单容器重力进给储存水净化器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种重力进给储存水净化器。所述重力进给水净化器包括过滤单元，其用于接收水。所述过滤单元包括外壳单元、第一膜布层、第二膜布层以及安置在所述第一膜布层与所述第二膜布层之间的颗粒状灭菌组合物层。所述第一膜布层和所述第二膜布层使用深度过滤机制从受污染的水中去除灰尘、沙子和沉积物。所述颗粒状灭菌组合物层通过银离子的快速浸出至水中来从受污染的水中去除细菌和病毒。提供了一种单一储存容器，其收集借助于过滤单元和重力过滤的水。吸附剂组合物安置在所述储存容器与所述储存容器的出口龙头之间。
【专利说明】单容器重力进给储存水净化器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2011年5月2日提交的印度申请号1522/CHE/2011的权益，此专利申请以引用的方式整体并入本文。
[0003]背景
【技术领域】
[0004]本发明涉及水净化领域，并且具体涉及重力进给储存水净化器。
技术背景
[0005]清洁的饮用水的广泛可用性是全世界(尤其是发展中和欠发达国家)政府的重大举措。从技术上来说，提供清洁的饮用水包括从饮用水中去除许多污染物，包括生物物种(例如，细菌和病毒)、无机物(例如，氟化物、砷、铁)和有机物(例如，杀虫剂、挥发性有机物)。然而，全世界的某些人群由于不能供应日常生活所需的清洁水而继续承受疾病相关支出的负担。尽管许多水净化技术可供用于解决健康问题。
[0006]在各种已知的水净化技术中，最古老的技术包括重力过滤的使用。几个世纪以来，人们使用布从受污染的水中去除可见的灰尘和沉积物。即使在今天，人们仍然继续使用此项技术(例如，Reduction of cholera in Bangladeshi villages by simplefiltration, Colwell 等，PNAS，2003，100，1051-1055)。随着各种其它过滤介质，例如，沙过滤(Elimination of viruses, bacteria and protozoan oocysts by slow sandfiltration, Hi jnen 等,Water Sci Technol.，2004，50 (I)，147-54)、编织和非编织膜布过滤(Handbook of nonwoven filter media, 1.M.Hutten, Elsevier, 2007)以及超滤膜(Membranes in clean technologies:Theory and practice, Volumel, Koltuniewicz 等，ffiley-VCH, 2008)的使用，物理过滤技术得到了发展。
[0007]重力过滤技术去除微生物的主要优点是水净化的成本低。然而，伴随着水净化的低成本而来的是不能确保微生物被完全去除，因为重力过滤技术进行更高水流速率的水净化。因此，为获得更好的过滤，水流速率应当极低。
[0008]近来，一种称为“重力进给储存水净化器”的技术因其制造和操作成本低、零电力消耗，操作中无需流动水并且有效去除饮用水中的微生物而引起了消费者的极大关注。
[0009]图1说明了传统的重力进给储存水净化器。传统的重力进给储存水净化器100包括第一容器102和第二容器104。第一容器102储存未净化的水，如受污染的水，并且第二容器104储存净化的水。壁106将这两个容器隔离，以防止未净化的水(如受污染的水)与净化的水混合。一个或多个水净化(多孔)筒108通常位于第一容器102与第二容器104之间。在典型的使用中，将受污染的水倾倒在第一容器102中。因第一容器中的水头所致的压力驱使受污染的水通过多孔筒108进入第二容器104中。通常，在水穿过多孔筒108期间，水中的污染物与多孔筒108中的吸附剂组合物接触，并且从水中去除。
[0010]重力进给储存水净化器筒通常可以如下两部分来表征:基于陶瓷烛形件和炭块的水净化筒。典型的基于陶瓷烛形件的水净化器以I升/小时至2升/小时的流动速率操作(即，5至10小时可获得10升净化的饮用水)。陶瓷烛形件中的细孔将细灰尘粒子从未净化的水(如受污染的水)中去除。如Bridges等在公开的美国专利申请2008/0202992 (此专利申请以引用方式整体并入本文)中所报道，可以在陶瓷烛形件的中空区域内填充灭菌组合物，以确保输出的水在食用时是微生物安全的。类似地，Oyanedel-Craver等在SustainableColloidal-Silver-1mpregnated Ceramic Filter for Point-of-Use Water, Environ.Sc1.Technol.2008,42, 927 - 933中已表明浸溃了银纳米粒子的陶瓷过滤器可以从饮用水中去除细菌。
[0011]典型的基于炭块的水净化器以3升/小时至6升/小时的流动速率操作(即，2至3小时可获得10升净化的饮用水)。。利用炭块从未净化的水(如受污染的水)中去除反应性氯和痕量有机物。如Bommi等在美国专利7，585，409和Mistry等在PCT公开申请W0/2004/000732 (为达公开水净化方法和技术的目的，以上两个专利均以引用方式整体并入本文)中所报道，灭菌组合物可以混合在炭块中或可以放置在炭块的底部。
[0012]尽管通过使用许多过滤介质和通过水净化器设计的若干改进为解决微生物污染做出多种努力，但是这些解决方案的成本仍然相对较高。净化器的经济可承受性是提高人们对清洁的饮用水的获取的重要因素。低成本拥有家用水净化器可能在改善全世界公民的健康中起到重要作用。据估计，由于每个净化器使用大约2kg至3kg的塑料来制造典型容器，所以容器成本是水净化器价格的约30%。此外，两个容器造成制造所述装置的额外成本。
[0013]双容器重力进给储存水净化器的不同变化形式已有报道(例如，Adroja等的印度专利申请1571/MUM/2008、Mistry等的PCT公开申请、PCT公开申请2004/000732、Bae等的美国专利5,928, 506、Bri dges等的PCT公开申请、PCT公开申请2008/106276、以及FrankSenyal的美国专利2，372，340)，所述专利全部以引用方式整体并入本文。如结合图1所说明，通过改变许多设计参数来修改双容器重力进给储存水净化器的基本设计，所述参数包括水流方向(向上/向下)，流量控制阀的纳入以防止溢出，水的额外流动长度以增加接触时间等。所述重力进给储存水净化器在尺寸形状上也进行了修改，例如，玻璃瓶型水净化器；其中顶部容器的容量小于3升。
[0014]与储存型水净化器相关的另一个缺点是需要大量的塑料(例如，用于两个或更多个容器和筒外壳)。因此，从降低消费者的成本以及减少塑料的影响所造成的环境破坏的角度来说，减少水净化器中所使用的塑料的量是很重要的。另外，由于储存型水净化器具有复杂的结构并且需要移除、清洁和重新集成多个部件，所以所述储存型水净化器的定期维护耗费更多的时间。
[0015]鉴于前述，需要提供一种水净化器，其解决了以上提及的问题以及与现有技术的水净化系统有关的其它缺点。
[0016]概述
[0017]本发明的目的是提供一种单容器重力进给储存水净化器，其设计简单，减少了建造所需的塑料数量，包含更少的部件用于产品装配并且使制造承担低的成本。
[0018]本发明的另一个目的是提供一种水净化器，其可以轻易地适用于任何水净化系统，包括家庭、公共以及工业系统。
[0019]本发明的又一个目的是提供一种水净化器，其递送微生物安全的水，使得水中的抗微生物剂的浓度维持远低于WHO(世界卫生组织)限度。
[0020]在一方面，提供了一种重力进给储存水净化器。所述重力进给水净化器包括过滤单元，其用于接收水，例如像受污染的水。所述过滤单元包括第一膜布层、第二膜布层、以及安置在第一膜布层与第二膜布层之间的颗粒状灭菌组合物层。提供了一种单一储存容器，其收集借助于过滤单元和重力过滤的水。
[0021 ] 在另一方面，提供了一种重力进给储存水净化器。所述重力进给水净化器包括过滤单元，其用于接收水，如未净化的水或受污染的水。所述过滤单元包括第一膜布层、第二膜布层、以及安置在第一膜布层与第二膜布层之间的灭菌(例如，颗粒状)组合物层。第一膜布层和第二膜布层可以使用深度过滤机制从水(如受污染的水)中去除灰尘、沙子和沉积物。颗粒状灭菌组合物层可以通过一种或多种抗微生物剂(例如银离子)的快速浸出至水中而从受污染的水中消除或去除微生物，如细菌和病毒。提供了一种单一储存容器，其收集借助于过滤单元和重力过滤的水。吸附 剂组合物可以安置在储存容器与储存容器的出口龙头之间。
[0022]在另一方面，使用过滤单元作为独立的水净化单元，所述过滤单元包括第一膜布层、第二膜布层、以及安置在第一膜布层与第二膜布层之间的颗粒状灭菌组合物层。在一方面，这个独立的水净化单元可以与任何可商购获得的水净化器集成。根据这个方面，未净化的水(如受污染的水)可以在进入水净化器之前穿过独立的水净化单元。独立的水净化单元可以通过与现有的水净化器集成来使用。在一方面，这个独立的水净化单元可以通过与消费者已可利用的容器集成来使用。在所述方面，水(如受污染的水)穿过独立的水净化单元并且被收集在消费者可利用的容器中。
[0023]在一方面，颗粒状灭菌组合物层可以包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在(例如)有机模板化的勃姆石纳米架构上(所述组合物及其在水净化中的用途在与本文相同的发明人的PCT申请PCT/IB2011/001551中描述)。在多个其它方面，颗粒状灭菌组合物层包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在聚氨酯；铝、锌、锰、铜、铁、钛、锆、镧、铈、以及硅中的至少一种的氧化物、和/或羟基氧化物中的至少一种上。在另一方面，颗粒状灭菌组合物可以包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在活性炭上和/或可以浸溃在活性炭上的额外银纳米粒子上。
[0024]本发明的额外方面和优点将部分地在详细说明和接着的权利要求中列举，并且部分地将从详细说明中得出，或可以通过实践本发明而得知。以下所描述的优点将借助在所附权利要求中具体指出的要素和组合来实现和达到。应理解，以上概述和以下详述都仅是示例性和解释性的，而不限制所公开的本发明。
[0025]附图简述
[0026]并入本说明书并且构成其一部分的附图图解了若干方面，并且连同说明书一起用来解释本发明的原理。
[0027]图1描绘了传统的重力进给储存水净化器。
[0028]图2描绘了根据本发明的一方面的单容器重力进给储存水净化器。
[0029]图3描绘了根据本发明的另一方面的单容器重力进给储存水净化器。
[0030]图4描绘了根据本发明的另一方面的单容器重力进给储存水净化器。
[0031]图5描绘了根据本发明的又一方面的单容器重力进给储存水净化器。
[0032]图6描绘了根据本发明的多个方面的具有和不具有盖的单容器重力进给储存水净化器的顶视图。
[0033]图7描绘了根据本发明的多个方面的(a)作为独立的水净化单元的过滤单元(b)与作为储存容器的玻璃瓶结合使用的过滤单元。
[0034]图8描绘了根据本发明的多个方面的与可商购获得的水净化器如(a)基于活性炭块的水净化器(b)基于陶瓷烛形件的水净化器(c)基于膜(反渗透/超滤)的水净化器集成的过滤单元。
[0035]图9描绘了根据本发明的多个方面的穿过单容器重力进给水净化器的水的体积与相应的细菌计数之间的绘图。
[0036]图10描绘了根据本发明的多个方面的穿过单容器重力进给水净化器的水的体积与相应的病毒计数之间的绘图。
[0037]发明详述
[0038]通过参考以下本发明的详细说明和其中包括的实施例可以更容易地理解本发明。
[0039]在公开和描述本发明的化合物、组合物、物品、系统、装置、和/或方法之前，应理解，除非另有说明，否则它们不限于特定的合成方法或具体试剂，因为，它们当然可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅为了描述具体方面并且不旨在限制本发明。尽管类似或等同于本文所述的那些方法和材料的任何方法和材料也可用于实践或测试本发明，但现在描述实施例方法和材料。
[0040]本文提及的所有公布以引用方式并入本文，以便公开和描述与所引述的公布相关的方法和/或材料。
`[0041]定义
[0042]除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管类似或等同于本文所述的那些方法和材料的任何方法和材料也可用于实践或测试本发明，但现在描述实施例方法和材料。
[0043]如本说明书和所附权利要求中所使用，除非另外明确指示，否则单数形式“一种/一个”和“所述/该”包括多个指示物。因此，例如，提到“金属”包括两种或更多种金属的混合物。
[0044]在本文中，范围可以表达为从“约”一个具体值，和/或至“约”另一个具体值。当表达这样的一个范围时，另一方面包括从一个具体值和/或至另一个具体值。类似地，当值表达为近似值时，通过使用先行词“约”，将理解所述具体值形成另一方面。应进一步理解，每个范围的端点既与另一端点显著相关，又独立于另一端点。还应理解，本文公开了许多值，并且除所述值自身外，本文还公开了每个值为“约”那个具体值。例如，如果公开了值“10”，那么“约10”也被公开。还应理解，两个具体单元之间的每个单元也被公开。例如，如果公开了 10和15，那么11、12、13以及14也被公开。
[0045]如本文所使用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况会或不会发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的例子和不发生的例子。
[0046]如本文所使用，“未净化的水”及其类似术语是指没有使用本文所描述的系统净化的水。例如，未净化的水可以是受污染的水。
[0047]在一方面，本发明的重力进给储存水净化器可以利用下列先决条件:(i)灭菌组合物，其具有吸附污染物的快速动力学、进入水中的灭菌剂的解吸附的快速动力学以及从吸附剂表面到可能存在的污染物分子的快速电子转移中的一种或多种；以及(ii)在从吸附剂组合物释放任何活性成分的情况下，浓度应在WHO对于安全饮用水的限度内，从而避免提供第二级净化单元的需要。
[0048]本发明的重力进给储存水净化器包括膜布，其具有第一层和第二层。在一方面，颗粒状灭菌组合物安置在第一层与第二层之间。膜布使用深度过滤机制从未净化的水(如受污染的水)中去除灰尘、沙子和沉积物。颗粒状灭菌组合物可以通过将银离子浸出到水中并且通过病毒在有机模板化的勃姆石纳米架构上的吸附或与浸出的银离子的化学相互作用，来消灭饮用水中的细菌和病毒。示例性灭菌组合物在我们以前的由T.Pradeep等提出的印度专利申请947/CHE/2011和20070608中进行了描述，所述专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
[0049]在一方面，水净化器的使用可能需要手动将水(如受污染的水)以I升/分钟至2升/分钟的典型流动速率倾倒在膜布层上。在一方面，流动速率可以是0.1升/分钟至5升/分钟。通过的水可接触颗粒状灭菌组合物，其中银离子可以从灭菌组合物浸出至水中。在穿过膜布层和灭菌组合物之后，然后水可以被收集在储存容器中。储存容器的容量可为5升至30升，如10升或15升。通常需要5分钟至10分钟的时间来充填储存容器。根据美国环境保护局(US EPA)饮用水标准，水可在储存容器中停留达I小时以便去除微生物。通过安装在出口龙头处的装置控制一个小时的持续时间。所述装置可以根据时间依赖性释放制动器的原理工作，其中提供在所述装置上的旋钮旋转到标有一小时释放时间的位置。一小时后，释放机构被激活并且出口龙头可打开。因此出口龙头处的水是可安全食用的。
[0050]重力进给储存水净化器的优点如下:(i)由于仅使用单一容器，所以降低了水净化器的购买成本。(ii)由于水中残余银离子的浓度低于或远低于WHO限度，因此不需要进一步净化水。(iii)极大改善了水净化的每个循环的有效持续时间，从而促进了供给消费者的净化饮用水的更快可 用性。
[0051]从现有技术还知道,用于净化饮用水的技术需要合理的接触时间(Advances inwater treatment by adsorption technology, Ali 等，Nature Protocols,2006,I (6),2661)。在活性炭的情况中，污染物的吸附可能需要10分钟的空床接触时间(EBCT)(Predicting GAC performance with rapid small-scale column test, Crittenden 等，J.Am.Water Works Assoc.1991，83，77 - 87)。通过活性炭去除氯通常是快速的，因为它是活性炭与氯之间的氧化还原反应，并且因此不是吸附过程(Reduction of aqueous freechlorine with granular activated carbon-pH and temperature effects, Suidan 等，Environ.Sc1.Technol.，1977，11 (8), 785 - 789) ?类似地，浸溃银的活性炭已被用于以30秒的 EBCT 从饮用水中去除细菌(Silver-embedded granular activated carbon as anantibacterial medium for water purification, Bandyopadhyaya 等，J.Chem.Technol.Biotechnol.，2008，83，1177 - 1180)。Bridges 等在 PCT 公开申请 2008/106276 中已报道，基于氯和溴的消毒介质需要I秒至3秒的接触时间来杀死微生物。
[0052]活性灭菌剂通常可从通过的水中的灭菌剂组合物中浸出，并且含有活性灭菌剂的水被保持限定的时间。通常，杀死微生物可以以两种方式完成:较低时间和高剂量或较高时间和低剂量。第二种方式是有利的，因为防止了额外的过滤步骤从水中去除过量灭菌剂的需要。Mistry等在PCT公开申请PCT公开申请2004/000732中，对于基于氯的消毒介质，使用和实施了超过30分钟的放置时间。
[0053]为通过将组合物填充在膜布中来利用所述组合物净化饮用水，0.1秒的EBCT可供用于组合物与水之间的接触。我们在此报道的水净化装置的设计是基于一种组合物来净化水，所述组合物是基于浸溃银纳米粒子的有机模板化的勃姆石纳米构架(Ag-OTBN)。制备方法及其在水净化中的用途在我们的早期专利申请947/CHE/2011中进行了详细描述，所述专利申请以引用方式并入本文。尽管不希望受理论束缚，但据信银纳米粒子的灭菌活性机制是由于银离子在水中的释放。之前已将这种银离子释放机制用于灭菌活动。对于Ag-OTBN，之前已证实在超过1，500升体积容量的水中的银离子的持续释放。水中银离子的浓度通常为约20ppb,并且远低于WHO对于安全饮用水所规定的IOOppb的限度。
[0054]为避免使用两个容器，必须将净化水储存在一个容器中，并且避免在另一个容器中储存未净化的水(如受污染的水)的需要。在所述方面，未净化的水(如受污染的水)与灭菌剂组合物在用于储存净化水的容器的入口处接触。优选地，灭菌剂组合物被填充在两层膜布之间。
[0055]然而，膜布中的灭菌剂组合物的使用的关键制约因素是灭菌剂组合物与未净化的水(如受污染的水)的接触极小。作为说明性实施例，20x60筛目的Ag-OTBN颗粒可以夹在两层膜布之间。这样一种圆柱形过滤单元的尺寸为IOcm(D) X IOcm(H),其中Ag-OTBN占Icm的深度。对于lL/min的典型的流动速率，EBCT计算为0.1秒。通常，在在线水净化器中，实施2秒至5秒的EBCT。[0056]有效的灭菌活动的第二方面是当水中存在浸出的灭菌剂时提供给水的放置时间。这在已知用于饮用水净化的几乎所有灭菌剂中都是真的。这在若干先前报道(Mistry等的 PCT 公开申请 PCT 公开申请 2004/000732 !Antibacterial Activity and Mechanism ofAction of the Silver 1n in Staphylococcus aureus and Escherichia coli, Jung等,Appl Environ Microbiol., 2008, 74(7), 2171!Observations on Halogens as BathingWater Disinfectants, Brown 等，J.Appl.Microbiol.，1966，29，3，559)中已经报道了。随着水中使用的灭菌剂浓度越高，需要的放置时间则越少，且反之亦然。然而，使用更高浓度的灭菌剂可能是不利的，因为:(i)超过饮用水的允许限度的浓度需要额外步骤以便去除灭菌剂，以及(ii)过量的灭菌剂浓度还可能导致与通常在饮用水中发现的有机负荷的氧化还原和/或其它反应。
[0057]可以通过若干方式实现放置时间，所述方式主要取决于所需的放置时间的持续时间和水净化器设计的复杂性:(i)对消费者的关于产品的简单通知，说明需要固定的放置时间来完全杀死微生物，(?)实现水的行进路径，其中在到达水容器的出口之前，水在水净化器中缓慢地移动，(iii)安装在出口龙头处以便阻止水流动的装置，其中用户在用水充填容器后接通所述装置，并且所述装置花费固定的时间来打开对于水流过龙头的阻碍，以及(iv)位于水净化器中的装置，所述装置通过水压来激活并且在预定的时间段之后解除激活(所述装置可能或可能不集成为水流过龙头的阻碍)。在本发明的具体情况中，在出口龙头前面安装模拟装置，用于控制水在容器中的放置时间。装置的一般结构是基于机械时钟，例如，所述机械时钟包括振荡器和控制器装置，其中振荡器(通常由钟摆或机械轮制成)以预定的频率重复摆动/振荡。所述振荡器可以由弹簧或悬挂自环绕在滑轮上的绳索的重量供能。机械时钟的向前移动是由每次摆动时擒纵轮的轮齿的移动造成。用于上发条的机械报警器上的类似设计可商购获取。
[0058]图2描绘了根据本发明的一个实施方案的单容器重力进给储存水净化器200。单容器重力进给储存水净化器200包括过滤单元202、储存容器204和出口龙头206。单容器重力进给储存水净化器200的关键组件是过滤单元202，其安装在储存容器204的顶部。过滤单元202可以包括盖208，当净化器不在使用中时，其用于关闭进水。在一方面，盖208是可拆卸的。盖208还可包括配置，用于直接连接到外部龙头源(在图3中示出和描述)。过滤单元202还包括外壳210，其容纳未净化的水(如受污染的水)以便驱使水通过过滤单元202。由于填充在过滤单元202中的颗粒状组合物提供可以忽略的压降，故外壳210可具有最低高度。在一方面，外壳210是可拆卸的，并且因此用户可容易进行清洗。
[0059]在过滤单元202的底部提供两个膜布层——第一膜布层212和第二膜布层214。在一方面，第一膜布层212和第二膜布层214具有相同的过滤效率(以布的微米额定值或每平方米布的质量表示)。颗粒状灭菌组合物层216均匀地安置在第一膜布层212与第二膜布层214之间。在本发明的一方面，颗粒状灭菌组合物层包括Ag-OTBN颗粒。Ag-OTBN粒子的颗粒大小在0.3mm至5mm范围内。在一个优选的方面,颗粒大小在约0.5mm至约1.0mm范围内。在穿过第一膜布层212之后，水与颗粒状灭菌组合物接触，其中银以离子形式浸出至水中。水中的浸出的银离子导致杀死其中所含的任何微生物。龙头206便利了从储存容器204获取储存的过滤水的过程。
[0060]在一方面，水在储存容器204中保持至少约一小时。一小时的持续时间由安装在出口龙头206处的控制装置218调节。所述控制装置218在本领域中是众所周知的，并且可以根据制动器的时间依赖性释放原理工作。提供在控制装置218上的旋钮可旋转到标有一小时释放时间的位置。一小时后，释放机构可以被激活并且打开出口龙头206。因此，出口龙头处的水总是能安全食用的。
[0061]将为本领域技术人员显而易见的是，在设计水净化装置时，可以对在单容器重力进给储存水净化器200的过滤单元202上放置灭菌组合物进行多种修改，而不显著改变本发明的效能或范围或精神。在一方面，颗粒状吸附剂用于从饮用水中去除多种其它污染物。颗粒可以包括活性炭、活性氧化铝`、二氧化硅、二氧化钛、离子交换树脂，卤代树脂及其组
口 ο
[0062]图3描绘了根据本发明的另一方面的单容器重力进给储存水净化器300。应注意，单容器重力进给储存水净化器300在结构上类似于图2的单容器重力进给储存水净化器200。此外，多孔吸附剂块302可以安装在龙头206与储存容器204之间。
[0063]在一方面，多孔吸附剂块302包括炭。参考我们的早期专利申请2892/CHE/2010 (所述专利申请的全部内容以引用方式并入本文)，应注意，在0.5psi的压头(在重力进给储存水净化器中通常可获得)下，通过多孔炭块，500ml/min至600ml/min的流动速率(对于5.5cm的路径长度来说)是可行的。在出口龙头206处使用活性炭多孔块302确保甚至连有机杂质也被去除。由于穿过多孔炭块302的合理的高流动速率，故用户将不用面对难以收集穿过龙头的水的难题。在输出龙头处利用多孔炭块302的另一个优点是，由于不含细菌的水穿过炭块，所以在多孔炭块302内部不会发生细菌的繁殖。之前已经报道，已知活性炭块充当细菌的繁殖地，并且因此，自动解决了防止生物生长的挑战。替代活性炭，可使用其它吸附剂介质来去除特定的或一系列的污染物，如氟化物、汞、砷等。[0064]图4描绘了具有替代性时间指示器的容器水净化器。过滤单元202可以位于可移动的机械弹簧404上，所述机械弹簧连接到指示器色闸405并且控制所述指示器色闸。过滤单元202在装满水时的重量被转移至机械弹簧404，从而压缩机械弹簧404并且允许指示器色闸405从其初始位置移动。机械弹簧404花费一个小时返回初始位置。机械弹簧404的这种位置的变化通过指示器色闸405的颜色变化来指示。此外，在过滤单元202内部形成底部具有多孔块403的腔室402。腔室402在充填时可容纳50mL至IOOmL的水量，并且花费一个小时通过多孔块403排空，从而给机械弹簧404提供了一小时时间控制期。腔室402中的水量决定转移到机械弹簧404上的过滤单元202的重量。图4(i)是指示器色闸405指示一小时时间控制期完成，从而表明水制备好被食用的状态。图4(ii)是指示器色闸405指示一小时时间控制期正在进行中并且水还未准备好被食用的状态。本领域技术人员应理解，以上结合图4所描述的实施方案的变化形式也可用于设计具有时间指示器的全功能水净化器。
[0065]图5描绘了根据本发明的又一方面的单容器重力进给储存水净化器500。单容器重力进给储存水净化器500在结构上类似于单容器重力进给储存水净化器200。此外，包括管式水源501、浮动阀502和管道连接503的配件是与水净化器500集成的。管式水源501连接至水净化器500并且通过管道连接503延伸至过滤单元202。管道连接503通过防漏装配件(未示出)与过滤单元202连接。在管式水源501和管道连接503的接合点处提供浮动阀502。当水净化器500中的水位达到预定水平时，浮动阀502关闭，造成通向管道连接503和过滤单元202的水流被阻塞。当水净化器500中的水位变成低于预定水平时，浮动阀502打开并且发起水流通过管道连接503和过滤单元202。
[0066]图6描绘了根据本发明的多个方面的具有和不具有盖(分别阅读图A和图B)的单容器重力进给储存水 净化器的顶视图。
[0067]图7(a)描绘了根据本发明的一方面的过滤单元202作为独立的水净化单元。过滤单元202与任何类型、形状、大小、容量或品牌的储存容器集成。图7(b)描绘了与作为储存容器的玻璃瓶700集成的过滤单元202。储存容器可以是瓶、罐、桶、鼓、玻璃瓶、水壶、盒、平底杯、大水罐、小罐、壶和箱或其类似物中的一种。过滤单元202的性能功效不依赖储存容器的性质并且所述过滤单元可以重复使用若干个循环。
[0068]图8描绘了根据本发明的多个方面，与市场中许多可商购获得的水净化器集成的过滤单元202。一般来说，水净化器由预过滤器组成，所述预过滤器提供仍然受微生物污染的预过滤的水至后续过滤模块。受微生物污染的水引起过滤模块中的生物污垢。因此，预过滤器被取代或与过滤单元202结合，以使得进入过滤模块的水保持为消毒过的。示出与基于活性炭的水净化器(图8a)、基于陶瓷烛形件的水净化器(图Sb)和基于膜的水净化器(图8c)集成的过滤单元202的实例。应注意，过滤单元202与其它水净化器结合使用的优点是过滤单元202的EBCT极低；因此，在与其它过滤介质的前集成或后集成中，它不提供任何进一步的压降。因此，如果需要的话，过滤单元202也可以放置在紧邻其它过滤介质之后。例如，过滤单元202可与图8a中基于活性炭的过滤器后集成，产生水净化器的新设计。
[0069]将为本领域技术人员显而易见的是，在设计水净化装置时，可以对时间指示器的放置进行多种修改，而不显著改变本发明的效能或范围或精神。在一方面，时间指示器与过滤单元集成，在这种情况下，所述过滤单元可以用作独立的水净化单元。在另一方面，时间指示器与储存容器集成。在另一方面，时间指示器与吸附剂组合物集成。
[0070]现参阅图9，示出了描述根据本发明的多个方面的穿过重力进给储存水净化器300的水的体积与相应的细菌计数之间的绘图的图形。从图形中可以观察到，在超过约750升的体积的通过中，水净化器的性能是完好的(大肠杆菌的挑战水浓度:lX105CFU/mL)。迹线(a)和(b)分别表示输入和输出。迹线(a)中示出的误差条是由细菌浓度的日变化造成的。
[0071]图10描绘了根据本发明的多个方面的穿过重力进给储存水净化器300的水的体积与相应的病毒计数之间的绘图。如从图10可见，在超过约750升的体积的通过中，水净化器的性能是完好的(MS2大肠杆菌噬菌体的挑战水浓度:lX103PFU/ml)。迹线(a)和(b)分别表不输入和输出。
[0072]所描述的方面是为说明本发明而非限制本发明。因此，显而易见，本发明中所述的使用本发明的原理而不背离其精神或本质特征的任何改进，仍落入本发明的范围内。因此，设计、方法、结构、顺序、材料及其类似物的改进将为本领域技术人员显而易见，但仍落入本发明的范围内。
[0073]本领域技术人员将显而易见，可对本发明做出多种改进和变化，而不脱离本发明的范围和精神。从对本说明书的思考和对本文所公开的本发明的实践，本发明的其它实施方案将为本领域技术人员显而易见。本说明书和实施例旨在被视为仅为示例性的，本发明的真实范围和精神 是由以下权利要求来指示。
【权利要求】
1.一种重力进给储存水净化器，其包括: 过滤单元，其用于接收未净化的水，所述过滤单元包括: 外壳单兀； 第一膜布层； 第二膜布层；以及 颗粒状灭菌组合物层，其安置在所述第一膜布层与所述第二膜布层之间；以及 储存容器，借此通过所述第一膜布层和所述第二膜布层、所述颗粒状灭菌组合物层以及重力来过滤所述未净化的水，并且借此将所述过滤的水储存在所述储存容器中。
2.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在有机模板化的勃姆石纳米架构上。
3.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在浸溃在聚氨酯上的银纳米粒子上。
4.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在铝、锌、锰、铁、钛、锆、镧、铈、以及硅中的至少一种的氧化物和羟基氧化物中的至少一种上。
5.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层包含银纳米粒子，所述粒子浸溃在浸溃在活性炭上的银纳米粒子上。
6.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述第一膜布层和所述第二膜布层是可拆卸的、可清洗的、可附着的、或其组合中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层的颗粒大小为约0.3mm至约1.5mm。
8.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述颗粒状灭菌组合物层的颗粒大小为约0.5mm至约1mm。
9.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述未净化的水以约0.5L/min至约5L/min的流动速率倾倒通过所述过滤单元。
10.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述未净化的水以约lL/min至约2L/min的流动速率倾倒通过所述过滤单元。
11.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述过滤单元包括连接至水源的进水口。
12.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其进一步包括附接至所述储存容器的出口龙头，用于输出所述过滤的水。
13.如权利要求12所述的重力进给储存水净化器，其进一步包括报警机构，其中所述报警机构被配置来设置用于将所述过滤的水在通过所述出口龙头输出之前在所述储存容器中保持预定的时间段。
14.如权利要求12所述的重力进给储存水净化器，其进一步包括安置在所述储存容器与所述出口龙头之间的吸附剂组合物。
15.如权利要求12所述的重力进给储存水净化器，其中所述吸附剂组合物包括活性炭、活性氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、离子交换树脂、以及卤代树脂中的至少一种。
16.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述储存容器由工程塑料、不锈钢、铜、黄铜以及陶土中的至少一种制成。
17.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述第一膜布层和所述第二膜布层由纤维素、聚酯、尼龙以及聚丙烯中的至少一种制成。
18.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述水净化器进一步包括浮动阀，其调节通向所述水净化器的水流。
19.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述水净化器连接至管式水源以向所述水净化器供水。
20.如权利要求1所述的重力进给储存水净化器，其中所述过滤单元用作用于收集容器中的所述过滤的水的水过滤单元。
21.如权利要求18所述的重力进给储存水净化器，其中报警机构是与所述过滤单元集成的。
22.如权利要求18所述的重力进给储存水净化器，其中所述容器包括瓶、罐、桶、鼓、玻璃瓶、水壶、盒、平底杯、大水罐、小罐、壶或其组合。
23.如权利要求18所述的重力进给储存水净化器，其中所述过滤单元可以与可商购获得的水净化器集成。
24.一种重力进给储存水净化器，其包括: 过滤单元，其用于接 收水，所述过滤单元包括: 外壳单兀； 第一膜布层； 第二膜布层；以及 颗粒状灭菌组合物层，其安置在第一膜布层与第二膜布层之间； 储存容器，借此通过所述第一膜布层和所述第二膜布层、所述颗粒状灭菌组合物层以及重力来过滤水，并且借此将所述过滤的水储存在所述储存容器中； 吸附剂组合物；以及 出口龙头，其附接至所述储存容器，其中所述储存的过滤水是通过所述吸附剂组合物并且通过所述出口龙头输出的。
【文档编号】A01N59/16GK103747683SQ201280024789
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年6月22日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】T·普拉迪普, A·乔杜里, M·U·桑卡尔, 安什普 申请人:印度理工学院