[发明专利]重力供水处理系统

说明书

本申请是2011年9月13日提交的、名称为“重力供水处理系统”、申请号为201080011622.4的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及水处理系统，具体地，本公开涉及重力供水处理系统。

背景技术

随着世界人口的增长，对水的需求也在增长。实际上，在世界上一些本地人口以大大高出平均水准的增长率增长的地方，安全饮用水的供应低于平均水准。这些情况有些归因于地理方面的干旱气候或只是缺少适合饮用的地表淡水。另外，许多水源由于地下含水层的下降而枯竭，导致为了找到水而将新井挖到更深的深度。在许多情况下，高成本阻止了这些作业。此外，在水非常稀少的许多区域，因人们的低收入水平及无法获得市政处理过的水的事实，人们不能买水饮用。这种情况的例子可包括例如不发达国家的农村、自然灾害的急救站，或露营。

现代可获得的市政水处理系统配备为处理及配送水供人消费。在许多情况下，此处理包括凝结、絮凝及颗粒物的沉积。还可引入额外的水过滤，以及用氯处理。由于市政系统的性质，所处理的水不可以马上消费，并且氯留在水中直至其被分发。

当在市政系统（如果有的话）以外的家庭中处理水时，此系统通常被称为使用端（point-of-use，POU）系统。这些家庭POU系统使用多个过程处理水，例如：粗筛、反向渗透、碳吸附、去离子、软化、煮沸、蒸馏及UV辐射。许多POU系统要用于能够可靠地以相对高的压力（＞20psi）供水的家庭。另外，这些家庭通常能够使用电力或其他能源操作泵以压水及运转在一些POU系统中通常可见的电设备。这些系统的大部分需要在入口处提供适于饮用的水。

所以，就需要一种给那些缺少市政饮用水及可能得不到电力或其他能源者的家庭POU系统。没有市政用水系统的寻水者可能携带容器去水源，例如井、河流，或湖泊，并直接获取水。这种水被装在容器内或一个大器皿中供以后使用。如果可以的话，处理通常限于简单的倾倒粗筛或沙滤。通常用在住所或小村庄的生物沙过滤器往往大而沉重。有些装有多达100磅的沙子及砾石。这些生物沙过滤器在截获微生物及颗粒方面有些微效果，它们通常制出看上去更清澈，相对来说没有致病微生物的水。但是，这些系统往往充当层析柱的作用，这意味着随着水在柱中向下移动，颗粒被以不同速率截获。结果是细的颗粒（本应沉降在沙中的）最终逸出到流出的水中。

在某些情况下，用户允许水静置一段时间，以允许水中的颗粒沉积到容器底部——沉淀作用。在其他情况下，向水中加入化学品以提高此过程的速度。这些化学品被称为絮凝剂，例如明矾或聚氯化铝。然而，即使是经此处理后，水仍需消毒、杀菌。煮沸可能是破坏细菌及微生物最简单的处理，但需要能源。另一种选择是生物沙过滤单元。图2中示出典型的生物沙过滤单元（200），图1中示出说明生物沙过滤单元的流程图。这些比将水煮沸的效果差，所得的水仍可能包含有害微生物。可例如采用图3中所示的系统向水中加入氯。但是，氯加到水中的不熟悉的味道，再加上达到有效处理所需的单位体积，导致许多用户由于糟糕的味道而不继续使用氯处理的水。所以，这些用户经常返回使用未处理的水，其造成长久的疾病与健康不良的循环。

在题为“Four Layer System”的出版物中，David H. Manz博士描述了考虑到水穿透过滤器暴露面的最大建议面速度的情况下，生物沙过滤器的有效性。他建议每小时600升或每平方米暴露的过滤器表面积的流量作为每过滤器表面积的最大面流速。这转换（通过单位换算）为每分钟1cm的面速度。

Vmax=最大建议面速度

Vmax=600 l/hr/m^2= 10 l/min/m^2

=10,000cm^3/min/10,000cm^2=1cm/min

此外，Manz极其详细地描述了他的生物沙过滤器的不同深度的层怎样被调整深度及颗粒尺寸组成以控制暴露沙层顶部处的面速度。实际上，更深层中的大量沙砾的主要原因之一是为了建立并控制背压使得穿过沙床的面速度保持在建议范围内。在Manz过滤器设计（又名HydrAid生物沙水过滤器）中，沙的暴露面是圆形的，直径约12英寸（30.5cm）。使用Manz建议的情况下，可计算出穿过系统的最大建议流速。

暴露的沙面积（A）=Pi*r*r （Pi=3.14 r=半径）

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

Fmax=最大建议流速

Fmax=A*Vmax

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