СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК C02F1/28 C02F9/00 B01J20/00 B01D39/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу удаления нежелательных частиц и микроорганизмов из воды и других жидкостей. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству и способу более эффективной фильтрации жидкостей, например воды.

Предшествующий уровень техники

Предполагается, что вода, предназначенная для потребления людьми, должна быть свободна от вредных составляющих или содержание концентраций таких составляющих должно быть ниже вредных (недопустимых) уровней. Для обеспечения питьевой воды для использования в быту и промышленности муниципалитеты используют промышленные способы в попытке исключить или уменьшить содержание вредных составляющих в воде, взятой из больших естественных водных источников. Питьевую воду также часто получают в малых количествах из колодцев или ручьев и, как правило, без какой-либо предварительной обработки перед ее употреблением.

К сожалению, пригодность для питья конкретного водоснабжения иногда является сомнительной. Соответствие и эффективность очистки муниципалитетами может изменяться вследствие множества факторов, например дождей, отказы оборудования и уровней использования. В зависимости от серьезности изменений в очистке, муниципалитет может оказаться вынужденным уведомлять своих потребителей о том, что перед употреблением для обеспечения безопасности требуется дополнительная обработка подаваемой воды, например кипячение. Вода, полученная непосредственно из естественного источника, также может стать подозрительной в зависимости от природных условий вблизи источника. Например, колодцы и ручьи могут быть загрязнены вследствие смыва загрязняющих веществ в источник воды потоком дождевой воды. В соответствии с этим существует необходимость в устройствах для фильтрации жидкости, пригодных по масштабу и объему для бытового применения и применения в учреждениях.

В ответ были разработаны устройства для фильтрации жидкости. Диапазон таких устройств распространяется от устройств, устанавливаемых в месте использования (например, кран кухонной раковины, безнапорные раздаточные устройства, например кувшины для воды, и раздаточные устройства низкого давления, например спортивные бутылки) до, как правило, более массивных модулей, устанавливаемых в местах подачи и скрытых от глаз в водопроводно-канализационной сети жилого дома или учреждения. Во многих из таких устройств используют активированный уголь, по крайней мере, в одноступенчатом способе фильтрации. Активированный уголь помогает удалять из воды сильные запахи и привкусы. Более конкретно, активированный уголь может удалить из воды хлор и осадок.

Проблема, связанная с использованием активированного угля (называемого также активированным углеродом), заключается в том, что в активированном угле быстро распространяются некоторые микроорганизмы, подобные бактериям. Эта проблема имеет, по меньшей мере, три нежелательных эффекта. Во-первых, рост бактерий в активированном угле может препятствовать прохождению потока воды через эту ступень фильтра. Во-вторых, что является более важным, использование активированного угля может фактически увеличить концентрацию бактерий, присутствующих в воде, из-за обеспечения влажной, богатой питательными веществами среды, которая способствует размножению бактерий, как описано в работе Дашнера и др. "Микробиологическое загрязнение питьевой воды в коммерческих бытовых водопроводных фильтрах", 15 Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 233-37 (1996). В-третьих, при периодическом использовании первый поток воды через активированный фильтр после периода неиспользования будет содержать пиковую концентрацию бактерий.

Как правило, во всех водоснабжениях содержится некоторая концентрация бактерий. Эта концентрация может увеличиваться в активированном угле, который не промывается из-за периодичности использования воды из конкретного фильтра. Результатом является пиковая концентрация, имеющая место в каждом периодическом использовании, когда бактерии смываются с активированного угля. Повышенная концентрация бактерий является противоположным результатом, который предполагается при установке фильтра. Хотя доступны многие механизмы фильтрации, ни один не решает всех указанных проблем без частой замены активированного угля.

В патенте США №5271837 описана многоступенчатая система фильтрации питьевой воды, в которой используют центральный фильтрующий картридж, полученный из активированного угля, пропитанного серебром, катионообменной смолы и анионообменной смолы. Активированный уголь является первой ступенью системы фильтрации, предшествующей смолам. Для предотвращения засора центрального фильтрующего картриджа макрочастицами, в патенте США №5271837 описан фильтр, предназначенный для фильтрации макрочастиц, расположенный перед центральным фильтрующим картриджем. Однако этот патент не направлен на устранение каких-либо проблем, связанных с фильтрацией микроорганизмов или предотвращением роста бактерий на активированном угле.

В патенте США №5891333 описывается модульный, многоступенчатый водопроводный фильтр для использования в верхней части стойки или под верхней частью стойки. Этот патент относится к устройству со съемными, сменными картриджами, содержащими фильтрующую среду в конфигурации, и позволяет изменять шкалу классификации в зависимости от требуемой фильтрующей способности. В описании не определена какая-либо конкретная фильтрующая среда или последовательность составляющих фильтрации. Не описано удаление какой-либо составляющей из водоснабжения.

В патенте США №5318703 описан модуль водопроводного фильтра для использования при варке кофе, который предназначен для удаления остаточного хлора, запахов, неприятных привкусов, примесей и других неопределенных осадков из воды перед контактным взаимодействием с молотым кофе. Описанная фильтрующая среда представляет собой активированный уголь, который удерживается по месту посредством сетчатых фильтров. Сетчатые фильтры, которые могут быть получены из полимерного материала, используются для удаления примесей крупных частиц, например, осадка и других частиц загрязняющих веществ посредством механической фильтрации. Не описано удаление микроорганизмов или устранение каких-либо связанных с этим специфических проблем.

В патенте США №5554288 описан фильтр одноразового использования, полученный из бумажной фильтрующей среды. Тонко измельченные абсорбенты равномерно распределены в волокнистой массе, из которой получена бумажная фильтрующая среда, для использования во множестве конфигураций. Заявлены различные абсорбенты, включая активированный уголь. В патенте США №5554288 специально идентифицировано, что угольные фильтрующие картриджи, которые остаются погруженными в воду, будучи обработанными таким образом, могут стать питательной средой для роста бактерий. Однако, как заявлено, возникновение этой особой проблемы избегают, поскольку фильтры, описанные в патенте США №5554288, выбрасывают после использования, а не оставляют погруженными в воду. Однако такое решение требует от пользователя частой замены фильтра и выбрасывания использованного фильтра.

Таким образом, существует потребность в улучшенном способе и усовершенствованном устройстве для удаления из жидкостей, например из воды, нежелательных частиц и микроорганизмов, например бактерий, вирусов, простейших животных, дрожжей, грибков и микробиологических цист. Более конкретно, существует необходимость в улучшенном способе и усовершенствованном устройстве для фильтрации жидкостей с большей эффективностью фильтрации и в исключении пиковых концентраций микроорганизмов, о которой нет сообщений на предшествующем уровне техники.

Краткое изложение сущности настоящего изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение некоторых проблем, которые были идентифицированы выше, посредством предложения способа и устройства для фильтрации жидкостей, например воды, которые уменьшают контактное взаимодействие бактерий с активированным углем фильтра. Более конкретно, ступень фильтра располагают в потоке воды многоступенчатого фильтра перед активированным углем так, чтобы микроорганизмы по существу удалялись из воды перед фильтрацией активированным углем.

Вследствие предотвращения контактного взаимодействия бактерий с активированным углем устраняются проблемы повышенной концентрации бактерий и связанного с этим уменьшения потока. Для периодических случаев применения проблему пиковых концентраций устраняют путем предотвращения попадания микроорганизмов на активированный уголь, где могут создаваться благоприятные условия для их воспроизведения во время отсутствия течения воды.

Может быть использовано множество вариантов осуществления настоящего изобретения. Например, фильтр может состоять из ступеней в виде слоев материала в многоярусной конфигурации в цилиндрической камере или камере другой формы. Жидкость может поступать в камеру с одного конца, проходить в продольном направлении через различные ступени фильтрующей среды и затем выходить из камеры в месте использования. В пределах объема настоящего изобретения находятся также другие конфигурации фильтра, а модификации и структурные конфигурации не должны отрицательно повлиять на эффективность устройства и способа, соответствующих настоящему изобретению, фильтровать жидкости, например воду. Должно быть очевидным, что, хотя процесс фильтрования воды рассмотрен в этой заявке в качестве примера, способ и устройство, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы для фильтрации других жидкостей в зависимости от требуемых характеристик удаления загрязняющих веществ.

Слои материала, используемого в настоящем изобретении, могут содержать шарики, смолы, гранулированные материалы или сжатые адсорбенты и могут быть заряженными или незаряженными. В альтернативном случае в другом варианте осуществления фильтр может состоять из ступеней в виде листов или полотен фильтрующей среды, уложенных слоями вместе, через которые побуждают проходить воду. Каждый лист может быть получен из фильтрующей среды, специально предназначенной для удаления определенных составляющих. В еще одном варианте осуществления фильтр может состоять из концентрических цилиндрических слоев, причем воду побуждают проходить в радиальном направлении внутрь или наружу через слои и затем поступать в место использования.

Объем настоящего изобретения не ограничен каким-либо вариантом осуществления, здесь описываемым. Вместо этого настоящее изобретение требует, чтобы независимо от конкретного варианта осуществления, конфигурации или формы устройства, в котором смонтирован или используется фильтр, жидкость фильтровалась прежде, чем ее поток пройдет через активированный уголь, при использовании фильтрующей среды, которая удаляет микроорганизмы. Действие "удаление микроорганизмов", как описано в этой заявке, оказываемое на микроорганизмы, предусматривает умерщвление, улавливание или дезактивацию таких микроорганизмов.

Кроме того, в зависимости от составляющих, которые требуется удалить из жидкости, без ограничения объема настоящего изобретения в фильтр могут быть введены дополнительные ступени фильтрующей среды. Эти ступени могут быть расположены перед ступенью или после ступени, которая содержит активированный уголь. И в этом случае настоящее изобретение требует, чтобы, по меньшей мере, одна ступень для удаления микроорганизмов предшествовала ступени, содержащей активированный уголь.

Все фильтрующее устройство, имеющее, по меньшей мере, две ступени, может быть собрано в виде множества физических форм и конфигураций в зависимости от предполагаемого потребителя или случая применения. Например, устройство, содержащее фильтрующую среду, без ограничения объема настоящего изобретения может быть легко присоединено к водопроводному крану кухонной раковины или к другому вентилю для подачи воды. В другой конфигурации может быть использовано устройство, содержащее фильтр, которое смонтировано в шкафу или в водопроводно-канализационной сети жилых зданий или торговых предприятий. Другие варианты осуществления предусматривают использование такого устройства в кувшине, спортивных бутылках или других раздаточных средствах.

В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения вода, поступающая в фильтрующее устройство, сначала проходит через ступень, образованную из полотна, полученного аэродинамическим способом из расплава, из полотна с модифицированным зарядом, полученного из стекловолокна аэродинамическим способом из расплава, или из полотна с модифицированным зарядом, полученного из стекловолокна. Эта ступень обеспечивает удаление обеспечивающих мутность компонентов, которые могут делать жидкость мутной, и различных осадков, а также некоторых органических составляющих. Затем вода проходит через другую ступень, образованную из одного или более микропористых материалов, например, из микростекловолокна. С помощью этой ступени удаляются главным образом микроорганизмы, включая бактерии.

После этих двух ступеней вода проходит через ступень активированного угля, где посредством адсорбции удаляются другие загрязняющие вещества. Если бактерии уже были удалены перед этой ступенью, то активированный уголь меньше загрязняется микроорганизмами, например бактериями.

Эти и другие элементы, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания, сделанного со ссылкой на сопроводительные чертежи, и прилагаемой формулы изобретения. Сопроводительные чертежи, которые входят в состав описания и являются его неотъемлемой составной частью, иллюстрируют вариант осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием предназначены для объяснения принципов настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Полное и адекватное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, сделанное со ссылкой на сопроводительные чертежи, дает квалифицированному специалисту в этой области техники лучшее представление о настоящем изобретении.

Фиг.1 - схематическое представление варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующего поток воды, проходящий через фильтрующую среду.

Фиг.2 - схематическое представление другого варианта осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующего поток воды, проходящий через фильтрующую среду.

Фиг.3 - схематическое представление цилиндрического варианта осуществления ступеней фильтра, соответствующего настоящему изобретению (без камеры).

Фиг.4 - схематическое представление цилиндрического варианта осуществления ступеней фильтра, соответствующего настоящему изобретению (без камеры).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения

Далее описание вариантов осуществления настоящего изобретения будет сделано подробно со ссылкой на один или более примеров, которые описаны ниже. Каждый из примеров вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрен для пояснения сущности настоящего изобретения, а не для его ограничения. Квалифицированным специалистам в этой области техники фактически станут очевидными различные модификации и изменения настоящего изобретения, которые могут быть сделаны без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения. Например, элементы, иллюстрируемые и описываемые как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы с другим вариантом осуществления, чтобы дать еще дополнительный вариант осуществления. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения в соответствии с объемом прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов. Другие объекты, элементы и аспекты настоящего изобретения описаны в следующем подробном описании или становятся очевидными из него. Квалифицированным специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что представленное описание настоящего изобретения является только описанием примеров его вариантов осуществления и не предназначено для ограничения более широких аспектов настоящего изобретения.

В общем, настоящее изобретение относится к способу и устройству для фильтрации жидкости, которое уменьшает контактное взаимодействие бактерий со ступенью предназначенного для фильтрации жидкости фильтра, содержащей активированный уголь. Более конкретно, ступень фильтра может быть расположена в потоке воды многоступенчатого фильтра в местоположении в потоке перед ступенью, содержащей активированный уголь, так, чтобы микроорганизмы по существу удалялись активированным углем из воды до ее фильтрации.

Как показано на Фиг.1, многоступенчатый фильтр 10 содержит камеру 12, имеющую вход 14 для потока воды; выход 16 для потока воды; первую ступень 18 фильтра, расположенную в камере 12 и находящуюся в гидродинамическом сообщении с выходом 16. Вторая ступень 20 фильтра расположена в камере 12 в местоположении, которое позволяет воде проходить через первую ступень 18 фильтра перед прохождением через вторую ступень 20 фильтра, как показано на Фиг.1 стрелками, которые указывают направление движения потока воды.

Должно быть очевидно, что могут быть использованы другие устройства ступеней фильтра. Например, ступени могут не находиться в одной камере, но могут иметь гидродинамическое сообщение посредством трубопровода или аналогичного средства.

Первая ступень 18 фильтра имеет такую структуру фильтрующей среды, чтобы удалять, захватывать, убивать или дезактивировать микроорганизмы. Примерами материалов, которые могут быть использованы для первой ступени 18 фильтра, являются микропористые материалы, например, нетканое полотно, полученное аэродинамическим способом из расплава, нетканое полотно, полученное из микростекловолокна, или различные среды с модифицированным зарядом, например нетканое полотно с модифицированным зарядом, полученное аэродинамическим способом из расплава или нетканое полотно с модифицированным зарядом на основе микростекловолокна. Для этой первой ступени фильтра могут быть использованы другие фильтрующие среды, которые убивают или дезактивируют микроорганизмы.

Как правило, если используют микропористые материалы, то такие материалы могут иметь размеры пор, которые составляют 20 мкм или менее, а в некоторых вариантах осуществления размеры пор составляют 10 мкм или менее. В других вариантах осуществления микропористые материалы будут иметь максимальный размер пор, составляющий 7,5 мкм. Такие материалы включают в себя различные конфигурации микростекловолокна, а также различные нетканые полотна.

Используемый в этой заявке термин "нетканое полотно" означает полотно или ткань, структура которых состоит из отдельных волокон или нитей, но уложенных относительно друг друга не так, как это имеет место в трикотажных или тканых материалах. Нетканые полотна, как правило, могут быть получены способами, которые хорошо известны обычным специалистам в этой области техники. Примеры таких способов включают в себя, но только в качестве иллюстрации, аэродинамическое осаждение из расплава, фильерный способ производства, кардование и соединение, воздушную укладку и мокрую укладку. Получение аэродинамическим способом из расплава, совместное формование и получение фильерным способом производства являются примерами способов получения нетканых полотен, которые описаны в нижеуказанных патентах, которые приведены в этой заявке в качестве ссылки:

(а) получение нетканого полотна аэродинамическим способом из расплава, например, описано в патентах США №3016599, выданном Р.В. Перри мл. (R.W.Perry, Jr.), №3704198, выданном Дж.С.Прентайсу (J.C.Prentice), №3755527, выданном Дж.п.Келлеру (J.P.Keller) и др., №3849241, выданном P.P.Бутину (R.R.Butin) и др., №3978185, выданном P.P.Бутану (R.R.Butin) и др., и №4663220, выданном Т.Дж.Виснески (T.J.Wisneski) и др. Смотри также работу В.А.Венте (V.A.Wente) "СВЕРХТОНКИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ВОЛОКНА", Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 48, №8, pp. 1342-1346 (1956); В.А.Венте (V.A.Wente) и др. "ПРОИЗВОДСТВО СВЕРХТОНКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВОЛОКОН", Navy Research Laboratory, Washington, D.C., NRL Report 4364 (111437), от 25 мая 1954 года. United States Department of Commerce, Office of Technical Services; и Роберт Р.Бутин (Robert R.Butin) и Дуайт Т.Локамп (Dwight Т. Lohkamp) "ПОЛУЧЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ИЗ РАСПЛАВА - ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО ПОЛОТНА ДЛЯ НОВЫХ ТЕТКАНЫХ ИЗДЕЛИЙ", Journal of The Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Vol. 56, №4, pp. 74-77 (1973);

(б) совместное формование описано в патентах США №4100324, выданном Р.А.Андерсону (R.A.Anderson) и др., и в №4118531, выданном Е.Р.Хаузеру (E.R.Hauser); и

(в) получение фильерным способом производства описано среди других источников в патентах США №3341394, выданном Кинни (Kinney), №3655862, выданном Доршнеру (Dorschner) и др., №3,692,618, выданном Доршнеру (Dorschner) и др., №3705068, выданном Добо (Dobo) и др., №3802817, выданном Мацуки (Matsuki) и др., №3853651, выданном Порте (Porte), №3064605, выданном Акияма (Akiyama) и др., №4091140, выданном Хэрмону (Harmon), №4100319, выданном Шварцу (Schwartz), №4340563, выданном Аппелю (Appel) и Морману (Morman), №4405297, выданном Аппелю (Appel) и Морману (Morman), №4434204, выданном Хартману (Hartman) и др., №4627811, выданном Грейзеру (Greiser) и Вагнеру (Wagner), и №4644045, выданном Фовеллсу (Fowells).

Нетканое полотно с модифицированным зарядом на основе микростекловолокна может быть получено из волокнистого нетканого полотна, которое содержит стекловолокна с нанесенными на них катионнозаряженным покрытием. Как правило, такими волокнами будут стекловолокна, имеющие диаметр, составляющий приблизительно 10 мкм или менее. Покрытие содержит функционализированный катионный полимер, у которого были образованы поперечные мостиковые межмолекулярные связи, полученные посредством нагрева после нанесения покрытия на стекловолокна. Такой волокнистый фильтр получают способом, который предусматривает обеспечение волокнистого фильтра, который содержит стекловолокна, пропускание раствора функционализированного катионного полимера, способного благодаря нагреву образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи, через волокнистый фильтр в условиях, достаточных для по существу покрытия волокон функционализированным катионным полимером, и термическую обработку результирующего волокнистого фильтра с нанесенным покрытием при температуре и в течение времени, которых достаточно для образования поперечных мостиковых межмолекулярных связей в функционализированном катионном полимере, представленном на стекловолокнах. Функционализированным катионным полимером может быть эпихлоргидрин-функционализированный полиамин или эпихлоргидрин-функционализированный полиамидамин.

В общем, при использовании в качестве фильтрующей среды, нетканое полотно с модифицированным зарядом на основе микростекловолокна будет содержать, по меньшей мере, 50 мас.% стекловолокон от всех волокон, представленных в фильтрующей среде. В некоторых вариантах осуществления по существу 100 мас.% волокон будут стекловолокнами. Однако при наличии других волокон, они, как правило, будут целлюлозными волокнами, волокнами, полученными из синтетических термопластичных полимеров или их смесей.

Используемые в этой заявке термины "катионнозаряженное", относящийся к покрытию на стекловолокне, и "катионный", относящийся к функционализированному полимеру, означают наличие в соответствующих покрытий и полимере множества положительно заряженных групп. Таким образом, термины "катионнозаряженное" и "положительно заряженное" являются синонимами. Такие положительно заряженные группы, как правило, будут содержать множество четвертичных аммониевых групп, но не обязательно, чтобы это множество было ограничено наличием этих групп.

Используемый в этой заявке термин "функционализированный" означает наличие в катионном полимере множество функциональных групп, которые не являются катионными группами, способных при нагреве образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи. Таким образом, функциональные группы являются группами, способными образовывать при нагреве поперечные мостиковые межмолекулярные связи. Примерами таких функциональных групп являются эпокси-, этиленамин- и эписульфид-группы. Эти функциональные группы легко вступают в реакцию с другими группами, как правило, имеющимися в катионном полимере. Другие группы имеют, как правило, по меньшей мере, один реакционноспособный атом водорода, например, амино-, гидрокси- и тиол-группы. Можно отметить, что реакция функциональной группы с другой группой часто генерирует еще другие группы, которые способны вступать в реакцию с функциональными группами. Например, реакция эпоксигруппы с аминогруппой приводит в результате к образованию β-гидроксиаминогруппы.

Таким образом, термин "функционализированный катионный полимер" означает содержание любого полимера, имеющего множество положительно заряженных групп и множество других функциональных групп, которые способны при нагреве образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи. Особенно полезными примерами таких полимеров являются эпихлоргидрин-функционализированные полиамиды и эпихлоргидрин-функционализированные полиамидамины. Примерами обоих типов полимеров являются смолы, имеющие торговое название Kymene^®, выпускаемые на промышленной основе компанией Hercules Inc., Wilmington, Delaware. Другие пригодные материалы включают в себя катионно-модифицированные крахмалы, например, имеющие торговое название RediBond, выпускаемые на промышленной основе компанией National Starch.

Используемый в этой заявке термин "термически сшитое" означает, что покрытие из функционализированного катионного полимера было нагрето при температуре и в течение времени, которых достаточно для образования поперечных мостиковых межмолекулярных связей вышеуказанных функциональных групп. Температуры нагрева, как правило, могут изменяться от температуры, составляющей приблизительно 50°С, до температуры, составляющей приблизительно 150°С. Время нагрева, в общем, является функцией температуры и типа функциональных групп, имеющихся в катионном полимере. Например, время нагрева может изменяться от менее чем одной минуты до приблизительно 60 минут или более.

Нетканое полотно с модифицированным зарядом, полученное аэродинамическим способом из расплава, может состоять из гидрофобных полимерных волокон, ам-фифильных макромолекул, адсорбированных, по меньшей мере, на части поверхностей гидрофобных полимерных волокон, и способного образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи функционализированного катионного полимера, связанного, по меньшей мере, с частью амфифильных макромолекул, в котором в функционализированном катионном полимере является сшитым. Сшивание может быть достигнуто посредством использования химического агента сшивания или посредством нагрева. Желательно использовать термическое сшивание. В общем, амфифильные макромолекулы могут быть одного или более следующих типов: белки, поливиниловый спирт, моносахариды, дисахариды, полисахариды, полигидроксисоединения, полиамины, полилактоны и аналогичные вещества. Желательно, чтобы амфифильными макромолекулами были амфифильные макромолекулы белка, например, макромолекулы глобулярного белка или белка в состоянии статистического клубка. Например, амфифильными макромолекулами белка могут быть макромолекулы белка молока. Функционализированным катионным полимером, как правило, может быть любой полимер, который содержит множество положительно заряженных групп и множество других функциональных групп, которые способны образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи, например, с помощью химического агента сшивания или посредством нагрева. Особенно пригодными примерами таких полимеров являются эпихлоргидрин-функционализированные полиамины и эпихлор-гидрин-функционализированные полиамидамины. Другими пригодными материалами являются катионно-модифицированные крахмалы.

Нетканое полотно с модифицированным зарядом, полученное аэродинамическим способом из расплава, может быть получено методом, который предусматривает обеспечение волокнистой, полученной аэродинамическим способом из расплава, фильтрующей среды, пропускание раствора, содержащего амфифильные макромолекулы, через волокнистый фильтр в условиях приложения механического напряжения при сдвиге так, чтобы, по меньшей мере, часть амфифильных макромолекул была адсорбирована, по меньшей мере, на некоторых из гидрофильных полимерных волокон, чтобы дать амфифильное покрытое макромолекулами волокнистое нетканое полотно, пропускание раствора функционализированного катионного полимера, способного образовывать поперечные мостиковые межмолекулярные связи, через амфифильное покрытое макромолекулами волокнистое нетканое полотно в условиях, адекватных для соединения функционализированного катионного полимера, по меньшей мере, с частью амфифильных макромолекул, чтобы дать функционализированное покрытое катионным полимером волокнистое нетканое полотно, в котором функционализированный катионный полимер связан, по меньшей мере, с частью амфифильных макромолекул, и обработку полученного покрытого волокнистого фильтра химическим веществом, вызывающим образование поперечных мостиковых межмолекулярных связей, или нагрев. Желательно, чтобы покрытый волокнистый фильтр был термически обработан при температуре и в течение времени, достаточных для сшивания функционализированного катионного полимера.

Вторая ступень 20 фильтра содержит активированный уголь. Он может быть использован в гранулированном виде или спрессован в объеме, имеющем любое несметное число конфигураций, включающих в себя цилиндры, пластинки и диски. Конфигурации твердого пористого фильтра особенно желательны для простоты обработки и легкости утилизации. Они могут быть получены посредством экструзии смеси термопластичного связующего вещества и порошкообразного или гранулированного активированного угля. Эта ступень, содержащая активированный уголь, может иметь различные другие компоненты, например цеолиты, ионообменные смолы, связующие вещества и различные другие абсорбенты.

Используемый в этой заявке термин "термопластичное связующее вещество" означает любое связующее вещество, как правило, полимер, которое является термопластичным, то есть способным размягчаться и течь при нагреве и вновь затвердевать при охлаждении. Примеры термопластичных связующих веществ, но только для иллюстрации, включают в себя полиацетали с закрытыми концевыми группами, например полиоксиметилен или полиформальдегид, политрихлорацетальдегид, поли(н-валеральдегид), полиацетальдегид; акриловые полимеры, например, полиакриламид, полиакриловая кислота, полиметакриловая кислота, полиэтилацетат и полиметилметакрилат; фторопласты, например, политетрафторэтилен, сополимеры с высоким содержанием фторированных звеньев этилена и пропилена, сополимеры этилена и тетрафторэтилена, поливинилиденфторид и поливинилфторид; полиамиды, например, поли(6-аминокапроновая кислота) или поли(е-капролактам), полигексаметиленадипамид, полигексаметиленсебакамид и поли(11-аминоундекановая кислота); полиарамиды, например, поли(имино-1,3-фениленейминоизофталоил) или поли(m-фениленизофталамид); парилены, например, поли-р-ксилилен, и поли(хлор-р-ксилилен); полиариловые эфиры, например, поли(окси-2,6-диметил-1,4-фениленсульфонил-1,4-фенилен) или поли(р-фениленоксид); полиариловые сульфоны, например, поли(окси-1,4-фениленсульфонил-1,4-фениленокси-1,4- фениленизопропилиден-1,4-фенилен) и поли(сульфонил-1,4-фенилен-окси-1,4-фениленсульфонил-4,4'-бифенилен); поликарбонаты, например, полибифенол А или поли(карбонилдиокси-1,4-фениленизопропилиден-1,4-фенилен); полиэфиры, например, полиэтилентерефталат, политетраметилентерефталат и поли(циклогексилен-1,4-диметилентерефталат) или поли(оксиметилен-1,4-циклогексиленеметиленокситерефталоил; полиариловые сульфиды, например, поли(р-фениленсульфид) или поли(тио-1,4-фенилен); полиимиды, например, поли(пиромеллитимидо-1,4-фенилен); полиолефины, например, полиэтилен, полипропилен, поли(1-бутен), поли(2-бутен), поли(1-пентен), поли(2-пентен), поли(3-метил-1-пентен), поли(4-метил-1-пентен); виниловые полимеры, например, поливинилацетат, поливинилиденхлорид, и поливинилхлорид; диеновые полимеры, например, 1,2-поли-1,3-бутадиен, 1,4-поли-1,3-бутадиен, полиизопрен и полихлоропрен; полистиролы; и сополимеры вышеупомянутых веществ, например сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола.

Камера 12 может быть образована любой конфигурации, которую принимает конструкция фильтра и позволяет потоку воды проходить через ступени в описанном порядке. Например, камере 12 может быть придана форма, соответствующая различным случаям применения, например, для соединения с водопроводным краном или для введения в верхнюю часть кувшина. В таких случаях применения камера (и, таким образом, ступени фильтра), как правило, имеют цилиндрическую форму. Однако настоящее изобретение не требует камер или фильтров только цилиндрической формы.

Аналогичным образом, на Фиг.2, 3 и 4 иллюстрируются элементы, показанные на Фиг.1, но соответствующие другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Эти варианты осуществления приведены только в качестве примеров, поскольку из описания настоящего изобретения, изложенного в этой заявке, квалифицированному в этой области техники специалисту будут вполне очевидны многие другие варианты осуществления. Например, среда с модифицированным зарядом может быть использована в качестве ступеней фильтра перед ступенью, которая содержит активированный уголь, а также после ступени, содержащей слой активированного угля. В качестве дополнительного примера многоступенчатый фильтр может содержать слой среды с модифицированным зарядом в качестве первой ступени фильтра, затем слой, содержащий активированный уголь, в качестве второй ступени фильтра, за которым следует другой слой среды с модифицированным зарядом в качестве третьей ступени фильтра, которая действует как ступень тонкой очистки после прохождения потока через ступень, содержащую активированный уголь. Кроме того, может быть использовано множество аналогичных слоев ступеней фильтра, таких как слой фильтрующей среды с модифицированным зарядом, за которым следует слой, содержащий активированный уголь, за которым следуют два слоя среды с модифицированным зарядом, за которыми следует другой слой, содержащий активированный уголь, и затем, наконец, следует конечный слой среды с модифицированным зарядом.

На Фиг.2 показан многоступенчатый водопроводный фильтр 110, имеющий камеру 112, имеющую вход 114 для потока воды; выход 116 для потока воды; первую ступень 118 в камере 112 и находящуюся в гидродинамическом сообщении со входом 114; вторую ступень 120 в камере 112 и находящуюся в гидродинамическом сообщении с выходом 116; и третью ступень 122, содержащую микропористый материал. Вторая ступень 120 фильтра расположена в камере 112 в положении, которое позволяет воде проходить через первую ступень 118 фильтра перед прохождением через вторую ступень 120 фильтра, как показано на Фиг.2 стрелками, которые указывают направление движения потока воды.

Третья ступень 122 фильтра расположена в камере 112 в положении, которое позволяет воде проходить через третью ступень 122 фильтра перед прохождением через вторую ступень 120 фильтра. Следовательно, третья ступень 122 фильтра может быть расположена в положении, которое позволяет воде проходить через третью ступень 122 фильтра после прохождения через первую ступень 118 фильтра, как показано на Фиг.2, или третья ступень 122 фильтра может быть расположена в положении, которое позволяет воде сначала проходить через третью ступень 122 фильтра, затем через первую ступень 118 фильтра и после этого через вторую ступень 120 фильтра. Вторая ступень 120 фильтра содержит активированный уголь, как описано выше со ссылкой на Фиг.1. Первая ступень 118 фильтра и третья ступень 122 фильтра могут быть получены из микропористый материалов, как описано выше со ссылкой на Фиг.1. В некоторых вариантах осуществления эта третья ступень 122 фильтра может содержать пористый материал, который имеет градиент пористой структуры, означающий, что диаметр пор изменяется от одной поверхности этой ступени фильтра к другой поверхности этой ступени фильтра. Например, если третья ступень фильтра предназначена действовать в качестве ступени удаления осадка, то диаметр пор может уменьшаться от исходной поверхности контактного взаимодействия с жидкостью к поверхности выхода жидкости.

Фиг.3 иллюстрирует другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором поток воды движется в радиальном направлении внутрь, а затем из цилиндра в потоке, движущемся вдоль оси полой центральной области цилиндра. Как показано, многоступенчатый водопроводный фильтр 210 содержит вход 214 для потока воды, который является внешней поверхностью цилиндра; выход 216 для потока воды вдоль оси полой центральной области цилиндра; первую ступень 218 фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении со входом 214; вторую ступень 220 фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении с выходом 216. Вторая ступень 220 фильтра расположена в положении, которое позволяет воде проходить через первую ступень 218 фильтра перед прохождением через вторую ступень 220 фильтра, как показано стрелками на Фиг.3, которые указывают направление движения потока воды. Как очевидно квалифицированному специалисту в этой области техники, для принятия этого варианта осуществления может быть легко образована камера, не показанная на Фиг.3. Как и в вариантах осуществления, иллюстрируемых со ссылкой на Фиг.1 и 2, первая ступень 218 фильтра содержит фильтрующую среду, например, нетканое полотно с модифицированным зарядом, полученное аэродинамическим способом из расплава, или нетканое полотно с модифицированным зарядом, полученное на основе микростекловолокон, которая удаляет микроорганизмы. Аналогичным образом, вторая ступень 220 фильтра содержит активированный уголь. Хотя это и не показано, но в вариант осуществления, иллюстрируемый на Фиг.3, может быть легко добавлена третья ступень посредством добавления третьего концентрического слоя фильтрующей среды. Эта третья ступень фильтра может быть добавлена к первой ступени 218 фильтра в виде концентрического слоя или может быть введена в виде концентрического слоя, расположенного между первой ступенью 218 фильтра и второй ступенью 220 фильтра.

На Фиг.4 иллюстрируется вариант осуществления с потоком, проходящем в направлении, которое противоположно направлению, показанному на Фиг.3. Характерно, что вода, как показано на Фиг.4, входит в устройство вдоль оси полой центральной области цилиндра и затем движется в радиальном направлении наружу через ступени фильтра. Многоступенчатый водопроводный фильтр 310, иллюстрируемый на Фиг.4, содержит вход 314 для потока воды вдоль оси полой центральной области цилиндра; выход 316 для потока воды, который является поверхностью цилиндра; первую ступень 318 фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении со входом 314; и вторую ступень 320 фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении с выходом 316. Вторая ступень 320 фильтра расположена в положении, которое позволяет воде проходить через первую ступень 318 фильтра перед прохождением через вторую ступень 320 фильтра, как показано стрелками на Фиг.4, которые указывают направление движения потока воды. Как очевидно квалифицированному специалисту в этой области техники, для принятия этого варианта осуществления может быть легко образована камера, не показанная на Фиг.4. Как и в вариантах осуществления, иллюстрируемых со ссылкой на Фиг.1, 2 и 3, первая ступень 318 фильтра содержит фильтрующую среду, которая удаляет микроорганизмы. Аналогичным образом, вторая ступень 320 фильтра содержит активированный уголь. Хотя это и не показано, но в вариант осуществления, иллюстрируемый на Фиг.4, может быть легко добавлена третья ступень посредством добавления третьего концентрического слоя фильтрующей среды. Эта третья ступень фильтра может быть добавлена к внутренней области первой ступени 318 фильтра в виде концентрического слоя или может быть введена в виде концентрического слоя, расположенного между первой ступенью 318 фильтра и второй ступенью 320 фильтра.

Как следует из Фиг.2, для получения фильтрованной воды камеру 110 соединяют с путем прохождения потока воды. Вода проходит через первую ступень 118 фильтра, где из воды удаляются микроорганизмы. Затем вода проходит через третью ступень 122 фильтра, где из воды удаляются осадок и некоторые органические материалы. При прохождении во второй ступени 120 фильтра активированный уголь удаляет из воды некоторые тяжелые металлы, хлор и остаточный осадок. После этого вода выходит из второй ступени 120 фильтра, проходит через выход 116 для потока воды, из камеры 110 и к потребителю или резервуару для фильтрованной воды. Аналогичным образом, стрелки, показанные на Фиг.1, 3 и 4, указывают направление потока воды в этих соответствующих вариантах осуществления, причем каждая ступень фильтра работает так, как описано со ссылкой на Фиг.2.

Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны при использовании специфических терминов, устройств и способов, такое описание сделано только для иллюстративных целей. Использованные слова являются скорее словами описания, чем ограничения. Квалифицированному специалисту в этой области техники должно быть очевидно, что без отклонения от сущности или объема настоящего изобретения и в соответствии с формулой изобретения могут быть сделаны изменения и модификации. Кроме того, должно быть очевидно, что аспекты различных вариантов осуществления могут быть заменены полностью или частично. Следовательно, сущность и объем прилагаемой формулы изобретения не должны ограничиваться описанием предпочтительных вариантов осуществления, приведенным в этой заявке.

Изобретение относится к области очистки жидкостей путем фильтрации. Предложен фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости, содержащий камеру, имеющую вход для потока жидкости и выход для потока жидкости; первую ступень фильтра, расположенную в указанной камере, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным входом, причем указанная первая ступень фильтра содержит материал, который удаляет микроорганизмы; вторую ступень фильтра, расположенную в указанной камере, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным выходом, причем указанная вторая ступень фильтра содержит активированный уголь; при этом указанная вторая ступень фильтра расположена в указанной камере в положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную первую ступень фильтра перед прохождением через указанную вторую ступень; и третью ступень фильтра, расположенную в указанной камере, причем указанная третья ступень фильтра находится в указанной камере в таком положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную третью ступень фильтра перед прохождением через указанную первую ступень фильтра, и указанная третья ступень фильтра представляет собой полотно из микростекловолокна с уменьшающимся по ходу жидкости размеру пор. Изобретение позволяет эффективно очищать жидкость от различных микроорганизмов. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости, содержащий камеру, имеющую вход для потока жидкости и выход для потока жидкости; первую ступень фильтра, расположенную в указанной камере, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным входом, причем указанная первая ступень фильтра содержит материал, который удаляет микроорганизмы; вторую ступень фильтра, расположенную в указанной камере, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным выходом, причем указанная вторая ступень фильтра содержит активированный уголь, при этом указанная вторая ступень фильтра расположена в указанной камере в положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную первую ступень фильтра перед прохождением через указанную вторую ступень; третью ступень фильтра, расположенную в указанной камере, причем указанная третья ступень фильтра находится в указанной камере в таком положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную третью ступень фильтра перед прохождением через указанную первую ступень фильтра, и указанная третья ступень фильтра представляет собой полотно из микростекловолокна и имеет больший размер пор на входе жидкости в указанную третью ступень фильтра, чем на выходе жидкости из указанной третьей ступени фильтра.2. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанное микростекловолокно является микростекловолокном с модифицированным зарядом.3. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.2, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.4. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная третья ступень содержит нетканое полотно, полученное аэродинамическим способом из расплава.5. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная третья ступень фильтра содержит материал, который селективно удаляет обеспечивающие мутность компоненты, осадок и некоторые органические материалы.6. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.7. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная первая ступень фильтра содержит нетканое полотно, полученное аэродинамическим способом из расплава.8. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная первая ступень фильтра содержит микростекловолокно.9. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.8, в котором указанное микростекловолокно является микростекловолокном с модифицированным зарядом.10. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.9, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.11. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная первая ступень фильтра образована из микропористого материала.12. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанная третья ступень фильтра дополнительно содержит слой гранулированного материала.13. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.1, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.14. Многоступенчатый способ фильтрации загрязняющих веществ из жидкости, предусматривающий подачу жидкости в фильтр; удаление, по меньшей мере, части микроорганизмов из указанной подачи жидкости на первой ступени фильтрации; последующее удаление, по меньшей мере, части органических материалов и других небиологических составляющих на второй ступени фильтрации при использовании активированного угля, а также включающий третью ступень фильтрации, которая удаляет осадки и некоторые органические материалы перед прохождением потока жидкости в указанную вторую ступень фильтрации, при этом указанную третью ступень фильтрации осуществляют при использовании полотна из микростекловоклона и указанная третья ступень фильтрации имеет место перед указанной первой ступенью фильтрации, причем указанное полотно из микростекловолокна имеет больший размер пор на входе жидкости в указанное полотно из микростекловолокна, чем на выходе жидкости из указанного полотна из микростекловолокна.15. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.14, в котором указанную первую ступень фильтрации осуществляют при использовании нетканого полотна, полученного аэродинамическим способом из расплава.16. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.14, в котором указанную первую ступень фильтрации осуществляют при использовании полотна, полученного из микростекловолокна.17. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.14, в котором указанную первую ступень фильтрации осуществляют при использовании полотна с модифицированным зарядом, полученного из микростекловолокна.18. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.17, в котором указанные ступени фильтрации осуществляют в месте использования водоснабжения.19. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.14, в котором указанные ступени фильтрации осуществляют в месте использования водоснабжения.20. Многоступенчатый способ фильтрации жидкости по п.14, в котором указанной жидкостью является вода.21. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости, содержащий вход для потока жидкости и выход для потока жидкости; первую ступень фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным входом, причем указанная первая ступень фильтра содержит материал, который удаляет микроорганизмы; вторую ступень фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным выходом, причем указанная вторая ступень фильтра содержит активированный уголь, при этом указанная вторая ступень фильтра расположена в положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную первую ступень фильтра перед прохождением через указанную вторую ступень, и третью ступень фильтра, находящуюся в гидродинамическом сообщении с указанным входом, причем указанная третья ступень фильтра находится в таком положении, которое позволяет жидкости проходить через указанную третью ступень фильтра перед прохождением через указанную первую ступень фильтра, и указанная третья ступень фильтра представляет собой полотно из микростекловолокна и имеет больший размер пор на входе жидкости в указанную третью ступень фильтра, чем на выходе жидкости из указанной третьей ступени фильтра.22. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.23. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанная первая ступень фильтра образована из микропористого материала.24. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанная первая ступень фильтра содержит нетканое полотно, полученное аэродинамическим способом из расплава.25. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанная первая ступень фильтра содержит микростекловолокно.26. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.25, в котором указанное микростекловолокно является микростекловолокном с модифицированным зарядом.27. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.26, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.28. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанное микростекловолокно является микростекловолокном с модифицированным зарядом.29. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.28, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.30. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанная третья ступень фильтра содержит материал, который селективно удаляет обеспечивающие мутность компоненты, осадок и некоторые органические материалы.31. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанная третья ступень фильтра дополнительно содержит слой гранулированного материала.32. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанный фильтр присоединен в месте использования водоснабжения.33. Фильтр для многоступенчатой фильтрации жидкости по п.21, в котором указанной жидкостью является вода.