[发明专利]用于精确地分离液体中悬浮的颗粒的先进颗粒介质

说明书

本发明涉及按照颗粒尺寸选择地分离颗粒。更具体地，本发明涉及一种先进的颗粒介质，其仔细地分级以允许按照颗粒尺寸精确和选择地分离液体中悬浮的颗粒的先进介质及使用这些先进颗粒介质进行精确及选择地分离的方法。

在本申请中，涉及一些公开物，专利及公开的专利申请，在本说明书后附了这些参考文件。在本申请中涉及的这些公开物、专利及公开的专利申请结合作为参考以更完全地说明本发明的现有技术。

本发明涉及颗粒产品(下面也称为“先进的颗粒介质”或“颗粒分离介质”)，其被仔细地分级以允许精确地及选择地分离悬浮在液体中的微颗粒，还涉及使用这些介质的方法及使用这些方法得到的通过的微颗粒悬浮液。本发明的介质及方法对于提供选择地回收悬浮在液体中的细颗粒(也就是低于某阈值的颗粒尺寸的颗粒)的装置同时减少悬浮液中粗颗粒的量是有用的。与在一般的过滤(例如除去颗粒)及色层分离法(例如溶解颗粒)中用的材料及方法不同，本发明的先进的颗粒介质及其应用可以以类似低机械过滤器的方式按照颗粒的尺寸选择地分离微颗粒。

按照颗粒尺寸精确地及选择地分离悬浮在液体中的颗粒是总的过滤领域中的一个分支。过滤是用于净化液体的普通手段。简单的机械筛分或过筛通常对过滤粗颗粒物质是有用的，使用离心式除尘器、水力旋流器及空气分粒等许多技术已用来粗分在液体中的颗粒。这些过滤的类型通常称为粗过滤或颗粒过滤。

超过滤(其包括如横流过滤，凝胶体渗透及尺寸排除色谱)一般用于大分子、胶体悬浮液及典型的颗粒尺寸小于0.1μm的超细颗粒物质的分析分离。

在颗粒过滤及超过滤之间有着微过滤区，在该区域中，要分离的颗粒物质的尺寸范围通常会导致可见的混浊液体。在微过滤及颗粒过滤区中，小规模通常用薄膜或由天然纤维、聚合物纤维或陶瓷纤维构成的纸进行大约在0.1μm到500μm范围的颗粒物质(也就是微颗粒)的去除或分离。在大的工业规模的过滤中，或为了提高过滤的效率，如硅藻土之类的颗粒介质被留在筛网或在如粗过滤用的类似的机械隔膜上的组合床中，这样给微过滤提供大的方便及经济性。

但是，微过滤的目的是得到分级而不是在微颗粒范围内的选择的颗粒分离。微过滤的典型的目标在从颗粒悬浮的液体中分离(或除去)所有的颗粒物质，而不是对悬浮在液体中的颗粒进行精确的尺寸分离，因此会留下一些颗粒悬浮在液体中。

类似地，本发明的先进颗粒介质和它们的使用方法与尺寸专选的色层分离法用的技术不同。后一个技术允许按照尺寸溶解颗粒，也就是，尺寸专选的色层分离法提供了按照颗粒尺寸顺序地分离颗粒。像其它的色层分离方法一样，尺寸专选的色层分离法依赖于颗粒通过介质的速率来控制在流动的液流中颗粒尺寸的分布，因而进行很细的颗粒的分离或溶解。为了进行溶解，尺寸专选的色层分离法也要求介质的颗粒尺寸的均匀性。相反的，如下面要说明的，先进的颗粒介质和使用这些介质的方法相对于阈值按照尺寸分离颗粒。在这方面，本发明的先进颗粒介质可方便地认为类似于机械纸过滤器。

使用颗粒介质的工作原理已发展了多年(Carman,1937；Heertjes,1949,1966；Ruth,1946；Sperry,1916；Tiller,1953,1962,1964)，和现在已经在实际的展望(Kiefer,1991)及从它们的基础的理论原理(Bear,1988；Norden,1994)两方面详细地详述了。结果，现在已发展了许多得到理想的液体净化及过程最佳化的方法(例如，Tarleton,1994)。还已经讨论了许多分离微颗粒的理论原理(Lloyd,1975；Tianshou,1998)。

颗粒介质通常用于三类过滤技术中：

(ⅰ).在深过滤中作为稳定的但不固结的多层床；(ⅱ).作为预涂一隔膜和通过连续的物体供料在过滤器结块的微颗粒之间得到间隙的助滤剂；(ⅲ).作为如过滤器板、垫或盒之类的复合材料的组元。

其中液体通过非固结的介质的稳定的多层床的深过滤是最普通的水过滤的方法。快速的沙滤和慢沙滤对城市的水设施是最通常的过滤方法，在实践中，其可以用多种介质，例如硅砂，硅砂砾，无烟煤和柘榴石。快速沙滤和其它深过滤方法在历史上是无选择的分离装置。这类过滤器的目的是除去微颗粒岩屑，例如藻类、细菌或其它种类的粗大的生物体，但仍允许有高的流速及低的工作成本。