專利名稱：從液體中分離固體的方法和設備的制作方法
背景技術：
本發明涉及在用于水或其它液體提純的床中的顆粒介質。
固體可以通過使液體經過一個顆粒介質床而從該液體中被除去，這已是公知的技術。這類方法的實例描述在US4608181(Hsiung等人)、4725367(McKim等人)、4780219(Witek)和5009776(Banks)中。
到目前為止，為了方便起見，所述介質一直從供其它用途用的商業上可得的產物中選用。例如，某些過濾使用聚丙烯或聚乙烯球粒制成，這種球粒是出售供給注射成型機的。雖然這樣的現有介質是有效的，但它們并不是最適合用于液體純化中的操作。
可供選擇的方案是，水凈化設備一直使用塑料碎塊床，這樣的碎塊是通過磨碎較大的塑料物體制得的。例如，通過熔化聚丙烯碎粒形成聚丙烯塊，然后將其冷卻和磨碎而制成介質。所得的聚丙烯碎塊有US4608181(Hsiung等人)中所述的性能。雖然塑料碎塊可以被制成對于液體凈化有卓越的性能，但它們的制造費用昂貴，因為為熔化塑料形成大物體必須消耗能量。而且，作為加熱的結果，部分物料可能在組成或性能方面出現所不希望的變化。此外，因為這樣的碎塊是使用一種研磨方法制成的，所以產生塑料細粒。這些細粒必須在介質碎塊可被用于液體處理容器中之前被除去。如果這種介質沒有適當地清洗，細粒會堵塞篩網和其它設備從而引起過早的壓頭損失。去掉細粒的清洗一般是在野外進行的，所以還有環境上適當地處置廢塑料細粒的問題。
這樣，需要一種顆粒介質，所述介質被費用負擔得起的制成并且當被用于液體凈化時還提供極好的結果。
本發明概要現在已經發現，一種顆粒介質，特別是適用于凈化水和其它液體的顆粒介質可以由普通的原料通過一種簡單的方法被制成。所得的介質使用效果不比現有的最好的介質差而且其制造成本是其它高效介質的成本的幾分之一。
本發明的介質是可以由一種普通的聚合物前體物料制成的球粒。特別是，該球粒可以由通常得到的塑料球制成，所述塑料球供給時具有適當的體積并且適合用于液體處理，但是所述球并不具有最好的形狀或構造。選擇聚合物的組成使得該介質將會適合用于其預計的用途，例如所選聚合物有所希望的比重。對于用于制備飲用水的球粒，所選的物料應當是無毒的。還要選擇聚合物的冷加工性能。
為了弄糙這樣的聚合物球的表面，使該球通過一個劃痕器或類似設備，一個具有如此劃痕表面的介質床將比具有未弄糙表面的相似的介質床截留更大量的顆粒物料。這樣的介質的使用允許處理設備操作更長的床清洗之間的時間間隔。
為了增加它們的表面積，塑料球還被壓成類似盤形。在壓縮后，所得到的介質球一般有凸的上和下表面，和在盤的邊上有一周界線或環狀邊。具有這樣的類似盤形的球比未壓縮的球有更大的表面積并且應該填塞得更密。從而類似盤形的球在從經過的液體中收集固體方面更好。
為了更進一步增加固體分離床的表面積，在介質球的表面設有多條溝紋。通過使塑料球粒經過一種帶有條紋表面的輥的滾壓機可以刻上這樣的溝紋。輥表面上的小間距的溝紋的圖樣被轉印到塑料球的表面上。優選通過一次經過一個滾壓機在球被壓扁的同時在球上形成溝紋。
本發明的優點是所述球用于液體凈化床中時有極好的性能而且它們的制造成本低，廢料少而且無環境問題。進一步的優點是具有這樣高質量的球在其制成后可直接使用而不用清理。
附圖的簡述
圖1是一個顆粒介質球的俯視圖；圖2是圖1的球的側視圖；圖3—5是表示顆粒介質球的放大的上表面的照片；圖6是裝有圖1—5中所示的構形的球的水凈化設備的示意圖。
詳細描述參照附圖能最好地理解本發明，這些附圖表示了一種優選的適合用于液體凈化中的球的實例。
從圖1和2可見，球10有一種帶上和下表面12、14的類似盤形，所述表面有大約橢圓形的周邊16、17。一個環狀邊緣表面18在上和下表面12、14的周邊16、17處連接上和下表面12、14。從圖2可見，上和下表面12、14是微凸的或圓滑地接近邊緣表面18。
球的環狀邊壁18的直徑范圍為3—6mm，所述直徑是在環狀邊緣表面18上的相對點之間測得的。當從圖1所示的上方看所述球時，邊緣表面18是橢圓形的，所述球是圓形的(未示出)或如圖所示的橢圓形的。非圓形的球有多個不同長度的直徑，這取決于測量的取向。這樣的橢圓球有一個長軸A1和一個短軸A2。這樣一個橢圓球的沿長軸A1測得的直徑Dmaj為4—6mm。當沿短軸A2測量時，直徑Dmin為3—5mm。球的厚度T為1.2—2.5mm。該厚度T為球可以置一其間的兩個最小間距的平行平面P1、P2之間的距離。具有上述構型的球的平均有效尺寸在3—4.5的范圍內，而且平均球度小于0.9。
在上和下表12、14中形成溝紋20、22。該溝紋一般在環狀邊緣表面18處或附近的兩個位置24、26之間延伸。大多數這樣的溝紋的寬度w為0.4—1mm，這是在該球的表面處的溝紋的最寬點處測得的。它們的深度d為至少0.1mm，這是在溝紋的最深點處測得的。當大部分球在上和下兩個表面上有至少三條溝紋時，達到最佳結果，所述球在每個表面上有至少一條溝紋，具有上面列出的尺寸。對于其它溝紋，特別是距離所述表面的中心最遠的那些，其寬度w和深度d可比較小。
一個特別優選方案的球有一個或多個下列附加特征。球的直徑在3.5—5.0mm范圍內。對于基本上圓形的球，直徑在4.0—4.5mm范圍內。橢圓形球直徑Dmaj為4.0—5.0mm，而且Dmin為3.5—4.0mm。厚度T為1.7—2.0mm。球的平均實際粒度在3.5至3.8范圍內。一個或多個溝紋20、22的寬度w為0.6—0.8mm，深度d為0.2—0.3mm。
本發明的球由聚合物或塑料制成，選擇這樣的物料是由于其冷加工成型性能。另外，所選的物料應當不與被過濾的液體起反應。為了處理水，優選高密度聚乙烯。其它適合的物料包括聚丙烯、PVC、CPVC、尼龍和PTFE。
作為一種特別有用的實施方案，如此選擇塑料使得所述球會在被處理的流動液體中漂浮。為了制造用于水凈化的漂浮的球，該物料最好有0.90—0.98的比重。漂浮的球還應當成型為平均圓球度在0.75至0.85范圍內。不漂浮的球一般是由比重大于1.0的材料制成的。
本發明的球可以通過改進用于供給注射成型機的這種標準塑料球粒來制造。這樣的來自制造商的球粒具有光滑的、平滑的表面。這樣的球粒典型地是凹凸形的，即每個球粒有一個凹表面和一個相對的凸表面。所述物料的一個實例是由Chevron Plastics of Houston，Texas，USA制造的9402CHEVRON高密度聚乙烯球粒。
在一個具體的實例中，使球通過一種由Bluffton Agri/Industrial Corp.of Bluffton，Indiana，USA制造的ClipperEddy—Giant型去皮機/劃痕器。在它們經過去皮機/劃痕器過程中，球表面通過與覆蓋有碳化硅磨料的轉鼓的內表面接觸而被弄粗糙。轉速設置足夠高并且進料速度設置足夠低使得所述去皮機/劃痕器除去原料球粒的表面光澤，并且使它們的表面看上去無光，當放大觀察時，所述表面好象是有絨毛的。轉速設置得足夠低而且進料速度設置得足夠高使得沒有大量的物料從球粒上除去，即球粒平均粒度或質量在皮皮機/劃痕器中處理過程中不減少。
為了降低這樣的標準球粒的圓球度并且為了刻出溝紋，可以使球粒經過一個由Bluffton Agri/Industrial Corp.制造的10×12單個滾壓機。該機的輥設置成使球粒壓縮成上述類似盤形球。所得的盤形球厚度為小于它們的原形球粒的20％—40％。
當球被弄糙、壓縮和開溝紋并且弄糙步驟在開溝紋之前進行時，達到最佳效果。如果球在開溝紋之后再被弄糙，溝紋的表面將是平滑的，這是所不希望的。
對于液體凈化用途，許多球被放在一個容器內而提供一個床。在所述床中的球優選的均勻系統不大于4.0。例如，具有低比重的球可被用于制成US4608181(Hsiung等人)中所示的漂浮介質顆粒床。這樣一種設備示于圖6中，該圖表示一種兩級水凈化系統。在第一級中，水經過入口30進入并向上流動。當經過一個漂浮介質床32時，固體被從水中除去，所述介質是被保持在一個篩網34下。由于它們的比重低，介質球在水經過該床時漂浮。在床32下設有一個布氣系統36以幫助清洗。在第一級處理后，水流過一個分隔壁38并向下流經一個不漂浮介質床40。處理后的水經過一個水下排水系統42被除去。在床40上方設置噴霧壁44以幫助在反洗過程中清洗不漂浮介質。任何一個或兩個床32、40都可以裝有這里所述類型的介質。
雖然一直參照優選的實施方案描述我的發明的本質，但對于本領域技術人員來說應當明白這樣一個發明在布置和細節方面被改變而不會脫離所述本質。例如，雖然能在均質液體凈化床中，使用本發明的球，但這樣的球還可能與其它種具體的介質一起混合使用。在這樣一種布置中，所述球可以與其它介質顆粒混合或布置成一個單獨的或分級的層，例如在US3876546(Hsiung等人)中描述了這樣的方式。我要求保護作為我的發明的落在所述權利要求的實質和范圍內的所有這樣的改進方案。
權利要求
1.一種適合用于液體凈化床中的球，該球是盤形的，有帶大約橢圓形周邊的上表面，一個帶大約橢圓形周邊的下表面，和一個環形邊緣表面，該表面在上和下表面的周邊之間延伸；所述球的直徑為3至6mm；和所述球厚度為1.2至2.5mm，所述厚度是在球放入其間的兩個最小間距的平行平面之間測得的。
2.權利要求1的球，其特征是環形邊緣基本上是圓形的。
3.權利要求1的球，其特征是環形邊緣基本上不是圓形的，使得所述球有一長軸和一短軸。
4.權利要求3的球，其特征是長軸長度為4至6mm；和短軸長度為3至5mm。
5.權利要求1的球，其特征是至少一個上和下表面有至少一條溝紋。
6.權利要求5的球，其特征是所述溝紋至少0.1mm深，寬為0.4—1mm，并且在環形邊緣上的兩個位置之間延伸。
7.權利要求１的球，該球在20℃時比重為0.90至0.98。
8.權利要求1的球，其圓球度小于0.9。
9.權利要求1的球，其特征是所述球由高密度聚乙烯制成。
10.一種含有許多按照權利要求1的球的顆粒物料床，所述球的均勻系統不大于1.4。
11.一種從液體中除去固體雜質的方法，該方法包括使液體經過權利要求10的床。
12.一種適合用于液體凈化床中的球，所述球有一個表面，所述表面有至少一條溝紋，所述溝紋深度至少0.1mm，和寬度為0.4至1mm；和所述球的實際粒度在3至4.5mm范圍內。
13.一種適合用于液體凈化床中的球，所述球為盤形，有一個帶大約橢圓形周邊的凸形上表面，一個帶大約橢圓形周邊的凸形下表面，和一個環形邊緣表面，該表面在所述上和下表面的周邊之間延伸，至少一個表面有至少一條溝紋，所述溝紋深度為至少0.1mm，寬度為0.4—1mm；所述球直徑為3至6mm；所述球厚度為1.2至2.5mm，所述厚度是在球放于其間的兩個最小距離的平行平面之間測得的；所述球實際粒度在3.5至3.8mm范圍內；和所述球的圓球度小于0.9。
14.權利要求13的球，在20℃時其比重為0.90至0.98。
15.一種制造用于液體凈化床中的球的方法，該方法包括，提供有光滑表面的塑料球原料；和在所述球的表面開出溝紋。
16.權利要求15的方法，其特征是所述溝紋的形成是通過使球經過一種有至少一個帶條紋表面的輥的滾壓機實現的。
17.權利要求15的方法，其特征是所述溝紋深至少1mm，寬度為0.4至1mm。
18.權利要求15的方法，其特征是所述球由聚乙烯制成。
19.權利要求15的方法，進一步包括通過使球成型為類似盤形來降低球的圓球度至小于0.9。
20.權利要求19的方法，其特征是所述形狀的形成包括壓縮至這樣一種程度，球的厚度減少20—40％。
21.權利要求19的方法，其特征是所述形狀的形成是通過使球經過一個滾壓機來壓縮所述球而實現的。
22.權利要求19的方法，其特征是所述球被成型使一個球有一個帶大約橢圓形周邊的上表面；一個帶大約橢圓形周邊的下表面；一個環形邊緣表面，該表面在上和下表面的周邊之間延伸；3—6mm的直徑；和1.2至2.5mm的厚度，所述厚度是在球放于其間的兩個最小距離平行平面之間測得的。
23.權利要求22的方法，其特征是環形邊緣成型為基本上圓形的。
24.權利要求22的方法，其特征是環形邊緣成型為基本上不是圓形的，使得球有一個長軸和一個短軸。
25.權利要求24的方法，其特征是球被成型為長軸長度為4至6mm；和短軸長度為3至5mm。
26.權利要求19的方法，進一步包括在形成溝紋之前劃刻球的表面。
27.按照權利要求15的方法制成的球。
28.一種顆粒物料床，包括按照權利要求15的方法制成的球。
29.一種從液體中除去固體雜質的方法，該方法包括使液體經過權利要求28的床。
30.一種制造用于液體凈化床中的球的方法，該方法包括提供有平滑表面的塑料球原料；劃刻球的表面；和使球經過一個滾壓機，該機有至少一個帶條紋表面的輥，(1)在球的表面形成溝紋，至少一些溝紋深度至少1mm，寬度0.4至1mm，(2)通過壓縮球至這樣一種程度使球厚度減小20—40％，并形成類似盤形來減小球的圓球度至小于0.9，每個球有一個帶大約橢圓形周邊的上表面，一個帶大約橢圓形周邊的下表面，一個環形邊緣表面，該表面在上和下表面的周邊之間延伸，直徑為3至6mm，厚度為1.2至2.5mm，所述厚度是在球可放于其間的兩個最小距離的平行平面之間測得的。
31.權利要求30的方法，其特征是包括提供在20℃比重為0.90至0.98的塑料球原料。
全文摘要
通過使液體經過一個含有帶溝紋表面的盤形漂浮介質球的床而使液體凈化。這樣的球是由聚合物球粒成型的。使球粒經過一個劃痕器來弄糙它們的表面。球粒還經過一個滾壓機，該機使球粒開溝紋并將它們壓成類似盤形。
文檔編號B01D39/04GK1124932SQ94192343
公開日1996年6月19日 申請日期1994年6月3日 優先權日1993年6月4日
發明者庫爾特·M·格塞 申請人:威爾萊博瑞特潔水公司