專利名稱：水凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水凈化的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及在自動(dòng) 化過(guò)程中從水中除去基本上全部各種雜質(zhì)的系統(tǒng)及方法，所述自動(dòng)化過(guò)程 在數(shù)月至數(shù)年過(guò)程中不需要清潔或者使用者介入，每單位輸入水具有相對(duì) 高的產(chǎn)物水收率。
背景技術(shù)：
隨著常規(guī)水資源日益稀少、飲用水市政分配系統(tǒng)隨時(shí)間而惡化、且增 加的水使用耗盡水井和水庫(kù)，造成鹽水污染，水凈化技術(shù)正迅速成為現(xiàn)代 生活的必要方面。另外，由于各種活動(dòng)，其包括，例如，集約農(nóng)業(yè)、汽油 添加劑、和毒性重金屬產(chǎn)生其它水源污染。這些問(wèn)題導(dǎo)致水系統(tǒng)中病菌
(germ)、細(xì)菌、鹽、MTBE、氯酸鹽、高氯酸鹽、砷、汞和甚至用于消毒 飲用水的化學(xué)物質(zhì)的增加的和不可采用的水平。
諸如反滲透(RO)、過(guò)濾及化學(xué)處理等常規(guī)技術(shù)很少能夠處理各種各樣 的水污染物。另外，即使它們是商業(yè)可獲得的，但是它們通常需要多個(gè)處 理階段或各種技術(shù)的組合以實(shí)現(xiàn)可接受的水品質(zhì)。更少的常規(guī)技術(shù)，例如， 紫外(UV)光輻射或臭氧處理，可有效地抗病毒及細(xì)菌，但幾乎不能除去諸 如溶解氣體、鹽、烴及不溶性固體等其它污染物。另外，大多數(shù)蒸餾技術(shù) 盡管可有利地除去部分污染物，但通常其不能夠處理所有類別的污染物。
因此，連續(xù)的自清潔的并回收大部分輸入水的復(fù)雜蒸餾系統(tǒng)出現(xiàn)為解 決增加的水污染問(wèn)題及水枯竭的最佳長(zhǎng)期選擇。
發(fā)明概述
本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種改進(jìn)的水凈化系統(tǒng)。所述水凈化系統(tǒng)可包 括進(jìn)口、預(yù)熱器、脫氣器、蒸發(fā)室、除霧器、產(chǎn)物冷凝器、廢物出口、產(chǎn) 物出口、和控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)容許通過(guò)重復(fù)循環(huán)操作所述凈化系統(tǒng)
而不需要使用者介入或清潔。所述系統(tǒng)能夠從污染水樣中除去多種污染物 類型，包括微生物污染物、放射性污染物、金屬、鹽、揮發(fā)性有機(jī)物及 非揮發(fā)性有機(jī)物；以便當(dāng)污染水的各類污染物水平至多是表1、 2或3中 所示水平的25倍時(shí)，經(jīng)所述系統(tǒng)凈化的水的各類污染物水平低于表1、 2 或3中所示水平。在所述系統(tǒng)的實(shí)施方案中，所生成水的體積可以占輸入 水體積的約20%與約95%之間。所述系統(tǒng)在至少約2個(gè)月、6個(gè)月、l年 或更長(zhǎng)時(shí)間的使用期間內(nèi)不需要清潔。
所述系統(tǒng)還可包括入口開(kāi)關(guān)以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)所述入口的水流。所述開(kāi)關(guān)可 包括例如螺線管、閥門、孔等機(jī)構(gòu)。所述入口開(kāi)關(guān)可由控制系統(tǒng)控制。而 且，所述系統(tǒng)還可以包括停機(jī)控制。所述停機(jī)控制可以是，例如，人工控 制、溢流控制、罐容量控制、蒸發(fā)室容量控制等。所述控制系統(tǒng)可基于來(lái) 自蒸發(fā)室和/或罐浮標(biāo)的反饋而控制入口。所述控制系統(tǒng)可基于凈化系統(tǒng)的 反饋控制開(kāi)關(guān)。所述反饋可基于，例如，產(chǎn)物水容器中的水量、經(jīng)過(guò)產(chǎn)物 出口的產(chǎn)物水流量、水流動(dòng)時(shí)間、無(wú)水流動(dòng)時(shí)間、蒸發(fā)室中的水量、泄漏 檢測(cè)、蒸發(fā)室壓力、輸出水品質(zhì)(總?cè)芙夤腆w)、跨越蒸發(fā)室的壓差、蒸發(fā) 室溢流堰浮標(biāo)等。所述系統(tǒng)還可包括流量控制器。所述流量控制器可包含 壓力調(diào)節(jié)器。所述壓力調(diào)節(jié)器可將水壓維持在約0 kPa和與250 kPa (0至 36 psi)之間。所述流量控制器可將水流維持在介于10和75毫升/分鐘之間 的速率。所述系統(tǒng)可包含沉積物捕集器。
而且，所述系統(tǒng)可具有通過(guò)所述蒸發(fā)室的預(yù)熱管。排出所述預(yù)熱管的 水可具有至少約96。C的溫度。所述預(yù)熱管可容許預(yù)熱管中水的停留時(shí)間為 至少約15秒。所述預(yù)熱管可包含盤管。所述盤管可具有基本上水平的凈 流動(dòng)，且通過(guò)所述盤管運(yùn)動(dòng)的水可反復(fù)通過(guò)一個(gè)水平面。所述預(yù)熱管可具 有與蒸汽冷凝器的熱交換。至少一部分預(yù)熱管可以與至少一部分蒸汽冷凝 器共軸。所述蒸汽冷凝器可含有廢蒸汽。
脫氣器可以基本上垂直取向，具有上端和下端。加熱的水可緊接下端 排出脫氣器。在所述系統(tǒng)中，來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽可緊接下端進(jìn)入所述脫氣 器，但也可緊接上端排出所述脫氣器。所述脫氣器可包含適用于促進(jìn)水與 蒸汽混合的基質(zhì)。所述基質(zhì)可包含基本上球形的粒子。然而，所述基質(zhì)也 可包含非球形粒子。所述基質(zhì)可包含具有經(jīng)選擇尺寸的粒子以便可以在所
述脫氣器中均勻填充。所述基質(zhì)也可包含不同尺寸的粒子，且所述禾立子可
按尺寸梯度排列在所述脫氣器中。
在所述系統(tǒng)中，水可排出所述脫氣器，基本上不含有機(jī)物及揮發(fā)性氣
體。所述蒸發(fā)室可包含至少一個(gè)上段和一個(gè)下段，且所述上段的水平斷面
可以比所述下段的水平斷面具有更大的面積。所述蒸發(fā)室可包含位于所述
上段與所述下段之間的連接。所述連接可以是基本上水平的。所述蒸發(fā)室
也可包含可位于所述連接處或其上的排放口 。所述蒸發(fā)室也可包括包含多
個(gè)粒子的自清潔介質(zhì)、具有開(kāi)口的排放口，所述開(kāi)口具有不容許^f述粒子
通過(guò)所述排放口的尺寸，所述開(kāi)口還具有與所述粒子形狀不互補(bǔ)的形狀。
所述蒸發(fā)室可包含用于干擾至少在緊接蒸發(fā)室加熱區(qū)的區(qū)域中沉淀聚集
的自清潔介質(zhì)。所述介質(zhì)可包含多個(gè)粒子。所述粒子可以是基本上球形的。
所述粒子也可具有通過(guò)蒸發(fā)室中水的沸騰而基本上連續(xù)攪拌所述粒子的
特征。所述特征可以是，例如，比重、尺寸、形態(tài)、群體數(shù)量等。所述粒 子可具有經(jīng)選擇的硬度以便所述硬度容許通過(guò)所述粒子沖刷蒸發(fā)室而基
本上不侵蝕所述粒子或所述蒸發(fā)室。而且，所述粒子可由陶瓷、金屬、玻
璃或石頭組成。所述粒子可具有大于約l.O且小于約8.0，或更優(yōu)選介于約 2.0與約5.0之間的比重。所述蒸發(fā)室也可包括臨近所述蒸發(fā)室底部的加熱 元件。所述加熱元件可位于臨近所述蒸發(fā)室底部的蒸發(fā)室外部，且所述加 熱元件可與所述蒸發(fā)室結(jié)合。所述加熱元件也可位于臨近所述蒸發(fā)室底部 的蒸發(fā)室內(nèi)部。
除霧器可位于緊接蒸發(fā)室上表面處。來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽可以在壓力下 進(jìn)入除霧器。所述除霧器可具有壓差，且所述壓差可以是不小于125至約 2500 Pa。所述除霧器可適于通過(guò)氣旋作用從廢蒸汽分離潔凈蒸汽。潔凈蒸 汽與廢蒸汽之比可以是大于約10: 1。所述控制系統(tǒng)可調(diào)節(jié)參數(shù)以調(diào)整蒸 汽品質(zhì)。蒸汽品質(zhì)可包括，例如，潔凈蒸汽純度、潔凈蒸汽與廢蒸汽的比 例等。所述參數(shù)可包括至少一個(gè)參數(shù)，諸如潔凈蒸汽出口的凹進(jìn)位置、 跨越除霧器的壓差、蒸汽入口的流動(dòng)阻力、蒸汽出口的流動(dòng)阻力等。所述 系統(tǒng)也可包含用于產(chǎn)物冷凝器的冷卻器，且所述冷卻器可包含排風(fēng)機(jī)。所 述產(chǎn)物冷凝器可包含盤管。產(chǎn)物水可經(jīng)過(guò)所述產(chǎn)物輸出口自所述產(chǎn)物冷凝 器排出。所述系統(tǒng)也可包含廢物冷凝器。廢水可經(jīng)過(guò)所述廢物出口排出所述廢物冷凝器。
所述系統(tǒng)也可包含產(chǎn)物水儲(chǔ)存罐。所述儲(chǔ)存罐可包含至少一個(gè)控制機(jī) 構(gòu)。所述控制機(jī)構(gòu)可包括，例如，浮標(biāo)、電導(dǎo)計(jì)等。所述控制系統(tǒng)也可包 括延遲，以便在開(kāi)始循環(huán)時(shí)，在選擇的延遲期內(nèi)沒(méi)有蒸汽被導(dǎo)向所述產(chǎn)物
出口。所述延遲期可以是至少約10至30分鐘。所述控制系統(tǒng)可具有水在 蒸發(fā)室中的平均停留時(shí)間為至少約10分鐘。備選地，所述控制系統(tǒng)可具 有水在蒸發(fā)室中的平均停留時(shí)間為至少約45分鐘。所述控制系統(tǒng)也可包 括蒸發(fā)室沖洗(flush)，以便于蒸發(fā)室中的水迅速排放至廢物，容許從所述 蒸發(fā)室除去聚集的雜質(zhì)和沉淀物。
可以將所述蒸發(fā)室配置為以便在蒸發(fā)室沖洗時(shí)，將殘余體積水保留在 所述蒸發(fā)室的下部。在后續(xù)凈化循環(huán)啟動(dòng)期間，所述系統(tǒng)的殘余水可為所 述脫氣器提供初始蒸汽。本發(fā)明也包括一種凈化水的方法。這樣一種方法 包括如下步驟提供包含至少一種第一濃度污染物的入口水源；使所述入 口水通過(guò)處于能夠?qū)⑺鋈肟谒疁囟壬咧?0。C以上的條件下的預(yù)熱器 中；通過(guò)在脫氣器中使所述入口水與反向氣流逆流來(lái)提餾所述入口水中的 基本上所有的有機(jī)物、揮發(fā)物及氣體；在可形成蒸汽的條件下將蒸發(fā)室中 的水保持10和90分鐘之間的平均停留時(shí)間；將蒸汽從蒸發(fā)室排放到旋風(fēng) 除霧器；在所述除霧器中從含有污染物的廢物分離潔凈蒸汽，以便潔凈蒸 汽的收率比來(lái)自所述除霧器的廢物的收率大至少約4倍；冷凝所述潔凈蒸
汽以產(chǎn)生包括至少一種第二濃度的污染物的凈化水，其中所述第二濃度比 所述第一濃度低。在此方法中，至少一種污染物包括，例如，微生物、放 射性核素、鹽、或有機(jī)物。所述第二濃度可以是，例如，不大于表1、 2 或3中所示的濃度；所述第一濃度可以是所述第二濃度的至少約10倍。 然而，所述第一濃度可比所述第二濃度大至少約25倍。所述氣體可以是， 例如，蒸汽、空氣、氮?dú)獾?。所述方法中的過(guò)程步驟在不需要清潔或維護(hù) 時(shí)可自動(dòng)重復(fù)至少約3個(gè)月。然而，所述過(guò)程步驟在不需要清潔或維護(hù)時(shí) 可自動(dòng)重復(fù)至少約l年。
附圖簡(jiǎn)述


圖1是水凈化系統(tǒng)實(shí)施方案的正視圖。
圖2是水凈化系統(tǒng)實(shí)施方案的剖面正視圖。
圖3是展示預(yù)熱器詳情的圖。
圖4是展示脫氣器詳情的圖。
圖5是展示蒸發(fā)室詳情的圖。
圖6是展示旋風(fēng)除霧器詳情的圖。
圖7是水凈化系統(tǒng)實(shí)施方案的控制電路圖。
圖8是示例性的脫氣器設(shè)備的橫截面圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的實(shí)施方案在某些情形中以示例形式或參照一個(gè)或多個(gè)附圖 公開(kāi)在本文中。然而，任何這樣的一個(gè)具體實(shí)施方案的公開(kāi)僅是示例性的 而并非指示本發(fā)明的全部范圍。
本發(fā)明的實(shí)施方案包括用于水凈化的系統(tǒng)、方法及設(shè)備。優(yōu)選實(shí)施方 案提供完全自動(dòng)化的并且在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不需要清潔或使用者介入的廣范 圍的水凈化。例如，本文所公開(kāi)的系統(tǒng)可在沒(méi)有使用者控制或介入時(shí)運(yùn)行 2、 4、 6、 8、 10、或12個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述系統(tǒng) 可自動(dòng)運(yùn)行1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、或15年， 或更長(zhǎng)時(shí)間。
因此，本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種至少包括下列的水凈化系統(tǒng)入口、 預(yù)熱器、脫氣器、蒸發(fā)室、除霧器、產(chǎn)物冷凝器、廢物出口、產(chǎn)物出口、 及控制系統(tǒng)，其中排出所述出口的產(chǎn)物水基本上是純的，且其中所生成的
產(chǎn)物水的體積是入口水體積的至少約10、 15、或20%，且其中所述控制 系統(tǒng)容許所述凈化系統(tǒng)在無(wú)需使用者介入時(shí)進(jìn)行重復(fù)循環(huán)操作。在優(yōu)選實(shí) 施方案中，所生成的產(chǎn)物水的體積是入口水體積的至少約25、 30、 35、 40、 45、 50、 55、 60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 95、 96、 97、 98、或99%或 更多。因此，所述系統(tǒng)在其中需要相對(duì)高費(fèi)用或不便獲得入口水和/或處理 廢水的情況中具有很大益處。就其每單位輸入水或廢水生成的產(chǎn)物水而 言，所述系統(tǒng)比許多其它系統(tǒng)明顯更有效。
在不同實(shí)施方案中，基本上純凈的水可以是符合任一下列標(biāo)準(zhǔn)的水
對(duì)于任一污染物而言，凈化的水的純度是入口水純度的至少25、 30、 35、
40、 45、 50、 55、 60、 65、 70、 75、 80、 85、 90、 95、 100、 125、 150、 175、 200、 250、 500、 750、 1000倍或更多倍。在其它實(shí)施方案中，對(duì)于 入口水中存在的多種污染物而言，基本上純凈的水是凈化至上述一種水平 的水。S卩，在這些實(shí)施方案中，水純度或品質(zhì)是一種或多種污染物的一組
的濃度的函數(shù)且基本上純凈的水是具有，例如，如下濃度比的水入口水
中這些污染物的濃度與產(chǎn)物水中相同污染物的濃度的比例是25或更大。
在其它實(shí)施方案中，水純度可通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)量，其中超純水通常具有 小于約l jii西門子的電導(dǎo)率，且蒸餾水通常具有約5的電導(dǎo)率。在這樣的 實(shí)施方案中，產(chǎn)物水的電導(dǎo)率一般是介于約1與7之間，通常介于約2與 6之間，優(yōu)選介于約2與5之間、2與4之間或2與3之間。電導(dǎo)率是總 的溶解固體(TDS)的量度且對(duì)于鹽、離子、礦物等而言，其是水純度的良 好指標(biāo)。
備選地，水純度可由各種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，例如，表1及表2中所列出的現(xiàn) 行EPA標(biāo)準(zhǔn)以及表2中列出的其它公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 方案能夠減少來(lái)自各種污染物的任一種或多種污染物，包括，例如，表l 中列出的任何污染物，其中當(dāng)入口水具有至多是特定的MCL的約25倍的 這樣的污染物水平時(shí)，最終產(chǎn)物水具有等于或低于標(biāo)記為"MCL"的列中 所指定水平的這樣的污染物水平。同理，在某些實(shí)施方案中且對(duì)于某些污 染物而言，當(dāng)入口水比MCL或產(chǎn)物水具有30-、 40-、 50-、 60-、 70-、 80-、 90-、 100-、 150-、 250-、 500-、或1000-倍或更高倍數(shù)的污染時(shí)，本發(fā)明的 系統(tǒng)可除去污染物至MCL水平。
盡管任何系統(tǒng)從入口水中除去污染物的能力在某種程度上是入口水 中總雜質(zhì)水平的函數(shù)，但本發(fā)明的系統(tǒng)特別好地適用于從單一進(jìn)料蒸汽中 除去各種不同類別的多種不同污染物，生成相當(dāng)于蒸餾水的水且在某些情 形中相當(dāng)于超純水。應(yīng)注意表1中"待處理水"列含有EPA測(cè)試中所用 水的污染物濃度水平。本發(fā)明的水凈化系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案通?？沙ケ?此列中所示量大得多的量的初始污染物。然而，當(dāng)然，對(duì)應(yīng)在"待處理水" 列中提及的那些的污染物水平同樣也屬于本發(fā)明實(shí)施方案的能力范圍。
表l
金屬
鋁 銻 砷 鈹
鉻 銅 鐵 鉛
鉬 鎳 銀 鉈 釩 鋅
總混合物小計(jì)
單位規(guī)范
Ppm
Ppm
Ppm
Ppm
Ppb
Ppm
Ppm
Ppm
Ppm
ppm
ppm
ppm
PPm
ppm
PPm ppm ppm
MCL
0.2 0.006 0.01 0.004
0.1
1.3
0.3
0.015
0.05
0.002
0.1 0.002
待處理水
0.6
0.1
0.1
0.1
20
0.1
1.3
8
0.1 1
0.1
0.01
0.02
0.2
0.01
0.1
36.84
無(wú)機(jī)鹽
溴化物 氯化物 氰化物 氟化物
硝酸鹽，以N03計(jì) 亞硝酸鹽，以N2計(jì) 硫酸鹽
總混合物小計(jì)
單位規(guī)范
ppm
ppm
ppm
ppm
PPm
PPm
PPm
MCL
250
0.2
4
10
1
250
待處理水 0.5 350 0.4 8
90 2
350 800.9 第4組2種高度揮發(fā)性 VOC+2種非揮發(fā)物 七氯(Heptachlor) ppm 四氯乙烯-PCE ppm 環(huán)氧氯丙垸 ppm 五氯苯酚 ppm 總混合物小計(jì)
EPA525.2 0扁4 EPA524.2 0細(xì)06 0.07
EPA515.4 0.001
0.04
0.02
0.2
0.1
0.36
第5組2種高度揮發(fā)性VOC+2種
非揮發(fā)物單位規(guī)范MCL待處理水
四氯化碳ppmEPA524.20.0050.01
間，對(duì)-二甲苯ppmEPA524.21020
二(2-乙基己基)己二酸酯PPmEPA525.20.40.8
三氯乙酸PPmSM6251B0.060.12
總混合物小計(jì)21.29
第6組3種高度揮發(fā)性VOC+3種
非揮發(fā)物
1,1-二氯乙烯
乙苯
艾氏劑(Aldrin)
茅草枯(Dalapon)(2,2,-二氯丙酸) 卡巴呋喃(呋喃丹(Furadan)) 2,4,5-TP(2,4,5-涕丙酸(silvex))
總混合物小計(jì)
單位規(guī)范MCL待處理水
ppm0.0070.15
PPmEP524.20.71.5
PPmEPA5050.0050.1
PPmEPA515.40.20.4
ppmEPA531.20.040.1
ppmEPA515.40.050.1
2.35
第7組3種高度揮發(fā)性VOC+3種
非揮發(fā)物 單位規(guī)范
水
三-氯乙烯-TCE ppm
MCL
EPA524.2 0.005 0.1
待處理
甲苯ppmEPA524.212
1，2,4三氯苯PPmEPA524.20.070.15
2,4-DPPmEPA515.40.070.15
甲草胺(Alanex)ppmEPA525.20麓0.1
西瑪津(Simazine)PPmEPA525.20細(xì)0.1
總混合物小計(jì)2.6
第8組3種高度揮發(fā)性VOC+3種
非揮發(fā)物單位規(guī)范MCL待處理水
氯乙煉(chloroethene)ppmEPA524.20避0.1
1,2-二氯苯(l，2DCB)PpmEPA524.20.61
氯苯PPmEPA524.20.10.2
阿特拉津(Atrazine)ppmEPA 525.2:o駕0.1
橋氧酞鈉(Endothal)ppmEPA548.10.010.2
歐殺滅(Oxamyl)(Vydate)ppmEPA531.20.20.4
總混合物小計(jì)2
第9組3種高度揮發(fā)性VOC+3種
非揮發(fā)物單位規(guī)范MCL待處理水
苯乙烯PPmEPA524.20.11
苯PPmEPA524.20德0.2
EPA
甲氧氯PPm525.2/5050.040.1
草甘膦PPmEPA5470.71.5
畢克爛(Pichloram)ppmEPA515.40.51
1,3-二氯苯(1,3 DCB)PPmEPA524.20.0750.15
總混合物小計(jì)3.95
第10組3種高度揮發(fā)性VOC+3
種非揮發(fā)物單位規(guī)范MCL待處理水 1,2-二氯丙垸(DCP)ppmEPA524.20.0050.1
氯仿ppmEPA524.2800.1
溴代甲垸(甲基溴)ppmEPA524.20.1
PCB1242ArochlorppbEPA 5050.51
EPA
氯丹(Chlordane)PPm525.2/5050.0020.2
MEK-甲基乙基酮(2-丁酮)卯bEPA524.20.2
總混合物小計(jì)1.7
第ll組4種揮發(fā)性VOC+5種非揮
發(fā)性PCB單位規(guī)范MCL待處理水
2,4-DDE(二氯二苯基二氯乙烯)ppmEPA525.20.1
溴二氯甲烷PPbEPA524.2800.1
l,U-三氯乙烷(TCA)ppmEPA524.20.20.4
溴仿PPmEPA524.2800.1
PCB 1221 ArochlorPPmEPA5050.50.05
PCB 1260 ArochlorPPmEPA5050.50.05
PCB 1232 ArochlorPPmEPA5050.50.05
PCB 1254 ArochlorPPmEPA5050.50.05
PCB 1016 ArochlorppmEPA 5050.50.05
總混合物小計(jì)0.95
第12組5種揮發(fā)性VOC+5種非
揮發(fā)性PCB單位規(guī)范MCL待處理水
二氯甲烷(DCM)
亞甲基氯ppmEPA524.20.0050.1
1,2-二氯乙垸PPm0.0050.1
林旦(Lindaile)(yBHC)PPmEPA525.20.00020.05
苯并芘EPA525.20細(xì)20.05
EPA
PPm PPm ppm PPm
異狄氏劑(Endrin) 1,1,2-三氯乙烷(TCA) MTBE
二溴乙烷-EDB 2-(1-甲基-正丙基)-4, 6-二硝基苯酚 (Dinoseb) ppm 二P-乙基己基)鄰苯二甲酸酯(DEHP) ppm 總混合物小計(jì)
525.2/505 EPA524.2 EPA524.2 EPA504.1
EPA515.4 EPA525.2
第13組其余6種VOC
氯甲烷(甲基氯)
毒殺芬(Toxaphene)
反式-l,2-二氯乙烯
二溴氯甲烷
順式-l,2-二氯乙烯
1,2-二溴-3-氯丙垸
總混合物小計(jì)
單位規(guī)范
ppm EPA524.2
ppm EPA 505
ppm EPA524.2
ppm EPA524.2
ppm EPA524.2
ppm EPA504.1
0.002 0.05 0.005 0.05
0.05
0.00005 0.05
0.007 0.05 0.006 0.05 0.5
MCL 待處理水 0.1
0.003 0.1 0.1 0.2 80 0.05 0.07 0.05 0細(xì)2 0.05 0.55
可根據(jù)系統(tǒng)的除去各種污染物的能力測(cè)定水純度和/或凈化性能效率。 對(duì)于許多生物污染物而言，目的是除去基本上全部有生命的污染物。表2 列出了水源的額外常見(jiàn)污染物及用于測(cè)試污染物水平的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。表1和 2中所列規(guī)范可以公開(kāi)方式在以下各處取得關(guān)于常見(jiàn)水污染物的超文本 傳輸協(xié)定www. epa.gov/safewater/mcl.html#mcls;測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物 的方法，EPA/600/4-88-039， 1988年12月，1991年7月修訂。方法547、 550及550.1是在測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄I中， EPA/600-4-90-020 ， 1990年7月。方法548.1、 549.1、 552.1及555是在測(cè) 定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄II中，EPA/600/R-92-129， 1992年8 月。方法502.2、 504.1、 505、 506、 507、 508、 508.1、 515.2、 524.2、 525.2、 531.1、 551.1及552.2是在測(cè)定飲用水中有機(jī)化合物的方法-附錄III中， EPA/600/R-95-131， 1995年8月中。方法1613的標(biāo)題為"通過(guò)同位素-稀
釋HRGC/HRMS四通八氯二惡英(Tetra-through OctaChlorinated Dioxins and Furans by Isotope- Dilution HRGC/HRMS)"，其在EPA/821 -B-94-005 ， 1994年10月。上述方法的每一個(gè)以引用方式全部并入本文中。
表2
1 金屬&無(wú)機(jī)物 規(guī)范
石棉 EPA 100.2
游離氰化物 SM 4500CN-P
金屬-Al、 Sb、 Be、 B、 Fe、 Mn、 Mo、 Ni、 Ag、 Tl、 V、 Zn EPA 200.7/200.8
陰離子-N03-N、 N02-N、 Cl、 S04，總硝酸鹽/亞硝酸鹽 EPA300.0A
溴化物 EPA 300.0/300.1
濁度 EPA 180.1
2有機(jī)物
揮發(fā)性有機(jī)物-VOASDWA列表+硝基苯 EDB&DBCP
半揮發(fā)性有機(jī)物-ML525列表+EPTC 農(nóng)藥和PCB
除草劑-調(diào)節(jié)/未經(jīng)調(diào)節(jié)的化合物
氨基甲酸酯
草甘膦
敵草快(Diquat) 二噁英(Dioxin) 1,4-二噁烷 NDMA-2 ppt MRL
EPA 524.2 EPA 504.1 EPA 525.2 EPA 505 EPA 515.4 EPA 531.2 EPA 547 EPA 549.2 EPA 1613b EPA 8270m EPA 1625
3放射物
總oc和p 鐳226
鈾
EPA 900.0 EPA903.1 EPA 200.8
4消毒副產(chǎn)物
T畫s/HANs/HKs EPA 551.1
HAAs EPA 625 IB
醛類 SM 6252m
水合氯醛 EPA 551.1
氯胺 SM4500
氯化氰 EPA'524.2m
表3-用于系統(tǒng)檢驗(yàn)的示例性污染物
1 金屬&無(wú)機(jī)物 MCLG1
石棉 <7 MFL2
游離氰化物 <0.2ppm
金屬-Al、 Sb、 Be、 B、 Fe、 Mn、 Mo、 Ni、 Ag、 Tl、 V、 Zn 0.0005 ppm
陰離子-N(VN、 N02-N、 Cl、 S04，總的硝酸鹽/亞硝酸鹽 <lppm
濁度 <0.3NTU
2有機(jī)物
揮發(fā)性有機(jī)物-VOASDWA列表+硝基苯
EDB&DBCP 0 ppm
半揮發(fā)性有機(jī)物-ML525列表+EPTC <0.001 ppm
農(nóng)藥和PCB <0.2 ppb
除草劑-調(diào)節(jié)/未調(diào)節(jié)的化合物 <0.007 ppm
草甘膦 <0.7ppm
敵草快 <0.02 ppm
二噁英 0 ppm
3放射物
總a和P <5pCi/l3
鐳226 0 pCi/13
鈾
4消毒副產(chǎn)物
氯胺 氯化氰
5生物制品
隱胞子蟲(chóng)屬(Cryptosporidium) 蘭伯賈第蟲(chóng)(Giardiaamblia) 總大腸菌
1MCIG^最大濃度限值指導(dǎo) 2MFI^百萬(wàn)纖維/升 3pCi/h皮可居里/升 4種基本上不可檢測(cè)的生物污染物
在優(yōu)選實(shí)施方案中，入口開(kāi)關(guān)是當(dāng)接收到表明所述系統(tǒng)能夠接收用于 凈化過(guò)程的額外水時(shí)可啟動(dòng)(打開(kāi))的螺線管。需要更多入口水的此反饋可 來(lái)自所述系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)點(diǎn)，包括，例如，蒸發(fā)室中的水位、產(chǎn)物儲(chǔ)存罐中水 位、進(jìn)入脫氣器的預(yù)熱水溫度、離開(kāi)蒸發(fā)室的蒸汽的溫度或體積等。同樣， 螺線管型開(kāi)關(guān)的各種備選方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠得到的，例如，閥門、 孔、蠕動(dòng)型管壓縮機(jī)構(gòu)及封口、壓電開(kāi)關(guān)等。
與流量控制器連接，任選所述流量控制器可通過(guò)改變壓力來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入 所述系統(tǒng)中的水流量，且這樣的壓力變化可通過(guò)在所述系統(tǒng)內(nèi)測(cè)定對(duì)入口 水的更大需求等以信號(hào)告知。此可變的流量控制而非二元流量控制可容許 在所述系統(tǒng)中獲得某些功效。
其它控制及反饋點(diǎn)可在系統(tǒng)自動(dòng)化功能方面提供其它益處，包括，例 如，檢測(cè)所述系統(tǒng)中任一點(diǎn)的水品質(zhì)、檢測(cè)所述系統(tǒng)中任一點(diǎn)的水或蒸汽 的體積、檢測(cè)表明系統(tǒng)故障的泄漏或溫度等。所述系統(tǒng)的實(shí)施方案涵蓋所 有這些控制及控制的組合。這些包括，例如，控制檢測(cè)溢流、儲(chǔ)存罐容量、
蒸發(fā)室容量等。在各個(gè)實(shí)施方案中，反饋可以是定性的和/或定量的。這些 可包括，例如，產(chǎn)物水容器中的水量、經(jīng)過(guò)產(chǎn)物出口的產(chǎn)物水流量、水流 動(dòng)時(shí)間、無(wú)水流動(dòng)時(shí)間、蒸發(fā)室中的水量、泄漏檢測(cè)、蒸發(fā)室壓力、輸出 水品質(zhì)(例如，總?cè)芙夤腆w的測(cè)量)、跨越所述蒸發(fā)室或所述系統(tǒng)中其它部 分的壓差、跨越蒸發(fā)室溢流堰浮標(biāo)的水流量等。
當(dāng)通電并啟動(dòng)所述系統(tǒng)時(shí)，所述系統(tǒng)可在所述系統(tǒng)基本上整個(gè)使用壽 命期間設(shè)置成完全自動(dòng)控制。所述系統(tǒng)包括各種反饋機(jī)構(gòu)以避免溢流及調(diào) 節(jié)水流、壓力、輸出及清潔循環(huán)以致在正常環(huán)境下不需要使用者介入，這 些控制是蒸發(fā)室中的浮標(biāo)水平檢測(cè)器、側(cè)浮動(dòng)開(kāi)關(guān)、定時(shí)器、排風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān) 及功率計(jì)。
停機(jī)控制包括人工控制，溢流控制，其可以是位于臨近容納罐的系統(tǒng) 底部的浮標(biāo)或濕氣檢測(cè)器，罐容量控制及蒸發(fā)室容量控制。除可提供二元 (開(kāi)/關(guān))切換入口水或其它參數(shù)的控制外，所述系統(tǒng)還涵蓋變量控制，例如， 基于壓力或體積的流量控制、壓力調(diào)節(jié)器等。例如，在優(yōu)選實(shí)施方案中，
壓力調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)入口水壓力以便在0與250 kPa之間。在其它實(shí)施方案 中，所述壓力可以是10、 20、 30、 40、 50、 75、 100、 125、 150、 175、 200、 225、 275、 300、 350、 400、 450、或500 kPa或更大。壓力調(diào)節(jié)，任選結(jié) 合其它參數(shù)調(diào)節(jié)可減少所述系統(tǒng)中水流體積及速度。例如，結(jié)合所述系統(tǒng) 尺寸的壓力調(diào)節(jié)可提供5和1000毫升/分鐘之間或更大的水流速率。盡管
本文所述系統(tǒng)主要針對(duì)相對(duì)小規(guī)模水生產(chǎn)而闡述，但是所述系統(tǒng)可升級(jí)到 任何體積的水生產(chǎn)。因此，水流體積沒(méi)有上限。然而，示例性水流速率包 括如下范圍10至500毫升/分鐘、20至400毫升/分鐘、30至300毫升/ 分鐘、40至200毫升/分鐘、50至150毫升/分鐘、60至125毫升/分鐘、 70至100毫升/分鐘、80至90毫升/分鐘等。
所述系統(tǒng)還可以包括能夠從入口水中除去沉積物的沉積物捕集器以 避免所述系統(tǒng)受到這些沉積物的過(guò)早結(jié)垢。本發(fā)明系統(tǒng)可選擇使用為本領(lǐng) 域己知的各種沉積物捕集器。同樣地，為最小化使用者介入及對(duì)清潔的需 求，沉積物捕集器本身可具有自清潔部件。例如，沉積物捕集器可具有旋 轉(zhuǎn)篩，其中從淤塞篩至新篩的旋轉(zhuǎn)可受跨越所述裝置的水壓差的驅(qū)動(dòng)以致 當(dāng)篩子到達(dá)聚集沉積物的某一飽和點(diǎn)時(shí)，其會(huì)切換未受沉淀物淤塞的篩。
在某些實(shí)施方案中，可將淤塞篩置于水的流通路徑中以便水可以以流過(guò)所 述篩的初始流向的反方向流過(guò)所述篩從而將沉積物移至廢物路徑或排放 口。因此，本文所公開(kāi)的系統(tǒng)涵蓋常規(guī)的以及自清潔的沉積物捕集器的應(yīng) 用。
所述水凈化系統(tǒng)的預(yù)加熱功能優(yōu)選涉及預(yù)熱管。然而，此功能可以以
許多不同方式實(shí)施，條件是結(jié)果為流入所述系統(tǒng)的水會(huì)在約9(TC或更高溫 度下到達(dá)脫氣器。因此，所述預(yù)加熱功能可以以許多不同形式體現(xiàn)，包括， 例如，圓柱形管、螺旋管、平板或分支網(wǎng)、具有表面積與內(nèi)體積的高比例 設(shè)計(jì)的任一種空心結(jié)構(gòu)、與便于在所述兩管腔之間經(jīng)過(guò)管壁進(jìn)行熱交換的 較大或較小管腔共軸的管腔等。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，預(yù)熱管穿過(guò)所述蒸發(fā)室或在其鄰近通過(guò)，且其構(gòu) 造為可使入口水經(jīng)過(guò)所述預(yù)熱管的流速容許其在所述蒸發(fā)室中或蒸發(fā)室 附近一定范圍的停留時(shí)間而足以將預(yù)熱管中水溫升高至約90'C或更高。根 據(jù)系統(tǒng)規(guī)模及用于水的通過(guò)量的系統(tǒng)容量而定，所述預(yù)加熱功能可受益于 允許有效熱交換的材料及構(gòu)造。備選地，在某些實(shí)施方案中，構(gòu)造耐久性、 空間考慮、維護(hù)方便性、材料的可用性或費(fèi)用以及其它因素可影響本發(fā)明 的這個(gè)方面的設(shè)計(jì)選擇。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述預(yù)加熱功能是不銹鋼管，盡管其具有相對(duì)低 的導(dǎo)熱率，但其具有有益的耐久性的性質(zhì)。在這樣的實(shí)施方案中，為不銹 鋼管提供具有壁厚、內(nèi)徑及其它性質(zhì)以便提高在熱源與管內(nèi)水間的熱交換 效率。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述預(yù)熱管是穿過(guò)蒸發(fā)室的盤管。優(yōu)選 地，所述盤管的取向是水平的進(jìn)入所述盤管與離開(kāi)所述盤管的水在蒸發(fā) 室內(nèi)大致處于相同高度，且經(jīng)過(guò)所述盤管的水在所述盤管內(nèi)經(jīng)歷一系列上 升然后是下降運(yùn)動(dòng)，此有利于水與氣泡混合并可避免大氣泡聚并。大氣泡 的這種聚并通常在一定程度上是不期望的，所述大氣泡可干擾水正常地流 過(guò)預(yù)熱器進(jìn)入脫氣器和/或可干擾所述脫氣器的正常功能。然而，在某些實(shí) 施方案中，脫氣器功能可足夠堅(jiān)固以承受來(lái)自入口水的大體積蒸汽并且在 這樣的實(shí)施方案中，不需要特別考慮與避免此聚并相關(guān)的預(yù)加熱功能的設(shè) 計(jì)。
在某些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)在非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件例如高海拔下可有利
地發(fā)揮作用。在高海拔處，水沸點(diǎn)低于IO(TC，因此以正常速率對(duì)蒸發(fā)室 實(shí)施加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大量蒸汽因此所述系統(tǒng)需要更高量的通過(guò)量。在這樣 的實(shí)施方案中，顯然，預(yù)加熱溫度也可受到影響。若降低蒸發(fā)室溫度，可 通過(guò)容許水在預(yù)熱管中更長(zhǎng)的停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)加熱至期望溫度，例如， 通過(guò)將所述管構(gòu)造成在等同流速下具有更大體積或在等同體積下具有更 低流速。然而，由于蒸發(fā)室中蒸汽產(chǎn)生水平升高，因此在大多數(shù)實(shí)施方案 中，通過(guò)下調(diào)預(yù)熱管中流速以獲得有利的停留時(shí)間及期望預(yù)加熱溫度并非 有利。這是因?yàn)楫a(chǎn)生蒸汽的速率愈大意味著伴隨著更高的入口水需求。
在其中預(yù)熱管與另一管共軸的實(shí)施方案中，可發(fā)生所述系統(tǒng)的任何高 熱量部分與低熱量入口水間的熱交換。此熱交換可通過(guò)共軸區(qū)的結(jié)構(gòu)確定 并且可受諸如壁厚、熱交換材料組成等因素的顯著影響。在優(yōu)選實(shí)施方案 中，通過(guò)與入口水進(jìn)行熱交換可實(shí)現(xiàn)蒸汽冷凝，使來(lái)自廢蒸汽或產(chǎn)物蒸汽 的過(guò)量熱量轉(zhuǎn)移至較低溫度入口水中，此有助于預(yù)加熱功能并且在某些情 形中容許蒸發(fā)室中更短的停留時(shí)間和/或更高的經(jīng)過(guò)所述系統(tǒng)的水總流速。 此外，這種熱交換的另一益處是提高能量效率并減少離開(kāi)所述系統(tǒng)進(jìn)入周 圍環(huán)境中的過(guò)量熱量。共軸排列的備選方案包括具有熱交換能力的任一常
規(guī)構(gòu)型，例如，臨近的平板最終，可將高溫水或蒸汽與低溫水鄰近放置 并能夠使能量自高溫水傳遞至低溫的任一構(gòu)型可以實(shí)現(xiàn)熱交換效應(yīng)并且 被視為本發(fā)明的實(shí)施方案。
脫氣器性能的關(guān)鍵因數(shù)是傳質(zhì)比垂直脫氣器中下行水質(zhì)量與上升蒸 汽質(zhì)量之比。實(shí)際上，可使用各種可使水與氣體發(fā)生傳質(zhì)逆流的構(gòu)造完成 脫氣功能。在某些實(shí)施方案中，所述氣體是蒸汽；在其它實(shí)施方案中，所 述氣體可以是空氣、氮?dú)獾?。水與蒸汽混合的速度及活動(dòng)性是受脫氣器柱 介質(zhì)的尺寸、構(gòu)型及填料以及所述介質(zhì)粒子間的空隙體積的影響。在優(yōu)選 實(shí)施方案中，填充介質(zhì)粒子以形成螺旋。脫氣器性能受經(jīng)過(guò)其中的蒸汽與 水的速度和體積的影響；這些可通過(guò)諸如蒸汽入口及出口孔的尺寸、水流 速率等因素控制。其全文以引用方式并入本文的Williams, Robert 77^
^"賴游yZ萍基fl沒(méi)^游^^^^^力，紐約多佛，1979提供關(guān)于脫氣器功 能和設(shè)計(jì)的有用信息。
因此，控制入口水流速、避免預(yù)熱管中出現(xiàn)大蒸汽泡等可有助于有效 地運(yùn)行所述脫氣器。當(dāng)這些參數(shù)不在期望范圍內(nèi)時(shí)，脫氣器中可發(fā)生溢流 或噴射。入口水溢流會(huì)在脫氣器中形成水塞且噴射會(huì)使水隨蒸汽從所述脫 氣器中射出，兩種情形的任一種都會(huì)影響脫氣器性能。因此，意欲在可最 小化溢流及噴射并具有水流入與蒸汽流出間的良好平衡的區(qū)域中進(jìn)行操 作。本發(fā)明實(shí)施方案的脫氣器特別重要，原因是其不像許多常規(guī)脫氣器一 樣嚴(yán)格除去一種污染物而設(shè)計(jì)。相反，其可極為有效地除去各種污染物。
在其中入口水含有，例如，1 ppm污染物的典型情形中，所述過(guò)程旨在實(shí) 現(xiàn)將所述污染物減少至50、 40、 10、 5、 2或lppb。
根據(jù)期望的系統(tǒng)吞吐量及根據(jù)實(shí)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)因素所作出的其它設(shè)計(jì) 選擇，蒸發(fā)室基本上可具有任一尺寸及構(gòu)造。例如，所述蒸發(fā)室可具有約 1加侖或2至10加侖、11至100加侖、101至1000加侖或更大的體積容 量。由于本發(fā)明系統(tǒng)可完全升級(jí)，因此所述蒸發(fā)室尺寸可變化并可根據(jù)需 要加以選擇。同樣，蒸發(fā)室的構(gòu)造可隨需要而變化。例如，所述蒸發(fā)室可 以是圓柱形、球形、矩形或任何其它形狀。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，蒸發(fā)室的下部呈階梯狀并具有比所述蒸發(fā)室的上 部較小的橫截面積。在所述階梯的上方優(yōu)選是排放口以便當(dāng)排水時(shí)殘留水 仍保留在所述階梯的下方。低于所述階梯的蒸發(fā)室部分也可容納清潔介質(zhì) 以便在排水后，所有清潔介質(zhì)及某些殘留水會(huì)保持在下部。所述下部的益 處是在從蒸發(fā)室迅速排出后，熱量可再次施加于所述蒸發(fā)室，這有利于在 第一批新的入口水進(jìn)入蒸發(fā)室之前迅速產(chǎn)生蒸汽。該初始生成蒸汽容許蒸 汽流過(guò)脫氣器而在開(kāi)始新的循環(huán)時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，這有利于有效地對(duì)入口 水脫氣。同樣，蒸發(fā)室中殘留水量可避免對(duì)所述蒸發(fā)室干燥加熱，這可對(duì) 所述蒸發(fā)室自身以及自清潔介質(zhì)的耐久性和穩(wěn)定性造成不利影響。
在某些實(shí)施方案中，蒸發(fā)室僅通過(guò)重力排水，在其它實(shí)施方案中，蒸 發(fā)室排水由泵作用驅(qū)動(dòng)。理想地是，蒸發(fā)室可迅速排水以避免沉積物、鹽 及其它微粒沉積。迅速排水優(yōu)選持續(xù)約不足30秒，雖然稍微緩慢地排水 基本上仍可實(shí)現(xiàn)避免沉積等期望益處。
自清潔介質(zhì)可選自許多適宜備選方案的任一種。這些備選方案包括玻 璃或陶瓷珠或球、石頭、具有各種形狀中任何之一的合成結(jié)構(gòu)等。在每一
情形中，應(yīng)選擇自清潔介質(zhì)的性質(zhì)以便通過(guò)沸水?dāng)噭?dòng)時(shí)會(huì)移置自清潔介質(zhì) 的各個(gè)粒子，但此移置可受到自清潔介質(zhì)的物理性質(zhì)的抑制，從而致使每 個(gè)粒子再次落入蒸發(fā)室底部、撞擊所述蒸發(fā)室以除去任何沉淀或水標(biāo)。例 如，具有相對(duì)高比重但具有相對(duì)低表面積與體積比例的自清潔介質(zhì)可以與 具有相對(duì)低比重但具有相對(duì)高表面積與體積比例的第二自清潔介質(zhì)大致 相當(dāng)?shù)姆绞桨l(fā)揮作用。在每一情形中，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠選擇形態(tài)學(xué)和 組成的組合以實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果。在某些實(shí)施方案中，可采用備選的自清潔方 法，例如，施用超聲波能量。
設(shè)計(jì)選擇自清潔介質(zhì)的另一考慮因素是其硬度。 一般而言，所述硬度 應(yīng)與蒸發(fā)室中所含材料硬度大致相當(dāng)。這可以長(zhǎng)期持續(xù)使用自清潔介質(zhì)而 不會(huì)對(duì)所述介質(zhì)或所述蒸發(fā)室的壁或底面造成明顯磨蝕。在某些其中蒸發(fā) 室的加熱元件位于所述蒸發(fā)室內(nèi)部的實(shí)施方案中，可選擇自清潔介質(zhì)的硬 度及其它性質(zhì)以避免對(duì)所述加熱元件以及蒸發(fā)室自身造成磨蝕和/或其它 損害。
由于由蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)及蒸發(fā)室清潔介質(zhì)提供的自清潔功能，因此本發(fā)明 實(shí)施方案的系統(tǒng)在其正常使用壽命期間不需要清潔。在某些實(shí)施方案中，
在2、 3、 4、 5或6個(gè)月內(nèi)不需要清洗。在其它實(shí)施方案中，在9、 12、 18、 24、 30、或36個(gè)月內(nèi)不需要清洗，在其它實(shí)施方案中，在4、 5、 6、 7、 8、 9、 10年、或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不需要清洗。
所述加熱元件可位于蒸發(fā)室內(nèi)、蒸發(fā)室正下方，或可與蒸發(fā)室形成一 個(gè)整體。例如，在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述加熱元件是位于蒸發(fā)室的正下方 且其通過(guò)，例如，銅焊結(jié)合至所述蒸發(fā)室底部。加熱器與蒸發(fā)室的連接方 法可影響自清潔介質(zhì)的清潔和攪動(dòng)，以及所述系統(tǒng)的效率。銅焊，大致相 當(dāng)于焊接，是一種可使不同金屬形成合金結(jié)合的過(guò)程，這容許二者密切接 觸以及從加熱元件傳熱至蒸發(fā)室。在優(yōu)選實(shí)施方案中，加熱元件與蒸發(fā)室 底部形成水平板，其優(yōu)選可用于對(duì)于水的傳熱，并且還優(yōu)選用于自清潔功 能。
水在蒸發(fā)室中的停留時(shí)間可根據(jù)入口水性質(zhì)及系統(tǒng)的期望性能而在 一個(gè)范圍內(nèi)變化?？赏ㄟ^(guò)各種因素，包括輸入水中是否含有生物污染物， 確定所述適宜范圍。有效地除去生物污染物可能需要在蒸發(fā)室中暴露于高
溫下的可變時(shí)間。某些生物污染物較其它可更快地受到高熱影響。在許多 實(shí)施方案中，短達(dá)10分鐘的停留時(shí)間足以殺滅大部分生物污染物。在其 它實(shí)施方案中，可期望更長(zhǎng)的停留時(shí)間以便更徹底地消除各種生物污染 物。蒸發(fā)室中停留時(shí)間范圍的上限值通常由與在沸騰溫度下維持選擇體積 水所需能量相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)物水期望生成速率相關(guān)的效率因素決定。因此，蒸發(fā) 室中停留時(shí)間可與水到達(dá)沸點(diǎn)并形成蒸汽所需的最短時(shí)間一般短至可有
利于去除生物污染物的時(shí)間點(diǎn)，例如10、 15、 20、 25、 30、 35、 40、 45 分鐘等。而且，在某些實(shí)施方案中可選擇更長(zhǎng)停留時(shí)間，例如50、 60、 70、 80及90分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。
排出蒸發(fā)室的蒸汽一般不合微粒、沉積物及其它污染物。然而，沸騰 作用可使某些污染物被攜帶入蒸氣相中，例如在空氣/水介面處所形成霧的 微滴表面上?？衫贸F器從這種載有污染物的霧中分離潔凈蒸汽。各種 除霧器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，包括那些采用篩子、擋板等者以根據(jù)尺寸 及遷移率從霧分離蒸汽的那些。優(yōu)選除霧器是根據(jù)密度差運(yùn)用氣旋作用從 霧分離蒸汽的那些。旋風(fēng)分離器工作原理是在高速下使流體或氣體以徑向 運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)，對(duì)所述流體或氣體的組分施加離心力。常規(guī)旋風(fēng)分離器具 有在某些情形中可有助于角加速度的圓錐形部分。然而，在優(yōu)選實(shí)施方案 中，所述系統(tǒng)中所用旋風(fēng)分離除霧器不具有圓錐形部分而基本是平的?？?制旋風(fēng)分離器分離效率的關(guān)鍵參數(shù)是蒸汽入口尺寸、用于潔凈蒸汽與載有 污染物的霧的兩個(gè)出口尺寸，以及進(jìn)口端與出口端之間的壓差。
除霧器通常位于蒸發(fā)室內(nèi)或其上，容許蒸汽自蒸發(fā)室經(jīng)過(guò)入口孔進(jìn)入 除霧器。經(jīng)過(guò)此孔進(jìn)入除霧器的蒸汽具有初速度，其基本上是蒸發(fā)室與除 霧器間的壓差和所述孔構(gòu)造的函數(shù)。通常，跨越所述除霧器的壓差是約0.5 至10英寸水柱-約125至2500 Pa。入口孔一般設(shè)計(jì)為不會(huì)對(duì)進(jìn)入旋風(fēng)分離 器的蒸汽提供明顯阻力。然后通過(guò)使其通過(guò)，例如，比入口孔明顯更窄的 加速孔來(lái)進(jìn)一步加速蒸汽。在高速下，具有比霧相對(duì)低得多密度的潔凈蒸 汽移向旋風(fēng)分離器中心，同時(shí)所述霧移向周邊。位于旋風(fēng)分離器中心位置 的潔凈蒸汽出口為潔凈蒸汽提供排出點(diǎn)，同時(shí)位于旋風(fēng)分離器周邊附近的 霧出口使霧自所述除霧器流出。潔凈蒸汽通過(guò)除霧器進(jìn)入冷凝器同時(shí)將霧 導(dǎo)向廢物。在典型操作中，潔凈蒸汽與霧比例是至少約2:1;更經(jīng)常為3:1、4:1、 5:1或6:1;優(yōu)選為7:1、 8:1、 9:1或10:1，并且最優(yōu)選大于10:1?？?根據(jù)若干因素調(diào)節(jié)除霧器選擇性，包括，例如，潔凈蒸汽出口的位置和尺 寸、跨越除霧器的壓差及除霧器的構(gòu)造和尺寸等。關(guān)于除霧器設(shè)計(jì)的其它 信息提供于在2005年7月6日提出中請(qǐng)的標(biāo)題為IMPROVED CYCLONE DEMISTER(改進(jìn)的旋風(fēng)分離器除霧器)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/697107 中，其全文以引用方式并入本文中。本文所公開(kāi)的除霧器可極為有效地除 去含有亞微細(xì)粒級(jí)別的污染物。相反，其它設(shè)計(jì)的除霧器，例如，篩型及 擋板型除霧器，在除去亞微細(xì)粒級(jí)別的污染物方面效率低得多。
產(chǎn)物蒸汽和廢蒸汽通常在所述系統(tǒng)中冷凝。過(guò)量熱量可通過(guò)散熱片、 排風(fēng)機(jī)、換熱器或熱管散失。關(guān)于用于將熱量自冷凝蒸汽轉(zhuǎn)移至入口水的 熱管的討論提供于2005年10月14日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為 ENERGY-EFFCIENT DISTILLATION SYSTEM(能量有效的蒸餾系統(tǒng))的美
國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第一/-號(hào)(代理人案號(hào)SYLVAN. 010A)中，其全
文以引用方式并入本文中。
例如，冷凝成凈化水的產(chǎn)物蒸汽導(dǎo)向產(chǎn)物出口或儲(chǔ)存罐。儲(chǔ)存罐可具 有耐腐蝕和氧化的任何適宜組成。用于儲(chǔ)存罐的優(yōu)選組合物包括不銹鋼、 包含聚丙烯的塑料等。在某些實(shí)施方案中，所述儲(chǔ)存罐包括可避免溢流和 /或檢測(cè)水位的控制。這樣的控制可減少入口水流量和/或削弱所述系統(tǒng)的 其它功能以便因此產(chǎn)物水的生產(chǎn)符合要求。盡管進(jìn)入儲(chǔ)存罐的產(chǎn)物水非常 清潔且基本上無(wú)菌，但可能需要在所述儲(chǔ)存罐中提供任選的清潔/滅菌功 能，以防外部污染物進(jìn)入所述罐中并損害其清潔度。
所述儲(chǔ)存罐內(nèi)可具有對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)的各種反饋控制。在優(yōu)選實(shí)施 方案中，這些控制可包括控制入口水流量的反饋浮動(dòng)開(kāi)關(guān)，以及檢測(cè)產(chǎn)物 水中溶解的固體的電導(dǎo)計(jì)。在典型操作中，產(chǎn)物水中溶解的固體會(huì)非常地 少。然而，如果污染物通過(guò)，例如，嚙齒類動(dòng)物或昆蟲(chóng)沉積于儲(chǔ)存罐中， 則所產(chǎn)生污染會(huì)增加水的電導(dǎo)率。所述電導(dǎo)計(jì)可檢測(cè)這樣一種電導(dǎo)率的升 高并提供可能需要對(duì)于啟動(dòng)所述儲(chǔ)存罐的蒸汽滅菌循環(huán)可行的指示。所述 控制系統(tǒng)可能具有如下能力從儲(chǔ)存罐排水，向所述儲(chǔ)存罐中輸送連續(xù)批 次的蒸氣以清潔和滅菌所述儲(chǔ)存罐，然后重新啟動(dòng)水凈化循環(huán)。在本發(fā)明 的各個(gè)實(shí)施方案中，這些操作可以以人工方式控制或以自動(dòng)方式控制。
可將水從儲(chǔ)存罐遞送至出口，例如，龍頭，且此遞送可通過(guò)重力和/ 或泵來(lái)傳遞。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述泵是在出口處保持恒定壓力的應(yīng)需 泵以使來(lái)自出口的水流量充沛且一致。出口泵可通過(guò)儲(chǔ)存罐中的傳感器控 制以避免在所述罐中水位低于臨界水平時(shí)所述泵的空運(yùn)行。
示例性水凈化系統(tǒng)
下述討論參考本發(fā)明實(shí)施方案的示例性水凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。參考
編號(hào)對(duì)應(yīng)于圖1至6中描繪的那些。
在操作中，凈化系統(tǒng)10包括與入口水管22連接的入口 20，水經(jīng)過(guò)入 口水管22自入口 20到達(dá)入口開(kāi)關(guān)24。所述入口開(kāi)關(guān)24可通過(guò)一或多個(gè) 來(lái)自控制系統(tǒng)的各種可能的反饋源來(lái)控制。在所描繪的實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān) 24是根據(jù)來(lái)自控制系統(tǒng)120的反饋(主要基于蒸發(fā)室50中水位的反饋)而 打開(kāi)或關(guān)閉的螺線管。入口開(kāi)關(guān)24包括沉積物捕集器25以避免系統(tǒng)10 被沉積物淤塞。臨近入口開(kāi)關(guān)24的是流量調(diào)節(jié)器26。流量調(diào)節(jié)器26可通 過(guò)控制水壓力而調(diào)節(jié)流量， 一般保持水壓力介于0與250kPa之間。
水排出流量調(diào)節(jié)器26而進(jìn)入預(yù)熱器進(jìn)料管28，其將水遞送至預(yù)熱器 30中。任選地，可在入口20，開(kāi)關(guān)24，和入口水管22，流量調(diào)節(jié)器26， 和預(yù)加熱進(jìn)料管28之間的一或多個(gè)位置安置預(yù)過(guò)濾器。水在入口 32處進(jìn) 入預(yù)熱器30，通過(guò)盤管34，并在出口 36處離開(kāi)所述預(yù)熱器。將盤管34 定向以便使經(jīng)過(guò)盤管34的水凈流動(dòng)是基本上水平取向，同時(shí)水經(jīng)過(guò)盤管 34的實(shí)際路徑包括經(jīng)過(guò)所述水平面的多個(gè)通路，包括經(jīng)過(guò)盤管34的上升 及下降水流以及盤管34每一圈的頂部及底部的水平水流。據(jù)信，使熱水 通過(guò)以此方式定向的盤管可預(yù)熱水同時(shí)可維持期望的水混合，這可避免形 成大氣泡或大蒸汽泡。在優(yōu)選實(shí)施方案中，預(yù)熱器基本上位于蒸發(fā)室50 內(nèi)，并且優(yōu)選以與加熱元件56接觸的蒸發(fā)室部分緊密臨近方式定位。
在出口 36處離開(kāi)預(yù)熱器30的水進(jìn)入預(yù)熱水管38并經(jīng)過(guò)其到達(dá)脫氣 器40。水自預(yù)熱器30離開(kāi)時(shí)，水是至少約96'C，優(yōu)選為約97、 98或99 。C或更高。優(yōu)選地，脫氣器30處于基本上垂直的方向?；旧洗怪痹趦?yōu) 選實(shí)施方案中意指與鉛錘或真垂直方向間的分歧在0至5度內(nèi)。在其它實(shí) 施方案中，基本上垂直可以意指約5至20度的分歧。在其它實(shí)施方案中，
基本上垂直可以意指約20至45度的分歧。脫氣器40的構(gòu)型一般為圓柱 形，優(yōu)選具有比直徑更大的高度。因此，預(yù)熱水進(jìn)入臨近脫氣器頂部42 的脫氣器40并排出鄰近脫氣器底部44的脫氣器40，由此進(jìn)入蒸發(fā)室50。 "鄰近"意指在此處或其附近，例如水進(jìn)入頂部42 "鄰近"點(diǎn)可以指水在 頂部42處或經(jīng)過(guò)其直接進(jìn)入或者可能指示水在基本上比底部44更接近頂 部42的脫氣器40區(qū)域中進(jìn)入。
水向下經(jīng)過(guò)垂直取向脫氣器40的路徑將水置于與脫氣器介質(zhì)45密切 接觸的流動(dòng)方式下。在優(yōu)選實(shí)施方案中，脫氣器介質(zhì)包括球形粒子。所述 球形粒子優(yōu)選是玻璃。在備選實(shí)施方案中，所述粒子可具有不同組成和/ 或可以是非球形和/或不規(guī)則形狀。在下面的標(biāo)題為DEGASSER APPARATUS(脫氣器設(shè)備)的部分中，本文提供關(guān)于各種脫氣器改進(jìn)及構(gòu)型 的更具體論述。
來(lái)自蒸發(fā)室50的蒸汽進(jìn)入鄰近底部44的脫氣器40并垂直上升與介 質(zhì)45接觸以經(jīng)過(guò)脫氣器蒸汽出口 46排出鄰近頂部42的脫氣器。水向下 流動(dòng)經(jīng)過(guò)脫氣器40與上升經(jīng)過(guò)脫氣器介質(zhì)45的蒸汽相遇并汽提出基本上 全部氣體和有機(jī)物。下沉預(yù)加熱水與經(jīng)過(guò)脫氣器介質(zhì)45上升的蒸汽的明 顯非線性逆流有利于除去揮發(fā)性化合物及基本上全部呈氣體形式的化合 物。有利地且出人意料地，此脫氣器40構(gòu)造及功能也可容許除去水中原 本非常難以除去的有機(jī)污染物。例如，所述系統(tǒng)可自水中除去異丙醇，對(duì) 于大部分系統(tǒng)而言，異丙醇是一種特別難以除去的污染物，由于其性質(zhì)與 水性質(zhì)的相似性。
經(jīng)過(guò)蒸汽出口 46離開(kāi)脫氣器40的蒸汽進(jìn)入廢物冷凝器48，在其中它 冷凝并流入廢物。在備選實(shí)施方案中，通過(guò)與入口管22、預(yù)熱器進(jìn)料管 28或預(yù)熱器30的任一部分進(jìn)行熱交換可實(shí)施廢物冷凝器48的全部或部分 功能，藉助所述作用將來(lái)自脫氣器廢蒸汽的熱進(jìn)行交換以預(yù)熱入口水。此 熱量交換具有雙重益處消耗來(lái)自系統(tǒng)10的過(guò)量熱以便此熱不會(huì)輻射至 系統(tǒng)10的局部環(huán)境，以及通過(guò)在脫氣前對(duì)預(yù)加熱入口水提供能量來(lái)提高 效率。所述熱交換構(gòu)型可包括各種熱交換方式。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中， 通過(guò)共軸定向廢蒸汽管與預(yù)熱管可完成熱交換。
脫氣的水鄰近脫氣器40的底部44排放到蒸發(fā)室50中。蒸發(fā)室50優(yōu)
選包括至少兩個(gè)部分上段52和下段53。所述部分在部分連接處54連接。 在優(yōu)選實(shí)施方案中，蒸發(fā)室50—般是圓柱形，上段52比下段53具有更 大直徑。在某些實(shí)施方案中，部分連接54基本上是水平的；而在其它實(shí) 施方案中，其可具有傾斜取向。在下段53的底部55處，并且與其密切接 觸的是蒸發(fā)室加熱元件56。在連接處54或其附近的是蒸發(fā)室排放口 60。
也包含在蒸發(fā)室50之內(nèi)的是蒸發(fā)室清潔介質(zhì)58。在優(yōu)選實(shí)施方案中， 蒸發(fā)室清潔介質(zhì)58是基本上球形的陶瓷粒子59的群。粒子59具有選擇 的尺寸和密度以容許粒子59即使在受到沸水?dāng)嚢钑r(shí)也會(huì)保持在蒸發(fā)室50 底鄰55附近，同時(shí)具有便于沸騰作用攪拌粒子59的性質(zhì)，例如，尺寸和 密度。同樣，蒸發(fā)室粒子59優(yōu)選也具有容許持久磨損底部55同時(shí)不會(huì)對(duì) 粒子59或底部55造成有害降解的硬度。在操作時(shí)，沸騰作用攪拌粒子59， 使其升高進(jìn)入沸水中。當(dāng)粒子59受到沸騰作用攪拌及升高時(shí)，稍后其會(huì) 下落，打擊蒸發(fā)室底部。此連續(xù)的上升、降落及打擊作用會(huì)沖刷蒸發(fā)室50 底部55進(jìn)而防止水垢或其它沉積物形成。
位于蒸發(fā)室分段連接處54或其上者是蒸發(fā)室排放口 60。蒸發(fā)室排放 口 60優(yōu)選位于連接處54或其上以便于排水時(shí)蒸發(fā)室50處于清潔循環(huán)中， 水自上段52而非自下段53排出。在一個(gè)排水循環(huán)后，下段53含有蒸發(fā) 室清潔介質(zhì)58及蒸發(fā)室水。這提供足夠水以在開(kāi)始另一循環(huán)時(shí)基本上立 即生成蒸汽，所述蒸汽可上升并進(jìn)入脫氣器40中。蒸發(fā)室排放口 60的構(gòu) 造優(yōu)選具有足夠內(nèi)部尺寸以便于蒸發(fā)室50非常迅速地排水，這可避免沉 積物沉淀。而且，蒸發(fā)室排放口 60優(yōu)選具有開(kāi)口，其構(gòu)造為與蒸發(fā)室清 潔介質(zhì)58的粒子59形狀不互補(bǔ)。這個(gè)設(shè)計(jì)的非互補(bǔ)性可防止蒸發(fā)室清潔 粒子59與蒸發(fā)室排放口 60鉸接并干擾正常排水。
選擇進(jìn)入蒸發(fā)室50的水流量和/或蒸發(fā)室體積以便水在蒸發(fā)室50中具
有約45分鐘的平均停留時(shí)間。這樣的停留時(shí)間大于公認(rèn)的沸騰滅菌時(shí)間 從而可殺滅水中的任一生物污染物。蒸發(fā)室50還包括蒸發(fā)室蓋61。蒸發(fā) 室蓋61中的蒸發(fā)室蒸汽出口 62容許蒸汽排出蒸發(fā)室50并進(jìn)入除霧器70。 離開(kāi)蒸發(fā)室進(jìn)入除霧器的蒸汽基本上不含氣體、揮發(fā)物和有機(jī)物-已經(jīng)通過(guò) 脫氣器40-且同樣基本上不含沉積物、微粒、生物體、礦物質(zhì)等，條件是 基本上全部這些污染物保留在蒸發(fā)室50的液體水中而非保留在離幵蒸發(fā)
室50的蒸汽中。然而，這樣的蒸汽可含有通過(guò)沸騰作用攜帶入蒸汽相中 的少量污染物。因此，離開(kāi)蒸發(fā)室50進(jìn)入除霧器70的蒸汽需要分離成潔 凈蒸汽和含有污染物的霧。
除霧器70以旋風(fēng)分離器原理操作。蒸汽經(jīng)由除霧器入口室72進(jìn)入除 霧器70。蒸汽自除霧器入口室72流出經(jīng)過(guò)除霧器孔74進(jìn)入除霧器旋風(fēng)分 離器空腔75中。旋風(fēng)分離器空腔75基本上是圓柱形且可選擇除霧器孔74 的形狀和取向以引導(dǎo)進(jìn)入孔74的蒸汽在高速下到達(dá)旋風(fēng)分離器空腔75周 邊進(jìn)而產(chǎn)生旋風(fēng)分離器效應(yīng)。蒸汽在高速下繞旋風(fēng)分離器空腔75的軸轉(zhuǎn) 動(dòng)可實(shí)現(xiàn)基于潔凈蒸汽與污染的霧的密度差的分離。較小密度的潔凈蒸汽 被迫移向旋風(fēng)分離器空腔75中心并通過(guò)除霧器潔凈蒸汽出口 76排出旋風(fēng) 分離器空腔75。排出所述出口 76的潔凈蒸汽流入潔凈蒸汽出口管78，同 時(shí)污染的霧經(jīng)由除霧器廢物出口 80排出旋風(fēng)分離器空腔75。
潔凈蒸汽自出口管78流入產(chǎn)物冷凝器90中。在優(yōu)選實(shí)施方案中，產(chǎn) 物冷凝器包括具有選定尺寸和組成的盤管以允許有效的熱交換。冷凝器排 風(fēng)機(jī)94冷卻產(chǎn)物冷凝器盤管90和廢物冷凝器盤管48。冷凝的潔凈蒸汽形 成產(chǎn)物水并經(jīng)由產(chǎn)物管96導(dǎo)向儲(chǔ)存罐100中。沿產(chǎn)物管96定位的是三通 閥98。在操作中，三通閥98可將產(chǎn)物水導(dǎo)向廢物或?qū)騼?chǔ)存罐100。
在典型凈化循環(huán)中，在蒸發(fā)室50升溫及填充開(kāi)始期間-在完全運(yùn)行所 述系統(tǒng)的預(yù)加熱和脫氣功能之前-新循環(huán)的開(kāi)始幾分鐘涉及在預(yù)熱器30和 脫氣器40中升溫。最終，所述系統(tǒng)到達(dá)容許有效脫氣的預(yù)加熱溫度和蒸 汽體積。因此，在凈化循環(huán)升溫期間，在完全有效脫氣之前，排出蒸發(fā)室 50的蒸汽可受到殘留揮發(fā)物和有機(jī)物的污染。為避免這些污染物進(jìn)入儲(chǔ)存 罐100中，在所述循環(huán)的前20分鐘內(nèi)進(jìn)入除霧器清潔蒸汽出口管78并在 產(chǎn)物冷凝器90中冷凝成水的蒸汽通過(guò)三通閥98分流到廢物。系統(tǒng)升溫20 分鐘后，預(yù)熱器30和脫氣器40完全運(yùn)行，離開(kāi)除霧器的潔凈蒸汽基本上 不含揮發(fā)物和有機(jī)物，且三通閥切換至容許收集進(jìn)入儲(chǔ)存罐100的產(chǎn)物水。 當(dāng)水沒(méi)有從儲(chǔ)存罐100取出時(shí)，所述系統(tǒng)可在約24小時(shí)內(nèi)自開(kāi)始啟動(dòng)時(shí) 循環(huán)直至罐充滿水。如果水在消耗，則所述系統(tǒng)可在約10小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生約 2.5加侖水。儲(chǔ)存罐100具有6加侖可用體積。盡管不需要使用者介入和 清潔，但當(dāng)需要此清潔時(shí)，所述系統(tǒng)確實(shí)可在收集罐100中為使用者提供 選擇蒸汽滅菌循環(huán)。
所述系統(tǒng)還包括在出口 104處維持產(chǎn)物水處于基本上恒定壓力下的產(chǎn)
物泵102。使用者界面板110包括所述系統(tǒng)的LED顯示開(kāi)/關(guān)狀態(tài)以及各 種可選人工控制(若需要)。
控制電路
參照?qǐng)D7輔助該論述。當(dāng)主電源開(kāi)關(guān)通電時(shí)，所述控制電路通過(guò)所述 罐內(nèi)的浮動(dòng)開(kāi)關(guān)測(cè)定容納罐中水位狀態(tài)。如果所述控制系統(tǒng)確定需要補(bǔ)充 容納罐中的水，它啟動(dòng)水凈化程序。
在水凈化循環(huán)期間，控制電路關(guān)閉蒸發(fā)室排水閥，打開(kāi)入口水閥，并 接通"處理"燈、蒸發(fā)室加熱元件、小時(shí)計(jì)數(shù)器及冷卻排風(fēng)機(jī)。所述控制 電路也通過(guò)浮動(dòng)開(kāi)關(guān)監(jiān)控蒸發(fā)室中水位，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)進(jìn)入水的流量。 流量調(diào)節(jié)通過(guò)入口開(kāi)關(guān)，接受來(lái)自蒸發(fā)室中浮動(dòng)開(kāi)關(guān)反饋的螺線管，加以 控制。作為安全性特征，控制電路也可監(jiān)控加熱器和蒸發(fā)室的溫度并可在 需要時(shí)切斷加熱器電源。
在系統(tǒng)熱穩(wěn)定的預(yù)定間隔優(yōu)選為20分鐘后，所述控制電路自動(dòng)地將 凈化水輸出流從旁路模式切換至容納罐。當(dāng)控制電路已確定所述容納罐充 滿后，其關(guān)閉水凈化程序并啟動(dòng)所述系統(tǒng)的自清潔功能。
例如，所述系統(tǒng)的控制電路持續(xù)監(jiān)控容納罐中水的狀態(tài)，經(jīng)由浮動(dòng)開(kāi) 關(guān)的數(shù)量和經(jīng)由電導(dǎo)率的品質(zhì)這兩者。如果水品質(zhì)變壞，則所述控制電路 發(fā)出照亮警示燈的信號(hào)。如果水量低，則所述控制電路自動(dòng)如上所述開(kāi)始 處理凈化水以補(bǔ)充所述容納罐。
所述控制電路也可保持對(duì)水遞送泵的檢查，并且會(huì)在出現(xiàn)過(guò)載或罐中 水位過(guò)低因而不能可靠地供應(yīng)純凈水時(shí)關(guān)閉所述泵電源。最后，所述控制 電路也可通過(guò)容納所述系統(tǒng)的底盤中的浮動(dòng)開(kāi)關(guān)監(jiān)控所述系統(tǒng)的水泄漏。 此幵關(guān)在所述盤中聚集顯著數(shù)量水時(shí)啟動(dòng)，在此情形中所述控制電路會(huì)因 為泄漏而關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。
實(shí)施例l
除去脫氣器中非揮發(fā)性或揮發(fā)性有機(jī)物
作為本發(fā)明所述實(shí)施方案中的脫氣器效能的證明，使用輸入水中的異 丙醇進(jìn)行測(cè)試。對(duì)所述系統(tǒng)實(shí)施通電以實(shí)現(xiàn)所述脫氣器完全運(yùn)行使所述 系統(tǒng)升溫以便實(shí)現(xiàn)預(yù)熱功能并將穩(wěn)態(tài)體積的蒸汽自蒸發(fā)室遞送入脫氣器 中。將含有4 ppm異丙醇的輸入水樣導(dǎo)向所述系統(tǒng)中且隨后定量測(cè)試來(lái)自
此樣品的產(chǎn)物水中異丙醇的存在。測(cè)得減少約100倍輸出水中異丙醇濃
度是約卯ppb。
實(shí)施例2
除去生物污染物
由于總大腸菌群可相對(duì)容易地在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，因此此菌作為致病生 物存在的主要指示細(xì)菌。大腸菌細(xì)菌不是致病的(可引起疾病的)生物，并 且其僅具有輕度感染性。為此原因，這些細(xì)菌可相對(duì)安全地在實(shí)驗(yàn)室中操 作。如果在水中發(fā)現(xiàn)大量大腸菌，則非常有可能的是，可能存在其它致病
細(xì)菌或生物，例如，賈第蟲(chóng)屬(G/aWa)禾卩隱胞子蟲(chóng)屬(Oj^to^on'J/wm)。測(cè) 試公共飲用供水以證明每100毫升飲用水中不存在總大腸菌。總大腸菌細(xì) 菌的批準(zhǔn)測(cè)試包括膜過(guò)濾、多管發(fā)酵、MPN及MMO-MUG( "Colilert") 方法。膜過(guò)濾方法使用可截留細(xì)菌的微孔過(guò)濾器。將所述過(guò)濾器置于具有 生長(zhǎng)豐富培養(yǎng)基(mEndo)的墊上的培養(yǎng)皿中并在35r下培育24小時(shí)。使用 所述過(guò)濾器收集單獨(dú)的細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)成丘狀菌落。所述大腸菌細(xì)菌具有金 綠色光澤并直接從所述培養(yǎng)皿計(jì)數(shù)。由于某些其它細(xì)菌可形成類似顏色， 需要實(shí)施使用更具體的培養(yǎng)基的證實(shí)測(cè)試。所述證實(shí)測(cè)試程序需要另外24 至48小時(shí)以完成對(duì)可疑陽(yáng)性總大腸菌試驗(yàn)的測(cè)試。
培養(yǎng)入口水樣以檢測(cè)大腸菌細(xì)菌的存在。培養(yǎng)ioo毫升水樣并檢測(cè)大 腸菌菌落。在本文所述系統(tǒng)中處理所述入口水，并培養(yǎng)對(duì)應(yīng)測(cè)試用產(chǎn)物水 100毫升。沒(méi)有檢測(cè)到大腸菌菌落，表明產(chǎn)物水不含生物污染物。
脫氣器設(shè)備細(xì)節(jié)和備選方案
通常通過(guò)加熱進(jìn)入水以升高揮發(fā)性化合物的蒸汽壓來(lái)獲得脫氣水。在 各化合物沸點(diǎn)時(shí)，所溶解氣體的溶解度降至0且隨后所述氣體會(huì)從水中排 出。例如，發(fā)現(xiàn)于飲用水中的許多揮發(fā)性物質(zhì)是氯化化合物，所述氯化化
合物通常在充分低于水沸點(diǎn)的溫度下具有非常大的分壓。因此，許多這些
物質(zhì)可通過(guò)將水加熱至約200至210°F(93至99。C)以實(shí)施適當(dāng)?shù)妹摎舛鴱?水中除去。然而，所述物質(zhì)不會(huì)立即完全離開(kāi)水；因此，需要一定的時(shí)間 以完全除去溶解的氣體。
先前脫氣器設(shè)計(jì)(例如，家庭應(yīng)用中所用水凈化系統(tǒng))的一個(gè)難點(diǎn)是其 對(duì)脫氣器中加熱水的停留時(shí)間控制較少。因此，當(dāng)過(guò)量揮發(fā)性物質(zhì)存在于 進(jìn)入水中時(shí)，可能沒(méi)有提供足夠的停留時(shí)間以實(shí)現(xiàn)所有揮發(fā)性物質(zhì)的脫 氣。另外，許多脫氣器在沒(méi)有壓力控制時(shí)操作，當(dāng)水蒸汽是選擇用于實(shí)施 揮發(fā)性組份質(zhì)量傳遞以將其排出所述系統(tǒng)的介質(zhì)時(shí)，這可導(dǎo)致過(guò)量水蒸汽 損失。
脫氣器設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題是可調(diào)整性。雖然大型工業(yè)脫氣器可在顯著 壓力降及大體積液體和氣體的狀況下操作以有效地進(jìn)行質(zhì)量傳遞并進(jìn)而 脫氣，但是小型脫氣器不能很好地按比例縮小且其在日通過(guò)量低于10加 侖時(shí)操作是一個(gè)挑戰(zhàn)。
需要的是更緊湊型脫氣器，其容許額外的停留時(shí)間并也能夠限制使用 點(diǎn)或進(jìn)入點(diǎn)系統(tǒng)中的廢蒸汽量。
在某些實(shí)施方案中，提供一種具有同心粒子層的脫氣器，其中將內(nèi)層 粒子設(shè)置為可在所述粒子間形成相對(duì)小的間隔，并且其中外層粒子設(shè)置為 可在所述粒子間形成相對(duì)大的間隔。在各個(gè)實(shí)施方案中，所述粒子在脫氣 器中呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的和結(jié)構(gòu)的填充。所述粒子可由諸如金屬、玻璃和塑料等 材料制成。所述脫氣器在頂部可具有水入口。所述脫氣器在頂部可具有廢 蒸汽出口，并在底部具有加熱蒸汽進(jìn)口和水出口。
在某些實(shí)施方案中，提供一種具有可容納同心粒子層的容器的脫氣器 設(shè)備，其中將內(nèi)層粒子設(shè)置為可在所述粒子間形成小間隔，其中將中間層 粒子設(shè)置為在所述粒子間形成中等間隔且其中將外層粒子設(shè)置為可在所 述粒子間形成大間隔。所述中等間隔可使所述系統(tǒng)中的水蒸汽開(kāi)始從氣相 冷凝出來(lái)，且所述小間隔足夠小從而使此過(guò)程能連續(xù)進(jìn)行以便水蒸汽轉(zhuǎn)化 成液態(tài)水。
在其它實(shí)施方案中，所述脫氣器容器在所述容器的底部外周具有蒸汽 進(jìn)口 。蒸汽進(jìn)口容許加熱來(lái)自沸騰室的蒸氣而進(jìn)入在外周的容器并加熱脫
氣器內(nèi)側(cè)的外周。所述容器在所述容器頂部具有其中廢蒸汽排出所述系統(tǒng) 的蒸汽出口。所述容器在所述容器頂部具有水入口。所述容器在所述容器 底部具有凈化水出口 。例如，所述出水口是位于所述容器底部的中心位置。 所述容器中充滿粒子。在某些實(shí)施方案中，有三種尺寸的粒子且每種既定 尺寸的粒子是位于同心區(qū)因此，在這樣的實(shí)施方案中，有3個(gè)同心區(qū)， 各自具有一種既定尺寸粒子。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述粒子是玻璃珠。在 更優(yōu)選的實(shí)施方案中，有三種尺寸的粒子，其中最大尺寸粒子是在所述容 器的最外部區(qū)中且最小尺寸粒子是在所述容器的最內(nèi)部區(qū)中。在最優(yōu)選的 實(shí)施方案中，在所述容器中存在具有8毫米玻璃珠的最外部區(qū)或?qū)?，具?br> 6毫米玻璃珠的中間區(qū)或?qū)蛹熬哂?毫米玻璃珠的中心區(qū)或?qū)?。在某些?shí) 施方案中，所述珠子是由鈉鈣玻璃制成。在這樣的實(shí)施方案中，20個(gè)3 毫米珠子可重約0.7克，20個(gè)4毫米珠子可重約1.8克，20個(gè)6毫米珠子 可重約5.7克且20個(gè)8毫米珠子可重約14.4克。
某些實(shí)施方案包括緊湊的更有效的脫氣器。所述脫氣器優(yōu)選釆用具有 變化孔隙率的同心層以便在容許蒸汽通過(guò)的脫氣器中形成一個(gè)區(qū)域，并且 形成促進(jìn)水蒸汽冷凝的另一區(qū)域。所述脫氣器包含位于所述脫氣器內(nèi)側(cè)的 粒子，其對(duì)于所述脫氣器內(nèi)側(cè)增加表面積，從而容許待凈化的水的更長(zhǎng)停 留時(shí)間。
在某些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)的孔隙率通過(guò)不同尺寸粒子實(shí)現(xiàn)。在這 些實(shí)施方案中，外層中粒子具有相對(duì)大的尺寸以便加熱的蒸汽可更容易地 通過(guò)蒸汽源，例如，蒸發(fā)室，進(jìn)入并經(jīng)過(guò)脫氣器。此來(lái)自蒸發(fā)室的加熱蒸 汽也可用作絕緣體以保持所述系統(tǒng)內(nèi)部溫度接近沸點(diǎn)。外層較大尺寸粒子 內(nèi)部是中等尺寸粒子層。此中等尺寸粒子層提供足夠的滲透率和長(zhǎng)的停留 時(shí)間，容許更高百分比的揮發(fā)性物質(zhì)被脫氣。此中等尺寸微孔和粒子層更 可能使水從蒸汽冷凝，原因是所述粒子間存在較小的間隔。內(nèi)部層包括較 小尺寸粒子，以便所述微孔可最大程度地充滿脫氣水，其通過(guò)重力流入蒸 發(fā)室中。
圖8闡釋典型脫氣器單元210的概念。在優(yōu)選實(shí)施方案中，待脫氣的 進(jìn)入水或其它液體經(jīng)過(guò)所述脫氣器頂部流經(jīng)進(jìn)口 220。優(yōu)選地，升溫或加 熱進(jìn)入的水。水可自由地流動(dòng)經(jīng)過(guò)其中填充有一系列粒子的脫氣器。優(yōu)選
地，所述粒子是玻璃珠。經(jīng)由來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽在脫氣器中進(jìn)一步加熱進(jìn)
入水。外部粒子230比中間層粒子240大，而中間層粒子240比內(nèi)層粒子 250大。所述珠對(duì)于脫氣器的中心軸增加的表面積容許更大量的揮發(fā)性氣 體從水中汽提。較大粒子提供區(qū)250，通過(guò)其可迅速有效地向脫氣器中加 入加熱的蒸汽，而中等和較小尺寸的粒子在脫氣器中提供區(qū)230和240， 其中經(jīng)汽提蒸汽可冷凝成液體形式并排出脫氣器，例如，進(jìn)入優(yōu)選位于所 述脫氣器下方的蒸發(fā)室設(shè)備中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解編號(hào)230、 240 和250可以指示所述粒子自身或孔隙區(qū)，其在所描繪的實(shí)施方案中是由粒 子間間隔形成的。
將蒸汽270加入脫氣器中，主要是為了向所述系統(tǒng)添加熱。各種氣體 可經(jīng)過(guò)出口 280排出所述系統(tǒng)，所述出口優(yōu)選位于所述單元頂部或附近。 由于會(huì)導(dǎo)致冷凝蒸汽回到水中的脫氣器部分是具有較小粒子間間隔的部 分，并且由于此部分是位于所述脫氣器中心位置，因此所述排列可使蒸汽 循環(huán)并加熱所述脫氣器外部，而所述蒸汽會(huì)在所述脫氣器中心部分冷凝并 排放到下一部分中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可改變不同尺寸粒子和不同 區(qū)的位置。例如，在某些實(shí)施方案中，較小粒子是位于所述脫氣器外周， 中等粒子位于內(nèi)部且較大粒子位于中心。另外，所述中等尺寸的粒子可位 于中心或外周。在這樣的實(shí)施方案中，蒸汽入口和出口位置及脫氣水出口 位置優(yōu)選應(yīng)相應(yīng)地重新部署。然而，優(yōu)選實(shí)施方案描繪在圖8中。
所述脫氣器系統(tǒng)優(yōu)選是位于所述蒸發(fā)室設(shè)備鄰近。優(yōu)選地，所述脫氣 器單元是位于所述蒸發(fā)室頂部。這使來(lái)自蒸發(fā)室的蒸汽從所述蒸發(fā)室直接 上升進(jìn)入脫氣器中。這也可使來(lái)自脫氣器的脫氣水直接排放到蒸發(fā)室中。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在蒸發(fā)室與脫氣器之間無(wú)需任一明顯分隔。在一 個(gè)實(shí)施方案中，僅有保留所述粒子的篩子將脫氣器與蒸發(fā)室分隔開(kāi)。
所述粒子可具有任一形狀，例如，球形、半球形、無(wú)定形、矩形、橢 圓形、方形、圓形、多面體性、不規(guī)則形狀(例如，砂礫形)等。所述粒子 表面可隨需要而不同，例如，固體、多孔、半多孔、涂層的或結(jié)構(gòu)化的以 提供長(zhǎng)停留時(shí)間等。優(yōu)選地，所述粒子是球形且無(wú)孔的。本領(lǐng)域技術(shù)人員
應(yīng)理解不同尺寸的粒子在其間會(huì)具有不同尺寸的間隔(空隙間隔)。例如，
較大玻璃球會(huì)具有比較小玻璃球更大的間隔。內(nèi)鄰粒子間隔的尺寸可根據(jù)
粒子尺寸、粒子形狀及其它因素而變化。作為一般規(guī)律，較大球形粒子通 常也會(huì)形成具有較大孔隙率的混合物。g卩，在所述球體之間會(huì)有較大間隔。 同樣，較小粒子會(huì)具有較小的空隙間隔，形成一個(gè)更易于將蒸汽冷凝成液 體水的環(huán)境。
所述粒子可由任何適宜材料制成。示例性材料包括但不限于金屬、玻 璃、復(fù)合材料、陶瓷、塑料、石頭、纖維素材料、纖維材料等。若需要， 可使用材料混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠確定用于各具體用途的適宜材 料。優(yōu)選地，所述材料是由玻璃制成。所選材料優(yōu)選應(yīng)能夠承受長(zhǎng)期高溫 使用而沒(méi)有明顯裂縫、破裂、其它損傷或?qū)⒍拘圆牧辖胨?。若需要?所述不同尺寸粒子可由不同材料制成。例如，所述外層粒子可由金屬制成， 中間層由耐溫塑料制成，且中心層由玻璃制成。所選材料優(yōu)選可抵抗由于 加熱過(guò)程而引起的破裂、銹或裂縫。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可選擇具有任何期望尺寸的粒子。例如，所述
外層粒子可具有介于約5毫米至約25毫米間或更大范圍內(nèi)的直徑。所述 中間層粒子可具有介于，例如，約1毫米或更小至約15毫米或更大范圍 內(nèi)的直徑。中心層粒子可具有介于，例如，小于約0.1毫米至約IO毫米或 更大范圍內(nèi)的直徑。 一般而言，所述直徑可介于約0.1毫米至約30毫米范 圍內(nèi)。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，同心層粒子粒子是玻璃珠，其具有，例如，含有 8毫米玻璃珠的最外層、含有6毫米玻璃珠的中間層、及含有4毫米玻璃 珠的中心層。外層粒子直徑與內(nèi)層粒子直徑的比例可隨本領(lǐng)域技術(shù)人員所 需而變化，外層粒徑與內(nèi)層粒徑的比例可以是，例如，約1.1至1,000:1。
優(yōu)選地，所述粒子分層是以同心圓方式，其中最小尺寸粒子是位于所 述單元中心，而最大粒子最接近所述單元外壁。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解， 所述圓無(wú)需精確且無(wú)需必需是同心的。例如，盡管同心圓周可不必具有所 描繪的實(shí)施方案的所有益處，但是具有可將蒸汽導(dǎo)入較小孔隙率區(qū)的大孔 隙率區(qū)的實(shí)施方案可很好地運(yùn)行并提供本發(fā)明的主要益處。在某些實(shí)施方 案中，通過(guò)使用篩子可將不同區(qū)域或不同尺寸的粒子保持在離散組中。在 優(yōu)選實(shí)施方案中，可通過(guò)將其填充到所述容器中將各種尺寸粒子保持在離 散組中，其中通過(guò)中等尺寸粒子的存在而防止小粒子與較大粒子混合。
若需要，可使用2層或3層以上。例如，可使用4、 5、 6或7層或更 多層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，使用3層，各自具有不同尺寸。在某些實(shí)施方 案中，不是改變所述粒子的尺寸，而是改變所述粒子的其它性質(zhì)，例如所 述粒子的表面性質(zhì)。另外，若需要，可使用不同尺寸粒子的混合物填充所 述脫氣器，其中以使填充所述脫氣器中心區(qū)的粒徑逐漸減小的方式實(shí)施填 充程序。在某些實(shí)施方案中，所述層在整個(gè)層中填充同質(zhì)的粒子。在其它 實(shí)施方案中，所述層是不同種類的且可含有其它形狀珠子、粒子、玻璃絨 等。粒子的異質(zhì)性不僅可包括尺寸而且包括，例如，組成、表面特性、密 度、比熱、潤(rùn)濕性(疏水性對(duì)親水性)、硬度、延展性等。優(yōu)選地，如上文 所述，雖然在本發(fā)明某些實(shí)施方案中也涵蓋非同心排列，但是可呈任何形 式的異質(zhì)性粒子是分布在所述脫氣器內(nèi)的同心環(huán)中。
脫氣器設(shè)備壁及進(jìn)口/出口可由任一適宜材料制成。示例性材料包括， 例如，金屬、鋁、玻璃、復(fù)合材料、耐高溫聚丙烯等。優(yōu)選地，所述壁材 料可由不銹鋼制成。優(yōu)選地，所述材料應(yīng)能夠承受長(zhǎng)期高溫使用而不會(huì)出 現(xiàn)裂縫、破裂、或?qū)⒍拘圆牧辖胨小?br> 在某些實(shí)施方案中，所述脫氣器用于為脫氣水提供足夠停留時(shí)間，即 使水中含有不能采用的數(shù)量的揮發(fā)性物質(zhì)。因此，所述脫氣器可用于生產(chǎn) 安全飲用水，或用于許多其它用途的低毒性水。
可通過(guò)使用本發(fā)明方法處理水來(lái)除去或減少的揮發(fā)性污染物的實(shí)例 包括但不限于，甲基叔丁基醚，苯，四氯化碳，氯苯，鄰-二氯苯，對(duì)-二 氯苯，1,1-二氯乙烯，順式-l，2-二氯乙烯，反式-l，2-二氯乙烯，二氯甲烷， 1,2-二氯乙烷，1，2-二氯丙烷，乙苯，苯乙烯，四氯乙烯，1,2，4-三氯苯， l，l,l-三氯乙烷，1，1，2-三氯乙烷，三氯乙烯，甲苯，氯乙烯，二甲苯，天 然氣體，例如，氧氣、氮?dú)狻⒍趸?、氯、溴、氟、及氫，其它揮發(fā)性 有機(jī)化合物(VOC)，例如，甲酸、乙基肼、甲基丙烯酸甲酯、丁基乙基胺、 丁醇、丙醇、乙醛、乙腈、丁胺、乙胺、乙醇、甲醇、丙酮、烯丙胺、烯 丙醇、乙酸甲酯、氫氧化銨、及氨等。
在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，所述脫氣器的外層部分也可對(duì)所述脫氣 器體積的內(nèi)層部分提供有效的隔熱，以便使進(jìn)入水的溫度保持在水沸點(diǎn)附 近。在某些實(shí)施方案中，是根據(jù)其熱保持能力選擇所述粒子自身。如此可
節(jié)省能量并形成更有效的脫氣系統(tǒng)。
在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的脫氣器設(shè)計(jì)提供穩(wěn)態(tài)路徑以將脫氣水帶 入蒸發(fā)室中，同時(shí)避免過(guò)量的蒸汽發(fā)出的需要。這是因?yàn)檎羝訜崦摎馄?外殼，并且因?yàn)樗稍谝粋€(gè)區(qū)中容易地進(jìn)入脫氣器，同時(shí)單獨(dú)的區(qū)容許冷 凝和使所述脫氣水流出所述系統(tǒng)。通過(guò)防止過(guò)量的蒸汽發(fā)出，可避免所述 粒子中可能沉淀鹽的問(wèn)題。
在某些實(shí)施方案中，脫氣器可以比現(xiàn)用型號(hào)更緊湊，因?yàn)橄到y(tǒng)的不同 粒徑可形成大表面積。然后可以最小化所述脫氣器的高度從而產(chǎn)生更緊湊 的設(shè)計(jì)。
在某些實(shí)施方案中，與常規(guī)脫氣器相比，所述脫氣器可更有效地自樣
品除去雜質(zhì)。例如，在某些實(shí)施方案中，圖8中的脫氣器可自流速高達(dá)30 毫升/分鐘的水中除去40ppm的氯。在某些實(shí)施方案中，其可除去流速高 達(dá)20毫升/分鐘的水中的2ppm的氨。在某些實(shí)施方案中，其可除去流速 高達(dá)30毫升/分鐘且達(dá)其溶解度限值的常見(jiàn)氣體，例如空氣。
脫氣器實(shí)施例
實(shí)施例3
制備脫氣器設(shè)備
寬l"x高12"的不銹鋼圓柱體配備有不銹鋼進(jìn)水口及不銹鋼出氣口/ 出水口，如圖8所示(在備選實(shí)施方案中，可使用寬l"x高8"、寬1.5"x 高8"、或?qū)?.5"x高12"的裝置)。所述單元連接至蒸發(fā)室設(shè)備頂部。隨后 使用潔凈的球形玻璃珠如下填充所述圓柱體。使用具有約8毫米直徑的玻 璃珠填充外層區(qū)。隨后使用具有約6毫米直徑的珠填充中間層。然后使用 具有約4毫米直徑的玻璃珠填充中心區(qū)。所述脫氣器配備有不銹鋼蓋單元。 加熱所述蒸發(fā)室并使蒸汽通過(guò)脫氣器。當(dāng)脫氣器升溫時(shí)，預(yù)加熱待處理水 且隨后將其加入所述脫氣器頂部。離開(kāi)脫氣器的水將在其中具有減少量揮 發(fā)性化合物。當(dāng)所述裝置到達(dá)穩(wěn)定溫度時(shí)，其幾乎完全從含有下列濃度的 水中除去氣體40ppm氯，2ppm氨，和在空氣中達(dá)其溶解度極限的大部 分天然氣體。 實(shí)施例4
使用按比例擴(kuò)大的脫氣器設(shè)備來(lái)凈化飲用水 在2加侖蒸發(fā)室系統(tǒng)的頂部裝配實(shí)施例3的脫氣器設(shè)備。隨后以5毫 升/分鐘至50毫升/分鐘的速率經(jīng)由預(yù)熱的脫氣器入口泵送待凈化的水。(在 其它實(shí)施方案中，可使用高達(dá)數(shù)升/分鐘)。將進(jìn)入脫氣器的水預(yù)熱至約100 "C的溫度。水基本上在處于水沸點(diǎn)下進(jìn)入所述脫氣器。當(dāng)處理大量水時(shí)， 脫氣器頂部的溫度可降低幾度(降至98°C)。使用約10至20%進(jìn)入水通過(guò) 量作為蒸汽以驅(qū)動(dòng)脫氣器，且其約有一半在所述脫氣器重新冷凝(雖然蒸汽 使用可減少至低于1%的水通過(guò)量)。凈化水下降進(jìn)入蒸發(fā)室，使其冷卻， 并取樣以測(cè)定揮發(fā)性污染物水平。通過(guò)使用該方法，除去揮發(fā)性污染物， 并且凈化水。
所述單元可以連續(xù)操作，因此它可根據(jù)對(duì)水實(shí)施脫氣的需要操作足夠 長(zhǎng)的時(shí)間。來(lái)自脫氣器的排放速率根據(jù)玻璃珠的填充及尺寸而定，并且可 在約1秒至數(shù)分鐘之間變化。
在某些實(shí)施方案中，其實(shí)施方案公開(kāi)在本文中的用于凈化水的系統(tǒng)可 與其它系統(tǒng)和裝置組合使用以提供其它有益性質(zhì)。例如，所述系統(tǒng)可與公 開(kāi)于下列中的任一裝置或方法組合使用于2005年5月2日提出的標(biāo)題 為SOLAR ALIGNMENT DEVICE(太陽(yáng)能排列裝置)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) 號(hào)60/676870;于2005年7月6日提出的標(biāo)題為VISUAL WATER FLOW INDICATOR(可視水流指示器)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/697104;于2005 年7月6日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為APPARATUS FOR RESTORING THE MINERAL CONTENT OF DRINKING WATER(用于回收飲用水中礦物質(zhì) 含量的設(shè)備)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/697106; 2005年7月6日提出申請(qǐng) 的標(biāo)題為IMPROVED CYCLONE DEMISTETR(改迸的旋風(fēng)分離除霧器)的 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/697107;于2004年12月1日提出的PCT申請(qǐng)?zhí)?US2004/039993;于2004年12月1日提出的PCT申請(qǐng)?zhí)朥S2004/039991; 和于2003年12月2日提出的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/526， 580;將上述申 請(qǐng)通過(guò)參考全部結(jié)合于此。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這些方法和裝置是用于或可用于實(shí)現(xiàn)所述目 的并獲得所述結(jié)果及優(yōu)點(diǎn)以及各種其它優(yōu)點(diǎn)及益處。本文所述方法、程序
及裝置是優(yōu)選實(shí)施方案的現(xiàn)有代表，并且其是示例性的而非意欲作為本發(fā) 明范圍的限制。其中的變化和本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)遇到的其它用途是包括在 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)的并且由公開(kāi)內(nèi)容的范圍所限定。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不背離本發(fā)明的范圍及實(shí)質(zhì)的情況 下，可對(duì)本文所公開(kāi)的本發(fā)明進(jìn)行各種替換及修改。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本文所述本發(fā)明的方面和實(shí)施方案可相互獨(dú) 立地實(shí)施或相互組合實(shí)施。因此，個(gè)別的實(shí)施方案的組合是屬于本文所公 開(kāi)的發(fā)明范圍。
將所有專利和公布通過(guò)參考并入本文中，所述引用的程度就如同將具 體地及個(gè)別地表示的每一個(gè)單獨(dú)的公布通過(guò)參考而結(jié)合。
在本文中以說(shuō)明方式闡述的本發(fā)明可于缺少未在本文中具體公開(kāi)的 任何一個(gè)或多個(gè)要素、 一種或多種限制的情況下以適宜方式實(shí)施。所用術(shù) 語(yǔ)及表述是用作說(shuō)明性而非限制性術(shù)語(yǔ)，并且在使用這些術(shù)語(yǔ)及表述時(shí)不 欲排除所示及所述特性或其部分的等效物。應(yīng)理解，可在所公開(kāi)的本發(fā)明 范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。因此，應(yīng)理解，盡管己經(jīng)通過(guò)優(yōu)選實(shí)施方案及任選 特性具體公開(kāi)了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用本文所公開(kāi)的概念的修 改形式及變化形式，且這樣的修改形式及變化形式被視為屬于所述公開(kāi)內(nèi) 容所界定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種水凈化系統(tǒng)，該水凈化系統(tǒng)包括進(jìn)口、預(yù)熱器、脫氣器、蒸發(fā)室、除霧器、產(chǎn)物冷凝器、廢物出口、產(chǎn)物出口及控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)在無(wú)需使用者介入或清潔的情況下使所述凈化系統(tǒng)操作經(jīng)過(guò)重復(fù)的循環(huán)，且其中所述系統(tǒng)能夠從污染水樣中除去多種污染物類型，包括微生物污染物、放射性污染物、金屬、鹽、揮發(fā)性有機(jī)物及非揮發(fā)性有機(jī)物；以致當(dāng)所述污染水的污染物類型的水平至多是表1中所示水平的25倍時(shí)，所述系統(tǒng)中凈化的水的全部污染物類型的水平低于表1中所示的水平。
2. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所生成水的體積是在輸入水體積的約20 %與約95%之間。
3. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在至少約2個(gè)月使用期間內(nèi)不 需要清潔。
4. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在至少約1年使用期間內(nèi)不需 要清潔。
5. 權(quán)利要求1系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括入口開(kāi)關(guān)以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)所述入口 的水流量。
6. 權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)關(guān)包括選自由螺線管、閥門和孔 組成的組的機(jī)構(gòu)。
7. 權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述入口開(kāi)關(guān)由所述控制系統(tǒng)控制。
8. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括停機(jī)控制。
9. 權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述停機(jī)控制選自由人工控制、溢流控 制、罐容量控制、和蒸發(fā)室容量控制組成的組。
10. 權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)是基于來(lái)自蒸發(fā)室浮標(biāo)、 罐浮標(biāo)及溢流檢測(cè)器中至少一個(gè)的反饋來(lái)控制所述入口。
11. 權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)是基于來(lái)自所述凈化系統(tǒng) 的反饋來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)。
12. 權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述反饋是基于選自由下列組成的組的 至少一個(gè)特征產(chǎn)物水容器中的水量、經(jīng)過(guò)所述產(chǎn)物出口的產(chǎn)物水流量、 水流動(dòng)時(shí)間、無(wú)水流動(dòng)時(shí)間、蒸發(fā)室中的水量、泄漏檢測(cè)、蒸發(fā)室壓力、 輸出水品質(zhì)(總?cè)芙夤腆w)、跨越所述蒸發(fā)室的壓差、和跨越蒸發(fā)室溢流堰 浮標(biāo)的水運(yùn)動(dòng)。
13. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括流量控制器。
14. 權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述流量控制器包括壓力調(diào)節(jié)器。
15. 權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述壓力調(diào)節(jié)器將水壓維持在約OkPa 與250 kPa (0至36 psi)之間。
16. 權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述流量控制器將水流量維持在10與 75毫升/分鐘之間的速率。
17. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括沉積物捕集器。
18. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述預(yù)熱管通過(guò)所述蒸發(fā)室。
19. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中排出所述預(yù)熱管的水具有至少約96。C的 溫度。
20. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述預(yù)熱管允許水在所述預(yù)熱管中的停 留時(shí)間為至少約15秒。
21. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述預(yù)熱管包括盤管。
22. 權(quán)利要求15的系統(tǒng)，所述盤管具有基本上水平的凈流動(dòng)，且其 中通過(guò)所述盤管運(yùn)動(dòng)的水反復(fù)通過(guò)水平面。
23. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述預(yù)熱管包括與蒸汽冷凝器的熱交換。
24. 權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述預(yù)熱管的至少一部分與所述蒸汽冷凝器的至少一部分共軸。
25. 權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述蒸汽冷凝器含有廢蒸汽。
26. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述脫氣器是呈基本上垂直的取向，具 有上端及下端。
27. 權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中來(lái)自所述預(yù)熱管的加熱水在緊接所述 上端處進(jìn)入所述脫氣器。
28. 權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述加熱水在緊接所述下端處排出所 述脫氣器。
29. 權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中來(lái)自所述蒸發(fā)室的蒸汽在緊接所述下 端處進(jìn)入所述脫氣器。
30. 權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述蒸汽在緊接所述上端處排出所述 脫氣器。
31. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述脫氣器包含適用于促進(jìn)水與蒸汽混 合的基質(zhì)。
32. 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述基質(zhì)包括基本上球形的粒子。
33. 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述基質(zhì)包括非球形的粒子。
34. 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述基質(zhì)包含具有經(jīng)選擇而允許在所 述脫氣器內(nèi)均勻填充的尺寸的粒子。
35. 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述基質(zhì)包含具有不同尺寸的粒子， 其中所述粒子是以尺寸梯度排列于所述脫氣器中。
36. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中排出所述脫氣器的水基本上不含有機(jī)物 和揮發(fā)性氣體。
37. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)室包括至少一個(gè)上段和一個(gè)下 段，且其中所述上段的水平斷面具有比所述下段的水平斷面更大的面積， 且其中所述蒸發(fā)室還包括位于所述上段與所述下段之間的連接。
38. 權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述連接是基本上水平的。
39. 權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)室還包括排放口，且其中所 述排放口位于所述連接處或其上。
40. 權(quán)利要求39的系統(tǒng)，所述蒸發(fā)室還包括包含多個(gè)粒子的自清潔 介質(zhì)，所述排放口具有開(kāi)口，所述開(kāi)口具有不容許所述粒子通過(guò)所述排放 口的尺寸，所述開(kāi)口還具有與所述粒子形狀不互補(bǔ)的形狀。
41. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)室包括自清潔介質(zhì)，所述自清 潔介質(zhì)用于至少在緊接所述蒸發(fā)室加熱區(qū)的區(qū)域中干擾沉淀物的聚集。
42. 權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述介質(zhì)包括多個(gè)粒子。
43. 權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述粒子基本上是球形的。
44. 權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述粒子包含以下特征通過(guò)在所述 蒸發(fā)室中水的沸騰而允許基本上連續(xù)攪拌所述粒子。
45. 權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中所述特征選自由比重、尺寸、形態(tài)、 群體數(shù)量及組成所組成的組。
46. 權(quán)利要求42的系統(tǒng)，所述粒子具有選定的硬度，其中所述硬度允許通過(guò)所述粒子沖刷所述蒸發(fā)室而基本上不侵蝕所述粒子或所述蒸發(fā) 室。
47. 權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述粒子由陶瓷、金屬、玻璃、或石 頭組成。
48. 權(quán)利要求42的系統(tǒng)，所述粒子具有大于約l.O且小于約8.0的比重。
49. 權(quán)利要求48的系統(tǒng)，所述粒子具有介于約2.0與約5.0間的比重。
50. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述蒸發(fā)室還包括臨近所述蒸發(fā)室底部的加 熱元件。
51. 權(quán)利要求50的系統(tǒng)，其中將所述加熱元件設(shè)置在臨近所述蒸發(fā) 室底部的蒸發(fā)室外部，且其中將所述加熱元件連接至所述蒸發(fā)室。
52. 權(quán)利要求50的系統(tǒng)，其中將所述加熱元件設(shè)置在臨近所述蒸發(fā) 室底部的蒸發(fā)室的內(nèi)部。
53. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中將所述除霧器緊接所述蒸發(fā)室的上表面 設(shè)置。
54. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中來(lái)自所述蒸發(fā)室的蒸汽在壓力下進(jìn)入所 述除霧器。
55. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，所述除霧器具有壓差，其中所述壓差是不小 于125至2500 Pa。
56. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述除霧器適于經(jīng)由氣旋作用從廢蒸汽 分離潔凈蒸汽。
57. 權(quán)利要求56的系統(tǒng)，其中潔凈蒸汽與廢蒸汽的比例大于約10: 1。
58. 權(quán)利要求56的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)以調(diào)整蒸汽品質(zhì)。
59. 權(quán)利要求58的系統(tǒng)，其中所述蒸汽品質(zhì)包括至少一種選自由下 列組成的組的品質(zhì)潔凈蒸汽純度、潔凈蒸汽與廢蒸汽的比例、和潔凈蒸 汽的總體積。
60. 權(quán)利要求58的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)包括至少一個(gè)選自由下列組 成的組的參數(shù)潔凈蒸汽出口的凹進(jìn)位置、跨越所述除霧器的壓差、蒸汽 入口的流動(dòng)阻力、和蒸汽出口的流動(dòng)阻力。
61. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)物冷凝器的冷卻器。
62. 權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中所述冷卻器包括排風(fēng)機(jī)。
63. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)物冷凝器包括盤管。
64. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中產(chǎn)物水通過(guò)所述產(chǎn)物出口排出所述產(chǎn)物 冷凝器。
65. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括廢物冷凝器。
66. 權(quán)利要求65的系統(tǒng)，其中所述廢水通過(guò)所述廢物出口排出所述 廢物冷凝器。
67. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括產(chǎn)物水儲(chǔ)存罐。
68. 權(quán)利要求67的系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)存罐包括至少一個(gè)控制機(jī)構(gòu)。
69. 權(quán)利要求68的系統(tǒng)，其中所述控制機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)選自由浮 標(biāo)、電導(dǎo)計(jì)、和堰浮標(biāo)組成的組的機(jī)構(gòu)。
70. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)具有延遲，以致在循環(huán)開(kāi) 始時(shí)，在選定延遲期內(nèi)沒(méi)有蒸汽被導(dǎo)向所述產(chǎn)物出口。
71. 權(quán)利要求70的系統(tǒng)，其中所述延遲期是至少約10至30分鐘。
72. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)具有至少約10分鐘的水 在所述蒸發(fā)室中的平均停留時(shí)間。
73. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)具有至少約45分鐘的水 在所述蒸發(fā)室中的平均停留時(shí)間。
74. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括蒸發(fā)室沖洗，以致將 所述蒸發(fā)室中的水迅速排放至廢物，允許從所述蒸發(fā)室中除去聚集的雜質(zhì) 和沉淀物。
75. 權(quán)利要求74的系統(tǒng)，其中將所述蒸發(fā)室設(shè)置成在蒸發(fā)室沖洗時(shí)， 殘余體積的水保留在所述蒸發(fā)室的下部。
76. 權(quán)利要求75的系統(tǒng)，其中所述殘余水在開(kāi)始后續(xù)凈化循環(huán)期間 為所述脫氣器提供初始蒸汽。
77. —種凈化水的方法，所述方法包括如下步驟 提供包含至少一種第一濃度的污染物的入口水來(lái)源； 在能夠?qū)⑺鋈肟谒疁囟壬咧?0。C以上的條件下使所述入口水通過(guò)預(yù)熱器； 通過(guò)在脫氣器中使所述入口水對(duì)著反方向氣流而逆流以提餾所述入口水的基本上所有的有機(jī)物、揮發(fā)物、和氣體；將所述水在容許形成蒸汽的條件下在蒸發(fā)室中保持10-90分鐘的平均 停留時(shí)間；將蒸汽從所述蒸發(fā)室排出到旋風(fēng)分離除霧器；在所述除霧器中從含有污染物的廢物分離潔凈蒸汽，以使?jié)崈粽羝?收率是來(lái)自所述除霧器的廢物收率的至少約4倍；冷凝所述潔凈蒸汽以生成凈化水，所述凈化水包括至少一種第二濃度 的污染物，其中所述第二濃度低于所述第一濃度。
78. 權(quán)利要求77的方法，其中所述至少一種污染物包括選自由下列 組成的組的污染物微生物、放射性核素、鹽及有機(jī)物；且其中所述第二 濃度不大于表3中所示的濃度，且其中所述第一濃度是所述第二濃度的至 少約10倍。
79. 權(quán)利要求77的方法，其中所述第一濃度是所述第二濃度的至少 約25倍。
80. 權(quán)利要求77的方法，其中所述氣體選自由蒸汽、空氣及氮?dú)饨M 成的組。
81. 權(quán)利要求77的方法，其中將所述方法步驟自動(dòng)重復(fù)至少約3個(gè)月而無(wú)需清潔或維護(hù)。
82. 權(quán)利要求77的方法，其中將所述方法步驟自動(dòng)重復(fù)至少約1年而無(wú)需清潔或維護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方案提供用于水凈化的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)具有預(yù)熱器(30)、脫氣器(40)、蒸發(fā)室(50)、除霧器(70)、和控制系統(tǒng)(120)，其中所述控制系統(tǒng)(120)容許所述凈化系統(tǒng)(10)通過(guò)重復(fù)的循環(huán)的操作，而不需要使用者介入或清潔。所述系統(tǒng)能夠從污染水樣中除去多種污染物類型，包括微生物污染物、放射性污染物、金屬、鹽、揮發(fā)性有機(jī)物、和非揮發(fā)性有機(jī)物。
文檔編號(hào)C02F1/20GK101355994SQ200680047663
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
發(fā)明者尤金·李納, 理查德·J·迪普, 道格拉斯·麥克·薩姆 申請(qǐng)人:純凈源公司