Фильтр, содержащий систему выделения галогена и хитозан
Изобретение предназначено для фильтрования. Фильтр для получения питьевой воды содержит вход в проточном сообщении с выходом, систему выделения галогена, расположенную между данными входом и выходом, фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, расположенный между данной системой выделения галогена и выходом, и очищающий барьер, расположенный между данным фильтрующим материалом и выходом. Способ очистки воды включает осуществление протекания воды через систему выделения галогена, осуществление протекания воды через фильтрующий материал и осуществление протекания воды через очищающий барьер. Система очистки воды включает вход в проточном сообщении с выходом, галогенированную смолу, расположенную между входом и выходом, и галогенированный хитозан, расположенный между данными галогенированной смолой и выходом. Технический результат - повышение эффективности очистки воды. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 ил., 7 пр., 6 табл.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы обработки воды, описанные здесь, в общем, касаются фильтров, содержащих хитозан или его производные, а также способов их изготовления и применения.
Свыше одного миллиарда человек нуждаются в доступе к надежным и достаточным количествам безопасной или пригодной для питья воды. Загрязняющие вещества в воде являются угрожающей опасностью для здоровья широкой общественности, включая уязвимые группы населения, такие как дети, пожилые люди и люди, страдающие заболеваниями, если они (вещества) не удаляются из питьевой воды. Согласно оценке шесть миллионов человек умирают каждый год, половина из которых является детьми моложе 5 лет, от загрязненной питьевой воды. Научный экспертный комитет агентства по охране окружающей среды США считает загрязненную питьевую воду одной из наибольших опасностей для здоровья населения.
Многие люди зависят от подземной воды как их единственного источника воды. Подземная вода считается относительно чистой благодаря ее процеживанию сквозь почвенный слой; однако исследования показали, что до 50% активных источников подземной воды в Соединенных Штатах дают положительный тест на загрязняющие вещества в воде. Загрязняющие вещества в воде могут включать в себя микроорганизмы, включая вирусы, такие как энтеровирусы (полиомиелит, вирус коксаки, ЕСНО-вирус, гепатит), ротавирусы и другие реовирусы, аденовирусы, вирусы Норфолк, другие микроорганизмы, включая грибки (включая плесень и дрожжи), бактерии (включая сальмонеллу, шигеллу, иерсинии, микобактерии, энтероколит, E. coli, кампилобактерии, возбудители "болезни легионеров", холеру), флагеллаты, амебы, криптоспоридии, лямблии, другие простейшие, прионы, белки и нуклеиновые кислоты, пестициды и другие агрохимикаты, включая органические химикаты, неорганические химикаты, галогенированные органические химикаты и другие остатки. Соответственно удаление загрязняющих воду примесей может быть необходимо, чтобы обеспечить чистую питьевую воду для населения; воду для аварийного применения во время стихийных бедствий и террористических атак; воду для рекреационного использования, такого как туризм и кемпинги; и воду для среды, где вода должна циркулировать, такой как самолет или космический корабль.
Поэтому желательны более эффективные системы водоочистки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно определенным вариантам осуществления описываются более эффективные системы водоочистки.
Согласно определенным вариантам осуществления фильтр для получения питьевой воды может, в общем, содержать вход в проточном сообщении с выходом, систему выделения галогена, расположенную (промежуточную) между данными входом и выходом, фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, расположенный (промежуточный) между системой выделения галогена и выходом, и очищающий барьер, расположенный (промежуточный) между фильтрующим материалом и выходом. Данный фильтрующий материал может содержать хитозан-галогеновый комплекс. Фильтрующий материал может быть способен к регенерации во время периодов простоя. Данный фильтр может иметь величину логарифмического уменьшения Log для вирусов, по меньшей мере, 4 и величину логарифмического уменьшения Log для бактерий, по меньшей мере, 6 при температуре, по меньшей мере, 4°С и рН, по меньшей мере, 5.
Согласно определенным вариантам осуществления обеспечивается способ очистки воды, содержащей, по меньшей мере, одну примесь, с помощью фильтра, содержащего вход в проточном сообщении с выходом, систему выделения галогена, промежуточную между данными входом и выходом, фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, промежуточный между системой выделения галогена и выходом, и очищающий барьер, промежуточный между фильтрующим материалом и выходом, где данный способ может, в общем, включать в себя проток воды через систему выделения галогена, проток воды через фильтрующий материал и проток воды через очищающий барьер.
Согласно определенным вариантам осуществления настоящее изобретение обеспечивает систему очистки воды для обеспечения питьевой воды. Данная система состоит из входа в проточном сообщении с выходом и галогенированного хитозана, промежуточного между данными входом и выходом.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описанные здесь варианты осуществления могут быть лучше поняты путем рассмотрения последующего содержания вместе с сопровождающими чертежами.
Фиг. 1 содержит изображение одного варианта осуществления описанного здесь устройства.
Фиг.2 содержит схему, изображающую один вариант осуществления описанного здесь способа.
Фиг.3 содержит график, изображающий величину логарифмического уменьшения одного варианта осуществления описанного здесь устройства.
ОПИСАНИЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Обычно используемые здесь термины "состоящий, по существу, из" и "состоящий из" объединяются в термин "содержащий".
Обычно используемые здесь формы единственного числа означают одно или несколько из того, что заявляется или описывается.
Обычно используемые здесь термины "включает в себя" и "имеет" означают "содержащий".
Обычно используемый здесь термин "приблизительно" относится к допустимой степени ошибки для измеряемого количества, задаваемой природой или точностью измерений. Типичные примерные степени ошибки могут быть в пределах 20%, 10% или 5% от заданной величины или диапазона величин. Альтернативно и особенно в биологических системах термин "приблизительно" может означать величины, которые находятся в пределах порядка величины, потенциально в пределах 5-кратного или 2-кратного от заданной величины.
Все численные количества, указанные здесь, являются приблизительными, если не указано иное, означая, что может подразумеваться термин "приблизительно", когда не указано точно. Численные величины, описанные здесь, не следует понимать как строго ограниченные точными указанными численными значениями. Напротив, если не указано иное, подразумевается, что каждая численная величина означает и указанную величину, и функционально эквивалентный диапазон, окружающий эту величину. По крайней мере и без попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения каждый численный параметр, по меньшей мере, необходимо толковать в свете количества представленных значащих цифр и применения обычных технологий округления. Несмотря на установленные здесь приближения численных величин, численные величины, описанные в конкретных примерах действительных измеренных величин, представлены настолько точно, насколько возможно.
Все численные диапазоны, указанные здесь, включают в себя все поддиапазоны, относящиеся к ним. Например, интервал "от 1 до 10" предполагает включение всех подинтервалов между указанной минимальной величиной 1 и указанной максимальной величиной 10 и включая эти величины. Любое максимальное численное ограничение, указанное здесь, подразумевает включение всех меньших численных ограничений. Любое минимальное численное ограничение, указанное здесь, подразумевает включение всех больших численных ограничений.
Обычно используемый здесь термин "загрязнение, примесь" может относиться к любому нежелательному агенту в газе, паре или жидкости или растворе. Примеси могут включать в себя, например, тяжелые металлы, такие как свинец, никель, ртуть, медь и др.; полиароматические соединения; галогенированные полиароматические соединения; минералы; витамины; микроорганизмы или микробы (а также репродуктивные формы микроорганизмов, включая цисты и споры), включая вирусы, такие как энтеровирусы (полиомиелит, вирус коксаки, ЕСНО-вирус, гепатит, кальцивирус, астровирус), ротавирусы и другие реовирусы, аденовирусы, вирусы Норфолк, вирус горы Сноу, грибки (например, плесень и дрожжи); гельминты; бактерии (включая сальмонеллу, шигеллу, иерсинии, фекальные колиформные бактерии, микобактерии, энтероколит, E. coli, кампилобактерии, Serratia, стрептококк, возбудители "болезни легионеров", холеру); флагеллаты; амебы; криптоспоридии, лямблии, другие простейшие; прионы; белки и нуклеиновые кислоты; пестициды и другие агрохимикаты, включая органические химикаты (такие как акриламид, алахлор, атразин, бензол, бензпирен, карбфуран, тетрахлорид углерода, хлордан, хлорбензол, 2,4-D, далапон, дикват, о-дихлорбензол, п-дихлорбензол, 1,2-дихлорэтан, 1,1-дихлорэтилен, цис-1,2-дихлорэтилен, дихлорпропан, 1,2-дихлорпропан, ди(2-этилгексил)адипат, ди(2-этилгексил)фталат, диносеб, диоксин, 1,2-дибром-3-хлорпропан, эндотолл, эндрин, эпихлоргидрин, этилбензол, этилендибромид, гептахлор, гептахлорэпоксид, гексахлорбензол, гексахлорциклопентадиен, линдан, метоксихлор, оксамил, полхлорированные бифенилы, пентахлорфенол, пиклорам, симазин, тетрахлорэтилен, толуол, токсафен, 2,4,5-ТР, 1,2,4-трихлорбензол, 1,1,1-трихлорэтан, 1,1,2-трихлорэтан, трихлорэтилен, винилхлорид, ксилолы); галогенированные органические химикаты; неорганические химикаты (такие как сурьма, мышьяк, асбест, барий, бериллий, кадмий, хром, медь, цианид, фторид, свинец, ртуть, нитрат, селен и таллий); радиоактивные изотопы и определенные многовалентные растворенные соли, а также другие остатки, но не ограничиваются ими.
Обычно используемая здесь фраза "логарифмическое удаление" или "величина логарифмического уменьшения" относится к Log10 отношения уровня примесей (обычно числа микроорганизмов) в притоке к уровню примесей (обычно числа микроорганизмов) в стоке. Например, логарифмическое уменьшение Log 4 примесей составляет снижение >99,99% примесей, тогда как логарифмическое уменьшение Log 5 примесей составляет снижение >99,999% примесей. В определенных вариантах осуществления устройства и способы, описанные здесь, могут показывать величину логарифмического уменьшения Log, по меньшей мере, от Log 4 до Log 5, от Log 5 до Log 6, от Log 6 до Log 7, от Log 7 до Log 8 или от Log 8 до Log 9.
Обычно применяемое здесь выражение "снижение примесей" относится к устранению одной или нескольких примесей в текучей среде путем физического или химического устранения, удаления, снижения или дезактивации примесей или иного способа сделать одну или несколько примесей безопасными. Определенные аспекты могут включать в себя удаление одной или нескольких примесей, но конкретно исключая один или несколько типов, групп, категорий или конкретно указанных примесей. Например, в определенных аспектах снижение примесей может включать одну или несколько примесей или может включать только одну особую примесь или может особо исключать одну или несколько примесей.
В последующем описании излагаются определенные детали, чтобы обеспечить доскональное понимание различных вариантов осуществления описываемых здесь устройств и/или способов. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что описанные здесь варианты осуществления могут осуществляться без этих деталей. В других примерах хорошо известные структуры и способы, связанные с описанными здесь устройствами и/или способами, могут не изображаться или не описываться подробно, чтобы избежать излишнего запутывания описаний вариантов осуществления, описанных здесь. Данное описание описывает различные признаки, аспекты и преимущества различных вариантов осуществления систем водоочистки, а также способов их изготовления и применения. Понятно, однако, что это описание охватывает многочисленные альтернативные варианты осуществления, которые могут быть получены путем объединения любых из данных различных признаков, аспектов и преимуществ различных вариантов осуществления, описанных здесь, в любой комбинации или подкомбинации, которые специалист в данной области техники может найти полезными.
В. Общее представление
В определенных вариантах осуществления система водоочистки может, в общем, содержать фильтр, содержащий, по меньшей мере, одну систему выделения галогена, фильтрующий материал и очищающий барьер. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система водоочистки может, в общем, содержать систему водоочистки в месте использования, содержащую систему выделения галогена, фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, и барьер поглощения галогена. В определенных вариантах осуществления система водоочистки в месте использования может содержать независимую систему, которая может использоваться, чтобы обрабатывать воду из неочищенных источников, и/или независимую систему, такую как прилавок, холодильник или другой блок, которая может использоваться, чтобы обрабатывать водопроводную воду.
Определенные варианты осуществления, описанные здесь, в общем, относятся к снижению примесей в текучей среде. Специалист в данной области техники легко поймет, что текучая среда может включать жидкость (такую как вода) и другие текучие среды. Например, очищаемая текучая среда может быть организменной текучей средой (такой как кровь, лимфа, моча и др.), водой в реках, озерах, ручьях или тому подобном, стоячей водой или стоком, морской водой, водой для плавательных бассейнов или горячих труб, водой или воздухом для потребления в публичных местах (таких как отели, рестораны, самолеты или космические корабли, корабли, поезда, школы, больницы и др.), водой для потребления в частных помещениях (таких как дома, многоквартирные дома и др.), водой для использования при изготовлении компьютеров или других чувствительных компонентов (таких как кремниевые пластины), водой для использования в биологических лабораториях или ферментативных лабораториях, водой или воздухом для использования в операциях по выращиванию растений (таких как гидропонные или другие теплицы), сточной водой обрабатывающих устройств (например, от горных работ, плавки, химического производства, сухой чистки или другие промышленные отходы) или любой другой текучей средой, которую желательно очищать. Определенные варианты осуществления, описанные здесь, в общем, касаются снижения примесей в текучей среде, чтобы обеспечить питьевую воду. Определенные варианты осуществления, более конкретно, исключают бытовые сточные воды и/или промышленные сточные воды и сток.
С. Системы выделения галогена
В определенных вариантах осуществления фильтр может содержать систему выделения галогена. В определенных вариантах осуществления данная система выделения галогена может быть выбрана из группы, состоящей из галогенированных смол, галогенированных ионообменных смол, жидких галогенов, газообразных галогенов, кристаллов галогенов, соединений галогенов, галогенов, соединенных с другими химическими веществами, и их комбинаций. В определенных вариантах осуществления система выделения галогена может, в общем, содержать, по меньшей мере, один компонент из хлорированных смол, йодированных смол, бромированных смол, жидкого хлора, жидкого брома, кристаллов йода, соединения брома, хлорных таблеток, трихлоризоциануровой кислоты ("ТХЦК"), газообразного хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия, твердого гипохлорита кальция, хлорита натрия и дихлоризоцианурата натрия.
В определенных вариантах осуществления система выделения галогена может содержать хлорную таблетку. Хлорные таблетки содержат твердое соединение, содержащее хлор, спрессованное в таблетку. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хлорная таблетка может содержать трихлоризоциануровую кислоту ("ТХЦК"). Таблетка выделяет свободный хлор, когда таблетка контактирует с водой. Например, свободный хлор (хлорноватистая кислота) выделяется в текущую воду, когда таблетка контактирует с текущей водой. Концентрация хлора в текущей воде может зависеть от массы таблетки. Таблетки могут иметь массу от 0,25 граммов до 200 граммов. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хлорная таблетка, содержащая ТХЦК (46% хлора), может иметь массу 65 граммов. Концентрация хлора в текущей воде может поддерживаться на относительно постоянной величине. Концентрация хлора в текущей воде может быть от 1 ч/млн до 10 ч/млн во время эффективного срока службы таблетки. Например, хлорная таблетка, имеющая массу 30 граммов, может обрабатывать 3000 л воды, обеспечивая концентрацию хлора 10 ч/млн в текущей воде.
В определенных вариантах осуществления система выделения галогена может содержать галогенированную смолу. Галогенированная смола может содержать галогены, выбранные из группы, состоящей из хлора, брома и йода. Галогенированная смола может быть выбрана из группы, состоящей из хлорированных смол, бромированных смол и йодированных смол. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления галогенированная смола может содержать хлорированную смолу. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления галогенированная смола может содержать йодированную смолу. Галогенированная смола может содержать галогенированную смолу с низким остатком, выбранную из группы, состоящей из хлорированных смол, бромированных смол и йодированных смол. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления галогенированная смола с низким остатком может содержать йодированную смолу с низким остатком. Галогенированные смолы описаны в патентной заявке США № US 2008/0011662 от Milosavljevic et al.
В определенных вариантах осуществления галогенированная смола может содержать йодированную смолу, содержащую йодированную основную ионообменную смолу с полийодидными анионами, связанными с неподвижными зарядами четвертичного амина полимера. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления йодированная смола может содержать смолу Microbial Check Valve, или MCV®. Смола MCV® содержит йодированную, сильно основную ионообменную смолу с полийодидными анионами, связанными с неподвижными положительными зарядами четвертичного амина сополимера полистирола-дивинилбензола. Полийодидные анионы могут быть образованы в присутствии избытка йода в водном растворе, и соответственно связанные полийодидные анионы могут выделять йод в водный раствор в течение длительного периода времени. Вода, текущая через MCV®-смолу, может достигать смерти микробов, а также остаточного содержания йода в интервале 0,5-4,0 мг/л, что может снижать рост биопленки в устройствах хранения и/или распределения. Смола MCV® может убивать свыше 99,9999% бактерий (величина логарифмического уменьшения ≥6) и 99,99% вирусов (величина логарифмического уменьшения ≥4), обнаруживаемых в загрязненной воде. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления йодированная смола может содержать регенеративную MCV®-смолу, содержащую неподвижный слой кристаллического элементарного йода, чтобы получать насыщенный водный раствор, чтобы пополнять истощенную MCV®-смолу.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, количество галогенов, выделяющихся из системы выделения галогена, может зависеть от различных факторов, включая рН, температуру и скорость потока, а также характеристики текучей среды (такие как уровень загрязнения, включая количество всех растворенных твердых веществ или осадка и др.), но не ограничиваясь ими.
D. Хитозан и его производные
В определенных вариантах осуществления фильтр может содержать фильтрующий материал, выбранный из группы, состоящей из хитина, производных хитина, хитозана, производных хитозана и любых их комбинаций. Хитин представляет собой полимер β-1,4-(2-деокси-2-ацетамидоглюкозу), который может быть экстрагирован из экзоскелетов насекомых и членистоногих, таких как крабы, лобстеры и креветки, и стенок клеток грибов и дрожжей. Хитозан является производным хитина. Хитозан представляет собой полимер, содержащий мономеры 2-деокси-2-ацетамидоглюкозы и мономеры 2-деокси-2-аминоглюкозы. Хитозан может быть образован из хитина путем гидролиза, по меньшей мере, части мономерных звеньев 2-деокси-2-ацетамидоглюкозы в мономерные звенья 2-деокси-2-аминоглюкозы. Хитозан может быть полностью или частично деацетилированным хитином. Хитозан содержит полимерную цепь, содержащую гидроксильные группы и аминогруппы. Хитозан может растворяться в кислых водных растворах (рН <6,0).
В определенных вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать хитозан или его производные. Хитозан или его производные могут иметь молекулярную массу в интервале от 5000 дальтон до двух миллионов дальтон, например от 50000 дальтон до одного миллиона дальтон или, например, от 100000 дальтон до 900000 дальтон. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан или его производные могут иметь молекулярную массу в интервале от 100000 дальтон до одного миллиона дальтон. Хитозан может иметь процент деацетилирования от 40% до 100%, например от 60% до 95% или от 70% до 90%. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан или его производные могут иметь процент деацетилирования, по меньшей мере, 75%. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан или его производные могут иметь процент деацетилирования, по меньшей мере, 85%. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан или его производные могут иметь процент деацетилирования, по меньшей мере, 90%. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан или его производные могут иметь процент деацетилирования, по меньшей мере, от 90% до 95%. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан может иметь молекулярную массу в интервале от 100000 дальтон до одного миллиона дальтон и процент деацетилирования от 9% до ≥95%. В определенных вариантах осуществления хитозан или его производные могут содержать порошок, имеющий размер меш стандарта США от 30 меш до 230 меш. В определенных вариантах осуществления хитозан или его производные могут содержать наночастицы, имеющие размер от 10 нанометров до 100 нанометров. В определенных вариантах осуществления хитозан или его производные могут иметь объемную плотность от 0,1 г/см3 до 0,5 г/см3. Фильтрующий материал может быть выбран из группы, состоящей из жидкости и твердого вещества (например, порошка, геля и/или пасты).
В определенных вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать производные хитозана. Производные хитозана могут быть приготовлены модифицированием полимерной цепи, например, гидроксильных групп и аминогрупп. Две гидроксильные группы могут иметь разную реакционную способность, но могут быть функционализированы гидроксиактивными агентами при высоком рН на ацетилированных мономерах или деацетилированных мономерах. Аминогруппы деацетилированного мономерного звена могут быть доступны для реакции, когда значительное число аминов депротонировано. Эти химические превращения могут давать хитозановые соединения, переносящие различные свойства от исходного хитозанового полимера. Ингибирующая активность хитозана может быть выше при рН 6,0 (величина рКа хитозана=6,2), чем при рН 7,5, когда большинство аминогрупп находятся в форме свободного основания.
В определенных вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать смесь хитозана или его производных и атомов (таких как галогены), химикатов (природных или синтетических) и/или полимеров. Данная смесь может быть гомогенной композицией или гетерогенной композицией. Полимеры могут включать ионообменные смолы и заряженные производные синтетических или природных полимеров, такие как катионные или анионные полимеры, но не ограничиваются ими. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления фильтр может содержать смесь фильтрующего материала, содержащего хитозан или его производное, и системы выделения галогена.
В определенных вариантах осуществления фильтрующий материал может содержать хитозан-галогеновый комплекс. Галоген может быть инкапсулирован в матрице решетки хитозана или его производного. Хитозан-галогеновый комплекс может быть выбран из группы, состоящей из комплекса хитозан-хлор, комплекса хитозан-бром, комплекса хитозан-йод и любой их комбинации.
Без ограничения с какой-либо специальной теорией считается, что галоген в хитозан-галогеновом комплексе легкодоступен в свободной форме. Хитозан-галогеновый комплекс содержит ассоциацию галогена и хитозана или его производных. Хитозан-галогеновый комплекс, в общем, включает в себя обратимое соединение молекул, атомов или ионов посредством слабых химических связей. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан-галогеновый комплекс может содержать хлорированный хитозан. Молекулы хлора в хитозан-галогеновом комплексе могут быть легкодоступны в форме свободного хлора.
В определенных вариантах осуществления хитозан-галогеновый комплекс может содержать йодированный хитозан. Комплекс хитозан-йод может включать йод и/или йодид, комплексно связанный с хитозаном или его производным. Подходящие йодиды включают комплексы йод-йодид в форме (катион)+(I3)-, где катионом является небольшая катионная молекула, такая как ион металла, например ионы калия или натрия, или катионная группа, прикрепленная к хитозану, и I3 является трийодид анионом, но не ограничиваются ими. Примеры комплексов хитозан-йод описаны в патентах США № 4275194, выданном Kato et al., 5204452, выданном Dingilian et al., 5362717, выданном Dingilian et al., 5336415, выданном Deans, 5538955, выданном Rosa et al., и 6521243, выданном Hassan.
В, по меньшей мере, одном варианте осуществления комплекс хитозан-йод может содержать до 50% связанного йода от массы хитозана. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления комплекс хитозан-йод может содержать до 60-70% связанного йода от массы хитозана. Концентрация йода может зависеть от компонентов композиции. В определенных вариантах осуществления концентрация йода может быть в интервале от, по меньшей мере, 0,05% масс., по меньшей мере, 0,1% масс. и, по меньшей мере, 0,5% масс. и вплоть до 1%, 2%, 3%, 4%, 5% или больше. Более высокие концентрации могут использоваться, когда йод устойчив к агрегации и испарению во время срока хранения продукта.
В определенных вариантах осуществления способ образования хитозан-галогенового комплекса может, в общем, включать контакт хитозана с галогенирующим агентом. В результате реакции хитозана с галогенирующим агентом, по меньшей мере, часть 2-деокси-2-аминоглюкозных мономерных звеньев может превращаться в 2-моногалогенаминоглюкозные мономерные звенья и/или 2,2-дигалогенаминоглюкозные мономерные звенья, давая хитозан-галогеновый комплекс. Галогенирующий агент может содержать любой агент, содержащий галоген, такой как хлор, бром и йод, способный отдавать атом галогена. Галогенирующий агент может представлять собой, по меньшей мере, одно соединение из гипохлорита натрия, гипохлорита кальция, хлора, брома, йода, водных растворов хлора, водных растворов брома, водных растворов йода, N-хлорсукцинимида, гипобромида натрия, пербромида бромида пиридиния, N-бромсукцинимида и хлорамина-Т. Другие стабильные галогенирующие агенты будут легко очевидны специалистам в данной области техники.
В определенных вариантах осуществления способ образования хитозан-галогенового комплекса может, в общем, включать контакт хитозана или его производных с раствором галогенов в водных растворителях (например, воде) и/или неводных растворителях (например, галогеналканах, алифатических и ароматических спиртах, алифатических и ароматических простых эфирах и кетонах). Хитозан-галогеновый комплекс может быть образован путем контакта хитозана или его производных с раствором галогенов в воде в течение периода времени от 1 минуты до 72 часов при рН 6-8 и температуре 23-25°С. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления хитозан-галогеновый комплекс может быть образован мгновенно при контакте хитозана или его производных с раствором галогенов в воде. Раствор галогенов может содержать сток из системы выделения галогена. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления комплекс хитозан-хлор может быть образован in situ при контакте хитозана или его производных с раствором хлора в воде. Раствор хлора может содержать хлорную таблетку, по меньшей мере, частично растворенную в воде. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления комплекс хитозан-йод может быть образован in situ при контакте хитозана или его производных с раствором йода в воде. Раствор йода может содержать сток из MCV®-смолы.
Е. Очищающие барьеры
Так как галогены и особенно хлор и йод эффективно действуют как антимикробные агенты, может быть желательно включать одну или несколько систем выделения галогена в систему очистки воды. Однако большинство галогенов придают неприятный вкус (запах) текучей среде, и может быть желательно удалять, по существу, весь галоген после снижения количества примесей. В некоторых случаях может быть желательно оставлять небольшое количество одного или нескольких галогенов в текучей среде, чтобы замедлять или подавлять рост микробов во время хранения, переноса и/или распределения текучей среды.
В определенных вариантах осуществления система очистки воды может содержать барьеры, которые адсорбируют или поглощают галогены, или реагируют с галогенами, или обеспечивают центры каталитической реакции для превращения галогенов в ионную форму. Эти материалы, которые могут быть расположены в фильтре с целью адсорбции, поглощения или превращения галогенов в ионную форму, и материалы, которые находятся в фильтре с другой целью, но адсорбируют, поглощают или превращают галогены в ионную форму, далее вместе называются "барьеры очистки от галогена".
В определенных вариантах осуществления барьеры очистки от галогена могут быть расположены ниже по потоку от нейтральных к галогенам барьеров. Таким образом, галогены остаются в текучей среде в течение времени, эффективного, чтобы максимизировать их антимикробное действие, до того как их удаляют с помощью барьеров очистки от галогена или до раздачи из фильтра. Применение систем выделения галогена с низким остатком может вынуждать удалять меньше свободных галогенированных частиц перед раздачей текучей среды. Действительно, можно позволять галогенам оставаться в текучей среде, если их уровни достаточно высоки для необходимой степени уничтожения микробов, но достаточно низкие, чтобы давать безопасные уровни галогенов в текучей среде и эстетически приятный вкус и/или запах очищенной текучей среды. Поэтому в определенных вариантах осуществления фильтр может требовать более или менее эффективных барьеров очистки от галогенов или не требовать совсем. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления барьеры очистки от галогенов могут улучшать запах, вкус и/или делать текучую среду пригодной для питья. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления барьеры очистки от галогенов могут улучшать снижение количества примесей.
Барьеры очистки от галогенов могут включать в себя любые материалы, известные или не известные в данной области техники, которые могут быть использованы, чтобы поглощать или адсорбировать, по меньшей мере, одну примесь, и/или, по меньшей мере, один галоген, и/или галогенид. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления барьеры очистки от галогенов могут содержать хитозан или его производные. В определенном варианте осуществления очищающий барьер может быть выбран из группы, состоящей из угля, активированного угля и ионообменной смолы, такой как сильно основная анионообменная смола. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления очищающий барьер может содержать гранулированный активированный уголь. Активированный уголь может иметь любую форму (например, он может быть в таблетках, гранулах или порошковой форме). В, по меньшей мере, одном варианте осуществления очищающий барьер может содержать смолу для очистки от йода. Очищающий барьер может содержать сильно основные анионообменные смолы, такие как Iodosorb®, Water Security Corporation, Sparks, Nev., как описано в патенте США № 5624567. Вкратце Iodosorb®, иногда называемый смолой для очистки от йода, содержит триалкиламиновые группы, каждая из которых содержит алкильные группы, содержащие от 3 до 8 атомов углерода, которые способны удалять галогены, включая йод или йодид, из водных растворов.
F. Фильтры
Согласно фиг.1 фильтр 10 может, в общем, содержать вход 20 в проточном сообщении с выходом 30, систему 40 выделения галогена, промежуточную между входом 20 и выходом 30, фильтрующий материал 50, содержащий хитозан или его производное, промежуточный между системой 40 выделения галогена и выходом 30; и очищающий барьер 60, промежуточный между фильтрующим материалом 50 и выходом. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система 40 выделения галогена может содержать хлорную таблетку, фильтрующий материал 50 может содержать хитозан и/или галогенированный хитозан, такой как хлорированный хитозан, и очищающий барьер 60 может содержать гранулированный активированный уголь. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система 40 выделения галогена может содержать йодированную смолу, такую как MCV®-смола, фильтрующий материал 50 может содержать хитозан и/или галогенированный хитозан, такой как йодированный хитозан, и очищающий барьер 60 может содержать ионообменную смолу, такую как Iodosorb®. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система 40 выделения галогена может содержать йодированную смолу, такую как MCV®-смола, фильтрующий материал 50 может содержать хитозан и/или галогенированный хитозан, такой как йодированный хитозан, и очищающий барьер 60 может содержать ионообменную смолу, такую как Iodosorb®, при условии, что очищающий барьер не содержит угля и активированного угля. В определенных вариантах осуществления система выделения галогена и фильтрующий материал содержат гомогенную смесь, промежуточную между входом 20 и очищающим барьером 60. Фильтрующий материал может быть способен к регенерации во время периодов простоя.
В определенных вариантах осуществления фильтр может содержать, по меньшей мере, одну камеру, содержащую пустое пространство (не показано). В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть промежуточной между входом и системой выделения галогена. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть промежуточной между системой выделения галогена и выходом. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть в прямом проточном сообщении с системой выделения галогена. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть промежуточной между системой выделения галогена и фильтрующим материалом. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть промежуточной между фильтрующим материалом и очищающим барьером. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данная камера может быть промежуточной между очищающим барьером и выходом.
Хлорные таблетки могут быть образованы из твердого соединения, содержащего хлор, например трихлоризоциануровой кислоты (ТХЦК), спрессованного в таблетку. Когда таблетка контактирует с текущей водой, таблетка может выделять свободный хлор (хлорноватистую кислоту) в текущую воду. Количество хлора, выделяющегося в текущую воду, может поддерживаться на относительно постоянном значении, которое может варьировать от 1 ч/млн до 10 ч/млн, во время эффективного срока службы таблетки. Хлорная таблетка, содержащая 30 г хлора, может обрабатывать 3000 л воды, обеспечивая концентрацию 10 ч/млн хлора, например таблетка ТХЦК (примерно 46% хлора) с массой приблизительно 65 граммов. Таблетки коммерчески доступны с массами в интервале от 0,25 до 200 граммов. Фильтр может содержать достаточно гранулированного активированного угля, чтобы снижать хлор в обработанной воде до уровня ниже обонятельного и вкусового порога, одновременно удаляя вкус и запах от органических соединений в исходной воде и побочных продуктов дезинфекции.
В определенных вариантах осуществления объем системы выделения галогена может быть меньше, чем объем, по меньшей мере, одного компонента из фильтрующего материала и очищающего барьера. Объем системы выделения галогена может быть существенно меньше, чем объем, по меньшей мере, одного компонента из фильтрующего материала и очищающего барьера. Объем фильтрующего материала может быть, по существу, равен объему очищающего барьера. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления объем йодированной смолы может быть 22 мл, объем фильтрующего материала может быть 60 мл, и объем ионообменной смолы может быть 60 мл.
В определенных вариантах осуществления фильтр может иметь корпус (не показан). Данный корпус может иметь продольную ось вдоль z-оси, где, по меньшей мере, один компонент из входа, выхода, системы выделения галогена, фильтрующего материала, очищающего барьера и камеры может аксиально располагаться вдоль данной продольной оси. Направление потока текучей среды может быть от входа к выходу вдоль продольной оси. Корпус может содержать любой подходящий материал, такой как, например, стекло, металл, керамика, пластик и любая их комбинация, но не ограничивается ими. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления материал корпуса может быть непроницаемым к водным и/или неводным жидкостям. Корпус может иметь любую подходящую форму, такую как, например, многогранник, не многогранник и любая их комбинация, но не ограничивается ими. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления корпус может иметь, в общем, цилиндрическую форму.
G. Способы применения
Согласно фиг.2 в определенных вариантах осуществления обеспечивается способ очистки воды, содержащей, по меньшей мере, одну примесь, с помощью фильтра, содержащего вход в проточном сообщении с выходом, системы выделения галогена, промежуточной между входом и выходом, фильтрующего материала, содержащего хитозан или его производное, промежуточного между системой выделения галогена и выходом, и очищающего барьера, промежуточного между фильтрующим материалом и выходом, где данный способ, в общем, включает в себя проток воды через систему выделения галогена, проток воды через фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, и проток воды через очищающий барьер. Система выделения галогена может быть любой из систем выделения галогена, описанных здесь. Фильтрующий материал может быть любым фильтрующим материалом, описанным здесь, включая хитозан и его производные. Очищающий барьер может быть любым из очищающих барьеров, описанных здесь.
В определенных вариантах осуществления данный способ может включать в себя регенерацию хитозана или его производного. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления регенерация хитозана или его производного может включать начало периода простоя. Период простоя может быть меньше чем 7 дней. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть от 1 дня до 5 дней. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть 5 дней. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть 3 дня. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть меньше, чем 1 день. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть от 10 минут до 12 часов. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления период простоя может быть от 3 дней до 5 дней после достижения фильтрационной емкости фильтра от 50% до 75%.
Фильтр может иметь начальную величину логарифмического уменьшения Log, которая уменьшается во время использования. Период простоя может обеспечивать достаточное время для регенерации хитозана или его производного. Регенерированный хитозан или его производное могут иметь улучшенную величину логарифмического уменьшения Log. В одном варианте осуществления величина логарифмического уменьшения фильтра после периода простоя может быть, по существу, равна начальной величине логарифмического уменьшения. В одном варианте осуществления величина логарифмического уменьшения фильтра после периода простоя может быть равна начальной величине логарифмического уменьшения. Величина логарифмического уменьшения Log фильтра после периода простоя может составлять от 75% до 99% от начальной величины логарифмического уменьшения, например от 90% до 95% от начальной величины логарифмического уменьшения. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления величина логарифмического уменьшения Log фильтра после периода простоя может составлять 92% от начальной величины логарифмического уменьшения. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления фильтр может иметь начальную величину логарифмического уменьшения для вирусов больше чем 5 и величину логарифмического уменьшения для вирусов больше чем 5 после периода простоя.
В определенных вариантах осуществления вода, текущая из очищающего барьера, может быть свободна от фильтрующего материала или, по существу, свободна от фильтрующего материала или полностью свободна от фильтрующего материала. Применяемый здесь термин "по существу свободна" означает, что обсуждаемый материал присутствует, если он вообще есть, в виде несущественной примеси. Применяемый здесь термин "полностью свободна" означает, что обсуждаемый материал отсутствует совсем. В определенных вариантах осуществления вода, текущая из очищающего барьера, свободна от хитозана или его производных, или, по существу, свободна от хитозана или его производных, или полностью свободна от хитозана или его производных.
Приток (входящий поток) может вводиться в фильтр через вход. Приток может содержать водный поток, имеющий рН от 1 до 12, например от 5 до 10 и, например, от 6 до 8. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления приток может иметь рН больше чем 6. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления приток может иметь рН 7. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления приток может иметь рН 5 и температуру 4°С. Направление потока текучей среды может быть от входа к выходу вдоль z-оси. Приток может контактировать с системой выделения галогена. Система выделения галогена может выделять галогены в проходящую через нее текучую среду. Текучая среда может течь от системы выделения галогена в фильтрующий материал. Фильтрующий материал может снижать примеси и/или галогены в проходящей через него текучей среде. Фильтрующий материал может поглощать и/или адсорбировать галогены из проходящей через него текучей среды. Фильтрующий материал может выделять галогены в проходящую через нее текучую среду. Текучая среда может течь из фильтрующего материала в очищающий барьер. Очищающий барьер может снижать примеси и/или галогены в проходящей через него текучей среде. Текучая среда может течь из очищающего барьера к выходу. Сток из выхода может содержать остаточные галогены, такие как йод или хлор.
В определенных вариантах осуществления фильтрующий материал может иметь время контакта пустого слоя ("ВКПС") больше чем 1 секунда. ВКПС представляет собой объем фильтрующего материала, деленный на скорость потока. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления ВКПС может быть от 1 секунды до 120 секунд, например от 15 секунд до 60 секунд и от 30 секунд до 60 секунд. В определенных вариантах осуществления ВКПС хитозана или его производного составляет от 30 секунд до 120 секунд. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления ВКПС хитозана или его производного составляет 120 секунд.
В определенных вариантах осуществления текучая среда, контактирующая с фильтрующим материалом, может иметь скорость текучей среды меньше чем 0,5 см/с. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления скорость текучей среды может быть от 0,3 см/с до 0,5 см/с. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления скорость текучей среды может быть меньше чем 0,3 см/с. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления скорость текучей среды может быть от 0,15 см/с до 0,24 см/с. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления скорость текучей среды может быть меньше чем 0,15 см/с. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления скорость текучей среды может быть больше чем 0,5 см/с.
Н. Примеры
Различные варианты осуществления, описанные здесь, могут быть лучше поняты при прочтении вместе со следующими типичными примерами. Следующие примеры включены с целью иллюстрации, а не ограничения.
Пробный эксперимент может быть использован, чтобы определить способность системы очистки воды снижать примеси в текучей среде. Проба или известное количество выбранной микробиологической примеси может быть добавлена к приточной среде. Вирусный бактериофаг MS2 (АТСС 15597-В1) может быть выбран в качестве микробиологического загрязнения. Количество примеси в притоке и стоке может быть измерено для определения фильтрационной способности или способности микробной инактивации системы очистки воды.
Пробный эксперимент определенных вариантов осуществления систем очистки воды, описанных здесь, сравнивали с другими системами очистки воды. Величину логарифмического уменьшения (Log PFU/мл), составляющую 4 для MS2, в 3000 мл дехлорированной водопроводной воды при комнатной температуре вводили в систему очистки воды через вход и выпускали через выход. Приток и сток тестировали на бактериофаг MS2 до и после контакта с системами очистки воды. Диаметр системы очистки воды составлял 4,2 см. Скорость потока подачи воды была 120 мл/мин. Обычно применяемый здесь термин "НД" означает недетектируемое количество или ниже предела определения, а "НП" означает "неприменимо".
Пример 1
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей хитозан, показаны в таблице I. Хитозан представлял собой 22 грамма хитозана аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥75%, в 120 мл воды. Объем подачи воды был 0 л.
| Таблица I | |||
| Фильтрующий материал |
Популяция MS2 (Log PFU/мл) | ||
| Хитозан | Приток | Сток | Log удаление |
| индивидуально | |||
| 5,38 | НД | 5,38 |
Пример 2
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей MCV®-смолу, хитозан и Iodosorb® в нулевой момент времени, показаны в таблице II. Хитозан представлял собой хитозан аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥75%. Объем MCV®-смолы был 22 мл, масса хитозана была 22 грамма, которые имели объем приблизительно 120 мл при гидратации, и объем Iodosorb® был 120 мл. Объем подачи воды был 0 л.
| Таблица II | ||||
| Объем подачи (л) | Популяция MS2 (Log PFU/мл) | |||
| Нулевое время (0) | Приток | Сток | Log удаление | |
| индивидуально | совокупно | |||
| MCV®-смола | 5,38 | 2,70 | 2,68 | 2,68 |
| хитозан | 2,70 | НД | 2,70 | 5,38 |
| Iodosorb® | НП | НП | НП | 5,38 |
Пример 3
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей йодированный хитозан, показаны в таблице III. Хитозан представлял собой хитозан аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥85%. Йодированный хитозан получали in situ путем контакта хитозана с йодом в стоке из MCV®-смолы. Масса хитозана была 22 грамма, которые имели объем приблизительно 120 мл при гидратации. Объем подачи воды был 1500 л.
| Таблица III | |||
| Очистка | Популяция MS2 (Log PFU/мл) | ||
| Хитозан | Приток | Сток | Log удаление |
| индивидуально | совокупно | ||
| 5,40 | 1,52 | 3,38 | 3,38 |
Пример 4
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей MCV®-смолу и йодированный хитозан, показаны в таблице IV. Хитозан представлял собой хитозан аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥85%. Йодированный хитозан получали in situ путем контакта хитозана с йодом в стоке из MCV®-смолы. Объем MCV®-смолы был 22 мл, и масса хитозана была 22 грамма, которые имели объем приблизительно 120 мл при гидратации. Объем подачи воды был 1500 л. ВКПС для хитозана было приблизительно 60 секунд.
| Таблица IV | ||||
| Очистка | Популяция MS2 (Log PFU/мл) | |||
| Приток | Сток | Log удаление | ||
| индивидуально | совокупно | |||
| MCV®-смола | 5,46 | 3,86 | 1,60 | 1,60 |
| Хитозан | 3,86 | 0,60 | 3,26 | 4,86 |
Пример 5
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей MCV®-смолу, хитозан и Iodosorb®, показаны в таблице V. Хитозан представлял собой хитозан аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥75%. Объем MCV®-смолы был 22 мл, масса хитозана была 10 граммов, которые имели объем приблизительно 60 мл при гидратации, и объем Iodosorb® был 60 мл. Объем подачи воды был 1500 л. ВКПС хитозана было приблизительно 30 секунд.
| Таблица V | ||||
| Объем подачи (л) | Популяция MS2 (Log PFU/мл) | |||
| 1500 | Приток | Сток | Log удаление | |
| индивидуально | совокупно | |||
| MCV®-смола | 5,36 | 3,43 | 1,93 | 1,93 |
| Хитозан | 3,43 | 2,00 | 1,43 | 3,36 |
| Iodosorb® | 2,00 | 1,50 | 0,50 | 3,86 |
Пример 6
Результаты пробного эксперимента системы очистки воды, содержащей MCV®-смолу, хитозан и Iodosorb®, показаны в таблице VI. Хитозан представлял собой хитозан промышленного сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥90%. Объем MCV®-смолы был 22 мл, масса хитозана была 20 граммов, которые имели объем приблизительно 120 мл при гидратации. Объем подачи воды был 1800 л. Скорость потока была 120 мл/мин. Температура воды была 4°С, и вода имела рН 5.
| Таблица VI | ||||
| Объем подачи (л) | Популяция MS2 (Log PFU/мл) | |||
| 1800 | Приток | Сток | Log удаление | |
| индивидуально | совокупно | |||
| MCV®-смола | 5,43 | 5,04 | 0,39 | 0,39 |
| Хитозан | 5,04 | 3,74 | 1,30 | 1,69 |
Пример 7
Результаты пробного эксперимента определенных вариантов осуществления системы очистки воды, описанных здесь, сравниваются с другими системами очистки воды. Система очистки воды содержала MCV®-смолу и хитозан. Хитозан представлял собой хитозан аналитического сорта из панцирей креветок, деацетилированный ≥75%. Йодированный хитозан получали in situ путем контакта хитозана с йодом в стоке из MCV®-смолы. Объем MCV®-смолы был 22 мл, масса хитозана была 22 грамма, которые имели объем приблизительно 120 мл при гидратации. Объем подачи воды был 2700 л. Скорость потока была 120 мл/мин. Фильтр подвергали периоду простоя 5 дней после 2100 л и периоду простоя 3 дня после 2700 л. Испытания проводили в конце каждого периода простоя.
Как показано на фиг.3, фильтр, содержащий MCV®-смолу, имел Log величину снижения >3 для первой пары сотен литров, но уменьшившуюся после 2100 л до Log величины снижения <1,5 (ряд данных "MCV"). Фильтр, содержащий хитозан, имел Log величину снижения >5 для первых нескольких сотен литров, но уменьшившуюся после 2100 л до Log величины снижения <0,1 (ряд данных "только хитозан"). Фильтр, содержащий MCV®-смолу и хитозан, имел Log величину снижения >2,5 до 2100 л (ряд данных "MCV+хитозан"). Log величина снижения ряда данных "MCV+хитозан" была больше, чем сумма Log величин снижения для каждого из ряда данных "MCV" и ряда данных "только хитозан". После первого периода простоя 5 дней Log величина снижения ряда данных "MCV+хитозан" увеличивалась от 2,78 Log снижения до 5 Log снижения. Без ограничения какой-либо теорией считается, что улучшенная производительность фильтра, содержащего MCV®-смолу и хитозан, может быть отнесена к увеличенному числу доступных связывающих центров, обеспечиваемых хитозаном для примесей, таких как вирусный бактериофаг MS2. Период простоя обеспечивает достаточное время для окисления остаточного йода в системе и удаления органических остатков, которые прикрепились к связывающим центрам. Период простоя обеспечивает достаточное время для регенерации хитозана. Хотя для фильтра, содержащего 22 грамма хитозана, приведены периоды простоя 5 дней и 3 дня, считается, что периоды простоя от 10 минут до 7 дней могут обеспечивать достаточное время для регенерации хитозана.
Все документы, цитированные здесь, включены сюда, в существенной части, посредством ссылки, но только в той степени, при которой введенный материал не конфликтует с существующими определениями, установками или другими документами, установленными здесь. В пределах, когда любое значение или определение термина в данном документе конфликтует с любым значением или определением такого же термина в документе, включенном посредством ссылки, следует руководствоваться значением или определением, приписанным этому термину в данном документе. Цитирование любого документа не следует рассматривать как признание того, что он является предшествующим уровнем техники к данной заявке.
Хотя изображены и описаны конкретные варианты осуществления систем очистки воды, специалистам в данной области техники будет ясно, что различные другие изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Специалисты в данной области техники будут понимать или будут способны установить, используя не более чем рутинные эксперименты, многочисленные эквиваленты к конкретным устройствам и способам, описанным здесь, включая альтернативы, варианты, дополнения, отклонения, модификации и замены. Данное описание, включая формулу изобретения, следовательно, предназначено покрывать все такие изменения и модификации, которые находятся в рамках объема данной заявки.
1. Фильтр для получения питьевой воды, содержащий:
a) вход в проточном сообщении с выходом;
b) систему выделения галогена, расположенную между данными входом и выходом;
c) фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, расположенный между данной системой выделения галогена и выходом, и
d) очищающий барьер, расположенный между данным фильтрующим материалом и выходом.
2. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное имеет молекулярную массу от 5000 Дальтон до двух миллионов Дальтон.
3. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное имеет молекулярную массу от 100000 Дальтон до одного миллиона Дальтон.
4. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное имеет процент деацетилирования от 40% до 100%.
5. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное имеет процент деацетилирования от 90% до 95%.
6. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное образует порошок, имеющий стандартный размер меш США от 30 меш до 230 меш.
7. Фильтр по п. 1, где хитозан или его производное содержит наночастицы, имеющие размер от 10 нанометров до 100 нанометров.
8. Фильтр по п. 1, где данный фильтрующий материал содержит хитозан-галогеновый комплекс.
9. Фильтр по п. 8, где данный фильтрующий материал содержит хлорированный хитозан.
10. Фильтр по п. 8, где данный фильтрующий материал содержит йодированный хитозан.
11. Фильтр по п. 1, где данная система выделения галогена выбрана из группы, состоящей из галогенированных смол, галогенированных ионообменных смол, жидких галогенов, газообразных галогенов, кристаллов галогенов, соединений галогенов и их комбинаций.
12. Фильтр по п. 1, где данная система выделения галогена содержит, по меньшей мере, один компонент из хлорированных смол, йодированных смол, бромированных смол, жидкого хлора, жидкого брома, кристаллов йода, соединения брома, хлорных таблеток, газообразного хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия, твердого гипохлорита кальция, хлорита натрия, дихлоризоцианурата натрия и трихлоризоциануровой кислоты.
13. Фильтр по п. 1, где очищающий барьер выбран из группы, состоящей из угля, активированного угля и сильно основной ионообменной смолы.
14. Фильтр по п. 1, где система выделения галогена и фильтрующий материал образуют смесь.
15. Фильтр по п. 1, где система выделения галогена содержит хлорную таблетку, фильтрующий материал содержит хитозан, а очищающий барьер содержит гранулированный активированный уголь.
16. Фильтр по п. 1, где система выделения галогена содержит йодированную смолу, фильтрующий материал содержит хитозан, а очищающий барьер содержит улавливающую йод смолу.
17. Фильтр по п. 1, где данный фильтр имеет величину логарифмического уменьшения Log для вирусов, по меньшей мере, 4 и величину логарифмического уменьшения Log для бактерий, по меньшей мере, 6.
18. Фильтр по п. 1, где фильтрующий материал способен к регенерации во время периода простоя.
19. Фильтр по п. 1, где фильтрующий материал имеет величину логарифмического уменьшения Log для вирусов, по меньшей мере, 4 и величину логарифмического уменьшения Log для бактерий, по меньшей мере, 6 при температуре, по меньшей мере, 4°С и рН, по меньшей мере, 5.
20. Фильтр по п. 1, где хитозан включает производное хитозана, в котором по меньшей мере одна гидроксильная группа и/или аминогруппа на основной полимерной цепи функционализирована активным агентом.
21. Способ очистки воды, содержащей, по меньшей мере, одну примесь, с помощью фильтра, содержащего вход в проточном сообщении с выходом, систему выделения галогена, расположенную между данными входом и выходом, фильтрующий материал, содержащий хитозан или его производное, расположенный между системой выделения галогена и выходом, и очищающий барьер, расположенный между фильтрующим материалом и выходом, где способ включает в себя:
осуществление протекания воды через систему выделения галогена;
осуществление протекания воды через фильтрующий материал; и
осуществление протекания воды через очищающий барьер.
22. Способ по п. 21, в котором инициируют период простоя, чтобы регенерировать хитозан или его производное.
23. Способ по п. 22, где данный период простоя составляет меньше чем 7 дней.
24. Способ по п. 23, где данный фильтр имеет начальную величину логарифмического уменьшения Log для вирусов больше чем 5 и величину логарифмического уменьшения Log для вирусов больше чем 5 после периода простоя.
25. Способ по п. 21, где вода, текущая из очищающего барьера, свободна от фильтрующего материала, или по существу свободна от фильтрующего материала, или полностью свободна от фильтрующего материала.
26. Способ по п. 21, где вода протекает через фильтрующий материал с расходом, обеспечивающим время контакта пустого слоя от 30 до 120 секунд.
27. Способ по п. 21, где хитозан включает производное хитозана, в котором по меньшей мере одна гидроксильная группа и/или аминогруппа на основной полимерной цепи функционализирована активным агентом.
28. Система очистки воды для обеспечения питьевой воды, включающая:
вход в проточном сообщении с выходом,
галогенированную смолу, расположенную между входом и выходом,
и галогенированный хитозан, расположенный между данными галогенированной смолой и выходом.
29. Система по п. 28, где система дополнительно включает очищающий барьер, расположенный между галогенированным хитозаном и выходом.
30. Система по п. 28, где галогенированный хитозан выбирают из группы, состоящей из хлорированного хитозана, бромированного хитозана, йодированного хитозана и их комбинаций.
31. Система по п. 28, где галогенированный хитозан представляет собой хлорированный хитозан.
32. Система по п. 28, где галогенированный хитозан представляет собой смесь галогенирующего агента и хитозана.
33. Система по п. 28, где галогенированная смола включает йодированную смолу, а галогенированный хитозан включает хлорированный хитозан.
