从液体中分离固体的方法和设备 【发明背景】
本发明涉及在用于水或其它液体提纯的床中的颗粒介质。
固体可以通过使液体经过一个颗粒介质床而从该液体中被除去，这已是公知的技术。这类方法的实例描述在US4608181(Hsiung等人)、4725367(McKim等人)、4780219(Witek)和5009776(Banks)中。
到目前为止，为了方便起见，所述介质一直从供其它用途用的商业上可得的产物中选用。例如，某些过滤使用聚丙烯或聚乙烯球粒制成，这种球粒是出售供给注射成型机的。虽然这样的现有介质是有效的，但它们并不是最适合用于液体纯化中的操作。
可供选择的方案是，水净化设备一直使用塑料碎块床，这样的碎块是通过磨碎较大的塑料物体制得的。例如，通过熔化聚丙烯碎粒形成聚丙烯块，然后将其冷却和磨碎而制成介质。所得的聚丙烯碎块有US4608181(Hsiung等人)中所述的性能。虽然塑料碎块可以被制成对于液体净化有卓越的性能，但它们的制造费用昂贵，因为为熔化塑料形成大物体必须消耗能量。而且，作为加热的结果，部分物料可能在组成或性能方面出现所不希望的变化。此外，因为这样的碎块是使用一种研磨方法制成地，所以产生塑料细粒。这些细粒必须在介质碎块可被用于液体处理容器中之前被除去。如果这种介质没有适当地清洗，细粒会堵塞筛网和其它设备从而引起过早的压头损失。去掉细粒的清洗一般是在野外进行的，所以还有环境上适当地处置废塑料细粒的问题。
这样，需要一种颗粒介质，所述介质被费用负担得起的制成并且当被用于液体净化时还提供极好的结果。
本发明概要
现在已经发现，一种颗粒介质，特别是适用于净化水和其它液体的颗粒介质可以由普通的原料通过一种简单的方法被制成。所得的介质使用效果不比现有的最好的介质差而且其制造成本是其它高效介质的成本的几分之一。
本发明的介质是可以由一种普通的聚合物前体物料制成的球粒。特别是，该球粒可以由通常得到的塑料球制成，所述塑料球供给时具有适当的体积并且适合用于液体处理，但是所述球并不具有最好的形状或构造。选择聚合物的组成使得该介质将会适合用于其预计的用途，例如所选聚合物有所希望的比重。对于用于制备饮用水的球粒，所选的物料应当是无毒的。还要选择聚合物的冷加工性能。
为了弄糙这样的聚合物球的表面，使该球通过一个划痕器或类似设备，一个具有如此划痕表面的介质床将比具有未弄糙表面的相似的介质床截留更大量的颗粒物料。这样的介质的使用允许处理设备操作更长的床清洗之间的时间间隔。
为了增加它们的表面积，塑料球还被压成类似盘形。在压缩后，所得到的介质球一般有凸的上和下表面，和在盘的边上有一周界线或环状边。具有这样的类似盘形的球比未压缩的球有更大的表面积并且应该填塞得更密。从而类似盘形的球在从经过的液体中收集固体方面更好。
为了更进一步增加固体分离床的表面积，在介质球的表面设有多条沟纹。通过使塑料球粒经过一种带有条纹表面的辊的滚压机可以刻上这样的沟纹。辊表面上的小间距的沟纹的图样被转印到塑料球的表面上。优选通过一次经过一个滚压机在球被压扁的同时在球上形成沟纹。
本发明的优点是所述球用于液体净化床中时有极好的性能而且它们的制造成本低，废料少而且无环境问题。进一步的优点是具有这样高质量的球在其制成后可直接使用而不用清理。
附图的简述
图1是一个颗粒介质球的俯视图；
图2是图1的球的侧视图；
图3—5是表示颗粒介质球的放大的上表面的照片；
图6是装有图1—5中所示的构形的球的水净化设备的示意图。
详细描述
参照附图能最好地理解本发明，这些附图表示了一种优选的适合用于液体净化中的球的实例。
从图1和2可见，球10有一种带上和下表面12、14的类似盘形，所述表面有大约椭圆形的周边16、17。一个环状边缘表面18在上和下表面12、14的周边16、17处连接上和下表面12、14。从图2可见，上和下表面12、14是微凸的或圆滑地接近边缘表面18。
球的环状边壁18的直径范围为3—6mm，所述直径是在环状边缘表面18上的相对点之间测得的。当从图1所示的上方看所述球时，边缘表面18是椭圆形的，所述球是圆形的(未示出)或如图所示的椭圆形的。非圆形的球有多个不同长度的直径，这取决于测量的取向。这样的椭圆球有一个长轴A1和一个短轴A2。这样一个椭圆球的沿长轴A1测得的直径Dmaj为4—6mm。当沿短轴A2测量时，直径Dmin为3—5mm。球的厚度T为1.2—2.5mm。该厚度T为球可以置一其间的两个最小间距的平行平面P1、P2之间的距离。具有上述构型的球的平均有效尺寸在3—4.5的范围内，而且平均球度小于0.9。
在上和下表12、14中形成沟纹20、22。该沟纹一般在环状边缘表面18处或附近的两个位置24、26之间延伸。大多数这样的沟纹的宽度w为0.4—1mm，这是在该球的表面处的沟纹的最宽点处测得的。它们的深度d为至少0.1mm，这是在沟纹的最深点处测得的。当大部分球在上和下两个表面上有至少三条沟纹时，达到最佳结果，所述球在每个表面上有至少一条沟纹，具有上面列出的尺寸。对于其它沟纹，特别是距离所述表面的中心最远的那些，其宽度w和深度d可比较小。
一个特别优选方案的球有一个或多个下列附加特征。球的直径在3.5—5.0mm范围内。对于基本上圆形的球，直径在4.0—4.5mm范围内。椭圆形球直径Dmaj为4.0—5.0mm，而且Dmin为3.5—4.0mm。厚度T为1.7—2.0mm。球的平均实际粒度在3.5至3.8范围内。一个或多个沟纹20、22的宽度w为0.6—0.8mm，深度d为0.2—0.3mm。
本发明的球由聚合物或塑料制成，选择这样的物料是由于其冷加工成型性能。另外，所选的物料应当不与被过滤的液体起反应。为了处理水，优选高密度聚乙烯。其它适合的物料包括聚丙烯、PVC、CPVC、尼龙和PTFE。
作为一种特别有用的实施方案，如此选择塑料使得所述球会在被处理的流动液体中漂浮。为了制造用于水净化的漂浮的球，该物料最好有0.90—0.98的比重。漂浮的球还应当成型为平均圆球度在0.75至0.85范围内。不漂浮的球一般是由比重大于1.0的材料制成的。
本发明的球可以通过改进用于供给注射成型机的这种标准塑料球粒来制造。这样的来自制造商的球粒具有光滑的、平滑的表面。这样的球粒典型地是凹凸形的，即每个球粒有一个凹表面和一个相对的凸表面。所述物料的一个实例是由Chevron Plastics of Houston，Texas，USA制造的9402CHEVRON高密度聚乙烯球粒。
在一个具体的实例中，使球通过一种由Bluffton Agri/Industrial Corp.of Bluffton，Indiana，USA制造的ClipperEddy—Giant型去皮机/划痕器。在它们经过去皮机/划痕器过程中，球表面通过与覆盖有碳化硅磨料的转鼓的内表面接触而被弄粗糙。转速设置足够高并且进料速度设置足够低使得所述去皮机/划痕器除去原料球粒的表面光泽，并且使它们的表面看上去无光，当放大观察时，所述表面好象是有绒毛的。转速设置得足够低而且进料速度设置得足够高使得没有大量的物料从球粒上除去，即球粒平均粒度或质量在皮皮机/划痕器中处理过程中不减少。
为了降低这样的标准球粒的圆球度并且为了刻出沟纹，可以使球粒经过一个由Bluffton Agri/Industrial Corp.制造的10×12单个滚压机。该机的辊设置成使球粒压缩成上述类似盘形球。所得的盘形球厚度为小于它们的原形球粒的20％—40％。
当球被弄糙、压缩和开沟纹并且弄糙步骤在开沟纹之前进行时，达到最佳效果。如果球在开沟纹之后再被弄糙，沟纹的表面将是平滑的，这是所不希望的。
对于液体净化用途，许多球被放在一个容器内而提供一个床。在所述床中的球优选的均匀系统不大于4.0。例如，具有低比重的球可被用于制成US4608181(Hsiung等人)中所示的漂浮介质颗粒床。这样一种设备示于图6中，该图表示一种两级水净化系统。在第一级中，水经过入口30进入并向上流动。当经过一个漂浮介质床32时，固体被从水中除去，所述介质是被保持在一个筛网34下。由于它们的比重低，介质球在水经过该床时漂浮。在床32下设有一个布气系统36以帮助清洗。在第一级处理后，水流过一个分隔壁38并向下流经一个不漂浮介质床40。处理后的水经过一个水下排水系统42被除去。在床40上方设置喷雾壁44以帮助在反洗过程中清洗不漂浮介质。任何一个或两个床32、40都可以装有这里所述类型的介质。
虽然一直参照优选的实施方案描述我的发明的本质，但对于本领域技术人员来说应当明白这样一个发明在布置和细节方面被改变而不会脱离所述本质。例如，虽然能在均质液体净化床中，使用本发明的球，但这样的球还可能与其它种具体的介质一起混合使用。在这样一种布置中，所述球可以与其它介质颗粒混合或布置成一个单独的或分级的层，例如在US3876546(Hsiung等人)中描述了这样的方式。我要求保护作为我的发明的落在所述权利要求的实质和范围内的所有这样的改进方案。