申请日2010.01.12
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F9/04
摘要
一种便携式水处理系统包括至少一个处理水的子系统，所述子系统包括絮凝系统(1504)、生物沙过滤器系统(1510)和加氯脱氯系统(1514)。水处理系统可包括用于处理水的多个子系统，其彼此之间供输。沙过滤器系统可包括迷你生物沙过滤器、泡沫材料过滤器或压制块过滤器。絮凝系统可包括促使沉积的颗粒朝向集水区的箱底和去除所沉积颗粒的戽斗。在所述水处理系统中可包括手动泵或虹吸管。
翻译权利要求书
1.一种用于处理水的重力供水处理系统，包括：
絮凝系统，所述絮凝系统包括用于接收水的絮凝系统入口和用于配送经絮凝剂处理的水的絮凝系统出口，所述絮凝系统包括絮凝箱，所述絮凝箱与絮凝剂一起使用以便促使所述絮凝箱中的水中悬浮的颗粒凝结和沉淀;
泡沫材料过滤器系统，所述泡沫材料过滤器系统具有用于接收水的泡沫材料过滤器系统入口和用于配送经泡沫材料过滤的水的泡沫材料过滤器系统出口，所述泡沫材料过滤器系统包括泡沫材料过滤器元件，所述泡沫材料过滤器元件具有位于所述泡沫材料过滤器元件上或内的生物层，用于将微生物和颗粒从水中过滤出来，所述泡沫材料过滤器系统具有限制孔，用于限制通过所述泡沫材料过滤器元件的水的流速和面速度;
加氯系统，所述加氯系统包括用于接收水的加氯器入口、与氯源一起使用以对水进行消毒的加氯室以及用于配送加氯的水的加氯器出口;
碳过滤器系统，所述碳过滤器系统具有用于接收加氯的水的碳过滤器系统入口和用于配送经碳过滤的水的碳过滤器系统出口，所述碳过滤器系统具有活性碳过滤器，用于从加氯的水去除氯;和
重力供水处理系统出口，用于配送已经经过所述絮凝系统、所述泡沫材料过滤器系统、所述加氯系统和所述碳过滤器系统的已处理的水。
2.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述泡沫材料过滤器系统包括另外的泡沫材料过滤器元件和另外的限制孔，所述另外的限制孔用于限制通过所述另外的泡沫材料过滤器元件的水的流速和面速度。
3.如权利要求2所述的重力供水处理系统，其中，所述泡沫材料过滤器元件和所述另外的泡沫材料过滤器元件是径向流动过滤器。
4.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述泡沫材料过滤器系统包括位于所述泡沫材料过滤器元件与所述泡沫材料过滤器入口之间的沙层。
5.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述泡沫材料过滤器系统包括覆盖所述泡沫材料过滤器元件的预过滤器介质。
6.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述泡沫材料过滤器元件具有约每英寸100孔的孔隙度。
7.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述加氯系统氧化所述水中的砷。
8.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述加氯系统将所述水中的砷从+3价氧化到+5价。
9.如权利要求8所述的重力供水处理系统，其中，+5价的砷比+3价的砷被所述活性碳压制块过滤器更有效地去除。
10.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述加氯室是透明的，允许用户在不访问所述加氯器设备的情况下看到还剩多少所述氯源。
11.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述加氯系统可释放地安装在所述泡沫材料过滤器系统出口附近。
12.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述碳过滤器系统包括与所述活性碳过滤器并联的另外的活性碳过滤器。
13.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述活性碳为约80%到90%重量的过滤器介质与10%到20%重量的聚合物粘合剂。
14.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述絮凝剂系统出口安装在所述箱的壁中，位于高于絮凝的沉淀期间所累积的沉积物的预期深度的高度。
15.如权利要求1所述的重力供水处理系统，包括用于储存已处理的水的安全水储存容器。
16.如权利要求1所述的重力供水处理系统，包括手动泵，所述手动泵安装在所述重力供水处理系统出口上，以提高通过所述重力供水处理系统出口汲取的水的流速。
17.如权利要求1所述的重力供水处理系统，其中，所述絮凝剂包括明矾和聚氯化铝中的一种或多种。
18.一种使用重力供水处理系统处理水的方法，所述方法包括如下步骤：
提供未处理的水;
用于絮凝剂处理所述未处理的水，以促进水中悬浮的颗粒凝结和沉淀;
通过使水经过泡沫材料过滤器元件和位于所述泡沫材料过滤器元件上或内的生物层而将微生物和颗粒从水中过滤出来;
使用限制孔来控制水的流速和面速度，所述限制孔限制经过所述泡沫材料过滤器元件的水流;
使用加氯系统对水进行加氯;
使用活性碳过滤器对水进行过滤，所述活性碳过滤器包括过滤器介质和聚合物粘合剂;以及
配送已经被絮凝剂处理的、经过所述泡沫材料过滤器元件上或内的生物层的、被加氯的且经过所述活性碳过滤器的水。
19.如权利要求18所述的方法，包括将已处理的水储存在安全水储存容器中。
20.如权利要求18所述的方法，包括使用位于所述重力供水处理系统的出口上的泵来配送水。
21.如权利要求18所述的方法，包括使用位于所述入口和所述泡沫材料过滤器元件之间的滤水器来滤水，以将大颗粒从水中过滤出来。
22.如权利要求18所述的方法，其中，所述过滤微生物和颗粒的步骤包括使水经过位于所述泡沫材料过滤器元件之前的沙层，其中，使水经过所述沙层而将颗粒和微生物截获在其内。
23.如权利要求18所述的方法，其中，所述过滤微生物和颗粒的步骤包括使水经过覆盖所述泡沫材料过滤器元件的表面的预过滤器介质。
24.如权利要求18所述的方法，其中，所述絮凝剂包括明矾和聚氯化铝中的一种或多种。
说明书
重力供水处理系统
本申请是2011年9月13日提交的、名称为“重力供水处理系统”、申请号为201080011622.4的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及水处理系统，具体地，本公开涉及重力供水处理系统。
背景技术
随着世界人口的增长，对水的需求也在增长。实际上，在世界上一些本地人口以大大高出平均水准的增长率增长的地方，安全饮用水的供应低于平均水准。这些情况有些归因于地理方面的干旱气候或只是缺少适合饮用的地表淡水。另外，许多水源由于地下含水层的下降而枯竭，导致为了找到水而将新井挖到更深的深度。在许多情况下，高成本阻止了这些作业。此外，在水非常稀少的许多区域，因人们的低收入水平及无法获得市政处理过的水的事实，人们不能买水饮用。这种情况的例子可包括例如不发达国家的农村、自然灾害的急救站，或露营。
现代可获得的市政水处理系统配备为处理及配送水供人消费。在许多情况下，此处理包括凝结、絮凝及颗粒物的沉积。还可引入额外的水过滤，以及用氯处理。由于市政系统的性质，所处理的水不可以马上消费，并且氯留在水中直至其被分发。
当在市政系统(如果有的话)以外的家庭中处理水时，此系统通常被称为使用端(point-of-use，POU)系统。这些家庭POU系统使用多个过程处理水，例如：粗筛、反向渗透、碳吸附、去离子、软化、煮沸、蒸馏及UV辐射。许多POU系统要用于能够可靠地以相对高的压力(>20psi)供水的家庭。另外，这些家庭通常能够使用电力或其他能源操作泵以压水及运转在一些POU系统中通常可见的电设备。这些系统的大部分需要在入口处提供适于饮用的水。
所以，就需要一种给那些缺少市政饮用水及可能得不到电力或其他能源者的家庭POU系统。没有市政用水系统的寻水者可能携带容器去水源，例如井、河流，或湖泊，并直接获取水。这种水被装在容器内或一个大器皿中供以后使用。如果可以的话，处理通常限于简单的倾倒粗筛或沙滤。通常用在住所或小村庄的生物沙过滤器往往大而沉重。有些装有多达100磅的沙子及砾石。这些生物沙过滤器在截获微生物及颗粒方面有些微效果，它们通常制出看上去更清澈，相对来说没有致病微生物的水。但是，这些系统往往充当层析柱的作用，这意味着随着水在柱中向下移动，颗粒被以不同速率截获。结果是细的颗粒(本应沉降在沙中的)最终逸出到流出的水中。
在某些情况下，用户允许水静置一段时间，以允许水中的颗粒沉积到容器底部——沉淀作用。在其他情况下，向水中加入化学品以提高此过程的速度。这些化学品被称为絮凝剂，例如明矾或聚氯化铝。然而，即使是经此处理后，水仍需消毒、杀菌。煮沸可能是破坏细菌及微生物最简单的处理，但需要能源。另一种选择是生物沙过滤单元。图2中示出典型的生物沙过滤单元(200)，图1中示出说明生物沙过滤单元的流程图。这些比将水煮沸的效果差，所得的水仍可能包含有害微生物。可例如采用图3中所示的系统向水中加入氯。但是，氯加到水中的不熟悉的味道，再加上达到有效处理所需的单位体积，导致许多用户由于糟糕的味道而不继续使用氯处理的水。所以，这些用户经常返回使用未处理的水，其造成长久的疾病与健康不良的循环。
在题为“FourLayerSystem”的出版物中，DavidH.Manz博士描述了考虑到水穿透过滤器暴露面的最大建议面速度的情况下，生物沙过滤器的有效性。他建议每小时600升或每平方米暴露的过滤器表面积的流量作为每过滤器表面积的最大面流速。这转换(通过单位换算)为每分钟1cm的面速度。
Vmax=最大建议面速度
Vmax=600l/hr/m^2=10l/min/m^2
=10,000cm^3/min/10,000cm^2=1cm/min
此外，Manz极其详细地描述了他的生物沙过滤器的不同深度的层怎样被调整深度及颗粒尺寸组成以控制暴露沙层顶部处的面速度。实际上，更深层中的大量沙砾的主要原因之一是为了建立并控制背压使得穿过沙床的面速度保持在建议范围内。在Manz过滤器设计(又名HydrAid生物沙水过滤器)中，沙的暴露面是圆形的，直径约12英寸(30.5cm)。使用Manz建议的情况下，可计算出穿过系统的最大建议流速。
暴露的沙面积(A)=Pi*r*r(Pi=3.14r=半径)
A=3.14*15.25*15.25=730.25cm^2
Fmax=最大建议流速
Fmax=A*Vmax
Fmax=730.25cm^2*1cm/min=730.25cm^3/min=730.25ml/min
从所述计算中可见流速相当慢，当为做饭或饮用而汲水时，对于习惯了更快流速的用户而言可能是不可接受的。而且，Manz所描述的系统需要大量沙砾以实现所需的流速。
于是，所需要的是一种易于使用、不须电力或其他能源、能够与现有水处理系统连合使用或单独使用且易于维护的水处理系统。还希望此系统可在多种应用中使用，例如处理家庭用水、救灾及户外活动。还可能希望水处理系统更小及更便携。另外，增加穿过系统的流速可提高易用性且提供其他益处。
发明内容
在本公开的一个实施例中，公开了一种水处理系统，所述水处理系统具有絮凝(有时被称作“凝结”或“凝聚”)箱和位于箱底部上方的出口。该出口可为龙头或其它用户可操作的阀。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入箱内。经过一段时间并且足够百分比的颗粒不再悬浮于水中之后，水被从箱经过位于颗粒高度以上的龙头移出，如图4所示。
在本公开的另一实施例中，公开了具有加氯/脱氯系统的水处理系统。水被倒入入口漏斗内，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。除了氯以外，也可使用能对水进行消毒的其它材料，例如其它卤素，包括但不限于溴和碘。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合。水处理系统可包括碳过滤器以从已消毒水中去除氯。水处理系统包括出口，例如龙头，已消毒水由此通过龙头排出箱外，如图6和7所示。
在本公开的第三实施例中，公开了具有絮凝和加氯/脱氯系统的水处理系统。加氯/脱氯系统可包括用于将氯加入水中的加氯箱以及用于从水中去除氯的过滤器，例如碳过滤器。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入絮凝箱内。经过一段时间并且颗粒不再悬浮于水中之后，水经过出口(例如龙头)排出絮凝箱，并导入加氯箱入口漏斗，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合，并经过碳过滤器以去除足够量的氯。已除氯的水可通过出口(例如龙头)离开水箱，如图14所示。
在本公开的另一实施例中，公开了具有絮凝、生物沙过滤器和加氯/脱氯系统的水处理系统。使用时，未处理的水和絮凝剂一起倒入絮凝箱内。经过一段时间并且颗粒不再悬浮于水中之后，水被导入生物沙过滤器箱，在这里颗粒在水经过各沙层时被截获在各沙层中。当离开生物沙过滤器箱时，水进入加氯箱入口漏斗，在这里水暴露于氯，例如可溶解的片，并进入加氯箱。当水在箱中溶解有氯时，它被消毒。水可经过扩散器以帮助确保氯溶液均匀混合，并经过碳过滤器以去除氯，并例如通过龙头离开水箱，如图15所示。在该实施例中，生物沙过滤器可为任何市面上已有的生物沙过滤系统。
在本公开的另一实施例中，水处理系统包括改进的过滤器。改进的过滤器提供通过系统所需的流速。所述水处理系统的实施例比包括传统过滤器的水处理系统更小更便携。在一个实施例中，过滤器是沙床过滤器，包括设在桶底中的孔上方但在沙床下方的非织物过滤器介质。在另一实施例中，过滤器是压制块过滤器，所述压制块过滤器由例如沙或活性碳这样的过滤器介质与聚合物粘合剂构成。在某些实施例中，改进的过滤器可用在POU重力供水处理系统中，其在处理之前通过絮凝和凝结步骤从水中去除污染物。它也可单独使用或与后处理联合使用，以加氯及任选地脱氯已处理的水。
在本公开的另一实施例中，水处理系统包括虹吸管以确保将适当剂量的絮凝化学剂加入水中。为用户规定预定量的絮凝化学剂添加到水中。如果水高度不正确，则会导致不适当的絮凝化学剂剂量。虹吸管确保除非并直到水高度到达预定的阈值，否则水不开始流动。如果用户不加入足够的水，则絮凝剂量不正确，并且水将不会流动。
在本公开的另一实施例中，水处理系统包括附接到桶外部而不是附接到桶盖的加氯器设备。用户可在不另外扰动水处理系统或必须接触系统中的水的情况下访问(access)加氯器设备。加氯器设备的一些部分可被看穿，以允许用户在不打开或访问加氯器设备的情况下看到还剩多少氯片。
在本公开的另一实施例中，水处理系统包括手动泵，其协助允许系统在没有电力或加压水源的情况下操作。在离开系统以供使用之前，水流经过滤器，该过滤器从水中去除污染物。泵在过滤器的出水侧上生成相对于入水侧的负压，这允许用户以比通过过滤器的重力流高得多的流速汲水。泵的一个好处是它使得能够使用需要更高流速和/或压力的过滤器。
在本公开的又一实施例中，水处理系统包括絮凝剂漏斗和戽斗(ladle)。絮凝化学剂可加入系统并用戽斗搅动。当正在进行絮凝时，戽斗可被存储于箱内并收集颗粒。当絮凝完成时，可致动出口阀以从戽斗的沉淀物上方汲水。水可被汲入另一水处理系统。
