MX2011001871A - Filtro particulado. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico para filtrar contaminantes particulados incluyendo microorganismos como quistes, bacterias y virus mientras que al mismo tiempo proporcionan velocidad de flujo relativamente altas durante un largo periodo. La invención es especialmente útil para la incorporación en un filtro de agua para filtración de agua bajo gravedad, la cual remueve los contaminantes anteriores además de contaminantes químicos. De los métodos conocidos en la técnica, la filtración es el más ampliamente usado, ya que es relativamente no costoso y no requiere suministro continuo de electricidad. Sin embargo, los filtros tienen el problema de que ya sea no son capaces de remover todas las impurezas en agua o se obstruyen bastante rápido y necesitan ser reemplazados. La presente invención se dirige a resolver este problema. De acuerdo con esto, la presente invención proporciona un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico comprendiendo una primera capa de partículas de tamaño de malla 30 a 60 y una segunda capa de partículas de tamaño de malla 60 a 200 unidas integralmente junto con un ligante.

Description

FILTRO PARTICU LADO Campo de la invención La presente invención se refiere a un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico para filtrar contaminantes particulados incluyendo microorganismos como quistes, bacterias y virus, mientras que al mismo tiempo se proporcionan velocidades de flujo relativamente altas durante un periodo largo. La invención es especialmente útil para la incorporación en un filtro de agua para filtración de agua bajo gravedad la cual remueve los contaminantes anteriores además de los contaminantes químicos.

Antecedentes y técnica anterior El agua es una de las necesidades de la vida humana. El agua es importante para beber, cocinar alimentos y para preparar bebidas. El agua también es muy importante para limpiar artículos usados en el hogar como ropa, utensilios y otras superficies en los hogares, por ejemplo, los pisos y cubiertas de mesas. Además, una gran cantidad de agua es usada para limpieza personal en los baños y aseos. La calidad del agua requerida para cada uno de los anteriores es diferente. La mejor calidad es requerida para consumo humano. Esta agua tiene que estar substancialmente libre de microorganismos dañinos y otros contaminantes como polvo, impurezas orgánicas e inorgánicas y sales disueltas excesivas, para asegurar una vida saludable para los consumidores de tal agua.

Los hogares urbanos de hoy en día reciben agua de grandes lagos a través de una red de tuberías, mientras que en algunas áreas rurales los habitantes buscan el agua directamente de fuentes como pozos, lagos, ríos y pozos perforados. El agua tomada directamente de tales fuentes superficiales y subterráneas es generalmente más impuras comparadas con agua entubada, la cual ha sido tratada por el municipio. Sin embargo, el agua municipal tratada algunas veces también está contaminada debido a fuga en las líneas de suministro. Como resultado, la mayoría de las personas se sienten titubeantes sobre beber agua provista por el sistema de agua de la ciudad , sin alguna forma de filtración o purificación en sus hogares justo antes del consumo. En la actualidad, se cree que hervir el agua es la mejor manera de purificación. Sin embargo, la ebullición es costosa y requiere el uso de combustibles como carbón , gas, madera o electricidad . Estos combustibles se vuelven cada vez más escasos.

Existen otras maneras en las cuales el agua es filtrada, por ejemplo, mediante filtración a través de tela/tamices y al usar filtros de agua convencional , también conocidos como filtros de vela teniendo un elemento de filtro. Estos métodos son dirigidos hacia la remoción de contaminantes particulados suspendidos. Por otra parte, se conocen varios métodos químicos de purificación de agua que incluyen cloración y tratamiento de resina, especialmente mediante resinas de intercambio iónico yodadas. Otros métodos son uso de dispositivos teniendo lámparas UV y más recientemente uso de filtros de membrana. Estos métodos ayudan en la remoción y eliminación o muerte de microorganismos presentes en agua.

De los métodos anteriores, la filtración es un método muy conveniente, debido a que es relativamente no costoso y no requiere suministro continuo de electricidad . Sin embargo, los filtros tienen el problema de que ya sea no son capaces de remover todas las impurezas en el agua o se obstruyen bastante rápido y necesitan ser reemplazados. De ahí, ha habido un esfuerzo continuo para mejorar la calidad y tipo de filtro, la cual puede remover más y más de las impurezas, y que duren hasta que la cantidad deseada de agua sea filtrada . Algunos de los filtros más eficientes son bloques de filtro, donde la material particulada es moldeada en bloques usando ligantes. Ejemplos de materia particulada comúnmente usada son arena, arcilla, carbono activado, tierra de diatomeas o cerámica. Ejemplos de ligantes comunes son pol ímeros, ligantes inorgánicos como cemento blanco y resinas. Los elementos de filtro basados en carbono son los más eficientes para purificación de agua.

Los métodos y dispositivos usados normalmente en los hogares para filtración de agua pueden ser clasificados con base en ya sea que el agua esté disponible bajo presión como el alto cabezal de agua de un tanque superior o ya sea que el agua esté disponible en pequeñas cantidades como unos cuantos litros, en cuyo caso el cabezal de presión disponible está cercano a la gravedad .

La filtración de agua en el primer caso es categorizada bajo los sistemas en l ínea, los cuales tienen la ventaja de la presión del flujo de agua para conducir la filtración y por lo tanto usualmente no enfrentan problemas de alcanzar la velocidad de flujo deseada mientras que abastecen la necesidad básica de filtración efectiva.

El último es clasificado bajo sistemas auto-contenidos, los cuales procesan agua en lotes bajo cabezales de gravedad bajos. Es un reto asegurar la remoción necesaria de los contaminantes indeseables mediante filtración bajo tal cabezal de gravedad bajo, mientras que se asegura una alta velocidad de flujo. De esta manera, cuando los filtros diseñados en sistemas en línea son aplicados a sistemas alimentados por gravedad, han fallado en producir las velocidades de flujo deseadas consistentemente con el tiempo y frecuentemente se obstruyen después de que unos cuantos litros han pasado a través, conduciendo a la necesidad de reemplazo o limpieza .

Así, ha sido un verdadero reto proporcionar filtros efectivos para sistemas auto-contenidos, los cuales operen bajo cabezal cercano a gravedad , lo cual proporcionaría por una parte la velocidad de flujo deseada y al mismo tiempo abastecer mucho de la remoción requerida de contaminantes particulados incluyendo contaminantes biológicos, tales como quistes de protozoarios como Cryptosporidium e incluso organismos más pequeños como bacterias y virus además de químicos disueltos como cloro, orgánicos y residuos de pesticidas, consistentemente durante largos periodos.

Una manera de lograr esto es a través del uso del así llamado filtro de gradiente, donde una capa exterior tiene tamaño de partícula/porosidad mayor para atrapar partículas más grandes y una capa interior tiene un tamaño de partícula/porosidad menor para atrapar partículas más pequeñ.as. US4753728 (Amway, 1 988) describe uno de tales filtros de partículas de carbono comprendiendo una coraza interior de partículas de carbono de tamiz de malla serie estadounidense 80 a 400 unidas, ligadas unas a otras, y una coraza exterior de partículas de carbono de tamiz de malla de serie estadounidense 20 a 80 unidas, ligadas unas a otras, y a dicha coraza interior por lo cual se obtiene un filtro de carbono de doble coraza integral, unificado. El filtro de gradiente anterior es de tipo cilindrico. Esto es preparado al tener un molde de forma cilindrica, el cual es separado en dos cilindros anulares usando una manga separadora. Las partículas de carbono y ligantes poliméricos de tamaños de partícula deseados son vaciados en los cilindros respectivos. La manga separadora es removida entonces justo antes de la etapa de calentamiento, en la cual el bloque es sinterizado en un bloque de carbono moldeado simple.

La publicación de patente estadounidense US4753728 es restringida a un filtro de doble coraza, donde un cilindro anular exterior se traslapa integralmente sobre un cilindro anular interior. Los presentes inventores han determinado que tal configuración/forma no da todas las características deseadas para la filtración de agua bajo cabezales cercanos a gravedad . También encontraron que el uso de partículas muy finas (malla 80 a 400) compone adicionalmente este problema, y el filtro descrito en US'728 se obstruye en un tiempo muy corto .

Los presentes inventores trabajaron entonces extensamente durante varios años para entender la ciencia detrás de la filtración . Durante el curso de este estudio, se dieron cuenta de que existen varios factores que necesitan ser cumplidos, si se tiene que preparar un filtro mejorado. En primer lugar, experimentos extensos fueron realizados para determinar que una combinación más selectiva de tamaño de partícula de las partículas en la primera capa y en la segunda capa son requeridos para obtener una mejor eficiencia de filtración, mientras que se alarga la vida de filtro. Además, los presentes inventores encontraron que el área de superficie externa de la primera capa del filtro tiene que ser mayor que el área de superficie externa de la segunda capa para obtener utilización óptima del medio de filtro. Otro criterio muy importante fue entendido por los presentes inventores durante el curso de mejorar el desempeño de filtro, ya que la longitud de la trayectoria más corta sobre la cual el agua fluiría desde cualquier punto sobre la entrada del filtro a la salida, tiene que ser mantenida substancialmente igual . Es solo cuando todos los criterios anteriores son cumplidos que cualquier mejora en el desempeño del filtro en términos de eficiencia de filtración y vida de filtro puede ser satisfecha. Esto involucró varios cientos de combinaciones posibles de formas de filtro, configuraciones, tamaños de partícula del carbono en la primera capa y la segunda capa y sus cantidades relativas, cada una de las cuales tuvo que ser optimizada antes de llevar a la presente invención . En los primeros años a lo largo del curso de la invención anterior, los inventores han mejorado la técnica en algún aspecto y aplicaron una aplicación de patente, la cual fue publicada como WO2005094966. Esta reclama un medio de filtro de bloque de carbono para uso en filtros alimentados por gravedad, que comprende (a) carbono activado en polvo (PAC) teniendo un tamaño de partícula de manera que 95% en peso de las partículas pasan a través de malla 50 y no más de 1 2% pasa a través de malla 200, y (b) un material ligante de Resistencia de flujo de fusión (M FR) de menos de 5. En esta descripción, el medio de filtro de preferencia tiene 55 hasta 80% en peso de las partículas de PAC en el rango de tamaño de partícula de malla 1 00 a 200 en el 50% de volumen inferior del filtro de bloque de carbono. Esto se logró al tomar partículas de carbono en el rango de tamaño completo y hacer vibrar el molde durante el proceso de fabricación para provocar alguna segregación de las partículas más finas a la mitad inferior del medio de filtro. Los inventores en WO2005094966 creyeron que la segregación de las partículas provocada por la vibración originaría algún gradiente en el tamaño de partícula. Pero durante el curso de los últimos años, se dieron cuenta de que aunque ten ían la posibilidad sobre una de las formas óptimas del filtro (hemisférica) y un rango de tamaño de partícula total aproximado, no eran capaces de obtener la eficiencia deseada en términos de remoción de partícula y vida de filtro. El proceso mostrado en US4753728 , de usar una manga separadora para separar los rangos de tamaño de partícula distintos, con la manga separadora removida justo antes del calentamiento , no podía ser aplicado a filtros hemisférica o torisféricamente configurados. En cualquier objeto tridimensional, existen tres planos de sección mutuamente ortogonal . En el filtro de gradiente cilindrico, existe al menos uno de tales planos de sección , el cual es definido por l íneas rectas (no curvas). En un filtro hemisférico o torisférico, todos los planos de sección son definidos por líneas curvas y no por l íneas rectas. De ah í, el proceso mostrado por US4753728, el cual comprende la remoción del mango separador sin alterar la forma de las partículas cargadas, no puede ser aplicado para desarrollar un filtro de gradiente hemisférico o torisférico. Los presentes inventores creen que esta es la razón de que en varios años debido a la publicación de US4753728, no se ha desarrollado un filtro de gradiente hemisférico o torisférico. Es solo, por primera vez en la presente invención, que un filtro de gradiente ha sido desarrollado para resolver las desventajas del presente estado de la técnica y proporcionar una mejora.

De esta manera, un objetivo de la presente invención es mejorar o superar al menos una de las desventajas de bloques de filtro conocidos descritos antes.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un bloque de filtro, el cual asegura la remoción 3 log de quistes consistentemente sobre largos periodos.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para preparar un bloque de filtro en capas, el cual sea simple, no costoso y conveniente, e incluso proporcione un desempeño de filtro fuerte.

Breve descri pción de la invención De acuerdo con el primer aspecto de la presente invención , se proporciona un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico, que comprende: (a) una primera capa de partículas de tamaño de malla 30 a 60 unidas junto con un ligante, siendo integralmente unida dicha primera capa a (b) una segunda capa de partículas de tamaño de malla 60 a 200 unidas junto con un ligante; en donde la primera capa comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño más pequeño que la malla 60 y la segunda capa comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño mayor que malla 60.

Se prefiere que las partículas sean partículas de carbono activado.

Se prefiere que el ligante sea un ligante polimérico.

Es particularmente preferido que el ligante polimérico tenga una Velocidad de flujo de fusión menor que 5 g/1 0 minutos.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención , se proporciona un proceso para preparar un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico que comprende los pasos de: (a) mezclar partículas de tamaño de malla 30 a 60 con un ligante en la presencia de agua para preparar una mezcla de primera capa húmeda; (b) mezclar por separado partículas de tamaño de malla 60 a 200 con un ligante para preparar una mezcla de segunda capa; (c) adicionar la mezcla de primera capa húmeda a un molde de tamaño deseado y forma hemisférica o torisférica deseada; (d) estampar la superficie expuesta de la mezcla de primera capa en el molde con un sello no plano para crear una superficie expuesta curva; (e) adicionar la mezcla de segunda capa al molde sobre dicha superficie expuesta curva; (f) calentar dicho molde a una temperatura en el rango desde 1 50°C hasta 350°C; y (g) enfriar y desmoldar dicho bloque de filtro.

Se prefiere particularmente que la proporción en peso de agua a las partículas para preparar la mezcla de primera capa húmeda sea menor que 4.

Descripción detallada de la invención La invención proporciona un bloque de filtro teniendo características de filtración intensificadas como se compara con filtros similares del pasado cuando se usa para filtración de agua bajo cabezal de gravedad .

Este filtro es capaz de alcanzar estas características de filtración intensificadas debido a una combinación de muchos factores. En primer lugar, el bloque de filtro está en la forma hemisférica o torisférica. Estas formas proporcionan la longitud de trayectoria uniforme deseada y proporción deseada del área de superficie de entrada de la primera capa y el área de superficie de la segunda capa, la cual en combinación con el tamaño de partícula selectivo de las partículas de la primera y la segunda capa proporcionan la filtración intensificada mientras que asegura una larga vida del filtro.

Por la primera capa se quiere decir, la capa a través de la cual fluye primero el agua antes de que fluya a través de la segunda capa.

La primera capa comprende de preferencia más de 80% de partículas de tamaño de malla 30 a 60. La segunda capa comprende de preferencia más de 80% de partículas de carbono activado de tamaño de malla 60 a 200.

Las partículas se hacen de preferencia de carbono activado, tierra de diatomeas, arena, arcilla o cerámica. Partículas más adecuadas son arena o carbono activado, siendo el más preferido el carbono activado.

Las partículas de carbono activado son seleccionadas de preferencia de uno o más de carbón bituminoso, cáscara de coco, madera y alquitrán de petróleo. El área de superficie de las partículas de carbono activado de preferencia excede 500 m2/g , más preferiblemente excede 1 000 m2/g. De preferencia, el carbono activado tiene un coeficiente de uniformidad de tamaño menor que 2, más preferiblemente menor que 1 .5, número de tetracloruro de carbono que excede 50% , más preferiblemente que excede 60% . El carbono activado de preferencia tiene un número de yodo mayor que 800, más preferiblemente mayor que 1 000.

Las partículas en la primera capa y en la segunda capa podrían ser del mismo material o de material diferente, por ejemplo, la primera capa podría ser arena, mientras que la segunda capa pod ría ser carbono activado. De manera alterna, tanto la primera capa como la segunda capa podrían ser carbono activado.

Las partículas en la primera capa del bloque de filtro y en la segunda capa del bloque de filtro se unen una a otra usando un ligante. Los ligantes adecuados son polímeros, ligantes inorgánicos como cemento blanco y resinas. Los ligantes poliméricos son más preferidos. Los ligantes poliméricos teniendo una Velocidad de flujo de fusión (M FR) de menos de 5 g/10 minutos y son más preferidos adicionalmente. En cuanto a la presente invención , la primera capa y la segunda capa son unidos también de manera integral una a otra usando un material de ligante de preferencia un polímero teniendo una M FR de menos de 5 g/1 0 minutos. El material de ligante de preferencia tiene una M FR de menos de 2 g/1 0 minutos, más preferiblemente menos de 1 g/1 0 minutos. De manera óptima, la M FR es casi cero.

La velocidad de flujo de fusión (M FR) es media usando la prueba ASTM D 1 238 (ISO 1 1 33). La prueba mide el flujo de un polímero fundido a través de un plastómetro de extrusión bajo condiciones de temperatura y carga específicas. El plastómetro de extrusión consiste de un cilindro vertical con un pequeño dado de 2 mm en el fondo y un pistón removible en la parte superior. Una carga de material es colocada en el cilindro y es precalentada durante varios minutos. El pistón es colocado en la parte superior del pol ímero fundido y su peso fuerza al pol ímero a través del dado y hacia una placa de recolección. El intervalo de tiempo para la prueba varía desde 1 5 segundos hasta 1 5 minutos con el fin de acomodar las diferentes viscosidades de plásticos. Las temperaturas usadas son 1 90, 220, 250 y 300°C (428, 482 y 572° F). Las cargas usadas son 1 .2, 5, 10 y 1 5 kg. En cuanto a la presente invención , las pruebas se hacen a 1 90°C a 1 5 kg de carga.

La cantidad de pol ímero recolectada después de un intervalo específico es pesada y normalizada al número de gramos que habría sido extruida en 1 0 minutos: la velocidad de flujo de fusión es expresada en gramos por tiempo de referencia .

El ligante es de preferencia un polímero termoplástico teniéndolos valores de M FR bajos antes descritos. Ejemplos adecuados incluyen pol ímero de alto peso molecular, de preferencia , polietileno, polipropileno y combinaciones de los mismos, los cuales tienen estos valores de M FR bajos. El peso molecular está de preferencia en el rango de 1 06 a 1 09 g/mol . Los ligantes de esta clase están comercialmente disponibles bajo los nombres comerciales HOSTALEN de Tycona GMBH , G U R, Sunfine (de Asahi , Japón), Hizex (de Mitsubishi) y de Brasken Corp (Brasil). Otros ligantes adecuados incluyen LDPE vendido como Lupolen ( De Base Polyolefins) y LLDPE de Qunos (Australia).

La densidad a granel del ligante usado para la invención es de preferencia menor que o igual a 0.6 g/cm3, más preferiblemente menor que o igual a 0.5 g/cm3, y adicionalmente más preferiblemente menor que o igual a 0.25 g/cm3. El contenido de ligante puede ser medido mediante cualquier método conocido y de preferencia es medido mediante análisis termogravimétrico.

La proporción del espesor de la primera capa al espesor de la segunda capa está de preferencia en el rango de 1 0: 1 a 1 : 1 0, más preferiblemente en el rango de 5: 1 a 1 :5. La proporción en peso de la segunda capa a la primera capa está de preferencia en el rango de 1 :3 a 1 : 10, más preferiblemente en el rango de 1 :4 a 1 :8.

Tanto en la primera como la segunda capa, se prefiere que la proporción en peso del ligante a las partículas sea aproximadamente la misma. La proporción en peso de material ligante a partículas de preferencia está en el rango de 1 : 1 a 1 :20, más preferiblemente en el rango de 1 :2 a 1 : 10.

Aunque las formas a partir de las cuales el bloque de filtro de la invención da el desempeño mejorado deseado son hemisféricas o torisféricas, se prefiere que la forma sea hemisférica .

El filtro moldeado antes descrito de la invención es adaptado para proporcionar la remoción de contaminantes químicos y de manera más importante proporcionar la remoción efectiva de al menos 3-log , es decir, 99.9% de quistes tales como Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum y Entamoeba histolica. Es decir, si el agua de entrada contiene 1000 quistes, el agua de salida contendrá cuando mucho solo 1 quiste.

De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención , se proporciona un filtro de agua para uso en aplicaciones alimentadas por gravedad comprendiendo (a) un bloque de filtro del primer aspecto de la invención, y (b) una placa de base con un orificio para salida de agua, a la cual el filtro de bloque de filtro es adherido. El filtro de agua así construido puede comprender opcionalmente un filtro de sedimento lavable o reemplazable para remover polvo fino y otros particulados generalmente por arriba de 3 mieras corriente arriba del filtro de bloque de carbono. Además, el filtro de agua puede comprender una cubierta desmontable para sostener el filtro de agua como una unidad integral .

De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención , se proporciona un proceso para preparar un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico que comprende los pasos de: (a) mezclar partículas de tamaño de malla 30 a 60 con un ligante en la presencia de agua para preparar una mezcla de primera capa húmeda; (b) mezclar por separado partículas de tamaño de malla 60 a 200 con un ligante para preparar una mezcla de segunda capa; (c) adicionar la mezcla de primera capa húmeda a un molde de tamaño deseado y forma hemisférica o torisférica deseada; (d ) estampar la superficie expuesta de la mezcla de primera capa en el molde con un sello no plano para crear una superficie expuesta curva; (e) adicionar la mezcla de segunda capa al molde sobre dicha superficie expuesta curva; (f) calentar dicho molde a una temperatura en el rango desde 1 50°C hasta 350°C; y (g) enfriar y desmoldar dicho bloque de filtro .

Para realizar el proceso antes descrito, la primera capa de preferencia comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño más pequeño que malla 60 y la segunda capa de preferencia comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño mayor que malla 60.

El proceso antes descrito puede ser usado para preparar el bloque de filtro del primer aspecto de la presente invención. Así, en el proceso antes descrito, partículas adecuadas son carbono activado, tierra de diatomeas, arena, arcilla o cerámica. Partículas más adecuadas son arena o carbono activado, siendo más preferido carbono activado. Los ligantes adecuados para uso en la primera capa y en la segunda capa en el proceso antes descrito son polímeros, ligantes inorgánicos como cemento blanco y resinas. Los ligantes poliméricos son más preferidos. Los ligantes políméricos teniendo una Velocidad de flujo de fusión (MFR) de menos de 5 g/10 minutos son preferidos, valores de M FR más preferidos adicionales son menores que 2 g/10 minutos, más valores aún adicionales son menores que 1 g/1 0 minutos. De esta manea, los ligantes preferidos útiles en el proceso anterior son polímero de peso molecular ultra alto de preferencia polietileno, polipropileno y combinaciones de los mismos, los cuales tienen estos valores de M FR bajos. El peso molecular está de preferencia en el rango de 1 06 hasta 1 09 g/mol .

El mezclado de las partículas, el ligante y agua cuando está presente, se hace de preferencia en recipientes los cuales incluyen un agitador, mezclado con aspas impulsadoras embotadas, mezclador de listón , mezclador rotatorio, mezclador sigma o cualquier otro mezclador de bajo corte que no altera significativamente la distribución de tamaño de partícula. El mezclado es realizado para preparar una mezcla uniforme del medio de filtro. El tiempo de mezclado es de preferencia desde 0.5 hasta 30 minutos. De preferencia, la cantidad de dicha agua usada para preparar la primera capa húmeda no es más de 4 .veces la cantidad de partículas, más preferiblemente no más de 3 veces la cantidad de partículas. De manera óptima, la cantidad de agua usada es desde 0.5 hasta 1 .5 veces el peso de las partículas. El ligante es adicionado entonces a la mezcla anterior y se mezcla adicionalmente. El mezclador más preferido es mezclador sigma.

Para realizar el proceso antes descrito, la primera capa comprende de preferencia menos de 20% en peso de partículas de tamaño más pequeño que malla 60 y la segunda capa comprende de preferencia menos de 20% en peso de partículas de tamaño mayor que malla 60.

El proceso antes descrito puede ser usado para preparar el bloque de filtro del primer aspecto de la presente invención. Así, en el proceso antes descrito, partículas adecuadas son carbono activado, tierra de diatomeas, arena, arcilla o cerámica. Partículas más adecuadas son arena o carbono activado , siendo más preferido el carbono activado. Los ligantes adecuados para usarse en la primera capa y en la segunda capa en el proceso antes descrito son polímeros, ligantes inorgánicos como cemento blanco y resinas. Los ligantes poliméricos son más preferidos. Los ligantes poliméricos teniendo una Velocidad de flujo de fusión (MFR) de menos de 5 g/1 0 minutos son preferidos, los valores de M FR más preferidos adicionales son menores que 2 g/1 0 minutos, incluso más valores adicionales menores que 1 g/1 0 minutos. De esta manera , los ligantes preferidos útiles en el proceso anterior son pol ímeros de alto peso molecular de preferencia polietileno, polipropileno y combinaciones de los mismos, los cuales tienen estos valores de M FR bajos. El peso molecular está de preferencia en el rango de 1 06 hasta 1 09 g/mol .

El mezclado de las partículas, el ligante y agua cuando está presente, es hecho de preferencia en recipientes los cuales incluyen un agitador, mezclador con aspas impulsoras embotadas, mezclador de listón , mezclador rotatorio, mezclador sigma o cualquier otro mezclador de bajo corte que no altere significativamente la distribución de tamaño de partícula. El mezclado es realizado para preparar una mezcla uniforme del medio de filtro. El tiempo de mezclado es de preferencia desde 0.5 hasta 30 minutos. De preferencia, la cantidad de dicha agua usada para preparar la primera capa húmeda no es más de 4 veces la cantidad de partículas, más preferiblemente no más de 3 veces la cantidad de partículas. De manera óptima, la cantidad de agua usada es desde 0.5 hasta 1 .5 veces el peso de las partículas. El ligante es adicionado entonces a la mezcla anterior y se mezcla adicionalmente. El mezclador más preferido es mezclador sigma.

Opcionalmente, la segunda capa también puede ser mezclada con alguna cantidad de agua antes de adicionar al molde. Cuando se adiciona, la cantidad de agua usada para preparar una segunda capa húmeda no es más de 4 veces, de preferencia más de 3 veces la cantidad de partículas. De manera óptima, la cantidad de agua usada es desde 0.5 hasta 1 .5 veces el peso de las partículas. En tal caso, la segunda capa húmeda también puede ser estampada con un segundo sello no plano para crear una superficie curva en la segunda capa antes de calentar dicho molde. Un aspecto preferido del proceso comprende que el segundo sello esté presente junto con el bloque de filtro cuando el molde es calentado y el segundo sello es desmoldado solo después del bloque de filtro ha sido formado con el paso de calentamiento. De preferencia, la forma de la superficie expuesta curva corresponde a la forma de la superficie curva del molde. De esta manera, cuando una forma hemisférica es la forma preferida del bloque de filtro, tanto el molde y el sello no plano y de preferencia el segundo sello no plano tiene una forma hemisférica.

De preferencia , la proporción en peso del ligante a las partículas de carbono activado tanto en la primera capa como la segunda capa está en el rango de 1 : 1 a 1 :20. La proporción preferida del área de superficie de la superficie de entrada de la primera capa al área de superficie de la superficie de entrada de la segunda capa está en el rango de 1 : 1 a 100: 1 .

El material en el molde antes de que se caliente es compactado de preferencia. La presión de compactación puede ser desde 0 hasta 1 5 kg/cm2. Las presiones de compactación adecuadas no son más de 1 2 kg/cm2, de preferencia desde 3 hasta 1 0 kg/cm2 y muy preferiblemente desde 4 hasta 8 kg/cm2. La presión es aplicada de preferencia usando ya sea una prensa hidráulica o una prensa neumática, más preferiblemente una prensa hidráulica.

El molde está hecho de aluminio, hierro vaciado, acero o cualquier material capaz de soportar temperaturas que exceden 400°C.

Un agente de liberación de molde es recubierto de preferencia en la superficie interior del molde. El agente de liberación de molde es seleccionado de preferencia de aceite de silicón, chapa de aluminio o el molde puede ser recubierto con materiales adecuados como Teflon o cualquier otro agente de liberación de molde comercialmente disponible que tiene poca o ninguna adsorción sobre el medio de filtro.

El molde es calentado entonces a una temperatura de 1 50°C a 350°C, de preferencia en el rango de 200°Chasta 300°C. El molde es mantenido caliente durante más de 60 minutos, de preferencia 90 hasta 300 minutos. El molde es calentado de preferencia en un honro usando un horno de convección de gas inerte forzado, o de aire forzado, no de convección .

El molde es enfriado entonces y el filtro moldeado es liberado del molde.

Los inventores encontraron que conforme desarrollaron el proceso de la presente invención hubo ventajas sorprendentes. Por una parte, el agua adicionada para preparar la primera capa húmeda da el mezclado uniforme de las partículas y ligante para proporcionar porosidad uniforme en el bloque de filtro, por otra parte, la humedad de la primera capa húmeda ayuda en la retención de forma después del paso de estampado, el cual es necesario antes de la adición de la mezcla de segunda capa.

Por medio del bloque de filtro de la invención , es posible obtener una velocidad de flujo promedio de agua filtrada en el rango de 1 0 hasta 500 ml/min , a un cabezal promedio de 1 0 cm bajo gravedad , sin comprometer los requerimientos de remoción de particulados que incluye microorganismos y contaminantes qu ímicos. Sin embargo, una velocidad de flujo promedio en el rango de 50 hasta 200 ml/min también es aceptable.

Detalles adicionales de la invención , sus objetivos y ventajas son explicados de aquí en adelante con mayor detalle con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes. Sería evidente para una persona experta en la técnica que muchos de tales ejemplos son posibles y los ejemplos dados a continuación son para fines ilustrativos únicamente. Estos no deberían ser interpretados como limitantes del alcance de esta invención en manera alguna.

Breve descri pción de las fig uras La Figura 1 es una vista esquemática de un bloque de carbono en cuanto a la invención con la Figura 1 A siendo una vista frontal y la Figura 1 B siendo una vista inferior en perspectiva del filtro.

Descripción detallada de las figuras La Figura 1 A es una vista frontal de un negro de carbono en cuanto a la invención. El bloque de carbono comprende una primera capa (FL) y una segunda capa (SL), las cuales se unen integralmente una a otra. El bloque de carbono también puede ser unido a una placa de base (BP), la cual tiene una boquilla (N ) para dirigir el flujo de agua filtrada desde el bloque de carbono.

Cuando está en uso, el agua entra al filtro de bloque de carbono en una dirección (ENTRADA) como es mostrado en la Figura 1 A, fluye primero a través de la primera capa (FL) y entonces a través de la segunda capa (SL) y sale del filtro a través de la boquilla (N ) provista en la placa de base en la dirección (SALI DA) como se muestra en la Figura 1 A.

Ejemplos Ejemplo 1 : 1 36 gramos de partículas de carbono activado de tamaño de malla 30 a 60 y 28 gramos de un ligante de polietileno de peso molecular ultra alto (GUR 21 22) teniendo una Velocidad de flujo de fusión de casi cero g/10 minutos, se mezclaron con 1 36 gramos de agua para preparar una mezcla de primera capa húmeda. El porcentaje de partículas de carbono de tamaño más pequeño que malla 60 en la mezcla de primera capa fue 1 1 .5% . 25 gramos de partículas de carbono activado de tamaño de malla 60 a 200 se mezclaron con agua y el mismo ligante polimérico en las mismas proporciones como se usa en la primera capa húmeda para preparar una mezcla de segunda capa separada de la mezcla de primera capa húmeda. El porcentaje de partículas de carbono de tamaño mayor que malla 60 en la mezcla de segunda capa fue 1 4% . La mezcla de primera capa húmeda fue adicionada a un molde de tamaño deseado y forma hemisférica desea. Esta mezcla húmeda fue estampada para crear una superficie expuesta curva. La mezcla de segunda capa fue adicionada entonces al molde, sobre la superficie expuesta curva . El molde fue calentado a una temperatura en el rango desde 1 50°C hasta 350°C y se enfrió siguiendo lo cual el filtro formado fue desmoldado. Un dibujo del filtro así preparado es mostrado en la Figura 1 A y 1 B.

Ejemplo 2: El carbono activado como se usó para la capa exterior y la capa interior junto con la misma cantidad de ligante como se usó en el Ejemplo 1 , se mezclaron juntos para preparar una sola mezcla. Esta se uso para preparar un filtro de carbono usando el proceso como se describió en la publicación WO2005094966. El proceso incluyó un paso de colocar los materiales en un molde hemisférico, el cual fue cerrado y se hizo vibrar en la manera descrita en WO2005094966. El molde fue calentado en una manera idéntica a la usada para producir el filtro del Ejemplo 1 , siguiendo lo cual el molde fue enfriado y el filtro fue desmoldado .

Los filtros hechos para el Ejemplo 1 y Ejemplo 2 fueron usados para filtrar un agua de prueba preparada como la composición dada en la Tabla 1 , bajo condiciones de cabezal de gravedad .

Tabla 1 Ambos bloques de carbono aseguraron la filtración del agua de prueba para producir agua de salida teniendo una TSS de menos de 0.1 NTU iniciando con un agua de alimentación de 6 - 9 N UT. Los datos de la velocidad de flujo del agua filtrada son mostrados como una gráfica en la Figura 2. La gráfica de la figura 2 muestra la disminución de la velocidad de flujo hasta un punto particular (-1 00 ml/minuto) después de lo cual se inclina hacia arriba nuevamente.

Esta inflexión se debe a la intervención manual donde el filtro es removido y lavado para rejuvenecer el filtro y se instala nuevamente en el sistema para continuar la operación de filtración . Como puede verse a partir de la figura 2, el bloque de carbono del Ejemplo 2 requirió 4 intervenciones en los primeros 300 I , mientras que el bloque de carbono del Ejemplo 1 , el cual fue preparado en cuanto a la invención , requirió solo una intervención. Esto demuestra claramente la ventaja de usar un bloque de carbono según la presente invención como se compara con una muestra de la técnica anterior.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para preparar un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico que comprende los pasos de: (a) mezclar partículas de tamaño de malla 30 a 60 con un ligante en la presencia de agua para preparar una mezcla de primera capa húmeda; (b) mezclar por separado partículas de tamaño de malla 60 a 200 con un ligante para preparar una mezcla de segunda capa; (c) adicionar la mezcla de primera capa húmeda a un molde de tamaño deseado y forma hemisférica o torisférica deseada; (d) estampar la superficie expuesta de la mezcla de primera capa en el molde con un sello no plano para crear una superficie expuesta curva; (e) adicionar la mezcla de segunda capa al molde sobre dicha superficie expuesta curva; (f) calentar dicho molde a una temperatura en el rango de 150°C hasta 350°C; y (g) enfriar y desmoldar dicho bloque de filtro, en donde la primera capa resultante comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño más pequeño que malla 60 y la segunda capa comprende menos de 20% en peso de partículas de tamaño mayor que malla 60.

2. Un proceso como se reclama en la reivindicación 1, en donde la proporción en peso de agua a dichas partículas es menor que 4.

3. Un proceso como se reclama en la reivindicación 1 , en donde la forma de superficie expuesta curva corresponde a la forma de la superficie curva del molde.

4. Un bloque de filtro particulado hemisférico o torisférico que comprende: (a) una primera capa de partículas de tamaño de malla 30 a 60 unida junto con un ligante, estando integralmente unida dicha primera capa a (b) una segunda capa de partículas de tamaño de malla 60 a 200 unida junto con un ligante; siendo obtenible dicho bloque mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, por lo cual la superficie externa de la primera capa es mayor que la superficie eterna de la segunda capa.

5. Un bloque de filtro como se reclama en la reivindicación 4, en donde las partículas son partículas de carbono activado.

6. Un bloque de filtro como se reclama en la reivindicación 4 o 5, en donde el ligante es un ligante polimérico .

7. Un bloque de filtro como se reclama en la reivindicación 6, en donde el ligante polimérico tiene una Velocidad de flujo de fusión de menos de 5 g/1 0 minutos.

8. Un bloque de filtro como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en donde la proporción del espesor de la primera capa al espesor de la segunda capa está en el rango de 10: 1 a 1 : 1 0.

9. Un bloque de filtro como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 4-8, en donde la proporción en peso de la segunda capa a la primera capa está en el rango de 1 :3 a 1 : 1 0. 1 0. Un bloque de filtro como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 4-9, en donde la proporción en peso de material ligante a las partículas está en el rango de 1 : 1 a 1 :20. 1 1 . Un filtro de agua para uso en aplicaciones alimentadas por gravedad que comprende (a) un bloque de filtro como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 4-1 0; y (b) una placa de base con un orificio para salida de agua , a la cual se adhiere el filtro.