ES2332958T3 - Cartucho de filtro bacteriostatico. - Google Patents
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Abstract
Un cartucho de filtro bacteriostático que comprende un miembro de núcleo perforado interno envuelto por una membrana de poliéster tejida en húmedo, y, opcionalmente al menos un miembro que consiste en un modelo de hilo entrecruzado y una red fundida por soplado, en el que al menos un miembro del grupo que consiste en dicho miembro de núcleo perforado interno, dicho hilo, dicha membrana de poliéster y dicha red fundida por soplado se trata con un agente antimicrobiano no lixiviante.
Description
Cartucho de filtro bacteriostático.
Esta invención se refiere generalmente a filtros
para la purificación de líquidos. En particular, la presente
invención se refiere a un cartucho de filtro bacteriostático, como
se describe en la reivindicación 1, para el uso en un sistema de
filtración. El cartucho de filtro bacteriostático está diseñado para
eliminar partículas del agua y evitar el crecimiento bacteriano en
el interior del filtro.
En los últimos años, la población cada vez es
mas consciente del deterioro de la calidad del suministro de agua
en los países y en el mundo. Los residuos contaminantes, biológicos
y tóxicos y otros contaminantes se introducen en los suministros de
agua a un ritmo cada vez mayor, haciendo que dichos suministros de
agua no sean aptos para el consumo y otros usos necesarios. Por
ejemplo, actualmente se solicita a los pacientes médicos con baja
inmunidad no consumir agua corriente y las enfermedades y afecciones
relacionadas con la mala calidad del agua potable han aumentado
dramáticamente en los últimos años. Este problema es especialmente
significativo fuera de los Estados Unidos donde la calidad del agua
se ha deteriorado hasta un mínimo sin precedentes, siendo la fuente
principal de dicha contaminación de naturaleza bacteriana.
El agua contaminada también preocupa a la
industria. Las industrias semiconductoras y farmacéuticas, entre
otras, necesitan agua ultra pura para la elaboración de sus
procesos. Por lo tanto, se ha invertido una gran cantidad de
tiempo, dinero y esfuerzo en el desarrollo de sistemas para
purificar el agua. Sin embargo, los sistemas que actualmente
existen para purificar el agua son generalmente demasiado costosos o
no son viables en determinados lugares.
Además del coste, todos los sistemas de
filtración actuales adolecen de dos problemas recurrentes. El
primero es el crecimiento bacteriano en el sistema. El segundo es
la contaminación del sistema debido a la sobrecarga de
contaminantes. Cualquiera de los dos problemas empeorará el otro y
reducirá la eficacia global del sistema.
En los actuales sistemas de filtración
existentes, los sistemas de osmosis inversa son la solución más
común para mejorar la calidad del agua mediante la eliminación de
partículas, sólidos disueltos y bacterias. Generalmente, estos
sistemas usan un filtro de eliminación de sedimentos junto con
carbón activado y una membrana bacteriostática recubierta con
óxidos y haluros de plata colocada entre el filtro y la salida del
agua. Un sistema de este tipo se describe con detalle por
Nishino en la Patente de Estados Unidos 3.872.013. La
membrana impedirá que determinadas bacterias salgan del filtro y
retrasará su crecimiento en la superficie de la membrana, pero no
controlará el crecimiento bacteriano sobre el carbón activado o la
capacidad de las bacterias para multiplicarse y producir toxinas.
Tampoco son eficaces otros filtros mecánicos tales como los
cartuchos de filtro de cerámica que filtran las bacterias de
aproximadamente 1 micrómetro de tamaño retrasando el crecimiento
bacteriano ya que las bacterias se acumulan en la superficie del
filtro. Si se permite el crecimiento incontrolado, las bacterias
forman en el filtro una película o limo que obstruye el filtro y
adicionalmente aumenta el crecimiento bacteriano. Por esta razón,
los filtros de cerámica necesitan limpiarse con frecuencia mediante
raspado.
En la patente de Estados Unidos 5.269.919 Von
Medlin describe detalladamente otro tipo de sistema por osmosis
inversa biocida. Von Medlin describe el uso de una resina de
poliyoduro que elimina el yodo después de ponerse en contacto con
las bacterias y organismos víricos para combatir el crecimiento
bacteriano y usa aleaciones metálicas granulares y carbón activado
para eliminar los yoduros liberados en el agua. Si no se eliminan,
estos yoduros serían nocivos para el ser humano. De hecho, la
"Política de Desinfección por Yodo" de la EPA (Agencia de
Protección Ambiental), desarrollada inicialmente en 1973 y
reafirmada en 1982, consiste en la desinfección por yodo es
únicamente a corto plazo, siempre que las especies que contienen
yodo permanezcan en el agua potable.
Von Medlin también describe un sistema de
filtración de "dos etapas" que a veces se emplea para purificar
el agua. En este tipo de sistema se utilizan dos etapas de
filtración separadas. Estas etapas se conectan típicamente en
serie. Sin embargo, en aplicaciones industriales a gran escala o
cuando el agua a filtrar está muy contaminada las etapas múltiples
pueden conectarse en paralelo y en serie o alguna combinación de las
mismas. Se usa típicamente una etapa como una unidad de tratamiento
biocida como se ha descrito anteriormente. La otra etapa (o etapas)
filtra típicamente partículas y utiliza filtros por osmosis inversa
para eliminar del agua sales y otros materiales disueltos.
Otro tipo de filtro de agua biocida se describe
con detalle por Patrick, et al, en la Patente de Estados
Unidos 5.762.797. Patrick describe la envoltura de un núcleo
microporoso con membranas microporosas que tienen una distribución
de tamaño de poro entre 5,0 y 0,5 \mu junto con una envuelta de
hilo entrecruzado firmemente enrollado, todo lo cual puede tratarse
con un agente antimicrobiano. Ese tipo de filtro es muy eficaz
eliminando prácticamente todas las bacterias del agua. Sin embargo,
estos filtros se usan mejor como filtros "de acabado" para
agua que sustancialmente ya no tiene contaminantes.
Si el agua a filtrar está muy contaminada surgen
varios problemas. Por ejemplo, si se emplea un cartucho de filtro
único o un sistema en "dos etapas" para filtrar el agua, el
filtro puede ensuciarse rápidamente lo que limita seriamente el
flujo del agua. Para remediar este problema, pueden instalarse
filtros adicionales para crear un sistema de filtración múltiple.
Un sistema de este tipo distribuye materias particuladas entre
varios filtros, prolongando de esta manera el período de tiempo
entre el mantenimiento de filtro necesario y aumentando la
protección contra fallos de filtros imprevistos. Desafortunadamente,
la creación de un sistema multi-filtro que usa los
filtros descritos anteriormente causará una disminución de presión
demasiado grande a través del sistema. Además, si se usan filtros
como los descritos por Nishino o Von Medlin, el área
superficial sobre la que pueden multiplicarse las bacterias aumenta
considerablemente. Por lo tanto, añadiendo filtros extras al
sistema, la contaminación bacteriana del agua a filtrar en realidad
puede aumentar.
Por lo tanto puede observarse que existe una
necesidad de usar cartuchos de filtro asequibles y seguros para un
sistema de filtración de agua que pueda filtrar materia particulada
y organismos grandes e impedir el crecimiento bacteriano y viral
dentro del medio del filtro, sin liberación de toxinas dañinas para
la vida que tengan que filtrarse adicionalmente y que no limite
indebidamente el flujo de agua a través del sistema.
Resumiendo, la presente invención emplea un
cartucho de filtro bacteriostático para un sistema de filtración de
agua. Un filtro bacteriostático es un filtro diseñado para mantener
más o menos la concentración de las bacterias en el efluente
generalmente a o próximo a la concentración de bacterias en el
influente. Este tipo de filtro debería contrastarse con filtros
bactericidas que reducen el recuento bacteriano a más del 99% en el
afluente comparado con el del influente. Una función primaria de un
filtro bacteriostático es filtrar partículas del agua potable de
manera segura, eficaz y económica e inhibir el crecimiento de las
bacterias y otros microorganismos dentro del filtro para impedir un
aumento del recuento de bacterias en el efluente.
El cartucho de filtro incluye un núcleo
perforado de forma tubular interno de, por ejemplo, metal, plástico
o material de cerámica. El núcleo está opcionalmente envuelto con un
hilo o una red fundida por soplado que se ha impregnado o tratado
de otra manera con un agente antimicrobiano. El hilo o la red
fundida por soplado se enrolla típicamente alrededor del núcleo
para crear una envoltura con aberturas muy pequeñas a través de las
que puede pasar el agua. Estas aberturas o poros determinan el
tamaño de la materia particulada que se retiene en los filtros.
Cuanto menores son las aberturas o el denier de los poros, más firme
es el enrollamiento del hilo o del no tejido alrededor del poro
hasta un punto. Típicamente en esta técnica son posibles poros de
un tamaño de hasta 5 micrómetros (nominal).
El cartucho de filtro bacteriostático incluye
una membrana de poliéster tejida en húmedo envuelta alrededor del
núcleo poroso antes de envolver el hilo o la red fundida por
soplado. Además de la membrana de poliéster alrededor del núcleo
puede envolverse una membrana compuesta trilaminar que incorpora una
capa interna de fibras fundidas por soplado de tamaño micrométrico
intercalada entre capas externas de filamentos no tejidos.
El cartucho de filtro también puede incluir un
núcleo de carbón activado extruído en lugar de un núcleo de metal,
plástico o cerámica, teniendo el núcleo de carbón activado un tamaño
de poro nominal de aproximadamente
10,0 \mu. Las partículas de carbón activado se mezclan con un aglutinante y un agente antimicrobiano y se extruyen a una temperatura a la cual el aglutinante se funde y se consolida dentro de un núcleo poroso (véase la Patente de Estados Unidos Nº 5.331.037 por Kaslow).
10,0 \mu. Las partículas de carbón activado se mezclan con un aglutinante y un agente antimicrobiano y se extruyen a una temperatura a la cual el aglutinante se funde y se consolida dentro de un núcleo poroso (véase la Patente de Estados Unidos Nº 5.331.037 por Kaslow).
La sección externa del hilo envuelto o red
fundida por soplado del filtro bacteriostático tiene generalmente
un grosor suficiente para que el cartucho de filtro bacteriostático
pueda insertarse firmemente en la carcasa del cartucho, con un
espacio mínimo entre el cartucho de filtro bacteriostático y las
paredes de la carcasa. Los extremos del filtro bacteriostático
acabado se sellan con una resina o polímero antimicrobiano, formando
tapas en los extremos opuestos del filtro. Esto garantiza que los
fluidos a tratar pasarán por todo el filtro antes de salir del
sistema.
El cartucho de filtro bacteriostático se instala
en el interior de una carcasa para un sistema de filtración
conectado a un suministro de agua. A medida que fluye el agua en la
carcasa, el agua se vierte y atraviesa el cartucho del filtro y
sale de la carcasa a través de un puerto de salida. El cartucho de
filtro de la presente invención elimina impurezas del agua que
fluye a través del cartucho. Generalmente el hilo, la red fundida
por soplado y/o las membranas de poliéster o trilaminar eliminan
gran cantidad de impurezas. Los microorganismos retenidos por el
filtro bacteriostático, tales como contaminantes bacterianos y
virales, se ponen en contacto con el agente antimicrobiano en el
hilo y las membranas y/o el núcleo inhibiendo de esta manera su
crecimiento. Por lo tanto es posible eliminar una cantidad
sustancial de contaminantes del agua antes de una filtración final
impidiendo a la vez el crecimiento bacteriano en el sistema de
filtrado.
Por tanto, es un objeto de la presente invención
proporcionar un cartucho de filtro bacteriostático que supere las
deficiencias descritas anteriormente y otras de la técnica anterior
proporcionando un cartucho de filtro que sustancialmente filtre
partículas del agua e impida el crecimiento de los contaminantes
bacterianos y víricos en el interior del medio del filtro.
Otro objeto adicional de la presente invención
es proporcionar un cartucho de filtro bacteriostático que pueda
usarse en las carcasas de los sistemas de filtración actualmente
disponibles incluyendo las usadas en los sistemas por osmosis
inversa que inhibirán el crecimiento de los contaminantes
bacterianos y víricos y la posterior producción de toxinas.
Otro objeto adicional de la presente invención
es proporcionar un cartucho de filtro bacteriostático que
sustancialmente recoja y elimine los contaminantes particulados sin
crear un descenso de presión significativo a través del sistema de
filtro.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un cartucho de filtro bacteriostático en el que casi
todas las bacterias retenidas en el cartucho de filtro
bacteriostático se pongan en contacto con un agente antimicrobiano
y se desactiven.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un filtro bacteriostático que tenga un núcleo de carbón
activado impregnado con un agente antimicrobiano.
Otros objetos, características y ventajas de la
presente invención serán evidentes para un especialista en la
técnica examinando los dibujos y la descripción detallada.
La Figura 1 es una vista lateral en alzado de
una realización preferida de la presente invención, con partes
separadas.
La Figura 2 es una vista lateral en alzado del
cartucho de filtro de la presente invención con las tapas instaladas
en los extremos.
La Figura 3 es una vista frontal del cartucho de
filtro de la presente invención con una tapa instalada.
La Figura 4 es una vista lateral en alzado de
una segunda realización de la presente invención con partes
separadas.
La Figura 5 es una vista lateral en alzado de la
segunda realización de la presente invención con partes
separadas.
La Figura 6 es una vista lateral, de una
membrana trilaminar de polipropileno.
La Figura 7 es una vista lateral en alzado de
una realización adicional de la presente invención con partes
separadas.
La figura 8 es una vista lateral en alzado de
una realización adicional de la presente invención que tiene un
núcleo de carbón activado con partes separadas.
La Figura 9 es una ilustración esquemática de un
cartucho de filtro de la presente invención, mostrando el cartucho
de filtro instalado y usado en un sistema de filtración debajo de un
fregadero.
La Figura 10 es una ilustración esquemática del
aparato de ensayo usado en la toma de datos.
En relación ahora a los dibujos en los que las
partes se indican con números a través de las diversas vistas, la
Figura 1 ilustra un cartucho de filtro bacteriostático 10 que tiene
características en común con el cartucho de filtro bacteriostático
empleado en la presente invención. El cartucho del filtro
bacteriostático 10 incluye un núcleo perforado central hueco 12 que
tiene extremos abiertos 13 y 14 y que puede fabricarse a partir de
plástico, papel, metal o puede ser un material de vela de cerámica
intrínsecamente perforado. En la realización preferida mostrada en
la Figura 1, el núcleo es un polipropileno poroso. El núcleo está
formado como un tubo o cilindro de aproximadamente 12,7 a 76,2 cm
de longitud y generalmente tiene un diámetro de aproximadamente 2,5
a 5,0 cm, no obstante, si es necesario, pueden usarse diámetros
mayores o menores. Generalmente a través del núcleo en posiciones
separadas a lo largo de su longitud se forma una serie de poros o
perforaciones 16 de al menos aproximadamente 10 micrómetros (\mu)
de tamaño o más.
El núcleo de polipropileno poroso 12 se envuelve
con hilo 18 tratado con un agente antimicrobiano. El hilo puede
fabricarse con algodón, nylon, polipropileno, acetato de celulosa,
rayón, liocel, acrílico, poliéster, polietileno o cualquier mezcla
de los mismos. En una realización preferida mostrada en la Figura 1,
el hilo 18 es hilo de algodón de cuenta de 0,60 (cc). El hilo 18
contiene fibra de polipropileno de entre 0,3 denier por filamento
(dpf) a 10 dpf, siendo el intervalo preferible basándose en el coste
y realización de 1,5 dpf a 6 dpf. La fibra de polipropileno se
cortó en grapa de 5,08 cm, después se abrió y se cardó y se hiló
mediante rozamiento en un hilo de 0,60 cc. La fibra de
polipropileno se impregnó con un agente antimicrobiano durante la
extrusión. La concentración del agente antimicrobiano en las fibras
generalmente es entre 5 a 20.000 ppm, preferiblemente entre 1.000
ppm a 5.000 ppm. El hilo de 0,60 cc se enrolló firmemente alrededor
del núcleo en un modelo entrecruzado para cubrir completamente el
núcleo 12 y proporcionar un tamaño de poro eficaz de
1-5 \mu.
Preferiblemente, el agente antimicrobiano usado
en la fibra de polipropileno es prácticamente insoluble en el agua
que pasa a través y sobre el cartucho del filtro, y es seguro, no
tóxico, no carcinógeno, insensible a la piel de seres humanos y
animales y no se acumula en el cuerpo humano cuando se ingiere.
Generalmente, por lo tanto, el antimicrobiano es un agente
antimicrobiano de amplio espectro, es decir, es igual de eficaz
contra la mayoría de las bacterias nocivas encontradas en el agua.
Por ejemplo, típicamente se usará un agente antimicrobiano tal como
éter
2,4,4'-tricloro-2'-hidroxidifenol
o 5-cloro-2fenol (2,4
diclorofenoxi), comúnmente comercializado con la marca comercial
MICROBAN®B, por Microban Products Co. Sin embargo, deberá entenderse
que en la presente invención pueden usarse otros agentes
microbianos diversos que son seguros no tóxicos y sustancialmente
insolubles en agua.
El grosor del hilo envuelto entrecruzado 18
determinará el grosor del cartucho de filtro bacteriostático.
Preferiblemente, el hilo envuelto entrecruzado es de aproximadamente
0,64 cm de grosor, aunque el grosor total del hilo envuelto
entrecruzado 18 puede ser de un grosor superior o inferior,
dependiendo del tamaño de la carcasa del sistema de filtración, 19,
en la va a instalarse el cartucho de filtro bacteriostático, para
permitir que el cartucho de filtro bacteriostático se ajuste
firmemente dentro de una carcasa de un sistema de filtración. Una
vez que el filtro bacteriostático se ha envuelto con el grosor de
acabado deseado, el hilo se corta y el extremo se mete hacia abajo
o se sujeta de otro modo a una hebra anterior para impedir que el
hilo se desenrolle.
Como se muestra en la Figura 2, las tapas de los
extremos 22 se aplican sobre los extremos abiertos 13 y 14 del
núcleo y el hilo envuelto 18 para sellar los extremos del cartucho
de filtro bacteriostático. Las tapas 22 generalmente comprenden un
material plastisol de cloruro de polivinilo (PVC) que contiene un
agente antimicrobiano tal como MICROBAN®B. El plastisol se vierte
en forma líquida en un molde superficial que tiene un tubo interior
abierto. Un primer extremo del cartucho de filtro bacteriostático 10
se ajusta después dentro del molde que contiene el líquido
plastisol, se calienta hasta una temperatura recomendada, por
ejemplo de 127ºC, durante aproximadamente siete minutos o hasta que
el plastisol haya permeado suficientemente y se ajuste en el hilo
18 en los extremos del filtro. El cartucho de filtro bacteriostático
se extrae y su extremo opuesto o segundo se sumerge en el líquido
plastisol calentado y se ajusta como se ha indicado anteriormente.
El líquido plastisol se deja enfriar y solidificar sobre los
extremos del cartucho de filtro bacteriostático, después de lo cual
el plastisol se adhiere al hilo fibroso 18 para sellar los extremos
del cartucho de filtro bacteriostático, dejando aún el centro del
cartucho abierto como se muestra en la
Figura 3.
Figura 3.
En una alternativa, pueden usarse tapas de
extremos preformadas en lugar de las tapas formadas a partir del
líquido plastisol. Dichas tapas preformadas generalmente se fabrican
a partir de un material plástico, tal como polipropileno, tratado
con un agente antimicrobiano. Las tapas se forman para garantizar el
cierre hermético de los extremos de la membrana microporosa y se
colocan en los extremos del cartucho de filtro bacteriostático,
preferiblemente con un adhesivo antimicrobiano.
Las tapas de los extremos cierran herméticamente
y tapan los extremos del hilo envuelto entrecruzado 18 en cada
extremo de los mismos. Esto obliga al agua u otro fluido que se
filtra a través del sistema de filtración a pasar a través de los
laterales del cartucho de filtro bacteriostático para garantizar que
el agua u otro fluido atraviese y se ponga en contacto con el hilo
envuelto entrecruzado 18 de manera que los contaminantes de al
menos 1,0 micrómetros o mayores queden atrapados y se eliminen del
flujo de agua que pasa a través del cartucho de filtro. El agente
antimicrobiano en el hilo 18 también realizan la función de inhibir
el crecimiento de las bacterias y otros microorganismos en el
interior del filtro bacteriostático.
\vskip1.000000\baselineskip
En una alternativa que se muestra en la Figura
4, el hilo envuelto 18 se sustituye por una red de polímero fundida
por soplado 20. El polímero puede seleccionarse del grupo que
consiste en nylon, polipropileno, acetato de celulosa, rayón,
liocel, acrílico, poliéster, polietileno y mezclas de los mismos. En
la realización alternativa mostrada en la Figura 4, las fibras de
polipropileno se impregnaron con MICROBAN®B durante la extrusión y
soplado para dar una red continua que tiene las siguientes
propiedades
- Grosor
- 0,51 mm
- Tamaño de poro mínimo
- 5 micrómetros
- Tamaño de poro máximo
- 40 micrómetros
- Tamaño de poro medio
- 12 micrómetros
- Permeabilidad de Frazier
- 38 CFM
\vskip1.000000\baselineskip
La concentración del agente antimicrobiano en
las fibras generalmente es de aproximadamente 50 a 20.000 ppm,
preferiblemente entre 1.000 ppm a 5.000 ppm. La red fundida por
soplado 20 se enrolló después alrededor de un núcleo de
polipropileno poroso 12 para producir un filtro bacteriostático.
Después se añadieron las tapas de los extremos como se ha descrito
anteriormente.
En un cartucho de filtro bacteriostático
empleado en una realización de la presente invención, que se muestra
en la Figura 5, un núcleo de polipropileno poroso 12 se cubrió con
tres envolturas de una membrana de poliéster tejida en húmedo 24
fabricada por Veratec Corporation. Preferiblemente la anchura de la
membrana de poliéster tejida en húmedo 24 es ligeramente mayor que
la altura del núcleo de polipropileno 12 de manera que la membrana
de poliéster puede recubrir ligeramente los extremos del núcleo 12.
La finalidad de la membrana de poliéster 24 es estrechar más la
distribución de los poros en el filtro bacteriostático y reducir el
diámetro de poro eficaz del filtro bacteriostático. Alrededor de la
membrana de poliéster 24 puede envolverse una red fundida por
soplado 20 o hilo entrecruzado 18 tratado con MICROBAN®B. A cada
lado pueden colocarse tapas de extremos de PVC 22 para fijar la
membrana de poliéster 24 y el hilo tratado 18 o la red fundida por
soplado 20. La membrana de poliéster 24 usada en los ensayos
realizados mostraron las siguientes propiedades.
- Peso
- 0,14 kg/m^{2}
- Grosor
- 0,107 mm
- Punto de ebullición
- 2 kPa
- Permeabilidad de Frazier
- 4,3 CFM
- Diámetro de poro de flujo medio
- 11,2 micrómetros
- Diámetro de poro más pequeño
- 1,87 micrómetros
\vskip1.000000\baselineskip
Si se desea, la membrana de poliéster también
puede tratarse con MICROBAN®B.
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización adicional mostrada en la
Figura 6, a continuación de la membrana de poliéster 24 descrita
anteriormente, se encuentran dos envolturas de una membrana
compuesta trilaminar 26 tratada con MICROBAN®B. Preferiblemente la
membrana compuesta trilaminar 26 tiene una anchura que es
ligeramente superior a la longitud del núcleo 12 de manera que los
bordes de la membrana compuesta trilaminar 26 se extienden
ligeramente sobre los extremos 13 y 14 del núcleo 12 de manera que
los bordes pueden meterse alrededor de los extremos 13 y 12 y
fijarse por medio de las tapas de los extremos 22. La membrana
compuesta trilaminar 26 se forma intercalando una capa interna de
fibras fundidas por soplado de tamaño micrométrico 28 entre dos
capas externas no tejidas de filamentos de polipropileno 30 Figura
7. La membrana compuesta trilaminar 26 usada en el ensayo mostró
las siguientes propiedades:
- Peso
- 0,089 kg/m^{2}
- Grosor
- 0,48 mm
- Permeabilidad de Frazier
- 50 CFM
- Tamaño de poro medio
- 1 micrómetro
\vskip1.000000\baselineskip
La finalidad de esta membrana es reducir más el
tamaño de poro eficaz y proteger la membrana de poliéster 24 de la
acumulación de las bacterias. La membrana compuesta trilaminar 26
convierte el filtro en un filtro perfecto de partículas de 1
micrómetro, lo que significa que mediante esta construcción se
filtrará el 100% de las partículas de 1 micrómetro de diámetro.
Alrededor de la membrana compuesta trilaminar 26
se envuelve una capa de hilo 18 o red fundida por soplado 28. Las
tapas de los extremos de PVC 22 pueden colocarse después en cada
extremo del filtro como se ha descrito anteriormente. Como
alternativa, pueden pegarse tapas de extremo de plástico usando un
adhesivo de EVA (Etileno Vinil Acetato). El especialista en la
técnica debe entender que cada una de las envolturas descritas
anteriormente (es decir, hilo entrecruzado, red fundida por
soplado, membrana de poliéster y membrana compuesta) puede usarse
en solitario o en combinación con una de las otras envolturas.
En una realización adicional mostrada en la
Figura 8, el núcleo de polipropileno perforado 12 (Figura 1) se
sustituye por un núcleo extruído de carbón activado 12' tratado con
un agente antimicrobiano. El núcleo de carbón activado 12' puede
envolverse después con la membrana de poliéster 24. En la
realización mostrada en la Figura 8, el núcleo de carbón activado
12' está envuelto con una membrana de poliéster 24 e hilo
entrecruzado 12. Después los extremos del filtro bacteriostático
resultante pueden taparse con plastisol de PVC como se ha descrito
anteriormente. Como alternativa, las tapas de plástico de los
extremos pueden pegarse usando un adhesivo de EVA.
El carbón activado se usa generalmente en el
tratamiento de agua para la eliminación de sabores, olores, cloro,
productos orgánicos disueltos desagradables y eliminar determinados
metales pesados en combinación con medios especiales. Estos medios
especiales pueden consistir en MnO_{2} micronizado o un producto
especializado tal como ATS^{TM} o ATC^{TM} fabricado por
Englegard para eliminar plomo y otros metales pesados. Sin embargo,
el carbón activado también es una fuente de nutrientes para las
bacterias heterótrofas, con tendencia a aumentar el crecimiento y
la actividad bacteriana en el filtro. El crecimiento bacteriano
aumentado hace que el carbón se ensucie, produciendo una elevada
caída de presión en el flujo de agua y la posible multiplicación y
propagación de bacterias
infecciosas.
infecciosas.
En la presente invención, sin embargo, el núcleo
de carbón activado 12' se forma con un agente antimicrobiano
impregnado en su interior, lo que inhibe el crecimiento bacteriano.
El proceso de extrusión de los núcleos de carbón activado se
describe en las Patentes de Estados Unidos Nº 5.189.092, 5.249.948 y
5.331.037. El núcleo de carbón activado tratado con agente
antimicrobiano 12' se forma en primer lugar mezclando de manera
homogénea un agente antimicrobiano con un aglutinante termoplástico
que se funde y se une con las partículas de carbón cuando se
calienta en una mezcla homogénea. Preferiblemente el agente
antimicrobiano es el mismo material antimicrobiano que se usa para
tratar el hilo y el filtro, típicamente un compuesto de éter
2,4,4'-tricloro-2'-hidroxi
difenol o 5-cloro 2-fenol
(2,4-diclorofenoxi), fabricado y comercializado
comúnmente por la marca "MICROBAN®B" por Microban Products
Company, Huntersville, Carolina del Norte o un agente antimicrobiano
equivalente que es insoluble en agua. Es importante que el agente
antimicrobiano no se lixivie en el agua que se está filtrando
durante el proceso de filtración. Los agentes antimicrobianos o sus
equivalentes descritos anteriormente, que son insolubles en agua,
son inocuos para el uso en los procesos de filtración de agua
realizados por la presente invención.
Típicamente, el aglutinante termoplástico con el
que se mezcla el agente antimicrobiano es típicamente un polvo de
polietileno de baja densidad o un material aglutinante similar, tal
como polipropileno, poliéster, fluoro polímero, nylon o aramida,
que se funde y se une completamente de manera fácil y sustancial con
las partículas de carbono. La Patente de Estados Unidos Nº
5.331.037 describe otros muchos aglutinantes termoplásticos que
pueden usarse en la extrusión de núcleos activados. Típicamente, la
concentración del agente antimicrobiano MICROBAN®B aplicada con el
aglutinante se encuentra en el intervalo de aproximadamente 50 -
20.000 ppm (partes por millón) en base al peso del carbón activado
a tratar. Preferiblemente, se usa una concentración de 1.000 -
5.000 ppm de agente antimicrobiano MICROBAN®B basándose en el peso
del carbón activado. El aglutinante tratado con agente
antimicrobiano se añade para granular el carbón activado,
mezclándose uniformemente con el mismo. Posteriormente toda la
mezcla se calienta hasta una temperatura de aproximadamente
350º-230ºC. También deberá entenderse que cuando se usan otros
materiales aglutinantes poliméricos, típicamente las mezclas se
calientan a temperaturas por encima del punto de fusión para los
polímeros específicos que se usan. En general, toda la mezcla está
compuesta por 5% - 30% de aglutinante, siendo típicamente del 20% el
nivel deseado y comprendiendo la parte restante gránulos de carbón
activado. Después de calentar la mezcla hasta su punto de fusión, la
mezcla se extruye en una forma deseada para formar un núcleo de
carbón activado tratado con agente antimicrobiano como se muestra
en la Figura 8.
\vskip1.000000\baselineskip
Durante el funcionamiento, el cartucho de filtro
bacteriostático 10 está típicamente montado en el interior de la
carcasa de un sistema de filtración de agua convencional tal como un
sistema debajo de un fregadero 30 como se muestra en la Figura 9.
En el sistema de la Figura 9, el cartucho de filtro 9 se ajusta en
el interior de una carcasa de cartucho de filtro 32 y el sistema de
filtración 30 se conecta a una fuente de agua en el extremo de
entrada de la carcasa. El agua se suministra por sistema de
filtración a una velocidad de flujo deseada y fluye hacia el
extremo de entrada 34 o aguas arriba de la carcasa como se indica
por flechas 36. El agua fluye a través del cartucho de filtro y
sale de la carcasa, con lo cual el cartucho de filtro
bacteriostático 10 atrapa y elimina los contaminantes particulados
dentro del flujo del agua para limpiar y purificar el fuljo de agua
antes de que el flujo de agua salga de la carcasa a través de un
puerto de salida 38. El núcleo de carbón activado de este cartucho
de filtro elimina además el sabor y el olor a cloro así como
determinados componentes orgánicos disueltos. Puede montarse una
carcasa de cartucho de filtro adicional 32' aguas abajo de la
carcasa 32 para intensificar la limpieza del flujo de agua.
Durante el funcionamiento del cartucho de filtro
bacteriostático 18 de la presente invención, el flujo de agua, como
se indica en la Figura 9 pasa a través de los laterales del cartucho
de filtro bacteriostático y sale por los extremos abiertos del
núcleo. Sin embargo, los especialistas en la técnica entenderán que
el cartucho de filtro bacteriostático de la presente invención
funciona igual de bien si el flujo de agua fuera inverso para fluir
a través de los extremos del cartucho y salir a través de los
laterales del cartucho, sin afectar la capacidad del cartucho para
atrapar e inhibir los materiales particulados en el interior del
flujo. En condiciones de flujo alternativas, puede alterarse la
secuencia de membrana e hilo antimicrobiano.
Durante el desarrollo de diversas realizaciones
de la invención se realizaron varios ensayos. En primer lugar, se
estudió la capacidad del hilo tratado y la red fundida por soplado
para inhibir el crecimiento de las bacterias. Se determinó que
tanto el hilo tratado como la red fundida por soplado eran muy
eficaces inhibiendo el crecimiento bacteriano. Se demostró que el
hilo tratado presentaba una zona de inhibición de 4 mm mientras que
la red fundida por soplado presentaba una zona de inhibición de 10
a 12 mm.
También se realizaron ensayos para confirmar la
inhibición del crecimiento bacteriano por el núcleo de carbón
activado tratado. En un ensayo realizado, se sumergieron varias
muestras de carbón activado tratado con MICROBAN®B en 100 cc de
agua desionizada ("DI") adicionada que contenía aproximadamente
5000 colonias de E. coli por cc. Se obtuvieron los
siguientes resultados.
La inhibición bacteriana demostrada
anteriormente debería contrastarse con el crecimiento bacteriano
demostrado cuando el carbón activado no tratado se puso en contacto
con las bacteria. Se obtuvieron los siguientes resultados cuando
diversas muestras de carbono activado no tratado se sumergieron en
100 cc de agua DI adicionada que contenía aproximadamente 5000
colonias de E. coli por cc.
\vskip1.000000\baselineskip
También se realizaron diversos ensayos para
confirmar la naturaleza bacteriostática de los filtros. La figura
10 muestra el aparato de ensayo usado para ensayar los filtros
bacteriostáticos. Durante el ensayo, el agua fluyó a través del
aparato de ensayo a una velocidad de 2 gpm. Se inyectaron
aproximadamente 0,5 millones CFU de bacterias Coliformes en el
puerto de entrada con una bomba peristáltica para crear una
concentración bacteriana influente en el filtro de aproximadamente
40.000 a 50.000 CFU por ml. El efluente se analizó para el
contenido bacteriano usando un Conteo de Placa Total convencional.
También se analizó el efluente por cromatografía para la presencia
de MICROBAN®B disuelto con una sensibilidad de 50 ppb. No se detectó
MICROBAN®B.
Los siguientes resultados del ensayo muestran la
concentración efluente de las bacterias para un filtro
bacteriostático formado por un núcleo de polipropileno poroso y
envuelto con un modelo de hilo entrecruzado de 0,60 cc que contiene
MICROBAN®B.
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En todos los casos, la concentración del
efluente nunca superó la concentración del influente de 40.000 a
50.000 CFU por ml. Además, las muestras de agua en el exterior del
filtro analizadas en la carcasa no mostraron ningún aumento en el
nivel de bacterias incluso después de 96 horas. Después se analizó
por cromatografía el efluente para la presencia de MICROBAN®B
disuelto con una sensibilidad de 50 ppb. No se detectó
MICROBAN®B.
Los siguientes resultados del ensayo muestran
que la concentración de bacterias efluente para un filtro
bacteriostático formado por un núcleo de polipropileno poroso
alrededor del cual se envuelve con una red fundida por soplado
tratada con MICROBAN®B.
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
De nuevo, la concentración de las bacterias en
el efluente nunca superó la concentración en el influente de 40.000
a 50.000 CFU por ml. Una vez más, no hubo aumento en el nivel de
bacterias en el filtro después de 96 horas.
Claims (20)
1. Un cartucho de filtro bacteriostático que
comprende un miembro de núcleo perforado interno envuelto por una
membrana de poliéster tejida en húmedo, y, opcionalmente al menos un
miembro que consiste en un modelo de hilo entrecruzado y una red
fundida por soplado, en el que al menos un miembro del grupo que
consiste en dicho miembro de núcleo perforado interno, dicho hilo,
dicha membrana de poliéster y dicha red fundida por soplado se
trata con un agente antimicrobiano no lixiviante.
2. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 1, en el que dicho miembro de núcleo se selecciona
del grupo que consiste en carbón activado, plástico, papel, metal y
cerámica.
3. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 1, en el que dicho agente microbiano se selecciona
del grupo que consiste en compuestos de éter
2,4,4-tricloro-2-hidroxi
difenol y
5-cloro-2-fenol (2,4
diclorofenoxi).
4. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 1, que comprende un miembro de núcleo perforado
interno, una membrana de poliéster tejida en húmedo envuelta
alrededor de dicho núcleo y una capa de hilo entrecruzado envuelta
alrededor de dicha membrana de poliéster tejida en húmedo donde al
menos uno del grupo que consiste en dicho miembro de núcleo
perforado interno, dicha membrana de poliéster tejida en húmedo y
dicho hilo se trata con un agente antimicrobiano no lixiviante.
5. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 4, en el que dicho miembro de núcleo se selecciona
del grupo que consiste en carbón activado, plástico, papel, metal y
cerámica.
6. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 4, en el que dicho hilo está formado por al menos un
miembro del siguiente grupo que consiste en algodón, nylon,
polipropileno, acetato de celulosa, rayón, liocel, acrílico,
poliéster, polietileno y mezclas de los mismos.
7. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 4, en el que al menos uno del grupo que consiste en
dicho miembro de núcleo perforado interno, dicha membrana de
poliéster tejida en húmedo y dicho hilo se impregna con un agente
antimicrobiano no lixiviante seleccionado del grupo que consiste en
compuestos de éter
2,4,4-tricloro-2-hidroxi
difenol y
5-cloro-2-fenol (2,4
diclorofenoxi).
8. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 4, en el que dicha membrana de poliéster muestra un
diámetro de poro de flujo medio de aproximadamente 11
micrómetros.
9. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 1, que comprende un miembro de núcleo perforado
interno, una membrana de poliéster tejida en húmedo envuelta
alrededor de dicho núcleo y una red fundida por soplado envuelta
alrededor de dicha membrana de poliéster donde al menos uno del
grupo que consiste en dicho miembro de núcleo perforado interno,
dicha membrana de poliéster tejida en húmedo y dicha red fundida por
soplado se trata con un agente antimicrobiano no lixiviante.
10. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 9, en el que dicho miembro de núcleo se selecciona
del grupo que consiste en carbón activado, plástico, papel, metal y
cerámica.
11. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 9, en el que dicha red fundida por soplado se
fabrica a partir de un polímero seleccionado del grupo que consiste
en nylon, polipropileno, acetato de celulosa, rayón, liocel,
acrílico, poliéster, polietileno y mezclas de los mismos.
12. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 9, en el que al menos uno del grupo que consiste en
dicho miembro de núcleo perforado interno, dicha membrana de
poliéster tejida en húmedo y dicha red fundida por soplado se
impregna con un agente antimicrobiano no lixiviante seleccionado del
grupo que consiste en compuestos de éter
2,4,4-tricloro-2-hidroxi
difenol y
5-cloro-2-fenol (2,4
diclorofenoxi).
13. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 1, que comprende un miembro de núcleo perforado
interno, una membrana de poliéster tejida en húmedo envuelta
alrededor de dicho miembro de núcleo, una membrana compuesta
envuelta alrededor de dicha membrana de poliéster y una capa de hilo
entrecruzado envuelta alrededor de dicha membrana compuesta, en el
que al menos uno del grupo que consiste en dicho miembro de núcleo
perforado interno, dicha membrana de poliéster tejida en húmedo,
dicha membrana compuesta y dicho hilo se trata con un agente
antimicrobiano no lixiviante y en el que dicha membrana compuesta es
una membrana compuesta trilaminar formada intercalando una capa
interna de fibras fundidas por soplado de tamaño micrométrico entre
dos capas externas de polipropileno de filamentos no tejidos.
14. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 13, en el que dicho miembro de núcleo se selecciona
del grupo que consiste en carbón activado, plástico, papel, metal y
cerámica.
\newpage
15. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 13, en el que dicho hilo comprende al menos un
miembro del siguiente grupo que consiste en algodón, nylon,
polipropileno, acetato de celulosa, rayón, liocel, acrílico,
poliéster, polietileno y mezclas de los mismos.
16. El cartucho de filtro de la reivindicación
13 en el que dicha capa de hilo entrecruzado se sustituye por una
red fundida por soplado.
17. El cartucho de filtro de la reivindicación
16 en el que dicha red fundida por soplado se trata con un agente
antimicrobiano no lixiviante.
18. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 16, en el que dicha red fundida por soplado se
fabrica a partir de un polímero seleccionado del grupo que consiste
en nylon, polipropileno, celulosa, acetato de celulosa, rayón,
liocel, acrílico, poliéster, polietileno y mezclas de los
mismos.
19. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 13 en el que dicho agente antimicrobiano se
selecciona del grupo que consiste en compuestos de éter
2,4,4-tricloro-2-hidroxi
difenol y
5-cloro-2-fenol
(2,4 diclorofenoxi).
20. El cartucho de filtro bacteriostático de la
reivindicación 17 en el que dicho agente antimicrobiano se
selecciona del grupo que consiste en compuestos de éter
2,4,4-tricloro-2-hidroxi
difenol y
5-cloro-2-fenol
(2,4 diclorofenoxi).
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