水净化和消毒的设备和方法

专利名称：水净化和消毒的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种净化和消毒水的设备和方法。更具体而言本发明涉及 一种设备，该设备生产饮用水但不使用常规能源例如电来将水泵送通过过 滤和消毒介质。本发明还包括使用该设备的方法。
背景技术：
在电力供应短缺或非常昂贵或没有电力的地方，由于临时性电力中断 或地区不存在电力供应(例如边远地区)，足量生产饮用水可能会受到限 制。水源的净化和消毒通常需要电力来推动水通过合适的过滤机构。在严 重的灾难发生的情况下，例如自然灾害，电力供应通常会受到影响，并且 天然或当地的水供应可能会受到污染以至于难以获得新鲜的饮用水。类似 导致饮用水短缺的条件通常妨碍了从这些突发事件中恢复，并且可能会由 于使用供被污染的水供给导致疾病蔓延。
现今，对断电和灾难的应对只是使用很小的单个容器例如瓶子来将纯 净水运送到受到影响的地区。这种运送代价非常高并且非常局限，因为通 常偏远地区不能快速及时地送到足够的瓶装水。而且，因为瓶装水的实际 重量和远距离运送大量水的后勤(logistics),充分供给常常延迟直到 疾病和传染已经发生。此外，将一些产品运送到灾难已经发生和/或仍在 发生的地方本身就存在危险。
需要提供一种能够用于净化水的廉价设备，该设备能够在饮用水短缺 的地方存在。此外，需要具有一种净化水的设备和方法，所述设备易于使 用、轻质并且便于携带，并且操作时不需要地方性电力供应。
发明简介
根据本发明，提供一种水净化和消毒设备，该设备具有用于各种属性 过滤装置的支撑装置、包括但不限于一种或多种颗粒去除和消毒介质、反 渗透膜材料、微生物去除介质等。所述设备进一步包括用于将水从水源泵 送通过各种介质的装置(优选可手工操作)，使得水被脱盐、净化和消毒
以适合饮用。本领域技术人员将理解，尽管需要最终饮用水，但是在不背 离本发明新颖性范围的情况下，可以仅使用描述的 一些过滤介质就能得到 用于除了人类消费之外的目的的各种程度的水净化。通过使用具有规定数 量过滤介质的本发明的设备，用于冲洗或农用的水可以被净化到低于饮用 水的标准，成本低于人类消费的水的生产。
在第一优选实施方案中，提供一种本发明的设备，该设备具有罐，所 述罐具有液体储存体积和加压体积，该加压体积在一个空气不可渗透的嚢 状物中形成。所述罐还具有至少一个入水口和至少一个出水口。所述设备 包括加压空气不可渗透嚢状物的装置，优选通过人工操作加压，例如通过 脚踏泵，或其它非机动装置，包括但不限于那些如动物提供动力的装置和 /或其它机械或重力装置，使得在加压下，罐中的水通过至少一个出水口 从罐中引出。该设备包括与至少一个出水口相连的以水净化装置和水消毒 装置形式存在的水处理介质。在一个实施方案中，净化和消毒装置以串联 形式设置，使得水首选通过净化和/或消毒装置的一种然后通过另一种。 由水的初始质量和盐度而定，可以使用不同数量的处理介质元件。
在本实施方案中，处理过的水随后被放置到水储存和分配装置中，例 如水冷却器或其它合适的储存器。储存和分配装置接受来自净化和消毒介
质中的水并且储存直到水被需要。
在本发明的 一个优选实施方案中，与低压泵例如脚踏泵或自行车式泵 等结合的空气嚢状物用来产生足够的压力以促使水通过处理介质。通过使 用产生压力的泵和空气嚢状物，水被迫通过处理介质而不使用电力。这种 系统基本上可以在任何地方使用。
在本发明的另 一实施方案中，水净化和消毒设备被制备成重力进料布 置，使得水从上部储存罐中向下流过过滤、消毒和净化介质，流入储存和 分配装置中。
在另一实施方案中，采用小型泵将水抽送通过净化和消毒装置。 在以下描述和权利要求中对本发明做了更详细的说明，并且在附图中 进行了举例说明。


在形成本公开一部分的附图中 图1是本发明设备的示意图。
图1A是在本发明设备的一个实施方案中使用的具有嚢状物的压力罐
示意图。
图2是图l设备的脚踏泵和压力罐的示意图。
图3是本发明设备另一实施方案的示意图。
图4是本发明一个实施方案实施的水净化步骤的示意图。
图5是本发明设备的重力自流进料的示意图。
示例性实施方案的详细描述
尽管本发明具有各种形式的实施方案，但是在附图中显示了一些目前 优选的实施方案，这些实施方案将在下文更详细论述。应当理解，本公开 应当被认为是本发明的示例，并且目的不是用来将本发明限定在示例的具 体实施方案中。还应当理解，本申请的这部分内容的标题"示例性实施方 案的详细描述"涉及到美国专利局的要求，不应当^皮认为是在此公开的主 题。
参考附图，图1显示了本发明设备的示意图。可以看出图l的实施方 案的水处理系统10包括可以加压的罐12。罐12在图2中更清晰的显示 出，其包括能够储存液体的固体结构。罐12进一步包括嚢状物14和水储 存体积16,在图1A中可以更详细地看出。在优选实施方案中，嚢状物14 由丁基橡胶材料制备，这种材料赋予嚢状物特殊的弹性，当在本发明中使 用时提供了适量的压力。然而在不背离本发明新颖性范围的情况下，嚢状 物14可以使用任何合适的向系统提供需要压力的材料制备。
罐12的其它部件包括具有填充颈状物20的填充端口 18,原料水例如 含盐水、被微生物污染的水等可以通过该端口放入罐12内。填充端口 18 包括盖22,该盖具有压封22a,优选posi-lock型的密封。
压封22a允许罐12以以下描述的方式加压，以使得水流过过滤介质。 有利地，包括压力计24以使得使用者在净化操作中施加最佳压力。罐12 包括出水管26,该出水管具有临近管26近端26a的微粒滤网28。在管26 的通路上包括止回阀30,使得离开罐12的水不会返回罐12。在该段中描 述的罐12的其它部件以示例性的目的示出，并且本领域的技术人员应当 理解，在不背离本发明新颖性范围的情况下，可以对那些部分作出各种改 变、修正和/或替代。
系统10进一步包括压缩罐12中的气体(优选空气)的装置32。在一 种实施方案中，加压装置是脚踏泵34,然而，在不背离本发明新颖性范围 的情况下，任何加压罐12的装置，包括各种人力、风力、水或电池动力
泵都能够代替使用。然而要求这种加压装置提供的压力足以压迫水通过水 处理介质。在本实施例中，为了迫使罐中的水流过选择的过滤和净化介质，脚踏泵34与嚢状物结合产生至少约150psi(或大约10. 55kgs/sq. cm) 的压力，其中过滤和净化介质将在以下描述。应当理解操作系统需要的压 力将根据多种因素而改变，这对本领域技术人员来说是公知的。执行在此 描述的水净化通常需要的压力为20psi - 200psi。如图1A所示，在本发明具有嚢状物的压力罐的例子中，罐16具有80.5 升的体积，与具有IOO升膨胀体积的嚢状物一起使用。这种设备的水的充 满体积是60升，每次使用具有大约40升的平均RO (反渗透)排出流；每 次使用具有过滤20升水的能力。这种罐可以被制备成具有61cm的高和 41cm的直径。本领域技术人员应当理解，在不背离本发明新颖性范围的情 况下，可以根据需要或要求的参数对这种罐作出多种改进。再次参考图1,可以看出本发明的该实施方案包括三级处理单元36。 三级处理单元36包括总管38,处理介质40可以连接到总管38内。介质 可以通过本领域公知的螺旋型、卡销或其它类型的固定装置与总管38连 接。本实施方案的总管包括用于每个被选择的处理介质的开口 ，并且具有 将水导入介质的装置使得水可以非常有效地通过介质并被介质处理。而 且，本发明的总管38被设计成能够使得水通过每个以串联方式连接在一 起的介质，即水在通过下一个处理介质之前首先通过前一处理介质，直到 达到需要的净化和清洁。简要参考图3,显示了具有总管138的四级处理 单元136,总管138包括连接四种处理介质的装置。处理介质136可以具 有与处理单元36相似的结构，外加一个或多个过滤级(其可以是不同类 型或可以是另一在先使用的复制)。为了便于理解，单元138的类似部件 将与图2中的单元38的部件标记完全相同。本领域技术人员应当理解， 在不背离本发明新颖性范围的情况下，采用相同的方式，可以使用任何其 它数量的过滤级。在本实施方案中，三级包括第一颗粒去除消毒介质42、反渗透(R/0) 薄壁膜介质44和椰子(coconut )壳碳消毒介质46。本领域技术人员应当 理解，过滤和消毒介质40的类型和数量将建立在一皮处理水的初始条件上。 例如不同程度的盐度(含盐量)、化学品、重金属和其它污染物能够有助 于确定R/0膜的类型和在处理过程中其被替换和更新的频率。而且，没有
初始气味或味道的水需要的处理少于恶臭和坏味道的水。图1中显示的三级处理46被设计用来澄清水并且除去坏味道和难闻气味气味，使得水完 全适合消费者。应当理解描述的过滤、净化和其它处理介质类型可以来自过剩原料和 制造商，4艮多制造商提供适合连接到例如描述的总管38上的形式的这些 介质。还应当理解，也可以应用4且介质并且这种介质可以一皮;改置到合适的 容器中以再装载、净化和/或制备合适过滤介质。关于颗粒和消毒介质，推荐使用在US6921739B2中公开的一种或多种 抗微生物和氧化共聚物介质。在此通过参考结合这篇专利的全文。这种介 质提供了抗微生物消毒而不用使用氯。然而应当理解，在不背离本发明新 颖性范围的情况下，可以使用其它颗粒和消毒介质。系统IO还包括通过排水管48将来自系统的废水排出的装置。来自处 理总管38中的处理水通过管50进入储存和分配装置52,例如水冷却器 54。在本发明中，冷却器54包括最终过滤级，例如椰子壳碳/消毒介质56 的另一过程。介质56的位置允许净化的最终阶一度正好发生在水通过水龙 头58从冷却器54放出的时间。在不背离本发明新颖性范围的情况下，可 以根据需要省去该最终过滤阶段。 ，参考图4,示意性地显示了本发明水处理进展的另一实施方案。原水 150被放置到原水储存罐152中。该气压罐的目的是收集和储存大量的水。 碎屑筛网154被放置在罐的底部用以分离悬浮的固体。在本实施方案以及 其它在本发明新颖性范围内可以预想的其它实施方案中，使用一种包括小 型泵的使水运转的装置。在本实施方案中，将1/4-3/4马力的泵156连 接到安装在原水罐150底部上的装有阀的管158上。具有压力操作开关162 的压力罐160被安装到泵组件156上。当推动水通过各种介质过滤器162 时压力维持在20 - 40psi。具体而言过滤器162可以含有任何一种或全部 以下介质的组合颗粒预过滤器164; —个或多个消毒罐166a和166b; 和过滤器后的碳介质168。在本实施方案中，在罐和过滤介质之间使用阀170和压力表172。在 一个实施方案中使用球阀，然而，本领域技术人员应当理解，在不背离本 发明新颖性范围的情况下，可以使用其它类型的阀和压力测量装置(或在 一些实施方案中省去)。来自该系统中的净化水随后被直接泵送分配到专门的储存罐(未示出)。应当理解本发明的处理介质，如下所述，可以与重力进料系统结合使 用，其中水泵送或收集到更高的水平面上，并且允许通过水管例如管或导管26滴入系统，如此通过水的下降作用就能得到与用泵得到的相同的压 力。以下将描述这种系统。参考图5,显示了本发明的重力进料形式的装置180的示意图。在该 实施方案中，使用5个5加仑容量的桶182,这些桶优选由塑胶制备并且 从顶部向底部逐渐缩小。每个桶182具有其上含有小孔(未示出)的底部。 在该实施方案中，在小孔的上部设置一层滤板184 (优选由织物制备)。 可以在滤板184的顶部上设置清洁沙子或小石子(l"厚度)，以帮助固定 滤板。在一种实施方案中，第一和第四桶182,桶182a和182d采用这种 方式构造，而第二、第三和第五桶182b、 182c和182e则具有在制成的桶 上部添加的过滤介质186,其中桶具有小孔、滤板和次过滤介质。在一个 实施方案中，分别在第二和第三桶，即182b和182c中放置1/2立方尺的 ATSDM2006介质。第四桶182具有1/2立方尺的椰子壳碳介质188。在该实施方案中，该系列中的最后的桶182e在其底部并不具有小孔。 而是离底部边缘的1VV'至2"之间安装一个或两个水龙头190。桶组件181 放置在平台192之上，以具有空间使得水收集容器能够容易地设置每个龙 头190。桶182为一个"镶嵌"到另一个之上。锥形的桶状使得容易安装 和移去。桶可以使用胶带临时密封在一起，例如使用管胶带或其它装置， 以消除〗壬何缝隙或间隔。顶部桶18^允许水被添加到TSMD2006系统181中。每个从系统中取 净化水的人必须首先将原水添加到顶部的原水蓄水池。在将原水添加到顶 部后，个人可以从底部桶182e上的一个或两个水龙头190获取净化水。 在不背离本发明新颖性范围的情况下，大的底部收集容器可以取代图5中 显示的桶。应当理解在不背离本发明新颖性范围的情况下，可以使用各种 重力进料系统，包括放置在与图1和3中图示相似的过滤系统之上的储水 罐，使得通过下降的水产生的能量使水通过介质。尽管已经显示和描述了本发明的示例性实施方案，但是应当理解在不 背离本发明新颖性精神和范围的情况下，本领域技术人员可以作出各种改 进和替换。
权利要求
1、一种液体净化和消毒设备，包括至少一个入水口和至少一个出水口；提供压力的装置，使得在压力的作用下，液体被从至少一个入口推动到至少一个出口；第一液体净化装置和第一液体消毒装置，各自可操作地与至少一个出口相连，和液体储存和分配装置，用于接收和储存来自第一液体净化装置和第一液体消毒装置之一或两者的液体，直到液体被分配。
2、 权利要求1的液体净化和消毒设备，其中液体是水。
3、 权利要求1的液体净化和消毒设备，包括具有液体储存体积和加 压体积的罐，其中应用来自加压体积的压力驱动液体。
4、 权利要求3的液体净化和消毒设备，其中在嚢状物中形成加压体积。
5、 权利要求4的液体净化和消毒设备，其中嚢状物由丁基合成橡胶制备。
6、 权利要求1的液体净化和消毒设备，其中净化装置是反渗透膜。
7、 权利要求1的液体净化和消毒设备，其中消毒装置是颗粒消毒质。
8 、 权利要求4的液体净化和消毒设备 压泵，以在嚢状物中提供加压体积。
9 、 权利要求8的液体净化和消毒设备踏泵。
10、 权利要求1的液体净化和消毒设备 置二者。
11、 水净化和消毒设备，包括罐，具有液体储存体积和加压体积，其中在一个空气不可渗透的嚢状 物中形成加压体积；所述罐还包括至少一个入水口和至少一个出水口 ；对空气不可渗透嚢状物进行加压的装置，使得在加压下，罐中的水通 过至少一个出水口从罐中引出；介其中提供压力的装置包括低 其中提供压力的装置包括脚 其中液体通过净化和消毒装与至少一个出水口相连的第一水净化装置； 与至少一个出水口相连的笫一水消毒装置；和 水储存和分配装置，用来接收来自第 一净化和第 一消毒装置的水并储 存水，直到水被分配。
12、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中净化装置是反渗透膜。
13、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中消毒装置是颗粒消毒介质。
14、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中提供压力的装置包括低压 泵，以在嚢状物提供加压体积。
15、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中液体流过净化和消毒装置。
16、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中水净化装置包括一个或多 个净化过滤装置。
17、 权利要求11的水净化和消毒设备，其中水消毒装置包括一个或多 个消毒过滤装置。
18、 一种提供被净化和消毒的水的方法，包括步骤 提供具有液体储存体积和加压体积的罐，其中加压体积在空气不可渗透嚢状物中形成；向所述罐提供至少一个入水口和至少一个出水口 ； 将水加入到所述罐中；对空气不可渗透嚢状物加压，使得罐中的水通过至少一个出水口从罐 中压出；将水通过与至少 一个出水口相连的至少 一个第 一水净化装置以净化水；将水通过与至少一个出水口相连的至少一个第一水消毒装置以对水进 行消毒；提供储存和分配装置，用于接收来自至少一个第一净化装置和至少一个第一消毒装置的被净化和消毒的水；和 分配一皮净化和消毒的水。
19、 权利要求18的提供被净化和消毒的水的方法，其中净化装置是反渗透膜。
20、 权利要求18的提供被净化和消毒的水的方法，其中消毒装置是颗 粒消毒介质。
21、权利要求18的提供被净化和消毒的水的方法，包括步骤提供低压泵，以在嚢状物中提供加压体积。
全文摘要
提供一种水处理系统，用在能源装置，例如电力不存在、非常昂贵或暂时不能使用的地方，例如由于灾难性环境导致的。该系统包括产生驱动原水通过处理介质的压力的装置，以净化和过滤水，尤其是不纯水，以使得水可以适合饮用。该系统包括使用物理和化学处理装置，所述处理装置包括碳、反渗透膜和抗微生物介质。
文档编号B01D21/24GK101163531SQ200680007401
公开日2008年4月16日 申请日期2006年1月4日 优先权日2005年1月7日
发明者T·J·巴杰 申请人:阿夸蒂克处理系统公司