專利名稱：：水純化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及由多層介質(zhì)組成的水純化系統(tǒng)，用來從水中或其它水溶液中除去有毒雜質(zhì)。
背景技術(shù)：
：許多應(yīng)用都需要對水或其它水溶液進(jìn)行純化或過濾，這些應(yīng)用包括為包括發(fā)酵過程和從生物流體中分離組分在內(nèi)的生物技術(shù)應(yīng)用提供安全的水或飲用水，以及需要處理廢物流和回收工藝化學(xué)物質(zhì)的工業(yè)過程。近年來，人們越來越多地認(rèn)識到在家中進(jìn)行水過濾和純化的需求，耗能效率和居家流體質(zhì)量的問題導(dǎo)致人們開發(fā)了大量過濾產(chǎn)品。目前存在許多眾所周知的用于水純化的方法，例如反滲透、蒸餾、離子交換、化學(xué)吸附、絮凝以及過濾或保持?？赏ㄟ^使用薄膜或顆粒材料層來完成顆粒過濾。其它流體純化技術(shù)包括改變污染物狀態(tài)或化學(xué)特性的化學(xué)引入法。在US6383395號中揭示了一種這樣的過濾系統(tǒng)。在許多流體純化應(yīng)用中，包括US6383395號中揭示的應(yīng)用中，需要采用一些技術(shù)的組合以完全純化流體(例如水)?？梢酝ㄟ^在單獨(dú)的裝置中結(jié)合一些功能，或者串聯(lián)使用一些不同的裝置和技術(shù)(這些裝置和技術(shù)各自行使不同的功能)來實(shí)現(xiàn)技術(shù)的結(jié)合。這些做法的例子包括使用能夠除去帶負(fù)電荷和正電荷的化學(xué)物質(zhì)的混合離子交換樹脂，以及氧化/過濾法，在該方法中，使用氧化劑產(chǎn)生顆粒物質(zhì)，隨后該顆粒物質(zhì)被過濾除去。這些流體純化技術(shù)和方法無論在大規(guī)模還是小規(guī)模上實(shí)踐，都是高成本、耗能效率低且/或需要重要的專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和技巧的。因此，許多高級的流體純化技術(shù)在住所入口(POE)和使用地點(diǎn)(POU)處的應(yīng)用有限；特別是在需要低成本的有效水純化系統(tǒng)的第三世界國家更是如此。本發(fā)明通過提供一種能節(jié)約成本而又能耗低的水純化過濾系統(tǒng)解決了這個(gè)問題，該系統(tǒng)的主要目的是從水中除去天然存在的砷，但是也能夠除去其它的重金屬和有機(jī)物質(zhì)。這種重力操作的系統(tǒng)簡單、堅(jiān)固，而且世界上不發(fā)達(dá)地區(qū)(在這些地區(qū)，電力并未普及，而且無法使用更昂貴的技術(shù))的家庭使用者也可負(fù)擔(dān)得起。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明中，提供了一種用來純化溶液的裝置，其包括i.第一容器；ii.包括兩個(gè)端部的進(jìn)入管，所述進(jìn)入管的第一端部伸入所述第一容器中；iii.具有兩個(gè)端部、包含介質(zhì)的濾筒，所述進(jìn)入管的第二端部與所述濾筒相連；iv.包括兩個(gè)端部的排出管，所述排出管的第一端部從所述濾筒伸出；v.第二容器，所述排出管的第二端部伸入所述第二容器。所述介質(zhì)包括至少部分地涂敷了羥基氧化鐵(ironoxyhydroxide)的石灰石顆粒；活性碳；以及未涂敷的石灰石顆粒。另外，所述濾筒的兩個(gè)端部包括上端部和下端部，所述上端部位于所述濾筒的上部三分之一之內(nèi)，下端部位于所述濾筒的下部三分之一之內(nèi)?；蛘咚鲞M(jìn)入管的第二端部可與所述濾筒的下端部相連。另一種替代情況是所述排出管第一端部伸出所述濾筒的上端部。除了獨(dú)立使用以外，這些替代情況還可結(jié)合起來用于所述系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，所述第一容器中包含的介質(zhì)是石灰石、鐵-活性碳和鐵涂敷的石灰石顆粒。以鐵的干重為基準(zhǔn)計(jì)，用于活性碳的鐵的含量為3-15重量％。以鐵的干重為基準(zhǔn)計(jì)，用于鐵涂敷的石灰石的鐵含量為2-10重量％。所用活性碳的粒度為500-1190微米，所述石灰石的粒度為76-600微米。所述鐵涂敷的石灰石的BET為25-35米2/克，孔徑為30-48埃。介質(zhì)的構(gòu)型允許除去砷以及其它重金屬和有機(jī)毒素。這些毒素包括但不限于Fe、Pb、Cd、Cu、Cr、Hg、Ni、Al、Sb、Ba、Be、Mn、Se、Ra和Th。另夕卜，本發(fā)明還可除去水中的陰離子，例如砷酸根、磷酸根、二氧化硅、氟離子、硼酸根、絡(luò)酸根、亞砷酸根、硝酸根、亞硝酸根和雙氧鈾根；還可除去天然有機(jī)物質(zhì)，例如腐殖酸，以及氰基化合物。本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠控制餾出物的pH值。所述水或其它水溶液的pH值為7.8-8.3。該pH范圍能夠特別有益地提供飲用水。本發(fā)明還提供了水純化組件，該組件由進(jìn)水管、閥門、包含處理介質(zhì)的濾筒或第一容器以及排水管組成。所述進(jìn)水管可以與當(dāng)?shù)毓┧萜飨噙B。經(jīng)過所述濾筒或容器純化后的水通過排出管流到第二容器或儲藏容器。出于穩(wěn)定性的原因，所述濾筒或第一容器可以任選地與可拆卸安裝板相連。另外，所述水純化組件可使用各種方式來控制所述流體經(jīng)過所述系統(tǒng)的流動。這些方式包括但不限于重力、加壓和泵輔助流動。這些方法各自取決于具體的用途；例如所述系統(tǒng)是用于商業(yè)應(yīng)用，或者用于生活應(yīng)用，還要考慮用于該系統(tǒng)的流體的種類。圖la是根據(jù)本發(fā)明所述構(gòu)建的濾筒的截面圖。在此圖中，所述介質(zhì)是水平填充入所述濾筒中的。圖lb是根據(jù)本發(fā)明所述構(gòu)建的濾筒的另一種設(shè)計(jì)的截面圖。圖lb顯示了介質(zhì)還可如何垂直地填充入所述濾筒中。圖lc是用來填充三層介質(zhì)的另一種情況的截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明所述的水純化組件。1過濾器l2未處理的石灰石3過濾器24吸入鐵的活性碳5鐵活化的石灰石6濾筒7進(jìn)入端8排出端9介質(zhì)10褶皺的過濾器20未處理的石灰石填料21吸入鐵的活性碳填料22鐵活化的石灰石填料30第一進(jìn)料容器31進(jìn)入管的第一端部32進(jìn)入管33進(jìn)入管的第二端部34濾筒(外觀全圖)35濾筒的排出端部36排出管37排出管的第二端部38第二容器39栓塞40流動控制閥41濾筒進(jìn)入端部42排出管的第一端部具體實(shí)施方式家用濾筒設(shè)計(jì)見于圖la。盡管圖la顯示了濾筒的一種設(shè)計(jì)，但是該圖并非限定性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識到這種設(shè)計(jì)不限于家用，還可擴(kuò)展和/或改良用于工業(yè)用途。如圖1所示，對于家用用途，所述濾筒(6)可以由常規(guī)的聚合材料制造，例如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、陶瓷、金屬或天然材料。可以改變所述內(nèi)部容積，以適應(yīng)可能改變的目標(biāo)液體組分所需的特定介質(zhì)(9)的加載。家用的柱子的常規(guī)高度為0.20-0.50米。常規(guī)的內(nèi)部容積為0.1-10升，優(yōu)選2-3升。通常用于市政系統(tǒng)的內(nèi)部容積可達(dá)10000升，或者以平行流的方式排列時(shí)多達(dá)100個(gè)濾筒。所述濾筒自由直立在基底上，包括進(jìn)入端部(7)和排出端部(8)，任選噴嘴具有合適的尺寸，以適應(yīng)任意特定的管子。所述濾筒中填充了表1所述的介質(zhì)(9)。這些組分確保從水中除去砷和重金屬，確保水變得無色無嗅。表l柱內(nèi)的物質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>所述不同介質(zhì)的體積％為石灰石未處理材料為1-70體積％，吸入鐵的活性碳為0-70體積％，鐵涂敷的石灰石為30-99體積％。介質(zhì)的優(yōu)選范圍為未處理的石灰石為25-30體積％，鐵-活性碳為18-22體積％，鐵涂敷的石灰石為48-54體積％。另一種濾筒設(shè)計(jì)見于圖lb。該設(shè)計(jì)使用褶皺的過濾器(10)介質(zhì)，引導(dǎo)水按照栓塞流模式流過，以防止溝槽效應(yīng)和更有效地使用所述介質(zhì)。圖lc顯示了三層填料各自的截面圖。第一幅圖(20)顯示了填塞入所述濾筒中的未處理過的石灰石。第二幅圖(21)顯示了填塞入所述濾筒中的吸入鐵的活性碳。第三幅圖(22)顯示了以褶皺形式填塞入所述濾筒中的鐵活化的石灰石。水純化組件圖2中顯示了用于家用的整個(gè)水純化組件的設(shè)計(jì)。如圖2所示，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要最少的組件。此圖并非用來限制本發(fā)明，而是用于示例說明。能夠理解，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠改進(jìn)和/或擴(kuò)展這種代表形式，使其可用于工業(yè)應(yīng)用和其它的應(yīng)用。但是，關(guān)于所示的附圖，潛在的使用者將在所述第一進(jìn)料容器(30)中填入未處理的溶液。對于重力操作的系統(tǒng)，進(jìn)料容器(30)和濾筒(34)之間的高度差為水提供了充足的頭壓力，使得水能夠在重力作用下流過所述進(jìn)入管(32)的第一端部(31)，經(jīng)過進(jìn)入管的第二端部(33)，流到所述濾筒(41)的進(jìn)入端部?？梢匀芜x地將流動控制閥(40)安裝在進(jìn)入管上，以控制流體的流動速率。理想情況下，所述流動控制閥(40)設(shè)定在特定的位置，使得起始流速為50-500毫升/分鐘，優(yōu)選為100-200毫升/分鐘。流過所述柱子的水是從底部到頂部，因此在流動過程中可以使用最少量的介質(zhì)，而且在濾筒(34)的使用壽命內(nèi)，流速較為穩(wěn)定。處理過的水將從濾筒(35)的出口流經(jīng)排出管(42)的第一端部，流過所述排出管(36)，流過所述排出管(37)的第二端部，流入第二容器(38)以用于儲存，所述第二容器(38)任選地安裝了栓塞(39),用來分配水。實(shí)施例實(shí)施例l系統(tǒng)如圖2所示建立。在50升的大玻璃瓶子中的去離子水中摻入150ppb的As(III)和150ppbAs(V)、2ppm的Fe(n)。測得溶液的pH值為6.5。在濾筒柱中填充了1.0升鐵活化的石灰石(0.2-0.5毫米)、0.5升未處理的石灰石、以及0.5升鐵-活性碳(見圖l)。將3/8"的管子從第一源容器連接到柱子；將空氣抽出管路；流動控制閥設(shè)定在起始流速為180毫升/分鐘。流出該柱子的水收集入50升的第二容器中，在操作過程中周期性地進(jìn)行分析。進(jìn)行了測試，證明以160毫升/分鐘的平均流速對含砷水的20升和50升批料進(jìn)行處理。顯示了一個(gè)濾筒每天處理多批水，在數(shù)周內(nèi)處理了4000升以上的水。在這數(shù)周時(shí)間里，砷lII和砷V的含量從300ppb(III和V價(jià)砷各為150ppb)減至小于10ppb。另外，還認(rèn)識到其它的優(yōu)點(diǎn)，例如其它離子減少，pH值得到控制，以及水的色澤和澄清度得到提高。下表2顯示了這種提高。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>流入的水在流經(jīng)該系統(tǒng)之前包含300ppb的As、2ppm的Fe(n)，pH值為6.5。砷用ICP-MS測量。權(quán)利要求1.一種用來純化溶液的裝置，其包括i.第一容器；ii.包括兩個(gè)端部的進(jìn)入管，所述進(jìn)入管的第一端部伸入所述第一容器中；iii.具有兩個(gè)端部、包含介質(zhì)的濾筒，所述進(jìn)入管的第二端部與所述濾筒相連；iv.包括兩個(gè)端部的排出管，所述排出管的第一端部從所述濾筒伸出；v.第二容器，所述排出管的第二端部伸入所述第二容器。所述介質(zhì)包括至少部分地涂敷了羥基氧化鐵的石灰石顆粒；活性碳；以及未涂敷的石灰石顆粒。2.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括泵。3.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述濾筒的兩個(gè)端部包括上端部和下端部，所述上端部位于所述濾筒的上部三分之一之內(nèi)，下端部位于所述濾筒的下部三分之一之內(nèi)。4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述進(jìn)入管的第二端部與所述濾筒的下端部相連。5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述排出管第一端部從所述濾筒的上端部伸出。6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述排出管第一端部從所述濾筒的上端部伸出。全文摘要本發(fā)明涉及可用于除砷的水純化系統(tǒng)。文檔編號C02F1/58GK101148284SQ20071014889公開日2008年3月26日申請日期2007年9月6日優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日發(fā)明者J·A·特雷霍,R·M·巴那瓦里申請人:羅門哈斯公司