专利名称：水净化处理器的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理、尤其涉及用于净化水的处理器套件。
背景技术：
在全世界的范围内一直存在对饮用水的需求。在发达国家，水是经过净化的，并且饮用水典型地由大的国营公司或是跨国水管理公司大规模供应。该水典型地以可以饮用的形式直接供应到消费者的家中。然而，在世界的某些地方，例如在一些发展中国家的乡村地区，许多人要不家里没有直接的水供应，因此只能到公共供水点、例如乡村水井去取用非饮用水，要不不能保证他们真正得到的水是可以饮用的。
众所周知，可使用一种絮凝组合物来生产饮用水。该絮凝组合物和水源相混合，典型地为多次混合，直到大的颗粒(絮状物)凝结下来，其中包括不同的污染物。然后移掉处理水中的这些颗粒，例如使水流过一种过滤物质，从而生产出净化水。
目前现有的以这种方式净化水的处理器套件都比较粗糙。典型地，他们由絮凝组合物和滤布组成。两个基本的容器比如说桶典型地是由消费者提供。该絮凝组合物和水在第一个桶里混合直到备妥。然后典型地用手把滤布撑在第二个桶上。处理过的水从第一个桶里流经滤布到第二个桶里。如果需要，把干净的水从第二个桶里吸或倒出来。
以前的处理器套件有很多缺点。其中一个缺点是絮状物过滤方法不是非常有效或者不易操作；另一个缺点就是絮状物处理产生的氯残留在水中，有种不爽的口味。还有一个缺点就是桶使用起来不太方便。
因此，需要一种净化水处理器套件，用来快速有效地生产出可以饮用的、干净的和味道好的水，并且操作方便。
发明概述本发明的一个方面是，水净化处理器套件包括第一容器、第二容器、一种水净化组合物、过滤器支座和过滤器。第一容器用来接收未处理水，第二容器用来接收净化水。当水净化组合物与第一容器里的水相混合时，会产生出含有固体物质的部分净化水。过滤器支座由第二容器支撑，过滤器放置在过滤器支座上面。从第一容器中倒出部分净化水，流经过滤器和过滤器支座进入第二容器，从而除去固体物质，这样就得到了净化水。
本发明的另一个方面是，水净化处理器套件还包括一种水净化组合物、第一过滤器和第二过滤器。当水净化组合物与水相接触时，会产生含有固体物质的部分净化水。第一过滤器在部分净化水流经时除去所述固体物质。第二个过滤器中包括碳元素。
本发明的另一个方面是，水净化处理器套件包括第一容器、第二容器、水净化组合物、第一过滤器和第二过滤器。第一容器用来接收未经处理的水，第二容器用来接收净化水。第二容器有一个龙头用来分配净化水。当水净化组合物与水相接触时，会产生含有固体物质的部分净化水。第一过滤器紧靠第二容器的上端，用以在部分净化水从第一容器流入第二容器时除去所述的固体物质。第二容器中的第二过滤器包括碳元素。第二过滤器可以选择性地紧靠第二容器的出口，这样净化水将先流过第二过滤器再流出龙头。第二过滤器还可以选择性地封接在第二容器的上下两个腔之间，这样净化水从第一个腔中流出，流经第二过滤器，进入第二个腔里，净化水由此分配。
本发明的其它部分，包括使用处理器的方法，将在下面详细描述。
附图概述优选的实施方案随图表进行描述，其中相同的参考数字代表了相应的部件。
图1是本发明水净化处理器套件第一实施方案的分解图。
图2是没有装配第一容器时第一实施方案的纵剖面图。
图3是装配完全时第一实施方案的纵剖面图。
图4是本发明水净化处理器套件第二实施方案的纵剖面图。
图5是本发明水净化处理器套件第三实施方案的纵剖面图。
图6A-D表示优选的有关第一个过滤器的多层面对面排列方式。
优选实施方案详述第一实施方案水净化处理器套件的第一实施方案将参照图1至图3来进行描述。尤其参照图1，处理器套件10包括第一容器20、过滤器30、过滤器支座40和第二容器60，以及其它搅拌工具61。
第一容器20用来混合水处理(絮凝)组合物。该容器优选具有5至20升、最优选具有12至14升的容积，这样可制备一批大概10升。倾口26用来从第一容器20中倾出含有絮状物的部分净化水。
如图2所示，过滤器支座40装配到第二容器60上。过滤器支座40包括靠在第二容器60上边缘66的环形壁56。环形壁56从上边缘66向外延伸，以防未经过滤的水进入第二容器60。向下的延伸边58同样用于此目的。外壁54向上延伸至上壁59，上壁59支撑斜壁50和底壁42，后二者共同支撑过滤器30。
通过这样的过滤器支座构型，过滤器的底部32放在第二容器的上边缘66之上。这样的结构是优选的，以便更多的水流入第二容器，同时过滤器也不会没入第二容器的水中。
过滤器支座40通过放在过滤器底部32下面的支座底部42支撑过滤器30。斜支撑壁50从里面支撑着过滤器的边壁34。支撑壁50优选向外侧倾斜有一定的角度、更优选与垂直线成30度至60度角、最优选成45度角。
过滤器支座40的设计使其能在提供给过滤器足够支撑的同时，优化流过过滤器的流动速率。过滤后的水流过的开口不可太大也不可太多，否则，过滤器会穿破或破裂。图1和图2所示的开口包括五个圆形中心孔46(直径为1.0厘米)，十二个环绕中心开口的外部椭圆开口48(宽0.75厘米，长3.18厘米)。然而，过滤器支座中所有开口的总面积优选地是要大的多，占支座表面面积的50％至80％之间、最优选为约75％。斜支撑壁50上也应该有开口。
过滤器支座40包括肋44、52，用来支撑过滤器30，防止其碰到支座底部42和支撑壁50，破坏表面张力，由此使水在肋44、52之间流向开口46、48。底部42也要向下弯曲，使水直接流向开口46、48。这样，过滤器可用的表面积增大，从而获得了较高的流动速率。当肋远离出口开口时提高过滤器也可以降低过滤器破裂的风险。
过滤器优选具有1.0至5.0升、最优选具有2.0升的容积。过滤器的表面积优选为700至1400平方厘米、最优选为1300平方厘米。
通过过滤器和过滤器支座的流动速率优选地要相对高一些，这样从第一容器20中倒出部分处理水的时间就不会太长。优选速率为每分钟0.5至20升、更优选为每分钟5至10升。根据下文将会更详细描述的优选方法，这些流动速率优选地经过水处理之后获得。因为絮状物颗粒的大小会受水净化组合物的性质、使用的方式(例如次序，数量和搅拌时间间隔性质)的影响，过滤材料的选择和过滤器支座的设计都会影响处理后水通过过滤器20和过滤器支座40的流动速率。
过滤器30和过滤器支座40的设计也要减小未过滤水在过滤器和支座之间绕过过滤器的可能性。过滤器30包括一个顶部36，它高出过滤器支座的顶端59。假如过滤器过满，过滤器的上边缘38就会弯曲，遮住支座顶壁59，没有过滤的水就会流到过滤器支座40的外面去。上边缘38要比斜壁50的顶部要宽，以防从旁边泄漏。
第二容器60优选具有与第一容器20相同的容积。其容积优选为5至20升、最优选为12至14升。
第二容器60可以有一个龙头用于分配净化水。第一个实施方案中只安排了一个龙头，这是为了更容易制造并能节约制造成本。在这样的一个容器里装上一个龙头，最普通的方法就是在边壁上钻一个洞，然后用一些垫圈、螺母之类的零件手工把龙头装上。这样做不仅费力也费零件。优选的龙头只包括三个部分阀体82、阀90和O型环86。如果采用过盈配合，O型环也可以不要。装配时简单的装入位于第二容器底部的阀腔65就可以了。由于阀腔是基轴定位的，它可以通过“直接拉伸”的成型方法来加工。
龙头80用法兰84与第二容器底部62连接在一起，O型环86在阀体82和阀体腔65之间起密封作用。阀体82包括一个阀腔65之内的阀腔上部一个直立部分83和下部一个用来装阀90的水平部分88。水平部分88进一步由约束容器60膨胀的锁定片89在适当的位置予以支撑。
操作时，阀90转至开口位置(如示)，在该位置阀90的流体开口92与相应阀体82的上部83底部的开口排列在同一个方向上。水从容器的出口开口64流经阀体82的直立部分83，进入阀90的内部，从龙头出口96流出。
台架70的提供是为了支撑龙头装置(通过凹进部分72)，并且使龙头装置高过比如放置整个组件的桌面。
参考图3，处理器10的各部件的结构设计使得它们可以装配或是嵌套成为一套简便的装置。尤其是第一容器20扣在过滤器支座40上面，还有部分在第二容器60的上面，容器底部22搁在过滤器支座的顶部59上。根据这种设计安排，容器20也充当了遮罩，用来防止过滤器30或第二容器60里的净化水受到污染。
第二和第三实施方案参照图4和图5，第二和第三实施方案里对处理器中第二容器60加入了第二过滤器100、200。该第二过滤器包括碳元素，用以除去残留在净化水中的不希望的成分，比如氯和气味。尤其是氯，它是絮凝过程中的典型产物，但是为了改善味道优选地应予以去除。
所示含有碳元素的过滤器结合到处理器中的位置和结构只有两种方式。例如，可使用包括位于过滤器支座中第一过滤器下面的有一个附加的过滤层的碳元素过滤器。第二容器中也可以使用各种不同的设计安排。
参照图4中的第二个实施方案，含有碳元素的过滤器设置安排如下过滤器200安装在第二容器60的出口处162。在此位置，第二容器60中的水仍含有氯直到从龙头80流出。这是优选的，这样在净化水储存在第二容器60期间，氯可以保持净化水中没有有机物。
图中的过滤器100为一种径向流动，筒体过滤器具有封口端106，和开口端108。水沿径向向内部流动，并流经介质102，进入筒体中心109，经过容器出口160，由图示的常规龙头180流出。介质102用阀体端盖104以及比如说热熔融胶密封。过滤器100通过卡口连接方式和O型环(未显示)与出口管160连接在一起。可使用轴向和径向密封机理，尽管目前还只是期望能够得到轴向密封。介质102可以是炭细孔筛(例如碳嵌段)，或是一张包裹在内筒上的碳纤维网。
第二个过滤器可以包括许多种其它不同的含碳过滤器和介质结构，它们都安装在第二容器的出口处。例如，过滤器可以是轴向流动的。一个可以采用的轴向流动结构就是在筒形过滤器的两个多孔板之间加入碳粗孔筛。
对于第二实施方案里的含碳过滤器100的要求之一就是它应具有足够高的流动速率，这是因为过滤器是按“需求”操作的，它必须以龙头180可接受的尽可能快的流出速度过滤水。流动速率优选为每分钟0.5至5.0升、最优选为每分钟1.0至3.0升。
参照图5，第三实施方案中所示的是第二容器的另一种含碳过滤器的设计安排。第二容器260包括上腔262和下腔264。上腔262的容积优选为5至20升、最优选为12至14升，下腔264优选为5至20升、最优选为12至14升。
含有碳的过滤器200由将腔262、264分隔的壁266支撑。其由密封环208密封，密封环沿过滤器的外壁紧贴由壁266向下延伸的套筒268的内壁。过滤器也可以例如采用O-型环密封。
水流过第一过滤器30后接着流入上腔262，然后由此通过上室206的开口流进第二过滤器200，然后流经下室204中的介质202，流出下室204底部的开口。此时下腔264中的水被储存，此后和第一实施方案一样进行分配。
含有碳的过滤器200中的介质202优选为颗粒状的活性炭。其它可以添加的颗粒状的介质包括离子交换树脂或硅酸盐。也可以加入银，比如说银化碳，来防止储存期间未经氯化消毒的水中有机物的生长。
除上述第二和第三实施方案里描述的碳介质外，在本发明的原则范围之内也可以采用其它形式的碳。除上面所述以外，也可以不同的形式来加入无碳介质。
水净化组合物在本发明的原则范围之内已知可以使用不同种类的絮凝组合物。实施例可见于美国专利5,023,012和5,681,475。这些组合物典型地包括一种凝结剂和一种有机亲水胶体，以及一种碱性源、一种消毒剂、另一种胶体和粘土和/或一种铝硅酸盐(用于凝絮物形成的种粒)。
某些优选的组合物可见于英国专利申请0015571.3和0015569.7，二者于2000年6月27日提交，以及2000年11月8日提交的英国专利申请0027214.6中，以上所述专利引入本发明以作参考。
第一个优选的组合物包括(i)一种包括胺基的第一聚合物材料和(ii)一种大体上可溶于水的第二聚合材料，其重均分子量为至少2,000,000，或者(iii)一种由下列基团组成的无机金属盐硫酸铁、氯化铁、氯化铝、硫酸铝、硫酸锰、氯化锰、硫酸铜、氯化铜，或是它们的多变或组合。第一种聚合材料最优选地包括脱乙酰壳多糖，这种材料是从例如螃蟹、龙虾、小虾这些甲壳动物的角质中获得的。优选的第二种聚合材料应为聚丙烯酰胺，特别优选的是阴离子或者非离子聚丙烯酰胺。这里所用的典型的阴离子或者非离子聚丙烯酰胺是由Ciba供应的Magnafloc类中的那些。在这些聚丙烯酰胺中，特别优选的是那些共知的具有下列商品名称的产品，比如Magnafloc LT20、Magnafloc LT25、Magnafloc LT25S、Magnafloc LT26、Magnafloc LT28、Magnafloc 351和Magnafloc 919。
第二种优选的化合物包括(i)一种包括胺基的多糖，(ii)一种可大体上溶于水的聚合材料，其重均分子量为至少100,000，和可选地(iii)一种如上文所述的无机金属盐。这种优选的多糖包括脱乙酰壳多糖。优选的第二种聚合材料可包括阳离子聚丙烯酰胺。本文所用的优选的阳离子聚丙烯酰胺包括那些共知的具有下列商品名称的产品例如Zetag 89、Praestol 611BC、Calfloc 1552、Calfloc1506、Calfloc 1508、Magnafloc LT22、Magnafloc LT22S、Magnafloc LT27和Polymin KP97。
第三种优选的化合物包括(i)一种主要的凝结剂，其选自下列基团可溶于水的、多化合价的无机盐和它们的混合物；(ii)一种凝聚剂，其选自下列基团可溶于水的、可扩散在水中的、重均分子量为至少2,000,000的阴离子和非离子聚合物或是它们的混合物组成的基团；(iii)一种凝结助剂，来自于可溶于水的、可扩散在水中的、重均分子量为至少1,500,000的阳离子聚合物或是它们的混合物，或者一种或是多种(iv)杀灭微生物的消毒剂；(v)可溶于水的碱；(vi)一种不溶于水的硅酸盐，选自粘土、沸石和它们的混合物；(vii)一种食品添加剂或是营养源。
组合物优选为固体形式、最优选为片状或粉状。组合物优选是用不透水的材料进行包装，比如聚丙烯或是典型的层压材料，以防止其受到环境条件比如潮气的影响。一种层压材料的实施例是由Akerlund & Raus提供的，包括有涂层纸(外部)、低密度聚乙烯、铝箔，里面是烯烃离子聚合物层(乙烯/异丁烯酸盐共聚物，这时一种已被美国食品及药物管理局(FDA)批准的食品包装。
本发明处理器套件还可以进一步包括一个或多个单位或水净化组合物剂型(例如片状、囊状、袋状等)，其中每种单位剂型都足够处理与前述第一容器20和第二容器60容积相当的水。处理器套件10包括的水净化组合物能在约1至约28个单位的剂型之间；更优选地，处理器10套件包含的水净化组合物能够具有约7至约13个单位的剂型。水净化组合物每个单位剂型可以包括约3至约10克的水净化组合物；更优选地，水净化组合物每个单位的剂型包含约5至约8克的水净化组合物。
第一过滤器组成和结构本发明的第一过滤器可以包括不同种类的材料，包括但不限于滤布、滤纸、玻璃纤维、活性炭、沸石，以及离子交换介质。过滤器可以包括多层。可以是一次性的或是可清洗的。为使流动速率最大化优选地是亲水的。
过滤器由多个孔组成，每个孔所具有的有效孔径应足够小以减少浊度和分离微小絮状物，同时又足够大以防止阻塞。根据结构的不同，孔的半径可以为2至250微米。某种纸巾产品具有一种独特的结构，使得它们可以提供小于约200微米的孔径尺寸的几乎均匀的分布。尽管小孔可以良好地捕获不溶性物质，但较大的孔可以促进流动性能。我们意外的发现一些几乎均一、直径为约10微米至100微米的密集度相对较高的孔，以及一些直径为100微米至200微米密集度峰值更大的孔，在水净化组合物的作用下，具有非常好的流动性和过滤性能。例如，孔的容积大于0.004立方厘米/克/微米、孔径在10微米和150微米之间可能是优选的。孔的容积大于0.010立方厘米/克/微米、更优选大于0.050立方厘米/克/微米，孔的密集度最大时的孔径在100至200微米之间可能是进一步优选的。这些孔径和容积是用下述方法确定的据信层压滤纸结构的具体区域对应其具体的孔径。这样就可以通过粒径分级和沉淀帮助保持流动和移除不溶性物质之间的相对平衡。更加典型的过滤介质孔的直径集中在仅50微米以下。这些孔很容易被不溶性物质填充，从而导致流动速率显著下降。
过滤器可以是纺织的或是无纺的。它可以是合成材料(例如但不限于聚酯、聚丙烯、聚乙烯、人造丝、它们的组合物或是类似物)，天然材料(例如但不限于棉布、木材、甘蔗渣、洋麻、再生纤维、它们的组合物或是类似物)。纤维可以是纤维质的或是非纤维质的，或是它们的组合物。
适用于本发明的纤维的基重为至少约20克/平方米、优选为至少约40克/平方米、更优选为至少约80克/平方米。
过滤器在干、湿两种状态下应具有足够的强度，以保持使用时的完整性。纤维在湿状态下的破裂强度为至少300克、优选为至少350克、最优选为至少450克。
适用于本发明的纤维提供滤液，滤液的浊度不超过2.5NTU和通过过滤器的流动速率为至少0.10升/分钟、更优选为至少0.50升/分钟。可以使用浊度仪测量浊度，正如在本领域众所周知的那样。适用于本发明的浊度仪的示例是OrbecoHellige 966型。
一种优选的过滤器是由滤布构成的。优选的滤布是100％的白棉法兰绒。当水流过时，法兰绒的细毛可以优选地捕获和过滤掉水上层的微小絮状物。适用于此目的的单面毛棉布是得自俄亥俄州的辛辛那提市Jo-Ann Fabrics的白色舒爽法兰绒(White Cozy Flannel)SKU#1271568。更优选的是双面毛法兰绒，这是因为对于过滤的方向是不重要的。适用的双面毛法兰绒布为来自危地马拉的危地马拉城的Cantel，S.A.生产的SKU#63002 Flanela Blanca，TeZid。
另一种优选的过滤器包括纤维质纸的基质，例如平常使用的由俄亥俄州辛辛那提市Procter&Gamble公司销售的BOUNTY牌纸巾。
纤维质纸的基质可以是同质的或者多层结构，这样制成的过滤器可以是单层的或优选地是多层的结构。
纤维质纸的基质典型是通过将造纸原料沉淀在具有小孔的布或者线上制成的。一旦原料沉积在形成的线上，则被称之为网。滤网典型通过真空脱水，使光纤黏稠度达到7％至25％之间(在总的网重的基础上)。
然后通常会使用一种或多种压制毛毡对滤网进行压制，进一步脱水，或是使用对流空气风干对滤网进一步地脱水。如果使用常规的方法进行压制，那么通常会用到毛毡，这种毛毡将图案施加到纸上，如1996年9月17日授予Trokhan等人的美国专利5,556,509所述，以及1998年11月17日授予Trokhan等人的5,837,103所述，这些专利引入本发明以作参考。
滤网还可以通过对流空气进行风干。适用的风干对流空气基质可根据美国专利4,191,609制成，该公开引入发明以作参考。
脱水滤网然后可以进一步的进行压制，并使用本领域众所周知的蒸汽转筒装置例如Yankee干燥器进行干燥。Yankee干燥器中的压力会升高，这是由于机械部件例如反向圆柱体转筒对滤网施加压力造成的。可以使用多个Yankee干燥器，这样在转筒之间就会产生更多的挤压。形成的组织滤纸结构在此后称之为常规的、经过压制的组织滤纸结构。这种纸的薄层被认为紧紧压合在一起，因为整张滤网受到巨大的机械压力的作用，而这时纤维是潮湿的，随后在被压缩的状态下风干。
根据本发明，包括纸的基质优选地是能够在有某种花纹图案的带子上由对流空气进行风干。本发明中的带子可以根据以下美国专利制成在1987年1月20日授予Trokhan的4,637,859，1985年4月30日授予Johnson等的4,514,345，1994年的7月12日授予Rasch等人的5,328,565，以及1994年8月2日授予Trokhan等人的5,334,289，这些专利引入本发明以作参考。
此外，造纸原料可以一开始就在网状支撑载体上沉积下来，这种载体也可以作为一种印花织物起作用。
带子的花纹图案结构优选地是可以在纸上压印出含包括基本上连续网状结构的图案，并进一步具有分散在图案内的偏转通道的作用。偏转通道在这种结构的反向第一和第二表面之间延伸。偏转通道允许穹顶在滤纸上形成。
根据前述专利制成的、由对流空气风干的滤纸，在造纸的过程中形成了多个穹顶，遍及整个连续的网状区域。穹顶伸展的方向与滤纸垂直，并且增加了厚度。穹顶通常与几何尺寸、造纸过程中的位置和上述带子的偏转通道有关。
偏转通道的几何尺寸、形状、排列方式可以有无数种。这些形状包括于1994年1月4日授予Trokhan的美国专利5,275,700中公开的那些。这种形状的实施例包括但不限于比如线性的爱达荷图案、蝴蝶结形图案和雪花图案。
穹顶从纸的基本上连续的网状区域向外突出，这取决于造纸过程中偏转通道的成型。通过在造纸过程中偏转通道的成型过程，含有穹顶的滤纸的区域在Z-方向上倾斜。
本发明中具有穹顶的滤纸也可以根据下述普通转让的美国专利制造1985年7月9日授予Trokhan的4,528,239，1985年7月16日授予Trokhan的4,529,480，1993年9月14日授予Trokhan等人的5,245,025，1994年1月4日授予Trokhan的5,275,700，1985年11月15日授予Smurkoski等人的5,364,504，1996年的6月18日授予Trokhan等人的5,527,428，1997年3月11日授予Van Phan的5,609,725，1997年10月21日授予Rasch等人的5,679,222，1995年1月20日授予Trokhan等人的5,709,775，1998年7月7日授予Trokhan等人的5,776,312，1998年8月18日授予Ampulski等人的5,795,440，1999年5月4日授予Huston的5,900,122，1999年5月25日授予Trokhan的5,906,710，1999年8月10日授予Trokhan等人的5,935,381，以及1999年8月17日授予Trokhan等人的5,938,893，和美国序列号为09/694,946的、于2000年10月24日在Cabell等名下提交的美国专利，以上专利引入本发明以作参考。
本发明中滤纸所使用的基质有不同的变化是可行的，并且根据应用，应该是可取的。本发明中包括纸质的基质也可以可选择性地预缩。这种可选择性的预缩是通过绉丝或是湿态下的微观收缩实现的。绉丝或是湿态下的微观收缩公开于下列普通转让的美国专利中4,191,756(1980年5月4日授予Sawdai)，和4,440,597(1984年4月3日授予Wells)，以上专利引入本发明以作参考。
发明中的绿纸可以是层状的。层状结构公开于下列普通转让的美国专利中1976年11月30日授予Morgan等人的3,994,771，1980年9月30日授予Kearney等的4,225,382，以及1981年11月17日授予Carstens的4,300,981，以上的专利引入本发明以作参考。
参见图6A-D，两层或更多层可以以面对面的排列连接在一起。在各种不同的构型中，每层可以根据相邻层来进行定向。例如，在双层结构40中，正如图6A所示，第一层1的穹顶30可以和第二层2的穹顶30对齐。也可以这样，在双层结构40中，第一层1的穹顶30可以和第二层2的穹顶连接在一起组成偏移的穹顶对穹顶结构，如图6B所示。在另一种实施方案中，第一层1的穹顶30可以和第二层2的穹顶连接在一起组成嵌套的形式，如图6C所示。图6D是一种多层结构50的实施例，其中第一层1的穹顶和第二层2的穹顶是通过穹顶对穹顶来进行定向的。第三层3的穹顶通过与第四层4的穹顶组成的穹顶对穹顶来进行定向的。第五层5的穹顶通过与第六层6的穹顶组成的穹顶对穹顶来进行定向的。这里所举的例子不可解释为是对本发明的限制。
基质可以加上浮雕花纹和/或进行层压。进行压花的合适方法包括经公开在下列美国专利中的那些1964年9月8日授予Palmer的3,323,983，1995年11月21日授予McNeil的5,468,323，1997年12月2日授予Wegele等人的5,693,406，1999年10月26日授予Trokhan的5,972,466，2000年2月29日授予McNeil的6,030,690，2000年7月11日授予McNeil的6,086,715，以及2000年10月3日提交的美国序列号为09/677,654的美国专利，以上这些引入本发明以作参考。
进行层压的合适部件包括但不只是限于公开于下列美国专利的那些部件2000年9月5日授予McNeil等人的6,113,723，2000年7月11日授予McNeil的6,086,715，1999年10月26日授予Trokhan的5,972,466，1999年1月12日授予Neal等人的5,858,554，1997年12月2日授予Wegele等人的5,693,406，1995年11月21日授予McNeil的5,468,323，和1994年3月15日授予McNeil的5,294,475，以上这些引入本发明以作参考。
基质也可以根据下面的专利制造1995年5月2日授予Hermans等人的美国专利5,411,636，以及在1995年10月18日以Wendt等人的名义公布的英国专利677612。
除了造纸纤维，用于制造过滤器的造纸原料还有其它一些组分或者其它的一些添加料。所使用的添加剂的类型取决于期望的过滤器特性。例如，期望本发明的过滤器具有湿态强度。因此，为了这个目的，把那些本领域熟知作为“湿态强度”剂使用的化工材料加入造纸原料中。
有效的湿态强度剂包括那些通常是阳离子性质的材料。本发明中所使用的湿态强度剂包括阳离子聚酰胺-环氧氯丙烷树脂，例如美国专利3,700,623号，1972年10月24日授予Keim，以及美国专利3,772,076，1973年11月13日授予Keim，二者引入本发明以作参考。
适用于本发明的阳离子聚酰胺-环氧氯丙烷湿态强度剂为KYMENE557H，由特拉华州的Wilmington公司的Hercules销售。
其它合适的湿态强度剂包括胶乳基湿态强度剂和聚丙烯酰胺树脂，如在下列美国专利中描述的那些1971年1月19日授予Coscia等人的3,556,932，和1971年1月19日授予Williams等人的3,556,933，二者引入本发明以作参考。聚丙烯酰胺树脂的一个商业供应商是American Cyanamid公司。该公司位于康涅狄格州的斯坦福德(Stamford)市。一种这样的树脂的上市名称是PAREZ631 NC。
可用于本发明的其它可溶于水的阳离子树脂包括尿素甲醛和三聚氰胺甲醛树脂。这些多官能树脂更加常用的官能团是含有氨基和羟甲基团的氮。聚氮丙啶类树脂也可以用于本发明。
所施用的湿态强度剂的量应占过滤器重量的0.05％至10％、优选0.1％至5％、最优选0.2％至2％。
除了湿态强度剂，包括过滤器的造纸纤维中也可以加入干强度剂。适用的一个非限制性干强度剂的实施例是羧甲基纤维质。使用时，所施用的干强度剂的量应占过滤器重量的0.001％至3.0％、优选0.01％至0.50％、最优选0.10％至0.030％。
过滤器中可以加入其它组分，包括碳和银。例如，可以在过滤器介质层之间加上炭细孔筛、比如200个美制筛目(0.074毫米)层。碳也可以作为滤纸基质的一个组分。加入银，例如通过镀银的碳，是为了防止有机物在未经氯化消毒的水中生长，。
参考图1和图2中所示的过滤器30，其边壁34可以是波状的或是褶状的。这是为了通过造成边壁34和过滤器支座之间的流道来提高流动速率。不连续的边壁也有助于将过滤器固定在过滤器支座上。
实施例下面是一个如何制作本发明过滤器的实施例。过滤器由纤维质纤维层制作而成，纤维质纤维就是我们平常所用的BOUNTY牌纸巾，由俄亥俄州辛辛那提市的Procter & Gamble公司销售。每一层都由约65％的北方软木牛皮纸浆纤维和约35％的CTMP纸浆纤维。每一层的基本重量都在大约2.7克/平方米左右。每一层中加入大约5至12.5千克/吨的湿态强度剂和大约1至7.5千克/吨的干强度剂。
用嵌套压花方法对每一层印上椭圆形的压花。印花用互补的同心菱形图案间隔，呈45度角，节距为0.118英寸(0.30厘米)。制做两个互补层，然后在零间隙咬合点粘合在一起，这样形成这种单一的层压材料每层每平方英寸具有约346个印花图案(5.6个印花图案/平方厘米)。
为了形成一个过滤器，必须保证有三个单一层压板粘合在一起。适用于该目的的粘合剂是热熔融胶，可购买由肯塔基州Paducah市H.B Fuller公司供应销售的HL-1262 ZP。
第一过滤器滤孔容积分布方法滤孔容积分布使用由新泽西州普林斯顿市的TRI/Princeton Inc.公司的TRI/Autoporosimeter进行测量。TRI/Autoporosimeter是一种自动计算机控制仪器，用于测量多孔材料的滤孔容积分布率。(即，1至1000微米范围内不同尺寸大小的滤孔的容积)。使用Complimentary Automated Instrument(版本号为2000.1)和数据处理软件(Data Treatment Software)(版本号为2000.1)来获取、分析和输出数据结果。有关TRI/Auroposimeter的更多信息，以及其操作和数据处理都可以从胶体和界面科学杂志(The Journal ofColloid and Interface Science)162(1994)第163-170页上找到，这里引入本发明以作参考。
正如这项应用中所用到的那样，空隙测定仪涉及记录当环境空气压力变化时，流入流出多孔材料的液体的递增情况。样本放置在测试腔中，并使其接受精确控制的空气压力变化。能够保持流体的最大滤孔尺寸(半径)取决于空气压力。随着空气压力增加(降低)，不同大小的滤孔随之排出(吸收)液体。正如在相应的压力下用仪器测到的那样，每一组的滤孔容积都相当于液体的容积。滤孔的有效半径与由下列公式得到的压力微分密切相关。
压力微分值＝[(2)γcosΘ]/有效半径其中γ＝液体表面张力，Θ＝接触角典型地，孔从字面上会被理解为材料中的空洞、孔或管道。对于过滤器来说，这些孔不仅要过滤掉一定尺寸的颗粒，还要允许其它一些流体通过介质材料。这种方法使用了上述公式，在控制常量和设备压力的基础上来计算有效滤孔半径，指出这一点是非常重要的。上述公式假设滤孔全部都是相同的圆柱形。通常情况下，天然的孔和制造加工而成的多孔材料既不是完美的圆柱形，也不完全相同。因此，这里计算的有效半径可能与其它方法例如显微镜方法测到的孔径不一定完全相同。但是，这些测量方法提供了一种表征材料之间空间结构的相对不同的可接受的方式。
设备的工作原理是通过以用户设定的递增方式改变测试腔中的空气压力，或者降低压力(增大孔径)来吸收液体，或者增加压力(减小孔径)来排出液体。在每一个压力增量区间里吸收的液体的容积是所有的孔在前一压力设定值和目前压力设定值之间的累积容积。
使用TRI/Autoporosimeter时，液体为含有0.2％重量的辛基-苯氧基-聚乙氧(octylphenoxy polyethoxy)乙醇的蒸馏水溶液。乙醇(Triton X-100由联合碳化学制品和塑料公司(Union Carbide Chemical and PlasticsCo.)出品，Danbury，康奈提格州)仪器的计算常量如下ρ(密度)＝1克/立方厘米；γ(表面张力)＝31达因/平方厘米；cosΘ＝1°。测试腔的多孔板上使用了一个0.22微米玻璃微孔过滤器(MilliporeCorporation，Bedford，MA出品，目录号#GSWP09025)。一个有机玻璃板，重约24克(仪器附带)放置在样本上，用来确保试样在微孔过滤器上放置平稳。试样上没有多余的重量。
用户剩下还要输入的设定值如下所示。使用中孔径序列(压力)如下(有效半径单位为微米)2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、400、500、600、500、400、300、250、200、175、150、125、100、90、80、70、60、50、40、30、25、20、15、10、5、2.5。这一序列开始时样本都是干燥的，随着孔径设定值的增加，逐渐饱和，然后有效孔径在2.5微米以上的所有容积样本均开始向外排水。平衡速率设置为5毫克/分钟。没有设置终止半径尺寸。
除了考虑到实验材料，还要在一种空条件(即在有机玻璃板和微孔过滤器之间不放置样本)下进行实验，以考虑腔内任一表面和/或边缘效应的影响。测试样本的适用滤孔分组都要减去在这一空转下测量的滤孔容积。可以手工处理这些数据或是用TRI/Autoporosimeter数据处理软件(版本号为2000.1)进行处理。
对排水样本(减小孔径的设置值)的典型孔径分布进行分析，因为应用的流经和过滤器介质内部的流体优选地是完全饱和介质材料。TRI/Autoporosimeter报告从每个滤孔组里排出的液体的重量(毫克)。从这个数据和最初的干燥的样品的重量，可以计算出滤孔容积/样品重量比值。这个数值的单位是立方毫米/毫克或立方厘米/克。可以通过将每一个滤孔组立方厘米/克容积除以在其基础上测量容积的有效孔半径的范围来说明滤孔分布率。结果单位可以记录为立方厘米/克/微米或立方毫米/克/微米。这些数据可以在自动仪器软件(版本号为2000.1)结果输出的基础上进行手工处理，或者使用TRI/Princeton中的数据处理软件(版本号为2000.1)进行处理。
使用方法本文所述的处理器套件用于净化水的方法包括(a)把一种水净化处理组合物与水混合在一起，得到含有固体物质的部分净化水；(b)交互混合和等待阶段；(c)过滤掉固体物质生成净化水；或者还可以(d)使净化水通过一个含碳过滤器。附加可以选择的步骤，包括(e)净化水存储到分配器中；(f)将净化水从分配器中进行分配。
每隔一段时间优选在第一容器中用搅拌工具61将水处理组合物与未处理的水进行混合，这种工具可以是例如一个勺子或者棍子。虽然搅拌工具61可以是实心的，但具有多个孔的搅拌工具60也可以用来促进混合。在第一容器中在未经处理的水中加入水净化组合物后，优选的净化过程包括混合周期和每个混合周期之间的相互混合停留阶段，这段时间里没有出现水的混合现象。在最后一次的混合周期过后，经过处理的水流经过滤器30进入第二容器60之前，还有一次最后的停留阶段。
一个或者更多的混合周期优选少于120秒。任选地，一个或更多的混合周期还可以在约5秒至约20秒之间，或约50秒至约80秒之间。据信，在相对较长的混合周期时间里(比如超过45秒)或者相对较短的混合周期时间里(比如少于20秒)，过滤后的水都可以达到相对较低的混浊程度。
一个或多个停留时间周期(无论是相互混合停留时间周期还是最后的停留时间周期)，优选少于约45分钟。任选地，相互混合停留时间周期还可以在约1分钟至约15分钟之间、或者约1分钟至约4分钟之间、或者约8分钟至约12分钟之间。最后的停留时间周期任选可少于约40分钟，或在约15分钟至约30分钟之间。据信，当最后的停留时间周期增加和/或者在相对较短的相互混合停留时间周期内(比如少于约4分钟)，或者相对较长的相互混合停留时间周期内(比如超过约8分钟)，过滤后水都可以得到相对较低的混浊程度。
还据信，当混合强度增加时，过滤后水的混浊程度降低。正如本文所使用的那样，“混合强度”这个术语可以表征为用来混合水的功率的平方根除以流失的水的容积和水的粘度，正如下面所示。
混合强度＝√P/Vμ这里P指的是功率，V指的是混合水的容积，μ是水的粘度。在纳尔寇造纸手册(The Nalco Water Handbook，第二版，1988，McGraw Hill出版社出版)这本书里将对这个公式进行进一步的讨论，这里引入本发明以作参考。功率可以由驱动搅拌工具61的扭矩乘以搅拌工具的角速度来决定。混合强度优选小于3,000s-1，或者任选在400s-1至1800s-1之间。当混合强度增加时，过滤后水的相对混浊程度据信会减小。
尽管这里所述的水净化组合物和过滤材料使用上述净化方法处理是优选的，但如果可以改变混合周期时间、相互混合停留时间周期和最后停留时间周期得长短和数量则会受欢迎。
净化水可以在过滤步骤的同时或之后流经含碳过滤器。正如上面所说的前面那种情况，例如第一个过滤器或下面的那个过滤器含有碳元素。在后面的那种情况中，例如第二和第三分别实施方案中的过滤器100、200。
处理器套件还应包括使用说明书。说明书可以以文本的形式、图表的形式、或者两者的结合提供。可以根据本文所述的任何一种方法进行说明，说明也可以直接印刷在装有一个或多个仪器部件的包装袋上面，或直接印在一个或多个仪器部件上(例如，容器40)，或分开说明，包括但不限于小册子、印刷广告、电子广告和/或口头交流，以便将使用这套设备的方法告知消费者。下面是说明书的一个实施例。
1.本袋粉剂能净化10升的饮用水。勿让儿童误食袋中粉剂。
2.除去上桶，加入10升的水。
3.剪开包装，把袋中粉剂加入装水的容器中。
4.使用搅拌装置，搅拌粉剂30秒钟。
5.使水静止至少5分钟，但勿少于5分钟。
6.再次搅拌粉剂30秒钟。
7.使水静止5分钟。
8.搅拌30秒钟。
9.使水静止5分钟。
10.把一次性过滤器的支座放在带有龙头的分配器边框的上面，把一次性的过滤器放在支座上。
11.把上层清水倒入一次性过滤器，流入底部带有龙头的储存容器，在桶的底部使干净的水和大的颗粒分离开来。当向过滤器倒水时，要确保水全部穿过而不是绕过过滤器。
12.假如过滤后的水不是十分清澈，把净化水转移到另一个容器中，清洗储存容器底部以除去所有细小颗粒，把水再次过滤一遍，然后流入带有龙头的清洗后的储存容器中。
13.让桶里水的底层大的颗粒留在那里。立即倒掉含有这些大的颗粒的水层。不要误食这些桔黄色的颗粒。
14.水经过过滤处理之后停留15分钟方可饮用。
15.把净化、过滤后的水保存在储存容器中。把清洗过的上桶放在储存容器的上面把容器盖起来。只能通过龙头分配水。
16.把用过的一次性过滤器扔到垃圾里。如果有人误食了这些黄色的颗粒，请根据Mercado Empresarial说明书上面的指示去做。
应当理解本发明不仅仅局限于上述的优选的方案，它们仅仅是示例性的。在本发明的原则范围内，物质的形状、大小、部件的排列、组分中的材料和组成以及步骤的顺序，正如所附的权利要求书中所表达的那样，在细节上可以充分的进行变化。
权利要求
1.用于净化水的处理器套件，其包括(a)接收未处理水的第一容器和接收净化水的第二容器；(b)水净化组合物，当该组合物在所述第一容器中与水混合时，会产生具有不溶性物质的部分净化水；(c)过滤器支架，由所述第二容器支撑，和(d)过滤器，放置在所述过滤器支架上；(e)由此，当部分净化水由所述第一容器中倒出时，流过所述过滤器和过滤器支架，流入所述第二容器中，所述过滤器过滤掉不溶性物质，这样就获得了净化水。
2.如权利要求1所述的处理器套件，其中所述过滤器包括滤布。
3.如权利要求1所述的处理器套件，其中所述过滤器包括滤纸。
4.如权利要求3所述的处理器套件，其中所述过滤器包括纤维质纤维。
5.如权利要求4所述的处理器套件，其中所述过滤器包括有BOUNTY牌的纸巾。
6.如权利要求3所述的处理器套件，其中所述过滤器包括多层。
7.如权利要求3所述的处理器套件，其中所述过滤器是波状的或是褶状的。
8.如权利要求1所述的处理器套件，其中所述过滤器支架包括底壁和边壁，两者均用于支撑过滤器。
9.如权利要求8所述的处理器套件，其中所述底壁包括向内伸展肋。
10.如权利要求8所述的处理器套件，其中所述边壁包括向内伸展肋。
11.如权利要求1所述的处理器套件，其中所述过滤器的支座包括多个在其中形成的开口，这样过滤后的水可以从中流过，所述开口部分的总面积是所述过滤器支座总面积的50％至80％。
12.如权利要求1所述的处理器套件，其中所述过滤器的支座包括向外伸展壁，该壁由所述第二容器的上端支撑。
13.如权利要求1所述的处理器套件，其中流过所述过滤器的所述流动速率为至少约0.1升/分钟，并且在所述流动速率下由所述过滤器过滤后的滤液的浊度不超过约2.5NTU。
14.如权利要求3所述的处理器套件，其中所述滤纸包括穹顶。
15.如权利要求1所述的处理器套件，所述过滤器具有多个孔，其中直径在20微米到150微米之间的所有孔的孔容积大于约0.004立方厘米/克/微米。
16.如权利要求14所述的处理器套件，其中所述滤纸包括两层，并且其中所述第一层的所述穹顶和第二层的穹顶以穹顶对穹顶的格式对齐。
17.如权利要求14所述的处理器套件，其中所述滤纸包括两层，并且其中所述第一层的所述穹顶和第二层的所述穹顶以偏移的穹顶对穹顶的格式连接在一起。
18.如权利要求14所述的处理器套件，其中所述滤纸包括两层，并且其中第一层的所述穹顶和第二层的所述穹顶以嵌套的格式连接在一起。
19.如权利要求14所述的处理器套件，其中所述滤纸包括多层的结构，其中第一层的穹顶和第二层的穹顶以穹顶对穹顶的格式定向，第三层的穹顶和第四层的穹顶以穹顶对穹顶的格式定向。
20.如权利要求19所述的处理器套件，还包括第五层和第六层，每层都具有穹顶，其中所述第五层的穹顶和所述第六层的穹顶以穹顶对穹顶的格式定向。
21.如权利要求15所述的处理器套件，所述过滤器孔具有孔，其中所述孔的密集度为最大时，孔的半径为约100微米至200微米，孔的容积大于0.010立方厘米/克/微米。
22.如权利要求1所述的处理器套件，还包括一份该处理器套件的使用说明书。
23.水净化处理器套件，其包括水净化组合物，当该组合物与水混合时会产生具有不溶性物质的部分净化水。第一过滤器，能够在部分净化水流经所述第一过滤器时移除该不溶性物质，第二过滤器，其包括碳元素。
24.水处理器套件，其包括第一容器，用于接收未处理的水；第二容器，用于接收净化水，具有一个用于分配净化水的龙头；一种水净化组合物，当该组合物在所述第一容器中与水混合时，会产生具有不溶性物质的部分净化水；第一过滤器，放置在所述第二容器的上端，用于在部分净化水从所述第一容器倒入所述第二容器时移除其中的固体物质；第二过滤器，位于所述第二容器内，所述第二过滤器里包括碳元素。
25.如权利要求24所述的处理器套件，其中所述第二容器包括一个出口，所述第二过滤器紧靠所述出口，这样净化后的水先流过第二过滤器再流出龙头。
26.如权利要求24所述的处理器套件，其中所述第二容器包括上下两个腔，所述第二过滤器封装在二者之间，这样净化水由所述第一腔通过所述第二过滤器，流入所述第二腔，由此放出净化水。
全文摘要
水净化处理器包括一个用于接收未处理水的第一容器，和一个用于接收净化水并具有一个排放龙头的第二容器。当水净化组合物在第一容器中和水混合时，会产生含有固体物质的部分净化水。当部分净化水从第一容器中倒出时，位于第二容器上端、放置在过滤器支座里的第一过滤器会移除所述固体物质。第二容器中的第二过滤器包括碳元素。
文档编号C02F1/28GK1474785SQ01818696
公开日2004年2月11日 申请日期2001年9月28日 优先权日2000年11月14日
发明者J·D·坦纳, D·J·埃蒙斯, W·W·奥斯滕多夫, K·G·贝尔, J·贝拉兹克兹, C·A·奥尔森, P·F·苏特, C·尤尔, J D 坦纳, 埃蒙斯, 奥尔森, 奥斯滕多夫, 瓤俗, 苏特, 贝尔 申请人:Pur水纯化产品股份有限公司