重力供水處理系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是2011年9月13日提交的、名稱為"重力供水處理系統(tǒng)"、申請(qǐng)?zhí)枮?201080011622. 4的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及水處理系統(tǒng)，具體地，本公開涉及重力供水處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著世界人口的增長(zhǎng)，對(duì)水的需求也在增長(zhǎng)。實(shí)際上，在世界上一些本地人口以大 大高出平均水準(zhǔn)的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)的地方，安全飲用水的供應(yīng)低于平均水準(zhǔn)。這些情況有些歸 因于地理方面的干旱氣候或只是缺少適合飲用的地表淡水。另外，許多水源由于地下含水 層的下降而枯竭，導(dǎo)致為了找到水而將新井挖到更深的深度。在許多情況下，高成本阻止了 這些作業(yè)。此外，在水非常稀少的許多區(qū)域，因人們的低收入水平及無法獲得市政處理過的 水的事實(shí)，人們不能買水飲用。這種情況的例子可包括例如不發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)村、自然災(zāi)害的 急救站，或露營(yíng)。
[0004] 現(xiàn)代可獲得的市政水處理系統(tǒng)配備為處理及配送水供人消費(fèi)。在許多情況下，此 處理包括凝結(jié)、絮凝及顆粒物的沉積。還可引入額外的水過濾，以及用氯處理。由于市政系 統(tǒng)的性質(zhì)，所處理的水不可以馬上消費(fèi)，并且氯留在水中直至其被分發(fā)。
[0005] 當(dāng)在市政系統(tǒng)(如果有的話）以外的家庭中處理水時(shí)，此系統(tǒng)通常被稱為使用端 (point-〇f-use，P0U)系統(tǒng)。這些家庭P0U系統(tǒng)使用多個(gè)過程處理水，例如：粗篩、反向滲透、 碳吸附、去離子、軟化、煮沸、蒸餾及UV輻射。許多P0U系統(tǒng)要用于能夠可靠地以相對(duì)高的 壓力（> 20psi)供水的家庭。另外，這些家庭通常能夠使用電力或其他能源操作栗以壓水 及運(yùn)轉(zhuǎn)在一些P0U系統(tǒng)中通?？梢姷碾娫O(shè)備。這些系統(tǒng)的大部分需要在入口處提供適于飲 用的水。
[0006] 所以，就需要一種給那些缺少市政飲用水及可能得不到電力或其他能源者的家庭 P0U系統(tǒng)。沒有市政用水系統(tǒng)的尋水者可能攜帶容器去水源，例如井、河流，或湖泊，并直接 獲取水。這種水被裝在容器內(nèi)或一個(gè)大器皿中供以后使用。如果可以的話，處理通常限于 簡(jiǎn)單的傾倒粗篩或沙濾。通常用在住所或小村莊的生物沙過濾器往往大而沉重。有些裝有 多達(dá)100鎊的沙子及礫石。這些生物沙過濾器在截獲微生物及顆粒方面有些微效果，它們 通常制出看上去更清澈，相對(duì)來說沒有致病微生物的水。但是，這些系統(tǒng)往往充當(dāng)層析柱的 作用，這意味著隨著水在柱中向下移動(dòng)，顆粒被以不同速率截獲。結(jié)果是細(xì)的顆粒(本應(yīng)沉 降在沙中的）最終逸出到流出的水中。
[0007] 在某些情況下，用戶允許水靜置一段時(shí)間，以允許水中的顆粒沉積到容器底 部一一沉淀作用。在其他情況下，向水中加入化學(xué)品以提高此過程的速度。這些化學(xué)品被 稱為絮凝劑，例如明礬或聚氯化鋁。然而，即使是經(jīng)此處理后，水仍需消毒、殺菌。煮沸可能 是破壞細(xì)菌及微生物最簡(jiǎn)單的處理，但需要能源。另一種選擇是生物沙過濾單元。圖2中 示出典型的生物沙過濾單元（200)，圖1中示出說明生物沙過濾單元的流程圖。這些比將水 煮沸的效果差，所得的水仍可能包含有害微生物。可例如采用圖3中所示的系統(tǒng)向水中加 入氯。但是，氯加到水中的不熟悉的味道，再加上達(dá)到有效處理所需的單位體積，導(dǎo)致許多 用戶由于糟糕的味道而不繼續(xù)使用氯處理的水。所以，這些用戶經(jīng)常返回使用未處理的水， 其造成長(zhǎng)久的疾病與健康不良的循環(huán)。
[0008] 在題為"Four Layer System"的出版物中，David H. Manz博士描述了考慮到水 穿透過濾器暴露面的最大建議面速度的情況下，生物沙過濾器的有效性。他建議每小時(shí)600 升或每平方米暴露的過濾器表面積的流量作為每過濾器表面積的最大面流速。這轉(zhuǎn)換(通 過單位換算）為每分鐘lcm的面速度。
[0009] Vmax=最大建議面速度 Vmax=600 l/hr/m'2= 10 l/min/m'2 =10, 000cm'3/min/10, 000cm'2=lcm/min 此外，Manz極其詳細(xì)地描述了他的生物沙過濾器的不同深度的層怎樣被調(diào)整深度及顆 粒尺寸組成以控制暴露沙層頂部處的面速度。實(shí)際上，更深層中的大量沙礫的主要原因之 一是為了建立并控制背壓使得穿過沙床的面速度保持在建議范圍內(nèi)。在Manz過濾器設(shè)計(jì) (又名HydrAid生物沙水過濾器）中，沙的暴露面是圓形的，直徑約12英寸（30. 5cm)。使用 Manz建議的情況下，可計(jì)算出穿過系統(tǒng)的最大建議流速。
[0010]暴露的沙面積（A)=Pi*r*r (Pi=3. 14 r=半徑） A=3. 14*15. 25*15. 25=730. 25cnT2 Fmax=最大建議流速 Fmax=A*Vmax Fmax=730. 25cm'2*lcm/min=730. 25cm'3/min=730. 25ml/min 從所述計(jì)算中可見流速相當(dāng)慢，當(dāng)為做飯或飲用而汲水時(shí)，對(duì)于習(xí)慣了更快流速的用 戶而言可能是不可接受的。而且，Manz所描述的系統(tǒng)需要大量沙礫以實(shí)現(xiàn)所需的流速。 [0011] 于是，所需要的是一種易于使用、不須電力或其他能源、能夠與現(xiàn)有水處理系統(tǒng)連 合使用或單獨(dú)使用且易于維護(hù)的水處理系統(tǒng)。還希望此系統(tǒng)可在多種應(yīng)用中使用，例如處 理家庭用水、救災(zāi)及戶外活動(dòng)。還可能希望水處理系統(tǒng)更小及更便攜。另外，增加穿過系統(tǒng) 的流速可提高易用性且提供其他益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種水處理系統(tǒng)，所述水處理系統(tǒng)具有絮凝(有 時(shí)被稱作"凝結(jié)"或"凝聚"）箱和位于箱底部上方的出口。該出口可為龍頭或其它用戶可 操作的閥。使用時(shí)，未處理的水和絮凝劑一起倒入箱內(nèi)。經(jīng)過一段時(shí)間并且足夠百分比的 顆粒不再懸浮于水中之后，水被從箱經(jīng)過位于顆粒高度以上的龍頭移出，如圖4所示。
[0013] 在本公開的另一實(shí)施例中，公開了具有加氯/脫氯系統(tǒng)的水處理系統(tǒng)。水被倒入 入口漏斗內(nèi)，在這里水暴露于氯，例如可溶解的片，并進(jìn)入加氯箱。除了氯以外，也可使用能 對(duì)水進(jìn)行消毒的其它材料，例如其它鹵素，包括但不限于溴和碘。當(dāng)水在箱中溶解有氯時(shí)， 它被消毒。水可經(jīng)過擴(kuò)散器以幫助確保氯溶液均勻混合。水處理系統(tǒng)可包括碳過濾器以從 已消毒水中去除氯。水處理系統(tǒng)包括出口，例如龍頭，已消毒水由此通過龍頭排出箱外，如 圖6和7所示。
[0014] 在本公開的第三實(shí)施例中，公開了具有絮凝和加氯/脫氯系統(tǒng)的水處理系統(tǒng)。加 氯/脫氯系統(tǒng)可包括用于將氯加入水中的加氯箱以及用于從水中去除氯的過濾器，例如碳 過濾器。使用時(shí)，未處理的水和絮凝劑一起倒入絮凝箱內(nèi)。經(jīng)過一段時(shí)間并且顆粒不再懸 浮于水中之后，水經(jīng)過出口（例如龍頭）排出絮凝箱，并導(dǎo)入加氯箱入口漏斗，在這里水暴露 于氯，例如可溶解的片，并進(jìn)入加氯箱。當(dāng)水在箱中溶解有氯時(shí)，它被消毒。水可經(jīng)過擴(kuò)散 器以幫助確保氯溶液均勻混合，并經(jīng)過碳過濾器以去除足夠量的氯。已除氯的水可通過出 口（例如龍頭）離開水箱，如圖14所示。
[0015] 在本公開的另一實(shí)施例中，公開了具有絮凝、生物沙過濾器和加氯/脫氯系統(tǒng)的 水處理系統(tǒng)。使用時(shí)，未處理的水和絮凝劑一起倒入絮凝箱內(nèi)。經(jīng)過一段時(shí)間并且顆粒不 再懸浮于水中之后，水被導(dǎo)入生物沙過濾器箱，在這里顆粒在水經(jīng)過各沙層時(shí)被截獲在各 沙層中。當(dāng)離開生物沙過濾器箱時(shí)，水進(jìn)入加氯箱入口漏斗，在這里水暴露于氯，例如可溶 解的片，并進(jìn)入加氯箱。當(dāng)水在箱中溶解有氯時(shí)，它被消毒。水可經(jīng)過擴(kuò)散器以幫助確保氯 溶液均勻混合，并經(jīng)過碳過濾器以去除氯，并例如通過龍頭離開水箱，如圖15所示。在該實(shí) 施例中，生物沙過濾器可為任何市面上已有的生物沙過濾系統(tǒng)。
[0016] 在本公開的另一實(shí)施例中，水處理系統(tǒng)包括改進(jìn)的過濾器。改進(jìn)的過濾器提供通 過系統(tǒng)所需的流速。所述水處理系統(tǒng)的實(shí)施例比包括傳統(tǒng)過濾器的水處理系統(tǒng)更小更便 攜。在一個(gè)實(shí)施例中，過濾器是沙床過濾器，包括設(shè)在桶底中的孔上方但在沙床下方的非織 物過濾器介質(zhì)。在另一實(shí)施例中，過濾器是壓制塊過濾器，所述壓制塊過濾器由例如沙或活 性碳這樣的過濾器介質(zhì)與聚合物粘合劑構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，改進(jìn)的過濾器可用在P0U 重力供水處理系統(tǒng)中，其在處理之前通過絮凝和凝結(jié)步驟從水中去除污染物。它也可單獨(dú) 使用或與后處理聯(lián)合使用，以加氯及任選地脫氯已處理的水。
[0017] 在本公開的另一實(shí)施例中，水處理系統(tǒng)包括虹吸管以確保將適當(dāng)劑量的絮凝化學(xué) 劑加入水中。為用戶規(guī)定預(yù)定量的絮凝化學(xué)劑添加到水中。如果水高度不正確，則會(huì)導(dǎo)致 不適當(dāng)?shù)男跄瘜W(xué)劑劑量。虹吸管確保除非并直到水高度到達(dá)預(yù)定的閾值，否則水不開始 流動(dòng)。如果用戶不加入足夠的水，則絮凝劑量不正確，并且水將不會(huì)流動(dòng)。
[0018] 在本公開的另一實(shí)施例中，水處理系統(tǒng)包括附接到桶外部而不是附接到桶蓋的加 氯器設(shè)備。用戶可在不另外擾動(dòng)水處理系統(tǒng)或必須接觸系統(tǒng)中的水的情況下訪問（access) 加氯器設(shè)備。加氯器設(shè)備的一些部分可被看穿，以允許用戶在不打開或訪問加氯器設(shè)備的 情況下看到還剩多少氯片。
[0019] 在本公開的另一實(shí)施例中，水處理系統(tǒng)包括手動(dòng)栗，其協(xié)助允許系統(tǒng)在沒有電力 或加壓水源的情況下操作。在離開系統(tǒng)以供使用之前，水流經(jīng)過濾器，該過濾器從水中去除 污染物。栗在過濾器的出水側(cè)上生成相對(duì)于入水側(cè)的負(fù)壓，這允許用戶以比通過過濾器的 重力流高得多的流速汲水。栗的一個(gè)好處是它使得能夠使用需要更高流速和/或壓力的過 濾器。
[0020] 在本公開的又一實(shí)施例中，水處理系統(tǒng)包括絮凝劑漏斗和戽斗（ladle)。絮凝化學(xué) 劑可加入系統(tǒng)并用戽斗攪動(dòng)。當(dāng)正在進(jìn)行絮凝時(shí)，戽斗可被存儲(chǔ)于箱內(nèi)并收集顆粒。當(dāng)絮 凝完成時(shí)，可致動(dòng)出口閥以從戽斗的沉淀物上方汲水。水可被汲入另一水處理系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0021] 結(jié)合附圖及下面的描述可以更好的理解本公開。參照以下【附圖說明】了非限制性及 非窮舉的實(shí)施例。附圖中的部件未必是按比例的，而是將重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理上。附 圖中，遍及不同的視圖，相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)或相似的部件。
[0022] 圖1是描述常規(guī)重力供給沙過濾過程的流程圖； 圖2是具有生物層及多個(gè)沙礫層的常規(guī)生物沙過濾器的示意圖； 圖3是描述具有任選的氯配料的常規(guī)生物沙過濾過程的流程圖； 圖4示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的絮凝箱及過程； 圖5是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的加氯過程的圖示； 圖6示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的加氯/脫氯箱及過程； 圖7是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的加氯/脫氯箱及過程的分解圖示； 圖8是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的氯艙的圖示； 圖9是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的帶有氯艙的進(jìn)水口漏斗的圖示； 圖10是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的帶有氯艙的進(jìn)水口漏斗的圖示； 圖11是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的帶有氯艙的進(jìn)水口漏斗的圖示； 圖12是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的加氯/脫氯箱及過程的圖示； 圖13是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的絮凝與加氯/脫氯過程的圖示； 圖14是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的與加氯/脫氯箱及過程組合的絮凝箱及過程的圖示； 圖15是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的絮凝箱、生物沙過濾箱及加氯/脫氯箱的圖示； 圖16是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的組合的生物沙過濾器與加氯/脫氯箱及過程的圖示； 圖17是根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的沙床過濾系統(tǒng)的圖示； 圖17a是沙床過濾系統(tǒng)的替代實(shí)施例的圖示； 圖18是圖17中所描述實(shí)施例的分解視圖； 圖19是壓制塊過濾系統(tǒng)的替代實(shí)施例的圖示； 圖20a示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的單過濾器壓制塊； 圖20b示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的雙過濾器壓制塊； 圖21示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的壓制的生物沙塊過濾器的部件； 圖22示出迷你生物沙水處理過程的實(shí)施例的流程圖； 圖23示出迷你生物沙水處理系統(tǒng)的操作的實(shí)施例； 圖24示出用于清潔及維護(hù)迷你生物沙水處理系統(tǒng)的過程的實(shí)施例； 圖25示出壓制塊過濾過程的一個(gè)實(shí)施例的流程圖； 圖26示出帶有壓制塊過濾器的迷你生物沙水處理系統(tǒng)的操作的實(shí)施例； 圖27示出水流過壓制塊過濾器的一個(gè)實(shí)施例； 圖28示出用于清潔及維護(hù)壓制塊過濾器的過程的一個(gè)實(shí)施例； 圖29示出直徑遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度的壓制塊過濾器的替代實(shí)施例； 圖30示出根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的用作水的預(yù)處理的絮凝設(shè)備； 圖31示出確保適當(dāng)?shù)男跄康暮缥芗褒堫^機(jī)構(gòu)的實(shí)施例； 圖32示出確保適當(dāng)?shù)男跄康奶娲缥芗褒堫^機(jī)構(gòu)； 圖33示出任選的擴(kuò)散器，以減少絮凝箱底部上的沉淀層的擾動(dòng)； 圖34示出在根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的迷你生物沙