專利名稱：便攜式組合型凈水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式的管狀凈水裝置，水流經(jīng)該裝置后可被直接飲用。
背景技術(shù)：
世界上大部分地區(qū)都沒有干凈的飲用水，從而使低成本的供水系統(tǒng)備受關(guān)注。 一種解決方法是飲水機，人們可通過銷售獲得干凈的水。另一種解決方法是基于便攜式凈水系統(tǒng)，例如，市售的商品名為LifeStraw 的產(chǎn)品。
LifeStraw⑧雖然具有普及性及多功能性，但仍然存在著對設(shè)備進行改進的需求，以提供一種低成本、高凈化效率并且在實際應(yīng)用中能夠適用的設(shè)備，而這種需求會由于凈水裝置的應(yīng)用地區(qū)不同而有所不同。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高度靈活性、能夠滿足用戶特殊需求的凈水裝置。
該目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn) 一種具有管狀殼體的便攜式凈水裝置，優(yōu)選地，其剛性殼體的長度小于50cm，寬度小于80mm。該管狀殼體在其第一末端上具有一個用于進水的第一開口，在相對的另一末端上具有一個吸嘴用來吸取流過管狀殼體的水。該吸嘴的另一端具有一個狹窄的部位，并且適配于人的嘴部。該管狀殼體包括一個第一組件和一個第二組件，并且可選地還包括更多的組件，這些組件裝有類型互不相同的顆粒狀凈水樹脂。第一組件帶有一個第一連接部，第二組件帶有一個第二連接部，兩個組件都是管狀的，相互連接在一起從而將水限制在這些組件中流動。第一組件和/或第二組件具有至少一個透水的濾網(wǎng)，網(wǎng)孔的尺寸小于樹脂的粒徑以免樹脂之間發(fā)生混合。
根據(jù)本發(fā)明所述的凈水裝置的組合概念，產(chǎn)品的制造更容易且更可靠，使其易于為特別需求而定制。例如，根據(jù)水凈化的需求，可以依照需要去除的水中所含的雜質(zhì)而選擇不同的組件連接方式。如果要除砷，可以連接一個或多個裝有除砷樹脂的特定組件。另外，還可以連接含有添加劑，如維生素、氟或其它有益試劑的特定組件。
在一個優(yōu)選實施例中，那些含有顆粒狀樹脂或具有預(yù)過濾功能的組件，在其一端上設(shè)有一個濾網(wǎng)。在組件中填充顆粒狀介質(zhì)后，前一組件由后一組件的濾網(wǎng)所封閉，該濾網(wǎng)焊接或'粘接于前一組件的頂部。最后一個室一般由一個環(huán)形組件所封閉。本發(fā)明也可以使用一些不在末端上設(shè)置一體化濾網(wǎng)的組件，例如裝有中空纖維的組件或 裝有納米纖維過濾器的組件，如Argonide⑧公司銷售的Nanoceram⑧。重要的特征在于所有的 組件都具有相同的連接性，這樣才可以與其它部件疊接組合起來，例如用以適配Lifestraw
產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)。
例如，具有相同外徑但不同長度的圓柱狀塑料組件，可以彼此疊接延伸裝配在一起，形 成一根優(yōu)選地具有恒定外徑的圓管。在另一個實施例中，組件的連接部為螺紋連接部，扣合 連接部，或錐形套管。優(yōu)選地，組件的外側(cè)構(gòu)成管狀殼體的外表面。然而，組件也可以套進 一個管狀外殼內(nèi)。組件可拆分地安裝在一起，雖然為了安全起見，優(yōu)選的是組件不可拆分地 續(xù)接在一起，例如采用超聲焊接或粘合或其它類型的焊接工藝。本發(fā)明適用于直接插入上述 LifeStraw⑧產(chǎn)品的小型凈水裝置。
在另一個實施例中，濾網(wǎng)成為管狀組件整體結(jié)構(gòu)中的一部分。例如，濾網(wǎng)被鑄合在組件 的管體部分的一端或兩端上。在另一個實施例中，圓柱狀組件由注塑形并由一濾網(wǎng)封閉在 一端，優(yōu)選的是織物濾網(wǎng)。在一種生產(chǎn)方法中，該濾網(wǎng)是一條織帶，被引入注塑模具中。閉 合模具，注入多聚物，濾網(wǎng)即在注塑過程中與組件一并成形。打開模具，多余的濾網(wǎng)被自動
切除，組件準(zhǔn)備被填充。當(dāng)每一個組件/筒體裝入專用的介質(zhì)后，由下一組件的濾網(wǎng)所封閉， 下一組件疊接于前一組件頂部。
通過一體注塑成形，濾網(wǎng)與管狀的塑膠體成為一體，若不破壞組件就不能將其分離，這 可以避免對本發(fā)明所述的凈水裝置進行不當(dāng)修改。
組件末端的濾網(wǎng)可以是織物濾網(wǎng)。在這種方式中，值得注意的是細菌在濾網(wǎng)中滋生的風(fēng) 險要高于在塑料表面，因為在織線之間存在可滋生細菌的網(wǎng)袋結(jié)構(gòu)。為了避免細菌在濾網(wǎng)內(nèi) 滋生，濾網(wǎng)可設(shè)抗菌劑以防止細菌、病毒或其它微生物在濾網(wǎng)上或濾網(wǎng)內(nèi)生長?？咕鷦┛捎?作表面處理，例如注入濾網(wǎng)中，或作為濾網(wǎng)材料的復(fù)合劑，這種復(fù)合劑可遷移至濾網(wǎng)材料的 表層以延長抗菌反應(yīng)。
本發(fā)明所述裝置中的組裝組件可構(gòu)成一個組合殼體。作為可選方案，雖然并非優(yōu)選，組 件可置于一個外管內(nèi)，該外管作為裝置殼體的外部。在另一個實施例中，至少殼體的局部或 吸嘴的局部或至少兩者的局部具有抗菌表面。如果吸嘴，或至少吸嘴的局部，優(yōu)選的是喝水 時嘴部的接觸部位，具有抗菌表面，則飲用者通過吸嘴喝水時所帶來的細菌在接觸時被殺死， 這樣后一位使用者使用吸嘴時就不會受感染。如果殼體，或至少殼體的局部，優(yōu)選的是用于 握持的殼體部位，具有抗菌表面，則使用者握持殼體而帶來的細菌在接觸時被殺死，這樣后一位使用者接觸殼體時就不會受感染。
抗菌表面的一個實現(xiàn)方法是涂沫一層抗菌物質(zhì)?？蛇x用的涂料種類繁多。例如專利號為 6,762,172、 6,632,805、 6,469,120、 6,120,587、 5,959,014、 5,954,869、 6,113,815、 6,712,121、 6,528,472和4,282,366的美國專利所公開的抗菌有機硅涂料。
另一種可行方案是含銀的抗菌涂料，例如含膠態(tài)銀的抗菌涂料。含有銀納米粒(lnm至 lOOnm)的膠態(tài)銀可懸浮于基質(zhì)中。例如，銀膠體能夠從具有開放式多孔結(jié)構(gòu)的礦石，如沸 石中釋放出來。銀還可以嵌埋在基質(zhì)中，如聚合物表面薄膜。作為一種可選方式，銀可以在 塑料成形過程中，典型的如注塑、擠塑或吹塑成形，嵌埋在整個聚合物的基質(zhì)中。
由Qian申請的專利號為6,924,325的美國專利公開了一種含有陶瓷的銀。由Souter等人 申請的專利號為6,827,874的美國專利，由King申請的專利號為6,551,609的美國專利分別公 開了銀在水處理中的應(yīng)用，眾所周知，銀可用于增強顆粒碳的作用以凈化水。公告號為 EP1647527的歐洲專利申請公開了銀涂料在水罐中的應(yīng)用。
其它的抗菌金屬有銅和鋅，它們可單獨或同時添加到抗菌涂料中。由Edwards申請的專 利號為4,卯6,466的美國專利及其參考文獻公開了一種含有銀和其它金屬的抗菌涂料。
涂料可以同時或單獨加入二氧化鈦。二氧化鈦可用作一層由溶膠-凝膠法合成的薄膜。由 于銳鈦礦Ti02是一種光催化劑，含二氧化鈦的薄膜在暴露于UV光和環(huán)境光的外表面上很有 用。同樣，二氧化鈦的納米晶體可以嵌埋在聚合物內(nèi)。另外，銀納米粒能夠與二氧化鈦絡(luò)合 以增強其效果。
例如，薄膜涂料的厚度能薄至數(shù)微米。涂料可同時或單獨含有活性的季銨化硅垸化合物， 如AEGIS⑧公司生產(chǎn)的商標(biāo)為Microbe ShieldTM的用于空氣調(diào)節(jié)的產(chǎn)品。當(dāng)作為液體應(yīng)用在材 料上時，AEGIS抗菌劑中的活性成分形成一種無色、無味、帶正電荷的聚合物涂料，與處理 表面發(fā)生化學(xué)結(jié)合而且?guī)缀鯚o法從處理表面除去。
某些抗菌物質(zhì)能夠在聚合物基質(zhì)中進行遷移。這意味著抗菌物質(zhì)從涂料內(nèi)部向涂料表面 的遷移，使得聚合物涂料所含有的抗菌物質(zhì)可得到持續(xù)的更新。具有這種性質(zhì)的材料適合用 作濾網(wǎng)材料，以及用于制造組件的管狀部分。
在另一個實施例中，吸嘴的材料，或材料的一部分，優(yōu)選的是飲用時與嘴部接觸的部位， 采用帶抗菌物質(zhì)的材料制造。同時或單獨地，殼體或至少殼體的局部，優(yōu)選的是用于握持的 部位，采用帶抗菌物質(zhì)的材料制造。
抗菌物質(zhì)具有從材料內(nèi)部遷移至材料外部的性質(zhì)。如果殼體用這種材料制造，則滅菌劑同樣可以遷移至殼體的內(nèi)表面。依靠涂抹技術(shù)，內(nèi)表面的涂抹也可通過浸入溶液中而實現(xiàn)， 其結(jié)果是內(nèi)外表面都得到抗菌劑處理。如果只對內(nèi)表面或只對外表面進行處理，或?qū)?nèi)外表 面采用不同的處理，可采用噴涂工藝對相關(guān)的專用表面進行處理。作為一種可選方案，殼體 可包含一內(nèi)層，制造該內(nèi)層的材料中的抗菌物質(zhì)可遷移至殼體的內(nèi)表面。這意味著液體，尤 其是水，在殼體內(nèi)也能得到滅菌處理。這點非常重要，將在后面作更詳細地解釋。
某些凈水裝置具有對流過內(nèi)置過濾器的水進行化學(xué)處理的功能。然而，如專利號為 5,045,198、5,705,067的美國專利以及公告號為WO93/02781和WO2004/050205的國際專利申 請中所公開的技術(shù)方案，中空纖維作為過濾器可應(yīng)用于阻擋微生物穿過過濾器，這在很大程 度上取代了化學(xué)處理。如果沒有采取預(yù)防措施，這些過濾器的內(nèi)部會滋生細菌，這意味著若 微生物從中空纖維泄漏出去則會危害健康。因此，可以使用抑菌纖維。根據(jù)本發(fā)明，抗菌物 質(zhì)在材料中遷移并遷移至材料內(nèi)表面的性質(zhì)可與中空纖維過濾器結(jié)合使用，或大體用于減少 本發(fā)明所述的分配器或凈化器內(nèi)部的微生物含量。在這種情況下，中空纖維本身的抗菌涂抹 可能會被忽略。
當(dāng)應(yīng)用基質(zhì)中使用了納米纖維的過濾器時，如專利號為EP1401571的歐洲專利，專利號 為6,838,005的美國專利所公開的技術(shù)方案或者Argonide⑧公司出售的商品名為Nanocream 的產(chǎn)品，抗菌內(nèi)涂層也可以作為與本發(fā)明結(jié)合應(yīng)用的一種可選方案。
因此，采用一種含有可遷移抗菌劑的材料來制造本發(fā)明所述的裝置，就可以避免來自設(shè) 備內(nèi)部和外部的感染。另外，殼體內(nèi)的濾網(wǎng)也經(jīng)過抗菌劑處理。
在一個特定的實施例中，凈化器的吸嘴和殼體的抗菌表面，具有相同的抗菌性。然而， 它們也可以具有不同的抗菌性。同樣，殼體內(nèi)部的抗菌性可與殼體外部的抗菌性不相同。在 殼體內(nèi)的微生物與殼體外的微生物屬于不同種類的情況下，這是有利的。例如，殼體和/或吸 嘴由結(jié)合或注入了第一種可遷移至表面的抗菌物質(zhì)的聚合物所制造。另外，內(nèi)部或外部結(jié)合 或注入或涂抹第二種甚至更多種滅菌劑于其上，以達到有效的抗菌效果，例如從而達到協(xié)同 效果。在這種結(jié)合應(yīng)用的情況下，配合劑如PBO可結(jié)合使用或單獨作為第二種滅菌劑供選擇 使用。
抗菌劑可以在生產(chǎn)過程中結(jié)合在材料之中，例如，在澆鑄或擠出聚合物前把抗菌劑混合 在聚合物材料中。作為一種可選方案，抗菌劑可以注入材料中，例如在高溫下擴散進入材料 中。作為另一個可選方案，材料可以是分層的材料，例如以層疊薄片的形式，在內(nèi)層與外層 之間形成一個空隙，該空隙填充有抗菌劑，該抗菌劑可以遷移穿過外層，也可以遷移穿過內(nèi)層，使之得以存在于殼體和/或吸嘴的外表面，也可存在于殼體的內(nèi)表面。
另一種獲得表面涂層的可行方法是分子蒸汽沉積法(MVD)，可行的是在已通過紫外燈照 射和暴露于臭氧或氧等離子體中進行活化的聚合物表面上進行涂抹。
砷是一種自然存在的污染物，存在于大量的地下水中，尤其是在孟加拉國及美國的許多 州內(nèi)。因為砷無色無味，在含砷水的使用過程中人們不會意識到危險。特別在孟加拉國，許 多人正遭受著慢性中毒所帶來的疼痛、皮膚色素沉著紊亂、掌部及手部硬瘤。例如，根據(jù) w匿sos-a腿ic.net，在印度，48.7%的水樣品中砷濃度超過10ppb， 23.8%的水樣品中砷濃度 超過50 ppb。在孟加拉國，這些數(shù)值分別是43.0%和31.0%。在印度，幾乎9百萬人正在飲 用含砷量超過10ppb的水，而幾乎7百萬人正在飲用含砷量超過50ppb的水。這些事實使得 人們越來越關(guān)注那些低成本但有效的，用于從地下水中除去砷的方法。
從水中除砷的典型方法包括氧化鐵和氧化鋁。Alan , Adedge⑧和Kemira⑧等公司已經(jīng)開 發(fā)了一些帶有除砷樹脂的系統(tǒng)，這些除砷樹脂含有上述的氧化物。
通常，砷以三價態(tài)和五價態(tài)存在于水中，三價的亞砷酸鹽(As+3)被認為毒性更大，而五 價的砷酸鹽(As+5)較易去除。所以，在傳統(tǒng)的處理方法中，將AsW氧化成As+s，以便將整 體的As含量降低至一定的水平，典型的是降低至10微克每升以下，相當(dāng)于10ppb。
由de Esparza申請的專利號為6,461,535的美國專利公開了一種用于從地下水中除去砷的 系統(tǒng)。在該方案中，粘土、凝結(jié)劑(如氯化鐵和硫酸鋁)以及氧化劑(如次氯酸鈣)被用于 將砷吸收到凝結(jié)的膠體混合物中。為了在用水前使粘土在水中沉降，需要等待15 20分鐘。
公告號為EP1568660的歐洲專利申請公開了一種不同的除砷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一種強堿 性陰離子交換樹脂，該樹脂含有至少一種金屬離子或含金屬的離子，其砷酸鹽的Ksp值不大 于l(T5。
在農(nóng)村地區(qū)，干凈的飲用水是稀有的，以上提及的市售的凈水裝置LifeStraw⑧日益受歡 迎。該裝置用于對水進行過濾，從水源中吸取水后直接通過裝置并用于飲用，其結(jié)構(gòu)緊湊， 吸嘴僅有25cm長和2.9cm寬。為了飲用者的安全，水吸入并通過該裝置的過程在瞬間完成。 該裝置含有一種特別改進的鹵素樹脂、 一些織物預(yù)過濾器以及活性碳。在接觸下，鹵素樹脂 對于殺滅細菌，如志賀氏菌、沙門氏菌、腸球菌、金葡菌和大腸桿菌特別有效；預(yù)過濾器可 以除去粒徑大于6微米的顆粒；而活性碳可以吸附多余的碘和不愉快的氣味及味道。該裝置 有效地去除傳播腹瀉、痢疾、傷寒及霍亂的致病微生物。盡管該裝置擁有許多優(yōu)點，如幾乎 能夠即時凈化水、重量輕、具有便攜式的結(jié)構(gòu)及成本低，因而適合在貧困地區(qū)推廣，然而該裝置無法用于從水中除去砷。
在另一個實施例中，本發(fā)明所述的凈水裝置在組件中設(shè)置多個隔室，用于使水連續(xù)流過 這些組件，該裝置包括
-一個裝有碘釋放樹脂的隔室，用于殺滅水中的微生物，
-一個裝有碘清除劑的下游隔室，該碘清除劑在清除碘的過程中釋放氯，氯的釋放量可將 三價砷化物氧化成五價砷化物，
-一個裝有除砷樹脂的更下游隔室，用于去除水中的砷。
本發(fā)明所述的凈化裝置采用了 LifeStmw⑧的形式，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)用戶需求
的設(shè)備，不但實現(xiàn)了基本意義上的水凈化，還實現(xiàn)了除砷功能。結(jié)構(gòu)緊湊的特性是通過使用
氯來實現(xiàn)的——氯在LifeStraw⑧中是個廢品——氯成功地氧化了砷從而促進了砷的去除。所 以，不需要額外添加物質(zhì)來氧化砷，而在現(xiàn)有技術(shù)中為了氧化砷需要額外添加多種物質(zhì)。所 以，本發(fā)明結(jié)合了完全不同領(lǐng)域的知識，即將貧窮熱帶國家的凈化水的技術(shù)與如LifeStmw 的結(jié)構(gòu)緊湊型便攜式裝置以及現(xiàn)代家用器械或更大型設(shè)備中的除砷技術(shù)結(jié)合在一起。
應(yīng)當(dāng)肯定的是本發(fā)明的成本低，使其能在貧窮地區(qū)推廣，不但能獲得生物學(xué)意義上的凈 化水，而且同時還能獲得不含砷的水。LifeStraw⑧產(chǎn)品在難以獲得凈化水的偏遠地區(qū)越來越 受歡迎，而具有除砷功能的改進型LifeStraw⑧產(chǎn)品并不會給最終的用戶帶來更高的費用。
對于本發(fā)明，離子交換和活性碳可同時使用，這在下面的論述中將會更清楚，但這在成 本和結(jié)構(gòu)緊湊性上都不會妨礙偏遠地區(qū)甚至十分貧窮的地區(qū)獲得凈化水。所以，由于飲用劣 質(zhì)水而傳播疾病的可能性將大大地減少，特別是當(dāng)政府或非政府組織能支持這種小型裝置在 貧窮地區(qū)推廣的時候。
然而，應(yīng)當(dāng)注意的是本發(fā)明的應(yīng)用不限于貧窮及偏遠地區(qū)，還可用于各種應(yīng)用場合。例 如，由于結(jié)構(gòu)緊湊，它也適合于一般的戶外活動。特別在美國山區(qū)，水表面看上去干凈適于 飲用，但實際上含有無色無味而且有害的砷，而使用這種重量輕的便攜式裝置，如一種能夠 除砷的改進型LifeStraw⑧產(chǎn)品，可以保證使用者免于遭受由砷引起的疾病，這是由于本發(fā)明 具有雙重功能，即同時實現(xiàn)生物及化學(xué)凈化，使得水經(jīng)過本發(fā)明所述的裝置凈化后能直接飲 用。
在一個優(yōu)選實施例中，碘清除樹脂是一種強離子交換樹脂，例如， 一種強堿性陰離子交 換樹脂。選擇這種樹脂可促使裝置的結(jié)構(gòu)更緊湊。而眾所周知，活性碳可以用于除碘。然而， 這種物質(zhì)不如強離子交換樹脂有效，而且所需要的用量很大。為了獲得一種結(jié)構(gòu)緊湊的裝置，特別在使用LifeStmw⑧產(chǎn)品的情況下，人們轉(zhuǎn)向?qū)妷A性陰離子交換樹脂進行研究。如上所 述，這一樹脂的使用，既能實現(xiàn)氧化砷的目的又能保持結(jié)構(gòu)的緊湊性。
在一種可行的方案中，除砷樹脂含有活性氧化鋁，如眾所周知的商品名為AAFS50TM的 Alcan⑧樹脂。作為另一種選擇，除砷樹脂含有氧化鐵，如眾所周知的商品名為AD33RTM或 AD33I/m的Adedge⑧樹脂。作為進一步的選擇，Kemira CPH0180，是一種具有很高的砷吸收 能力的氧化鐵。這些市場上銷售的樹脂含有用于氧化砷的物質(zhì)。所以若本發(fā)明與這些商用樹 脂一起使用，利用氯將三價As氧化成五價As，可減少這些商用樹脂的用量，這主要是利用 了五價As易于去除的特性?？紤]到這些商用樹脂的實際成本，其用量的減少具有很大的意義。 因此，氧化鐵薄層，可能與氧化鋁富集在一起或由氧化鋁所代替，被認為是一個有用的解決 方法。
碘需要在一定的時間內(nèi)發(fā)揮作用以達到理想的生物凈化效果。作用時間取決于從碘釋放 樹脂到碘清除劑的流程。對于LifeStraw ,從受污染的水源中吸取水，通過裝置后直接用于 飲用，其作用的時間必須延長，這可以通過在碘釋放樹脂與碘清除樹脂之間設(shè)置一個空室來 實現(xiàn)。在這種情況下，空室的容積必須能實質(zhì)性的延長當(dāng)用口吸取時，水流通過設(shè)備典型容 積的過程中，碘和水中污染物的反應(yīng)時間。"實質(zhì)性的延長"包括水流時間的延長，這主要是 水流過含有碘釋放樹脂的隔室的時間。因此，空室的容積可與含有碘釋放樹脂的隔室的容積 相當(dāng)。對于LifeStraw⑧產(chǎn)品，流速為100 150ml/分，在采用相似設(shè)計的情況下這也適用于本 發(fā)明。
除了從水中去除多余的氯和其它味道或氣味外，可選擇性地設(shè)置一個含有活性碳的隔室 以除去碘，例如以顆粒狀活性碳(GAC)的形式。作為可選方案，GAC可載有銀。
活性碳可設(shè)置在碘清除樹脂的下游。該設(shè)計具有一個好處，即清除樹脂基本吸收了碘并 相應(yīng)地釋放出氯以氧化砷，例如以次氯酸鹽的形式提供大量的活性氯。作為可選方案，活性 碳與碘清除樹脂混合。在這種情況下，活性碳吸收部分碘而不釋放出氯。由于活性碳吸收碘 而不釋放氯，而碘清除樹脂在吸收碘后能釋放氯，根據(jù)適當(dāng)?shù)纳檠趸匦璧念A(yù)定量以及長 期的低成本的目標(biāo)，通過對兩者進行混合，可以獲得一個理想的碘吸收量與氯釋放量之間的 比例，以保證有效的碘釋放和清除。
由于活性碳同樣吸收氯，所以必須確保氯在水中有足夠長的時間將三價As轉(zhuǎn)化成五價 As。所以，最好將活性碳設(shè)置在除砷隔室的上游。
本發(fā)明采用凈水裝置形式時，無論是否具有除砷功能，都能應(yīng)用在大量實際例子中。然
13而，優(yōu)選的解決方式是利用高緊湊性的潛能，提供一種便攜式的凈水裝置，例如LifeStraw 產(chǎn)品的管狀結(jié)構(gòu)。為了方便外出攜帶，裝置短于40cm，或甚至短于35cm。例如，LifeStraw 的長度為25 cm，寬為2.9cm，凈重為95克。相應(yīng)地，便攜式實施例中的裝置優(yōu)選為外徑小 于50mm，甚至小于40mm。這樣的管可設(shè)置一個吸嘴，用以通過裝置吸取水，正如LifeStraw 一樣。
碘釋放樹脂的用量及效率應(yīng)調(diào)校以達到一定的除砷率，例如使砷含量降低至低于10ppb 的水平。達到此效果所需要的樹脂量依賴于水中的砷含量以及最終想要達到的含砷水平。所 以，本發(fā)明所述的裝置可設(shè)置成在水中釋放一定量的碘，碘清除樹脂的用量和效率可因此被 設(shè)定為——根據(jù)碘的釋放量——在水中釋放出一定量的活性氯；活性氯的量設(shè)定為砷的實際 氧化量。為了安全起見，盡管可能只存在少量的砷，樹脂可以設(shè)定為在砷含量很高的情況下， 例如高至1000或2000ppb的級別，仍可以保證工作。相比之下，值得一提的是，在孟加拉國 的許多水源中，砷含量為1200ppb，遠遠超出50ppb的孟加拉國可接受的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明所述的裝置可使用上述除砷方法作為第二清除階段的預(yù)備階段。例如，碘清除劑 可釋放足夠的氯來去除50%以上的砷，例如99%甚至99.9%。而在第二階段，例如，包括上 述Adedge⑧公司的AD33或Alcan⑧公司的AFSS50產(chǎn)品，余下的砷含量可降低至一個非常低 的水平。
在以下這種情況下，設(shè)置多重處理階段將是有幫助的，即第一種產(chǎn)品用于去除一部分的 砷，例如95%，而第二階段將砷含量降至非常低的水平。采用兩階段清除系統(tǒng)的原因是第一 種產(chǎn)品的成本遠低于第二種產(chǎn)品的成本。所以，低成本的第一階段可用于初步粗略去除含砷 物，而成本更高的第二階段可用于去除余下部分的砷，使其含量低于預(yù)定水平，如10ppb。
例如，Shaban W. Al Rmalli等人在環(huán)境監(jiān)測雜志(J.Environ.Mont, 2005， 7， 279-282)上 發(fā)表的"一種用生物材料從水中除去砷的方法"，提到生物材料可用于砷的去除。生物材料如 水葫蘆的干燥根可以從水中去除砷。在該文章的例子中，96%的砷被去除了。雖然去除的速 度非常緩慢，即30分鐘去除80%而60分鐘去除96%的砷，但由于在除砷性質(zhì)上作出了改進， 其結(jié)果是讓人看好并富有潛力的。這種低成本的生物材料可考慮用作以上討論的第一除砷階 段的備選材料。
其它有趣的除砷材料有美國VeeTech, P.C.公司銷售的，商品名為G2和HIX的產(chǎn)品。這些
產(chǎn)品可作為一步除砷系統(tǒng)或本發(fā)明所述的兩階段除砷系統(tǒng)的備選材料。
不論是采用一個階段還是多個階段來除砷，其目的都是為了把砷的含量降至非常低的水平，例如，國際認可的低于10ppb的標(biāo)準(zhǔn)。
以下的典型數(shù)據(jù)有助于對本發(fā)明所述裝置內(nèi)的樹脂的相對量留下印象。就是說，碘釋放樹脂的用量，典型地來說，介于裝置內(nèi)容積的5%至30%之間，優(yōu)選的是介于15%至25%之間。碘清除樹脂的用量，典型地來說，介于裝置內(nèi)容積的5%至40%之間，優(yōu)選的是介于20%至30%之間。除砷樹脂的用量，典型地來說，介于裝置內(nèi)容積的5%至50%之間。若設(shè)有活性碳，則活性碳的用量，典型地來說，介于裝置內(nèi)容積的20%至40%之間。
與LifeStmw⑧產(chǎn)品相比，本發(fā)明所述凈水裝置的一種優(yōu)選方式是一種便攜式組合裝置，該裝置設(shè)有用于吸水的抗菌吸嘴，裝置的長度小于40cm，直徑小于50mm。碘釋放樹脂的用量介于裝置內(nèi)容積的5%至50%之間，碘清除樹脂的用量介于裝置內(nèi)容積的5%至50%之間，除砷樹脂的用量介于裝置內(nèi)容積的5%至50%之間。
在一種更佳的解決方案中，凈水裝置的長度約為25cm，直徑約為30mm。碘釋放樹脂的用量為裝置內(nèi)容積的10%~30%;碘清除樹脂是一種強堿性陰離子交換樹脂，其體積為裝置內(nèi)容積的10%~30%;除砷樹脂為AD33或AAFS50或AD33與AAFS50的混合，其體積為裝置內(nèi)容積的5%~50%。另外，凈化裝置可包括一個裝有活性碳的隔室，用于除碘?；钚蕴嫉挠昧拷橛谘b置內(nèi)容積的5% 50%，介于20%~40%更佳。碳中可載有銀。
對于碘釋放樹脂和碘清除樹脂，市場上均有大量產(chǎn)品供應(yīng)。使用Dow Chemical公司生產(chǎn)的Dowe/M Mamthon TMA可達到理想的除碘效果，例如，結(jié)合后續(xù)步驟中的顆粒狀活性碳一起使用。
在本發(fā)明所述的裝置中，另外一個可結(jié)合使用的可選凈化方案是使用紫外(UV)燈，如申請?zhí)枮?005/258108的美國專利申請所公開的。這種燈可附加用于上述的設(shè)備中對水進行凈化。例如，在裝置中的化學(xué)品用量不足的情況下UVLED燈可用于消毒。所以，當(dāng)裝置內(nèi)的化學(xué)品相對較少時，甚至當(dāng)污染物突然超過預(yù)計的污染物水平時，裝置仍能達到令人滿意
的效果。
UV LED燈的開關(guān)程序需要配置一些用于測量實際的污染物水平的設(shè)備或用于記錄未除去的污染物含量的設(shè)備。后者可通過一電路來實現(xiàn)，其中電流的傳導(dǎo)取決于污染物。在這種情況下，必須考慮由于釋放清潔劑而存在于水中的離子含量。然而，在GAC處理后，水會變干凈，水中的高電傳導(dǎo)率則意味著清潔程度不能讓人滿意。
凈水裝置內(nèi)的電路，例如在出口側(cè)，可同時用于指示凈化過程是否在總體上達到令人滿意的預(yù)期水平。例如， 一個小型電路和一個電池或電陽能電池可使指示燈發(fā)光或改變指示器的顏色以提示操作出錯，例如當(dāng)化學(xué)劑耗盡時。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細的解釋，其中
圖1是對本組合系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)LifeStraw⑧進行比較的示意圖，
圖2是本發(fā)明所述的組合系統(tǒng)示意圖，
圖3是本發(fā)明所述的改進型組合系統(tǒng)的示意圖，
圖4是本組合系統(tǒng)的詳解圖，
圖5是另一種可選的組合系統(tǒng)的示意圖，
圖6是一個實施例的示意圖，其中該凈水裝置用于除砷，
圖7是另一個實施例的示意圖，其中該凈水裝置用于除砷。
具體實施例方式
圖1顯示了位于圖片上部的現(xiàn)有的凈水裝置LifeStraw⑧與位于圖片下部的本發(fā)明所述的組合系統(tǒng)的對比。應(yīng)當(dāng)注意的是，兩個系統(tǒng)都沒有顯示出吸嘴。該組合系統(tǒng)包括兩個安設(shè)于裝置左端的過濾組件，如圖中的深色部位所示，還包括三個長得多的附加組件。圖2中更清楚地顯示了其中的兩個組件和一個粗過濾器及一個精過濾器。組件的上端覆蓋有濾網(wǎng)，焊接或粘接于圓柱形組件的側(cè)壁。圖3中顯示了圖2的四個組件與另外兩個附加組件。那兩個長的附加組件用深色表示，可插入一個構(gòu)成殼體主要部分的更長的管內(nèi)。
圖4示出了本發(fā)明所述的凈水裝置1的一個具體的實施例。裝置1具有一殼體4，由3個組件4'、 4''、 4'"構(gòu)成，其中至少兩個裝有凈化樹脂。裝置1設(shè)有一進水口2，污水3由此流入，還設(shè)有一采用吸嘴5形式的出水口，供干凈的水流出。吸嘴5可以是最后一組件4"'的一部分，或作為一個獨立的組件。作為可選方案，殼體4和/或吸嘴5可設(shè)有抗菌表面。
為了對水進行化學(xué)處理，如圖5所示，裝置1包括一設(shè)有隔室6的第一組件，其內(nèi)裝有可釋放碘的碘釋放樹脂。碘主要用于殺死微生物。含碘的水流入一位于下游的設(shè)有隔室7的第二組件，其內(nèi)裝有除碘樹脂，碘在此被從水中清除。除碘樹脂可以是顆粒狀活性碳(GAC)，可同時去除氣味或味道并具有抗菌性。為了使碘對微生物的處理時間足夠長以達到適當(dāng)?shù)男Ч?，可在碘釋放樹?與碘清除劑7之間設(shè)置一個空室14，空室14的大小根據(jù)水流與預(yù)設(shè)的所需反應(yīng)時間而調(diào)整?？帐铱梢允堑谝唤M件的一部分或是第二組件的一部分或是一個獨立的組件。另外，殼體4內(nèi)可設(shè)有其它過濾器和起化學(xué)作用的隔室。作為替換方案或同時采用的方案，還可以使用窄纖維通過微過濾對水進行處理，例如釆用專利號為5,045,198、 5，705067的美國專利以及公告號為WO93/02781禾口 WO2004/050205的國際專利申請所公開的方法和系統(tǒng)。
圖6示出了本發(fā)明所述裝置的第一個實施例。裝置1設(shè)有一進水口 2，供含砷污水3流入，還設(shè)有一出水口4，以流出干凈的無砷水5。裝置1包括一設(shè)有第一隔室6的第一組件，隔室內(nèi)填充有可釋放碘的碘釋放樹脂，如箭頭11所示。碘主要用于殺死微生物。含碘的水流入設(shè)有隔室7的下游組件中，隔室7內(nèi)填充有除碘樹脂，碘在此去除——如箭頭11的終點所示，同時氯被釋放出來——如箭頭12所示。隔室7內(nèi)的氯將三價As氧化成五價As，三價As的量逐步減少一一如箭頭9所示。五價As被隔室8內(nèi)的除砷樹脂去除——如箭頭10所示。圖3進一步顯示了一個作為出水口的吸嘴5，吸嘴5可設(shè)有抗菌表面。
圖6所示的裝置可用于水凈化和除砷，雖然圖6只顯示了基本的原件，但可添加其它設(shè)備以最優(yōu)化其功能。 —
圖7示出了一種改進的系統(tǒng)。例如，裝置1可添加一除氯隔室13。隔室13內(nèi)的樹脂可以是顆粒狀的活性碳(GAC)，還可以載有銀。為了碘有足夠長的時間作用于微生物以取得適當(dāng)?shù)男Ч?，可在碘釋放樹?與碘清除劑7之間設(shè)置一空室14，空室14的大小依據(jù)水流與預(yù)設(shè)所需反應(yīng)時間作出調(diào)整。
另外，進水口2后可設(shè)有一機械過濾器15,以濾除大顆?；蛭⑸铩＠?，該機械過濾器可以是如LifeStraw⑧產(chǎn)品中所使用的織物過濾器，用于去除尺寸大于6微米的顆粒或微生物。
權(quán)利要求
1、一種便攜式凈水裝置，具有一長度小于50cm，寬度小于80mm的管狀殼體，所述的管狀殼體在其第一末端上設(shè)有一供水流入管狀殼體的第一開口，并在另一末端上設(shè)有一吸嘴供飲用者從管狀殼體中吸水，所述吸嘴的另一端設(shè)有一狹窄部以適配飲用者的口部，其特征在于所述管狀殼體包括至少一個第一組件和一個裝有不同顆粒狀凈水樹脂的第二組件，第一組件設(shè)有一第一連接部，第二組件設(shè)有一第二連接部，所述第一及第二連接部都呈管狀，且相互連接起來以將水流限制在第一及第二組件中流動，第一和/或第二組件設(shè)有至少一個透水濾網(wǎng)，網(wǎng)孔的尺寸小于樹脂的粒徑以免樹脂之間發(fā)生混合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述第一組件和/或第二組件 構(gòu)成管狀殼體的至少一部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述第一和/或第二組件 至少部分插設(shè)于一管狀殼體內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的便攜式凈水裝置，其特征在于 一濾網(wǎng)與所述管狀組 件一體成形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述組件的管狀部分的一端或兩端鑄設(shè)有濾網(wǎng)。
6、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述的組件可拆卸地相互連接在一起。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述連接部是螺紋連接部、扣合連接部或帶有錐形套管。
8、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置設(shè)有若干個接續(xù)連接的組件，形成一大致恒徑少于5cm，長度小于40cm的管。
9、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于至少一個濾網(wǎng)帶有抗菌劑，以避免細菌、病毒和其它微生物滋生于濾網(wǎng)之內(nèi)或之上。
10、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于至少殼體和/或吸嘴的局部涂設(shè)有抗菌表面。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌表面至少設(shè)于殼體上供握持的部位。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌表面至少設(shè) 于飲水時口部接觸的部位。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或12任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗 菌表面是以抗菌劑涂抹的抗菌涂層。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9或13所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌涂層含有抗菌銀。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌銀是膠態(tài)的。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌涂層含有釋放銀的沸石。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌表面含有抗菌的有機硅涂料。
18、 根據(jù)權(quán)利要求9或13所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑含有二氧化鈦。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑含有嵌埋在聚合物基質(zhì)中的二氧化鈦納米晶。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌涂層包含有與二氧化鈦絡(luò)合的銀納米粒。
21、 根據(jù)前述權(quán)利要求9或13任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑含有銅。
22、 根據(jù)前述權(quán)利要求9或13所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑含有
23、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于至少殼體的局部或至 少吸嘴的局部或至少濾網(wǎng)的局部由內(nèi)部含有抗菌劑的材料制成，抗菌劑可從材料的內(nèi)部遷移至材料的表面。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑被注入所述材料中。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑結(jié)合在所述材料中。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的便攜式凈水裝置，其特征在于吸嘴的材料和/或管狀殼體 的材料為分層的材料，在其內(nèi)層與外層之間設(shè)有空室，空室內(nèi)裝有可遷移穿過外層的抗菌劑。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述抗菌劑還可以遷移穿 過內(nèi)層，使抗菌劑存在于殼體內(nèi)部。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述材料采用層疊薄 片的形式。
29、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述凈水裝置包括微 孔中空纖維，用以阻止微生物穿越裝置。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述中空纖維具有抗菌涂層。
31、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述凈水裝置包括帶正電荷的氧化鋁納米纖維的過濾介質(zhì)，用以阻止微生物穿越裝置。
32、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述含有帶正電荷的氧化 鋁納米纖維的介質(zhì)的裝置具有一抗菌涂層。
33、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述凈水裝置具有一填充有碘釋放樹脂的組件，用以殺死水中的微生物。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述凈水裝置具有一填充 有碘清除劑的組件，位于碘隔室的下游。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置在第一末端上設(shè) 有一粗過濾器，用以過濾流經(jīng)裝置的水中的粗顆粒，在所述粗過濾器的下游還設(shè)有一精過濾明奮。
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的便攜式凈水裝置，其特征在于碘清除劑是強陰離子樹脂。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述強陰離子樹脂為Dowex TM Marathon A.
38、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置具有一裝填有顆 粒狀活性碳的組件，位于所述強陰離子樹脂的下游。
39、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的便攜式凈水裝置，其特征在于在裝有碘釋放樹脂的組件 與裝有碘清除樹脂的組件之間設(shè)有一空室，用以充分地延長碘與水中污 染物之間的反應(yīng)時間。
40、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置具有一裝填有強 陰離子樹脂的組件，位于碘釋放樹脂組件的下游，所述強陰離子樹脂是碘清除劑，用于在碘 清除過程中釋放氯，氯的釋放量足可將三價的砷化物氧化成五價的砷化物。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述碘清除樹脂為強堿性陰離子交換樹脂。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述強堿性陰離子交換樹脂含有活性氧化鋁。
43、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述強堿性陰離子交換樹脂含有氧化鐵。
44、 根據(jù)權(quán)利要求38 41的其中之一所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置設(shè) 有一位于更下游的填充有除砷樹脂的組件，用以除去水中的砷化物。
45、 根據(jù)權(quán)利要求38 42的其中之一所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置設(shè) 有一裝填有活性碳的組件，位于碘清除樹脂的下游。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述活性碳載有銀。
47、 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置設(shè)有紫外燈。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述紫外燈為LED。
49、 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置包括一電路， 用以指示凈化過程是否達到預(yù)期的水平。
50、 根據(jù)權(quán)利要求49所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述電路用以測量水中的 導(dǎo)電率，該導(dǎo)電率取決于水中的污染物。
51、 根據(jù)權(quán)利要求50所述的便攜式凈水裝置，其特征在于所述裝置包括一太陽能電 池，用于供電給所述電路。
52、 一種用于生產(chǎn)任何前述權(quán)利要求所述的便攜式凈水裝置的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:——以管狀組件的形式提供一具有內(nèi)腔的模具，——提供一濾網(wǎng)材質(zhì)的織帶，——將所述濾網(wǎng)材質(zhì)導(dǎo)入一注塑模具中，——閉合模具，——注入聚合物以形成第一管狀組件并去除濾網(wǎng)突出于聚合物的邊緣， ——在第一組件中裝填專用的介質(zhì)，——在第一組件的延伸方向上疊接另一組件，從而以另一組件的濾網(wǎng)封閉第一組件的開口端。
全文摘要
一種便攜式凈水裝置具有一剛性的管狀殼體，該殼體設(shè)有一個供水進入管狀殼體的第一末端，其另一末端設(shè)有一個吸嘴。該管狀殼體包括至少一個第一組件和一個與之相連接的裝有不同凈水顆粒狀樹脂的第二組件。所述第一組件或第二組件設(shè)有至少一個透水濾網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸小于樹脂粒徑以避免不同樹脂間發(fā)生混合。
文檔編號A47G21/18GK101679075SQ200780050571
公開日2010年3月24日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
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