專利名稱：水處理組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于凈化被污染飲用水的組合物、方法和套件，以使其可飲用。該組合物和套件尤其設計為個人或家庭使用，以分批凈化和澄清相對少量的預定體積的被污染飲用水。該組合物和套件還設計為個人或家庭使用，以凈化和營養化被污染飲用水。
背景技術：
在世界的各個地方都需要飲用水。在發達國家，典型地通過大型的國家或多國的水管理公司來凈化水，并大規模供應飲用水。這種水典型地以可飲用的形式直接供應到消費者家中。然而，在世界的一些地區，例如發展中國家的一些鄉村地區，許多人既沒有直接供應到家中的水，僅能得到不能飲用的公用水供應如鄉村的井，也不能保證他們得到的水是可以飲用的。結果，每年都有相當數量的人因為喝被污染飲用水而直接導致死亡。因此，需要水凈化套件和組合物，它們使消費者能凈化自己的水，并以快速有效的方式產生可飲用的水。
迄今為止，目前市售的水凈化組合物主要由消毒劑組成，例如氯和/或碘的來源，它們不能適當地凈化水。由這些水凈化套件處理后得到的水仍可能包含一定量的水雜質，例如重金屬離子如砷，當這些雜質被長期持續飲用一段時間后，可能會導致健康問題。因此，需要提供水凈化組合物，它能除去水雜質如重金屬離子，包括砷和鉛，并比目前的水凈化套件更有效和更實際。
現已發現，與目前的水凈化組合物相比，基于無機凝結劑與水溶性或水分散性的聚合物的某些混合物的水凈化組合物能從水中除去較多數量的水雜質如重金屬。
還有，目前的水凈化組合物不能適當地將存在于水中的微生物如細菌、病毒和孢囊除去、殺死或使其失活。因此，仍需要提供確實能適當地將這些微生物的水凈化組合物除去、殺死或使其失活。
現已發現，與本領域已知的水凈化組合物相比，當本發明的組合物包括消毒劑時，該組合物能將驚人的較多數量的微生物如細菌、病毒和孢囊除去、殺死或使其失活。
另外，將要被水凈化組合物凈化的水典型地包括大量的水溶性有機物如腐殖酸。利用目前的水凈化組合物，漂白劑尤其是基于氯的漂白劑能與水溶性有機物反應，并在水中生成副產物，其包括氯衍生物如氯乙酸或氯仿，它們對于人和動物的健康是有害的。因此，需要提供水凈化組合物、方法和套件，它們能產生包括少量的消毒副產物的凈化水。
與使用某些基于氯的消毒劑如次氯酸鈣相關的另一個問題是產品的穩定性。尤其是，現已發現，已知的基于次氯酸鈣的組合物在常規的貯存和使用條件下會失去大量的消毒功效。因此，需要具有改善的貯存穩定性的凈化和消毒組合物。
在將被污染飲用水凈化和消毒后，產生了另一個問題，即保持水的純度和美學質量直至它被需要飲用時為止，同時提供具有滿意味道的飲用水。在這種情況下，現已發現，使用基于氯的消毒劑和凝結劑來處理含有大量溶解的錳污染物的飲用水，會在絮凝步驟后產生水的變色效果，所述溶解的錳污染物是由水或凝結劑本身引入的。這種變色效果在本文中稱為飲用水的“與錳相關的絮凝后變色”。盡管這種效應的原因沒有被完全理解，但是據信，在凝結和絮凝反應發生后殘余的溶解錳易于被基于氯的消毒劑氧化，形成色彩很濃的純的或混合的膠態物質，其含有一些二氧化錳。因此，需要凈化被污染飲用水的組合物、方法和套件，它們能提供具有改善的美觀以及較長的使用期限和改善的味道等性質的凈化水。
除了需要凈化和澄清被污染飲用水之外，世界上的許多地方還非常需要改善營養和健康標準。清潔水和必需礦物質以及維生素的有效供應將明顯具有普遍的有益效果，尤其對于世界的部分地區，那里缺少可飲用的水。因此需要能凈化并同時能營養化被污染飲用水的組合物、方法和套件。
發明概述本發明涉及凈化和/或澄清被污染飲用水的組合物、方法和套件，以及用于凈化和營養化被污染飲用水的組合物、方法和套件。一般來說，本發明組合物至少包括主凝結劑物質、殺微生物消毒劑和氧化劑系統，所述氧化劑系統防止或減少與錳相關的絮凝后變色。高度優選的組合物還包含一種或多種所謂的橋連絮凝物質，其中凝結劑與絮凝劑的含量和比例優選在某個范圍內；助凝劑；水溶性堿；水不溶性的硅酸鹽(例如粘土、沸石或其混合物)和食物添加劑或營養物源。
根據本發明的第一方面，提供了凈化和澄清被污染飲用水的組合物，其包括主凝結劑、基于氯的殺微生物消毒劑、能將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系和可任選的一種或多種橋連絮凝劑、助凝劑、水溶性堿、水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物；食物添加劑或營養物源。在這些物質中，橋連絮凝劑和助凝劑在連接主凝結劑和氧化劑體系時是尤其有價值的，可最小化與錳相關的絮凝后變色。盡管這個原因沒有被完全理解，但據信，本發明的體系對于氧化Mn(II)和在凝結和絮凝所得的膠態二氧化錳方面是尤其有效的，從而最小化或防止絮凝后變色效應。
在優選的實施方案中，主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物，例如硫酸鐵、氯化鐵、氯化鋁、硫酸鋁、硫酸錳、氯化錳、硫酸銅、氯化銅、其聚合物變體以及它們的混合物。通常，本發明組合物按重量計包括約10％至約99％、優選約15％至約50％、更優選約25％至約40％的主凝結劑。
另一方面，橋連絮凝劑優選是高分子量的水溶性或水分散性的聚合物或聚合物混合物，所述聚合物的重均分子量為至少約2,000,000、更優選至少約5,000,000、尤其至少約15,000,000。優選用于本發明的橋連絮凝劑選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物以及它們的混合物。通常，本發明組合物按重量計包括約0.1％至約10％、優選約0.2％至約5％、更優選約0.5％至約3％的橋連絮凝劑。
在本文中，術語“助凝劑”是指水溶性或水分散性的聚合物，其具有比橋連絮凝劑較小的分子量，并有助于整個聚集和絮凝過程。優選用于本發明的助凝劑為低分子量的水溶性或水分散性的聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量通常小于約1,500,000、優選小于約750,000、尤其小于約300,000。通常，本發明組合物按重量計包括約0.1％至約10％、優選約0.5％至約5％、更優選約1％至約4％的助凝劑。
盡管合適的助凝劑包括陰離子聚合的親水膠體如羧甲基纖維素，但是從遞送優異的重金屬、溶解的總有機物和減少孢囊性能的角度看，高度優選的助凝劑選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物以及它們的混合物，例如陽離子多糖，其中脫乙酰殼多糖是尤其優選的。本發明優選的助凝劑基本上是水不溶性的，按總的干燥重量計，其具有至少10％的不溶解物質，這是由本文下述的試驗所測定的，從提供能遞送少量的水溶性的總有機物的組合物和方法的角度看，這是優選的。
在本發明中，主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率優選為約10∶1至約200∶1、更優選約10∶1至約150∶1、還更優選約20∶1至約100∶1、尤其優選約25∶1至約75∶1，這些比率是有價值的，尤其在與本文上述的凝結劑和絮凝劑的含量相聯系時，可在被高度污染的水的條件下用于提供最佳的凈化性能，和提供使用紙和無紡布濾器的顯著改善的過濾速率和“非堵塞”濾器性質，以及優異的最終產品純度和澄清度。盡管在過濾速率、非堵塞性質和產物澄清度方面改善的原因還沒有被完全理解，但據信，橋連絮凝劑與凝結劑的較高含量和比率增加了絮凝物的“粘性”，并隨之減少了膠態顆粒。這些組合物也還高度適于與布濾器一起用于本發明。
因此，根據本發明的另一方面，提供了用于凈化和澄清被污染飲用水的組合物，其包括主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化為MnO2的氧化劑體系；水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑，其中主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率為約10∶1至約150∶1、優選約20∶1至約100∶1、更優選約25∶1至約75∶1；和可任選的水溶性或水分散性的聚合助凝劑。可使用標準過濾試驗來評估組合物的過濾性質，優選其過濾性質可使得至少1升被處理的模型表面水在用620mg/升的凈化組合物處理后，在室溫條件(20℃)下，所述模型表面水通過Whatman 1.2μm GF/C等級濾器的時間小于1小時、優選小于45分鐘、更優選小于30分鐘，且至少有1升、優選至少2升、更優選至少3升的被處理水將無堵塞地通過濾器。
所述模型表面水按1升計包括(i)24mg腐殖酸-溶解的天然有機物質源；-(ii)20mg精細試驗粉塵(1-3μm)-用于增加濁度；(iii)1500mg鹽-其產生高含量的溶解的總固體的應力條件。
所得的水具有高有機物含量(＞10mg/l的總有機物含量(TOC))、很濃的顏色(＞300鉑鈷單位(PCU))、高濁度(＞15濁度單位(NTU))和高含量的溶解的總固體(TDS)。水的pH接近中性，但也能分別使用HCl或NaOH調節到pH 5或9，以進行應力試驗。這種水在本發明中稱為“模型表面水”。
根據主凝結劑和助凝劑與橋連絮凝劑的重量比率，也能確定具有最優凈化和澄清性能的組合物。因此，在優選的實施方案中，主凝結劑與助凝劑的重量比率為約8∶1至約100∶1、優選約12∶1至約30∶1、更優選約15∶1至約25∶1。另一方面，助凝劑與橋連絮凝劑的重量比率范圍優選為約10∶1至約1∶6、優選約5∶1至約1∶3、更優選約3∶1至約1∶1。
本發明的組合物、方法和套件還包括殺微生物消毒劑。盡管知道有各種殺微生物消毒劑可用于本發明，但優選基于氯的消毒劑。次氯酸鈣是尤其優選的。優選地，在本發明組合物中包括的主凝結劑和殺微生物消毒劑的重量比率為約10∶1至約100∶1、更優選約12∶1至約60∶1、尤其優選約15∶1至約40∶1。通常，本發明組合物按重量計包括約0.2％至約10％、優選約0.5％至約4％、更優選約0.7％至約2.5％的殺微生物消毒劑。
本發明的組合物、方法和套件還可包含氧化劑體系。氧化劑體系的作用是在凝結/絮凝反應的自然時限內，盡可能地將飲用水和凝結劑中的溶解錳(Mn(II))物質氧化為膠態的二氧化錳。考慮到本發明組合物的凝結/絮凝體系是高度活性的，該體系典型地能在30秒內將飲用水中的有機物質減少至少80％，并在5分鐘內基本上完成絮凝，這對氧化劑體系有相當高的要求。
從快速有效地氧化溶解錳和最優控制與錳相關的絮凝后變色的角度來看，優選的氧化劑體系選自自動催化氧化劑、氧化劑和氧化催化劑的組合、以及它們的混合物。本發明所用的氧化劑在使用條件下應具有超過MnO2/Mn(II)體系的氧化-還原電位，優選其標準氧化-還原電位為至少約1.23V。當氧化劑體系包含在本發明的組合物中時，足以提供200ppb的自動催化氧化劑或氧化催化劑的一定量的氧化劑體系應能把含有150ppb溶解錳的去離子水的溶解錳濃度，在一分鐘內減少至少約50％、優選至少約60％，在五分鐘內減少至少約60％、優選至少約70％，溶解錳的濃度通過原子吸收光譜測量，并且試驗在室溫(20℃)下進行。優選用于本發明的自動催化氧化劑和氧化催化劑是基于過渡金屬的，尤其優選那些在元素周期表中族V、VI、VII和VIII的元素，如Mn、Co、V、Mo和Ru，以及它們的混合物。用于本發明的高度優選的自動催化氧化劑包括錳酸鹽，尤其是高錳酸鉀。適用于本發明的氧化催化劑包括二氧化錳本身和錳和鈷的催化劑，它們描述于例如WO-A-97/00311、US-A-5,246,612、US-A-4,810,410、EP-A-0408131和US-A-5,244,594。適于與氧化催化劑一起使用或實際與自動催化氧化劑一起使用的氧化劑包括基于氯的消毒劑，從在凝結/絮凝反應時限內快速有效地氧化溶解錳的角度看，基于氯的消毒劑和自動催化氧化劑的組合是尤其有益的。
優選地，本發明組合物按重量計包括約0.001％至約0.15％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.02％至約0.06％的自動催化氧化劑、氧化催化劑或其混合物。
水處理化學物如硫酸亞鐵和硫酸鐵典型地由具有高的溶解錳含量的物質源制得，在最終市售產品中所殘留的錳有不同的含量。盡管一些制造商已采取措施來最小化產品中的溶解錳含量，但現已發現，對于本發明的目的，在凝結劑中少量的溶解錳從兩個角度看是高度期望的。第一，它看上去促進了氧化反應，導致最終含量較低的溶解錳，和降低了絮凝后變色，尤其是在高度被污染的水的條件下，例如使含有多達200ppb至300ppb的溶解錳的水在絮凝后，其溶解錳濃度減少至50ppb、或在一些情況下更低。第二，在低溶解錳污染的情況下，它提供了補償載荷，從而使自動催化氧化劑的絮凝后含量保持為最小。在基于高錳酸鉀的氧化劑體系的情況下，這是尤其重要的，如果存在的氧化劑過量，所述高錳酸鉀可導致處理過的水產生粉紅色。
因此，本發明組合物優選包括作為部分凝結劑，或其它的約0.005％至約0.2％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.015％至約0.05％的Mn(II)形式的錳。另一方面，Mn(II)與自動催化氧化劑如高錳酸鉀的重量比率的范圍優選為約1∶10至約10∶1、更優選約1∶5至約5∶1、尤其優選約1∶2至約2∶1。
本發明的組合物、方法和套件還通常包含水溶性堿，從遞送最優應用pH特征圖的角度看，這是有價值的。一般來說，主凝結劑和堿的含量應被調整以使應用濃度(通常為總組合物的約620ppm)的pH范圍為約6.0至8.5，但優選為約6.0至7.0，從提供對于不同污染程度和類型的被污染的水的性能強度的角度看，這是優選的。為了達到所需的pH水平，主凝結劑與水溶性堿的重量比率范圍通常為約0.8∶1至約3∶1、優選約0.9∶1至約2.4∶1、更優選約1∶1至約2∶1。通常，組合物按重量計包括約10％至約45％、優選約15％至約40％、更優選約20％至約35％的水溶性堿。
本發明的組合物、方法和套件還可包括水不溶性的硅酸鹽物質如粘土或沸石，其通過用作晶種顆粒，或促進金屬離子的吸收或陽離子交換以有助于絮凝過程。在優選的實施方案中，本發明的主凝結劑與水不溶性的硅酸鹽的重量比率為約0.3∶1至約5∶1、優選約0.7∶1至約2∶1、更優選約0.8∶1至約1.2∶1。通常，本發明組合物按重量計包括約10％至約80％、優選約20％至約50％、更優選約25％至約35％的水不溶性的硅酸鹽。
本發明的組合物和套件能夠以各種形式和工藝類型來使用，包括批式和連續方式，但優選地，組合物為單位劑型，并以批式凈化和澄清相對小的預定體積的被污染飲用水的方式來使用。相對小的體積是指在家庭或個人使用中典型地需要立即使用的水的體積，或需要短期貯存和使用的水的體積。典型地，使用本發明組合物處理的被污染飲用水的體積范圍為約0.1至約100、優選約0.5至約40、更優選約5至約20、尤其優選約8至約13升。另一方面，每升被污染飲用水所需的組合物的單位劑量范圍通常為約50至約2000、優選約100至約1000、更優選約250至約750mg。適用于本發明的單位劑型包括片劑、致密物、壓出物、水溶性單隔室和多隔室的小袋等，但優選的單位劑型為單隔室和多隔室小藥囊，其包括單位劑量的粒狀或粉狀組合物，所述小藥囊在使用前打開，將里面的物質全部倒至預先定量的被污染飲用水中。
對于上述目的，本發明高度優選單位劑型的組合物，所述組合物包含(i)按重量計約15％至約50％、優選約25％至約40％的主凝結劑；(ii)按重量計約0.2％至約5％、更優選約0.5％至約3％的橋連絮凝劑；(iii)按重量計約0.5％至約5％、更優選約1％至約4％的助凝劑；(iv)按重量計約0.2％至約10％、優選約0.5％至約4％、更優選約0.7％至約2.5％的基于氯的殺微生物消毒劑；和(v)按重量計約0.001％至約0.15％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.02％至約0.06％的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。
還很重要的是，在組合物的使用過程中，確保將有效量的制劑成分遞送到待凈化的污染水樣品。因此，在組合物中的主凝結劑、橋連絮凝劑、助凝劑、基于氯的消毒劑和氧化劑體系的含量優選應足以提供按被污染飲用水的重量計約50至約500、優選約75至約300、更優選約100至約250ppm的主凝結劑；約1至約15、優選約2至約10、更優選約2.5至約7.5ppm的橋連絮凝劑；約1至約25、優選約5至約20、更優選約8至約12ppm的助凝劑；約1至約20、優選約2至約15、更優選約3至約10ppm的基于氯的消毒劑；和約10至約1000、優選約50至約800、更優選約100至約400ppb的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。
在優選的實施方案中，殺微生物消毒劑以受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式被摻入到本發明的組合物中，由此將消毒劑釋放到飲用水中，并使其僅在凝結和絮凝階段基本結束后與其中溶解的有機雜質反應，從在凈化過程中控制和最小化產生三鹵甲烷(THM)的含量來看，這是有價值的。本發明消毒劑的釋放速率的量度是tmax，這是在20℃下將組合物加入到去離子水并輕輕攪拌以達到最大殘余消毒劑濃度所需的時間。優選地，本發明組合物的tmax為至少約1分鐘、優選至少約2分鐘、更優選至少約4分鐘、尤其優選至少約8分鐘。另一方面，有機雜質的凝結和絮凝的速率可通過n％-ile溶解的有機物質的絮凝速率(tn)來測量。在本文中，n％-ile溶解的有機物絮凝速率是指根據下述程序所測量的腐殖酸濃度減少n％所需的時間。優選地，本發明組合物的t80小于約2分鐘、優選小于約1分鐘、更優選小于約30秒。此外，在優選的實施方案中，本發明組合物的t90小于約2分鐘、優選小于約1分鐘、更優選小于約30秒。本發明的一個特征是，本發明組合物提供了對絮凝后變色反應的有效控制，盡管為了最小化THM生成和最優化消毒性、孢囊控制等，許多消毒劑僅在凝結和絮凝反應結束后釋放。
因此，根據本發明的另一方面，提供了凈化和澄清被污染飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的(iv)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；其中，殺微生物消毒劑為受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式，由此在20℃加入去離子水后，所述組合物的相應于達到最大消毒劑濃度的時間tmax大于組合物的80％-ile溶解有機物絮凝速率(t80)、優選大于90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)。
優選地，tmax比t80、更優選比t90大至少約1分鐘、更優選至少約2分鐘、甚至更優選至少約4分鐘、尤其優選至少約8分鐘。
在上述的模型表面水上測量n％-ile有機物絮凝速率。將620mg水凈化組合物加入到1升模型表面水樣品中，同時攪拌。然后以30秒的間隔取等分試樣的液體，各個等分試樣通過0.45μm濾器過濾。然后使用例如Hanna HI93727顏色儀測量等分試樣的顏色，并與一套已知腐殖酸濃度和顏色讀數的標準值進行比較。n％-ile溶解的有機物絮凝速率就是達到顏色讀數的時間，所述顏色讀數相應于初始含量(24ppm)的(100-n)％的腐殖酸含量。
優選地，使用本發明的凈化組合物在體內或在模型表面水上達到的最終顏色(例如，在30分鐘過濾后和貯存高達72小時后)小于20PCU，優選小于15PCU，尤其優選小于10PCU。另一方面，使用本發明的凈化組合物在體內或在模型表面水上達到的最終濁度優選小于5NTU、更優選小于2NTU、尤其優選小于1NTU，使用Jenway 6035濁度儀測量濁度，該濁度儀每日以5.0NTU標準值進行校準。
在可供選擇的實施方案中，消毒劑和剩余的水凈化組合物(不含消毒劑的組合物)可同時或彼此按順序用于獨立的處理步驟中。
優選地，當分開使用時，不含消毒劑的組合物與消毒劑的重量比率為從10000∶1、或優選從5000∶1、或優選從1000∶1、或優選從500∶1，優選至2∶1、或優選至10∶1、或優選至25∶1、或優選至50∶1、或優選至100∶1。
本發明的組合物、方法和套件還優選包括食物添加劑或營養物源，從提供不僅純凈還包含良好健康和營養所要求的必需礦物質和其它食物添加劑的飲用水的角度看，這是有價值的。食物添加劑或營養物源可作為一種或多種單位劑型的獨立組合物包括在本發明的套件中，或者它們可直接摻入到水凈化組合物本身。
因此，根據本發明的另一方面，提供了凈化、澄清和營養化被污染飲用水的組合物，所述組合物包含(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)基于氯的殺微生物消毒劑；
(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和(v)食物添加劑或營養物源。
當食物添加劑和營養物源為不可凝結的、或在凝結和絮凝過程后至少部分存在的，例如氟化劑、碘化劑和必需礦物質如鋅和鐵，那么食物添加劑或絮凝劑可摻入到水凈化組合物，不需要特別的措施。另外，食物添加劑或營養物源還能如本文描述的消毒劑那樣以受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式摻入。在這個實施例中，在20℃，在加入到去離子水后，組合物的相應于達到最大營養物濃度的時間tmax應大于組合物的80％-ile溶解的有機物絮凝速率(t80)、優選大于90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)。
本發明還希望控制水凈化組合物的游離水含量，尤其是本發明的那些包括次氯酸鈣作為殺微生物消毒劑的組合物。應理解，本發明組合物的許多成分如膨潤土粘土、基于明礬的凝結劑等包含天然數量的游離水，已發現這對于次氯酸鈣穩定性是尤其有害的。因此，在優選的實施方案中，本發明組合物的游離水含量按重量計應小于約6％、優選小于約4％、尤其更優選小于約2.5％。還高度希望摻入一種或多種能用作水槽的成分，例如含有少量水的預干燥的粘土和以無水的或部分水合形式的能水合的鹽，由此組合物的游離水含量低于使本組合物的組分100％水合所必需的理論量。尤其優選的水槽包括預干燥的粘土和硅鋁酸鹽、無水碳酸鈉以及它們的混合物。優選地，水槽的游離水含量按重量計小于約4％、更優選小于約3％、尤其優選小于約2.5％、尤其更優選小于約1.5％。產物或水槽的游離水含量按下述方法測定。在室溫下經20分鐘，將2g產物或水槽樣品萃取到50ml無水甲醇中。然后取出1ml等分試樣的溶液，通過標準Karl Fischer滴定來測定游離水。游離水被表示為相對于樣品重量(在這種情況下為2g)的水的重量百分比。
因此，根據本發明的另一方面，提供了凈化和澄清被污染飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)作為殺微生物消毒劑的次氯酸鈣；
(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的水槽，其中所述組合物的自由水含量按重量計小于約6％、優選小于約4％、更優選小于約2.5％。
本發明還涉及凈化被污染飲用水的方法，包括將所述水至少與主凝結劑物質、殺微生物消毒劑和氧化劑體系接觸。高度優選的方法還包括將飲用水與一種或多種橋連絮凝物質，其中凝結劑與絮凝劑的含量和比率優選在某個范圍內、助凝劑、消毒中和劑、水溶性堿、水不溶性的硅酸鹽(例如，粘土、沸石或其混合物)和食物添加劑或營養物源接觸。
因此，在方法方面，本發明涉及凈化和澄清被污染飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；和(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和優選地(iv)橋連絮凝劑，所述橋連絮凝劑選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量為至少約2,000,000。
在另一方法方面，本發明涉及凈化和澄清被污染飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；(iv)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑，其優選選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物，所述聚合橋連絮凝劑的重均分子量為至少約2,000,000，且其中主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率為約10∶1至約150∶1、優選約20∶1至約100∶1、更優選約25∶1至約75∶1；和優選的
(v)水溶性或水分散性的聚合助凝劑，所述聚合助凝劑優選選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物，所述聚合助凝劑的重均分子量小于約1,500,000。
本發明還涉及凈化、澄清和營養化被污染飲用水的方法，所述方法包括被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)基于氯的殺微生物消毒劑；(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和(v)食物添加劑或營養物源。
本發明的方法包括許多不同的化學和物理階段，它們能同時或按順序進行。廣義上說，這些階段包括(i)凝結和絮凝階段，其中將被污染飲用水與凝結劑、橋連絮凝劑和如果存在的助凝劑接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將飲用水與基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在凝結和絮凝階段結束前的錳氧化階段，其中將飲用水與氧化劑體系接觸，由此所得的MnO2與其它固體物質在凝結和絮凝階段凝結和絮凝；和(iv)分離階段，其中將固體物質與飲用水在物理上分開。
優選地，在凝結和絮凝階段基本結束后，將飲用水與消毒劑進行殺微生物接觸，由此本文上述的tmax大于組合物的80％-ile溶解的有機物絮凝速率(t80)，優選大于90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)。
另外，本發明的方法還優選包括中和階段，其中在所述分離階段之后，將飲用水與消毒中和劑接觸，以便在飲用水貯存時保持飲用水純度，但在使用前減少或除去過量的消毒劑。在基于氯的消毒劑實施例中，合適的消毒中和劑包括活性炭和還原劑如硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、過氧化氫和過碳酸鈉。
因此，根據本發明的另一方面，提供了凈化和澄清被污染飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水進行下列階段的處理(i)凝結和絮凝階段，其中將被污染飲用水與主凝結劑、聚合橋連絮凝劑和任選的聚合助凝劑混合接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；
(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將飲用水與基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在凝結和絮凝階段結束之前的錳氧化階段，其中將飲用水與氧化劑體系接觸，所述氧化劑體系將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2，由此所得的MnO2與其它固體物質在凝結和絮凝階段凝結和絮凝；(iv)分離階段，其中將固體物質與飲用水在物理上分開；和(v)中和階段，其中在所述分離階段之后，將飲用水與消毒中和劑接觸，以減少或除去過量的消毒劑。
另外，本發明的方法還優選包括營養化階段，其中在分離階段之前或之后，將飲用水與食物添加劑或營養物源接觸。
因此，根據另一方法方面，提供了凈化、澄清和營養化被污染飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水進行下列階段的處理(i)凝結和絮凝階段，其中將被污染飲用水與主凝結劑、聚合橋連絮凝劑和任選的聚合助凝劑混合接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將飲用水與基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在凝結和絮凝階段結束之前的錳氧化階段，其中將飲用水與氧化劑體系接觸，所述氧化劑體系將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2，由此所得的MnO2與其它固體物質在凝結和絮凝階段凝結和絮凝；(iv)分離階段，其中將固體物質與飲用水在物理上分開；和(v)營養化階段，其中在分離階段之前或之后，將飲用水與食物添加劑或營養物源接觸。
在本發明的方法方面，主凝結劑的加入量按被污染飲用水的重量計通常為約50至約500、優選約75至約300、更優選約100至約250ppm；橋連絮凝劑的加入量按被污染飲用水的重量計通常為約1至約15、優選約2至約10、更優選約2.5至約7.5ppm；助凝劑的加入量按被污染飲用水的重量計通常為約1至約25、優選約5至約20、更優選約8至約12ppm；殺微生物消毒劑的加入量按被污染飲用水的重量計通常為約1至約20、優選約2至約15、更優選約3至約10ppm；氧化劑體系的加入量通常可提供按被污染飲用水的重量計約10至約1000、優選約50至約800、更優選約100至約400ppb的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。根據本發明的方法處理的被污染飲用水的體積范圍優選為約0.1至約100、更優選約0.5至約40、還更優選約5至約20、尤其優選約8至約13升。
盡管本發明可以利用任何簡便的方法將固體物質與部分凈化的飲用水分開，例如，通過潷析、沉淀、浮選等，優選地，通過在分離階段中使用紙、無紡布或布過濾元件的過濾來完成分離。并且，固體物質的分離優選在單獨的過濾步驟中完成，無需更換過濾元件。本發明的一個特征是，組合物和方法具有通過一次性紙和無紡布濾器的較好過濾性質，優選這些過濾方式以得到除去孢囊和細菌污染的最佳性能。本發明組合物和方法還提供了通過布過濾元件的較好過濾特性，所述布過濾元件由親水基質如棉花制成，從成本和環境因素以及同時提供高度有效的過濾性能的角度看，優選這些系統。
本發明的組合物、方法和套件可用于凈化被高含量的溶解錳(例如，其含量超過約150ppb、優選超過約200或甚至超過300ppb)污染的水，和/或使用被高含量的溶解錳(例如，其含量超過約0.05％、優選超過約0.075％、或甚至優選超過0.1％的凝結劑)污染的凝結劑來凈化水，其中在被凈化的水中溶解錳的濃度低于約100ppb、優選低于約80ppb、更優選低于約50ppb。
本發明的組合物、方法和套件還尤其在凈化已被重金屬如砷和/或鉛污染的水方面有價值，并能有效地凈化水，使砷的濃度低于約5ppb、優選低于約2ppb，使鉛的濃度低于約15ppb、優選低于約10ppb。
本發明的組合物、方法和套件還在凈化已被溶解的有機雜質如腐殖酸污染的水方面有價值，并能有效地凈化水，使其總有機物濃度低于約10ppm、優選低于約7ppm、更優選低于約4ppm，并使三鹵甲烷(THM)的含量低于約100ppb、優選低于約70ppb、更優選低于約40ppb。
本發明的組合物、方法和套件還在凈化已被孢囊如賈第蟲孢囊和小隱孢子蟲污染的水方面有價值，其中孢囊濃度減少了至少約log2、優選至少約log3、更優選至少約log3.5。
在套件方面，本發明涉及凈化和澄清被污染飲用水的套件，所述套件包括(i)一個或多個單位劑量的本發明的水凈化組合物，和(ii)物理上將固體物質與飲用水分開的部件。
用于物理上將固體物質與飲用水分開的部件包括上述的布、紙和無紡布濾器。
本發明的套件還可包括一個或多個單位劑量的不含消毒劑的水凈化組合物和殺微生物消毒劑組合物、和/或一個或多個單位劑量的食物添加劑或營養組合物。殺微生物消毒劑組合物可以與不含消毒劑的水凈化組合物同時或按順序使用。食物添加劑或營養組合物也能與水凈化組合物同時或按順序使用。
發明詳述主凝結劑適用于本發明的主凝結劑包括水溶性無機鹽以及它們的混合物。在高度優選的實施方案中，本發明組合物包含無機金屬鹽，所述無機金屬鹽選自硫酸鐵、氯化鐵、硫酸錳、氯化錳、硫酸銅、氯化銅、硫酸鋁、氯化鋁、其聚合物變體及其組合。本發明組合物的無機金屬鹽基于這樣的基礎選擇，使得它能用作凝結劑，并能與帶電荷的水溶性雜質以一定的方式反應，以中和所述水溶性雜質的電荷，形成水不溶性雜質，通常形成所述雜質的水不溶性鹽，所述水不溶性雜質從溶液中沉淀析出。通過增加水不溶性雜質的粒徑以引起沉淀，或通過過濾或其它水不溶性物質除去技術，如浮選或潷析來加速除去這些水不溶性雜質，本發明組合物的無機鹽還能降低水的濁度。通過凝結或吸附有機物至已在水中形成的水不溶性雜質，本發明所選擇的無機鹽還能從水中將重金屬離子沉淀析出，并能降低在水中的總有機物含量。
優選地，本發明組合物的無機金屬鹽為多價的，優選二價或三價的無機金屬鹽，如硫酸鋁(三價)、硫酸亞鐵(二價)、或硫酸鐵(三價)。本發明所使用的最優選的無機金屬鹽為硫酸鐵(三價)。術語“無機金屬鹽”包括其所有的聚合物變體，如聚氯化鋁和聚三價鐵物質，但不包括含有甲基或乙基的化合物。無機金屬鹽優選不含碳原子。術語“不含碳原子的無機金屬鹽”包括無機金屬鹽來源，其包括少量的碳雜質如常見于天然無機金屬鹽來源的雜質。例如，本發明組合物的優選無機金屬鹽包括(按所述鹽的重量計)小于5％、更優選小于3％、更優選小于1％、甚至更優選小于0.1％、甚至更優選小于0.01％的碳原子。
尤其優選的是那些是酸的來源的無機金屬鹽，如硫酸鋁(三價)或硫酸鐵。當本發明組合物還包括碳酸鹽來源如碳酸鈉時，尤其如此，因為酸來源和碳酸鹽來源可在一起反應產生氣體。這個過程被稱為泡騰，它有助于分散本發明組合物，尤其當本發明組合物為片劑時。
本發明組合物優選包含(按重量計)從1％、或優選從5％、或優選從10％、或優選從15％、或優選從20％、或優選從25％，優選至50％、或優選至40％、或優選至30％的無機鹽，所述無機鹽選自硫酸鐵、氯化鐵、硫酸錳、氯化錳、硫酸銅、氯化銅、硫酸鋁、氯化鋁、其聚合物變體，及其組合。
助凝劑本發明的水凈化組合物優選包括助凝劑(有時在本文中稱為“第一聚合材料”)。高度優選的是包括胺基并因此具有陽離子性質的聚合物材料。第一聚合材料基于這樣的基礎選擇，使得它能有助于凝結和絮凝過程，尤其是能結合主凝結劑來輔助顆粒粘合并聚集水不溶性的顆粒成為較大的水不溶性的聚集絡合物，這稱為絮凝物。第一聚合材料還可吸附或凝結油、脂肪和其它有機的或無機的物質，并可鰲合重金屬離子。
本文所用的術語“胺基”包括伯胺基、仲胺基、叔胺基、季胺基如季銨基團，但術語“胺基”不包括酰胺基。所述胺基可以是連接聚合材料主鏈的單體單元的基團，或可以作為聚合材料的側基存在，例如作為多糖的胺基側基。優選地，胺基以側基存在。
優選地，聚合材料是基本上水不溶性的。本文所定義的“基本上水不溶性的”是指按其總干燥重量計具有至少10％的不溶解材料，這是由下述方法所測定的在20oC將1g材料加入到pH為6.0至8.0的1升蒸餾水中，并劇烈攪拌24小時。然后將水通過3微米濾器過濾，將在過濾步驟中收集到的不溶解物質在80oC干燥，直至重量恒定，典型的干燥時間為24至48小時。然后測定未溶解物質的重量，可以計算得到這種未溶解物質的干燥重量百分比。
當第一聚合材料與水接觸時，第一聚合材料的胺基優選至少部分質子化，典型地，這種質子化反應在pH低于9.0、優選pH為3至8的條件下發生。因此，優選地，第一聚合材料在處于pH低于9的水溶液中時為陽離子。可供選擇地，第一聚合材料的胺基可能已經處于帶電荷狀態，例如取代的或質子化的狀態。第一聚合材料的胺基可以是陽離子季銨基團。
第一聚合材料優選地包括含有胺基的多糖。第一聚合材料可包含陽離子淀粉，例如來自馬鈴薯淀粉、蠟狀玉蜀黍淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉和米淀粉的陽離子淀粉。更優選地，第一聚合材料包括多糖，所述多糖包括含直接連接其糖主鏈單體單元的胺基。更優選地，第一聚合材料包括葡萄糖胺聚合物，其中所有的糖主鏈單體單元通過β-1-4-糖苷鍵以直鏈構型連接。更優選地，第一聚合材料包括改性的甲殼質，如脫乙酰殼多糖、改性的脫乙酰殼多糖或其鹽。最優選地，第一聚合材料包括脫乙酰殼多糖或改性的脫乙酰殼多糖。第一聚合材料可以是甲殼質雜質，因此甲殼質是用于本發明的第一聚合材料的優選來源。
適用于本發明的脫乙酰殼多糖典型地衍生自甲殼綱動物如螃蟹、龍蝦和小河蝦的甲殼質。衍生自真菌甲殼質的脫乙酰殼多糖也可用于本發明。用于本發明的脫乙酰殼多糖典型地發現于甲殼綱動物的殼中，可通過本領域已知的任何技術來萃取，例如通過使用描述于US3533940、US3862122、US3922260和US4195175的萃取技術來得到脫乙酰殼多糖。
用于本發明的第一聚合材料的典型的胺基改性度為至少0.1、更優選至少0.2或優選至少0.3、或優選至少0.4、或優選至少0.5、或優選至少0.6、或優選至少0.7、或優選至少0.8、或優選至少0.9、或優選至少1.0。所述改性度是存在于聚合材料中的胺基數量的表征，其定義為聚合材料的每個單體單元所存在的胺基數的數量比。
優選地，第一聚合材料的重均分子量為至少10000、或優選至少25000、或優選至少50000、或優選至少75000、或優選至少100000。
本發明組合物優選包括(按重量計)從0.1％、或優選從0.5％、或優選從1％、或優選從1.5％、或優選從2％、或優選從2.5％，優選至50％、或優選至40％、或優選至30％、或優選至20％、或優選至10％、或優選至5％、或優選4％至的第一聚合材料。
橋連絮凝劑本發明組合物還包括橋連絮凝劑(有時在本文中稱為第二聚合材料)。優選地，第二聚合材料在應用濃度時是基本水溶性的，其重均分子量為至少約100,000、優選至少約2000000。第二聚合材料基于這樣的基礎選擇，使得它能用作絮凝劑，并將水不溶性的顆粒聚集為較大的水不溶性的聚集絡合物，所述聚集絡合物稱為絮凝物。據信，第二聚合材料能用作絮凝劑，這是因為它的高分子量、結構和水溶解性的組合。
第二聚合材料的分子量通常比第一聚合材料大，優選不包括胺基。優選地，第二聚合材料包括酰胺基。更優選地，第二聚合材料為聚丙烯酰胺。第二聚合材料優選不是陽離子聚丙烯酰胺，優選地，第二聚合材料不是陽離子。
優選地，用于本發明的第二聚合材料是非離子或陰離子，優選陰離子，更優選第二聚合材料的每單體單元包含至少0.02、或優選至少0.05、或優選至少0.1個陰離子基團。
用于本發明的第二聚合材料典型地是聚丙烯酰胺，尤其優選陰離子或非離子的聚丙烯酰胺。用于本發明的典型的陰離子和非離子的聚丙烯酰胺是那些由Ciba提供的Magnafloc系列物。在這些聚丙烯酰胺中，尤其優選的是那些物質，已知其商品名為Magnafloc LT20、Magnafloc LT25、Magnafloc LT25S、MagnaflocLT26、Magnafloc LT28、Magnafloc 351和Magnafloc 919。
優選少量的基本水溶性有機物存在于本發明的組合物中。術語“少量基本水溶性的物質”可由下述方法測定將500mg所述組合物加入到1升去離子水中形成溶液，所述去離子水不包括可檢測到的基本水溶性有機物。將所述溶液放置30分鐘，其間偶爾攪拌，然后通過Whatman GF/C紙過濾得到被凈化的水，所述紙的平均孔徑為1.2微米。使用ISO方法82451999測定所述凈化水的總有機物(TOC)的含量。包括“少量基本水溶性的物質”的組合物被定義為，當使用該方法測試時，能使所述凈化水的TOC小于10ppm、優選小于7ppm、更優選小于4ppm的組合物。
還優選的是，少量基本水溶性有機物是使用體內的或在模型表面水上的組合物得到的。對于這個目的，將620mg組合物分別加入到1升體內或模型表面水，然后重復試驗。優選地，處理后的水的TOC小于10ppm、更優選小于7ppm、尤其優選小于4ppm。
優選地，第二聚合材料不包括多糖，更優選地，第二聚合材料不包括羧甲基纖維素或其衍生物。
優選地，第二聚合材料的重均分子量為至少2500000、或優選至少3000000、或優選至少5000000、或優選至少7500000、或優選至少10000000、或優選至少15000000。
優選地，本發明組合物包括(按重量計)從0.1％、或優選從0.2％、或優選從0.5％、或優選從1％，優選至30％、或優選至20％、或優選至10％、或優選至5％、或優選至3％的第二聚合材料。
殺微生物消毒劑本發明組合物包括殺微生物消毒劑(有時在本文中稱為消毒劑)。消毒劑可包括能消毒或凈化水的任何化合物。消毒劑可以是無機物，如銀鹽、膠態銀、納銀(nanosilver)、臭氧、二氧化氯、氯、次氯酸鈉或氯胺。消毒劑也可以是有機物如季銨化合物。優選的消毒劑包括無機的基于氯的消毒劑，其中氯為不是負一價，優選高于負一價的正氧化態。氯的優選來源包括次氯酸鹽(尤其是次氯酸鈣)和氯的有機來源如異氰脲酸酯。其它合適的消毒劑包括碘和碘來源如多碘樹脂。
如上討論的，消毒劑優選以受控的、延遲的、持續的、或緩慢的釋放形式使用。提供這些受控的、延遲的、持續的、或緩慢的釋放的方式(下文稱為“提供延遲釋放的方式”)可包括將消毒劑混合或涂以例如水溶性較差或疏水的材料，或提供足夠厚的涂層，使得涂層的溶解動力學提供延遲釋放。水溶性較差或疏水的材料包括蠟、石蠟、二氧化硅、沸石、粘土、聚合樹脂、纖維素、交聯聚合物、不溶解的鹽如碳酸鈣等。通過在例如盤子、轉鼓和垂直混合器中附聚或通過噴霧方式來涂敷包衣材料。提供延遲釋放的其它方式包括改變消毒劑的物理性質的機械方式如壓縮，改變消毒劑的粒徑分布的造粒方式等。
從使被高含量的有機雜質污染的水達到最優絮凝和消毒性能的角度看，本發明高度優選顆粒消毒劑，優選次氯酸鈣，其粒徑分布使得按重量計至少約50％、優選至少約75％、更優選至少約90％的顆粒保留在210μm(Tyler 65目)篩子上、優選保留在425μm(35目)篩子、更優選保留在600μm(28目)篩子上、還更優選保留在710μm(24目)篩子上、甚至更優選保留在850μm(20目)篩子上、尤其優選保留在1000μm(16目)篩子上。
為了最小化在最終單位劑量的組合物中的隨機采樣方差，還優選顆粒消毒劑的粒徑分布使得按重量計至少約50％、優選至少約75％的顆粒能通過2000μm(9目)篩子、更優選能通過1400μm(12目)篩子。
本發明組合物優選包括(按重量計)從0.01％、或優選從0.1％、或優選從0.2％、或優選從0.5％、或優選從0.7％、或優選從1.0％、或優選從1.2％、或優選從1.5％，優選至20％、或優選至10％、或優選至5％、或優選至4％、或優至選2.5％的消毒劑。
氧化劑體系適用于本發明的氧化劑體系已在上文詳細描述。高度優選的是自動催化氧化劑如錳酸鹽，尤其是高錳酸鉀。這些體系是自動催化的，這意味著與溶解錳的反應產物，即膠態的二氧化錳本身可用于催化氧化反應，從而有助于在凝結/絮凝反應時限內快速氧化。
優選地，本發明組合物按重量計包括約0.001％至約0.15％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.02％至約0.06％的自動催化氧化劑、氧化催化劑或其混合物。
為了最小化在最終單位劑量組合物中的隨機取樣方差，優選自動催化氧化劑或催化劑為顆粒形式，每單位劑量的最小顆粒數為約100，顆粒數優選大于約150，更優選大于約200。優選地，單個顆粒的平均重量小于約20μg、更優選小于約10μg。
水不溶性的硅酸鹽本發明組合物優選地包括水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物。
用于本發明的高度優選的硅酸鹽是粘土。所述粘土用作晶種顆粒，水不溶性的雜質在它上面可以聚集形成絮凝物。在組合物中粘土的存在改善了絮凝物形成的速率，與本發明組合物不含粘土時相比，含有粘土的組合物產生了較大的絮凝物。粘土也可用作溶脹劑，如果本發明組合物為片劑形式，通過與水接觸產生的溶脹，粘土能改善片劑在接觸水后的裂解速率，使得片劑組分被溶漲的粘土顆粒分開。粘土也能用作片劑內的干燥劑。粘土也可用作陽離子交換劑以從水中除去金屬離子，粘土也可通過吸附從水中除去顏色、重金屬和一些有機物質。
粘土優選為綠土粘土、優選雙八面體綠土粘土如蒙脫粘土或三八面體綠土粘土如鋰蒙脫石粘土。那些在膨潤土粘土沉積物中發現的粘土也是優選的。用于本發明的尤其優選的粘土包括硅酸鎂鋁(laponite)粘土、鋰蒙脫石、蒙脫石、囊脫石、滑石粉、鉻嶺石(volkonsite)、鋅蒙脫石、貝得石、allevarlite、伊利石、多水高土和綠坡縷石。在包含次氯酸鈣的組合物中，應小心地控制粘土的游離水含量以提供可接受的消毒劑穩定性。優選地，游離水含量按重量計應小于約4％、更優選小于約3％、尤其優選小于約2.5％、尤其更優選小于約1.5％。游離水含量是在上述的程序之后，在2g試驗材料樣品上測定的。
從提供最佳消毒性能的角度看，高度優選用于本發明的是預干燥的粘土，它們在干燥形式時可以清除或吸收水分。這些粘土能以所謂的“含水量”描述，在本文中這是指在80％的相對濕度和20℃時，通過少量(例如，10mg)干燥物質樣品從空氣中所吸收的水分的平衡重量百分比，這是由動力學蒸氣吸附技術所測得的。例如，如果10mg干燥粘土吸收了2mg水分，該干燥粘土的含水量就是20％。優選用于本發明的干燥粘土的含水量為至少約10％、優選至少約15％、更優選至少約18％。
本發明組合物優選地包括(按重量計)從1％、或優選從5％、或優選從10％、或優選從15％、或優選從20％、或優選從25％，優選至80％、或優選至50％、或優選至35％的粘土。
硅鋁酸鹽可用于本發明以代替或附加在粘土中。硅鋁酸鹽可用作陽離子交換劑以從水中除去金屬離子，并能用作晶種顆粒來增強絮凝物形成，和用作干燥劑來增強消毒劑穩定性。用于本發明的優選硅鋁酸鹽包括沸石A、沸石X、沸石Y、沸石P和沸石β。優選地，鋁硅酸鹽的游離水含量按重量計應小于約4％、更優選小于約3％、尤其優選小于約2.5％、尤其更優選小于約1.5％。
從提供最優消毒劑穩定性的角度看，高度優選用于本發明的是預干燥的硅鋁酸鹽，它們在干燥形式時可以清除或吸收水分。這些干燥的硅鋁酸鹽還能以所謂的“含水量”進行描述，如上所述。優選用于本發明的干燥鋁硅酸鹽的含水量為至少約10％、優選至少約15％、更優選至少約18％。
本發明組合物優選地包括(按重量計)從1％、或優選從5％、或優選從10％、或優選從15％、或優選從20％、或優選從25％，優選至80％、或優選至50％、或優選至35％的硅鋁酸鹽。
第三聚合材料本發明組合物可包括第三聚合材料。所述第三聚合材料不包含胺基，基本上是水不溶性的。術語“基本上水不溶性的”的定義如上所述。因此，第三聚合材料不同于并且也不是第一聚合材料或第二聚合材料。第三聚合材料以這樣的基礎選擇，使得它能用作晶種顆粒來增強絮凝物形成。第三聚合材料可用于取代或添加到粘土中。優選地，第三聚合材料的游離水含量按重量計應小于約4％、更優選小于約3％、尤其優選小于約2.5％、尤其更優選小于約1.5％。
優選地，第三聚合材料包括纖維素，更優選地，第三聚合材料為未改性的纖維素。最優選地，第三聚合材料包括粉狀纖維素。
本發明組合物優選包括(按重量計)從1％、或優選從5％、或優選從10％、或優選從15％、或優選從20％、或優選從25％，優選至80％、或優選至50％、或優選至35％的第三聚合材料。
堿試劑本發明組合物可包括堿試劑。堿試劑可以是任何在接觸水時產生堿性的化合物。用于本發明的堿試劑不是聚合材料。本發明組合物優選包括一定量的堿試劑，使得當本發明組合物接觸水而形成溶液時，所述溶液的pH為5至8、優選6至7。
優選的堿試劑選自碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氧化鈉、碳酸鈣、碳酸氫鈣、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氫氧化鉀、氧化鉀及其組合。
當接觸水時，碳酸鹽來源的具體堿試劑例如碳酸鈉或碳酸氫鈉可優選用于本發明。如果本發明組合物包括酸來源，例如本發明組合物的無機鹽如硫酸鐵，碳酸鹽來源的所述堿試劑就能在有水存在的情況下與所述酸來源發生相互作用，產生氣體。這個過程稱為泡騰，其改善了組合物分散的速率，尤其當本發明組合物為片劑形式時。
本發明高度優選的是，尤其在包含次氯酸鈣作為消毒劑的組合物中，還能用作水槽的堿，尤其是無水碳酸鈉。
本發明組合物典型地包括(按重量計)從1％至50％、優選從10％、或優選從15％、或優選從20％、或優選從25％，優選至45％、或優選至40％、或優選至35％的堿試劑。
組合物本發明組合物優選為固體單位劑型，最優選為片劑或粉末形式。本發明組合物優選被包裝，使得它被保護免受環境條件如水分的影響。優選地，本發明組合物被包裝在水不能透過的材料中，如聚丙烯或典型的層壓材料。一種這樣的層壓材料的實施例是由Akerlund & Raus提供的層壓材料，其包括被涂布的紙層(外層)、LDPE、鋁箔和內層Surlyn(乙烯/異丁烯酸酯共聚物)，這是由-FDA批準的食品包裝。
使用方法本發明組合物可用于凈化水，使用包括如下步驟的方法來得到被凈化的水(a)將本發明組合物與水接觸得到包括固體物質的部分被凈化的水；(b)通過下列方式從所述部分被凈化的水中除去至少部分所述固體物質(i)過濾；或(ii)潷析；或(iii)沉淀；或(iv)浮選；或(v)其組合。
本發明組合物能夠以片劑或固體粉末形式加入到水中，典型地形成包括固體物質如絮凝物的部分被凈化的水。通過任何技術，典型地通過過濾，但潷析、沉淀和浮選也是可以使用的，可以將這種固體物質從部分被凈化的水的剩余部分除去或分離。“過濾”是指部分被凈化的水通過濾器。通過傾倒方式，例如通過將所述部分被凈化的水倒入并通過濾器以從所述部分被凈化的水中除去至少部分固體物質，從而進行過濾。通過向心力方式，例如通過由濾器完全密閉部分被凈化的水、旋轉所述部分被凈化的水和所述濾器，使所述部分被凈化的水通過所述濾器，并且至少部分所述固體物質與所述部分被凈化的水分離，從而也能進行過濾。通過浸漬方式，例如通過浸漬或移動濾器通過所述部分被凈化的水，使得至少部分所述固體物質從所述部分被凈化的水分開，從而也能進行過濾。
典型使用的濾器包括布濾器、無紡布和紙濾器和精煉過濾器(polishingfilters)如包括活性炭、玻璃纖維、沸石、離子交換介質或其組合的濾器，所述濾器從水中除去殘余的水雜質，例如有機物、重金屬離子和殘余的消毒劑。適用的濾器可以浸漬銀或其它生物靜力組分，使得細菌不能在所述濾器上生長，濾器可以重復使用幾次而不會污染正在過濾的水。也可以使用砂濾器，本發明可以組合使用多于一個的濾器。
優選地，將從10mg、或優選從50mg、或優選從75mg、或優選從100mg、或優選從150mg、或優選從200mg、或優選從250mg、或優選從300mg，優選至2000mg、或優選至1000mg、或優選至750mg的本發明組合物加入到1升水中。加入到水中的本發明組合物的量取決于所述水的不純性。例如，與凈化非常不純的水所需要的本發明組合物的量相比，只需要較少的組合物就能適當地凈化不是非常不純的水。
實施例實施例1下面的組合物是根據本發明所制備的。所有的百分比都是按組合物的重量計。在這些實施例中，所提供的硫酸鐵(三價)包含約0.075％的溶解錳，硫酸鋁包含小于約0.01％的溶解錳。
成分 組合物
實施例2將來自實施例1的粉末或片劑形式的500mg組合物A至K分別加入到1升水中。然后將水劇烈攪拌或簡單攪拌混合。將水靜置5分鐘，然后再將所述水攪拌或劇烈攪拌1分鐘，再另外靜置20分鐘。在這段時間內，在水中形成水不溶性的絮凝物。然后將水倒入并通過編織緊密的布濾器以除去所述水不溶性的絮凝物，并收集剩余部分的水。剩余部分的水就是被凈化的水。
實施例3將500mg粉末或片劑形式的組合物A、C、D、F、G、I、J和K分別加入到1升水中。然后將水劇烈或輕微攪拌。將水靜置10分鐘，然后再將所述水攪拌或劇烈攪拌1分鐘，再另外靜置20分鐘。在這段時間內，在水中形成水不溶性的絮凝物。然后將水倒入并通過編織緊密的布濾器以除去所述水不溶性的絮凝物，并收集剩余部分的水。然后將1mg次氯酸鈣加入到收集到的水中，并將所述收集到的水劇烈攪拌或簡單攪拌。這種收集到的水就是被凈化的水。
實施例4下面是根據本發明所制得的其它組合物。所有的百分比都是按組合物重量計。
成分組合物
在上表中，將次氯酸鈣以顆粒形式加入，其平均粒徑為約1212μm，按重量計小于25％的顆粒的粒徑大于1400μm，按重量計小于0.5％的顆粒的粒徑大于2000μm，按重量計小于3％的顆粒的粒徑小于150μm。組合物的游離水含量范圍為1％至4％。鋰蒙脫石粘土、蒙脫粘土和沸石X都預先干燥使其游離水含量按重量計低于1.5％，其含水量超過18％。組合物的tmax為至少約8分鐘，t80小于約30秒。將6.2g粉末形式的組合物L至V從單位劑量的聚丙烯小藥囊加入到10升被重金屬、有機物質、孢囊和高含量的錳污染的飲用水中。然后將水劇烈攪拌或簡單攪拌。將水靜置5分鐘，然后再將所述水攪拌或劇烈攪拌1分鐘，另外靜置5分鐘，然后再將所述水攪拌或劇烈攪拌1分鐘，然后另外靜置5分鐘。在這段時間內，在水中形成水不溶性的絮凝物。然后將液體通過棉布或無紡布濾器過濾，以除去所述水不溶性的絮凝物，并收集濾液。將濾液另外靜置15分鐘，得到被凈化的水。水在初始和靜置一周或更長的一段時間后都沒有顏色(≤15PCU)。
權利要求
1.凈化和澄清被污染的飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使所述飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的一種或多種(iv)橋連絮凝劑，所述橋連絮凝劑選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量為至少約2,000,000；(v)助凝劑，所述助凝劑選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量小于約1,500,000；(vi)水溶性堿；(vii)水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物；和(viii)食物添加劑或營養源。
2.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率為約10∶1至約200∶1、優選為約20∶1至約100∶1、更優選為約25∶1至約75∶1。
3.凈化和澄清被污染的飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使所述飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；(iv)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑，所述聚合橋連絮凝劑優選選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物，所述聚合橋連絮凝劑的重均分子量為至少約2,000,000，且其中主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率為約10∶1至約150∶1、優選為約20∶1至約100∶1、更優選為約25∶1至約75∶1；和可任選的一種或多種(v)水溶性或水分散性的聚合助凝劑，所述聚合助凝劑優選選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物，所述聚合物助凝劑的重均分子量為小于約1,500,000；(vi)水溶性堿；(vii)水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物；和(viii)食物添加劑或營養源。
4.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，主凝結劑與助凝劑的重量比率為約8∶1至約100∶1、優選為約12∶1至約30∶1、和更優選為約15∶1至約25∶1。
5.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，助凝劑與橋連絮凝劑的重量比率范圍為約10∶1至約1∶6、優選為約5∶1至約1∶3、更優選為約3∶1至約1∶1。
6.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，主凝結劑與基于氯的殺微生物消毒劑的重量比率為約10∶1至約100∶1、優選為約12∶1至約60∶1、更優選為約15∶1至約40∶1。
7.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述氧化劑體系能將含有150ppb溶解錳的去離子水中的溶解錳濃度在一分鐘內降低至少約50％、優選至少約60％，在五分鐘內降低至少約60％、優選至少約70％，溶解錳濃度通過原子吸收光譜測量，且所述試驗在室溫(20℃)和所述氧化劑體系的含量足以提供200ppb的自動催化氧化劑或氧化催化劑的條件下進行。
8.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，主凝結劑與水溶性堿的重量比率為約0.8∶1至約3∶1、優選為約0.9∶1至約2.4∶1、和更優選為約1∶1至約2∶1，且主凝結劑與水不溶性的硅酸鹽的重量比率為約0.3∶1至約5∶1、優選為約0.7∶1至約2∶1、和更優選為約0.8∶1至約1.2∶1。
9.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約10％至約99％、優選約15％至約50％、更優選約25％至約40％的所述主凝結劑。
10.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約0.1％至約10％、優選約0.2％至約5％、更優選約0.4％至約3％的所述橋連絮凝劑。
11.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約0.1％至約10％、優選約0.5％至約5％、更優選約1％至約4％的所述助凝劑。
12.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約0.2％至約10％、優選約0.5％至約4％、更優選約0.7％至約2.5％的所述基于氯的殺微生物消毒劑。
13.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述氧化劑體系選自自動催化氧化劑、氧化劑和氧化催化劑的組合、以及它們的混合物，所述氧化劑的標準氧化-還原電位優選為至少約1.23V，所述自動催化氧化劑和氧化催化劑優選地是基于過渡金屬，尤其是那些在元素周期表的V、VI、VII和VIII族的元素，更尤其是Mn、Co、V、Mo和Ru、以及它們的混合物，所述自動催化氧化劑和氧化催化劑優選選自高錳酸鹽、二氧化錳以及它們的混合物。
14.如權利要求13所述的組合物，所述組合物按重量計包括約0.001％至約0.15％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.02％至約0.06％的所述自動催化氧化劑、氧化催化劑或它們的混合物。
15.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物另外包括作為部分所述凝結劑或約0.005％至約0.2％、優選約0.01％至約0.1％、和更優選約0.015％至約0.05％的Mn(II)形式的錳。
16.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述氧化劑體系包括高錳酸鉀，且所述組合物另外包括Mn(II)形式的錳，Mn(II)與高錳酸鉀的重量比率范圍為約1∶10至約10∶1、優選為約1∶5至約5∶1、更優選為約1∶2至約2∶1。
17.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約10％至約45％、優選約15％至約40％、更優選約18％至約35％的所述水溶性的堿。
18.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物按重量計包括約10％至約80％、優選約20％至約50％、更優選約25％至約40％的所述水不溶性的硅酸鹽。
19.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物為單位劑型，用于批式凈化和澄清預定體積的被污染的飲用水，所述被污染的飲用水的體積范圍為約0.1至約100、優選為約0.5至約40、更優選為約5至約20、和尤其為約8至約13升，且其中所述組合物的單位劑量范圍為約50至約2000、優選為250至約1000、更優選為約300至約750mg/升被污染的飲用水。
20.如前述任一項權利要求所述的單位劑型的組合物，所述組合物包括(i)按重量計約15％至約50％、優選約25％至約40％的所述主凝結劑；(ii)按重量計約0.5％至約5％、更優選約0.7％至約3％的所述橋連絮凝劑；(iii)按重量計約0.5％至約5％、更優選約1％至約4％的所述助凝劑；(iv)按重量計約0.2％至約10％、優選約0.5％至約4％、更優選約0.7％至約2.5％的所述基于氯的殺微生物消毒劑；和(v)按重量計約0.001％至約0.15％、優選約0.01％至約0.1％、更優選約0.02％至約0.06％的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。
21.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物包括所述主凝結劑、橋連絮凝劑、助凝劑、基于氯的消毒劑和氧化劑體系，所述組合物的量足以提供按被污染的飲用水的重量計約50至約500、優選約75至約300、更優選約100至約250ppm的主凝結劑；約1至約15、優選約2至約10、更優選約2.5至約7.5ppm的橋連絮凝劑；約1至約25、優選約5至約20、更優選約8至約12ppm的助凝劑；約1至約20、優選約2至約15、更優選約3至約10ppm的基于氯的消毒劑；和約10至約1000、優選約50至約800、更優選約100至約400ppb的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。
22.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述基于氯的殺微生物消毒劑為受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式，由此在20℃，在加入去離子水后，所述組合物的相應于達到最大消毒劑濃度的時間tmax為至少1分鐘、優選至少2分鐘、更優選至少4分鐘、尤其至少8分鐘。
23.如前述任一項權利要求所述的組合物，如本文所定義，所述組合物的80％-ile溶解的有機物絮凝速率(t80)、優選90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)小于2分鐘、優選小于1分鐘、更優選小于30秒。
24.凈化和澄清被污染的飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的(iv)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；且其中所述殺微生物消毒劑為受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式，由此在20℃時，在加入去離子水后，所述組合物的相應于達到最大消毒劑濃度的時間tmax大于所述組合物的80％-ile溶解的有機物絮凝速率(t80)、優選大于所述組合物的90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)。
25.如權利要求24所述的組合物，其特征在于，tmax大于t80至少1分鐘、優選至少2分鐘、更優選至少4分鐘、尤其至少8分鐘，且尤其大于t90。
26.凈化、澄清和營養化被污染的飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)基于氯的殺微生物消毒劑；(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和(v)食物添加劑或營養源。
27.如權利要求26所述的組合物，其特征在于，所述食物添加劑或營養源選自(i)食物添加劑和營養源，它們是不可凝結的或至少在所述凝結和絮凝過程后部分存在，例如氟化劑、碘化劑和必需礦物質如鋅和鐵；和(ii)以受控的、延遲的、持續的或緩慢的釋放形式制備的食物添加劑和營養源，由此在20℃時，在加入去離子水后，所述組合物的相應于達到最大營養物濃度的時間tmax大于所述組合物的80％-ile溶解的有機物絮凝速率(t80)、優選大于所述組合物的90％-ile溶解的有機物絮凝速率(t90)。
28.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述助凝劑為基本上水不溶性的陽離子多糖，優選脫乙酰殼多糖。
29.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，所述基于氯的殺微生物消毒劑為次氯酸鈣。
30.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物另外包括水槽，且所述組合物的游離水含量小于約6％、優選小于約4％、更優選小于約2.5％，所述水槽的游離水含量按重量計優選小于約4％、更優選小于約3％、尤其小于約2.5％、更尤其小于約1.5％，且所述水槽優選選自預干燥的粘土和硅鋁酸鹽、無水碳酸鈉以及它們的混合物。
31.凈化和澄清被污染的飲用水的組合物，所述組合物包括(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)作為殺微生物消毒劑的次氯酸鈣；(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的(v)水槽，且其中所述組合物的游離水含量按其重量計小于約6％、優選小于約4％、和更尤其小于約2.5％。
32.如前述任一項權利要求所述的組合物，所述組合物的過濾特性按每升水用620mg的所述組合物計，處理的至少一升的模型表面水在室溫條件下(20℃)，在小于1小時、優選小于45分鐘、更優選小于30分鐘內通過Whatman 1.2μmGF/C等級濾器，并使得至少1升、優選至少2升、更優選至少3升的所述被處理的水無堵塞地通過所述濾器。
33.如前述任一項權利要求所述的組合物，其特征在于，使用所述組合物在模型表面水上達到的最終濁度小于5NTU、優選小于2NTU，尤其小于1NTU，所述濁度使用Jenway 6035濁度儀來測量，所述濁度儀每日用5.0NTU標準值進行校準。
34.凈化和澄清被污染的飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使所述飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；和可任選的一種或多種(iv)橋連絮凝劑，所述橋連絮凝劑選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量為至少約2,000,000；(v)助凝劑，所述助凝劑選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物以及它們的混合物，所述聚合物的重均分子量小于約1,500,000；(vi)消毒中和劑；(vii)水溶性堿；(viii)水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物；和(ix)食物添加劑或營養源。
35.凈化和澄清被污染的飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)基于氯的殺微生物消毒劑，其含量足以使所述飲用水產生與錳相關的絮凝后變色；(iii)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；(iv)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑，所述聚合橋連絮凝劑優選選自水溶性和水分散性的陰離子和非離子的聚合物，所述聚合橋連絮凝劑的重均分子量為至少約2,000,000，且其中主凝結劑與橋連絮凝劑的重量比率為約10∶1至約150∶1、優選為約20∶1至約100∶1、和更優選為約25∶1至約75∶1；和可任選的一種或多種(v)水溶性或水分散性的聚合助凝劑，所述聚合助凝劑優選選自水溶性和水分散性的陽離子聚合物，所述聚合助凝劑的重均分子量小于約1,500,000；(vi)消毒中和劑；(vii)水溶性堿；(viii)水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物；和(ix)食物添加劑或營養源。
36.凈化、澄清和營養化被污染的飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水與下列物質接觸(i)主凝結劑，所述主凝結劑選自水溶性的多價無機鹽以及它們的混合物；(ii)水溶性或水分散性的聚合橋連絮凝劑；(iii)基于氯的殺微生物消毒劑；(iv)將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2的氧化劑體系；(v)食物添加劑或營養源；和可任選的一種或多種(vi)水溶性或水分散性的聚合助凝劑；(vii)消毒中和劑；(viii)水溶性堿；和(ix)水不溶性的硅酸鹽，所述硅酸鹽選自粘土、沸石以及它們的混合物。
37.如權利要求34至36中任一項所述的方法，所述方法包括(i)凝結和絮凝階段，其中將所述被污染的飲用水與所述凝結劑、橋連絮凝劑和，如果存在的話，助凝劑接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將所述飲用水與所述基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在所述凝結和絮凝階段完成前的錳氧化階段，其中將所述飲用水與所述氧化劑體系接觸，由此所得的MnO2與所述其它固體物質在所述凝結和絮凝階段凝結和絮凝；(iv)分離階段，其中將所述固體物質與所述飲用水在物理上分開；和可任選的一個或多個(v)中和階段，其中在所述分離階段之后，將所述飲用水與消毒中和劑接觸，以減少或除去過量的消毒劑；和(vi)營養化階段，其中在所述分離階段之前或之后，將所述飲用水與所述食物添加劑或營養源接觸。
38.凈化和澄清被污染的飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水進行下列階段的處理(i)凝結和絮凝階段，其中將所述被污染的飲用水與主凝結劑、聚合橋連絮凝劑和任選的聚合助凝劑接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將所述飲用水與基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在所述凝結和絮凝階段結束之前的錳氧化階段，其中將所述飲用水與氧化劑體系接觸，所述氧化劑體系將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2，由此所得的MnO2與所述其它固體物質在所述凝結和絮凝階段凝結和絮凝；(iv)分離階段，其中將所述固體物質與所述飲用水在物理上分開；和(v)中和階段，其中在所述分離階段之后，將所述飲用水與消毒中和劑接觸，以減少或除去過量的消毒劑。
39.凈化、澄清和營養化被污染的飲用水的方法，所述方法包括將所述被污染的水進行下列階段的處理(i)凝結和絮凝階段，其中將所述被污染的飲用水與主凝結劑、聚合橋連絮凝劑和任選的聚合助凝劑接觸，以凝結和絮凝固體物質形式的水雜質；(ii)消毒階段，其中在所述凝結和絮凝階段期間或基本完成之后，將所述飲用水與基于氯的消毒劑進行殺微生物接觸；(iii)在所述凝結和絮凝階段結束之前的錳氧化階段，其中將所述飲用水與氧化劑體系接觸，所述氧化劑體系將溶解的Mn(II)催化或自動催化氧化至MnO2，由此所得的MnO2與所述其它固體物質在所述凝結和絮凝階段凝結和絮凝；(iv)分離階段，其中將所述固體物質與所述飲用水在物理上分開；和(v)營養化階段，其中在所述分離階段之前或之后，將所述飲用水與食物添加劑或營養源接觸。
40.如權利要求34至39中任一項所述的方法，其特征在于，所述主凝結劑的用量按所述被污染的飲用水的重量計為約50至約500、優選為約75至約300、更優選為約100至約250ppm。
41.如權利要求34至40中任一項所述的方法，其特征在于，所述橋連絮凝劑的用量按所述被污染的飲用水的重量計為約1至約15、優選為約2至約10、更優選為約2.5至約7.5ppm。
42.如權利要求34至41中任一項所述的方法，其特征在于，所述助凝劑的用量按所述被污染的飲用水的重量計為約1至約25、優選為約5至約20、更優選為約8至約12ppm。
43.如權利要求34至42中任一項所述的方法，其特征在于，所述基于氯的殺微生物消毒劑的加入量按所述被污染的飲用水的重量計為約1至約20、優選約2至約15、更優選約3至約10ppm，且所述氧化劑體系的加入量可提供按所述被污染的飲用水的重量計約10至約1000、優選約50至約800、更優選約100至約400ppb的基于過渡金屬的自動催化氧化劑或氧化催化劑。
44.如權利要求34至43中任一項所述的方法，所述方法用于凈化被高含量的錳污染的水和/或使用被高含量的錳污染的凝結劑來凈化水，且其中在所述被凈化的水中的錳濃度低于約100ppb、優選低于約80ppb、更優選低于約50ppb。
45.如權利要求34至44中任一項所述的方法，所述方法用于凈化被砷和/或鉛污染的水，且其中在所述被凈化的水中砷的濃度低于5ppb、優選低于2ppb，且鉛濃度低于15ppb、優選低于10ppb。
46.如權利要求34至45中任一項所述的方法，所述方法用以凈化被溶解的有機雜質如腐殖酸污染的水，且其中在所述被凈化的水中總有機物含量低于10ppm、優選低于7ppm、更優選低于4ppm，且三鹵甲烷(THM)含量低于100ppb、優選低于70ppb、更優選低于40ppb。
47.如權利要求34至46中任一項所述的方法，所述方法用于凈化被孢囊如小隱孢子蟲污染的水，且其中所述孢囊濃度被降低了至少約log2、優選至少約log3、和更優選至少約log3.5。
48.如權利要求34至47中任一項所述的方法，其特征在于，按照所述方法處理的被污染的飲用水的體積范圍為約0.1至約100、優選為約0.5至約20、更優選為約5至約15、尤其優選為約8至約12升。
49.如權利要求34至48中任一項所述的方法，所述方法包括分離階段，所述分離階段使用紙、無紡布或布過濾元件，且其中優選地，在一個單一過濾步驟中完成分離，而不更換所述過濾元件。
50.凈化和澄清被污染的飲用水以使所述水可以被飲用的方法，所述方法包括將所述被污染的飲用水與如權利要求1至33中任一項所述的組合物接觸。
51.凈化和澄清被污染的飲用水的套件，所述套件包括(i)如權利要求1至33中任一項所述的一個或多個單位劑量的組合物；和(ii)將固體物質與飲用水在物理上分開的部件。
全文摘要
本發明公開了凈化和澄清和/或營養化被污染飲用水的組合物、方法和套件，所述組合物包括主凝結劑物質、殺微生物消毒劑和氧化劑體系。高度優選的組合物還包含一種或多種橋連絮凝物質，其中凝結劑與絮凝劑的含量和比率優選落在某些范圍內；陽離子助凝劑，尤其是脫乙酰殼多糖；水溶性堿；水不溶性的硅酸鹽和食物添加劑或營養物源。被凈化的水在延長的貯存期限內不會發生變色。
文檔編號C02F9/00GK1620407SQ02814950
公開日2005年5月25日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年8月1日
發明者P·F·蘇特, G·D·克魯克先克, B·斯托達特 申請人:寶潔公司