專(zhuān)利名稱(chēng)：用于處理含有生物污染物的水溶液的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及流體和溶液處理領(lǐng)域，且主要涉及用于處理水溶液的方法和裝 置。更具體地，本發(fā)明涉及用于對(duì)水溶液中的細(xì)菌和病毒進(jìn)行去除或失活的方法、裝置和制品。
背景技術(shù)：
對(duì)水及其它水溶液進(jìn)行凈化和過(guò)濾對(duì)于許多應(yīng)用是必須的，例如供應(yīng)安全或可飲 的飲用水、需要經(jīng)凈化的進(jìn)料的工業(yè)方法、廢液流的處理、以及其中必須在再循環(huán)之前對(duì)流 體進(jìn)行處理的環(huán)境例如在船舶、飛行器及宇宙飛船上的環(huán)境。近年來(lái)，對(duì)凈化溶液的增加的 需求已經(jīng)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出許多聲稱(chēng)去除小粒子、變應(yīng)原、微生物、生體毒素、殺蟲(chóng)劑、以及有毒金 屬例如鉛、汞和砷的過(guò)濾產(chǎn)品。用于對(duì)水溶液進(jìn)行凈化的已知方法包括反滲透、蒸餾、離子交換、化學(xué)吸附、凝結(jié)、 絮凝、以及過(guò)濾或截留。在一些應(yīng)用中，需要技術(shù)的組合以?xún)艋@樣的溶液。該實(shí)踐的實(shí)例 包括使用去除帶負(fù)電和帶正電的化學(xué)物質(zhì)兩者的混合離子交換樹(shù)脂和其中氧化劑用于產(chǎn) 生可隨后過(guò)濾的顆粒物質(zhì)的氧化/過(guò)濾方法。這些凈化實(shí)踐可為昂貴的、能量效率低的且 需要重要的技術(shù)秘密和改進(jìn)以大規(guī)模和小規(guī)模兩者實(shí)施。因此，許多先進(jìn)的流體凈化技術(shù) 在市政或工業(yè)應(yīng)用之外具有有限的應(yīng)用。一些污染物可通過(guò)使用粒狀材料的膜或?qū)舆^(guò)濾。例如，生物污染物例如細(xì)菌和真 菌可通過(guò)超濾從流體中去除，但是，病毒通常太小，以致于過(guò)濾不是有效的凈化手段。由于 過(guò)濾僅僅在去除一些生物污染物上是有效的，因而使用化學(xué)添加劑的處理趨于成為用于對(duì) 含各種生物污染物的水溶液進(jìn)行凈化的所選方法。化學(xué)添加劑的實(shí)例包括氧化劑、絮凝劑、 以及沉淀劑。例如，已典型地通過(guò)強(qiáng)氧化劑如氯、過(guò)氧化氫、臭氧或季胺鹽的作用，從溶液中 除去生物污染物如細(xì)菌、病毒和真菌，或使其失活。但是，使用化學(xué)添加劑可為昂貴的，且需 要專(zhuān)門(mén)的處理、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，使得它們對(duì)于許多應(yīng)用是不太合乎需要的。此外，化學(xué)處理方 法要求對(duì)被處理的溶液仔細(xì)的管理和監(jiān)控。例如，當(dāng)所述應(yīng)用為飲用水系統(tǒng)時(shí)，向水中加入 化學(xué)藥片或液體，其最終將被耗光。當(dāng)對(duì)這樣的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行管理時(shí)，必須確保對(duì)于化學(xué)物 質(zhì)徹底地處理水存在合適的條件。差錯(cuò)例如加入太多或太少的化學(xué)藥劑可導(dǎo)致不能對(duì)生物 污染物進(jìn)行充分處理或者導(dǎo)致不必要地暴露于腐蝕性化學(xué)物質(zhì)中。因此，從水溶液中去除生物污染物的簡(jiǎn)化手段是需要的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于對(duì)含有生物污染物的水溶液進(jìn)行處理的方 法。該方法包括使含有生物污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物 (聚集體組合物，aggregate composition)接觸以形成活性生物污染物貧化的溶液。可通過(guò)下列中的一種或多種使所述水溶液與所述聚集體合成物接觸使所述水溶 液流過(guò)所述聚集體合成物；使所述聚集體合成物分布在所述水溶液的表面上；和將封入有所述聚集體合成物的流體滲透性容器浸入到所述水溶液中。所述聚集體合成物可置于容器 中，且所述水溶液可在重力或壓力的一種或多種的影響下流過(guò)所述合成物。可將所述合成 物置于固定床、流化床、攪拌罐和過(guò)濾器的一種或多種內(nèi)。所述合成物還可置于能夠移出的 容器內(nèi)，且所述方法可包括間歇性地更換該能夠移出的容器的步驟。在高于所述水溶液的三相點(diǎn)的溫度下，使所述水溶液與所述合成物接觸。在一些 情況下，所述水溶液在低于約100°c的溫度下與所述合成物接觸，且在另外的情況下，在低 于約80°C的溫度下與所述合成物接觸。在另外的情況下，在高于約100°c的溫度在足以使 至少一部分所述水溶液保持為液相的壓力下，使所述水溶液與所述合成物接觸。所述方法可任選地包括下列步驟的一個(gè)或多個(gè)使所述活性生物污染物貧化的水 溶液與所述聚集體合成物分離；對(duì)該活性生物污染物貧化的水溶液進(jìn)行檢測(cè)；從所述聚集 體合成物蒸發(fā)殘留的水溶液；間歇性地更換該聚集體合成物；以及在使所述水溶液與所述 聚集體合成物接觸之后對(duì)該聚集體合成物進(jìn)行殺菌?？赏ㄟ^(guò)用熱、輻射和化學(xué)藥劑的一種 或多種處理所述聚集體合成物實(shí)現(xiàn)對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌。如果為了氧化可存在于所述溶 液中的真菌和病毒，用空氣、富氧空氣、臭氧或者過(guò)氧化氫對(duì)所述水溶液進(jìn)行處理，則在進(jìn) 行任何這樣的處理之前，使所述溶液與所述聚集體合成物接觸。在含稀土化合物中，所述不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多 種。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱 分解、草酸鈰的分解、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包括鈰 氧化物，且在一些情況下，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的 粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。所述聚集體合成物包含超過(guò)10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物且可包括超 過(guò)95重量％的不溶性的含稀土化合物。所述不溶性的含稀土化合物可包括平均表面積為 至少約lm2/g的顆粒。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒可具有至少為 約Inm的平均粒徑。所述聚集體合成物可包括平均聚集體尺寸為至少約1 μ m的聚集顆粒。 當(dāng)該聚集體合成物已經(jīng)被燒結(jié)時(shí)，其包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于處理含有生物污染物的水溶液的裝置。所述 裝置包括具有用于水溶液的流體流動(dòng)通道的容器；和布置于所述流體流動(dòng)通道內(nèi)的聚集 體合成物。所述容器可包括固定床、流化床或攪拌罐、以及過(guò)濾器的一種或多種。在一些情 況下，所述容器適于從所述裝置中移出，這樣的容器具有入口和出口，當(dāng)從所述裝置中移出 時(shí)所述入口和出口各自適于密封。在另外的實(shí)施方案中，所述容器包括封裝所述聚集體合 成物的流體滲透性外壁。所述裝置可包括布置于所述流體流動(dòng)通道中在所述聚集體合成物下游的過(guò)濾器。 該裝置可任選地包括下列中的一種或多種用于指示何時(shí)應(yīng)更換所述聚集體合成物的視覺(jué) 指示器；用于檢測(cè)流出所述容器的流出物的傳感器；和用于對(duì)所述聚集體合成物進(jìn)行殺菌 的設(shè)備。用于對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌的設(shè)備可包括下列的一種或多種用于對(duì)所述聚集體 合成物進(jìn)行加熱的設(shè)備；用于對(duì)所述聚集體合成物進(jìn)行輻照的設(shè)備；以及用于將化學(xué)藥劑 弓丨入到所述流體流動(dòng)通道中的設(shè)備。所述聚集體合成物包括用于對(duì)水溶液中的生物污染物進(jìn)行去除或失活的不溶性 的含稀土化合物。該聚集體合成物包含超過(guò)10.01重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化合物中，所述不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。當(dāng)所述不溶 性的含稀土化合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱分解、草酸鈰的 分解、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種。所述含稀土化合物可包括鈰氧化物，且在一些情況 下，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑的一 種或多種組成。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均粒徑可為至 少約lnm。該不溶性的含稀土化合物可包括平均表面積為至少約lm2/g的顆粒。所述聚集體合成物可包括平均聚集體尺寸為至少約1 μ m的聚集顆粒。當(dāng)該聚集 體合成物已經(jīng)被燒結(jié)時(shí)，其包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。f
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制品，包括具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間的壁的 容器；以及置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物。該容器帶有使用所述聚集體合 成物處理含有生物污染物的水溶液的指示。所述聚集體合成物包含超過(guò)10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化 合物中，所述不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。當(dāng)所述不溶性的含 稀土化合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱分解、草酸鈰的分解、以 及鈰鹽的沉淀的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包括鈰氧化物，且在一些情況 下，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑的一 種或多種組成。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均粒徑可為至 少約lnm。所述不溶性的含稀土化合物可包括平均表面積為至少約lm2/g的顆粒。所述聚集體合成物可包括平均聚集體尺寸為至少約1 μ m的聚集顆粒。當(dāng)該聚集 體已經(jīng)被燒結(jié)時(shí)，其包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。
具體實(shí)施例方式在下文中描述本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案。為了清楚起見(jiàn)，在本說(shuō)明書(shū)中未描述實(shí) 際實(shí)施方案的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方案的開(kāi)發(fā)中，必須作出 許多實(shí)施_具體決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目的，例如服從與體系相關(guān)的和與商業(yè)相關(guān)的約 束條件，其將隨著不同實(shí)施而變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這樣的開(kāi)發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時(shí)的，但 仍然是受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所采取的常規(guī)工作。當(dāng)如本文中使用的“...的一個(gè)(種)或多個(gè)(種)”和“...的至少一個(gè)(種)” 用于幾個(gè)要素或幾類(lèi)要素例如X、Y和Z或者X1-Xp Y1-Yn和Z1-Zn的序言時(shí)，其意指選自X 或Y或Z的單獨(dú)的要素、選自同類(lèi)的要素的組合(例如X1和X2)、以及選自?xún)深?lèi)或更多類(lèi)的 要素的組合(例如Y1和Zn)。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的方法、裝置或制品可用于處理含有生物污染物的水溶液，具 體地說(shuō)用于對(duì)可存在于這樣的溶液中的生物污染物例如細(xì)菌和/或病毒進(jìn)行去除或失活。 可被有效處理的溶液的實(shí)例其中包括飲用水系統(tǒng)中的溶液；廢水處理系統(tǒng)中的溶液；以 及在各種工業(yè)過(guò)程的原料流、工藝物流或廢液流。所述方法、裝置和制品可用于從具有各種 體積和流速特性的溶液中去除生物污染物，且可應(yīng)用于各種固定應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用和便攜式 應(yīng)用中。雖然本文的部分公開(kāi)內(nèi)容描述了從水中，特別是從飲用水系統(tǒng)中，去除生物污染 物，但這樣的內(nèi)容是說(shuō)明性的且不看作是限制性的。術(shù)語(yǔ)“除去”或“去除”包括對(duì)可存在于水溶液中的病原和其它微生物例如細(xì)菌、病毒、真菌和原生動(dòng)物進(jìn)行吸附、沉淀、轉(zhuǎn)化或殺滅。術(shù)語(yǔ)“失活”包括使微生物對(duì)人類(lèi)或其 它動(dòng)物為非病原的，例如通過(guò)殺滅微生物。所述方法、裝置和制品旨在用于對(duì)生物污染物進(jìn) 行去除或失活，使得經(jīng)處理的溶液滿(mǎn)足或者超過(guò)各組織和/或機(jī)構(gòu)制定的對(duì)于水純度的標(biāo) 準(zhǔn)，所述組織和/或機(jī)構(gòu)包括，例如，美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)、世界衛(wèi)生組織、以及美國(guó) 環(huán)境保護(hù)局(EPA)。有利地，通過(guò)所述方法和裝置處理的水可滿(mǎn)足這樣的標(biāo)準(zhǔn)，而無(wú)需添加 進(jìn)一步的殺菌劑如氯或溴。術(shù)語(yǔ)“微生物”、“生物污染物”等包括細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、病毒、藻類(lèi)以及可在 水溶液中發(fā)現(xiàn)的其它生物體和病原物質(zhì)。生物污染物的具體的非限定性實(shí)例可包括細(xì) 菌，例如大腸桿菌、糞鏈球菌、志賀氏菌屬菌種、鉤端螺旋體、嗜肺性軍團(tuán)病桿菌(Legimella pneumophila)、小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、土生克雷伯菌、炭疽桿 菌、霍亂弧菌、傷寒沙門(mén)氏菌；病毒，例如甲型肝炎、諾如病毒(noroviruse)、輪狀病毒和腸 道病毒；原生動(dòng)物，例如痢疾內(nèi)變形蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)、小球隱孢子蟲(chóng)等。生物污染物還可包括 各種雖然本質(zhì)上通常是非病原的但有利地去除以改善水的美觀性的物質(zhì)例如真菌或藻類(lèi)。 這樣的生物污染物如何存在于水溶液中的，通過(guò)天然存在還是通過(guò)有意或無(wú)意的污染，是 本發(fā)明不限制的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于對(duì)含有生物污染物的水溶液進(jìn)行處理的方 法。該方法包括使含有生物污染物的水溶液與包括不溶性的含稀土化合物的聚集體合成 物接觸。在本文中使用的“不溶性”是指在標(biāo)準(zhǔn)的溫度和壓力條件下不溶于水或至多微溶 于水的物質(zhì)。通過(guò)所述水溶液與所述聚集體合成物的接觸以及所述水溶液與所述聚集體合 成物之間的接觸對(duì)生物污染物進(jìn)行去除和/或失活，以得到活性生物污染物貧化的溶液。所述聚集體合成物包含超過(guò)10. 01重量％的所述不溶性的含稀土化合物。所述不 溶性的含稀土化合物的量可占所述聚集體合成物的超過(guò)約11%、超過(guò)約12%或超過(guò)約15 重量％。在一些情況下，較高的稀土化合物濃度(concentration)可為合乎需要的。取決于 應(yīng)用，所述合成物可含(constitute)至少約20重量％，在另外的情況下至少約50重量％， 在還另外的情況下至少約75重量％，且在更另外的情況下超過(guò)95重量％的不溶性的含稀 土化合物。所述不溶性的含稀土化合物可包括稀土的一種或多種，所述稀土包括鑭、鈰、鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥。在一些實(shí)施方案中，所述不溶性的含稀土化合 物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。不溶性的含稀土化合物是可商購(gòu)的且可由本領(lǐng)域 技術(shù)人員已知的任意來(lái)源或通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意方法獲得。所述聚集體合成 物不必包含單獨(dú)的含稀土化合物，而是可以包含兩種或更多種不溶性的含稀土化合物。這 樣的化合物可包含相同或不同的稀土元素且可包含混合的化合價(jià)或氧化態(tài)。例如，當(dāng)所 述不溶性的含稀土化合物包含鈰時(shí)，所述聚集體合成物可包含一種或多種鈰氧化物，例如 CeO2(IV)和 Ce2O3(III)。在其中所述不溶性的含稀土化合物包括含鈰化合物的實(shí)施方式中，所述含鈰化合 物可得自鈰鹽的沉淀。在另一實(shí)施方案中，不溶性的含鈰化合物可得自碳酸鈰或草酸鈰。更 具體地說(shuō)，可通過(guò)在空氣的存在下在爐中在約250°C 約350°C的溫度下對(duì)碳酸鈰或草酸 鈰進(jìn)行熱分解來(lái)制備不溶性的含鈰化合物。取決于含鈰起始材料的組成和不溶性的含稀土 化合物的所需物理性能，可改變溫度和壓力條件。碳酸鈰的熱分解可概括如下
Ce2 (CO3) 3+1/202 — 2Ce02+3C02可對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行酸處理和洗滌以去除殘余的碳酸鹽。用于產(chǎn)生具有各種特征的鈰 氧化物的熱分解方法描述于美國(guó)專(zhuān)利No. 5，897，675 (比(特定的)表面積)、美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，994，260 (具有均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的孔)、美國(guó)專(zhuān)利No. 6，706，082 (特定的粒徑分布)、以及 美國(guó)專(zhuān)利No. 6，887，566 (球形粒子)中，并將這樣的描述在此引入作為參考。碳酸鈰和含 碳酸鈰的材料是可商購(gòu)的且可得自本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意來(lái)源。在其中不溶性的含稀土化合物包括含鈰化合物的實(shí)施方案中，所述不溶性的含鈰 化合物可包括鈰氧化物例如Ce02。在具體的實(shí)施方案中，所述聚集體合成物可基本上由一 種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。所述不溶性的含稀土化合物可以微粒、晶體、微晶、粒子或其它顆粒的一種或多種 的形式存在于聚集體合成物中，它們?cè)诒疚闹型ǚQ(chēng)為“顆?！?。所述不溶性的含稀土化合物 的顆粒可具有至少約0. 5nm直到約1 μ m或更高的平均粒徑。具體地說(shuō)，這樣的顆粒的平均 粒徑可為至少約0. 5nm，在一些情況下大于約lnm，在另外的情況下至少約5nm，在還另外的 情況下至少約lOnm，且在更另外的情況下至少約25nm。在另外的實(shí)施方案中，所述顆粒的 平均粒徑可為至少約lOOnm，特別地至少約250nm，更特別地至少約500nm，且還更特別地至 少約1 μ m。為了促進(jìn)所述含稀土化合物與溶液中的生物污染物之間的相互作用，所述聚集體 合成物可包括平均表面積為至少約5m2/g的不溶性的含稀土化合物的聚集顆粒。取決于 應(yīng)用，較高的表面積可為需要的。具體地說(shuō)，所述聚集顆粒的表面積可為至少約70m2/g，在 另外的情況下超過(guò)約85m2/g，在還另外的情況下超過(guò)115m2/g，且在更另外的情況下超過(guò)約 160m2/g。此外，預(yù)計(jì)具有較高表面積的顆粒在所述的方法、裝置和制品中是有效的。本領(lǐng) 域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所述聚集體合成物的表面積將影響水溶液的流體動(dòng)力學(xué)。因此，可需 要對(duì)由提高的表面積而得到的利益與可發(fā)生的不利情況例如壓力降進(jìn)行平衡。適用于所述聚集體合成物中的任選組分可包括一種或多種可溶性的含稀土化合 物、輔助(secondary)殺生物劑、吸附劑、助流劑、粘結(jié)劑、基底等。取決于所述聚集體合成 物的預(yù)期效用和/或所需特性，該合成物可包含這樣的任選組分。任選組分可包括一種或多種可溶性的含稀土化合物。可溶性的含稀土化合物可具 有不同的活性和作用。例如，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，一些可溶性的含稀土化合物具有抑菌作用或抗微 生物作用° 在"The Bacteriostatic Activity of Cerium, Lanthanum, and Thallium，，， Burkes 等，Journal of Bateriology, 54 =417-24 (1947)中，氯化鈰、硝酸鈰、無(wú)水硫酸高鈰、 以及氯化鑭被描述為具有這樣的活性。類(lèi)似地，在美國(guó)專(zhuān)利No. 4，088，754中，描述了使用 可溶性的鈰鹽例如硝酸鈰、乙酸鈰、硫酸鈰、鹵化鈰和它們的衍生物、以及草酸鈰用于燃燒 處理，這樣的描述在此引入作為參考。其它可溶性的含稀土化合物，無(wú)論本質(zhì)上是有機(jī)的還 是無(wú)機(jī)的，可賦予所述合成物其它期望的性能，且可任選地使用。對(duì)于將特定的生物污染物作為目標(biāo)或者為了增強(qiáng)所述聚集體合成物去除生物污 染物的總能力，可任選地包含輔助殺生物劑?？蛇m于用作輔助殺生物劑的材料包括已知即 使當(dāng)這樣的物質(zhì)以少量存在時(shí)也具有使生物污染物去除或失活的活性的化合物。這樣的 物質(zhì)包括但不限于堿金屬、堿土金屬、過(guò)渡金屬、錒系元素、以及它們的衍生物和混合物。 輔助殺生物劑的具體的非限定性實(shí)例包括下列的元素或化合物銀、鋅、銅、鐵、鎳、錳、鈷、鉻、鈣、鎂、鍶、鋇、硼、鋁、鎵、鉈、硅、鍺、錫、銻、砷、鉛、鉍、鈧、鈦、釩、釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、
銠、鈀、鎘、銦、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉬、金、汞、鉈、釷等。這樣的殺生物劑的衍生物可包括 乙酸鹽、抗壞血酸鹽、苯甲酸鹽、碳酸鹽、羧酸鹽、檸檬酸鹽、商化物、氫氧化物、葡糖酸鹽、乳 酸鹽、硝酸鹽、氧化物、磷酸鹽、丙酸鹽、水楊酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、磺胺嘧啶、以及它們的組 合。當(dāng)所述聚集體合成物任選地包含含鈦化合物例如氧化鈦時(shí)，該含鈦化合物與不溶性的 含稀土化合物的重量比低于約2 1。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物已經(jīng)被燒結(jié)以形成聚 集體合成物時(shí)，所述合成物包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。在其中所述聚集體合成 物包含含鋁化合物的實(shí)施方案中，該含鋁化合物與不溶性的含稀土化合物的重量比低于約 10 1。在包含選自過(guò)渡金屬、過(guò)渡金屬氧化物和過(guò)渡金屬鹽的輔助殺生物劑的實(shí)施方案 中，所述聚集體合成物包含低于約0.01重量％的銀和銅的金屬納米顆粒的混合物?？蛇m于用作輔助殺生物劑的其它物質(zhì)包括有機(jī)試劑，例如季銨鹽，如美國(guó)專(zhuān)利 No. 6, 780, 332中所述的；和有機(jī)硅化合物，如美國(guó)專(zhuān)利No. 3，865，728所述的。還可使 用已知使生物污染物失活的其它有機(jī)物質(zhì)及其衍生物。例如，多金屬氧酸鹽在美國(guó)專(zhuān)利 No. 6，723，349中被描述為在從流體中去除生物污染物方面是有效的。該專(zhuān)利提及Μ. T.的 Heteropoly and IsopoIyOxometalates, Springer Verlag，1983 禾口 Chemical Reviews, vol. 98,No. 1，第1-389頁(yè)，1998作為描述有效的多金屬氧酸鹽的實(shí)例。在此將所提及的文 獻(xiàn)中的這些有機(jī)殺生物劑的描述引入作為參考。所述聚集體合成物可任選地包含一種或多種助流劑。助流劑部分地用于改善流 體在所述聚集體合成物上或者通過(guò)聚集體合成物的流體動(dòng)力學(xué)、防止該聚集體合成物的組 分的分離、防止細(xì)粒的沉降，且在一些情況下，使聚集體合成物保持在原位。合適的助流劑 可包括有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料兩者。無(wú)機(jī)助流劑可包括硫酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、鋁 酸鈉、聚氯化鋁、三氯化鋁、二氧化硅、硅藻土等。有機(jī)助流劑可包括本領(lǐng)域已知的有機(jī)絮 凝劑，例如聚丙烯酰胺(陽(yáng)離子型、非離子型、及陰離子型)，EPI-DMA(表氯醇-二甲胺)、 DADMAC (聚二烯丙基二甲基-氯化銨)、雙氰胺/甲醛聚合物、雙氰胺/胺聚合物、天然瓜耳 膠等。當(dāng)存在助流劑時(shí)，可在聚集體合成物的形成過(guò)程中將助流劑與不溶性的含稀土化合 物和聚合物粘結(jié)劑混合。或者，可將聚集體合成物的顆粒和助流劑的顆粒混合以得到物理 混合物，所述助流劑均勻分散在整個(gè)混合物內(nèi)。在另一可供選擇的方法中，助流劑可布置于 所述聚集體合成物的上游和下游的一個(gè)或多個(gè)不同的(distinct)層中。當(dāng)存在助流劑時(shí)， 通常以所述聚集體合成物的低于約20重量％，在一些情況下低于15重量％，在另外的情況 下低于10重量％，且在還另外的情況下低于約8重量％的低濃度使用助流劑。其它的任選組分可包括各種無(wú)機(jī)試劑，所述無(wú)機(jī)試劑包括離子交換材料，例如合 成離子交換樹(shù)脂；活性炭；沸石(合成或天然存在的)；粘土，例如膨潤(rùn)土、蒙脫石、高嶺土、 白云石、蒙脫土(montmorillinite)以及它們的衍生物；金屬硅酸鹽材料和礦物例如磷酸 鹽和氧化物類(lèi)。具體地說(shuō)，含有高濃度的磷酸鈣、硅酸鋁、鐵氧化物和/或錳氧化物以及較 低濃度的碳酸鈣和硫酸鈣的礦物組合物可為適宜的?？赏ㄟ^(guò)許多方法對(duì)這些材料進(jìn)行煅燒 和加工，以獲得不同組成和性能的混合物?？扇芜x地包括粘結(jié)劑用于形成具有所需尺寸、結(jié)構(gòu)、密度、孔隙率和流體性能的聚 集體合成物。除了使用粘結(jié)劑以外，或者作為使用粘結(jié)劑的替代方案，可包括基底以提供所 述聚集體合成物的支撐體。合適的粘結(jié)劑和基底材料可包括在使用條件下粘結(jié)和/或支撐不溶性的含稀土化合物的任意材料?；谒鼍奂w合成物的總重量，該聚集體合成物中 通常以約0重量％ 約90重量％的量包括這樣的材料。合適的材料可包括有機(jī)和無(wú)機(jī)材 料，例如天然和合成聚合物、陶瓷、金屬、碳、礦物和粘土。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，粘結(jié)劑 或基底材料的選擇取決于其中如待聚集的組分、它們的性能和粘結(jié)特性、最終聚集體合成 物的所需特性及其使用方法的因素。合適的聚合物粘結(jié)劑可包括天然存在的和合成的聚合物、以及天然存在的聚合物 的合成改性物。通常，在約50°C 約50(TC、更具體在約75°C 約350°C、甚至更具體在約 80°C 約200°C之間熔化的聚合物適用于對(duì)所述合成物的組分進(jìn)行聚集。非限定性實(shí)例可 包括在約85°C 約180°C的范圍內(nèi)軟化或熔化的聚烯烴；在約200°C 約300°C的范圍內(nèi) 軟化或熔化的聚酰胺；以及在約300°C 約400°C的范圍內(nèi)軟化或熔化的氟化聚合物。取決于所述合成物的所需性能，聚合物粘結(jié)劑可包括一種或多種通常分為熱固 性、熱塑性、彈性體、或其組合的聚合物；以及纖維素聚合物和玻璃。合適的熱固性聚合物包 括，但不限于聚氨酯、有機(jī)硅、氟代有機(jī)硅、酚醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛和脲甲 醛。合適的熱塑性材料可包括，但不限于尼龍及其它聚酰胺；聚乙烯，包括LDPE、LLDPE, HDPE、以及與其它聚烯烴的聚乙烯共聚物；聚氯乙烯(增塑的和未增塑的)；氟碳樹(shù)脂，例如 聚四氟乙烯；聚苯乙烯；聚丙烯；纖維素樹(shù)脂，例如乙酸丁酸纖維素；丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂，例如聚 丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯；熱塑性共混物或接枝物，例如丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯或丙 烯腈-苯乙烯；聚碳酸酯；聚乙酸乙烯酯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚乙烯醇；聚氧化亞甲基；聚 甲醛；聚縮醛；聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；聚醚醚酮；以及苯酚-甲醛樹(shù)脂，例如甲 階酚醛樹(shù)脂和線(xiàn)型酚醛清漆。合適的彈性體可包括，但不限于天然橡膠和/或合成橡膠， 如苯乙烯_ 丁二烯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、有機(jī)硅、聚氨酯、烷基化的氯磺化 聚乙烯、聚烯烴、氯磺化聚乙烯、全氟彈性體、聚氯丁二烯(氯丁橡膠)、乙烯-丙烯_ 二烯三 元共聚物、氯化聚乙烯、氟化彈性體和ZALAK (DUp0nt-D0W彈性體)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到取決于交聯(lián)度，以上所列的熱塑性材料的一些也可為熱固性材料，和取決于其機(jī)械性 能，各自中的一些可為彈性體。以上所用的分類(lèi)是為了便于理解，且不應(yīng)被認(rèn)為是限定性的 或控制性的。纖維素聚合物可包括天然存在的纖維素例如棉、紙和木材、以及纖維素的化學(xué)改 性物。在特定實(shí)施方案中，可將所述不溶性的含稀土化合物與紙漿混合或者相反與紙纖維 組合，以形成含有該不溶性的含稀土化合物的基于紙的過(guò)濾料。聚合物粘結(jié)劑還可包含玻璃材料，例如玻璃纖維、玻璃珠和玻璃氈?？蓪⒉ＡЧ腆w 物與不溶性的含稀土化合物的顆粒混合，并加熱直至該固體物開(kāi)始軟化或變得發(fā)粘，使得 該不溶性的含稀土化合物附著到玻璃上。類(lèi)似地，在玻璃處于熔化態(tài)或部分熔化態(tài)時(shí)或借 助于粘合劑，壓紡或紡成的玻璃纖維可用不溶性的含稀土化合物的粒子包覆?；蛘撸谥?造期間，可使玻璃組成摻雜有不溶性的含稀土化合物。用于將不溶性的含稀土化合物沉積 或附著到基底材料上的技術(shù)描述在美國(guó)專(zhuān)利No. 7，252，694以及涉及玻璃拋光的其它文獻(xiàn) 中。例如，金屬粘合劑的應(yīng)用以及電沉積技術(shù)在美國(guó)專(zhuān)利No. 6，319，108中被描述為在玻璃 拋光領(lǐng)域中是有用的。在此將這樣的技術(shù)的描述引入作為參考。在一些應(yīng)用，例如其中需要聚集體合成物的受控釋放的應(yīng)用中，水溶性的玻璃如 美國(guó)專(zhuān)利No. 5，330，770,6, 143，318和6，881，766中所述的那些可為適當(dāng)?shù)木酆衔镎辰Y(jié)劑。在此將所提及的文獻(xiàn)中的這樣的玻璃的描述引入作為參考。在另外的應(yīng)用中，還可使用通 過(guò)流體吸收而溶脹的材料，該材料包括但不限于聚合物例如合成制得的聚丙烯酸和聚丙烯 酰胺以及天然存在的有機(jī)聚合物例如纖維素衍生物。能生物降解的聚合物例如聚乙二醇、 聚乳酸、聚乙烯醇、共聚丙交酯乙交酯等也可用作聚合物粘結(jié)劑。礦物和粘土例如膨潤(rùn)土、蒙脫石、高嶺土、白云石、蒙脫土以及它們的衍生物也可 用作合適的粘結(jié)劑或基底材料。當(dāng)期望通過(guò)殺菌來(lái)使聚集體合成物再生時(shí)，所選的粘結(jié)劑或基底材料應(yīng)在殺菌條 件下是穩(wěn)定的，和應(yīng)以另外的方式與殺菌方法相適應(yīng)。適用于包括暴露于高溫的殺菌方法 的聚合物粘結(jié)劑的具體的非限定性實(shí)例包括硝酸纖維素、聚醚砜、尼龍、聚丙烯、聚四氟乙 烯、以及混合纖維素酯。在根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)制備時(shí)，用這些粘結(jié)劑制備的合成物可用高壓釜 處理。期望地，由于對(duì)于有效率且有效果的再生可需要?dú)⒕椒ǖ慕M合，因而聚集體合成物 應(yīng)對(duì)于蒸汽殺菌或高壓釜處理是穩(wěn)定的以及對(duì)于通過(guò)與氧化或還原性的化學(xué)物質(zhì)接觸的 化學(xué)殺菌是穩(wěn)定的。在其中殺菌包括氧化或還原性化學(xué)物質(zhì)的電化學(xué)產(chǎn)生的實(shí)施方案中， 通過(guò)將所述合成物用作電極之一，可以獲得產(chǎn)生所述物質(zhì)必需的電勢(shì)。例如，通過(guò)包含足夠 高含量的導(dǎo)電粒子例如粒狀活性炭、炭黑或金屬粒子，可使含有通常絕緣的聚合物粘結(jié)劑 的合成物導(dǎo)電?；蛘撸绻炕蚱渌Ｗ拥乃韬坎蛔銐蚋咧潦菇^緣性的聚合物導(dǎo)電，可 在粘結(jié)劑材料中包括固有導(dǎo)電的聚合物。當(dāng)所述合成物周期性再生時(shí)，各種玻璃例如微孔 玻璃珠和纖維特別適于用作基底或粘結(jié)劑。該聚集體合成物的其它任選組分可包括添加劑，例如粒子表面改性添加劑、偶聯(lián) 劑、增塑劑、填料、膨脹劑、纖維、抗靜電劑、引發(fā)劑、懸浮劑、光敏劑、潤(rùn)滑劑、潤(rùn)濕劑、表面活 性齊 、顏料、染料、uv穩(wěn)定劑和懸浮劑。選擇這些材料的量以提供所需的性能。這樣的添加 劑可引入粘結(jié)劑或基底材料中，作為單獨(dú)的涂料涂覆，保持在聚集體合成物的結(jié)構(gòu)中，或以 上的組合?？赏ㄟ^(guò)下列中的一種或多種形成該聚集體合成物擠出；模塑；煅燒；燒結(jié)；壓制； 使用粘結(jié)劑或基底；粘合劑；和/或本領(lǐng)域中已知的其它技術(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然取決于預(yù)期 的應(yīng)用，可需要粘結(jié)劑和基底，但這兩種組分不是為了形成聚集體合成物所必需的。在其中 水溶液將流過(guò)聚集體合成物的床的實(shí)施方案中，該合成物可引入聚合物粘結(jié)劑，使得所得 合成物具有高的表面積和相對(duì)敞開(kāi)結(jié)構(gòu)兩者。這樣的聚集體合成物保持用于使生物污染物 去除或失活的提高的活性，而無(wú)需對(duì)處理的溶液強(qiáng)加顯著的(substantial)壓力降。在其 中期望所述聚集體合成物具有較高表面積的實(shí)施方案中，燒結(jié)是不太理想的用于形成聚集 體合成物的技術(shù)。當(dāng)已對(duì)不溶性的含稀土化合物進(jìn)行燒結(jié)以形成聚集體合成物時(shí)，該合成 物將含有選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。在一個(gè)實(shí)施方案中，可通過(guò)將不溶性的含稀土化合物或者不溶性的含稀土化合物 的煅燒聚集體與粘結(jié)劑或基底例如聚烯烴、乙酸纖維素、丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯、PTFE、微 孔玻璃等組合來(lái)生產(chǎn)所述聚集體合成物。將所述不溶性的含稀土化合物與固體粘結(jié)劑材料 混合，所述不溶性的含稀土化合物優(yōu)選為高表面積顆粒的形式。然后，將該混合物加熱至該 固體粘結(jié)劑材料軟化或變得發(fā)粘的溫度，例如粘結(jié)劑材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。取決于獲得 軟化或發(fā)粘的粘結(jié)劑所需的溫度，可在升高的壓力下加熱該混合物。然后，冷卻該混合物， 使得混合物形成具有附著到粘結(jié)劑上的不溶性的含稀土顆粒的聚集體。
當(dāng)將玻璃纖維或玻璃珠用作粘結(jié)劑或基底時(shí)，可使玻璃固體物與不溶性的含稀土 化合物的顆粒充分混合，并加熱直至所述玻璃開(kāi)始軟化或變得發(fā)粘，使得該不溶性的含稀 土化合物在冷卻時(shí)附著到玻璃上?；蛘?，在所述玻璃固體物的制造期間，可使玻璃組成摻雜 有不溶性的含稀土化合物。用于將不溶性的含稀土化合物沉積或附著到基底上的技術(shù)描述 在美國(guó)專(zhuān)利No. 7，252，694以及涉及玻璃拋光的其它文獻(xiàn)中。例如，金屬粘合劑的應(yīng)用以及 電沉積技術(shù)在美國(guó)專(zhuān)利No. 6，319，108中被描述為在玻璃拋光領(lǐng)域中是有用的。在此將這 樣的技術(shù)的描述引入作為參考。熟悉流體處理領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于不同的應(yīng)用可改變所述聚集體合成 物的組分、外形尺寸和形狀，且對(duì)這些變量中的改變可改變流速、背壓以及用于對(duì)生物污染 物進(jìn)行去除或失活的合成物的能力。因此，取決于使用方法，所述聚集體合成物的尺寸、形 式和形狀可顯著改變。當(dāng)使水溶液流過(guò)聚集體合成物，例如在柱或其它容器內(nèi)時(shí)，期望所述 聚集體合成物具有帶有提供高流體滲透度和/或低密度的溝道或孔的相對(duì)敞開(kāi)結(jié)構(gòu)。所述聚集體合成物可包含微粒、珠、粉末、纖維或類(lèi)似形式的聚集顆粒。這樣的聚 集顆粒的平均聚集體尺寸可為至少約ι μ m、特別地至少約5 μ m、更特別地至少約10 μ m、且 還更特別地至少約25μπι。在另外的實(shí)施方案中，所述聚集體的平均聚集體尺寸為至少約 0. 1mm、特別地至少約0. 5mm、更特別地至少約1mm、還更特別地至少約2mm、且仍然更特別地 超過(guò)5. 0mm?？蓪?duì)所述聚集體合成物進(jìn)行粉碎、切碎或研磨，然后進(jìn)行篩分以獲得所需粒徑。 可將這樣的聚集顆粒用在固定或流化的床或反應(yīng)器、攪拌反應(yīng)器或罐中，分布在顆粒過(guò)濾 器中，封裝或封入在膜、網(wǎng)狀物(mesh)、篩子、過(guò)濾物或其它流體滲透性結(jié)構(gòu)中，沉積在過(guò)濾 器基底上，且可進(jìn)一步成型為用于不同應(yīng)用的所需形狀例如片、膜、氈或整體料。此外，可將所述聚集體合成物引入基底中或涂覆到基底上。合適的基底可由例如 燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、微孔碳、玻璃以及纖維素纖維如棉、紙和木材的材料形成?；捉Y(jié)構(gòu)將 取決于應(yīng)用而變化，但可包括多孔膜、過(guò)濾料或其它流體滲透性結(jié)構(gòu)形式的織物和無(wú)紡物。 基底還可包括具有所需形狀和外形尺寸的多孔且流體滲透性的固體。這樣的基底可包括網(wǎng) 狀物、篩子、管、蜂窩狀結(jié)構(gòu)、整體料、以及包括圓筒形和環(huán)形的各種形狀的塊狀體。在特定 實(shí)施方案中，可將所述聚集體合成物引入用于交叉流動(dòng)型過(guò)濾器的過(guò)濾器塊狀體或整體料 中或者涂覆到其上。通過(guò)使含有生物污染物的水溶液與所述聚集體合成物接觸，使用所述聚集體合成 物來(lái)處理所述水溶液。所述溶液和所述合成物之間的接觸可通過(guò)使所述溶液流過(guò)所述合成 物或者通過(guò)向所述溶液添加所述合成物而實(shí)現(xiàn)，采用或不采用混合或攪拌。如果為了濕氧 化溶液中的真菌、病毒或其它生物污染物，用空氣、富氧空氣、臭氧或過(guò)氧化氫對(duì)所述水溶 液進(jìn)行處理，則在任何這樣的用空氣、富氧空氣、臭氧或過(guò)氧化氫進(jìn)行處理之前，使所述水 溶液與所述聚集體合成物接觸。與所述聚集體合成物的接觸足以對(duì)所述溶液中的生物污染 物進(jìn)行去除或失活，且為了濕氧化溶液中的污染物用臭氧或其它試劑處理所述水溶液本質(zhì) 上是完全任選的。在一些實(shí)施方案中，將聚集體合成物分布在溶液表面上并容許其在重力的影響下 沉降通過(guò)溶液。這樣的應(yīng)用對(duì)于降低在蒸發(fā)罐、城市水處理系統(tǒng)、噴水池、池塘、湖泊及其它 天然或人造水體中發(fā)現(xiàn)的溶液內(nèi)的化學(xué)污染物是特別有用的。在這樣的實(shí)施方案中，優(yōu)選 但不是必須的是，將該合成物過(guò)濾或者以其它方式與溶液分離以處理或再生和重新使用。
在另外的實(shí)施方案中，可將聚集體合成物例如通過(guò)導(dǎo)管、管線(xiàn)等加入到水溶液流 中。當(dāng)期望將處理的溶液與所述合成物分離時(shí)，將所述聚集體合成物加入到過(guò)濾器上游的 溶液中，該過(guò)濾器中可將合成物與溶液分離并回收。這樣的實(shí)施方案的具體實(shí)例可見(jiàn)于其 中將合成物注入到顆粒過(guò)濾層上游的水處理系統(tǒng)內(nèi)的城市水處理操作中。在另外的實(shí)施方案中，可將所述聚集體合成物布置于容器內(nèi)并引導(dǎo)溶液流過(guò)該合 成物。水溶液可在重力、壓力或其它手段的影響下且采用或不采用攪拌或混合而流過(guò)所述 合成物。在還另外的實(shí)施方案中，容器可包含封裝所述聚集體合成物的流體滲透性外壁，使 得當(dāng)浸入時(shí)，溶液具有多個(gè)流過(guò)所述合成物的流動(dòng)通道。各種配件、接頭、泵、閥門(mén)、歧管等 可用于控制溶液通過(guò)位于給定容器內(nèi)的合成物的流動(dòng)。在高于所述溶液的三相點(diǎn)的溫度下，所述水溶液與所述聚集體合成物接觸。在一 些情況下，所述溶液在低于約100°c的溫度下與所述合成物接觸，且在另外的情況下，在高 于約100°C的溫度下但在足以使至少一部分所述水溶液保持為液相的壓力下發(fā)生接觸。所 述合成物在室溫下對(duì)生物污染物進(jìn)行去除和失活是有效的。在另外的情況下，在所述水溶 液的超臨界的溫度和壓力條件下，所述水溶液與所述合成物接觸。取決于應(yīng)用，所述水溶液與所述聚集體合成物接觸的壓力可顯著變化。對(duì)于其中 以低于約1. 5加侖/分鐘的流速在較小直徑的柱內(nèi)發(fā)生接觸的較小體積的應(yīng)用，壓力可為 0至最高達(dá)約60磅/平方英寸。在其中使用較大的容器和較高的流速的應(yīng)用中，可需要較 高的壓力。在接觸所述水溶液之后，所述聚集體合成物可含有活性的和失活的生物污染物。 因此，在重新使用或處理之前，對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌可為有利的。此外，在接觸所述水溶 液接觸之前對(duì)該合成物進(jìn)行殺菌以去除任何在使用前可存在的污染物可為期望的。殺菌方 法可包括熱處理，其中所述合成物暴露于升高的溫度或升高的壓力或兩者；輻射殺菌，其 中使所述合成物經(jīng)受提高的輻射水平，包括使用紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、微波和電離輻射的處理； 以及化學(xué)殺菌，其中所述合成物暴露于提高水平的氧化劑或還原劑或其它化學(xué)物質(zhì)。可用 于化學(xué)殺菌的化學(xué)物質(zhì)可包括鹵素、反應(yīng)性氧物質(zhì)、甲醛、表面活性劑、金屬以及氣體例如 環(huán)氧乙烷、溴甲烷、β-丙內(nèi)酯和環(huán)氧丙烷。還可使用這些方法的組合，且應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到， 在所述合成物處于使用中的同時(shí)時(shí)可間歇或連續(xù)地運(yùn)用這樣的殺菌方法。所述方法可任選地包括檢測(cè)所述活性生物污染物貧化的溶液以測(cè)定或計(jì)算何時(shí) 更換該合成物合適的步驟。檢測(cè)溶液可通過(guò)常規(guī)手段實(shí)現(xiàn)，例如使用熒光或放射性物質(zhì)標(biāo) 記和檢測(cè)水溶液中的污染物，測(cè)量流速、溫度、壓力，檢測(cè)細(xì)粒的存在，以及取樣和進(jìn)行化驗(yàn) (array)。血清學(xué)測(cè)試或分析中所用的技術(shù)也可適用于檢測(cè)所述活性生物污染物貧化的溶 液。所述方法可任選地包括將活性生物污染物貧化的溶液與所述合成物分離?？赏ㄟ^(guò) 常規(guī)的液體-固體分離技術(shù)使合成物與溶液分離，包括但不限于，使用過(guò)濾器、膜、沉降罐、 離心機(jī)、旋風(fēng)分離機(jī)等。然后，可將分離的活性生物污染物貧化的溶液引向進(jìn)一步的處理、 儲(chǔ)存或使用。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及用于處理含有生物污染物的水溶液的裝置。該裝 置包括具有流體流動(dòng)通道的容器以及置于該流體流動(dòng)通道內(nèi)的本文所述的聚集體合成物。 具體地說(shuō)，該聚集體合成物包含超過(guò)10.01重量％的不溶性的含稀土化合物，且當(dāng)該聚集體合成物被燒結(jié)時(shí)包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。在本文的其它部分中已對(duì)該聚 集體合成物進(jìn)行了詳細(xì)描述，在此不再重復(fù)。所述容器可具有各種形式，包括柱、各種罐和反應(yīng)器、過(guò)濾器、過(guò)濾層、鼓、盒、流體 滲透性容器等。在一些實(shí)施方案中，所述容器包括固定床、流化床、攪拌的罐或反應(yīng)器、或者 過(guò)濾器中的一種或多種，在所述容器內(nèi)水溶液與合成物接觸。所述容器可具有帶有指定的 流體入口和流體出口的單通過(guò)設(shè)計(jì)，或者可具有封入或封裝所述聚集體合成物的流體滲透 性外壁。當(dāng)期望該容器本質(zhì)上為柔性時(shí)，所述流體滲透性外壁可由各種水不溶性材料的織 物或無(wú)紡物制成，使得當(dāng)將浸入時(shí)所述水溶液具有多個(gè)流過(guò)所述合成物的流動(dòng)通道。當(dāng)優(yōu) 選更剛性的結(jié)構(gòu)時(shí)，所述容器可由金屬、塑料例如PVC或丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、或者在使用條件下 保持所需形狀的其它不溶性材料制造。所述水溶液可在重力、壓力或其它手段的影響下流過(guò)所述合成物和容器，采用或 不采用攪拌或混合。各種配件、接頭、泵、閥門(mén)、歧管等可用于控制溶液進(jìn)入所述容器并通過(guò) 所述合成物的流動(dòng)。所述容器可適于插入裝置或工藝物流中和從中移出，以便于使用和更換所述合成 物。這樣的容器可具有入口和出口，所述入口和出口當(dāng)從所述裝置中移出時(shí)適于密封，或者 否則當(dāng)未使用時(shí)適于使所述容器及合成物能夠安全處理、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。當(dāng)對(duì)所述聚集體合 成物進(jìn)行周期性殺菌時(shí)，可將所述合成物和容器作為一個(gè)單元移出并殺菌，而無(wú)需從容器 中移出該合成物。此外，還可構(gòu)建這樣的容器以提供長(zhǎng)期儲(chǔ)存或用作從溶液中去除的生物 污染物的處理單元。所述裝置可包括用于使處理的溶液與所述合成物分離的過(guò)濾器。該過(guò)濾器可以封 裝所述聚集體合成物，或者可布置于所述合成物的下游。此外，該過(guò)濾器可為所述容器的用 于防止所述合成物流出容器的部件，或者可為所述裝置的布置于容器下游的部件。所述過(guò) 濾器可包括織物和無(wú)紡物、網(wǎng)狀物、以及布置于氈、床或?qū)又械睦w維或顆粒，所述氈、床或?qū)?提供對(duì)所述聚集體合成物的流體滲透性障礙。當(dāng)所述聚集體合成物布置于固定床中時(shí)，合 適的過(guò)濾器可包括布置于所述容器內(nèi)的合成物下游的硅藻土層。所述裝置還可任選地包括下列的一種或多種用于指示何時(shí)應(yīng)更換或再生所述合 成物的視覺(jué)指示器；用于檢測(cè)流出所述容器的流出物的傳感器；以及用于對(duì)所述合成物進(jìn) 行殺菌的設(shè)備。用于對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌的設(shè)備可包括下列的一種或多種用于對(duì)所述 合成物進(jìn)行加熱的設(shè)備；用于對(duì)所述合成物進(jìn)行輻照的設(shè)備；以及用于將化學(xué)氧化劑引入 到所述流體流動(dòng)通道中的設(shè)備，如本領(lǐng)域中已知的。在還一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制品，其包含具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間 的壁的容器和置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物。如在本文中所詳細(xì)描述的， 該聚集體合成物包含超過(guò)10.01重量％的不溶性的含稀土化合物，且當(dāng)該聚集體已經(jīng)燒結(jié) 時(shí)，其包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。此外，該容器帶有使用所述聚集體合成物處 理含有生物污染物的水溶液的指示。在該特定實(shí)施方案中，所述容器為袋或其它散裝產(chǎn)品 (bulkproduct)包裝，其中所述能流動(dòng)的聚集體合成物可交易或銷(xiāo)售給零售商、批發(fā)商或最 終用戶(hù)。這樣的容器可具有各種尺寸、形狀和形式，但典型地由塑料或各種織物制成。所述 容器帶有表明該容器的內(nèi)容物可有效地用于處理含有生物污染物的水溶液為了對(duì)該溶液 中的這樣的污染物進(jìn)行去除或失活的指示。
提供下列實(shí)施例以說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下列 實(shí)施例中所公開(kāi)的方法僅代表本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。但是，根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可對(duì)所述特定實(shí)施方案進(jìn)行許多改 變并仍獲得類(lèi)似或相近的結(jié)果。
實(shí)施例將15ml 得自 Molycorp, Inc.的 Mountain Pass 工廠(chǎng)的 CeO2 放到內(nèi)徑為 7/8"的 柱內(nèi)。使600ml的含有去氯水和3. 5X 104/ml的MS-2的流入物以6ml/分鐘、IOml/分鐘 和20ml/分鐘的流速流過(guò)CeO2床。以大腸桿菌宿主使用雙瓊脂層法在取樣的5分鐘內(nèi)進(jìn) 行系列稀釋和鋪板(plating)，并在37°C下培養(yǎng)24小時(shí)。這些樣品的結(jié)果示于表1中。表 1 對(duì)該用含MS-2的溶液處理的CeO2床進(jìn)行頂部沖洗(upflush)。制備約600ml的 去氯水和2. OX 106/ml的土生克雷伯菌的溶液，并引導(dǎo)該溶液以IOml/分鐘、40ml/分鐘和 80ml/分鐘的流速通過(guò)所述柱。使用Idexx Quantitray和容許在37°C下培養(yǎng)超過(guò)24小時(shí) 來(lái)對(duì)克雷伯菌進(jìn)行量化。這些樣品的結(jié)果示于表2中。表2 然后，以提高的流速，用MS-2的第二次攻擊對(duì)之前用MS-2和土生克雷伯菌攻擊過(guò)的CeO2床進(jìn)行攻擊。制備約IOOOml去氯水和2. 2X 105/ml的MS-2的溶液，并引導(dǎo)該溶液 以80ml/分鐘、120ml/分鐘和200ml/分鐘的流速通過(guò)該床。以大腸桿菌宿主使用雙瓊脂層 法在取樣的5分鐘內(nèi)進(jìn)行系列稀釋和鋪板，并在37°C下培養(yǎng)24小時(shí)。這些樣品的結(jié)果示于表3中。表3 以上公開(kāi)的具體實(shí)施方案僅為說(shuō)明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以對(duì)于受益于本文中的教 導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的不同但等價(jià)的方式改進(jìn)和實(shí)施。此外，除了權(quán)利要求 書(shū)中所述的之外，沒(méi)有限制用于在本文中所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然可改變或改 進(jìn)以上公開(kāi)的具體實(shí)施方案，且認(rèn)為所有這樣的變化均在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因而，權(quán) 利要求書(shū)闡述了本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
用于對(duì)含有生物污染物的水溶液進(jìn)行處理的方法，該方法包括使含有生物污染物的水溶液與聚集體合成物接觸以形成活性生物污染物貧化的溶液，該聚集體合成物包含超過(guò)10.01重量％的不溶性的含稀土化合物；其中當(dāng)該聚集體合成物已經(jīng)被燒結(jié)時(shí)，該聚集體合成物包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟的一個(gè)或多個(gè) 使所述活性生物污染物貧化的水溶液與所述聚集體合成物分離； 對(duì)該活性生物污染物貧化的水溶液進(jìn)行檢測(cè)；在使所述水溶液與所述聚集體合成物接觸之后，通過(guò)用熱、輻射和化學(xué)藥劑的一種或 多種處理所述聚集體合成物對(duì)該聚集體合成物進(jìn)行殺菌； 從所述聚集體合成物蒸發(fā)殘留的水溶液；和 間歇性地更換該聚集體合成物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在任選地以足以氧化可存在于所述水溶液中的真菌和病毒 的量用空氣、富氧空氣、臭氧以及過(guò)氧化氫的一種或多種處理所述水溶液之前，使所述水溶 液與所述聚集體合成物接觸。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述水溶液在低于約100°C的溫度下與所述聚集體合成物 接觸。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在高于約100°C的溫度和足以使至少一部分所述水溶液保 持為液相的壓力下，使所述水溶液與所述聚集體合成物接觸。
6.權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)下列的一種或多種使所述水溶液與所述聚集體合成物 接觸使所述水溶液流過(guò)所述聚集體合成物；使所述聚集體合成物分布在所述水溶液的表面上；和將封入有所述聚集體合成物的流體滲透性容器浸入到所述水溶液中。
7.權(quán)利要求1的方法，其中將所述聚集體合成物置于容器中，且所述水溶液通過(guò)流過(guò) 所述聚集體合成物與所述合成物接觸。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述容器適于能夠移出，且該方法進(jìn)一步包括間歇性地更 換該能夠移出的容器。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚集體合成物包含布置于固定床、流化床、攪拌罐和過(guò) 濾器的一種或多種內(nèi)的能夠流動(dòng)的顆粒。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括得自碳酸鈰的熱分解、 草酸鈰的分解、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述聚集體合成物基本上由一種或多種鈰氧化物、以及 任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均表面積為至少約 5m2/g的顆粒。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均粒徑大于約Inm的顆粒。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚集體合成物包括平均聚集體尺寸為至少約1μ m的聚集顆粒。
17.用于處理含有生物污染物的水溶液的裝置，該裝置包括 具有用于水溶液的流體流動(dòng)通道的容器；和置于所述流體流動(dòng)通道內(nèi)的聚集體合成物，該聚集體合成物包含超過(guò)10. 01重量％的 不溶性的含稀土化合物；其中當(dāng)該聚集體被燒結(jié)時(shí)，該聚集體合成物包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。
18.權(quán)利要求17的裝置，進(jìn)一步包括下列的一種或多種 布置于所述聚集體合成物的下游的過(guò)濾器；用于指示何時(shí)應(yīng)更換所述聚集體合成物的視覺(jué)指示器； 用于檢測(cè)流出所述容器的流出物的傳感器；和用于對(duì)所述聚集體合成物進(jìn)行殺菌的設(shè)備，其包括下列的一種或多種用于對(duì)所述聚 集體合成物進(jìn)行加熱的設(shè)備；用于對(duì)所述聚集體合成物進(jìn)行輻照的設(shè)備；以及用于將化學(xué) 藥劑引入到所述流體流動(dòng)通道中的設(shè)備。
19.權(quán)利要求17的裝置，其中所述容器適于從所述裝置中移出，所述容器具有入口和 出口，當(dāng)從所述裝置中移出時(shí)所述入口和出口各自適于密封。
20.權(quán)利要求17的裝置，其中所述容器包括固定床、流化床、攪拌罐和過(guò)濾器的一種或 多種。
21.權(quán)利要求17的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠的一種或多種。
22.權(quán)利要求21的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包括得自碳酸鈰的熱分解、 草酸鈰的分解、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
23.權(quán)利要求21的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
24.權(quán)利要求23的裝置，其中所述聚集體合成物基本上由一種或多種鈰氧化物、以及 任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。
25.權(quán)利要求17的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均表面積為至少約 5m2/g的顆粒。
26.權(quán)利要求17的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均粒徑大于約Inm的顆粒。
27.權(quán)利要求17的裝置，其中所述聚集體合成物包含平均聚集體尺寸為至少約1μ m的聚集顆粒。
28.權(quán)利要求17的裝置，其中所述容器包含封裝所述聚集體合成物的流體滲透性外壁。
29.制品，其包含具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間的壁的容器；置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物，該聚集體合成物包含超過(guò)10. 01重 量％的不溶性的含稀土化合物，且其中當(dāng)該聚集體已經(jīng)被燒結(jié)時(shí)，該聚集體合成物包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素；和其中所述容器帶有使用所述能流動(dòng)的聚集體合成物處理含有生物污染物的水溶液的 指示。
全文摘要
用于對(duì)含有生物污染物的水溶液進(jìn)行處理的方法、裝置和制品。所述方法包括使含有生物污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物接觸以形成活性生物污染物貧化的溶液。該聚集體包含超過(guò)10.01重量％的所述不溶性的含稀土化合物。所述不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。合適的不溶性的含鈰化合物可得自碳酸鈰、草酸鈰或鈰鹽。所述合成物可基本上由鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑和/或助流劑組成。當(dāng)該聚集體被燒結(jié)時(shí)，該聚集體包含選自釔、鈧和銪的不超過(guò)兩種元素。雖然這樣的應(yīng)用旨在用于各種流體處理應(yīng)用，但其特別包括對(duì)水中的生物污染物進(jìn)行去除或失活。
文檔編號(hào)A61L2/02GK101909660SQ200880123663
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者約翰·L·布爾巴三世, 蒂姆·L·奧麗婭德 申請(qǐng)人:莫利康普礦物有限責(zé)任公司