ITTO930624A1 - Composizione di uno strato filtrante per filtro misto e procedimento d'uso. - Google Patents
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Description
"Composizione di uno strato filtrante per filtro misto e procedimento d'uso"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce in generale al campo delle composizioni filtranti per la purificazione dell'acqua.
SFONDO DELL'INVENZIONE
Nelle fonti di acqua potabile sono presenti quattro principali categorie di contaminanti: contaminanti, organici, microbiologici, inorganici e sostanze particolate.
Nel campo della purificazione dell'acqua ? ben noto che le sostanze particolate possono essere eliminate da sistemi fi1franti,fi1tri fibrosi, letti di sabbia, letti di antracite granulare impaccata e filtri di terra di diatomacee. Tuttavia, la presente invenzione si riferisce specificamente all'eliminazione delle prime tre categorie di contaminanti, che passano tipicamente attraverso i filtri, e precisamente i composti organici ed inorganici in soluzione ed i microbi.
I composti organici presenti nei sistemi acquiferi odierni comprendono idrocarburi coine acido umico, fulvico e tannico, prodotti petroliferi come olio, benzina e cherosene, e composti organici volatili ("VOCs") come cloroformio, benzene, aldeidi, tric1oroeti1ene, toluene, cloralio, cloroetano e cloruro di vinile. Altri composti organici comprendono pesticidi, erbicidi, alghicidi, diossina, fenoli, difenili po1ic1orurati ("PCBs"), acido solfidrico, alcoli, ammoniaca ed urea.
I composti organici vengono attualmente eliminati dall'acqua potabile impiegando carbone attivo granulato {"GAC") e/oppure aerazione dif_ fusa su torri a riempimento. Sebbene il GAC, come altri assorbenti a base di carbone, possa eliminare i composti organici volatili, esso non ? utile nell'eliminazione di altri contaminanti dannosi come l'acido solfidrico e l'ammoniaca. E' pure ben noto che il carbone attivo tende a formare letti densamente impaccati, partieoiarmente se ? finemente suddiviso per aumentarne l'efficienza. Tali letti costipati provocano perdite di carico, impedendo il flusso del liquido. E' quindi difficile utilizzare il carbone granulato attivato per la filtrazione continua di flussi liquidi. Nei sistemi acquiferi esistono normalmente anche contaminanti microbici, specialmente nelle zone rurali, che non beneficiano della clorurazione. Questi contaminanti comprendono batteri, alghe, funghi, lieviti e virus. I contaminanti microbiologici vengono attualmente eliminati con filtri ceramici, disinfezione chimica o irradiazione con ultravioletto ("UV").
Per quanto si riferisce alla rimozione dei contaminanti microbici, i letti di riempimento con particelle sufficientemente fini contribuiscono alla riduzione della contaminazione microbica nell'acqua. M colera, per esempio, ? stato eliminato da New York nel IdQO parzialmente per l'istituzione dei filtri a letti di sabbia in tutto lo Stato. I letti di assorbimento granulare possono anche eliminare batteri ed alghe dall'acqua; tuttavia, essi sono molto pi? sensibili alla colonizzazione biologica che non la sabbia, per la loro superficie irregolare e scabrosa, che assicura ricettacoli tranquilli e stabili per l'attacco del microbo ed il suo sviluppo. Inoltre,in conseguenza del loro assorbimento di certi altri contaminanti come solfati e acido umico, i letti di assorbimento granulare possono anche assicurare nutrimento ai microbi che vi si sono insediati. La presenza di sostanze nutrienti incrementa lo sviluppo biologico dei microbi. I microbi, come batteri anaerobici, a loro volta producono gas solforati. Quindi, l'impiego di assorbimenti granulati da soli pu? aumentare la contaminazione biologica dell'acqua come pure aumentare la produzione di gas solforati nocivi e non desiderabili. Inoltre, l'utilizzazione di tale sistemajfiltrante richiede una ulteriore fase di disinfezione come l'irradiazione UV.
Lo sviluppo biologico viene ritardato, nella presente invenzione, dalla presenza di assorbente di idrogel siliceo. Questo assorbente crea condizioni acide nel suo ambiente acquoso, specialmente durante i periodi in cui si ha flusso. Quantit? in tracce di ioni di alluminio provenienti dall'assorbente di allumina attivata ,come pure di rame, zinco, ottone, manganese e argento, ritardano pure lo sviluppo biologico.
I contaminanti inorganici disciolti nei sistemi acquiferi comprendono radicali come cloro, fluoro, nitrati, solfati e fosfati, come pure metalli quali mercurio, piombo, arsenico, rame, zinco, cromo e ferro. I composti inorganici vengono normalmente eliminati dall'acqua potabile con il procedimento di osmosi inversa ("RQ"), deionizzazione ("DI"), distillazione, elettrodialisi e cristallizzazione (o congelamento).
Secondo la tecnica precedente, il brevetto US N. 4.238.334, rilasciato a Ha?bfoster, ? rivolto ad un letto di filtrazione per l'eliminazione di impurezze da liquidi, quali 1'eliminazione del cloro da una sospensione acquosa, comprendente una miscela di prodotti ausiliari fibrosi trattati come coadiuvanti di filtrazione, ed un materiale particolato attivo. Il materiale particolato attivo ? scelto nel gruppo costituito da polimeri organici assorbenti, zeolite, bentonite, ossido di zirconio, fosfato di zirconio, allumina attivata, solfuro ferroso, carbone attivo e terra di diatomacee. L?acqua potabile non viene trattata.
II brevetto US 4.081.365, rilasciato a Eugene B. Wfiite e altri, ? rivolto ad un procedimento ed una apparecchiatura per il trattamento di prodotti di scarico e di scarto secondo uno specifico processo. In questo processo, si pu? utilizzare una fase di rigenerazione in cui una apparecchiatura di trattamento terziario viene riattivata attraverso un procedimento di ossidazione ad umido, impiegando aria ed acqua che ? stata riscaldata fino a una temperatura desiderata, l'acqua essendo fornita da un serbatoio e successivamente scaldata. Il letto assorbente ? descritto come contenente minerali, come quarzo rosso, sopra il quale ? disposto uno strato di assorbimento comprendente una miscela idraulica di carbone attivo e quarzo. Il brevetto '365 indica che l'effluente pu? essere eventualmente usato come acqua potabile, con l'aggiunta di cloro, indicando chiaramente cos? che l'acqua non ? utilizzabile o potabile?dopo il trattamento terziario. Inoltre, la clorurazione dell'acqua pu? portare alla formazione di idrocarburi clorurati potenzialmente dannosi,come cloroformio e trialometani ("THrts") per reazione del cloro con prodotti umici.
Il brevetto US 4.661.256, rilasciato a Johnson tratta della rimozione in quantit? in tracce di composti idrocarburici da una corrente d'acqua, assorbendo le impurezze di idrocarburo su un assorbente rigenerabi1e. Secondo il brevetto, la corrente d'acqua viene portata a contatto con un assorbente quale un filtro molecolare, un gel di silice e allumina amorfo, caroone attivo, allumina attivata, silica gel o argilla. Tuttavia, non si par1a-de11'impiego di una miscela di tali assorbenti nel brevetto '256.
Chiaramente, fino ad oggi non ? esistito un solo mezzo di filtrazione in grado di trattare acqua contenente uno o pi? di una variet? di contaminanti, compresi contaminanti organici, inorganici e microbici, in modo da rendere detta acqua potabile. Un dispositivo capace di trattare tale ampia variet? di contaminanti ? specialmente desiderabile per l'impiego in applicazioni in cui la natura dei contaminanti e la loro quantit? pu? variare giornalmente, o di ora in ora, come succede per applicazioni alla purificazione di acqua in ambiente chiuso, come nel caso di imbarcazioni sottomarine e simili. Una necessit? simile si verifica pure nell'impiego in punti di filtrazione in prossimit? di riserve superficiali, ove l'effluente pu? avere tutta una variet? di contaminanti che possono cambiare spesso, a seconda del flusso di acqua sotterranea, del flusso di acqua superficiale e simili.
Esiste quindi la necessit? di un dispositivo e di un procedimento in grado di provvedere acqua potabile rimuovendo in modo.efficace praticamente tutti i componenti organici, inorganici e microbici in una unica fase. Tale dispositivo deve anche prevenire qualsiasi aumento della contaminazione biologica dell'acqua durante il procedimento di filtrazione.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione risolve gli inconvenienti associati ai precedenti sistemi di filtrazione provvedendo una nuova composizione filtrante la quale, quando viene utilizzata per il trattamento dell'acqua, fornisce acqua potabile sostanzialmente esente da contaminanti organici, inorganici e microbici in un procedimento monofasico.
La presente invenzione impartisce pure le caratteristiche di filtrazione desiderabili dei tradizionali assorbenti, evitando l'incremento della contaminazione biologica dell'acqua potabile durante il procedimento di filtrazione. In generale, la presente invenzione consiste in un letto filtrante misto comprendente assorbenti inorganici e carboniosi, che provvede acqua potabile rimuovendo dall'acqua i contaminanti inorganici, organici e microbici. Nella presente disposizione gli assorbenti si coinp1ementano reciprocamente.
Secondo una realizzazione preferita, la presente invenzione ? costituita da un letto filtrante misto per la rimozione generale dei contaminanti dall'acqua potabile comprendente (a) da circa il 60% a circa 1'80%, preferibilmente circa il 70%, di assorbenti carboniosi; (b) da circa il 5% a circa il 15%, preferibilmente cir.ca il 10%, di allumina attivata; (c) da circa il 5% a circa il 15%, preferibilmente circa il 10%, di idrogel di silice; (d) da circa il 5% a circa il 15%, preferibilmente circa il 10%, di zeolite; e (e) da circa 0% a circa il 5%, preferibi1mente tra circa 0% e circa 1%, di componenti metallici che generano cationi metallici, tutte le percentuali essendo riferite al peso totale del letto filtrante misto.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
In generale, la presente invenzione si riferisce ad un letto filtrante misto comprendente assorbenti inorganici e carboniosi per la purificazione di acqua contaminate contenente contaminanti inorganici, organici e microbici, ottenendone acqua potabile. I vari assorbenti, nel letto filtrante, si comp?ementano reciprocamente.
I vari tipi di assorbenti impiegati nella presente invenzione differiscono per il loro meccanismo di assorbimento, porosit? e attivit? superficiale. Per esempio, gli assorbenti carboniosi eliminano i contaminanti principalmente per chemiassorb?mento , all'interno dei gruppi funzionali carbone-ossigeno formati sulla superficie interna dei granuli microporosi. Al contrario, gli assorbenti inorganici, quali l'allumina attivata, 1?idro-gel di silice e la zeolite, rimuovono i contaminanti principalmente per effetto dell'assorbimento dovuto all'attrazione fisica delle molecole tra le superfici ioniche e polari, dovuta alle forze di van del Waals.
Con l'espressione "forze di van der Waals", si intende comprendere tutte le forze di attrazione quali le forze ioniche, polari e di dispersione di London. Nei processi di assorbimento meramente fisici, le reazioni chimiche non si verificano sulle superfici dell'assorbente, ad eccezione della possibilit? di formazione del legame ad idrogeno, ed il procedimento ? reversibile senza influenzare la composizione chimica dell'assorbato o influenzando permanentemente la struttura fisica dell'assorbente.
La tabella seguente illustra l'efficacia di assorbimento di contaminanti tipici presenti nei sistemi acquiferi da parte di vari tipi di assorbenti. L'indicazione di "buono" indica che il particolare assorbente ? efficace tra circa il 75% e circa il 100%; l'indicazione "sufficiente" indica che l'assorbente ? efficace tra circa il 25% e circa il 75%; una indicazione di "scarso" indica che l'assorbente ? efficace tra circa 0% e circa il 25%, nella rimozione di un particolare contaminante dall'acqua.
Abbattimento relativo di alcuni contaminanti disciolti in sistemi acquiferi da parte di vari tipi di assorbenti
Compostiorganici Carbonioso Allumna Silice Zeolite Metallico Idrocarburi
Acido unico buono buono buono buono scarso Acido fui vico
Acido tannico
Olio
Benzina suff . suff. suff. suff. scarso Cherosene
Prod.org.volatili
Cloroformio suff. scarso scarso scarso scarso Altro TriM
Benzene
Aldeidi
Tricloroetiiene
Toluene
Cloralio
CIoroetano
Clorurodivinile
Carbonioso Allunine Silice Zeolitico Metallico Altri prodotti chimici
Pesticidi suff. buono buono buono scarso Erbicidi
Al ghicidi
Diossina
Fenoli
PCB
Acido solfidrico scarso scarso scarso scarso buono Alcoli scarso suff. buono buono scarso Armoniaca
Urea
Radicali
Cloro suff. buono scarso buono suff. Fluoro
Nitrati buono buono scarso Solfati
Fosfati
Minerali
Metal1i
Mercurio suff. Piombo
Arsenico
Rame
Zinco
Cromo suff. buono Buono Buono suff. Ferro
Secondo una realizzazione preferita, la presente invenzione ? costituita da un letto filtrante misto per la rimozione dei contaminanti generali dall'acqua potabile, detta composizione di letto filtrante comprendente (a) da circa il 60% a circa 1*80%, preferibilmente circa il 70%, di assorbenti carboniosi; (b) da circa il 5% a circa il 15%, preferibi1mente circa il 10%, di allumina attivata; (cj da circa il 5% a circa il 15%, preferibilmente circa il 10%, di idrogel di silice; (d) da circa il 5% a circa il 15%, preferibilmente circa il 10%, di zeolite; e (e) da circa 0% a circa il 5%, preferibilmente tra circa 0% e circa 1%, di componenti metallici che possono liberare cationi metallici. Tutte le percentuali indicate nella presente domanda sono percentuali in peso, a meno che sia altrimenti specificato.
Secondo un'altra realizzazione preferita, la presente invenzione ? costituita da un letto filtrante misto per la rimozione dei contaminanti generali come pure dei contaminanti biologici dalle forniture di acqua potabile, detta composizione comprendente (a) tra circa il 50% e circa il 70%, preferibilmente circa il 60%, di assorbenti carboniosi; (b) tra circa il 5% e circa il 15%, preferibi lmente circa il 10%, di allumina attivata; (c) tra circa il 10% e circa il 20%, preferibilmente circa il 15%, di idrogel di silice; (d) tra circa il 5% e circa il 15%, preferibilmente circa il 10%, di zeolite; e (e) tra circa 0% e circa il 10%, preferibilmente circa il 5%, di componenti metallici che possono liberare cationi metallici.
Secondo un'altra realizzazione preferita, la presente invenzione ? costituita da un letto filtrante misto per la rimozione di contaminanti chimici come pure di contaminanti generali e contaminanti biologici da fonti di acqua non potabile, detta composizione comprendente (a) tra circa il 4U% e circa il 60%, preferibi1mente circa il 50%, di assorbente carbonioso; (b) tra circa il 10% e circa il 20%, preferibilmente circa il 15%, di allumina attivata; (c) tra circa il 10% e circa il 20%, preferibi1mente circa il 15%, di idrogel di silice; (d) tra circa il 10% e circa il 20%, preferibi1mente circa il 15%, di zeolite; e (e) tra, circa 0% e circa 10%, preferibilmente circa 5%, di componenti metallici che possono liberare cationi metallici.
Gli assorbenti carboniosi tipicamente impiegati nella presente invenzione comprendono una base di carbone, gusci di frutta come gusci di noce di cocco,una base legnosa, carboni di petrolio attivati, carboni sintetici e loro miscele. Alcuni assorbenti carboniosi vengono attivati con vapore e altri con gas inerte. La temperatura e la durata dell'esposizione influiscono significativamente le propriet? assorbenti del carbone attivato .
I componenti metallici impiegati nella presente invenzione comprendono rame,zinco, ottone, manganese, argento, e loro miscele.
La dimensione dei granuli di assorbenti e componenti? adottata per il filtro a letto misto secondo la presente invenzione ? generalmente compresa tra 0,5 e 5 mm. Questa dimensione rappresenta un compromesso tra la perdita di carico che non si desidera ottenere e il desiderato trasferimento delle propriet? del letto di riempimento. Particelle di dimensioni minori permettono un trasferimento migliore, ma le perdite di carico d i vent ano ecce s s i ve .
Per ottenere granuli di dimensioni appropriate, gli assorbenti vengono granulati o agglomerati durante il procedimento di fabbricazione. I carboni vengono normalmente macinati e setacciati prima dell'attivazione per ottenere la granulometria desiderata, ed i granuli di idrogel di silice vengono prodotti per frantumazione e setacciatura. L'allumina attivata e la zeolite, che vengono generalmente prodotti con dimensioni comprese tra 3 e 7 micron, vengono spesso legati o pellettizzati per avere granuli di dimensioni maggiori.
Gli assorbenti granulati sono preferiti po?cn? assicurano un miglior trasferimento di massa rispetto ai granuli di forma irregolare, a parit? di perdita di carico. I granuli di forma irregolare formano delle cavit? in cui non vi ? flusso e sacche morte all'interno dei letti di riempimento, che aumentano la resistenza sia al flusso che ai processi di trasferimento. Analogamente, si preferisce una distribuzione ristretta delle dimensioni dei granuli poich? permette migliori velocit? di trasfer imento rispetto ad una distribuzione ampia, a parit? di condizioni di perdita di carico.
In letti a distribuzione granulometrica ampia, i granuli pi? piccoli tendono a bloccare alcuni dei passaggi tra i granuli pi? grandi, creando sacche di ristagno o "spazi vuoti inutili". Questi spazi vuoti inutili diminuiscono la velocit? di trasferimento di massa ed aumentano la resistenza al flusso.
Una carattereristica principale di un assorbente ? la sua capacit? per eliminare i contaminanti in tutte le concentrazioni possibili, in funzione delle condizioni desiderate per l'effluente. La capacit? di un assorbente per l'eliminazione dei contaminanti dipende dalla sua porosit? e dalla sua attivit? superficiale. Queste caratteristiche possono essere calcolate secondo i metodi descritti da 0. White, "Regenerable Pressure-Swing Adsorption Systems For Continous Chemical Warfare Collection Protection", Presented to th? Naval Research Laboratoty,Washington, D.C., 1986, pp. 10.17.
La porosit? di una particella assorbente ? indicata dal suo volume di vuoto intestiziale, dalla distribuzione delle dimensioni dei suoi pori e dalla loro- sfericit?, e dalla superficie della sua area interna. L'attivit? superficiale ? definita dall'efficacia delle superfici assorbenti ad attrarre e trattenere molecole di contaminante. La capacit? massima di una particella assorbente ? determinata dal volume vuoto interstiziale totale. Nella presente invenzione, i vari assorbenti devono possedere volumi vuoti interstiziali compresi entro i seguenti limiti: Carbone (carboneattivo): da0,60a0,80cm/g
Idrogeldisilice: da0,30a0,50??/g
larrinaattivata: da0,30a0,50cm3
Al /,g
Zeolite: da0,14a0,36arf/g.
Volumi tipici dei pori per assorbenti carboniosi, silicei e alluminici si possono trovare in Industriai Gas Cleaning, di W. 5trauss, pag.
108, Tabella 3.7. Il volume dei pori per la zeolite ? indicato nella Taoella 1 di "Crystaliine Molecular Sieves" di D.W. Breck.
Le dimensioni dei pori e l'attivit? superficiale influenzano l?intensit? delle forze di attrazione per le molecole di contaminante. Pori piccoli migliorano l'attrazione mentre le molecole intruse sono influenzate da forze emananti da tutti i lati del poro.Le molecolare polari e di legami ionici sulla superficie dell'assorbente possono aumentare l'attrazione. Mentre tutte le superfici presentano un certo grado di forza di assorbimento, quelle di ossidi metallici e quelle con complessi di ossigeno formati sulla superficie possiedono un grado di attrazione piu elevato.
La porosit? e l'attivit? superficiale degli assorbenti porosi pu? essere determinata con varie tecniche, come la porosimetria a mercurio, B.E.T., assorbimento di azoto, test di assorbimento statico e dinamico, ca1orimetria, spettroscopia a risonanza magnetica nucleare e microscopia elettronica: questi sono tutti metodi utili per la determinazione sia quantitativa che qualitativa del fenomeno dell assorbimento.
L'acqua contaminata da trattare secondo la presente invenzione viene portata a contatto con l'assorbente in una zona di assorbimento. Gli assorbenti possono essere installati nella zona di assorbimento in qualsiasi modo adatto. Un metodo preferito per sistemare gli assorbenti ? una disposizione a letto assorbente misto fisso. Un altro metodo preferito di sistemazione degli assorbenti ? la stratificazione degli assorbenti in una disposizione a letto fisso. L'ordine degli strati di assorbenti non ? essenziale, purch? esista una quantit? efficace di ciascun assorbente per eliminare effettivamente i contaminanti dal1 1acqua.
Problemi comunemente associati con i sistemi a letto filtrante di riempimento comprendono la fluidizzazione e l'attrito. Poich? i granuli nei normali letti di riempimento non sono rigidamente interconnessi, l'applicazione di una forza alla estremit? del letto o con ingabbiamento o con un tampone di fibre compresse ? insufficiente ad impedire l'attrito. Granuli persi all'interno del letto caricato a pressione sono liberi di vibrare ed abradono i granuli circostanti. Nella presente invenzione, la fluidizzazione e l'attrito possono essere eliminati immobilizzando l'assorbente in modo da impedire il movimento dei granu1i.
Un sistema preferito di immobilizzazione dei granuli di assorbente consiste ne111appiicazione di un legante attraverso il letto, per connettere fisicamente tutti i granuli in una massa comune. Tale immobilizzazione consente di progettare letti di assorbimento con velocit? molto pi? elevate e trasferimento di calore e di massa molto migliori che costituiscono caratteristiche desiderabili. L'incremento indesiderato di pressione differenziale che risulta dal11immobi1izzazione dei granuli pu? essere compensato dall'impiego di letti poco profondi e di diametro maggiore .
L'utilizzo di letti poco profondi ? impedito dalla distribuzione irregolare del flusso e dagli effetti di bordo che possono portare ad una prematura rottura del fronte di trasferimento. Per compensare queste tendenze, tali letti debbono essere progettati e costruiti accuratamente. La distribuzione del flusso in tali letti pu? essere resa pi? uniforme con l'inserimento di deviatori per ridurre gli effetti di bordo ed usando schermi di supporto perforati graduati dotati di poche o pi? piccole perforazioni nelle zone ad alta velocit?. Si otterr? cos? in queste zone un differenziale di pressione pi? elevato riducendo localmente la velocit?.Tale modifica pu? notevolmente aumentare la durata del letto di assorbimento e la capacit? utile.
Sia nel letto misto che in quello stratificato, l'assorbente pu? essere disposto in uno o pi? contenitori sia in serie che in parallelo con flusso sdoppiato. Il flusso di acqua contaminata attraverso la zona di assorbimento viene preferibilmente realizzato in parallelo, in modo che, quando uno dei letti o delle camere assorbenti risulta spento dall'accumulo di contaminanti, questo pu? essere bypassato continuando senza interruzione il funzionamento attraverso la zona di assorbimento parallela.'
Nelle composizione filtranti secondo la presente invenzione ,si riduce anche notevolmente il potenziale di sviluppo biologico. Specificamente, l'assorbente ad idrogel di silice genera una condizione acida nel suo ambiente acquoso,specialmente durante i periodi in cui non si ha flusso. Inoltre, tracce di ioni alluminio, esistenti nella composizione del filtro per la presenza dell'allumina attivata nella composizione di letto filtrante, contribuiscono pure alla biostasi. Inoltre, nella miscela assorbente per la filtrazione di acqua che richiede una maggiore protezione biologica, ? raccomandabile l'aggiunta di additivi metallici come rame, zinco, ottone, manganese e argento.
Il ritardo nello sviluppo biologico e la distruzione biologica ottenuta per la presenza degli ioni metallici nella presente invenzione ? il risultato di una reazione elettrochimica all'interno della membrana piasmatica delle cellule viventi. La prosecuzione della vita di una cellula microbica dipende dal trasporto di prodotti nutrienti e di sottoprodotti del metabolismo ("escreti") attraverso la superficie dei microorganismi, nota come membrana p?asmatica. La membrana plastica ? permeabile selettivamente e contiene proteine in grado di trasportare certi nutrienti entro la cellula e gli escreti fuori della cellula.
Gli ioni metallici in acqua vengono attratti dalla membrana piasmatica per mezzo del.le forze di van der Waals. Ciascun particolare tipo di cellula microbica ha una certa capacit? per uno specifico ione metallico. Se la capacit? di una cellula microbica per lo specifico ione metallico ? gi? soddisfatta, la cellula respinge lo ione in avvicinamento creando una superficie polarizzata nella zona attorno alle ione metallico. La polarizzazione viene ottenuta mediante lo spostamento verso l'esterno di ioni negativi, principalmente ioni cloro, ed uno spostamento verso l'interno di ioni positivi, principalmente ioni potassio, della cellula microbica.
La membrana piasmatica della zona polarizzata diventa non permeabile, impedendo il trasporto di nutrienti entro una cellula come pure limitando il trasporto degli escreti fuori della cellula. Come risultato, si verifica una diminuzione del metabolismo cellulare microbico e dell'accrescimento .
La diminuzione del metabolismo e dell'accrescimento di una cellula microbica ? largamente dipendente dalla quantit? di ioni metallici presenti nell ambiente della cellula ed alla percentuale di membrana plastica superficiale polarizzata. Se ? presente una quantit? sufficiente di ioni metallici, si possono accumulare nel citoplasma della cellula quantit? letali di escreti, nel limite di poche ore.
Il numero di ioni metallici necessario per distruggere una cellula microbica dipende dallo specifico tipo di organismo e dal tipo di ione metallico. Per esempio, il ricoprire anche solo un decimillesimo della superficie totale di una cellula di lievito con ioni argento ? sufficiente per provocare la distruzione della cellula. Per di pi?, per distruggere una cellula di lievito ? necessario un numero di ioni arsenico minore di quello degli ioni argento.
La quantit? di ioni metallici utilizzata nel letto filtrante secondo la presente invenzione deve essere accuratamente mantenuta. Mentre l'uomo richiede tracce di ioni metallici per il normale funzionamento corporeo, quantit? molto grandi possono provocare la distruzione della cellula nello stesso modo delle cellule microbiche. Questa distruzione della cellula conduce a danneggiamento della saluta e possibilit? di decesso.
Tipicamente, il corpo umano dispone di un eccesso di ioni metallici nell'urina, negli escreti, nella bile, nella traspirazione e per la crescita dei capelli. La velocit? di rimozione dipende dallo specifico ione metallico. Per esempio, il piombo e l'arsenico vengono allontanati molto lentamente dal corpo umano.
Se il processo di rimozione diventa eccessivamente lento, l'eccesso di ioni metallici provoca il malfunzionamento e la possibile distruzione delle cellule umane. Per esempio,? ben noto che il piombo influenza le cellule del sistema nervoso centrale, e pu? potenzialmente portare al ritardo mentale. Inoltre, le pareti dell'intestino tenue possono essere danneggiate dall'esposizione a quantit? elevate di zinco e rame.
Nel letto filtrante misto della presente invenzione, l'eccesso di ioni metallici a valori che potrebbero essere dannosi per la salute dell'uomo viene assorbito dagli assorbenti inorganici. ti1i assorbenti inorganici, come l'allumina attivata e la zeolite, attraggono e legano sulla loro superficie esterna gli ioni metallici per mezzo delle forze di van del Waals.
In pratica, gli ioni metallici prodotti dalle particelle metalliche che passano insieme all'acqua sul letto assorbente, si associano alla membrana piasmatica delle cellule microbiche ne.l letto assorbente. Gli ioni-metallici si attaccano alle superfici assorbenti degli assorbenti inorganici.
La presente invenzione ? ulteriormente descritta con i seguenti esempi non limitativi. La realizzazioe "A" ? utilizzata nei tipici filtri per acqua potabile impiegati per pozzi profondi o per sistemi di alimentazione idraulica urbani, la realizzazione B ? suggerita per sistemi rurali di alimentazione dell'acqua, che contengono comunemente contaminazione biologica. La realizzazione "C" ? destinata a sistemi di acque grige quali acque di drenaggio e di lavaggio a bordo di imbarcazioni.
A B
Voi.trattato 200gal 200gal Vel.aliment. 1/2gpm 1/2gpm Servizio continuo continuo Acquadialiment. potabile potabile (acqua superf.)peso/ contam.microb. Voi.assorbente 0,00876 Ft3 0,00875Ft3 Pesoassorbito 139,2 grammi 149,0 grammi Pesocarbone 97,5 grammi 89,4 grammi Pesoallumina 13,9 grammi 14,9 grarmri Pesosilice 13,9 grammi 22,3 grammi Pesozeolite 13,0 grammi 14,9 grammi Pesometallo 0 grammi 7,5 grammi %in peso
Carbone 70%
Allumina 10% 10% Silice 10% 15% Zeolite 10% 10% Metallo 'G? 5%
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. - Composizione per letto filtrante misto per la purificazione di acqua per uso umano, comprendente: (a) da circa il 40% a circa 1'80% in peso di carbone assorbente; (b) da circa il 5% a circa il 20% in peso di allumina attivata; (c) da circa il 5% a circa il 20% in peso di idrogel disilice; (d) da circa il 5% a circa il 20% in peso di zeolite; e (e) da circa 0% a circa il 10% in peso di componenti metallici che possono generare cationi metallici. 2. - Composizione per letto filtrante misto secondo la rivendicazione 1, in cui l'assorbente metallico ? scelto nel gruppo costituito da rame, zinco, ottone, manganese, argento e loro miscele. 3. - Composizione per letto filtrante misto per l'eliminazione generale dei contaminanti da acqua, comprendente: (a) circa il 70% in peso di assorbente carbonioso; (b) circa il 10% in peso di allumina attivata; (c) circa il 10% in peso di idrogel di silice ; (d) circa il 10% in peso di zeolite; e (e) circa 0% in peso di componenti metallici che possono generare cationi metallici. 4. - Composizione per letto filtrante misto secondo la rivendicazione 3, in cui l'assorbente metallico ? scelto nel gruppo costituito da rame, zinco, ottone, manganese, argento e loro miscele. 5. - Composizione per letto filtrante misto per la rimozione di contaminanti biologici dall'acqua, comprendente: (a) circa il 60% in peso di assorbente carbonioso; (b) circa il 10% in peso di allumina attivata; (c) circa il 15% in peso di idrogel di silice; (d) circa il 10% in peso di zeolite; e (e) circa il 5% in peso di componenti metallici che formano cationi metallici. 6. - Composizione per letto filtrante misto per la rimozione di contaminanti chimici da acqua potabile, comprendente: (a) circa il 50% in peso di assorbente carbonioso ; (b) circa il 15% in peso di allumina attivata; (c) circa il 15% in peso di idrogel di silice; (d) circa il 15% in peso di zeolite; e (e) circa il 5% in peso di componenti metallici che formano cationi metallici. 7. - Procedimento per la purificazione di acqua contaminata contenente contaminanti organici, inorganici e microbiologici, detto procedimento cornprendente: (1) disporre una composizione filtrante in un letto di filtrazione, detta composizione comprendendo: (a) da circa il 40% a circa 1<1>30% in peso di assorbente carbonioso; (b) da circa il 5% a circa il 20% in peso di allumina attivata; (c) da circa il 5% a circa il 20% in peso di idrogel di silice; (d) da circa il 5% a circa il 20% in peso di zeolite; e (e) da circa 0% a circa 10% in peso di componenti metal1ici che formano cationi metallici; e (2) portare l'acqua da trattare a contatto con detta composizione filtrante in una zona di assorb?mento. 8. - Procedimento per la produzione di acqua potabile secondo la rivendicazione 7, in cui il componente metallico che forma cationi metallici ? scelto nel gruppo costituito da rame, zinco, ottone, manganese, argento e loro miscele.
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