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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Filter zum Entfernen von Verunreinigungen
aus Haushaltstrinkwasser. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung einen Gravitationsströmungsfilter,
der Adsorptionsmittel enthält,
zur Entfernung einer Vielzahl von Verunreinigungsspezies aus Haushaltstrinkwasser.
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Es
wurde festgestellt, dass Haushaltstrinkwasser, insbesondere von
Haushaltswasserhähnen,
häufig einen
unangenehmen Geschmack oder einen Chlorgeruch aufweist. Darüber hinaus
kann Trinkwasser auch niedrige Konzentrationen chlorierter organischer
Verbindungen, die ein Ergebnis der Chlorierung der Trinkwasserquellen
sind, und, in manchen älteren
Häusern,
auch niedrige Konzentrationen von Blei aufweisen, das aus Haushaltsrohrsystemen
ausgewaschen worden ist. Viele Filter wurden vorgeschlagen oder
verwendet, um diese Nachteile zu beseitigen oder um diese Verunreinigungen
zu entfernen. Da die Verunreinigungsarten unterschiedlich sind,
müssen
in den gleichen Filter verschiedene Filtermaterialien, die jeweils
gestaltet sind, um einen bestimmten Nachteil zu beseitigen, einbezogen
werden. In einem Filter mit begrenzter Größe bedeutet die Kombination
von Filtermaterialien, dass manchmal ein Kompromiss eingegangen
werden muss, was zu einer uneffizienten Entfernung einer oder mehrerer
Verunreinigung(en) führt.
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Die
Verwendung von Gravitationsströmungsfiltern
für die
Haushaltswasserreinigung unter Verwendung von Karaffen oder Krügen ist
bekannt. Typischerweise besteht die Karaffe im Wesentlichen aus
einer oberen Kammer, einer unteren Kammer und einem Gravitationsströmungsfilter,
der genau passend, jedoch beweglich zwischen den Kammern angeordnet
ist, so dass das gefilterte Wasser von dem Speisewasser getrennt ist.
Mit der Karaffe wird Wasser chargenweise behandelt. Das Speisewasser
wird in die obere Kammer gegossen und dringt durch die Gravitation
durch den Gravitationsströmungsfilter
hindurch. Das gefilterte Wasser wird in der unteren Kammer gesammelt.
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Die
FR-A-2 700 324 beschreibt eine Filtervorrichtung zum Entcarbonisieren
und Weichmachen von Wasser. Die Vorrichtung umfasst eine erste Kartusche,
die mit katalytischen Körnchen
gefüllt
ist, und eine zweite Kartusche, die mit einem porösen Stoff
gefüllt
ist, der aus oxidierter Aktivkohle hergestellt ist.
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Systeme
und Filter, die patentiert wurden oder gegenwärtig eingesetzt werden, entfernen
einige, jedoch nicht alle Verunreinigungen aus Haushaltstrinkwasser.
Typischerweise werden unter Verwendung von Aktivkohle Chlor sowie
ein schlechter Geschmack und Geruch aus dem Wasser entfernt. Gelöste kationische Spezies,
wie z.B. Blei, werden unter Verwendung von Ionenaustauschermedien
entfernt. Eine Gravitationsströmungsfilterkartusche
wurde auch zur Entfernung biologischer Verunreinigungen gestaltet.
Es wurde jedoch keine Gravitationsströmungsfilterkartusche für Wasserkrüge oder
-karaffen entwickelt, um die gelösten organischen
Chemikalien effektiv zu entfernen, wenn diese auch andere Arten
von Verunreinigungen wie z.B. kationische Spezies entfernen muss.
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Da
die Bedenken bezüglich
der Gegenwart von Trihalogenmethanen ("THM's") wie z.B. Chloroform
in Trinkwasser wachsen und da die Trinkwasservorschriften den empfohlenen
Grenzwert für
THM's in Trinkwasser
senken, wäre
eine weitere Entfernung dieser gelösten organischen Chemikalien
am Verbrauchsort erwünscht.
Bei den gegenwärtigen
Filtergestaltungen wird die Kombination aus Aktivkohle und Ionenaustauscherharz
die gelösten
organischen Chemikalien nicht effektiv entfernen.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filter bereitzustellen,
der verschiedene Verunreinigungen, die in Haushaltstrinkwasser vorkommen,
effektiv entfernt, und viele Nachteile bekannter Wasserfilterkartuschen
beseitigt. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Gravitationsströmungsfilter
zur Reinigung von Haushaltstrinkwasser bereitzustellen, der kationische
Metallspezies entfernen kann, ohne dessen Vermögen zur Entfernung gelöster organischer
Verbindungen zu beeinträchtigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filter
bereitzustellen, der durch eine neue und effiziente Anwendung von
Filtermaterialien eine hohe Effizienz zur Entfernung von Verunreinigungen
aufweist. Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der vorliegenden Offenbarung.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Filter bereit, der mindestens
zwei Adsorptionsmittel zum Verringern des Verunreinigungsgrads in
Haushaltstrinkwasser umfasst. Der Filter entfernt kationische Spezies,
freies Chlor und organische Chemikalien effizient und beseitigt
einen schlechten Geschmack und Geruch in einem wesentlichen Ausmaß. Adsorptionsmittel,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen
z.B. oxidierte Aktivkohle, Aktivkohlen, Zeolithe, Ionenaustauscherharze,
Silicagel und aktiviertes Aluminiumoxid. Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird oxidierte Aktivkohle zur vorteilhaften
Entfernung kationischer Spezies mit Aktivkohle zur Adsorption organischer
Chemikalien und von Verunreinigungen, die für einen schlechten Geschmack
und Geruch verantwortlich sind und mit freiem Chlor reagieren, kombiniert.
Vorzugsweise umfasst die oxidierte Aktivkohle Fasern aus oxidierter
Aktivkohle oder ein Gewebe aus oxidierter Aktivkohle ("ACC"). Der erfindungsgemäße Filter
ist so gestaltet, dass er in optimaler Weise Wasser durch die Adsorptionsmittel
leitet, um das Potenzial für
eine Strömungsumgehung
zu minimieren und die Adsorptionsmittel in dem Filter effizient
zu nutzen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Filter ein Filtergehäuse,
das eine längliche
Umhüllung
umfasst, die in Längsrichtung
in dem Filtergehäuse
angeordnet ist, um die Adsorptionsmittel darin zurückzuhalten.
Das Filtergehäuse
und die Umhüllung
weisen einen Abstand auf, um einen Raum dazwischen zu definieren.
Gegebenenfalls ist ein Teilchenfiltermittel, das z.B. ein Filtrierpapier
umfasst, in dem Raum zwischen dem Filtergehäuse und der Umhüllung angeordnet,
um jedweden Staub zurückzuhalten,
der von den Adsorptionsmitteln entweichen könnte. Das Filtergehäuse weist
eine Einlassöffnung
zum Einspeisen von nicht erwärmtem
Haushaltstrinkwasser in den Filter und eine Auslassöffnung zum
Austragen des gefilterten oder behandelten Wassers aus dem Filter
auf. Die Umhüllung
kann aus jedwedem inerten Kunststoffmaterial wie z.B. Polyethylen, Polypropylen,
Polyvinylchlorid oder Polytetrafluorethylen hergestellt sein. Die
Umhüllung
umfasst mindestens ein Mittel zum Zurückhalten der Adsorptionsmittel
darin, das sich in der Nähe
der Auslassöffnung
des Filters befindet. Ein zusätzliches
Mittel zum Zurückhalten
ist vorzugsweise in der Nähe
der Einlassöffnung
des Filters enthalten. Das Mittel zum Zurückhalten kann in Form von Sieben
vorliegen, die aus einem inerten Kunststoffmaterial oder einem nicht-korrodierbaren
Material bestehen können,
oder in Form von perforierten Platten, so dass die Adsorptionsmittel
ohne wesentliche Hemmung der Wasserströmung innerhalb der Umhüllung enthalten
und vorzugsweise dicht gepackt sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Umhüllung
mit Aktivkohle gefüllt,
die eine körnige,
pelletierte oder kugelförmige
Form aufweist, und umfasst mindestens eine Schicht aus oxidiertem
ACC, vorzugsweise in der Nähe
des Einlassendes des Filtergehäuses.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Schichten von oxidiertem ACC
zwischen dem Einlass und der Aktivkohle positioniert. Auf diese
Weise nehmen die oxidierten ACC-Schichten die ankommende Strömung auf,
um kationische Spezies zu entfernen, bevor das Wasser das Aktivkohlebett
in der Umhüllung,
das gelöste
organische Materialien, Verunreinigungen und freies Chlor entfernt,
durchquert.
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Alternativ
kann die oxidierte Aktivkohle oder das ACC innerhalb des Aktivkohlebetts
eingemischt sein. Wenn die oxidierte Kohle in der körnigen,
pelletierten oder kugelförmigen
Form vorliegt, kann sie mit der Aktivkohle gemischt werden, um kationische
Spezies und organische Materialien effektiv zu entfernen. Ferner
beseitigt die Verwendung einer oxidierten Aktivkohle das Erfordernis
der Nutzung eines Ionenaustauscherharzes und stellt eine erhöhte Gesamtkapazität und ein
erhöhtes
Gesamtvermögen
des Filters zum Entfernen organischer Materialien bereit. Diese
Effizienz ist auf das große
Mikroporenvolumen zurückzuführen, das
zur Adsorption organischer Materialien zusätzlich zu kationischen Spezies
nützlich
ist. Die Filtergestaltung fördert
ferner die effiziente Nutzung von Adsorptionsmitteln durch Leiten
des Wassers derart, dass es axial durch die Umhüllung strömt und eine Strömungsumgehung
im Wesentlichen beseitigt wird, was bezüglich der Flüssigkeitsströmung in
Filtern, die teilchenförmige
Materialien umfassen, ein häufiges
Problem ist.
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Optimale
Strömungs-
und Filtrationsgeschwindigkeiten können durch Einstellen des Durchmessers der
Umhüllung
in Bezug auf den Durchmesser des Filtergehäuses und den Abstand zwischen
dem ersten Mittel zum Zurückhalten
der Umhüllung
und dem Boden des Filtergehäuses
erreicht werden. Ferner kann Aktivkohle auch in dem Raum zwischen
der Umhüllung
und dem Filtergehäuse
angeordnet sein, um eine zusätzliche
Kapazität
zur Entfernung von Verunreinigungen bereitzustellen. In diesem Fall
können
Perforationen in die Umhüllung
eingebracht werden und entlang ihrer Länge angeordnet sein. Die Größen der
Perforationen können
so ausgewählt
werden, dass sie eine Wasserströmung
durch das Adsorptionsmittel sicherstellen. Beispielsweise kann die
Größe der Perforationen
in der Richtung weg von dem Einlass des Filtergehäuses zunehmen,
so dass Wasser nicht bevorzugt durch die Perforationen in der Nähe der Einlassöffnung des
Gehäuses
aus der Umhüllung
strömt.
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In
einer anderen Ausführungsform
besteht der Filter im Wesentlichen aus einer Umhüllung, wie sie im Wesentlichen
vorstehend beschrieben worden ist. Der Filter weist ferner ein entfernbares
Verbindungsmittel an der Einlassöffnung
zum optionalen Anpassen an eine Wasserquelle wie z.B. einen Ausgusshahn
oder eine Wasserzapfstelle auf. Das Verbindungsmittel kann jedwedes
geeignete Mittel wie z.B. Leitungs-, Schlauch- oder Rohranschlussstücke umfassen.
Darüber
hinaus kann der Filter so gestaltet werden, dass er innerhalb eines
Standardwasserkrugs aufgenommen werden kann.
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Die 1 ist
eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters.
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Die 2 zeigt
die Entfernung von Chloroform durch zwei erfindungsgemäße Filter,
die nur Aktivkohleadsorptionsmittel enthalten.
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Die 3 zeigt
die Entfernung von Blei durch zwei erfindungsgemäße Filter, die nur Aktivkohleadsorptionsmittel
enthalten.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen in der 1 gezeigt.
Der Filter umfasst ein Filtergehäuse 10 mit
einer Einlassöffnung 11 zum
Einströmen,
einer Auslassöffnung 12 zum
Austragen von gefiltertem oder behandeltem Wasser und einem Adsorptionsmittelabschnitt 20, der
innerhalb des Filtergehäuses
angeordnet ist. Das Filtergehäuse 10 ist
vorzugsweise aus einem polymeren Material wie z.B. Polyethylen mit
hoher Dichte, Polyethylen mit ultrahoher Dichte, Polypropylen, Polytetrafluorethylen,
Polyvinylchlorid, Polycarbonaten oder dergleichen hergestellt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Filtergehäuse 10 eine
zylindrische Form auf. Die Einlassöffnung 11 weist eine
Vielzahl von Perforationen 13 auf, durch die Wasser in
den Filter strömt,
und gegebenenfalls ein perforiertes Element 15, das über die
Perforationen 13 hinaus oder unterhalb der Perforationen 13 positioniert
ist, um Wasser weiter über den
oberen Teil der Adsorptionsmittel zu verteilen. Die Auslassöffnung 12 weist
eine Vielzahl von Perforationen 14 auf, die in der Nähe der Filtergehäusewand
angeordnet sind.
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Die
Umhüllung 50 umfasst
einen oberen zylindrischen Abschnitt 51 und einen unteren
zylindrischen Abschnitt 52. Vorzugsweise wird die Umhüllung 50 mittels
eines Abstandshalters 60, der so an dem Filtergehäuse angebracht
ist, dass der untere zylindrische Abschnitt 52 die Filterauslassöffnung 12 nicht
berührt,
innerhalb des Filtergehäuses 10 gehalten.
Ein Mittel zum Zurückhalten 53 ist
am unteren Ende des unteren zylindrischen Abschnitts 52 angebracht.
Das Mittel zum Zurückhalten 53 kann
in die Umhüllung
eingearbeitet sein oder umfasst ein anbringbares Sieb oder spanabhebend
bearbeitetes Stück
oder es kann sich um ein anderes geeignetes Mittel handeln. Der
obere zylindrische Abschnitt 51 passt genau in das Innere
des Filtergehäuses 10.
Der Außendurchmesser
des unteren zylindrischen Abschnitts 52 ist kleiner als
der Innendurchmesser des Filtergehäuses 10. Die Umhüllung 50 und
das Filtergehäuse 10 definieren
zusammen einen ringförmigen
Raum 70. Ein zylindrischer Teilchenfilter 80,
der aus einem gerillten Filtrierpapier hergestellt ist, ist in dem ringförmigen Raum 70 gegen
die Wand des Filtergehäuses 10 zum
Entfernen jedweden Kohlenstaubs angeordnet, der aus der Umhüllung 50 entweichen
könnte.
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Die
Umhüllung 50 ist
mit einer Aktivkohle mit einer Maschengröße gefüllt, die eine optimale Adsorptionsgeschwindigkeit
von Verunreinigungen bereitstellt, wie z.B. 12 × 40 Mesh (US-Siebreihe). Die Aktivkohle kann
in körniger,
pelletierter oder kugelförmiger
Form vorliegen und aus jedwedem geeigneten Ausgangsmaterial hergestellt
sein, wie z.B. aus verarbeiteter Kohle, Nussschale, Torf, Holz oder
polymeren Materialien. Beispielsweise umfasst ein thermisches Verfahren
zur Herstellung von Aktivkohle die Carbonisierung des Ausgangsmaterials
und die selektive Vergasung der inneren porösen Struktur des carbonisierten
Materials zur Erzeugung des großen
Adsorptionsporenvolumens der Aktivkohle. Eine Vielzahl von Schichten
von oxidiertem ACC-Adsorptionsmittel 54 ist auf der Aktivkohle
unmittelbar von der Einlassöffnung 11 angeordnet.
Ein oxidiertes ACC-Adsorptionsmittel, das für die vorliegende Erfindung
geeignet ist, ist in der US-Patentanmeldung Nr. 09/335,108 mit dem
Titel "Carbon Char
for Metals-Removal",
angemeldet am 17. Juni 1999, beschrieben, die unter Bezugnahme in
diese Beschreibung einbezogen wird.
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Im
Allgemeinen weist ein oxidiertes ACC, das zur Verwendung in dieser
Erfindung geeignet ist, einen Kontakt-pH von weniger als etwa 4,
mehr bevorzugt von weniger als etwa 3 und insbesondere von weniger
als etwa 2,5 auf. Der Kontakt-pH der oxidierten Kohle wird gemäß dem Verfahren
gemessen, das in der US-Patentanmeldung Nr. 09/335,108 mit dem Titel "Carbon Char for Metals-Removal", angemeldet am 17.
Juni 1999, beschrieben ist. Die Adsorptionsmittel können mit
einem Mittel zum Zurückhalten 55 fixiert
werden, das auf der Vielzahl von Schichten aus dem oxidierten ACC-Adsorptionsmittel 54 angeordnet
ist. Speisewasser wird in den Filter durch die Perforationen 13 eingeführt und
durch das perforierte Element 15 und das Mittel zum Zurückhalten 55 verteilt.
Kationische Verunreinigungen werden durch die Vielzahl von Schichten
aus dem oxidierten ACC-Adsorptionsmittel 54 im Wesentlichen
adsorbiert. Wasser strömt
anschließend
durch den oberen zylindrischen Abschnitt 51 und den unteren
zylindrischen Abschnitt 52. Gereinigtes Wasser tritt aus
dem Adsorptionsmittelbett durch das Mittel zum Zurückhalten 53 aus
und wird durch die Perforationen 14 aus dem Filtergehäuse ausgetragen.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann Aktivkohle in dem ringförmigen Raum 70 und
in dem Raum zwischen dem Mittel zum Zurückhalten 53 und dem
Boden des Filtergehäuses 10 enthalten
sein. Ferner kann der ringförmige
Raum 70 vollständig
mit Aktivkohle gefüllt
sein. In diesem Fall können
Perforationen 14 in vorteilhafter Weise unmittelbar unterhalb
des Rings 60 in dem Filtergehäuse ausgebildet sein. Bei dieser
Konfiguration stellt der erfindungsgemäße Filter eine zusätzliche
Menge an Aktivkohle bereit, um die Restkonzentrationen von Verunreinigungen
noch weiter zu senken, oder um die Gebrauchslebensdauer des Filters
zu erhöhen.
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Beispiel 1: Filter, der
eine Kombination aus Aktivkohle und oxidiertem ACC-Adsorptionsmittel
umfasst
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Zum
Testen wurde ein aus Polyethylen hergestelltes Karaffenfiltergehäuse ausgewählt, das
demjenigen ähnlich
ist, das in der 1 gezeigt ist. Das Gehäuse weist
eine zylindrische Form mit einer Länge von etwa 15,5 cm (6,1 Zoll),
einen Einlassöffnungsdurchmesser
von etwa 5,3 cm (2,1 Zoll) und einen Auslassöffnungsdurchmesser von etwa
5,1 cm (2,0 Zoll) auf. Ein Teilchenfilter, der ein gerilltes Filtrierpapier
umfasst, war gegen die Innenoberfläche des Filtergehäuses angeordnet.
Der Filterhohlraum war mit einer Menge von 118 ml körniger Aktivkohle
F600TM (von Calgon Carbon Corporation, Pittsburgh,
Pennsylvania, erhältlich)
gefüllt. Drei
Schichten aus oxidiertem FM5-250 ACC waren zwischen dem Einlass
und der körnigen
Aktivkohle angeordnet. Das oxidierte FM5-250 ACC wurde gemäß dem Verfahren
hergestellt, das in der US-Patentanmeldung Nr. 09/335,108 beschrieben
ist, und wies eine Ionenaustauschkapazität von 1,4 mÄqu./g Kohle auf, wobei dieser
Wert mit dem Verfahren gemessen wurde, das in der gleichen Patentanmeldung
beschrieben ist. Das Filtergehäuse
wurde für
den Wasserreinigungstest verschlossen.
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Beispiel 2: Filter der
ersten bevorzugten Ausführungsform
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Ein
weiteres Karaffenfiltergehäuse
mit den gleichen Abmessungen wie dasjenige von Beispiel 1 umfasste
einen Teilchenfilter, der ein gerilltes Filterpapier umfasste, das
gegen die Innenoberfläche
des Filtergehäuses
angeordnet war, und eine Umhüllung,
die derart aus Polyethylen konstruiert war, dass der obere zylindrische
Abschnitt einen Durchmesser von 5,1 cm (2 Zoll) und eine Länge von
4,8 cm (1 7/8 Zoll) aufwies und der untere zylindrische Abschnitt
einen Durchmesser von 2,2 cm (7/8 Zoll) und eine Länge von
7,6 cm (3 Zoll) aufwies. Ein Drahtnetzsieb war am unteren Ende des
unteren zylindrischen Abschnitts angebracht, um die Adsorptionsmittel
in der Umhüllung
zurückzuhalten.
Das Sieb war etwa 1,3 cm (1/2 Zoll) vom Boden des Filtergehäuses entfernt,
wenn die Umhüllung
innerhalb des Filtergehäuses
installiert war. Die Umhüllung
war mit etwa 70 ml körniger
Aktivkohle F600TM gefüllt. Drei Schichten aus oxidiertem
FM5-250 ACC-Adsorptionsmittel waren auf der körnigen Aktivkohle F600TM angeordnet. Die gefüllte Umhüllung wurde innerhalb des Filtergehäuses angeordnet,
das zum Testen im Wesentlichen wieder verschlossen wurde.
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Wasser zum
Testen
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Um
eine konsistente Basis zur Bewertung der Erfindung zu schaffen,
wurde das Wasser, das zum Testen verwendet wurde, gemäß den Verfahren
hergestellt, die in American National Standard Institute/National Sanitation
Foundation ("ANSI/NSF"), Standard 53, Trinkwasserbehandlungseinheiten – gesundheitliche
Effekte (National Sanitation International, Ann Arbor, Michigan)
beschrieben sind. Milli-Q-Wasser (doppelt entionisiert) wurde als
Basiswasser verwendet, dem anorganische Salze von Magnesium und
Calcium zur Erhöhung der
gesamten gelösten
Feststoffe, Natriumhydrogencarbonat zur Erhöhung der Alkalinität und Natriumhypochlorit
zur Erhöhung
des Gehalts des Wassers an freiem Chlor zugesetzt wurden. Insbesondere
wurden pro 20 Liter-Charge die folgenden Chemikalienmengen zugesetzt:
0,8
g MgSO4 (Fisher Certified wasserfrei)
1,478
g CaCl2 (Fisher Certified wasserfrei)
2,0
g NaHCO3 (Fisher Certified A.C.S.)
0,4
ml NaOCl (Fisher gereinigte Qualität 4 bis 6%)
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Der
pH-Wert des Wassers wurde dann gemessen und unter Verwendung von
Chlorwasserstoffsäure oder
Natriumhydroxid auf pH 8,50 ± 0,25
eingestellt. Sobald der pH-Wert stabilisiert worden ist, wurde Blei
in Form von Bleinitrat zugesetzt. Die Blei-Zielkonzentration betrug
150 μg/Liter.
Die organische Verunreinigung, die bei der Bewertung der Erfindung
verwendet wurde, war Chloroform. Chloroform wurde zum Testen ausgewählt, da
diese Verbindung als Surrogat für
flüchtige
organische Verbindungen ("VOC's") im ANSI/NSF-Standard 35 verwendet
wurden. Sobald das Chloroform zugesetzt worden ist, wurde die Lösung über Nacht
gerührt,
um eine ausreichende Zeit zum Lösen
des Chloroforms bereitzustellen. Die Chloroform-Zielkonzentration
betrug 300 μg/Liter.
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Testen des
Filters
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Die
Karaffenfilter der Beispiele 1 und 2 und ein PUR®-Plus-Karaffenfilter
(von Recovery Engineering, Inc., Minneapolis, Minnesota, erhältlich),
wie er erhalten worden ist, wurden bezüglich der Blei- und Chloroformentfernung
unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Wassers getestet.
Der PUR®-Plus-Karaffenfilter,
wie er erhalten worden ist, wies ähnliche Abmessungen auf wie
die Filter der Beispiele 1 und 2 und enthielt ein Gemisch aus körniger Aktivkohle
und einem Ionenaustauscherharz. Die Ergebnisse, die erhalten wurden, nachdem
40 Liter Wasser behandelt worden sind, sind in der Tabelle 1 gezeigt.
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Es
ergab sich, dass das Ersetzen des Ionenaustauscherharzes durch das
oxidierte ACC-Adsorptionsmittel
das Vermögen
des Filters zur Entfernung sowohl von Chloroform als auch von Blei
erhöhte.
Der Filter einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der im Beispiel 2 gezeigt ist, war sogar
dann besser als der PUR®-Plus-Karaffenfilter,
wie er erhalten worden ist, wenn der genannte Filter eine kleinere
Adsorptionsmittelmenge enthielt. Dieser Vorteil ist ein Ergebnis
der effizienteren Nutzung der begrenzten Menge an Adsorptionsmittel
in dem Filter durch Minimieren des Potenzials für eine Strömungsumgehung.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt messbare und signifikante Verbesserungen
bezüglich
eines gegenwärtig
käuflichen
Filters, nachdem 40 Liter Wasser behandelt worden sind, um sowohl
anorganische als auch organische Verunreinigungen mit hoher Effizienz
zu entfernen. Darüber
hinaus kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um ein signifikantes
Gesamtwasservolumen zu bewältigen
und zu behandeln. Beispielsweise zeigt die Literatur für den PUR®-Plus-Karaffenstandardfilter,
bei dem es sich bei dieser Demonstration um einen Referenzfilter
handelt, einen Anspruch auf die Behandlung von 151,4 Liter (40 Gallonen)
Wasser. Um zu messen, ob die vorliegende Erfindung die gleiche Wassermenge
behandeln kann, wurde das Testen der Filter der Beispiele 1 und
2 der vorliegenden Erfindung bis 150 Liter fortgesetzt. Die Daten
in den 2 und 3 zeigen die Konzentration von
Chloroform und Blei, die in dem behandelten Wasser gemessen worden
ist. Aus diesen Zahlen ist ersichtlich, dass die Chloroformentfernung
bei 150 Liter behandeltem Wasser etwa 97% für den Filter von Beispiel 1
und 100% für
den Filter von Beispiel 2 betrug. Es wird erwartet, dass diese Werte
beim PUR®-Plus-Karaffenfilter
niedriger sind. Bezüglich
der Bleientfernung entfernte der Filter von Beispiel 1 immer noch
etwa 97% des Bleis, während
der Filter von Beispiel 2 etwa 95,5% entfernte. Die etwas geringere
Bleientfernung des Filters von Beispiel 2 kann auf die geringere
Menge an körniger
Aktivkohle zurückgeführt werden,
die in diesem Filter verwendet worden ist, da Aktivkohle inhärent eine
gewisse Kapazität zur
Entfernung kationischer Spezies aufweist.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung zeigt sich weiter bei der Untersuchung
der Daten bei 300 Liter, die zeigen, dass die erfindungsgemäßen Filter
gleichzeitig kationische Spezies und organische Materialien in einem
hohen Maß entfernen
können.
Der Filter von Beispiel 1 entfernte etwa 95% des Chloroforms, während der
Filter von Beispiel 2 immer noch 98% des Chloroforms entfernte.
Die Bleientfernung blieb ebenfalls auf einem hohen Niveau, das bei
dem Filter von Beispiel 1 bei etwa 91% und bei dem Filter von Beispiel
2 bei etwa 86% lag. Die Gesamtleistung der erfindungsgemäßen Filter
kann durch Variieren der Abmessungen der Umhüllung so eingestellt werden,
dass die Anforderungen des Zielmarkts erfüllt werden. Die Bleientfernungskapazität eines
erfindungsgemäßen Filters
kann durch Einbringen zusätzlicher
Schichten des Gewebes aus oxidierter Kohle erhöht werden.
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Ein
Vergleich der Filter in den Beispielen 1 und 2 zeigt, dass das Einbringen
von Aktivkohle in die Umhüllung
die Nutzung der organischen Adsorptionskapazität der Aktivkohle verbessert.
Diese Verbesserung wird erreicht, obwohl die Menge an körniger Aktivkohle
in dem Fil ter von Beispiel 2 viel kleiner ist als die Menge an körniger Aktivkohle
in dem Filter von Beispiel 1. Eine verbesserte axiale Strömung, die
ein Ergebnis einer verringerten Wahrscheinlichkeit einer Strömungsumgehung
ist, durch das Aktivkohlebett wie bei den erfindungsgemäßen Filtern
führt zu
einer effizienten Nutzung der körnigen
Aktivkohle zur Entfernung organischer Verunreinigungen. Darüber hinaus
ermöglicht
die Verwendung des oxidierten Aktivkohleadsorptionsmittels, das
anders als Ionenaustauscherharze zusätzlich zu dessen Kapazität zur Entfernung
kationischer Spezies auch eine große Kapazität zur Entfernung organischer
Verbindungen aufweist, eine längere
Gebrauchslebensdauer des Filters. Der kombinierte Vorteil erklärt daher
die 100%ige Entfernung von Blei in den ersten 40 Litern Wasser,
das unter Verwendung der Filter der Beispiele 1 und 2 behandelt
worden ist, während
der hier als Referenz verwendete käufliche Filter, wie er erhalten
wurde, nur 98% des Bleis entfernte.
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Die
Gebrauchslebensdauer des erfindungsgemäßen Filters kann auch weiter
verlängert
werden, wenn ein Aktivkohleadsorptionsmittel auch in dem Raum zwischen
der Umhüllung
und dem Filtergehäuse
enthalten ist. In dieser Ausführungsform
befinden sich die Perforationen für das Austragen von behandeltem
oder gereinigtem Wasser um den Umfang des Filtergehäuses unmittelbar
unterhalb des Abstandshalters 60, wie z.B. eines Stützrings.
In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind Perforationen entlang der Länge der
Umhüllung 50 bereitgestellt
und Aktivkohle ist in dem Raum zwischen der Umhüllung und dem Filtergehäuse enthalten.
Die Größe der Perforationen
erhöht
sich in der Richtung der Wasserströmung durch die Umhüllung, um
sicherzustellen, dass Wasser die Aktivkohle in der Umhüllung nicht
umgeht. Diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil der geringeren Oberflächengeschwindigkeit
von Wasser durch das Kohlebett, die eine schärfere Massenübertragungszone
fördert,
und der minimalen Strömungsumgehung,
die eine effizientere Nutzung der begrenzten Kohlemenge in dem Filter
fördert.
Ferner kann die Länge der
Umhüllung
so eingestellt werden, dass eine optimale Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
und eine optimale Filterungszeit für das Wasser durch den Filter
bereitgestellt werden. Unter Verwendung der Umhüllung des Filters von Beispiel
2 betrug die Zeit zum Filtern von 1 Liter Wasser 20 min. Wenn die
Länge dieser
Umhüllung
erhöht
wurde, so dass ein Spalt von nur 0,6 cm (1/4 Zoll) vom Boden des
Filtergehäuses
erhalten wurde, erhöhte
sich die Filterungszeit auf 40 min. Wenn ferner der Durchmesser
des unteren zylindrischen Abschnitts der Umhüllung auf 2,5 cm (1 Zoll) erhöht wurde
und das untere Mittel zum Zurückhalten
1,3 cm (1/2 Zoll) vom Boden des Filtergehäuses entfernt war, nahm die
Filterungszeit für
1 Liter Wasser auf 9 min ab. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
2 zusammengefasst.
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Während vorstehend
die bevorzugten Ausführungsformen
und Durchführungsarten
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte beachtet
werden, dass bezüglich
dieser Ausführungsformen
und Durchführungsarten
zahlreiche Variationen, Veränderungen
und Äquivalente
möglich
sind, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gemäß den folgenden
Ansprüchen
abzuweichen.