CN105819522A - 包含卤素释放系统和壳聚糖的过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水处理系统，其包含：与出口流体连通的入口；位于所述入口下游和所述出口上游的第一区域，所述第一区域包含卤素释放系统；位于所述第一区域下游和所述出口上游的第二区域，所述第二区域包含壳聚糖或壳聚糖衍生物。所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少4，和针对细菌的初始Log减少值为至少6。

Description

包含卤素释放系统和壳聚糖的过滤器

本申请是申请日为2011年3月22日、发明名称为“包含卤素释放系统和壳聚糖的过滤器”、申请号为2001180025317.5发明专利申请的分案申请。

相关申请交叉引用

本申请要求2010年3月22日提交的美国临时申请号61/316,202的优先权，其公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本文所述水处理系统总的涉及包含壳聚糖或其衍生物的过滤器及制造和使用过滤器的方法。

背景技术

超过十亿人不能获取可靠和足够量的安全或饮用饮水。如果不从饮水去除，水生污染物就会对公众造成严重健康风险，包括易患病群体，例如儿童、老年人和受疾病折磨的那些人。每年估计六百万人死于污染饮水，有一半是5岁以下的儿童。美国国家环境保护局科学顾问委员会认为污染的饮水是公众最大的健康风险之一。

很多人依赖地下水作为他们唯一的水源。相信地下水由于通过表土渗滤相对纯净；然而，研究显示，在美国高达50％的活性地下水部位对水生污染物试验呈阳性。水生污染物可包括微生物，包括病毒，例如肠道病毒(脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、艾柯病毒、肝炎病毒)、轮状病毒和其它呼吸道肠道病毒、腺病毒诺沃克型因子；其它微生物，包括真菌(包括霉菌和酵母菌)、细菌(包括沙门氏菌、志贺氏菌、耶尔森菌、分支杆菌、结肠耶氏菌、大肠杆菌、弯曲菌、军团杆菌、霍乱菌)、鞭毛虫、变形虫、隐孢子虫、贾第鞭毛虫、其它原生动物、朊病毒；蛋白和核酸；杀虫剂和其它农用化学品，包括有机化学品、无机化学品、卤化的有机化学品和其它碎屑。因此，可有必要去除水中污染物，以提供用于公众的可饮用饮水；在自然灾害和恐怖分子袭击期间的应急用水；消遣用水，例如徒步旅行和野营；和在水必须再循环的环境使用的水，例如飞行器和航天器。

因此，期望更有效的水处理系统。

发明内容

根据某些实施方案，本发明描述更有效的水处理系统。

根据某些实施方案，提供饮用水的过滤器一般可包含与出口流体连通的入口、介于入口和出口之间的卤素释放系统、介于卤素释放系统和出口之间的包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料和介于过滤材料和出口之间的清除剂阻挡层。过滤材料可包含壳聚糖-卤素络合物。过滤材料可能够在停滞阶段再生。过滤器可具有至少4的Log病毒减少值，和至少6的Log细菌减少值。

根据某些实施方案，本发明提供一种通过过滤器处理包含至少一种污染物的水的方法，所述过滤器包含与出口流体连通的入口、介于入口和出口之间的卤素释放系统、介于卤素释放系统和出口之间的包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料和介于过滤材料和出口之间的清除剂阻挡层，所述方法一般可包含使水流动通过卤素释放系统，使水流动通过过滤材料，并使水流动通过清除剂阻挡层。

根据某些实施方案，本公开提供用于提供饮用水的水处理系统。该系统由与出口流体连通的入口和介于入口和出口之间的卤化壳聚糖组成。

附图说明

通过结合附图考虑以下说明，可更好地理解本文所述的不同实施方案。

图1包括本文所述设备的实施方案的说明。

图2包括说明本文所述方法的实施方案的图表。

图3包括说明本文所述设备的实施方案的Log减少值的图表。

具体实施方式

A.定义

本文一般所用术语“基本由...组成”和“由...组成”以术语“包含”具体化。

本文一般所用冠词“所述”和“一”是指一个或多个所提或所述项目。

本文一般所用术语“包括”和“具有”意指“包含”。

本文一般所用词语“约”指给定测量性质或精度，对于所测量数量的可接受误差度。典型的示例性误差度可在给定数值或数值范围的20％、10％或5％内。供选并且特别在生物学系统中，术语“约”可以指在数量级内的值，可在给定值的5倍或2倍内。

除非另外说明，本文所述的所有数量为近似值，这意味在未明确说明时，可推断为术语“约”。本文公开的数量应理解为不严格限于所述的精确数值。相反，除非另外说明，各数值意指所述值和围绕所述值的功能相当范围二者。在最低限度，并且不是要限制相当于权利要求范围的原则的应用，各个数字参数应至少按照所报告的有效数字并且通过运用普通舍入技术构成。尽管是本文所述数量的近似值，但在实际测量数值的具体实例中所述的数量尽可能精确报告。

本文所述所有数字范围包括其中包容的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包括其间的所有子范围，并且包括所述的最小值1和所述的最大值10。本文所述的任何最大数字限制旨在包括所有较低的数字限制。本文所述的任何最小数字限制旨在包括所有较高的数字限制。

本文一般所用“污染物”可以指气体、蒸气或液体流体或溶液中的任何不期望的剂。污染物可包括例如但不限于重金属，例如铅、镍、汞、铜等；多环芳香烃；卤化的多环芳香烃；矿物质；维生素；微生物(及微生物的生殖形式，包括孢囊或孢子)，包括病毒，例如肠道病毒(脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、艾柯病毒、肝炎病毒、杯状病毒(calcivirus)、星状病毒)、轮状病毒和其它呼吸道肠道病毒；腺病毒诺沃克型因子；雪山力病毒；真菌(例如霉菌和酵母菌)；蠕虫；细菌(包括沙门氏菌、志贺氏菌、耶尔森菌、粪大肠菌、分支杆菌、结肠耶氏菌、大肠杆菌、弯曲菌、沙雷氏菌、链球菌、军团杆菌、霍乱菌)；鞭毛虫；变形虫；隐孢子虫、贾第鞭毛虫、其它原生动物；朊病毒；蛋白和核酸；杀虫剂和其它农用化学品，包括有机化学品(例如丙烯酰胺、甲草胺、莠去津、苯、苯并芘、卡巴呋喃(carbfuran)、四氯化碳、氯丹、氯苯、2,4-D、茅草枯、敌草快、邻二氯苯、对二氯苯、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烯、顺-1,2-二氯乙烯)、二氯丙烷、1,2-二氯丙烷、己二酸二(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、二硝丁酚、二噁英、1,2-二溴-3-氯丙烷、内氧草索、异狄氏剂、表氯醇、乙基苯、二溴乙烯、七氯、环氧七氯、六氯苯、六氯环戊二烯、林旦、甲氧氯、草氨酰、多氯化联苯、五氯苯酚、毒莠定、西玛津、四氯乙烯、甲苯、毒杀酚、2,4,5-TP、1,2,4-三氯苯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、三氯乙烯、氯乙烯、二甲苯)；卤化的有机化学品；无机化学品(例如，锑、砷、石棉、钡、铍、镉、铬、铜、氰化物、氟化物、铅、汞、硝酸盐、硒和铊)；放射性同位素；和某些多价溶解盐；及其它碎屑。

本文一般所用短语“Log去除”或“Log减少值”指流入物中污染物的水平(一般为微生物数)与流出物中污染物的水平(一般为微生物数)之比的Log₁₀。例如，Log4污染物减少为污染物减少>99.99％，而Log5污染物减少为污染物减少>99.999％。在某些实施方案中，本文所述设备和方法可指至少Log4至Log5、Log5至Log6、Log6至Log7、Log7至Log8或Log8至Log9的Log减少值。

本文一般所用“减少污染物”指消除流体中的一种或多种污染物，不论是否通过将污染物物理或化学杀灭、去除、减少或失活或使一种或多种污染物无害。某些方面可包括去除一种或多种污染物，但也具体排除一个或多个类型、组、分类或具体确定的污染物。例如，在某些方面，减少污染物可包括一种或多种污染物，或者可只包括一种特定污染物，或者可具体排除一种或多种污染物。

在以下说明中，阐述了某些细节，以提供本文所述设备和/或方法的不同实施方案的完全了解。然而，本领域的普通技术人员可以了解，可不利用这些细节实施本文所述实施方案。在其它情况下，与本文所述设备和/或方法相关的公知结构和方法可能未详细显示或描述，以避免不必要地模糊本文所述的实施方案的描述。本公开描述水处理系统及其制造和使用方法的不同实施方案的不同特征、方面和优势。然而，应了解，本公开包括可通过以本领域的普通技术人员可发现有用的任何组合或子组合方式组合本文所述不同实施方案的任何不同特征、方面和优势完成的很多供选实施方案。

B.综述

在某些实施方案中，水处理系统一般可包括包含至少一个卤素释放系统、过滤材料和清除剂阻挡层的过滤器。在至少一个实施方案中，水处理系统一般可包括使用点(point-of-use)水处理系统，所述水处理系统包含卤素释放系统、包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料和卤素清除剂阻挡层。在某些实施方案中，使用点水处理系统可包含可用于处理来自未处理源的水的自备装置和/或可用于处理自来水的自备装置，例如厨房工作台面、冰箱或其它装置。

本文所述某些实施方案一般涉及减少流体中的污染物。本领域普通技术人员很容易认识到，流体可包含液体(例如，水)和其它流体。例如，要纯化的流体可以为体液(例如，血液、淋巴、尿液等)、河、湖、溪流等中的水、静水或径流、海水、游泳池或热浴盆所用的水、公共场所(例如，宾馆、饭店、飞行器或航天器、轮船、火车、学校、医院等)中消费所用的水或空气、私人场所(例如，家、公寓综合楼等)中消费所用的水、制造计算机或其它敏感组件(例如，硅晶片)所用的水、生物实验室或发酵实验室所用的水、植物生长操作(例如溶液培养或其它温室)所用的水或空气、废水处理设施(例如，来自采矿、熔炼、化学制造、干洗或其它工业废物)或期望纯化的任何其它流体。本文所述某些实施方案一般涉及减少流体中的污染物，以提供饮用水。某些实施方案具体排除城市污水和/或工业废水和径流。

C.卤素释放系统

在某些实施方案中，过滤器可包含卤素释放系统。在某些实施方案中，卤素释放系统可选自卤化树脂、卤化离子交换树脂、液体卤素、气体卤素、卤素晶体、卤素化合物、与其它化学物质组合的卤素及其组合。在某些实施方案中，卤素释放系统一般可包含以下至少之一：氯化树脂、碘化树脂、溴化树脂、液氯、液溴、碘晶体、溴化合物、氯片剂、三氯异氰脲酸(“TCCA”)、氯气、二氧化氯、次氯酸钠、固体次氯酸钙、亚氯酸钠和二氯异氰脲酸钠。

在某些实施方案中，卤素释放系统可包含氯片剂。氯片剂包含压成片剂的固体含氯化合物。在至少一个实施方案中，氯片剂可包含三氯异氰脲酸(“TCCA”)。在片剂接触水时，片剂释放游离氯。例如，在片剂接触流水时，游离氯(次氯酸)释放到流水中。流水中氯的浓度可取决于片剂的质量。片剂可具有0.25克至200克的质量。在至少一个实施方案中，包含TCCA的氯片剂(46％氯)可具有65克的质量。流水中氯的浓度可保持在相对恒定值。在片剂的有效寿命其间，流水中氯的浓度可以为1ppm至10ppm。例如，具有30克的质量的氯片剂可处理3000L水，以提供在流水中10ppm的氯浓度。

在某些实施方案中，卤素释放系统可包含卤化树脂。卤化树脂可包含选自氯、溴和碘的卤素。卤化树脂可选自氯化树脂、溴化树脂和碘化树脂。在至少一个实施方案中，卤化树脂可包含氯化树脂。在至少一个实施方案中，卤化树脂可包含碘化树脂。卤化树脂可包含选自氯化树脂、溴化树脂和碘化树脂的低残余卤化树脂。在至少一个实施方案中，低残余卤化树脂可包含低残余碘化树脂。卤化树脂描述于授予Milosavljevic等的美国专利申请公布号US2008/0011662中。

在某些实施方案中，卤化树脂可包括碘化树脂，所述碘化树脂包含结合到聚合物的季胺固定电荷的多碘化合物阴离子的碘化碱离子交换树脂。在至少一个实施方案中，碘化树脂可包含MicrobialCheckValve或树脂。树脂包含结合到聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的季胺固定正电荷的多碘化合物阴离子的碘化强碱离子交换树脂。多碘化合物阴离子可在过量碘存在下在水溶液中生成，因此，结合的多碘化合物阴离子可长时间释放碘进入水溶液中。流动通过树脂的水可达到微生物杀灭和0.5-4.0mg/L的残余碘，这可减少生物膜在储存和/或分配装置中积累。树脂可杀灭污染水中发现的超过99.9999％细菌(Log减少值≥6)和99.99％病毒(Log减少值≥4)。在至少一个实施方案中，碘化树脂可包括再生性树脂，所述再生性树脂包含结晶元素碘的填充床来产生饱和水溶液以补充消耗的树脂。

本领域的技术人员可以认识到，从卤素释放系统释放的卤素的量可取决于多种因素，包括但不限于pH、温度和流速以及流体的性质(例如污染水平，包括总溶解固体或沉降物的量等)。

D.壳聚糖及其衍生物

在某些实施方案中，过滤器可包含选自壳多糖、壳多糖衍生物、壳聚糖、壳聚糖衍生物及其任何组合的过滤材料。壳多糖是β-1,4-(2-脱氧-2-乙酰氨基葡萄糖)的聚合物，其可从昆虫和节肢动物(例如蟹、龙虾和小虾)及真菌和酵母的细胞壁提取。壳聚糖是壳多糖的衍生物。壳聚糖是包含2-脱氧-2-乙酰氨基葡萄糖单体和2-脱氧-2-氨基葡萄糖单体的聚合物。通过使2-脱氧-2-乙酰氨基葡萄糖单体单元至少部分水解成2-脱氧-2-氨基葡萄糖单体单元，可从壳多糖生成壳聚糖。壳聚糖可以为完全或部分脱乙酰壳多糖。壳聚糖包括包含羟基和胺基的聚合物骨架。壳聚糖可溶于酸性(pH<6.0)水溶液。

在某些实施方案中，过滤材料可包含壳聚糖或其衍生物。壳聚糖或其衍生物的分子量可以为5,000道尔顿至2,000,000道尔顿，例如50,000道尔顿至1,000,000道尔顿，或者例如100,000道尔顿至900,000道尔顿。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的分子量可以为100,000道尔顿至1,000,000道尔顿。壳聚糖的脱乙酰百分数可以为40％至100％，例如60％至95％，或者例如70％至90％。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的脱乙酰百分数可以为至少75％。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的脱乙酰百分数可以为至少85％。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的脱乙酰百分数可以为至少90％。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的脱乙酰百分数可以为90％至95％。在至少一个实施方案中，壳聚糖可具有100,000道尔顿至1,000,000道尔顿的分子量和90％至≥95％的脱乙酰百分数。在某些实施方案中，壳聚糖或其衍生物可包含具有30目至230目美国标准筛目尺寸的粉末。在某些实施方案中，壳聚糖或其衍生物可包含具有10纳米至100纳米尺寸的纳米颗粒。在某些实施方案中，壳聚糖或其衍生物可具有0.1g/cm³至0.5g/cm³的堆积密度。过滤材料可选自液体和固体(例如，粉末、凝胶和/或糊剂)。

在某些实施方案中，过滤材料可包含壳聚糖衍生物。通过改性聚合物骨架，例如羟基和胺基，可制备壳聚糖衍生物。两个羟基可具有不同的反应性，但可在高pH在乙酰化单体或脱乙酰化单体上通过羟基活性剂官能化。在显著数量的胺去质子化时，脱乙酰化单体单元的胺基可用于反应。这些化学反应可提供具有与初始壳聚糖聚合物不同性质的壳聚糖化合物。在大多数氨基为游离碱形式时，壳聚糖的抑制活性在pH6.0(壳聚糖的pKa值＝6.2)可高于在pH7.5。

在某些实施方案中，过滤材料可包含壳聚糖或其衍生物和原子(例如，卤素)、化学品(天然或合成)和/或聚合物的混合物。该混合物可以为均匀组合物或不均匀组合物。聚合物可包括但不限于离子交换树脂和合成或天然聚合物的带电荷衍生物，例如阳离子或阴离子聚合物。在至少一个实施方案中，过滤器可包含含有壳聚糖或其衍生物的过滤材料和卤素释放系统的混合物。

在某些实施方案中，过滤材料可包含壳聚糖-卤素络合物。卤素可包封在壳聚糖或其衍生物的晶格矩阵中。壳聚糖-卤素络合物可选自壳聚糖-氯络合物、壳聚糖-溴络合物、壳聚糖-碘络合物及其任何组合。

不希望受任何特别理论限制，相信壳聚糖-卤素络合物中的卤素可以容易地以游离形式利用。壳聚糖-卤素络合物包括卤素和壳聚糖或其衍生物的缔合。壳聚糖-卤素络合物一般包括分子、原子或离子通过弱化学键的可逆缔合。在至少一个实施方案中，壳聚糖-卤素络合物可包含氯化壳聚糖。壳聚糖-卤素络合物中的氯分子可容易地作为游离氯形式利用。

在某些实施方案中，壳聚糖-卤素络合物可包含碘化壳聚糖。壳聚糖-碘络合物可包括碘和/或络合到壳聚糖或其衍生物的碘化物。适合的碘化物包括但不限于(阳离子)⁺(I₃)^-形式的碘-碘化物络合物，其中阳离子为阳离子小分子(例如金属离子，例如钾或钠离子)或结合到壳聚糖的阳离子基团，I₃为三碘化物阴离子。壳聚糖-碘络合物的实例描述于以下美国专利号：授予Kato等的4,275,194、授予Dingilian等的5,204,452、授予Dingilian等的5,362,717、授予Deans的5,336,415、授予Rosa等的5,538,955和授予Hassan的6,521,243。

在至少一个实施方案中，壳聚糖-碘络合物可包含以壳聚糖重量计最高50％的结合碘。在至少一个实施方案中，壳聚糖-碘络合物可包含以壳聚糖重量计60-70％的结合碘。碘浓度可取决于组合物的组分。在某些实施方案中，碘的浓度可以为至少0.05％重量，至少0.1％重量，至少0.5％重量，向上到1％重量，2％重量，3％重量，4％重量，5％重量或更多。当产品贮存期期间碘对聚集和蒸发稳定时，可使用更高浓度。

在某些实施方案中，生成壳聚糖-卤素络合物的方法一般可包含使壳聚糖与卤化剂接触。由于壳聚糖与卤化剂反应，可使至少部分2-脱氧-2-氨基葡萄糖单体单元转化成2-单卤基氨基葡萄糖单体单元和/或2,2-二卤基氨基葡萄糖单体单元，以产生壳聚糖-卤素络合物。卤化剂可包含能够给予卤素原子的含卤素(例如氯、溴和碘)的任何剂。卤化剂可以为以下至少之一：次氯酸钠、次氯酸钙、氯、溴、碘、氯水溶液、溴水溶液、碘水溶液、N-氯代琥珀酰亚胺、次溴酸钠、过溴溴化吡啶鎓、N-溴代琥珀酰亚胺和氯胺-T。其它适合的卤化剂对本领域的技术人员显而易见。

在某些实施方案中，生成壳聚糖-卤素络合物的方法一般可包含使壳聚糖或其衍生物与卤素在水性溶剂(例如，水)和/或非水性溶剂(例如，卤代烷、脂族和芳族醇、脂族或芳族醚和酮)中的溶液接触。通过使壳聚糖或其衍生物与卤素在水中的溶液在pH6-8和23-25℃温度接触1分钟至72小时，可生成壳聚糖-卤素络合物。在至少一个实施方案中，通过使壳聚糖或其衍生物与卤素在水中的溶液接触，可瞬时生成壳聚糖-卤素络合物。卤素的溶液可包含来自卤素释放系统的流出物。在至少一个实施方案中，通过使壳聚糖或其衍生物与氯在水中的溶液接触，可原位生成壳聚糖-氯络合物。氯的溶液可包含至少部分溶于水的氯片剂。在至少一个实施方案中，通过使壳聚糖或其衍生物与碘在水中的溶液接触，可原位生成壳聚糖-碘络合物。碘的溶液可包含树脂的流出物。

E.清除剂阻挡层

由于卤素(特别是氯和碘)有效作为抗微生物剂，因此，可期望在水处理系统中包括一种或多种卤素释放系统。然而，大多数卤素给予液体不好的味道，可期望在减少污染物后去除实质所有的卤素。在一些情况下，可期望在流体中保留少量一种或多种卤素，以在流体储存、运输和/或分配期间减缓或阻止微生物生长。

在某些实施方案中，水处理系统可包含阻挡层，所述阻挡层吸附或吸收卤素或与卤素反应或提供用于卤素转化成离子形式的催化反应部位。这些材料可为了吸附、吸收卤素或使卤素转化成离子形式置于过滤器中，或者，为了不同于吸附、吸收卤素或使卤素转化成离子形式的另一个目的置于过滤器中的材料在以下统称为“卤素清除剂阻挡层”。

在某些实施方案中，卤素清除剂阻挡层可置于卤素中性阻挡层的下游。以此方式，卤素在流体中保持有效量时间，以在它们由卤素清除剂阻挡层去除之前或从过滤器分配之前使它们的抗微生物作用达到最大限度。使用低残余卤素释放系统可在分配流体之前需要去除较少游离卤化物质。实际上，如果含量高得足以充分杀灭微生物，但低得足以在流体中得到安全量卤素和纯化流体的感官愉悦味道和/或气味，可使卤素保留在流体中。因此，在某些实施方案中，过滤器可需要较少或较低效卤素清除剂阻挡层，或者根本不需要。在至少一个实施方案中，卤素清除剂阻挡层可改善气味、味道和/或使流体适用于饮用。在至少一个实施方案中，卤素清除剂阻挡层可改善污染物的减少。

卤素清除剂阻挡层可包括可用于吸收或吸附至少一种污染物和/或至少一种卤素和/或卤化物的在本领域已知或未知的任何材料。在至少一个实施方案中，卤素清除剂阻挡层可包含壳聚糖或其衍生物。在某些实施方案中，清除剂阻挡层可选自碳、活性炭和离子交换树脂，例如，强碱阴离子交换树脂。在至少一个实施方案中，清除剂阻挡层可包含粒状活性炭。活性炭可包含任何形状或形式(例如，可以为丸粒、粒状或粉末状)。在至少一个实施方案中，清除剂阻挡层可包含碘清除剂树脂。清除剂阻挡层可包含强碱阴离子交换树脂，例如WaterSecurityCorporation，Sparks，Nev.，如美国专利号5,624,567所述。简而言之，有时称为碘清除剂树脂，包含三烷基胺基，其各自包含含有3至8个碳原子的烷基，能够从水溶液去除卤素(包括碘或碘化物)。

F.过滤器

参照图1，过滤器10一般可包含与出口30流体连通的入口20、介于入口20和出口30之间的卤素释放系统40、介于卤素释放系统40和出口30之间的包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料50和介于过滤材料50和出口30之间的清除剂阻挡层60。在至少一个实施方案中，卤素释放系统40可包含氯片剂，过滤材料50可包含壳聚糖和/或卤化壳聚糖，例如氯化壳聚糖，清除剂阻挡层60可包含粒状活性炭。在至少一个实施方案中，卤素释放系统40可包含碘化树脂，例如树脂，过滤材料50可包含壳聚糖和/或卤化壳聚糖，例如碘化壳聚糖，清除剂阻挡层60可包含离子交换树脂，例如在至少一个实施方案中，卤素释放系统40可包含碘化树脂，例如树脂，过滤材料50可包含壳聚糖和/或卤化壳聚糖，例如碘化壳聚糖，清除剂阻挡层60可包含离子交换树脂，例如其条件为清除剂阻挡层不包含碳和活性炭。在某些实施方案中，卤素释放系统和过滤材料包含介于入口20和清除剂阻挡层60之间的均匀混合物。过滤材料可能够在停滞阶段期间再生。

在某些实施方案中，过滤器可包含至少一个包含空隙空间的室(未显示)。在至少一个实施方案中，室可介于入口和卤素释放系统之间。在至少一个实施方案中，室可介于卤素释放系统和出口之间。在至少一个实施方案中，室可与卤素释放系统直接流体连通。在至少一个实施方案中，室可介于卤素释放系统和过滤材料之间。在至少一个实施方案中，室可介于过滤材料和清除剂阻挡层之间。在至少一个实施方案中，室可介于清除剂阻挡层和出口之间。

氯片剂可包含压成片剂的固体含氯化合物，例如三氯异氰脲酸(TCCA)。在片剂接触流水时，片剂可将游离氯(次氯酸)释放到流水中。在片剂的有效寿命其间，释放进入流水的氯的量可保持在相对恒定值，可以为1ppm至10ppm不等。包含30克氯的氯片剂可处理3000L水，以提供10ppm氯浓度，例如具有约65克质量的TCCA(大致46％氯)。片剂可以0.25-200克的质量市售获得。过滤器可包含足够的粒状活性炭，以使经处理水中的氯减少到低于嗅觉和味觉阈值的水平，同时去除来自源水和消毒副产物中的有机化合物的味道和气味。

在某些实施方案中，卤素释放系统的体积可小于过滤材料和清除剂阻挡层至少之一的体积。卤素释放系统的体积可实质小于过滤材料和清除剂阻挡层至少之一的体积。过滤材料的体积可实质等于清除剂阻挡层的体积。在至少一个实施方案中，碘化树脂的体积可以为22mL，过滤材料的体积可以为60mL，离子交换树脂的体积可以为60mL。

在某些实施方案中，过滤器可包含壳(未显示)。壳可包含沿着z-轴的纵轴，其中入口、出口、卤素释放系统、过滤材料、清除剂阻挡层和室至少之一可沿着纵轴轴向隔开。流体流动方向可沿着纵轴从入口朝向出口。壳可包括任何适用材料，例如但不限于玻璃、金属、陶瓷、塑料及其任何组合。在至少一个实施方案中，壳材料可不透过水性和/或非水性液体。壳可包含任何适用形状，例如但不限于多面体、非多面体及其任何组合。在至少一个实施方案中，壳可包含总体圆柱形状。

G.使用方法

参照图2，在某些实施方案中，本发明提供一种通过过滤器处理包含至少一种污染物的水的方法，所述过滤器包含与出口流体连通的入口、介于入口和出口之间的卤素释放系统、介于卤素释放系统和出口之间的包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料和介于过滤材料和出口之间的清除剂阻挡层，所述方法一般可包含使水流动通过卤素释放系统，使水流动通过包含壳聚糖或其衍生物的过滤材料，并使水流动通过清除剂阻挡层。卤素释放系统可以为本文所述的任何卤素释放系统。过滤材料可以为本文所述的任何过滤材料，包括壳聚糖及其衍生物。清除剂阻挡层可以为本文所述的任何清除剂阻挡层。

在某些实施方案中，方法可包含再生壳聚糖或其衍生物。在至少一个实施方案中，再生壳聚糖或其衍生物可包含启动一停滞阶段。停滞阶段可小于7天。在至少一个实施方案中，停滞阶段可以为1天至5天。在至少一个实施方案中，停滞阶段可以为5天。在至少一个实施方案中，停滞阶段可以为3天。在至少一个实施方案中，停滞阶段可不到1天。在至少一个实施方案中，停滞阶段可以为10分钟至12小时。在至少一个实施方案中，停滞阶段可以为达到过滤器的50％至75％过滤能力后的3天至5天。

过滤器可具有初始Log减少值，这一值在使用期间减少。停滞阶段可为壳聚糖或其衍生物提供足够时间再生。经再生的壳聚糖或其衍生物可具有改善的Log减少值。在一个实施方案中，在停滞阶段后过滤器的Log减少值可实质上等于初始Log减少值。在一个实施方案中，在停滞阶段后过滤器的Log减少值可等于初始Log减少值。在停滞阶段后过滤器的Log减少值可以为初始Log减少值的75％至99％，例如初始Log减少值的90％至95％。在至少一个实施方案中，在停滞阶段后过滤器的Log减少值可以为初始Log减少值的92％。在至少一个实施方案中，过滤器可具有大于5的初始Log病毒减少值，且在停滞阶段后可具有大于5的Log病毒减少值。

在某些实施方案中，从清除剂阻挡层流动的水可以是以下至少之一：不含过滤材料、实质不含过滤材料和完全不含过滤材料。本文所用术语“实质不含”是指所讨论的材料作为伴随的杂质存在，如果有的话。本文所用术语“完全不含”是指材料根本不存在。在某些实施方案中，从清除剂阻挡层流动的水可以是以下至少之一：不含壳聚糖或其衍生物、实质不含壳聚糖或其衍生物和完全不含壳聚糖或其衍生物。

流入物可通过入口引入过滤器。流入物可包含具有1至12的pH的含水流，例如5至10，例如6至8。在至少一个实施方案中，流入物可具有大于6的pH。在至少一个实施方案中，流入物的pH可以为7。在至少一个实施方案中，流入物的pH可以为5且温度为4℃。流体流动方向可从入口沿着z轴到出口。流入物可接触卤素释放系统。卤素释放系统可使卤素释放到从中流动通过的流体。流体可从卤素释放系统流到过滤材料。过滤材料可减少从中通过的流体中的污染物和/或卤素。过滤材料可从其中通过的流体吸收和/或吸附卤素。过滤材料可使卤素释放到从中通过的流体。流体可从过滤材料流到清除剂阻挡层。清除剂阻挡层可减少从中通过的流体中的污染物和/或卤素。流体可从清除剂阻挡层流到出口。来自出口的流出物可包含残余卤素，例如碘或氯。

在某些实施方案中，过滤材料可具有大于1秒的空床接触时间(“EBCT”)。EBCT为过滤材料的体积除以流速。在至少一个实施方案中，EBCT可以在1秒和120秒之间，例如在15秒和60秒之间和在30秒和60秒之间。在某些实施方案中，壳聚糖或其衍生物的EBCT为30秒至120秒。在至少一个实施方案中，壳聚糖或其衍生物的EBCT为120秒。

在某些实施方案中，接触过滤材料的流体可具有小于0.5cm/s的流体速度。在至少一个实施方案中，流体速度可以在0.3cm/s和0.5cm/s之间。在至少一个实施方案中，流体速度可小于0.3cm/s。在至少一个实施方案中，流体速度可以在0.15cm/s和0.24cm/s之间。在至少一个实施方案中，流体速度可小于0.15cm/s。在至少一个实施方案中，流体速度可大于0.5cm/s。

H.实施例

在结合以下代表性实施例阅读时，可更好地理解本文所述的不同实施方案。以下实施例为了说明而非限制的目的包括在内。

可用挑战试验测定水处理系统从流体减少污染物的能力。可向流入物加入挑战或已知量的所选微生物污染物。可选择病毒MS2大肠杆菌噬菌体(ATCC15597-B1)作为微生物污染物。可测量流入物和流出物中污染物的量，以测定水处理系统的过滤能力或微生物失活能力。

将本文所述水处理系统的某些实施方案的挑战试验与其它水处理系统比较。将室温下在3000mL去氯自来水中对MS2为4的Log减少值(LogPFU/mL)通过入口引入水处理系统，并通过出口分配。在与水处理系统接触之前和之后试验流入物和流出物的MS2大肠杆菌噬菌体。水处理系统的直径为4.2cm。进水流速为120mL/min。本文一般所用术语“ND”指不可检测或低于检测限，“NA”指不适用。

实施例1

包含壳聚糖的水处理系统的挑战试验的结果显示于表I中。壳聚糖为22克分析级壳聚糖，来自虾壳，≥75％脱乙酰化，在120mL水中。进水体积为0L。

表I

实施例2

在时间0包含树脂、壳聚糖和的水处理系统的挑战试验的结果显示于表II中。壳聚糖为分析级壳聚糖，来自虾壳，≥75％脱乙酰化。树脂的体积为22mL，壳聚糖的质量为22克(在水合时具有约120mL体积)，的体积为120mL。进水体积为0L。

表II

实施例3

包含碘化壳聚糖的水处理系统的挑战试验的结果显示于表III中。壳聚糖为分析级壳聚糖，来自蟹壳，≥85％脱乙酰化。在来自树脂的流出物中通过壳聚糖与碘接触，原位产生碘化壳聚糖。壳聚糖的质量为22克，在水合时具有约120mL的体积。进水体积为1500L。

表III

实施例4

包含树脂和碘化壳聚糖的水处理系统的挑战试验的结果显示于表IV中。壳聚糖为分析级壳聚糖，其来自蟹壳，≥85％脱乙酰化。在来自树脂的流出物中通过壳聚糖与碘接触，原位产生碘化壳聚糖。树脂的体积为22mL，壳聚糖的质量为22克，在水合时具有约120mL的体积。进水体积为1500L。壳聚糖的EBCT为约60秒。

表IV

实施例5

包含树脂、壳聚糖和的水处理系统的挑战试验的结果显示于表V中。壳聚糖为分析级壳聚糖，来自虾壳，≥75％脱乙酰化。树脂的体积为22mL，壳聚糖的质量为10克(在水合时具有约60mL体积)，的体积为60mL。进水体积为1500L。壳聚糖的EBCT为约30秒。

表V

实施例6

包含树脂、壳聚糖和的水处理系统的挑战试验的结果显示于表VI中。壳聚糖为工业级壳聚糖，来自蟹壳，≥90％脱乙酰化。树脂的体积为22mL，壳聚糖的质量为20克，在水合时具有约120mL的体积。进水体积为1800L。流速为120mL/min。水温为4℃，水的pH为5。

表VI

实施例7

将本文所述水处理系统的某些实施方案的挑战试验结果与其它水处理系统比较。水处理系统包含树脂和壳聚糖。壳聚糖为分析级壳聚糖，来自虾壳，≥75％脱乙酰化。在来自树脂的流出物中通过壳聚糖与碘接触，原位产生碘化壳聚糖。树脂的体积为22mL，壳聚糖的质量为22克，在水合时具有约120mL的体积。进水体积为2700L。流速为120mL/min。使过滤器在2100L后经过5天停滞阶段，并在2700L后经过3天停滞阶段。攻击在各停滞阶段结束时进行。

如图3中所示，包含树脂的过滤器对于头几百升的Log减少值>3，但到2100L时，减小到Log减少值<1.5(“MCV”数据系列)。包含壳聚糖的过滤器对于前几百升的Log减少值>5，但到2100L时，减小到Log减少值<0.1(“单独壳聚糖”数据系列)。包含树脂和壳聚糖的过滤器的Log减少值>2.5至2100L(“MCV+壳聚糖”数据系列)。“MCV+壳聚糖”数据系列的Log减少值大于“MCV”数据系列和“单独壳聚糖”数据系列各自的Log减少值的总和。在5天的第一停滞阶段后，“MCV+壳聚糖”数据系列的Log减少值从2.78Log去除增加到5Log去除。不希望受任何特定理论限制，相信包含树脂和壳聚糖的过滤器的改进性能可归于壳聚糖对污染物(例如，病毒MS2大肠杆菌噬菌体)提供的可用结合部位数增加。停滞阶段为系统中的残余碘提供足够时间来氧化和去除连接到结合部位的有机残余物。停滞阶段为壳聚糖提供足够时间再生。虽然为包含22克壳聚糖的过滤器报道了5天和3天的停滞阶段，但相信10分钟至7天的停滞阶段可为壳聚糖提供足够时间再生。

虽然本文引用的所有文献在相关部分通过引用结合到本文中，但只是在结合的材料不与现有定义、说明或本文提到的其它文献不冲突的程度。在本文中术语的任何含义或定义与通过引用结合的文献中相同术语的任何含义或定义冲突的程度，应以本文中赋予那个术语的含义或定义为准。任何文献的引用不应解释为承认它是相对于本申请的现有技术。

虽然已说明和描述了水处理系统的特定实施方案，但对本领域技术人员显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围下进行各种其它变化和修改。本领域的技术人员可以认识到或者能够使用不超过常规试验确定本文所述具体设备和方法的很多等价，包括替代、变型、增加、删除、修改和置换。因此，包括附加权利要求的本公开旨在覆盖本申请范围内的所有这些变化和修改。

Claims (30)

1.一种水处理系统，其包含：

与出口流体连通的入口；

位于所述入口下游和所述出口上游的第一区域，所述第一区域包含卤素释放系统；

位于所述第一区域下游和所述出口上游的第二区域，所述第二区域包含壳聚糖或壳聚糖衍生物。

2.权利要求1的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含卤化树脂。

3.权利要求1的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含碘释放系统。

4.权利要求3的水处理系统，其中所述碘释放系统包括碘化树脂。

5.权利要求1的水处理系统，其中所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括卤化壳聚糖或卤化壳聚糖衍生物。

6.权利要求5的水处理系统，其中所述卤化壳聚糖或卤化壳聚糖衍生物包括氯化壳聚糖或卤化壳聚糖衍生物。

7.权利要求1的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含卤化树脂，且所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括卤化壳聚糖或卤化壳聚糖衍生物。

8.权利要求7的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含碘化树脂，且所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括氯化壳聚糖或氯化壳聚糖衍生物。

9.权利要求1的水处理系统，其中所述第二区域包括壳聚糖或壳聚糖衍生物和第二卤素释放系统。

10.权利要求9的水处理系统，其中所述第二卤素释放系统包括碘化树脂。

11.权利要求9的水处理系统，其中所述第二卤素释放系统包括氯化树脂。

12.权利要求9的水处理系统，其中所述第二卤素释放系统包括三氯异氰脲酸源。

13.权利要求1的水处理系统，其中壳聚糖或其衍生物具有100,000道尔顿至1,000,000道尔顿的分子量和60%至95%的脱乙酰百分数。

14.权利要求1的水处理系统，其中所述系统的Log减少值大于组件卤素释放系统和组件壳聚糖或壳聚糖衍生物的Log减少值之和。

15.权利要求1的水处理系统，其中所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少4，和针对细菌的初始Log减少值为至少6。

16.权利要求1的水处理系统，其中所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少4，和在停滞阶段后针对病毒的Log减少值为至少4。

17.权利要求16的水处理系统，其中所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少5，和在停滞阶段后针对病毒的Log减少值为至少5。

18.权利要求1的水处理系统，其还包括位于所述第二区域下游和所述出口上游的第三区域，所述第三区域包括选自碳、活性炭、阴离子交换树脂及其任一组合的清除剂阻挡层。

19.权利要求18的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含碘化树脂，且所述清除剂阻挡层包含强碱阴离子交换树脂。

20.权利要求18的水处理系统，其中所述卤素释放系统包含碘化树脂，所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括氯化壳聚糖或氯化壳聚糖衍生物且所述清除剂阻挡层包含强碱阴离子交换树脂。

21.一种过滤器，其包括壳，所述壳内容纳有权利要求1的水处理系统。

22.权利要求21的过滤器，其中所述卤素释放系统包含碘化树脂。

23.权利要求21的过滤器，其中所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括氯化壳聚糖或卤化壳聚糖衍生物。

24.权利要求21的过滤器，其中过滤器针对病毒的初始Log减少值为至少4，和针对细菌的初始Log减少值为至少6。

25.权利要求21的过滤器，其还包括位于所述第二区域下游和所述出口上游的第三区域，所述第三区域包括选自碳、活性炭、阴离子交换树脂及其任一组合的清除剂阻挡层。

26.处理水的方法，所述方法包括使水流经权利要求1的水处理系统。

27.权利要求26的方法，其中所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少4，和针对细菌的初始Log减少值为至少6。

28.权利要求26的方法，其还包括启动停滞阶段，其中所述系统针对病毒的初始Log减少值为至少4，和在停滞阶段后针对病毒的Log减少值为至少4。

29.权利要求26的方法，其中所述卤素释放系统包含碘化树脂。

30.权利要求26的方法，其中所述壳聚糖或壳聚糖衍生物包括氯化壳聚糖或氯化壳聚糖衍生物。