本PCT國際申請要求于2014年4月7日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/976,156的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其主題通過引用以其整體并入本文。

公開描述

公開領(lǐng)域

本公開涉及一種用于過濾水的硅藻土基陶瓷過濾器。本公開還涉及一種用于過濾水的方法。

背景

濾水器用于從水中除去細(xì)菌和其它污染物，從而使得水對于人類使用或消耗是安全的。

當(dāng)用于過濾時(shí)，在陶瓷過濾器的一側(cè)引入水并使其通過過濾器，該過濾器除去污染物。通過陶瓷過濾器的過濾通常通過陶瓷的孔徑通過物理排除細(xì)菌和微生物來實(shí)現(xiàn)，所述細(xì)菌和微生物太大而不能通過孔。因此，陶瓷過濾器通常具有非常小的孔徑，大約為0.1微米至約2微米，其對于細(xì)菌、原生動(dòng)物和其它微生物而言太小而不能穿透。細(xì)菌和微生物被小孔徑阻擋，從而將它們從水中過濾。

這種小孔徑可能是不利的，因?yàn)樗档土诉^濾的效率。小孔徑是限制性的，并且水緩慢流經(jīng)過濾器。因此，當(dāng)使用陶瓷過濾器時(shí)，可能需要不合意地長時(shí)間段來過濾所需體積的水?？赏ㄟ^增加陶瓷的孔徑來增加過濾速率，但是孔徑的增加也導(dǎo)致細(xì)菌和微生物的過濾減少。結(jié)果，高流量陶瓷過濾器可能無法實(shí)現(xiàn)足夠的過濾以使經(jīng)過濾的水適于人類使用。

單獨(dú)的陶瓷過濾器也可能不適于除去化學(xué)污染物，例如有機(jī)污染物或金屬污染物，其可穿過甚至小的孔。可將粒狀活性炭(GAC)加入過濾器中以除去這些化學(xué)污染物。然而，GAC的有效壽命可能在陶瓷過濾器的有效壽命之前期滿(expire)。這可能要求有必要比其它情況下將更頻繁地更換過濾器。然而，在不存在GAC組分的情況下，單獨(dú)的陶瓷過濾器通常不足以獨(dú)立使用。

可能合意的是生產(chǎn)具有較高流量的陶瓷過濾器，同時(shí)仍保留足夠的抗微生物和抗病毒性質(zhì)?？赏ㄟ^增加過濾器的孔徑來獲得更高的流量。進(jìn)一步可能合意的是以低成本生產(chǎn)有效的高流量陶瓷過濾器。還可能合意的是生產(chǎn)不包括碳芯的陶瓷過濾器。

概述

在以下描述中，某些方面和實(shí)施方式將變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，在其最廣泛的意義上，可在不具有這些方面和實(shí)施方式的一個(gè)或更多個(gè)特征的情況下實(shí)踐所述方面和實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面和實(shí)施方式僅僅是示例性的。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，濾水器可包括具有大于約5微米的中值孔徑的硅藻土基陶瓷過濾器，和鹵素源、UV源、活性炭源或過濾膜中的至少一種。

根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約6微米。例如，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約7微米、大于約8微米或大于約9微米。

根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為圓盤形的。根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為燭形的。

根據(jù)再另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器進(jìn)一步可包括膨潤土。

根據(jù)還另一方面，所述濾水器可包括殺生物劑。示例性的殺生物劑種類可包括但不限于殺菌劑(germicides)、殺細(xì)菌劑(bactericides)、殺真菌劑(fungicides)、殺藻劑和飲用水消毒劑。示例性殺生物劑可包括鹵素殺生物劑、金屬殺生物劑、有機(jī)硫殺生物劑、氮?dú)⑸飫┗蚍宇悮⑸飫?。示例性金屬殺生物劑可包括但不限于乙酸銀、碳酸銀、氯化銀、銀銅沸石、氟化銀、碘化銀、硝酸銀、正磷酸銀(Ag₃PO₄)、氧化銀(Ag₄O₄)、部分聚合的甘露糖醛酸的銀鹽、磷酸氫鋯鈉銀(silver sodium hydrogen zirconium phosphate) (Ag_0.18Na_0.57H_0.25Zr₂(PO₄)₃)、硫氰酸銀、丙烯酸銀锍脲共聚物(silver thiuronium acrylate copolymer)、銀沸石、銀鋅沸石、銀、硼硅酸銀、磷酸鋁鎂銀(silver magnesium aluminum phosphate)、8-羥基喹啉鋅、桿菌肽鋅、氯化鋅、2-乙基己酸鋅脫氫松香基銨(zinc dehydroabietylammonium 2-ethylhexanoate)、十二烷基苯磺酸鋅、硅酸鋅、七水合硫酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、無水三氯酚鋅福美鋅(anhydrous zinc trichlorophenate ziram)、硫酸銅、硝酸銅、硫氰酸銅、元素銅(elemental copper)、元素銀(elemental silver)、元素鋅(elemental zinc)、銅離子、銀離子和鋅離子。根據(jù)還另一方面，所述殺生物劑可包括抗微生物-金屬化合物，諸如，例如銅化合物、銀化合物或鋅化合物。

根據(jù)另一方面，當(dāng)歸一化至0.015 m²的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述濾水器的流量可大于約4 L/hr。 例如，當(dāng)歸一化至0.015 m²的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述濾水器的流量可大于約5 L/hr、大于約6 L/hr、大于約7 L/hr、大于約8 L/hr、大于約9 L/hr或大于約10 L/hr。

根據(jù)再另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可使細(xì)菌減少大于約3-log(即99.9％)，但小于約5-log(即99.999％)。根據(jù)另一方面，所述濾水器可使細(xì)菌減少大于約5-log(即99.999％)。例如，所述濾水器可使細(xì)菌減少大于約6-log(即99.9999％)、大于約7-log(即99.99999％)或大于約8-log(即99.999999％)。

根據(jù)還另一方面，所述濾水器可不包括活性炭或粒狀活性炭(GAC)。

根據(jù)另一方面，所述濾水器可包括鹵素源，并且所述鹵素源可包括溴、氯或碘中的至少一種。所述鹵素源可包括與所述硅藻土基陶瓷過濾器串聯(lián)的鹵素洗脫系統(tǒng)。所述鹵素源也可結(jié)合到所述硅藻土基陶瓷過濾器的一個(gè)或更多個(gè)腔中。根據(jù)再另一方面，所述鹵素源可包括所述硅藻土基陶瓷過濾器的表面改性。

根據(jù)另一方面，所述膜可包括反滲透膜、微濾膜、超濾膜或納濾膜。

根據(jù)還另一方面，過濾水的方法可包括使水從源室通過具有大于約5微米的中值孔徑的硅藻土基陶瓷過濾器，和使水通過鹵素源、UV源、活性炭源或過濾膜中的至少一種至收集室。

根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約6微米。例如，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約7微米、大于約8微米或大于約9微米。

根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為圓盤形的。根據(jù)另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為燭形的。

根據(jù)再另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可進(jìn)一步包括膨潤土。

根據(jù)還另一方面，所述硅藻土基陶瓷過濾器可包括殺生物劑。示例性的殺生物劑種類可包括鹵素殺生物劑、金屬殺生物劑、有機(jī)硫殺生物劑、氮?dú)⑸飫┗蚍宇悮⑸飫?。示例性的金屬殺生物劑可包括但不限于殺菌劑、殺?xì)菌劑、殺真菌劑、殺藻劑和飲用水消毒劑。示例性的殺生物劑可包括但不限于乙酸銀、碳酸銀、氯化銀、銀銅沸石、氟化銀、碘化銀、硝酸銀、正磷酸銀(Ag₃PO₄)、氧化銀(Ag₄O₄)、部分聚合的甘露糖醛酸的銀鹽、磷酸氫鋯鈉銀(Ag_0.18Na_0.57H_0.25Zr₂(PO₄)₃)、硫氰酸銀、丙烯酸銀锍脲共聚物、銀沸石、銀鋅沸石、銀、硼硅酸銀、磷酸鋁鎂銀、8-羥基喹啉鋅、桿菌肽鋅、氯化鋅、2-乙基己酸鋅脫氫松香基銨、十二烷基苯磺酸鋅、硅酸鋅、七水合硫酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、無水三氯酚鋅福美鋅、硫酸銅、硝酸銅、硫氰酸銅、元素銅、元素銀、元素鋅、銅離子、銀離子和鋅離子。根據(jù)還另一方面，所述殺生物劑可包括抗微生物-金屬化合物，諸如，例如銅化合物、銀化合物或鋅化合物。

根據(jù)還另一方面，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，從源室至收集室的流量可大于約4 L/hr。例如，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，從源室至收集室的流量可大于約5 L/hr，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積時(shí)，所述流量大于約6 L/hr，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述流量大于約7 L/hr，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述流量大于約8 L/hr，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述流量大于約9 L/hr，或者當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述流量大于約10 L/hr。

根據(jù)再另一方面，在從源室通過硅藻土基陶瓷過濾器之后，水中的細(xì)菌減少可大于約3-log，但小于約5-log。

根據(jù)再另一方面，當(dāng)與源室相比較時(shí)，收集室中的水的細(xì)菌減少可大于約5-log。例如，當(dāng)與源室相比較時(shí)，收集室中的細(xì)菌減少大于約6-log、大于約7-log或大于約8-log。

根據(jù)再另一方面，所述方法不包括通過源室和收集室之間的活性炭過濾水。

根據(jù)另一方面，所述方法可包括使水通過鹵素源，并且所述鹵素源可包括溴、氯或碘中的至少一種。所述鹵素源可包括與硅藻土基陶瓷過濾器串聯(lián)的鹵素洗脫系統(tǒng)。所述鹵素源也可結(jié)合到硅藻土基陶瓷過濾器的一個(gè)或更多個(gè)腔中。根據(jù)再另一方面，所述鹵素源可包括硅藻土基陶瓷過濾器的表面改性。

根據(jù)另一方面，所述膜可包括反滲透膜、微濾膜、超濾膜或納濾膜。

示例性目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地闡述，或可通過實(shí)踐示例性實(shí)施方式來獲悉。

應(yīng)當(dāng)理解，前述一般性描述和以下詳述都僅是示例性和解釋性的，而不是對所要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。

附圖簡述

圖1示出硅藻土基陶瓷過濾器的一些示例性實(shí)施方式的孔徑分布。

圖2示出與鹵素源和GAC組合的示例性硅藻土基陶瓷過濾器的細(xì)菌的log減少。

圖3示出示例性硅藻土基陶瓷過濾器的示例性流量。

示例性實(shí)施方式的描述

根據(jù)一些示例性實(shí)施方式，濾水器可包括具有大于約5微米的中值孔徑的硅藻土基陶瓷過濾器，和鹵素源、UV源、活性炭源或過濾膜中的至少一種。

硅藻土(diatomite) (也稱為“硅藻土(diatomaceous earth)”或“DE”)通常被認(rèn)為是以硅藻的硅質(zhì)骨架(硅藻細(xì)胞)的形式富含生物硅(即由活生物體產(chǎn)生或帶來的二氧化硅)的沉積物。硅藻是通常屬于硅藻綱(class Bacillariophyceae)的多種多樣的微觀、單細(xì)胞、金棕色藻類，其具有各種各樣且復(fù)雜結(jié)構(gòu)的華麗硅質(zhì)骨架，包括在活硅藻中非常像藥丸盒(pill box)配合在一起的兩瓣。

硅藻土可由水運(yùn)硅藻的殘留物形成并因此，可發(fā)現(xiàn)硅藻土沉淀接近當(dāng)前或以前的水體。那些沉淀一般基于來源分為兩類：淡水和鹽水。淡水硅藻土通常從干湖床采掘，并可表征為具有低結(jié)晶二氧化硅含量和高鐵含量。相反，鹽水硅藻土通常從海洋區(qū)提取，并可表征為具有高結(jié)晶二氧化硅含量和低鐵含量。

硅藻土基陶瓷過濾器可通過將硅藻土與粘合劑諸如，例如膨潤土和/或甲基纖維素混合以形成生坯體而形成。然后可將該生坯體擠出或壓制成所需的過濾器形狀，并進(jìn)行燒制以形成硅藻土基陶瓷過濾器。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約6微米。例如，所述硅藻土基陶瓷過濾器的中值孔徑可大于約7微米、大于約8微米或大于約9微米。

如本文所使用的，“中值孔徑”表示硅藻土基陶瓷過濾器的平均孔徑，其可使用Micromeritics AutoPore孔度計(jì)并根據(jù)儀器使用手冊中所述的方法通過壓汞孔隙度測定法測定。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為圓盤形的或可為燭形的。圓盤形陶瓷過濾器可一般為圓柱形的并且包括大于過濾器高度的直徑。燭形陶瓷過濾器可為大致圓柱形管，在管內(nèi)具有一個(gè)或更多個(gè)中空腔。燭形陶瓷過濾器還可包括用于密封管的一端的端蓋。所述端蓋可為任何形狀，并可由硅藻土基陶瓷過濾器材料組成，或可為任何材料的塞子，其阻擋水進(jìn)入燭形物(candle)而不通過硅藻土基材料。

所述硅藻土基陶瓷過濾器的形狀不限于圓柱形，例如燭形物和圓盤。例如，所述硅藻土基陶瓷過濾器可為足以用于過濾水的任何形狀，包括但不限于正方形板、矩形棱柱、三角形板或棱柱、具有矩形或正方形橫截面的管、或半球形。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述硅藻土基陶瓷過濾器可包括一個(gè)或更多個(gè)腔。所述腔可含有另一種助濾劑，諸如，例如鹵素源、GAC或其組合。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括膨潤土。膨潤土是層狀硅酸鋁粘土材料。膨潤土可作為粘合劑和/或增塑劑加入硅藻土。膨潤土可增強(qiáng)在燒制之前生坯形式的硅藻土基陶瓷過濾器主體(body)的生坯強(qiáng)度。膨潤土還可改善燒制的硅藻土基陶瓷過濾器的強(qiáng)度。根據(jù)一些實(shí)施方式，膨潤土與生坯形式的硅藻土的比率可為1:5重量比(膨潤土:硅藻土)、1:10重量比、1:15重量比或1:20重量比。

根據(jù)一些實(shí)施方式，當(dāng)形成陶瓷過濾器時(shí)也可使用擠出助劑。例如，可將甲基纖維素加入硅藻土或硅藻土-膨潤土混合物中，以增強(qiáng)預(yù)燒制的過濾器材料的塑性。增強(qiáng)的塑性可改善生坯體的擠出性能，促進(jìn)過濾器主體的形成。根據(jù)一些實(shí)施方式，擠出助劑例如甲基纖維素可在燒制過程期間燒盡。也考慮除甲基纖維素之外的擠出助劑。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括殺生物劑。所述殺生物劑可改善濾水器的細(xì)菌或微生物殺滅效率。所述殺生物劑還可阻止細(xì)菌、霉菌、藻類和其它生物體在過濾器本身上的生長。當(dāng)所述殺生物劑含有抗微生物金屬化合物時(shí)，該化合物在形成硅藻土基陶瓷過濾器期間，例如在陶瓷燒制期間，可轉(zhuǎn)化為抗微生物金屬，諸如，例如銀、銅或鋅。

示例性的殺生物劑種類可包括但不限于殺菌劑、抗生素、抗細(xì)菌劑、抗病毒劑、抗真菌劑、抗原生動(dòng)物劑和抗寄生蟲劑、殺藻劑和飲用水消毒劑。示例性的殺生物劑可包括但不限于乙酸銀、碳酸銀、氯化銀、銀銅沸石、氟化銀、碘化銀、硝酸銀、正磷酸銀(Ag₃PO₄)、氧化銀(Ag₄O₄)、部分聚合的甘露糖醛酸的銀鹽、磷酸氫鋯鈉銀(Ag_0.18Na_0.57H_0.25Zr₂(PO₄)₃)、硫氰酸銀、丙烯酸銀锍脲共聚物、銀沸石、銀鋅沸石、銀、硼硅酸銀、磷酸鋁鎂銀、8-羥基喹啉鋅、桿菌肽鋅、氯化鋅、2-乙基己酸鋅脫氫松香基銨、十二烷基苯磺酸鋅、硅酸鋅、七水合硫酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、無水三氯酚鋅福美鋅、硫酸銅、硝酸銅、硫氰酸銅、元素銅、元素銀、元素鋅、銅離子、銀離子和鋅離子。根據(jù)還另一方面，所述殺生物劑可包括抗微生物-金屬化合物，諸如，例如銅化合物、銀化合物或鋅化合物。

根據(jù)一些實(shí)施方式，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積時(shí)，所述濾水器的流量可大于約4升每小時(shí)(L/hr)。例如，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所述濾水器的流量可大于約5 L/hr、大于約6 L/hr、大于約7 L/hr、大于約8 L/hr、大于約9 L/hr或大于約10 L/hr，當(dāng)歸一化至0.015 m²的硅藻土基陶瓷過濾器的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)。

過濾器的體積流量通常可由以下等式確定

Q = A*K*(Δh/l)

其中Q為體積流量，A是垂直于流動(dòng)路徑長度l的流動(dòng)面積，K是水力傳導(dǎo)率，和Δh是經(jīng)路徑l的液壓壓頭h的變化。當(dāng)比較不同形狀的過濾器時(shí)，可能合意的是將所測量的流量歸一化至公共表面積以解釋由較大或較小過濾器導(dǎo)致的流量差異。在本公開的實(shí)例中，將流量歸一化至約6英寸的水頭壓力。對于測試的每個(gè)樣品，將水頭壓力歸一化至在水源中的陶瓷過濾器頂部上方使用約6英寸的水產(chǎn)生的水頭壓力。壓力和表面積兩者的歸一化可允許比較硅藻土基陶瓷過濾器的不同形狀因素(例如，圓盤形與燭形相比)。

如本文所用，“l(fā)og減少”是指基于10的對數(shù)底，被過濾器除去或滅活的微生物(例如細(xì)菌)的10的因數(shù)數(shù)目。例如，2-log減少將等同于99％的微生物去除或滅活(即，1％殘留或?yàn)榛钚?，3-log減少將等同于99.9％的微生物去除(即，0.1％殘留或?yàn)榛钚?。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述硅藻土基陶瓷過濾器可使細(xì)菌減少大于約3-log。例如，所述硅藻土基陶瓷過濾器可使細(xì)菌減少大于約3-log，但小于約5-log。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可使細(xì)菌減少大于約5-log。例如，所述濾水器可使細(xì)菌減少大于約6-log、大于約7-log或大于約8-log。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括活性炭或粒狀活性炭(GAC)。活性炭或GAC可包括含有高表面積的碳。所述高表面積可通過將許多小的、低體積的孔引入碳材料來產(chǎn)生，這可增強(qiáng)碳的化學(xué)吸收。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述活性炭或GAC可衍生自含碳源材料，諸如，例如木炭、生物炭、煤、木材、堅(jiān)果殼或泥炭。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可不包括活性炭或GAC。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括鹵素源，并且所述鹵素源可包括溴、氯或碘中的至少一種。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述鹵素源可包括鹵素洗脫系統(tǒng)，諸如，例如可從HaloSource獲得的HALOPURE?系統(tǒng)。鹵素洗脫系統(tǒng)可包括可包括設(shè)備，例如過濾器或膜，其含有鹵素，諸如，例如形成基于鹵素的離子的鹵素原子、鹵胺、N-鹵胺或季銨化合物，包括但不限于，正烷基二甲基芐基氯化銨和正烷基二甲基乙基芐基氯化銨。鹵素源上方的通道水可導(dǎo)致鹵素洗脫到水中，并且可導(dǎo)致形成基于鹵素的離子。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述鹵素洗脫系統(tǒng)可經(jīng)一段時(shí)間從表面釋放鹵素。鹵素的存在可進(jìn)一步殺滅細(xì)菌、原生動(dòng)物或或微生物或使其滅活。鹵素還可殺滅通過硅藻土基陶瓷過濾器的病毒。所述鹵素洗脫系統(tǒng)可與所述硅藻土基陶瓷過濾器串聯(lián)使用，使得水首先通過硅藻土基陶瓷過濾器，然后通過鹵素洗脫系統(tǒng)。

不希望受到特定理論的束縛，據(jù)信串聯(lián)構(gòu)造可提高濾水器的效率?；邴u素的過濾系統(tǒng)本身通常可能是低效的，因?yàn)樵鷦?dòng)物通常耐受鹵素，并且細(xì)菌和沉積物的存在進(jìn)一步減弱了鹵素對抗細(xì)菌和病毒的性能。通過將硅藻土基陶瓷過濾器放置在濾水器中的鹵素洗脫系統(tǒng)之前，該陶瓷過濾器除去否則可能減弱或抑制鹵素洗脫系統(tǒng)效率的沉積物、細(xì)菌和原生動(dòng)物。然后所述鹵素洗脫系統(tǒng)可更有效地殺滅病毒和細(xì)菌，因?yàn)樗粫?huì)受被陶瓷過濾器除去的沉積物和其它材料抑制。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述鹵素源還可結(jié)合到所述硅藻土基陶瓷過濾器的一個(gè)或更多個(gè)腔中。陶瓷過濾器，例如燭形過濾器或管形過濾器，可包括其中可結(jié)合鹵素源的腔或其它室。例如，燭形過濾器可成形為類似中空圓筒。源室中的圓筒外部的未過濾水通過陶瓷過濾器進(jìn)入中空腔。所述腔可含有包括鹵素源的嵌入物(insert)，例如鹵素洗脫系統(tǒng)。所述腔通常含有由陶瓷過濾器過濾的水，其然后通過開口至收集室或容器用于其預(yù)期用途(例如用于飲用或烹飪)。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述鹵素源可包括可嵌入所述硅藻土基陶瓷過濾器的腔中的可替換設(shè)備。例如，所述鹵素源可為具有與過濾器的腔相同的尺寸和形狀的橫截面的圓柱筒。當(dāng)鹵素源的使用壽命已期滿時(shí)，該鹵素源筒可用新的筒替換，由此延長陶瓷過濾器的使用壽命。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述硅藻土基陶瓷可包括表面改性，諸如，例如鹵素源；氧化物，例如針鐵礦；金屬羥基氧化物，例如羥基氧化鐵、鋁、鋯、鎂或釔；或季銨化合物，例如正烷基二甲基芐基氯化銨或正烷基二甲基乙基芐基氯化銨。過濾器或材料的表面改性結(jié)合到硅藻土基陶瓷過濾器的腔中。例如，鹵素原子、離子或化合物可擴(kuò)散到硅藻土中。根據(jù)一些實(shí)施方式，鹵素向硅藻土中的擴(kuò)散可通過例如氣體離子交換來實(shí)現(xiàn)。所述離子交換可在形成硅藻土基陶瓷過濾器之前在源硅藻土上進(jìn)行，或可在硅藻土基陶瓷過濾器本身上進(jìn)行。當(dāng)過濾器包括腔時(shí)，所述表面改性可在腔內(nèi)發(fā)生，以增強(qiáng)鹵素源的抗微生物和抗病毒性質(zhì)。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述表面改性可包括電化學(xué)改性硅藻土或硅藻土基陶瓷過濾器的表面。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述鹵素源可將鹵素原子或鹵素離子釋放到水中，改善鹵素源的效率。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括紫外光(UV)源?？蓮奶厥獾臒艋驘襞?bulb)發(fā)射UV光，其是具有在x射線和可見光之間的波長的電磁能量的形式。不希望受到特定理論的束縛，據(jù)信UV光可在阻止微生物復(fù)制能力的基因水平上殺滅微生物或使其滅活。UV光也可以是有益的，因?yàn)樗幌蛩刑砑踊瘜W(xué)品。UV光在殺滅微生物或使其滅活方面是有效的，而不影響水的味道或氣味。不希望受到特定理論的束縛，據(jù)信UV光的有效性可由硅藻土基陶瓷過濾器增強(qiáng)，所述過濾器可在UV光暴露之前過濾沉積物和顯著部分的細(xì)菌。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述濾水器可包括膜、濾布或過濾墊。所述膜可包括反滲透膜、微濾膜、超濾膜或納濾膜。膜過濾可基于膜中的孔徑來完成。通常，孔徑越大，越多污染物將通過膜。例如，微濾膜可阻擋細(xì)菌和沉積物通過膜，但可能不阻擋病毒或化學(xué)離子。超濾膜可進(jìn)一步阻擋病毒，并且納濾膜可進(jìn)一步阻擋一些離子，例如多價(jià)離子，但不阻擋單價(jià)離子。反滲透嚴(yán)格上來說可能不是孔徑過濾技術(shù)。相反，它可使用施加的壓力使水通過半透膜，其由跨膜的化學(xué)勢驅(qū)動(dòng)。據(jù)信反滲透膜有效地阻擋所有污染物，僅留下水分子。

實(shí)施例1

根據(jù)以下方法制備圓盤形硅藻土基陶瓷過濾器。將300克的具有29微米的中值粒徑(d₅₀)的硅藻土與30克的膨潤土混合。將混合物在低速下混合10分鐘以確保均勻性。在混合期間緩慢加入約255克的水以水合粉末。然后將水合的粉末混合30分鐘，偶爾停止以重新分布粘附在攪拌器側(cè)面的粉末。

然后將混合粉末成型為具有0.6-0.9 cm厚度的9.6 cm直徑的圓盤。使用定制鋼圓盤壓機(jī)(puck press)和Carver氣動(dòng)壓機(jī)制備圓盤。將約五分之一的混合粉末加入鋼圓盤壓機(jī)的室中并均勻分布。然后將圓盤壓機(jī)裝載到Carver壓機(jī)中，并使其經(jīng)受1000 psi (69 bar) 1分鐘。一旦移除壓力，打開壓機(jī)并將圓盤放在一邊。重復(fù)該過程，直至混合物材料耗盡。將壓制的圓盤在80℃下在烘箱中過夜干燥。然后將經(jīng)干燥的圓盤在1000℃下燒制2小時(shí)。所述燒制包括自室溫起的兩個(gè)半小時(shí)的斜升期(ramp-up period)。然后將經(jīng)燒制的圓盤在烘箱中冷卻至環(huán)境溫度持續(xù)12至20小時(shí)。

實(shí)施例2

根據(jù)實(shí)施例1制備第二套圓盤形硅藻土基陶瓷過濾器，除了在混合期間在加水之前將0.2克的硝酸銀溶解在水中之外。

實(shí)施例3

根據(jù)以下方法制備燭形硅藻土基陶瓷過濾器。將500克的具有29微米粒徑的硅藻土與50克的膨潤土和25克的甲基纖維素混合。在混合期間緩慢加入約615克的水以水合粉末。然后混合水合的粉末直至獲得致密的塑性稠度。

然后使用手動(dòng)粘土擠壓機(jī)將混合材料成型為具有2英寸外徑和1.5英寸內(nèi)徑的中空管。在壓制之前，通過將材料裝載到具有附接的蓋的壓機(jī)中，并然后施加壓力以將材料壓縮到壓機(jī)中來除去材料中的氣泡。然后轉(zhuǎn)換蓋子以獲得適當(dāng)?shù)臄D出蓋，并將生坯體材料擠出成6英寸長大約1.5英寸直徑的PVC管，以在干燥期間保持管的結(jié)構(gòu)。重復(fù)該過程，直至使用所有材料。

然后將樣品在環(huán)境溫度下過夜風(fēng)干。風(fēng)干之后，取出PVC管并將樣品在80℃下過夜烘干。然后將干燥的樣品在1000℃下燒制2小時(shí)，如實(shí)施例1中所述，包括溫度斜升期和冷卻期。然后將燒制的樣品切割并打磨，以便于附接端蓋用于過濾器測試。

實(shí)施例4

根據(jù)實(shí)施例1的方法制備硅藻土基陶瓷過濾器，除了硅藻土具有42微米的中值粒徑(d₅₀)之外。

實(shí)施例5

根據(jù)實(shí)施例2的方法制備硅藻土基陶瓷過濾器，除了硅藻土具有42微米的中值粒徑(d₅₀)之外。

實(shí)施例6

根據(jù)實(shí)施例3的方法制備硅藻土基陶瓷過濾器，除了硅藻土具有42微米的中值粒徑(d₅₀)之外。

使用壓汞孔隙度測定法測量實(shí)施例1-6的硅藻土基陶瓷過濾器的孔徑分布?？讖椒植际居趫D1中。

如圖1中所示，實(shí)施例1-3具有范圍為0.5微米至約9微米的孔徑分布，其中中值孔徑為約5微米。實(shí)施例4-6具有范圍為約3微米至約20微米的孔徑分布，其中中值孔徑分布為約7.5微米。

使用壓汞孔隙度測定法測量實(shí)施例4-6中的各硅藻土基陶瓷過濾器的流量，如圖3中所示。當(dāng)歸一化至0.015 m²的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，所有樣品的初始流量全部大于8.0 L/hr。更具體地，當(dāng)歸一化至0.015 m²的表面積和約6英寸的水頭壓力時(shí)，各過濾器的流量在約8.5 L/hr和10.5 L/hr之間變化。

圖2顯示通過與鹵素源和GAC組合的實(shí)施例4-6的示例性過濾器的細(xì)菌的log減少。對于各過濾器，進(jìn)水從源室通過硅藻土基陶瓷過濾器被過濾。該水然后通過在硅藻土基陶瓷過濾器之后串聯(lián)布置的含有溴洗脫源的第二過濾器，其中其轉(zhuǎn)移至(pass to)收集室。所述溴洗脫源是緩釋HALOPURE?設(shè)備，其中溴與水反應(yīng)以在通過硅藻土基陶瓷過濾器過濾的水中產(chǎn)生次溴酸根離子(OBr-)。

如圖2中所示，實(shí)施例4-6的硅藻土基過濾器的性能相似。對于實(shí)施例4-6中的各硅藻土基過濾器而言，單獨(dú)的硅藻土基過濾器實(shí)現(xiàn)大于3-log的細(xì)菌減少。隨后通過溴洗脫的過濾導(dǎo)致進(jìn)一步4-log的細(xì)菌減少。具有溴洗脫源的硅藻土基陶瓷過濾器的總細(xì)菌減少大于7-log的細(xì)菌減少。GAC除去了導(dǎo)致顏色和氣味的化合物。圖2表明，可使用相對大孔徑的硅藻土基陶瓷過濾器來實(shí)現(xiàn)相對高的過濾流量，同時(shí)仍然有效地過濾污染物，例如沉積物、細(xì)菌、原生動(dòng)物和病毒，以產(chǎn)生適于飲用或可飲用的水。

另外的測試還顯示，硅藻土基陶瓷過濾器與溴洗脫源組合實(shí)現(xiàn)了大于6-log的病毒減少。

盡管以上實(shí)施例是根據(jù)溴洗脫源來討論的，但預(yù)期可使用其它鹵素，例如碘或氯。類似地，也可使用鹵素的非洗脫源，如上所述。

考慮到本文公開的說明書和示例性實(shí)施方式的實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施方式對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將是顯而易見的。意圖是說明書和實(shí)施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求書指示。