碳块过滤介质能够除去化学污染物，更重要的是除去至少99.9％的囊孢，如肠兰伯式鞭毛虫、小球隐孢子虫和Entamoeba Histolica，99.99％的细菌以及99％的病毒，而不对流速造成显著的影响。

不象先有技术的过滤介质，本发明的过滤介质不需要洗涤和定期进行逆流冲洗以确保高流速。但是，逆流冲洗可以在自来水条件下进行，或者可以通过将重力过滤器设备内的碳块反转而产生少量的改进。

通过本发明的上述过滤介质可以使水(在重力下从200毫米的起始高度下降到50毫米时)的平均流率达到100-300毫升/分钟，优选120-200毫升/分钟，而不会牺牲脱除包括微生物和化学污染物的颗粒物质的要求。

本发明的滤水器包括本发明的碳块过滤介质。所述滤水器还包括可洗的或可替换的沉降过滤器，并且其优选为织造或无纺织物，更优选具有微孔的无纺织物。该沉降过滤器用作预过滤器，其孔径适合于截留通常大于3微米的颗粒。所述沉降过滤器可以用流动的自来水或通过使用少量(0.1-10克/升)在水中的织物洗涤剂洗涤和冲冼。所述沉降过滤器的应用通过防止过滤介质被沉降的残渣阻塞而有利于本发明碳块过滤介质的广泛应用。

根据本发明的优选实施方案，碳块过滤介质连接到一个底板上，该底板具有用于出水的喷嘴，并且另外还包括可分离的盖。底板优选由塑料如聚丙烯、聚乙烯、ABS、SAN制成。所述可分离的盖也优选由以下物质制成：聚丙烯、聚乙烯、ABS、SAN。

所述过滤介质可以具有任何希望的形状和大小。适当的形状包括厚度薄的扁平圆片、厚度薄的正方形片、厚度薄的锥形扁平片、圆筒形、实心圆锥体、空心圆锥体、实心或空心半球、等等。

进一步优选在所述滤水器中包括粒状吸附剂颗粒床，这样的话，要过滤的水在通过碳块过滤介质之前要通过所述粒状吸附剂颗粒床。所述粒状吸附剂颗粒优选是颗粒活性炭。优选，所述粒状吸附剂颗粒的粒度在200-5000微米范围内，更优选200-2000微米，最优选500-1500微米。

因此，根据本发明的一个优选方面，提供一种用于重力供料应用的滤水器，其包括：

(a)用于除去3微米以上的细粉尘及其他颗粒的可洗的或可替换的沉降过滤器；

(b)粒状吸附剂颗粒床；

(c)如本文中所述的包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质；

(d)与碳块连接的带有用于出水的喷嘴的底板；

(e)用于容纳整个过滤器作为一个整体部件的仓室或盖。

优选，颗粒吸收剂颗粒床要使得能够快速并很容易地更换所述颗粒，或者将它们提供在可以除去的独立仓室中，并且如果希望清空和充满新颗粒的话可以再一次重新装配，或者使它们处于连接到沉降过滤器上的仓室中以便与沉降过滤器一起脱除和更换，或者使它们与具有碳块过滤介质的仓室相结合。

在滤水器中包括粒状吸附剂颗粒使得能够在延长的时限内过滤显著更大量的注入水，从而确保本发明的碳块过滤介质被更有效的利用。另外，滤水器中的粒状吸附剂颗粒使得包含有大量微粒如粉尘和溶解污染物如铁和铝盐的高度污染的水能够有效过滤。

如上所列，本发明也提供用于制备碳块过滤介质的方法，其包括如下步骤：将PAC与粘合剂在混合器中紧密混合，在振动压实机中将混合物压实，将混合物在模具中进一步压实，加热所述模具，冷却所述模具并从模具中释放出碳块。

对于混合PAC和粘合剂的步骤，任何不会显著改变粒度分布的低剪切混合器都是适当的，如具有钝叶轮叶片的混合器，带形混合器，滚筒搅拌机。混合的进行用于制备均匀的PAC与粘合剂的混合物，优选进行至少15分钟，更优选20-60分钟。

混合物的压实在振动压实机中进行，用于获得跨越碳块高度的希望的粒度分布。振动压实优选在频率为30-100Hz的振动器中进行。这一工艺步骤优选进行至少1分钟，更优选3-30分钟。然后，将压实的物质放到大小与形状经过预先选择的模具中，并施加不超过20kg/cm²，优选不超过10kg/cm²的压力。所述压力优选用液压机或气压机施加，更优选液压机。

所述模具由铝、铸铁、钢或任何适当的能够经受住400℃以上温度的材料制造。

脱模剂优选涂在模具的内表面上。所述脱模剂优选选自硅氧烷油、铝箔或任何其他的几乎不会吸附到活性炭上或者粘合剂上的市售脱模剂。

然后，根据使用的粘合剂，将模具加热到150-400℃的温度下，优选180-320℃。根据模具的大小和形状，将模具在加热状态下保持60分钟以上的时间，优选90-300分钟，并足以确保均匀加热模具内的物质。模具优选在炉中加热，比如非对流的增压空气或增压惰性气体对流加热炉。

然后，将模具冷却并从模具中释放出碳块。

最后，本发明提供用于净化水的方法，从而使得水在重力的影响下首先通过可洗的或可替换的用于除去3微米以上的细粉尘及其他颗粒的沉降过滤器，然后通过以上所述的包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质。优选，水在通过沉降过滤器和通过碳块过滤介质之间，还通过如上所述的粒状吸附剂颗粒床。在进入沉降过滤器之前的起始压力优选不大于3000mm水柱，更优选至多1000mm水柱，最优选不超过500mm水柱。

下面，将在非限定实施例中更详细地解释本发明的细节、目的和优点：

实施例

实施例1：

通过取100克PAC(得自印度的Active Carbon公司)和30克MFR约为0、堆积密度为0.22g/cm³的超高分子量聚乙烯(得自日本的Asahi公司)制备碳块。PAC中有6.5wt％的颗粒通过200目筛，98％的颗粒通过50目筛。将粉末在螺旋混合机中混合30分钟然后转移到模具中。然后，将模具在振动器上振动5分钟，之后经受10kg/cm²的液压。此后，将模具加热到260℃，加热150分钟，然后冷却。

对比实施例A：

根据实施例1制备碳块，不同之处是使用的粘合剂是得自斯里兰卡的MFR为25的HDPE。

将上述两个碳块样品在75毫米的重力压头下进行水的过滤。渗透性能和流速随时间的关系概括于表-1中。用下表-1所概括的试验方法测定微生物的去除效率。

表-1

特性	实施例1	对比实施例A
			MFR	～0	25
平均流速(在10升后)，ml/min	200-230	210
			平均流速(在300升后)，ml/min	130	40
囊胞去除率，Log降低	4.3	4.3
			细菌去除率，Log降低	6	4.1
病毒去除率，Log降低	7.1	0.1

表-1中的数据表明，根据本发明的碳块过滤介质(实施例-1)提供了很高的微生物去除效率，同时还保证在重力压头条件下有一致的高流速。

用于测定囊孢去除效率的方法：

囊孢的去除能力和效率试验用3-微米的荧光微球体进行测定，并且接下来用以下过程进行实验：

材料：

给水：1.23×10⁵微球体每升BIS/淡水(参见制备部分)，过滤器仓室闸室，真空泵，过滤器组件，0.45微的微孔过滤器片(47毫米)，吐温80；

玻璃仪器：锥形烧瓶(250毫升)，量筒(100毫升)，移液管(1毫升)，荧光显微镜。

制备：

使用浓缩的荧光聚合物微球体悬浮液(目录号：G0300，据报道其具有7.4×10⁸个微球体/毫升，各个微球体的平均直径为3微米，标准偏差0.1微米，得自美国的Duke Scientific公司，Palo Alto，CA94303)。

取10微升上述溶液+10微升吐温80+9.98毫升蒸馏水。将备料涡流搅拌10分钟以确保微球体均匀分布。吐温80用作分散剂。(根据ANSI/NSF53-2001规程)。重要的是使用制备了5天的母液(根据ANSI/NSF 53-2001规程)。

通过向6升淡水中加入1毫升母液来制备给水。这使得微球体的浓度为1.23×10⁵个颗粒/升。

方法：

示踪：

1.将6升给水转移到过滤器组件的上闸室中。

2.收集100毫升给水作为进料样品。

3.收集5升滤液作为5个样品，各为1升(在所附的报告格式中标记为1-5)。

示踪滤液的分析：

1.使用100毫升各自收集的样品，并用过滤器和真空泵使其通过0.45微米的微孔过滤器片。

2.使得每一滤片在环境条件下风干至少5小时。

3.然后用荧光显微镜在40X的放大率下计数每一滤片上的微球体。(根据EPA-ICR方法814-B-95-003，第6章)，按如下所述进行：

4.计数在整个片上随机间距的20个视野。确保在每一计数的视野之间有至少4个视野间隙。

按如下所述计算去除效率：

Log降低(X)＝log((740000/6)/(M*4000)

其中：M是在每一示踪循环过程中收集的5个级分(每个级分100毫升)中，每个视野中所观察到的微球体的平均数的平均值。因为M基于20个随机计数的视野的平均值(滤片具有400个视野)，因此，M×400得到对于每一个片(100毫升)所收集的总的微球体数。M×4000得到在1升收集的水中总的微球体数。

％脱除＝100(1-(1/10^X))

制备细菌样品的方法：

选择用于试验的生物模型是大肠杆菌。对于细菌试验来说需要以下材料：m-Endo或麦康基氏或VRBA琼脂(DIFCO)，APHA缓冲剂水，胰胨生理盐水，或PBS，胰酶解酪蛋白大豆发酵液和琼脂(DIFCO)，去离子水，具有过滤器夹、无菌注射器和钳子的0.22和0.45微米的无菌微孔膜滤器。

对于细菌和病毒试验都需要的其他需求：反渗透水，脱氯城市用水，AR级CaCl₂、MgCl₂、CaSO₄、MgSO₄、NaHCO₃、Na₂CO₃、NaOH，新近制备的次氯酸钠(1％溶液，平均有10000ppm的氯气)，瓶子，移液管，pH计，TDS计，导电计，和浊度计。

方法：

1.在加入到试验水中之前将试验菌洗涤并悬浮在胰胨/磷酸盐缓冲盐水中。

2.使培养物每24小时通过一次TSB，这一操作连接进行两天，并将培养物在37℃下培养。

3.在第三天，把0.1毫升24小时的培养物加入到新鲜的TSB中，搅拌并在37℃下培养24小时以上。

4.所得悬浮液在3000rpm下离心10分钟。

5.丢弃上层清液，细胞用无菌胰胨或PBS洗涤3次并悬浮在PBS中。

6.通过分光光度法测定用于即刻使用的最后浓度(约5×10⁶cfu/100毫升评测水)。

7.另外，通过在TSA/MacKonkey盘上平板计数测定实际的数目。制备病毒样品的方法：MS2噬菌体培养物

使用的宿主菌株是大肠菌ATCC 15597。

用胰胨(10克)、酵母提取物(8克)、NaCl(8克)、蒸馏水(1升)和琼脂(15克)制备宿主菌株介质。将样品过滤、消毒并无菌地加入到无菌介质中。生长条件维持在37℃和好气及稳态条件下。

MS2噬菌体定量分析的方法：

1.通过在37℃下，在静止和好气条件下将MS2噬菌体宿主培养到25毫升介质中24小时而制备MS2噬菌体宿主的积极生长的ATCC肉汁培养物。

2.倾倒到具有埃希氏菌介质琼脂的基础琼脂板，并维持在37℃下。

3.制备包含3.5毫升软琼脂的管并维持在约60℃。

4.以1∶10的梯度顺序稀释到10^-12。

5.对于每一个稀释液，用移液管量出1毫升病毒样品到维持在60℃的含有3毫升软琼脂的糖管中，然后加入250毫升宿主培养物。

6.混合并倾倒到基础琼脂，然后转移到板上，并静置1小时，然后在37℃下培养24小时。

7.计数每一块板上相对于黑暗背景下所观察到的斑点的数目。

8.计算病毒的数目，单位为pfu/毫升。

对比的实施例B

根据实施例1进行实验，不同之处是不进行振动压实的步骤。微生物的去除效率数据示于表-2中。

表-2

特性	实施例1	对比实施例B
			囊胞去除率，Log降低	4.3	3
细菌去除率，Log降低	6	1-2
			病毒去除率，Log降低	7.1	0.1

表-2中的数据表明，使用本发明的方法所制备的确保跨越所述碳块高度的粒度分布的碳块(实施例1)，与用先有技术的方法所制备的碳块(对比实施例B)相比，对微生物的脱除有大大的改进。

滤水器-1：制备如图-1中所述的滤水器-1。根据图-1，所述滤水器包括沉降过滤器(SF)，根据实施例1制备的连接到底板(BP)上的碳块过滤介质(CB)。

滤水器-2：制备如图-2中所述的滤水器-2。根据图-2，所述滤水器包括沉降过滤器(SF)，根据实施例2制备的连接到底板(BP)上的碳块过滤介质(CB)。碳块过滤介质和沉降过滤器之间的空间充满着粒度在500-1500微米范围内的颗粒活性炭(GAP)。

实施例2和3：

制备试验水，其中含有15mg/升细小的Arizona试验粉尘，另外还含有0.47ppm溶解的铝阳离子和0.4ppm溶解的铁阳离子。该试验水通过图-1的滤水器(实施例2)和图-2的滤水器(实施例3)过滤，压头恒定在160mm。在使用过滤器的持续时间内获得的流速概括于表-3。用这两个滤水器都得到了令人满意的过滤水质量。

表-3

通过的总的水量，升	实施例2：流速，ml/min	实施例3：流速，ml/min
			10	250	240
50	150	230
			100	80	190
150	70	130
			200	60	80

表-3的数据表明，使用包括本发明碳块过滤介质的滤水器(图-1)得到了高的过滤水输出流速。使用根据本发明优选方面的包括粒状吸附剂颗粒和碳块的滤水器(图-2)得到了增加的水流速。

实施例4和5：

制备进一步被高度污染的疲劳试验水，其每升包含有130毫克细小的Arizona试验粉尘，另外还含有4.7ppm溶解的铝阳离子和4ppm溶解的铁阳离子。该试验水通过图-1的滤水器(实施例2)和图-2的滤水器(实施例3)过滤，压头恒定在160mm。在使用过滤器的持续时间内获得的流速概括于表-4。用这两个滤水器都得到了令人满意的过滤水质量。

表-4

通过的总的水量，升	实施例4：流速，ml/min	实施例5：流速，ml/min
			10	200	270
25	136	240
			50	75	175
100	55	140

实施例6-10

使用本发明的方法进行另外的实验以测定跨越碳块的高度所获得的粒度分布。取5个满足本发明技术要求的PAC样品并在振动压实机上在50Hz下振动5分钟。分离顶部50体积％的样品和底部50体积％的样品，然后将每一样品独立地在200目网筛上筛分。测定筛上部分和筛下部分的重量。数据列于表-5。

表-5

实施例	振动前整个样品中的细小部分％	顶部50体积％中细小部分的％	底部50体积％中细小部分的％	细小部分总量中在底部50体积％中的细小部分的％
					Ex 6	10.7	3.8	6.9	64.5
Ex 7	11.1	2.6	8.5	76.6
					Ex 8	10.9	2.1	8.8	80.7
Ex 9	12.3	1.0	11.3	91.9
					Ex 10	12.1	1.3	10.8	89.3

注意：上表中的细小部分是指粒度小于200目筛的级分。

在实施例6-10的所有样品中，处于底部50体积％的碳块中通过200目筛的细小部分的百分比都在通过200目筛的细小部分总量的55-95wt％范围内。所有这些样品都被发现能提供优良的根据本发明的碳块。

碳块的顶部和底部表面的有代表性的照片(放大率为X150)分别示于图3和4中。所述照片清楚地表明，通过振动压实的工艺步骤得到了不同的粒度分布。

因此，本发明提供碳块过滤介质，用于制备所述碳块过滤介质的方法，可以用这种碳块制备的滤水器以及用所述碳块纯化水的方法。

Claims (22)

1.一种用于重力供料过滤器的碳块过滤介质，其包括：

(a)粒度分布使得95wt％的颗粒通过50目筛而不超过13％的颗粒通过200目筛的粉末活性炭(PAC)，和

(b)熔体流动速率(MFR)低于5(克/10分钟)的粘合剂。

2.如权利要求1的过滤介质，其中55-80wt％在100-200目筛粒度范围内的PAC颗粒局限于下部50体积％的过滤介质中。

3.如权利要求1或权利要求2的过滤介质，其中55-95wt％在小于200目筛粒度范围内的PAC颗粒局限在下部50体积％的过滤介质中。

4.如权利要求1-3任一项的过滤介质，其中粘合剂的MFR低于2。

5.如权利要求4的过滤介质，其中粘合剂的MFR低于1。

6.如在前权利要求中任一项的过滤介质，其中粘合剂的堆积密度低于2.5g/cm³。

7.如在前权利要求中任一项的过滤介质，其中粘合剂与PAC的比例在1∶1-1∶10范围内。

8.如权利要求7的过滤介质，其中粘合剂与PAC的比例在1∶2-1∶6范围内。

9.如在前权利要求中任一项的过滤介质，其中粘合剂介质选自超高分子量聚乙烯或聚丙烯。

10.如权利要求9的过滤介质，其中粘合剂的分子量在10⁶-10⁹范围内。

11.一种用于重力供料滤水设备的滤水器，其包括：

(a)用于除去通常在3微米以上的细粉尘及其他颗粒的可洗的或可替换的沉降过滤器；

(b)如在前权利要求中任一项所要求的包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质；

(c)与碳块连接的带有用于出水的喷嘴的底板；

(d)用于容纳整个过滤器作为一个整体部件的可分离的仓室或盖。

12.如权利要求11的滤水器，其中滤水器包括粒状吸附剂颗粒床，使得要过滤的水在通过碳块过滤介质之前要通过所述粒状吸附剂颗粒床。

13.如权利要求12的滤水器，其中，所述粒状吸收剂颗粒是颗粒活性炭。

14.如权利要求12或13的滤水器，其中所述粒状吸附剂颗粒的粒度在500-1500微米范围内。

15.一种用于制备碳块过滤介质的方法，其包括如下步骤：

(a)将粒度分布使得95wt％的颗粒通过50目筛而不超过13％的颗粒通过200目筛的粉末活性炭(PAC)与熔体流动速率(MFR)低于5的粘合剂在混合器中紧密混合；

(b)将所述混合物在振动压实机中压实；

(c)通过施加不大于20kg/cm²的压力将所述混合物在具有希望的形状和大小的模具中进一步压实；

(d)将模具加热到选定的温度；

(e)将模具冷却并从模具中释放出碳块。

16.如权利要求15的用于制备碳块过滤介质的方法，其中通过施加不超过12kg/cm²的压力将所述混合物在模具中压实。

17.如权利要求15或16任一项的所述的用于制备碳块过滤介质的方法，其中所述混合物被压实至少15分钟。

18.如权利要求15-17任一项所述的用于制备碳块过滤介质的方法，其中振动压实在至少30Hz的频率下进行至少1分钟。

19.如权利要求15-18中任一项所述的用于制备碳块过滤介质的方法，其中模具被加热到150-400℃的温度。

20.如权利要求19的用于制备碳块过滤介质的方法，其中模具被加热到180-320℃的温度。

21.一种用于净化水的方法，由此使得水在重力的影响下首先通过用于除去3微米以上的细粉尘及其他颗粒的可洗的或可替换的沉降过滤器，然后通过如权利要求1-10任一项所述的包括PAC和粘合剂的碳块过滤介质。

22.如权利要求21的方法，其中在通过沉降过滤器和碳块过滤介质两者之间，水还通过粒状吸附剂颗粒床。

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