用于流體的細菌減少的設備和其使用過程的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于流體的細菌減少的設備。本發(fā)明還涉及使用所述設備降低含有細 菌的流體的細菌計數的過程，以及所述設備用于燃油、食品或水凈化的細菌減少的用途，優(yōu) 選是用于廢水凈化、工業(yè)過程用水或飲用水處理的細菌減少的用途。
【背景技術】
[0002] 流體的細菌減少例如出于衛(wèi)生、保健和飲用水目的以及在醫(yī)療和食品行業(yè)中受到 廣泛的商業(yè)關注。本申請中的詞語"細菌"不被具體限定，而是定義為微生物，特別是致病 或腐敗微生物。
[0003] 用于流體的細菌減少的各種類型的設備是已知的，并且通?；谶^濾設備。例如， TO 2004/052961 A1公開了各種這類過濾設備，其利用特殊的胍共聚物用作減少細菌的材 料。不過，這些共聚物只是以水溶性材料或凝膠材料的形式公開的。要注意的是，水溶性材 料或凝膠材料并不是構建裝置和其部件的穩(wěn)定材料。水溶性材料或凝膠材料在暴露于流體 時通常不具備長期的穩(wěn)定性，例如，它們會變形或丟失其活性組分。由于環(huán)境、健康和安全 性及(其它）管理方面的原因，一般也不期望現有技術的可能有毒性的水溶性殺菌劑材料從 該設備和其部件浸出。
[0004] 在公開的過濾設備中，胍共聚物形式為顆粒、粉末或凝膠，并被封裝成過濾柱，待 處理流體然后被傳輸通過過濾柱。替代性地，公開了胍共聚物可以涂布在紙、纖維素或織物 材料上，然后用作設備中的過濾元件。過濾裝置存在這樣的缺點，即它們的使用會伴隨很大 的壓降。這些壓降源于其有限的空隙率和高的比表面積，這兩者都用來實現流體和固相之 間的高的面間接觸。
[0005] 盡管基于胍的聚合物對細菌減少是有效的，但像大多數細菌減少材料一樣，它們 還不是商品材料，因此它們仍然是相對昂貴的專用聚合物，只能從專用聚合物生產商以有 限的生產量獲得。于是，這種細菌減少材料(殺菌劑）的相對高的成本導致了這種已知的用 于細菌減少的過濾設備的缺點。這種過濾裝置通常需要使用相對大量的昂貴的細菌減少材 料。這是因為過濾柱通常只具有相對小的空隙率用于待處理流體與殺菌劑接觸，因此對于 特定的比表面積而言，它們需要較長的柱和較低的流速，以便產生足夠的停留時間，從而是 有效的。而且，由于對壓降的考慮，對可用的比表面積的限制增加。
[0006] 此外，在利用形式為顆粒、粉末或凝膠的殺菌劑的柱的過濾設備情況下，如W0 2004/052961中那樣，非常大的一部分殺菌劑被"浪費"，因為只有顆粒、粉末或凝膠的外表 面接觸流體并因而是有效的。由于缺少與流體接觸，顆粒、粉末或凝膠內部的大量的殺菌劑 因此是不起作用的。
[0007] 總的來說，期望有更高效利用昂貴的專用殺菌劑材料的用于流體細菌減少的設 備。這種設備允許對于給定量的殺菌劑有更高效的細菌減少。還期望所述設備在暴露給流 體時(例如，由于殺菌劑的浸出)不會遭遇高壓降或缺少長期穩(wěn)定性的缺點。而且，如果還相 對于現有技術的過濾設備的細菌減少水平，能進一步提高細菌減少，那么這將是更可取的。

【發(fā)明內容】

[0008] 從現有技術水平開始，本發(fā)明的目的是提供一種用于流體的細菌減少的設備，其 不會遭受前面提到的缺陷，尤其是不太高效地使用殺菌劑材料以及不太高效的細菌減少。 本發(fā)明的另外的目的包括提供一種使用所述設備來降低含有細菌的流體的細菌計數的過 程，以及提供一種所述設備用于燃油、食品或水凈化的細菌減少的用途，優(yōu)選是用于廢水凈 化、工業(yè)過程用水或飲用水處理的細菌減少的用途。
[0009] 根據本發(fā)明，這些目的是通過用于流體的細菌減少的設備實現的，所述設備包括 外殼、入口、出口、流體接觸表面，所述流體接觸表面包括實現為減少所述流體的細菌計數 的殺菌劑，其特征在于：所述流體接觸表面是靜態(tài)混合元件的流體接觸表面。
[0010] 根據本發(fā)明，這些另外的目的首先通過使用本發(fā)明的設備來減少含有細菌的流體 的細菌計數的過程實現，所述過程包括步驟： 將含有細菌的流體通過所述入口供給到所述設備， 在包括殺菌劑的流體接觸表面上處理所述含有細菌的流體，以便形成具有減少的細菌 計數的流體， 通過所述出口從所述設備去除具有減少的細菌計數的流體。
[0011] 所述設備和所述過程根據本發(fā)明用于燃油、食品或水凈化的細菌減少，優(yōu)選用于 廢水凈化、工業(yè)過程用水或飲用水處理的細菌減少中。在本申請中，"燃油"指能夠用作燃料 的所有油，諸如柴油、汽油或原油。如將討論的，這些流體和過程特別受益于本發(fā)明。
[0012] 本發(fā)明能實現這些目的并提供解決此問題的解決方案在于：包括有實現為減少流 體的細菌計數的殺菌劑的流體接觸表面是靜態(tài)混合元件的流體接觸表面。結果，對于靜態(tài) 混合器元件的情況，相對于諸如顆粒填料床的過濾器，壓力損失和所使用的殺菌劑材料的 量要少得多。當只有靜態(tài)混合器元件的表面涂布殺菌劑材料時，所需的殺菌劑材料的這種 降低是特別明顯的。如通過本發(fā)明的示例及它們與現有技術的過濾設備的比較示出的那 樣，對于本發(fā)明的設備，細菌計數的有益降低更大。此外，本發(fā)明的設備在抵抗殺菌劑對于 流體相通過浸出靜態(tài)混合器元件導致的損失方面展示出了良好的穩(wěn)定性。此結果是相當驚 人的，證明了本發(fā)明的設備和過程不只是更加高效地利用昂貴的專用殺菌劑材料，并因而 允許對于給定量的殺菌劑有更高效的細菌減少，而且細菌減少相對現有技術的過濾設備還 能得以改進。
[0013] 本領域技術人員會理解"流體接觸表面"表示包括或包含殺菌劑并且能夠與流體 相互作用的表面區(qū)域。因此，此表面區(qū)域具有與其關聯(lián)的深度，由于諸如膨脹或多孔性以及 殺菌劑分子的大小之類的因素，它會根據流體和表面的相互作用的特定性質稍微變化。在 一些實施例中，表面區(qū)域的深度取決于用來表征表面的組分的特定的光譜方法，諸如X-射 線光電子光譜學（XPS)或俄歇電子光譜學（AES)。在一個實施例中，流體接觸表面的深度由 常規(guī)的XPS測量結果來表征。在涉及含有殺菌劑涂層的實施例中，表面區(qū)域的深度取決于 涂層厚度和所使用的涂布方法。在另一實施例中，流體接觸表面的深度從1微米到1000微 米。
[0014] 在設備或過程的一個實施例中，流體接觸表面不向流體大量地釋放殺菌劑。在本 申請中，"不大量釋放"定義為表示任何釋放都是很緩慢的，很小的，以致于在由設備處理的 流體中不存在可覺察濃度的殺菌劑。例如，被處理流體中的殺菌劑的濃度優(yōu)選小于50ppm， 更優(yōu)選小于15ppm，甚至更優(yōu)選小于lppm，最優(yōu)選為通過常規(guī)的光譜學或色譜學方法確定 為檢測不到。在一個實施例中，使用氣相色譜-質譜法（GC-MS)，如在1993年第4期24卷 Critical Reviews in Analytical Chemistry 中發(fā)表的由 C. J. Koester 和 R. E. Clement 所著的"Analysis of Drinking Water for Trace Organics" 中公開的那樣。優(yōu)選地，被 處理流體中殺菌劑的濃度在靜態(tài)條件下測量24小時。此實施例具有的優(yōu)點在于，設備在其 使用期限上"永久地"起作用。因此，不必要更換或翻新流體接觸表面，這降低了維修服務 成本和停機時間。本領域技術人員會理解，不同應用（諸如廢水相對于飲用水）會對殺菌劑 釋放到流體的可容許量有著不同要求。
[0015] 根據設備和過程的另一實施例，流體接觸表面包括胍或其衍生物。胍具有通常結 構iR識胍和其衍生物相對其它殺菌劑有幾個優(yōu)點。例如，相對其它殺菌 劑，諸如納米銀，它們是容易獲得的，并且也具有較低成本。此外，胍和其衍生物具有非常好 的高溫穩(wěn)定性。結果是，它們非常適于用在通常在高溫下執(zhí)行的用于降低含有細菌的流體 的細菌計數的過程中。這些過程可以從殺菌劑和高溫的協(xié)同效應中獲益。
[0016] 根據設備和過程的又一實施例，流體接觸表面包括含有殺菌劑的聚合物。此實施 例有幾個優(yōu)點。在聚合物組分中結合殺菌劑最小化了在設備的使用期限期間殺菌劑的浸 出，因此提供殺菌劑活性的永久性。而且，聚合物容易通過擠壓或模塑來熱處理，并形成諸 如那些靜態(tài)混合元件的的形狀那樣的形狀。替代性地，聚合物可以容易地用作由諸如金屬 的其它材料制成的靜態(tài)混合元件的涂層。這種聚合物涂層可以通過熱或溶液方法來施加。
[0017] 在又一更具體的實施例中，含有殺菌劑的聚合物是共聚物，或優(yōu)選是聚合物化合 物。與殺菌劑共聚物相比，聚合物化合物具有的優(yōu)點在于更簡單、更便宜和生產更加多樣， 而殺菌劑共聚物通常需要有不容易商業(yè)獲得工業(yè)量的昂貴的單聚物。而且，與化合設施相 比，聚合過程和設備更加復雜，要求更大的投資，并具有更多的EHS關注。
[0018] 根據設備和過程的又一實施例，靜態(tài)混合元件只在包圍所述流體接觸表面的表面 區(qū)域中含有殺菌劑。只向表面區(qū)域提供殺菌劑有利地降低了所需的殺菌劑的量。此外，位 于大塊區(qū)域的表面區(qū)域下面的殺菌劑不會接觸流體，因此對細菌減少是無效的。在本申請 中，表面區(qū)域的深度定義為在靜態(tài)混合元件的最細點處測量的其總厚度的80%或更少。此 實施例通常通過使用涂布技術來實現，這一般伴隨相對低成本的過程和有限量的原始材料 消耗。而且，人們可以有利地涂布常規(guī)的靜態(tài)混合器元件，諸如由金屬或塑料制成的靜態(tài)混 合器元件。本領域技術人員會理解，例如非常薄的金屬支撐物可以用來提供含有殺菌劑的 涂層的機械穩(wěn)定性。在這種實施例中，涂層相對于薄的金屬支撐物會相對厚。在其它實施 例中，靜態(tài)混合器元件可以通過共擠壓方法來形成，以在下面的支撐層上得到含有殺菌劑 的表面層