TWI532687B - 水的純化裝置 - Google Patents

Description

水的純化裝置

本發明係有關水的純化裝置及一種將水純化之方法，尤其係有關可用作重力式供給系統或適於連接至主要配水管之水的純化裝置。

本發明主要係針對飲水應用所開發，下文係針對此應用加以描述。然而，應瞭解本發明不限於此種特別之應用領域。

在通篇說明書中，有關先前技術之任何討論皆絕對不應視為同意該種先前技術係眾所周知或形成該領域之常識的一部分。

全世界有極大比例之人口生活在嚴重短缺衛生之飲用水的國家。人們必須直接仰賴地下水源，諸如井、水池及河流。此等水源經常被污水、工業廢水及農業副產物(如殺害蟲劑殘留物)所污染。就欲具有微生物安全性之水而言，WHO建議6 log細菌去除率、4 log病毒去除率及3 log孢囊去除率。雖然藉由使用化學消毒(例如藉由與鹵素接觸)或以輻射為主之消毒(例如藉由暴露於紫外線輻射)可將細菌及病毒移除至所需程度，但此等消毒方法仍無法達到3 log孢囊去除率。

重力型進料裝置可使用過濾連同殺生物作用而達成6 log細菌去除率、4 log病毒去除率及3 log孢囊去除率。重力型進料裝置在不加壓且無流動水之情況下發揮功效。

WO 2005095284(Unilever,2005)揭示一種重力進料型水純化系統，其包含適於從輸入水分離出微粒可溶性物質的過濾單元，此單元為碳塊形式且通常具有附加之不織布濾器；化學品分配單元，使得離開該過濾單元之水的流速藉流動控制手段(means)得到控制，之後水與藉化學品分配單元分配之殺生物劑匯聚，隨之將水保留於滯留槽歷經一段預定之時間，於離間水純化系統之前，使其通過適於自欲離開之水分離所分配之殺生物劑及其副產物的清除劑手段。此裝置相當複雜，具有許多可置換之零件。

WO07000238(Unilever,2007)揭示水的純化裝置，其包含上槽室及下槽室，下槽室包含用以收集純水之出口手段及用以移除懸浮微粒及溶解之有機物的過濾介質。與其整合之殺生物系統係為一個裝置，可分配單元劑量之殺生物劑且可將水進料至槽內可能分配殺生物劑之處。此設計僅針對固體殺生物劑，且無法適用於液體殺生物劑。固體殺生物劑之缺點係在暴露於空氣時降解。

WO08083896(Unilever,2008)揭示重力進料型水純化裝置，其可納入受控制之液體殺生物劑投藥。該裝置使用包含文氏管(venturi)之投藥路徑，頂槽與底槽藉此文氏管而流體連通，使水可自頂槽流至底槽。此系統中之水必需高速流動，而投藥速率取決於水之流速。殺生物劑之投藥係由液體投藥管卸料端之負(抽吸)壓力所造成，此負壓係由流經文氏管之水所致，文氏管係以氣密方式連接至該管卸料末端。此情況下，裝有液體殺生物劑之隔間中的空氣壓力係為大氣壓，該殺生物劑藉由位於卸料末端之負壓而自該裝有殺生物劑之隔間吸出。實際上，基於文氏管之投藥系統對於實體尺寸極為敏感，更難控制劑量。該系統需要許多用以建構之材料，因此極為昂貴。

本發明者已能設計因為殺生物劑投藥隔間內所產生之正壓所致的新穎殺生物劑投藥系統。此種投藥系統明顯的對於實體尺寸較不敏感，容許改善殺生物劑劑量之控制。除此之外，先前技術所使用之狹窄文氏管亦因輸入水之品質較差而阻塞，而本發明所揭示之投藥系統消除此項風險。

現在亦可發展單槽式水純化裝置，其可將控制水準之殺生物劑投藥至水中，提供作為濾渣清除器之過濾單元。此水純化裝置提供數項超越先前技術之優點，尤其是降低裝置複雜度，因此使得該裝置更經濟且減少可置換零件之數目，而不影響微生物安全性或流速之性能。該系統之另一項優點係其可適用於固體及液體殺生物劑。

本發明之目的係克服先前技術之至少一缺點或使之得以舒緩。

本發明目的係提供一種水的純化裝置，此裝置較不複雜，因此使得其結構較為經濟。

本發明另一目的係提供一種水的純化裝置，其可置換零件數目較少，因此使其結構較為經濟。

本發明另一目的係提供一種水的純化裝置，其可同時適用於固體及液體兩種殺生物劑。

本發明另一目的係提供一種水的純化裝置，其可用為重力型進料裝置，且亦適用於線內系統。

發明簡述

根據本發明，提供一種水的純化裝置，其包含：

i.　水純化槽，其包含具有入口端口且具有端口孔之填裝杯，位於水純化槽之頂端的該填裝杯係經由端口孔與水純化槽流體連通；

ii.　在連接填裝杯及殺生物劑分配箱(該分配箱與殺生物劑儲存隔間及殺生物劑分配端口流體連通)之管中產生空氣正壓，造成殺生物劑經由殺生物劑分配端口自殺生物劑分配箱進入水純化槽，且該水純化槽係經由濾器與包含排水機構(mechanism)之純水卸料槽流體連通。

根據本發明另一態樣提供一種純化水之方法，其包含：

i.　將水填入具有端口孔之填裝杯內以於管中產生空氣壓力；

ii.　將液體殺生物劑自殺生物劑分配箱排入水純化槽內；

iii.　藉由啟動排出機構於純水卸料槽中產生空氣壓力；使得來自水純化槽之水在通經濾器後收集於純水卸料槽內。

術語“包含”係意指不限於任何後續提及之元件，而是涵蓋主要或次要功能重要性之非特化元件。換言之，所列之步驟、元件或選擇並非必然是充分列舉。只要使用短語“包括”或“具有”，則此等辭語係意為等同於前文定義之“包含”。

發明之詳細說明

本發明因此提供一種水的純化裝置，其包含：

i.　水純化槽，其包含具有入口端口且具有端口孔之填裝杯，位於水純化槽之頂端的該填裝杯係經由端口孔與水純化槽流體連通；

ii.　在連接填裝杯及殺生物劑分配箱(該分配箱與殺生物劑儲存隔間及殺生物劑分配端口流體連通)之管中產生空氣正壓，造成殺生物劑經由殺生物劑分配端口自殺生物劑分配箱進入水純化槽，且該水純化槽係經由濾器與包含排水機構之純水卸料槽流體連通。

該殺生物劑可以固體或液體形式提供。當其係固體形式時，該裝置係設計成溶解恰當量之固體以於殺生物劑分配箱中提供正確量之殺生物劑。殺生物劑較佳係選自任一種鹵素釋出型化合物，且較佳係釋氯型殺生物劑，包括氯化磷酸三鈉、鈉或鉀或鈣次氯酸鹽，技術界已知釋出活性氯之各種N-氯化化合物，諸如鈉或鉀二氯異氰尿酸鹽、三氯氰尿酸、單氯胺、二氯胺、五異氰尿酸[(單三氯)-四(單鉀二氯)]、1,3-二氯-5,5-二甲基乙內醯脲、氯胺T、對-甲苯磺基二氯醯胺、三氯三聚氰胺、N-氯胺、N-氯琥珀醯亞胺、N,N’-二氯偶氮基二碳醯胺、N-氯乙醯基-脲、N,N-二氯偶氮基二碳醯胺、N-氯乙醯基-脲、N,N-二氯拜脲(dichlorbiurile)、氯化雙氰胺。

可使用於本發明裝置中之適當液體殺生物劑包括次氯酸鈉、二氯-異氰尿酸鈉、碘、四級銨化合物或戊二醛之水溶液。最佳液體殺生物劑係為次氯酸鈉水溶液。當次氯酸鈉係為所使用之液體殺生物劑時，其係於殺生物劑儲存隔間中在0.01至50重量%範圍之於水中濃度下添加，更佳為1至20重量%範圍。使用本發明裝置，可於水純化槽中得到以重量計於水中0.5至100 ppm範圍內之殺生物劑濃度，更佳係以重量計1至50 ppm。

濾渣殺生物劑清除劑較佳係包含活性碳塊過濾介質。活性碳塊過濾介質包含粉狀活性碳(PAC)及黏合劑，此等物質充分混合，藉壓力及熱處理製成塊。該PAC較佳係選自煙煤、椰子殼/木炭、石油焦油。較佳，所使用之PAC具有小於2之尺寸均勻係數，更佳係小於1.5，四氯化碳數超過50%，更佳係超過60%。

濾渣殺生物劑清除劑另外具有微粒濾器，此濾器係單一或多層非織造纖維布濾器，其中最外層加上皺摺。濾器或可由打摺且螺狀捲繞之布濾器之組合物所構成。

特佳碳塊過濾介質係為GB2390987中所揭示者，更佳係吾人共待審申請案320/MUM/2004所揭示。共待審申請案描述用於重力進料濾器之碳塊過濾介質，其包含粉狀活性碳(PAC)及熔流率(MFR)小於5之黏合劑材料，該PAC之粒度係使得95 wt%之粒子通經50目，且通經200目之粒子不多於12%。更佳之碳塊過濾介質在後50體積%碳塊過濾介質中有55至80 wt%之PAC粒子的粒度為100至200目。

排出機構可為下文討論之分接頭或伸縮盒(bellow)啟動手動泵。

現在借助圖1至4中本發明水的純化裝置之特定非限制實例說明本發明。

圖式詳細說明：

圖1係為本發明水的純化裝置之具體實施態樣。該裝置具有水純化槽(1)，此槽包含填裝杯(2)，具有小型端口孔(11)，較佳係位於填裝杯底部，以確定填裝杯中之水經長時間排空。端口孔之孔徑實質上小於填裝杯之入口端口，確保水經由端口自填裝杯排出之速率遠慢於使用者可填滿該杯的速率。水純化槽具有覆蓋物(8)，將覆蓋物打開可容許使用者在杯子位於水純化槽頂端時將水倒入填裝杯內。水純化槽用以接收輸入水之入口端口係與填裝杯之入口端口同線，使得實質上所有輸入之水皆流入該填裝杯內。亦設計使得填裝杯中之裝填容許水溢流進入水純化槽內。有一管(3)連接填裝杯及殺生物劑分配箱(4)，此箱與殺生物劑儲存隔間(6)及殺生物劑分配端口(5)流體連通。在水純化槽下方具有純水卸料槽(9)用以接收純水。水純化槽中之輸入水在以殺生物劑處理之後通經濾渣-殺生物劑清除劑(7)進入純水卸料槽。濾器係位於分隔水純化槽及純水卸料槽之分隔牆上。濾器有助於移除殘留之殺生物劑、有機物、任何懸浮之污物及微粒物質及殘留微生物。純水可藉排出機構(10)自純水卸料槽卸出。排出機構係為連接至純水卸料槽下端之分接頭。

當水經由水純化槽入口端口流入填裝杯並將其填滿時，填裝杯中之水位於管中產生空氣壓力，使殺生物劑經由殺生物劑分配端口自殺生物劑分配箱排入水純化槽內。

圖2係為本發明水的純化裝置的另一具體實施態樣。水純化槽(1)具有蓋子，此蓋具有位在填裝杯正上方之入口端口，使得倒入之水流入填裝杯(2)內，且後者填裝水純化槽。隨著填裝杯中水位上升，於管(3)中形成氣袋，當水平面達到2之頂端時，管中空氣壓力足以將數滴液體殺生物劑自殺生物劑分配端口(5)分配至水純化槽(1)內。進一步將水添加至填裝杯中使水純化槽裝滿，因為溢流，故亦使得液體殺生物劑在整個水純化槽均勻混合。殺生物劑與水混合之後，提供濾渣-殺生物劑清除劑(7)。來自水純化槽之水通經此清除劑且累積於純水卸料槽(9)中。圖2提供與圖1比較下相異之分配裝置。圖中區段(13)藉管連接至純水卸料槽。區段(13)包含止回閥及伸縮盒。藉由壓縮伸縮盒，可將純水自高位分配分接頭(10)分配出來。該高位卸料點具有數項使用優勢，其一是該裝置不必位於平台邊緣。在壓縮伸縮盒時，會產生來自純水卸料槽之水經濾器返回水純化槽(1)之情況。為防止此種，於濾渣-殺生物劑清除劑(7)基部提供止回閥(12)。因為此種止回閥，泵動伸縮盒所產生之壓力會幫助自高位分配分接頭分配水。

殺生物劑儲存隔間具有開口，殺生物劑可經此開口置換。當使用液體殺生物劑時，殺生物劑儲存隔間之裝填使得殺生物劑分配箱裝滿。或該殺生物劑儲存隔間可為可置換之氣密“瓶”，其係與殺生物劑分配箱流體連通，如位於液體容器上之密閉倒裝瓶。此確定僅有在殺生物劑分配箱中殺生物劑液面高度低於倒裝殺生物劑儲存“瓶”最低部分之液面高度時，方才自儲存“瓶”分配該液體殺生物劑。

圖3表示水純化器之另一較佳具體實施態樣。水純化槽(1)、填裝杯(2)、濾渣-殺生物劑清除劑(7)、殺生物劑分配端口(5)、殺生物劑分配箱(4)、純水卸料槽(9)，每一物皆保持與圖2相同。圖3中，濾渣清除器基部無止回閥，因為區段14中無伸縮盒。區段14僅具有連接至純水卸料槽之通風孔。藉由開啟通風孔，可自分接頭(10)卸除水。通風孔之開口係手動操作或藉計時器啟動。提供通風孔(14)以控制水於具有殺生物劑之水純化槽的滯留時間。藉由控制滯留時間，可得所需純度等級之水。

圖4係表示水的純化裝置之另一具體實施態樣，顯示在底部內部區段過濾槽(15)之水純化槽(1)，該過濾槽封裝有濾渣-殺生物劑清除劑(7)。過濾槽具有水密性覆蓋物(16)及通風孔(17)。提供虹吸管排出機構(18)以操作性連接水純化槽及過濾槽，使得來自純化槽之水僅經由虹吸管排出機構流入過濾槽。通風孔容許虹吸管排出機構操作以藉使空氣向上通過而離開過濾槽。自過濾槽離開係經由濾渣-殺生物劑清除劑，而水進入過濾槽係經由虹吸管排出機構進行。水密性覆蓋物確定水僅經由虹吸管進入過濾槽。當水純化槽(1)裝填至虹吸管之最高水平面時，虹吸管開始將水卸入過濾槽。當水與殺生物劑一起裝填過濾槽時，水流動通經濾渣清除劑，此劑自水移除膠狀雜質以及殘留之殺生物劑，將水卸入純水卸料槽(9)，經由分配裝置諸如分接頭(10)可自純水卸料槽取得去除殺生物劑之純水。

將水倒入填裝杯(2)內以裝填該裝置。該裝置覆蓋物(8)具有填裝杯正上方之開口，使得使用者明瞭需經由該開口裝入水。

隨著填裝杯中水位之升高，於管(3)中形成氣袋。此壓力傳遞進入分配箱(4)內。當水位達到填裝杯頂部時，氣袋中氣壓足以將數滴液體殺生物劑離開殺生物劑分配箱，經由殺生物劑分配端口(5)進入水純化槽(1)。進一步將水添加至填裝杯中使水純化槽裝滿，因為溢流，故亦使得液體殺生物劑在整個水純化槽均勻混合。

殺生物劑分配箱係與殺生物劑儲存隔間(6)流體連通，防止殺生物劑儲存隔間中之液體殺生物劑因真空而流出。填滿物底部有小型開口，用以確定填裝杯隨時間而排出。填裝杯底部之孔的排出速率係遠低於使用者可裝填該杯之速率。亦確定氣袋係於後續再充填期間形成，以確定歷經數公升水之平順操作。

實施例1 i.　試驗水：

使用TDS 1000ppm且TSS為15 ppm之試驗水測試本發明圖4所描述之水的純化裝置之效率。

ii.　微生物安全性評估

在五公升上述之試驗水中，添加大腸桿菌(E. coli)ATCC 10536儲液及MS2噬菌體儲液，得到Log₁₀(輸入計數/100 ml)：7.25 log之E.coli及5.96 log之MS2。此水通經該裝置，在通入100 ml(試樣1)及3L(試樣2)後收集輸出水，試樣使用標準Sterile MacConkey's Agar Medium for E.coli及ATCC Medium #271: Escherichia Medium連同適於MS2之宿主一起測試。數據呈現於表2。

前述數據顯示該裝置可有效移除微生物，且將水純化至適於飲用目的之水準。

應瞭解本發明水的純化裝置較不複雜，可置換零件數目較少，因而構成較經濟。

1．．．水純化槽

2．．．填裝杯

3．．．管

4．．．殺生物劑分配箱

5．．．殺生物劑分配端口

6．．．殺生物劑儲存隔間

7．．．濾渣-殺生物劑清除器

8．．．覆蓋物

9．．．純水卸料槽

10．．．排出機構

11．．．小型端口孔

12．．．止回閥

13．．．區段

14．．．通風孔

15．．．過濾槽

16．．．水密性覆蓋物

17．．．通風孔

18．．．虹吸管排出機構

圖1係為本發明水的純化裝置之具體實施態樣。

圖2係為本發明水的純化裝置的另一具體實施態樣，以伸縮盒(bellows)做為排出機構顯示。

圖3係為本發明純化裝置之另一較佳具體實施態樣。

圖4係為本發明純化裝置之另一較佳具體實施態樣，其備有虹吸管機構。

1．．．水純化槽

2．．．填裝杯

3．．．管

4．．．殺生物劑分配箱

5．．．殺生物劑分配端口

6．．．殺生物劑儲存隔間

7．．．濾渣-殺生物劑清除器

8．．．覆蓋物

9．．．純水卸料槽

Claims (13)

1. 一種水的純化裝置，其包含：水純化槽(1)，與殺生物劑分配箱(4)，其與殺生物劑儲存隔間(6)及與開口進入水純化槽(1)之殺生物劑分配端口(5)呈流體連通；其特徵在於：●水純化槽(1)包含具有入口端口且具有端口孔(11)之填裝杯(2)，使得該填裝杯(2)位於該水純化槽(1)之頂端且係經由該端口孔(11)與該水純化槽(1)流體連通；●該裝置亦包含直立管(3)，其連接填裝杯(2)及殺生物劑分配箱(4)；以及其中，直立管(3)及殺生物劑分配箱(4)連接使得於運作時在管(3)中產生空氣正壓，造成殺生物劑經由該殺生物劑分配端口(5)自該殺生物劑分配箱(4)進入該水純化槽(1)。
2. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中該水純化槽(1)係具有適於承接輸入水之入口端口(8)，其中，該入口端口(8)與該填裝杯(2)入口端口垂直地對齊，使得於運作時實質上所有輸入水皆流入該填裝杯(2)內。
3. 如申請專利範圍第1或2項之水的純化裝置，其中該填裝杯(2)端口孔(11)之孔徑實質上小於該填裝杯(2)之入口端口。
4. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中濾器(7)係封裝於包含通風孔(17)之過濾槽(15)中。
5. 如申請專利範圍第4項之水的純化裝置，其中該水純化槽(1)係經由虹吸管排出機構(18)與該過濾槽(15)操作連接，其中，虹吸管入口端口與水純化槽(1)連通，虹吸管出口端口與過濾槽(15)連通，且使該入口端口位在比該出口端口較高的垂直方向位置，因此於運作時來自該水純化槽(1)之水經由該虹吸管排出機構(18)流入該過濾槽(15)內。
6. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中該濾器(7)係包含活性碳塊過濾介質。
7. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中該濾器(7)係包含單層或多層皺摺或非皺摺布濾器，其中該布係包含非織造聚合物纖維。
8. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中該濾器(7)係為具有不織布層及黏著活性碳元件之複合濾器。
9. 如申請專利範圍第1項之水的純化裝置，其中該殺生物劑儲存隔間(6)為可置換之氣密倒裝“瓶”，其係與殺生物劑分配箱(4)流體連通。
10. 一種藉申請專利範圍第1項之裝置純化水之方法，其包含：i.將水填入具有端口孔(11)之填裝杯(2)內以於直立管(3)中產生空氣壓力；ii.將液體殺生物劑自殺生物劑分配箱(4)經由殺生物 劑分配端口(5)排入水純化槽(1)內；使得來自該水純化槽(1)之水在通經濾器(7)後收集於純水卸料槽(9)內。
11. 如申請專利範圍第10項的純化水之方法，其中於步驟i中，於直立管(3)中產生氣袋。
12. 如申請專利範圍第10或11項的純化水之方法，其中防止殺生物劑儲存隔間(6)中之液體殺生物劑因真空而流出。
13. 如申請專利範圍第10或11項的純化水之方法，其中該殺生物劑儲存隔間(6)為可置換之氣密倒裝“瓶”，其係與殺生物劑分配箱(4)流體連通，使得只有當殺生物劑分配箱(4)中殺生物劑液面高度低於該殺生物劑儲存隔間(6)的最低部分之液面高度時，才自該殺生物劑儲存隔間(6)排出液體殺生物劑。