[發明專利]重力供水處理系統

有效

• 申請號: 201080011622.4
• 申請日: 2010-01-12
• 公開（公告）號: CN102438950A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: R.W.屈寧;T.L.勞岑黑澤;R.M.小泰勒;W.T.小斯托納;K.E.康拉德;K.J.范德庫伊;B.S.比爾斯;R.D.尚珀
• 申請（專利權）人: 捷通國際有限公司
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00;C02F9/00;C02F103/00;C02F1/28;C02F1/76;C02F1/68;C02F1/52;C02F3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;楊炯

技術領域

本公開涉及水處理系統，具體地，本公開涉及重力供水處理系統。

背景技術

隨著世界人口的增長，對水的需求也在增長。實際上，在世界上一些本地人口以大大高出平均水準的增長率增長的地方，安全飲用水的供應低于平均水準。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。此外，在水非常稀少的許多區域，因人們的低收入水平及無法獲得市政處理過的水的事實，人們不能買水飲用。這種情況的例子可包括例如不發達國家的農村、自然災害的急救站，或露營。

現代可獲得的市政水處理系統配備為處理及配送水供人消費。在許多情況下，此處理包括凝結、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。由于市政系統的性質，所處理的水不可以馬上消費，并且氯留在水中直至其被分發。

當在市政系統（如果有的話）以外的家庭中處理水時，此系統通常被稱為使用端（point-of-use，POU）系統。這些家庭POU系統使用多個過程處理水，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POU系統要用于能夠可靠地以相對高的壓力（＞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泵以壓水及運轉在一些POU系統中通常可見的電設備。這些系統的大部分需要在入口處提供適于飲用的水。

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POU系統。沒有市政用水系統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或一個大器皿中供以后使用。如果可以的話，處理通常限于簡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100磅的沙子及礫石。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，相對來說沒有致病微生物的水。但是，這些系統往往充當層析柱的作用，這意味著隨著水在柱中向下移動，顆粒被以不同速率截獲。結果是細的顆粒（本應沉降在沙中的）最終逸出到流出的水中。

在某些情況下，用戶允許水靜置一段時間，以允許水中的顆粒沉積到容器底部——沉淀作用。在其他情況下，向水中加入化學品以提高此過程的速度。這些化學品被稱為絮凝劑，例如明礬或聚氯化鋁。然而，即使是經此處理后，水仍需消毒、殺菌。煮沸可能是破壞細菌及微生物最簡單的處理，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中所示的系統向水中加入氯。但是，氯加到水中的不熟悉的味道，再加上達到有效處理所需的單位體積，導致許多用戶由于糟糕的味道而不繼續使用氯處理的水。所以，這些用戶經常返回使用未處理的水，其造成長久的疾病與健康不良的循環。

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。這轉換（通過單位換算）為每分鐘1cm的面速度。

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=1cm/min

此外，Manz極其詳細地描述了他的生物沙過濾器的不同深度的層怎樣被調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。在Manz過濾器設計（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，可計算出穿過系統的最大建議流速。

暴露的沙面積（A）=Pi*r*r?（Pi=3.14???r=半徑）

A=3.14*15.25*15.25=730.25cm^2

Fmax=最大建議流速

Fmax=A*Vmax

Fmax=730.25cm^2*1cm/min=730.25cm^3/min=730.25ml/min