水過濾裝置及水過濾包的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水過濾裝置及水過濾包。該水過濾裝置包括具有入口和出口的室，入口和出口一起限定水處理空間，所述室包括設(shè)置在水處理空間內(nèi)的殺生物劑和多個(gè)無機(jī)顆粒，多個(gè)無機(jī)顆粒選自于由多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土、硅藻土和它們的組合組成的組。
【專利說明】水過濾裝置及水過濾包
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年9月I日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180003882.1、題為“水過濾裝
置及其使用方法”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求于2010年9月3日提交的序列號(hào)為61/379，779的美國臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用全部包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及水過濾裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0005]一直需要改善飲用水，特別是對(duì)于人民生活得不到安全的水用來飲用、烹飪和洗澡的發(fā)展中國家的偏遠(yuǎn)地區(qū)。缺乏清潔的水導(dǎo)致小兒腹瀉病和相關(guān)的傷亡，等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明一方 面，提供了一種水過濾裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，水過濾裝置包括:第一室，包括第一多個(gè)無機(jī)顆粒；以及第二室，與第一室水連通。在某些情況下，第二室還包括第二多個(gè)無機(jī)顆粒。
[0007]在另一實(shí)施例中，水過濾裝置還包括具有第一入口和第一出口的第一排放管，其中，水從第一室經(jīng)由第一入口并經(jīng)由第一出口傳輸至第二室。在某些情況下，第一排放管的第一出口位于第一室的第一底部上方第一距離處,使得第一室內(nèi)的水在通過第一出口排出之前具有第一預(yù)定停留時(shí)間。
[0008]在另一實(shí)施例中，水過濾裝置還包括具有第二入口和第二出口的第二排放管，其中，水從第二室經(jīng)由第二入口傳輸并經(jīng)由第二出口排出第二排放管。在某些情況下，第二排放管的第二出口位于第一排放管的第一出口下方一導(dǎo)管距離處，其中，第二排放管的第二出口位于第二室的第二底部上方第二距離處，使得第二室內(nèi)的水在通過第二出口排出之前具有第二預(yù)定停留時(shí)間。
[0009]在另一實(shí)施例中，第一多個(gè)無機(jī)顆粒和第二多個(gè)無機(jī)顆粒均獨(dú)立地選自于由多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土、硅藻土和它們的組合組成的組。在某些情況下，第一室和第二室還包括諸如砂子的非多孔無機(jī)顆粒。
[0010]在另一實(shí)施例中，第一室和第二室中的一者或二者還包括殺生物劑、有毒金屬吸附劑和/或pH調(diào)節(jié)劑。在某些情況下，第一室和第二室均包括殺生物劑。
[0011]在另一實(shí)施例中，第一室和第二室均還獨(dú)立地包括從由含銅殺生物劑、含銀殺生物劑、含鋅殺生物劑、含鹵素殺生物劑、含溴殺生物劑、含鎳殺生物劑、含鋁殺生物劑和它們的組合組成的組中選擇的殺生物劑。在某些情況下，第一室和第二室均包括殺生物劑，并且在第一室和第二室之間，殺生物劑的組成可以相同或不同。第一室和第二室均還可以獨(dú)立地包括陽離子清潔劑、有機(jī)酸和它們的組合。在某些情況下，殺生物劑包括銀粉、銀合金、膠質(zhì)銀、硝酸銀、銀脫水物、銅粉、銅合金、硫酸銅、鋅粉、鋅合金、黃銅、碘、氯化鋅、氧化鋅、苯扎氯銨、西吡氯銨、山梨酸、苯甲酸或它們的組合。
[0012]在另一實(shí)施例中，第一多個(gè)無機(jī)顆粒和第二多個(gè)無機(jī)顆粒均獨(dú)立地通過#5號(hào)篩不少于95%并且在#30號(hào)篩上保留不少于95%。在某些情況下，無機(jī)顆粒在#24號(hào)篩上通過不少于95%并且在#48號(hào)篩上保留不少于95%。在某些其他情況下，無機(jī)顆粒在#10號(hào)篩上通過不少于95%并且在#20號(hào)篩上保留不少于95%。在其他情況下，無機(jī)顆粒在1/2"(英寸)號(hào)篩上通過不少于95%，并且在#6號(hào)篩上保留不少于95%。
[0013]無機(jī)顆粒可以是任何合適的形狀，無機(jī)顆粒的形狀的非限制性示例包括小顆粒、粉末、薄片、棒狀、塊狀、立方體、球、柱狀和它們的組合。
[0014]在另一實(shí)施例中，水過濾裝置可以是便攜式的或是固定式的。固定式的水過濾裝置可以用于社區(qū)使用，或者這些裝置可被稱作社區(qū)裝置。當(dāng)設(shè)計(jì)成便攜式時(shí)，水過濾裝置可以具有從由15至36英寸之間的縱向長(zhǎng)度、25至200磅的總干重、直徑為10至24英寸的橫截面和它們的組合組成的組中選擇的尺寸。當(dāng)設(shè)計(jì)為固定式時(shí)，水過濾裝置可以具有從由30至110英寸之間的縱向長(zhǎng)度、120至8000磅的總干重、直徑為20至60英寸的橫截面和它們的組合組成的組中選擇的尺寸。
[0015]在另一實(shí)施例中，水過濾裝置還包括將水流擴(kuò)散到第一多個(gè)無機(jī)顆粒上的擴(kuò)散器。在某些情況下，過濾器可以相對(duì)于擴(kuò)散器接近地設(shè)置，使得水在通過擴(kuò)散器排出之前接觸過濾器。關(guān)于該點(diǎn)，可以將過濾器視為大的碎屑的過濾器或收集器。
[0016]在另一實(shí)施 例中，第一室具有第一水過濾體積,第二室具有第二水過濾體積,第二水過濾體積等于、小于或大于第一水過濾體積。
[0017]在另一實(shí)施例中，水過濾裝置包括具有入口和出口的室，入口和出口一起限定水處理空間，室包括:多個(gè)無機(jī)顆粒，選自于由多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土、硅藻土和它們的組合組成的組；以及過濾補(bǔ)充物，包括殺生物劑和/或有毒金屬吸附劑。在某些情況下，有毒金屬吸附劑選自于由鐵氧化物、錳氧化物、骨粉、鐵礦石、金屬填充物、帶正電和帶負(fù)電樹脂、小顆粒狀活性炭和它們的組合組成的組。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于提供家用水的方法。該方法包括:將原水通入根據(jù)這里所描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的水過濾裝置的步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1A-1H描繪了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的水過濾裝置的各種視圖；
[0020]圖2描繪了圖1A-1E的水過濾裝置的一個(gè)變型的剖視圖；
[0021]圖3描繪了圖1A-1E的水過濾裝置的另一變型的剖視圖；
[0022]圖4描繪了圖1A-1E的水過濾裝置的另一變型的剖視圖；
[0023]圖5描繪了圖1A-1E的水過濾裝置的另一變型的剖視圖；
[0024]圖6描繪了圖5的水過濾裝置的變型的剖視圖；
[0025]圖7描繪了圖1E的水過濾裝置的變型的剖視圖；
[0026]圖8A描繪了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例的水處理裝置的剖視圖；
[0027]圖8B描繪了圖8A的水處理裝置的變型的剖視圖；
[0028]圖9描繪了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例的水處理裝置的剖視圖；[0029]圖1OA和圖1OB描繪了示出多孔陶瓷顆粒捕集細(xì)菌的顯微圖像；以及
[0030]圖11描繪了提供飲用水和烹飪用水的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如所需要的，在此公開了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例。然而，將理解的是，所公開的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明來說僅僅是示例性的，本發(fā)明可以以各種和可替換的形式實(shí)施。因此，這里公開的具體的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)將不被理解成是限制性的，而僅僅作為權(quán)利要求的代表性基礎(chǔ)和/或用來教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以不同方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0032]此外，除了另外明確地指出，否則在描述較寬范圍的本發(fā)明的過程中，說明書和權(quán)利要求書中的全部數(shù)量將被理解成被詞語“大約”修飾。除非明確地陳述為相反，否則結(jié)合本發(fā)明進(jìn)行的適于給定目的或?qū)τ诮o定目的來說是優(yōu)選的一組材料或一類材料的描述意味著該組或該類中的任意兩個(gè)或更多個(gè)成員的混合物可以是等效適合或優(yōu)選的。
[0033]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了成本低廉且環(huán)境友好的水過濾裝置，該水過濾裝置尤其適合于家用水處理行業(yè)的“點(diǎn)使用(point of use)”應(yīng)用。正如下文將詳細(xì)介紹的，該水過濾裝置過濾和處理原水，為各個(gè)家庭，特別地為4至6 口人的家庭提供飲用水和烹飪用水。該水過濾裝置可以表現(xiàn)為便攜式的單獨(dú)的裝置，并可以放在需要消耗飲用水和烹飪用水的任何地方。此外，該水過濾裝置可設(shè)計(jì)和建造成獨(dú)立于諸如電能的外部能量支持而運(yùn)行。這樣，該水過濾裝置可以用到發(fā)展中世界的需要飲用水但能源有限的某些地區(qū)。
[0034]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語“原水”是指含各種類型的有機(jī)質(zhì)、沉淀物和/或?qū)е录膊〉牟≡w的水源。導(dǎo)致疾病的病原體的非限制性示例包括細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物和蠕蟲(寄生蠕蟲)。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如圖1A-1H所描繪的，水過濾裝置總體上以100示出。圖1A示出性地描繪了水過濾裝置100的透視圖。圖1B示出性地描繪了水過濾裝置100的剖視圖。圖1C示出性地描繪了水過濾裝置100的另一剖視圖。圖1D示出性地描繪了水過濾裝置100的頂部視圖。如將在本文別處詳細(xì)介紹的，水過濾裝置100可以是任何合適的形狀，并不限于圖1A-1D中描繪的圓柱形形狀。
[0036]圖1E描繪了圖1B的放大視圖以更清楚地示出各種結(jié)構(gòu)元件。如圖1E所描繪的，水過濾裝置100包括:第一室102，包括第一多個(gè)無機(jī)顆粒114 ;以及第二室104，與第一室102水連通。在另一實(shí)施例中，第二室104包括第二多個(gè)無機(jī)顆粒116。
[0037]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一室102可選擇地被稱為生物處理室或第一級(jí)；第二室104可選擇地被稱為滅菌處理室或第二級(jí)。
[0038]雖然圖1A 至IE中僅具體地描繪了一個(gè)第一室102和一個(gè)第二室104，但應(yīng)該指出，第一 /生物處理級(jí)可以可選擇地包括兩個(gè)或多于兩個(gè)的第一室102，并且第二 /滅菌級(jí)可以可選擇地包括兩個(gè)或多于兩個(gè)的第二室104。在使用時(shí)，多個(gè)第一室102和/或多個(gè)第二室104可以以彼此串聯(lián)的關(guān)系布置。例如，如圖7所描繪的，以100總體示出的水過濾裝置可以通過使圖1E的水過濾裝置具有在第二室104下游且與第二室104水連通的第三室740變化而得到。取決于眼前具體的水過濾項(xiàng)目，第一室、第二室和第三室之間的相對(duì)尺寸可以是任何合適的值。通常，根據(jù)圖7的三個(gè)室的構(gòu)造可以特別地適合于用附加的抗菌過濾和保護(hù)來處理原水。
[0039]第一室102和第二室104均可獨(dú)立地為任何合適的形狀。第一室102和第二室104的合適形狀的非限制性示例包括圓柱體、拉長(zhǎng)圓柱體、立方體、拉長(zhǎng)立方體、棱錐體、拉長(zhǎng)棱錐體、橢圓形和拉長(zhǎng)橢圓形。
[0040]在另一實(shí)施例中，如圖1E所描繪的，水過濾裝置100還包括具有第一入口 106a和第一出口 106b的第一排放管106，其中，水從第一室102經(jīng)由第一入口 106a通過第一出口106b傳輸?shù)降诙?04。在某些情況下，如圖1E所描繪的，第一出口 106b以第一距離“LI”位于第一入口 106a上方，使得第一室102內(nèi)的水在排出第一室102之前具有第一預(yù)定量的停留時(shí)間。在操作中，如圖1E所描繪的，只要上水面122維持在第一出口 106b的最低點(diǎn)106c處或維持在第一出口 106b的最低點(diǎn)106c以下，就不會(huì)有水從第一室102排出，從而確保水有期望的停留時(shí)間。
[0041]在另一實(shí)施例中，如圖1E所描繪的，水過濾裝置還包括具有第二入口 108a和第二出口 108b的第二排放管108，其中，水從第二室104經(jīng)由第二入口 108a傳輸，并經(jīng)由第二出口 108b排出第二室104。在某些情況下，如圖1E所描繪的，第二出口 108b以第二距離“L2”位于第二入口 108a上方，使得第二室104內(nèi)的水在排出第二室104之前具有第二預(yù)定量的停留時(shí)間。在操作中，如圖1E所描繪的，只要第二室內(nèi)的上水面124維持在第二出口 108b的最低點(diǎn)108c處或在第二出口 108b的最低點(diǎn)108c以下，就不會(huì)有水從第二室104排出，以確保水有期望的停留時(shí)間。
[0042]在某些情況下，第一排放管106和第二排放管108的至少一部分均獨(dú)立地具有0.125至0.75英寸、0.25至0.5英寸、0.25至0.375英寸或0.375至0.5英寸的內(nèi)剖面直
徑。
[0043]在某些情況下，通過調(diào)節(jié)原水的來流速率來選擇性地控制和/或調(diào)節(jié)第一預(yù)定停留時(shí)間。例如，可以將原水儲(chǔ)存在具有原水出口的原水貯存器中，該原水出口具有流速控制器。在該設(shè)計(jì)中，終端用戶可以調(diào)節(jié)流速控制器使期望體積的原水引入到第一室102中，從而對(duì)于期望體積的原水確保了所需的停留時(shí)間。
[0044]在該水過濾裝置用于“點(diǎn)使用”以及具有相對(duì)輕的重量以用于便攜式應(yīng)用的精神下，第一室102的內(nèi)處理體積“VI”和第二室104的內(nèi)處理體積“V2”可以獨(dú)立地為任何合適的值。在某些情況下，第一內(nèi)處理體積Vl通常代表第一多個(gè)無機(jī)顆粒114的裝載體積；第二內(nèi)處理體積V2通常代表第二多個(gè)無機(jī)顆粒116的裝載體積。第一處理體積“VI”和第二處理體積“V2”均獨(dú)立地為1500至4500立方英寸、2000至4000立方英寸、2500至3500立方英寸、1500至2000立方英寸、2000至2500立方英寸、2500至3000立方英寸、3000至3500立方英寸、3500至4000立方英寸或4000至4500立方英寸。
[0045]在該水過濾裝置用于“點(diǎn)使用”以及具有相對(duì)輕的重量以用于便攜式應(yīng)用的精神下，水過濾裝置100的高度“L”以及這里所描述的“LI”和“L2”可以具有任何合適的值。在某些情況下，裝置高度“L”是17至36英寸、18至32英寸、19至28英寸、20至24英寸或21至23英寸。第一排放管高度“LI”為10至30英寸、11至27英寸、12至24英寸、13至21英寸或14至18英寸。第二排放管高度“L2”為8至27英寸、9至23英寸、10至19英寸、11至16英寸或12至14英寸。
[0046]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一多個(gè)無機(jī)顆粒114和第二多個(gè)無機(jī)顆粒116均可獨(dú)立地包括一種或多種類型的多孔顆粒，諸如多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土(Fuller’s earth)、娃藻土(diatomatiousearthzeolite)或它們的組合。在某些情況下，第一多個(gè)無機(jī)顆粒114和第二多個(gè)無機(jī)顆粒116均獨(dú)立地包括多孔陶瓷顆粒。
[0047]合適的多孔顆粒包括商業(yè)可購得的多孔顆粒，如伊利諾伊州布法羅格羅夫市的Profile Products 有限責(zé)任公司(Profile Products, LLC of Buffalo Grove, IL)的Profile Porous Ceramic顆粒。這些多孔陶瓷顆粒是粘土類蒙脫石顆粒,從密蘇里州(MS)的藍(lán)山(Blue Mountain)選擇性地開采，并煅燒到諸如1000°C的高溫而制成多孔陶瓷顆粒。在某些情況下，多孔陶瓷顆粒在#5號(hào)篩上通過不少于95%，并且在#30號(hào)篩上保留不少于95%。這些顆粒選擇性地稱作“5x30”顆粒。在某些其他情況下，多孔陶瓷顆粒在#24號(hào)篩上通過不少于95%，并且在#48號(hào)篩上保留不少于95%。這些顆粒選擇性地稱作“24x48”顆粒。在其他情況下，多孔陶瓷顆粒在#10號(hào)篩上通過不少于95%，并且在#20號(hào)篩上保留不少于95%。這些顆粒選擇性地稱作“10x20”顆粒。在其他情況下，多孔陶瓷顆粒在1/2"號(hào)篩上通過不少于95%，并且在#6號(hào)篩上保留不少于95%。這些顆粒選擇性地稱作“1/2" x6”顆粒。
[0048]5x30、10x20、24x48和1/2" x6多孔陶瓷顆粒的非限制性示例分別包括可從伊利諾伊州布法羅格羅夫市的Profile Products有限責(zé)任公司購得的商品名為“MVP”、“Fieldand Fairway”、“Greens Grade”和“Orchid Mix”的多孔陶瓷顆粒。下面的表1A和表1B中列出了這些顆粒的非限制性的顆粒分布值。
[0049]表 IA
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種水過濾裝置，所述水過濾裝置包括具有入口和出口的室，入口和出口一起限定水處理空間，所述室包括設(shè)置在水處理空間內(nèi)的殺生物劑和多個(gè)無機(jī)顆粒，多個(gè)無機(jī)顆粒選自于由多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土、硅藻土和它們的組合組成的組。
2.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，其中，多個(gè)無機(jī)顆粒包括多孔陶瓷顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，其中，所述室還包括砂子。
4.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，其中，殺生物劑包括鋅、銀和銅中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，所述水過濾裝置具有從由15至36英寸的高度、25到200磅的總干重、直徑為10到24英寸的橫截面和它們的組合組成的組中選擇的尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，所述水過濾裝置具有從由30至110英寸的高度、120到8000磅的總干重、直徑為20到60英寸的橫截面和它們的組合組成的組中選擇的尺寸。
7.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，所述水過濾裝置還包括過濾器，使得水在排放到多個(gè)無機(jī)顆粒之前接觸過濾器。
8.如權(quán)利要求1所述的水過濾裝置，所述水過濾裝置還包括可拆卸的儲(chǔ)存單元，所述可拆卸的儲(chǔ)存單元被設(shè)置成容納來所述室的處理過的水。
9.一種水過濾包，所述水過濾包包括水過濾組合物，水過濾組合物包括: 多個(gè)無機(jī)顆粒，選自于由多孔陶瓷顆粒、蒙脫石粘土、珍珠巖、蛭石、沸石、漂白土、硅藻土和它們的組合組成的組；和 過濾補(bǔ)充物，包括殺生物劑和/或有毒金屬吸附劑。
10.如權(quán)利要求9所述的水過濾包，其中，過濾補(bǔ)充物包括設(shè)置在可拆卸的袋中的有毒金屬吸附劑。
11.如權(quán)利要求9所述的水過濾包，還包括將水過濾組合物裝入以形成所述水過濾包的容器。
12.如權(quán)利要求9所述的水過濾包，其中，無機(jī)顆粒包括多孔陶瓷顆粒。
13.如權(quán)利要求9所述的水過濾包，其中，水過濾組合物還包括砂子。
14.如權(quán)利要求9所述的水過濾包，其中，殺生物劑包括銀、銅和鋅中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】C02F1/00GK103991915SQ201410193444
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2010年9月3日
【發(fā)明者】凱文·S·斯比特, 弗雷德里克·R·西格爾, 邁克爾·羅伯遜, 杰西·克拉克, 小約翰·A·肖赫, 加里·雷恩·保爾斯 申請(qǐng)人:專業(yè)凈化有限公司