(57)【要約】  本発明は微孔性濾材、それを含有する濾過システム、その製造法および使用法を提供することを目的とする。  本発明は好ましくは濾材の上流側に配置された吸着性プレフィルターを有する微生物学的遮断が強化された濾材に関する。好ましくは、プレフィルターは微生物学的遮断が強化された濾材と流入液が接触する前に流入液中の天然有機物質を除去して濾材の電荷損失を防止するために取付けられる。微生物学的遮断が強化された濾材は最も好ましくはフィブリル化セルロースナノ繊維、特にリヨセルナノ繊維からなる。ナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部にカチオン性金属錯体からなる微生物学的遮断強化剤が形成する。本発明の濾材は約４より大きい対数ウイルス遮断、そして約６より大きい対数細菌遮断を示す。
2005515880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１ミクロンまたはそれより小さい平均流路を有する微孔性構造；および
該微孔性構造の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾材。
【請求項２】
微孔性構造は約1000ナノメートル未満の繊維径を有する多数のナノ繊維からなる請求項１記載の濾材。
【請求項３】
ナノ繊維は有機ナノ繊維、無機ナノ繊維またはこれらの混合物である請求項２記載の濾材。
【請求項４】
ナノ繊維は実質的にフィブリル化したリヨセルナノ繊維である請求項２記載の濾材。
【請求項５】
フィブリル化リヨセルナノ繊維は約45またはそれより小さいカナダ標準フリーネスを有する請求項４記載の濾材。
【請求項６】
微孔性構造は有機材料、無機材料またはこれらの混合物からなる膜である請求項１記載の濾材。
【請求項７】
膜はポリマー材料からなる請求項６記載の濾材。
【請求項８】
微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなり、微孔性構造の表面上のカチオン性物質はそれと会合したカウンターイオンを有し、カチオン性物質と会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属を沈殿させる請求項１記載の濾材。
【請求項９】
それと会合したカウンターイオンを有するカチオン性物質はアミン、アミド、第４級アンモニウム塩、イミド、ベンズアルコニウム化合物、ビグアニド、アミノシリコン化合物、そのポリマーおよびこれらの組合せからなる群より選択される請求項８記載の濾材。
【請求項１０】
カチオン性金属錯体は銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、白金、パラジウムおよびこれらの組合せからなる群より選択される生物学的に活性な金属を含有する請求項１記載の濾材。
【請求項１１】
カチオン性金属錯体は微孔性構造の少なくとも一部をハロゲン化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーを含むカチオン性物質で処理し、次にハロゲン化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーと会合したハロゲン化物カウンターイオンの少なくとも一部で銀を沈殿させることにより生成する請求項１記載の濾材。
【請求項１２】
微孔性構造は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスまたはこれらの組合せを含有する吸着性プレフィルターと組合される請求項１〜１１の何れかの項記載の濾材。
【請求項１３】
その中に固定される吸着性プレフィルターとして電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質；
吸着剤層の下流側に配置された、多数のナノ繊維からなり、約0.6ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および
該微孔性構造の多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部に被覆され
た、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾材。
【請求項１４】
微生物学的遮断強化剤は微孔性構造の表面上のジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーがそれと会合したハロゲン化物カウンターイオンを有し、ハロゲン化物カウンターイオンの少なくとも一部で銀が沈殿する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる請求項１３記載の濾材。
【請求項１５】
ハロゲン化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーは約400,000ダルトンに等しいかまたはそれよい大きい分子量を有する請求項１、１２および１３の何れかの項記載の濾材。
【請求項１６】
微孔性構造は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスおよびこれらの組合せからなる群より選択される１種またはそれ以上の物質を組み込む請求項１、１３、１４および１５の何れかの項記載の濾材。
【請求項１７】
微孔性構造はさらに結合剤を含有する請求項１または１３に記載の濾材。
【請求項１８】
さらに粒子状プレフィルターを含有する請求項１または１３に記載の濾材。
【請求項１９】
多数のナノ繊維はポリマー、イオン交換樹脂、工業樹脂、セラミックス、セルロース、レーヨン、ウール、シルク、ガラス、金属、活性アルミナ、セラミックス活性炭、シリカ、ゼオライト、珪藻土、活性ボーキサイト、フラー土、カルシウムヒドロキシアパタイトおよびこれらの組合せからなる群より選択される材料から製造される請求項２または１３に記載の濾材。
【請求項２０】
電荷を減少させる汚染物を除去することができる顆粒状物質床；
顆粒床の下流側に配置された、約0.6ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および
該微孔性構造の表面の少なくとも一部に被覆された、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾過システム。
【請求項２１】
電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質からなる固体複合ブロック；
ブロックの下流側に配置された、約2.0ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および
該微孔性構造の表面の少なくとも一部に被覆された、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾過システム。
【請求項２２】
さらに粒子状プレフィルターを含有する請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２３】
銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体はそれと会合したハロゲン化物カウンターイオンを有する微孔性構造の表面上のジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーを含み、ハロゲン化物カウンターイオンの少なくとも一部で銀が沈殿する請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２４】
銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体はそれと会合したハロゲン化物カウンターイオンを有する微孔性構造の表面上のジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーを含み、塩化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーは約400,000ダルトンに等
しいかまたはそれより大きい分子量を有し、ハロゲン化物カウンターイオンの少なくとも一部で銀が沈殿する請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２５】
電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスまたはこれらの組合せからなる請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２６】
微孔性構造は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスおよびこれらの組合せからなる群より選択される１種またはそれ以上の物質を組み込む請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２７】
微孔性構造はさらに結合剤を含有する請求項２０または２１に記載の濾過システム。
【請求項２８】
約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を用意し；そして
該微孔性構造の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤は該微孔性構造の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法。
【請求項２９】
微孔性構造を用意する工程は約1000ナノメートル未満の繊維径を有する多数のナノ繊維を微孔性構造に成形することからなる請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
微孔性構造を用意する工程は多数のナノ繊維を微孔性構造に成形することからなり、該ナノ繊維は有機ナノ繊維、無機ナノ繊維またはこれらの混合物である請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
微孔性構造を用意する工程は多数の実質的にフィブリル化したリヨセルナノ繊維を微孔性構造に成形することからなり、該フィブリル化リヨセルナノ繊維の少なくとも一部は約250ナノメートルの直径を有し、約１ミリメートル〜８ミリメートルの長さである請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
多数の実質的にフィブリル化したリヨセルナノ繊維を成形する工程は約45に等しいかそれより小さいカナダ標準フリーネスを有する多数の実質的にフィブリル化したリヨセルナノ繊維を微孔性構造に成形することからなる請求項２８記載の方法。
【請求項３３】
微孔性構造を用意する工程は有機材料、無機材料またはこれらの混合物からなる膜を用意することからなる請求項２８記載の方法。
【請求項３４】
多数のナノ繊維を用意し；
多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして
該ナノ繊維を約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造に成形する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法。
【請求項３５】
多数のポリマーナノ繊維を用意し；
多数のポリマーナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして
約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法。
【請求項３６】
多数のセルロースナノ繊維を用意し；
多数のセルロースナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして
約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法。
【請求項３７】
約１ミクロン未満の平均流路を有する膜を用意し；そして
膜の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤は膜の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法。
【請求項３８】
被覆する工程は膜の少なくとも一部をそれと会合したカウンターイオンを有するカチオン性物質で処理してカチオン電荷の膜を成形し；
カチオン電荷の膜を生物学的に活性な金属塩に暴露し；そして
膜の少なくとも一部においてカチオン性物質と会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属錯体を沈殿させることからなる請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
多数のナノ繊維を用意し；
多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；
約0.6ミクロンまたはそれより小さい平均流路を有する微孔性構造を成形し；そして
流入液から電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質からなる吸着性プレフィルターを用意し、該吸着性プレフィルターを該微孔性構造の上流側に配置する工程からなり、該微生物学的遮断強化剤は中間〜高い電荷密度および5000ダルトンより大きい分子量を有する銀−アミン−ハロゲン化物錯体からなる濾材の製造法。
【請求項４０】
流入液から電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質からなる吸着性プレフィルターを用意し、ここで該物質は固体複合ブロックに固定され；
多数のナノ繊維を用意し；
多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し、ここで該微生物学的遮断強化剤は中間〜高い電荷密度および5000ダルトンより大きい分子量を有する銀−アミン−ハロゲン化物錯体からなり；そして
約0.6ミクロンまたはそれより小さい平均流路を有する多数のナノ繊維からなる微孔性構造を成形する工程からなり、該微孔性構造は吸着性プレフィルターの下流側に存在する濾過システムの製造法。
【請求項４１】
活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスおよびこれらの組合せからなる群より選択される１種またはそれ以上の成分を濾材に組み込む工程をさらに含む請求項２８、３４、３５、３６、３７、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項４２】
多数のナノ繊維を用意する工程は多数のフィブリル化リヨセルナノ繊維を成形し、該フィブリル化リヨセルナノ繊維を微孔性構造に成形することからなる請求項３４、３６、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項４３】
被覆する工程は多数のナノ繊維の少なくとも一部をそれと会合したカウンターイオンを有するカチオン性物質で処理してカチオン電荷の繊維物質を成形し；
カチオン電荷の繊維物質を生物学的に活性な金属塩に暴露し；そして
カチオン電荷の繊維物質の少なくとも一部においてカチオン性物質と会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属錯体を沈殿させることからなる請求項３４、３５および３６の何れかの項記載の方法。
【請求項４４】
被覆する工程において、多数のナノ繊維の少なくとも一部をそれと会合したカウンターイオンを有するカチオン性物質で処理してカチオン電荷の繊維物質を成形し、ここでカチオン性物質はアミン、アミド、第４級アンモニウム塩、イミド、ベンズアルコニウム化合物、ビグアニド、ピロール、アミノシリコン化合物、そのポリマーおよびこれらの組合せからなる群より選択される請求項３４、３５および３６の何れかの項記載の方法。
【請求項４５】
被覆する工程において、カチオン電荷の繊維物質を生物学的に活性な金属塩に暴露し、ここで生物学的に活性な金属は銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、白金、パラジウムおよびこれらの組合せからなる群より選択される請求項３４、３５および３６の何れかの項記載の方法。
【請求項４６】
被覆する工程において、カチオン性金属錯体は金属−アミン−ハロゲン化物錯体からなる請求項３４、３５および３６の何れかの項記載の方法。
【請求項４７】
被覆する工程において、カチオン性金属錯体は銀−アミン−ハロゲン化物錯体からなる請求項３４、３５および３６の何れかの項記載の方法。
【請求項４８】
流入液を微孔性構造と接触させる前に流入液から電荷を減少させる汚染物を除去することができる吸着性プレフィルターを用意する工程をさらに含む請求項３４、３５、３６、３７、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項４９】
多数のナノ繊維を用意する工程において、該ナノ繊維はポリマー、イオン交換樹脂、工業樹脂、セラミックス、セルロース、レーヨン、ウール、シルク、ガラス、金属、活性アルミナ、セラミックス活性炭、シリカ、ゼオライト、珪藻土、活性ボーキサイト、フラー土、カルシウムヒドロキシアパタイトおよびこれらの組合せからなる群より選択される材料から製造される請求項２９、３０、３４、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項５０】
微孔性構造を成形する工程は湿式法、乾式メルトブロー法または乾式スパンボンド法により行なわれる請求項３４、３５、３６、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項５１】
微孔性構造を成形する工程は活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスおよびこれらの組合せからなる群より選択される１種またはそれ以上の成分を微孔性構造に組み込むことを含む請求項３４、３５、３６、３９および４０の何れかの項記載の方法。
【請求項５２】
約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造の濾材を用意し、ここで該微孔性構造はその少なくとも一部がカチオン性金属錯体からなる微生物学的遮断強化剤で被覆されており、該カチオン性物質は中間〜高い電荷密度および約5000ダルトンより大きい分子量を有し；
流体を濾材と約３秒以上接触させ；そして
濾材を通過する濾材の平均流路より小さい微生物学的汚染物の対数減少を少なくとも約
６とする工程からなる微生物学的汚染物を流体から除去する方法。
【請求項５３】
濾材を用意する工程は微孔性構造が約0.6ミクロン未満の平均流路を有するような多数のナノ繊維からなる微孔性構造の濾材を用意することからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
濾材を用意する工程は微孔性構造が約0.6ミクロン未満の平均流路を有するような多数のフィブリル化リヨセルナノ繊維からなる微孔性構造の濾材を用意することからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５５】
濾材を用意する工程は微孔性構造が約0.6ミクロン未満の平均流路を有するような膜からなる微孔性構造の濾材を用意することからなる請求項５２記載の方法。
【請求項５６】
濾材を用意する工程において、微生物学的遮断強化剤は、
微孔性構造の少なくとも一部を第４級アンモニウム塩で処理してカチオン電荷の微孔性構造を成形し；
カチオン電荷の微孔性構造を生物学的に活性な金属塩に暴露し；そして
微孔性構造の少なくとも一部において第４級アンモニウム塩と会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属を沈殿させることにより、微孔性構造に被覆される請求項５２記載の方法。
【請求項５７】
濾材を用意する工程において、微生物学的遮断強化剤は中間〜高い電荷密度および約400,000ダルトンの分子量を有するカチオン性ポリマーを含み、該カチオン性ポリマーと会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属を沈殿させる請求項５２記載の方法。
【請求項５８】
濾過する流体を保持するための第１貯蔵タンク；
該第１貯蔵タンクと流体で連絡する濾材であって、該濾材は約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造からなり、また該濾材の平均流路より小さい微生物学的汚染物の対数減少が少なくとも約４になるように処理され；および
該濾材と流体で連絡する、濾過した流体を集めるための第２貯蔵タンクからなる流体を処理し、保存し、そして分注するための重力流濾過システム。
【請求項５９】
濾材は約500cm3未満の容量および約25ml／分より大きい初期流量を有する請求項５８記載の重力流濾過システム。
【請求項６０】
本明細書で実質的に添付図面を参照して詳しく説明されたような、そして／または図示されたような請求項１〜１８の何れかの項記載の濾材。
【請求項６１】
本明細書の実施例で詳しく説明されたような請求項１〜１８の何れかの項記載の濾材。
【請求項６２】
本明細書で実質的に添付図面を参照して詳しく説明されたような、そして／または図示されたような請求項１９〜２７または５８〜５９の何れかの項記載の濾過システム。
【請求項６３】
本明細書の実施例で詳しく説明されたような請求項１９〜２７または５８〜５９の何れかの項記載の濾過システム。
【請求項６４】
請求項２８〜５１の何れかの項記載の濾材を製造する方法。
【請求項６５】
請求項５２ 〜５７の何れかの項記載の流体から微生物学的汚染物を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微生物学的遮断機能を有する濾材、このような濾材を含有する濾過システム、その製造法および使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の一般浄水器は粒子、重金属、毒性有機化学物質の減少、および選別された微生物脅威を含む“健康強調表示”を提示していることが多い。これらの濾過システムは約1.0ミクロンの構造を使用してクリプトスポリジウム（Cryptosporidium）およびジアルジア（Giardia）のような微生物を遮断することができる。しかしながら、ウイルスのような非常に小さい微生物脅威を微生物学的に遮断するためにはサブミクロンの微孔性構造を有する濾材が必要とされる。従来の濾過システムはしばしば細孔の大きさが不十分に小さく、不良な物理的結合性を有する濾材を使用して幅広い微生物学的遮断を達成しようと試みている。好結果の微生物学的遮断および良好な濾過性能に要求される必要な細孔構造間のバランスが達成されていない。さらに、従来のシステムは濾過性能の損失をひき起こす物質からなる“干渉”の存在下で操作することができる装置を提供していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は微生物学的遮断機能を有する濾材、このような濾材を含有する濾過システム、その製造法および使用法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
最初の見地において、本発明は約１ミクロン以下の平均流路を有する微孔性構造；および前記微孔性構造の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾材に関する。
【０００５】
他の見地において、本発明はその中に固定される吸着性プレフィルターとして電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質；前記吸着剤層の下流側に配置された、多数のナノ繊維からなり、約0.6ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および繊維マトリックスの多数の繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部に被覆された、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる複合濾材に関する。
【０００６】
さらに他の見地において、本発明は電荷を減少させる汚染物を除去することができる粒子の濾過床；前記顆粒床の下流側に配置された、約0.6ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および前記微孔性構造の表面の少なくとも一部に被覆された、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾過システムに関する。
【０００７】
さらに他の見地において、本発明は電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質からなる固体複合ブロック；前記ブロックの下流側に配置された、約2.0ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造；および前記微孔性構造の表面の少なくとも一部に被覆された、高い電荷密度を有する銀−カチオン性物質−ハロゲン化物錯体からなる微生物学的遮断強化剤からなる濾過システムに関する。
【０００８】
さらに他の見地において、本発明は約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を用意し；そして前記微孔性構造の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆する工程
からなり、前記微生物学的遮断強化剤は前記微孔性構造の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法に関する。
【０００９】
別の見地において、本発明は多数のナノ繊維を用意し；多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして前記繊維を約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造に成形する工程からなり、前記微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法に関する。
【００１０】
さらに別の見地において、本発明は多数のポリマーナノ繊維を用意し；多数のポリマーナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断化剤で被覆し；そして約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなり、前記微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法に関する。
【００１１】
さらに別の見地において、本発明は多数のセルロースナノ繊維を用意し；多数のセルロースナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなり、前記微生物学的遮断強化剤はカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法に関する。
【００１２】
さらに別の見地において、本発明は約１ミクロン未満の平均流路を有する膜を用意し；そして膜の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆する工程からなり、前記微生物学的遮断強化剤は膜の少なくとも一部に陽電荷を付与することができるカチオン性金属錯体からなる濾材の製造法に関する。
【００１３】
さらに別の見地において、本発明は多数のナノ繊維を用意し；多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し；そして約0.6ミクロン以下の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなり、前記微生物学的遮断強化剤は中間〜高い電荷密度および5000ダルトンより大きい分子量を有する銀−アミン−ハロゲン化物錯体からなる濾材の製造法に関する。
【００１４】
さらに別の見地において、本発明は流入液から電荷を減少させる汚染物を除去することができる物質からなる吸着性プレフィルターを用意し、ここで前記物質は固体複合ブロックに固定され；多数のナノ繊維を用意し；多数のナノ繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部を微生物学的遮断強化剤で被覆し、ここで前記微生物学的遮断強化剤は中間〜高い電荷密度および5000ダルトンより大きい分子量を有する銀−アミン−ハロゲン化物錯体からなり；そして約0.6ミクロンもしくはそれ以下の平均流路を有する微孔性構造を成形する工程からなる濾過システムの製造法に関する。
【００１５】
さらに別の見地において、本発明は約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造の濾材を用意し、ここで前記微孔性構造はその少なくとも一部がカチオン性金属錯体からなる微生物学的遮断強化剤で被覆されており、前記カチオン性物質は中間〜高い電荷密度および約5000ダルトンより大きい分子量を有し；流体を濾材と約３秒以上接触させ；そして濾材を通過する濾材の平均流路より小さい微生物学的汚染物の対数減少を少なくとも約６とする工程からなる微生物学的汚染物を流体から除去する方法に関する。
【００１６】
さらに別の見地において、本発明は濾過する流体を保持するための第１貯蔵タンク；前記第１貯蔵タンクと流体で連絡する濾材であって、前記濾材は約１ミクロン未満の平均流路を有する微孔性構造からなり、また前記濾材の平均流路より小さい微生物学的汚染物の対数減少が少なくとも約４となるように処理され；および前記濾材と流体で連絡する、濾過した流体を集めるための第２貯蔵タンクからなる流体を処理し、保存し、そして分注するための重力流濾過システムに関する。
【００１７】
新規であると考えられる本発明の特徴および本発明の要素の特性を特に添付した特許請求の範囲に関連して記載する。図面は単に例示するためのものであり、縮尺で描いたものではない。しかしながら、本発明そのものは構成および実施の方法に関して、次の好ましい態様の説明を添付図面と共に参照することにより最も良く理解することができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様を説明するために、図面の図１〜４を参照するが、その中で同じ番号は本発明の同じ特徴を意味する。本発明の特徴は必ずしも縮尺して図面に示されているわけではない。
【００１９】
定義
本明細書で使用される「吸収剤」なる用語は主に不純物をその内部構造に引き込むことにより不純物を吸収することができる物質を意味する。
【００２０】
本明細書で使用される「吸着剤」なる用語は主にその表面への物理吸着により不純物を吸着することができる物質を意味する。
【００２１】
本明細書で使用される「吸着性濾材」または「吸着性プレ濾材」なる用語は例えば活性炭のような吸着剤を用いて製造された濾材を意味する。吸着性濾材の例は米国KXインダストリー社から商業的に入手できるPLEKX(登録商標)である。
【００２２】
本明細書で使用される「結合剤」なる用語は主に他の物質を互いに結合させるために使用される物質を意味する。
【００２３】
本明細書で使用される「カナダ標準フリーネス」または「CSF」なる用語はパルプの懸濁液が排水する量により測定されるパルプのフリーネスまたは濾水度の値を意味する。この方法は製紙分野の当業者によく知られている。
【００２４】
本明細書で使用される「複合濾材」なる用語はプレフィルター、吸着性プレ濾材および本発明の微生物学的遮断が強化された濾材を組合せて単一の複合構造にする濾材を意味する。場合により、プレフィルターは存在せず、または吸着性プレ濾材がその機能を担う。
【００２５】
本明細書で使用される「汚染物減少」なる用語は例えば人間に使用するべく、または工業的用途でより有用であるように流体をより安全なものにするために化学的または生物学的に遮断され、除去され、または不活性なものにされる流体中の不純物の減衰を意味する。
【００２６】
本明細書で使用される「繊維」なる用語は例えば数百対１の長さと直径の高いアスペクト比を特徴とする固体を意味する。繊維に関する考察はホイスカーもまた包含する。
【００２７】
本明細書で使用される「濾材」なる用語は流体の濾過を行なう材料を意味する。
【００２８】
本明細書で使用される「流体」なる用語は液体、気体、またはこれらの組合せを意味する。
【００２９】
本明細書で使用される「成形する」なる用語は遊離した非構造化物質を密着した均一構造に変換することを意味する。例えば、遊離した繊維を紙に変換することである。
【００３０】
本明細書で使用される「遮断する」または「遮断」なる用語は干渉する、すなわち通過を停止して作用する、除去する、不活性にする、または影響を与えることを意味する。
【００３１】
本明細書で使用される「対数減少値」または「LRV」なる用語はフィルターの流出液中の微生物の数で割った流入液中の微生物の数のlog10を意味する。
【００３２】
本明細書で使用される「膜」なる用語は構造が連続多孔質構造を有する単一の連続固相である多孔質媒体を意味する。
【００３３】
本明細書で使用される「微生物学的遮断が強化された濾材」なる用語はその表面の少なくとも一部が微生物学的遮断強化剤で処理された微孔性構造を有する濾材を意味する。
【００３４】
本明細書で使用される「微生物」なる用語は流体中で懸濁することができる生体、例えばバクテリア、ウイルス、菌類、原生動物、および嚢胞や胞子を含むこれらの生殖形態を意味するが、これらに限定されない。
【００３５】
本明細書で使用される「微孔性構造」なる用語は約2.0ミクロン未満、大抵は約1.0ミクロン未満の平均流路を有する構造を意味する。
【００３６】
本明細書で使用される「ナノ繊維」なる用語は約3.0ミリメートル未満の直径を有する繊維を意味する。
【００３７】
本明細書で使用される「天然有機物」または「NOM」なる用語はポータブル水または非ポータブル水中に存在することが多く、その一部は陽電荷の濾材のゼータ電位を低下または阻害する有機物を意味する。NOMの例はフミン酸およびフルボ酸のようなポリアニオン酸であるが、これらに限定されない。
【００３８】
本明細書で使用される「不織布」なる用語は個々の繊維が編物または織物のように極めて組織的にではなく層間に入る構造を有するウェブまたは織物または他の媒体を意味する。不織ウェブは一般に当該技術分野でよく知られている方法により製造することができる。このような方法の例はメルトブロー法、スパンボンド法、カーディング法およびエアーレイド法であるが、これらは単なる例示であり、これらに限定されない。
【００３９】
本明細書で使用される「紙」または「紙様」なる用語は一般に平らな繊維層または湿式法により製造された材料のマットを意味する。
【００４０】
本明細書で使用される「粒子」なる用語は特に形状については限定していないが、一般に長さ対幅の比が制限されたコロイドからマクロまでの大きさを有する固体を意味する。
【００４１】
本明細書で使用される「プレフィルター」なる用語は一般に他の濾過層、構造または装置の上流側に位置し、流入液が次の濾過層、構造または装置と接触する前に粒子状汚染物を減少させることができる濾材を意味する。
【００４２】
本明細書で使用される「シート」なる用語はその厚さより極めて大きい長さおよび幅を有するほぼ二次元の構造を意味する。
【００４３】
本明細書で使用される「ホイスカー」なる用語は粒子と繊維のアスペクト比の中間である制限されたアスペクト比を有するフィラメントを意味する。繊維に関する考察はホイスカーもまた包含する。
【００４４】
微生物学的遮断が強化された濾材
本発明の濾材は適当な細孔構造および化学的処理の組合せを使用して微生物学的遮断機
能を与える微孔性構造を有する。微孔性構造は約2.0ミクロン未満の平均流路を有することができる物質からなる。好ましくは、微孔性構造は不織布または紙様構造に成形されたナノ繊維からなるが、ホイスカーであってもよく、または膜である。本発明の微生物学的遮断が強化された濾材の密な細孔構造は流体から濾材の表面までの拡散距離を短くする。微孔性構造の表面を処理するために使用される化学的処理法はカチオン性物質および生物学的に活性な金属間の相乗作用を利用し、それらは組合されると接触時に広域スペクトルの微生物学的汚染物の減少をもたらす。濾材に対してカチオン性物質により付与される電荷は、微生物学的汚染物の動電学的遮断を助け、密な細孔構造は短い拡散路、したがって微孔性構造の表面に対する流動体中の汚染物の急速な拡散運動を与える。微孔性構造はまた、補助的に微生物学的汚染物の直接的な機械的遮断をもたらす。極めて小さい粒子を遮断するのに拡散が主要な役割を果たすため、濾材の厚さに依存するというより、ウイルス粒子の対数減少値と濾材中の流入液の接触時間の間に直接的な相互関係がある。
【００４５】
微生物学的遮断が強化された濾材の特性
完全な微生物学的遮断機能を与えるために、本発明の微生物学的遮断が強化された濾材は、約２ミクロン未満、好ましくは約１ミクロン以下、より好ましくは約0.6ミクロン以下の平均流路を有する。濾材を通過する流体の流量と比較した本発明の微生物学的遮断が強化された濾材の容量は、汚染物が濾材の表面を拡散するのに十分な接触時間を与える程十分な量でなければならない。その大部分が負電荷である微生物の強化された動電学的遮断をもたらすために、殆んどの条件下で、微生物学的遮断が強化された濾材は一般に約６〜約７のpH値で約＋10ミリボルトより大きい正のゼータ電位を有し、約９以上のpH値で正味の正のゼータ電位を維持する。
【００４６】
微生物学的遮断が強化された濾材の電荷を低下または除去する可能性のある天然有機物(NOM)、例えばポリアニオン酸、すなわちフミン酸またはフルボ酸がNOMを実質的に除去する吸着性プレフィルターを使用することによって、帯電した微孔性構造と接触するのを防止するのが好ましい。重力流水濾過システムで使用される場合、微生物学的遮断が強化された濾材は親水性物質で製造して良好で自然な湿潤性を与えるのが好ましい。別法として、他の用途において、微生物学的遮断が強化された濾材は必要に応じて親水性または疎水性を付与するために処理することができる。微生物学的遮断が強化された濾材は、正電荷および負電荷の領域、非帯電領域、および／または親水性および疎水性領域を有することができる。例えば、負電荷の領域を使用してあまり一般的ではない正電荷の汚染物の遮断を強化することができ、また非帯電の疎水性領域を使用して疎水性表面に引き付けられる汚染物の遮断を強化することができる。
【００４７】
繊維／ホイスカーまたは粒子状成分
本発明の微生物学的遮断が強化された濾材は、限定されないがポリマー、イオン交換樹脂、工業樹脂、セラミックス、セルロース、レーヨン、ラミー、ウール、シルク、ガラス、金属、活性アルミナ、カーボンまたは活性炭、シリカ、ゼオライト、珪藻土、活性ボーキサイト、フラー土、カルシウムヒドロキシアパタイト、他の吸着性材料、またはこれらの組合せを含む有機および無機材料の、ホイスカーまたは微粒子状成分を含む多数のナノ繊維からなる微孔性構造を有する。有機および無機繊維および／またはホイスカーまたは微粒子の組合せが本発明の範囲内で考えられ、例えばガラス、セラミックまたは金属繊維およびポリマー繊維を微孔性構造に組み込まれる非常に小さい粒子と一緒に使用することができる。
【００４８】
セルロースまたはポリマー繊維のようなナノ繊維から湿式法により製造される場合、このような繊維はさらに約100以下、最も好ましくは約45以下のカナダ標準フリーネスを有する必要がある。好ましくは、繊維のかなりの部分は約1000ナノメートル以下、より好ましくは約400ナノメートル以下の直径を有するが、直径が約250ナノメートル以下の繊維が
最も好ましい。繊維を約１ミリメートル〜約８ミリメートル、好ましくは約２ミリメートル〜約６ミリメートル、より好ましくは約３ミリメートル〜約４ミリメートルの長さに細断することが好ましい。フィブリル化繊維は非常に微細な寸法を有し、潜在的に低コストであるため最も好ましい。
【００４９】
好ましくは、フィブリル化合成セルロース繊維は本発明に従って処理されると、本発明の微生物学的遮断が強化された濾材として使用される超微細な親水性の微孔性構造を形成することができる。このようなフィブリル化セルロース繊維は酸化アミンのような有機溶剤に木材パルプを直接溶解し、紡糸することにより製造することができ、リヨセル繊維として知られている。リヨセル繊維は一貫して均一に製造され、例えば天然セルロース繊維の場合とは違って再現性のある結果が得られるという利点を有する。また、リヨセルの繊維はカールを生ずることが多い。カールはかなりの量の繊維のもつれ合いをもたらし、最終の濾材は高い乾燥強度および有意な残留湿潤強度を有する。さらに、フィブリル化リヨセル繊維はささやかな資本コストの装置を使用して多量に製造することができる。セルロース以外の繊維をフィブリル化して非常に微細なフィブリル、例えば人工繊維、特にアクリルまたはナイロン繊維、または他の天然セルロース系材料を製造することができることは理解されよう。フィブリル化および非フィブリル化繊維の組合せを微孔性構造で使用することができる。
【００５０】
膜
本発明の微生物学的遮断が強化された濾材は限定されないがポリマー、イオン交換樹脂、工業樹脂、セラミックス、セルロース、レーヨン、ラミー、ウール、シルク、ガラス、金属、活性アルミナ、活性炭、シリカ、ゼオライト、珪藻土、活性ボーキサイト、フラー土、カルシウムヒドロキシアパタイト、チタン酸塩、他の材料、またはこれらの組合せを含む有機または無機組成物の膜から構成することができる。有機および無機材料の組合せが本発明の範囲内で考えられる。このような膜は当業者に知られている方法を使用して製造することができる。
【００５１】
微生物学的遮断強化剤
微孔性構造を構成するナノ繊維または膜は、微生物学的遮断が強化された濾材に正電荷を生じさせることができる微生物学的遮断強化剤で化学的に処理される。カチオン性金属複合体は繊維または膜をカチオン性物質で処理することにより繊維または膜の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部に生成する。カチオン性物質は小さい帯電分子、あるいはポリマー鎖の長さに沿って正電荷の原子を有する直鎖状または分枝状ポリマーである。
【００５２】
カチオン性物質がポリマーである場合、その電荷密度は好ましくは分子の長さが約20オングストローム毎に約１より大きい帯電原子、好ましくは約12オングストローム毎に約１より大きい帯電原子、より好ましくは約10オングストローム毎に約１より大きい帯電原子である。カチオン性物質の電荷密度が高い程、それと会合したカウンターイオンの濃度は高い。高濃度の適当なカウンターイオンを使用してカチオン性金属複合体の沈殿を促進することができる。カチオン性物質は高いまたは低いpH環境下で流動電位またはゼータ電位測定装置により測定して高い正電荷の表面を微孔性構造に一貫して付与しなければならない。高い分子量のポリマーで処理した後の微孔性構造のゼータ電位または流動電位は実質的に中性のpHで約＋10ミリボルトより大きく、大抵は約＋23ミリボルト以下である。
【００５３】
カチオン性物質には第４級アミン、第４級アミド、第４級アンモニウム塩、第４級イミド、ベンズアルコニウム化合物、ビグアニド、カチオン性アミノシリコン化合物、カチオン性セルロース誘導体、カチオン性スターチ、第４級ポリグリコールアミン縮合物、第４級コラーゲンポリペプチド、カチオン性キチン誘導体、カチオン性グアールガム；カチオン性メラミン−ホルムアルデヒド酸コロイド、無機処理シリカコロイドのようなコロイド
；ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂、カチオン性アクリルアミド、そのポリマーおよびコポリマー、これらの組合せなどがあるが、これらに限定されない。この用途に使用される帯電分子は単一帯電ユニットを有し、微孔性構造の少なくとも一部に付着することができる小分子であって良い。カチオン性物質は好ましくはそれと会合したカウンターイオンを１個またはそれ以上有し、それらは生物学的に活性な金属塩溶液にさらされると優先的にカチオン性表面付近の金属の沈殿を引き起こしてカチオン性金属沈殿を生成する。
【００５４】
アミンの例はピロール、エピクロロヒドリン誘導アミン、そのポリマーなどである。アミドの例は国際特許出願番号WO 01／07090に開示されているポリアミドなどである。第４級アンモニウム塩の例はハロゲン化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマー、エピクロロヒドリン誘導ポリ第４級アミンポリマー、ジアミンおよびジハロゲン化物から誘導される第４級アンモニウム塩、例えば米国特許第2,261,002号、第2,271,378号、第2,388,614号および第2,454,547号（これらはすべて参照により本明細書に加入される）に開示されているものであり、さらに国際特許出願番号WO 97／23594（これもまた参照により本明細書に加入される）に開示されている臭化ポリヘキサメチレンジメチルアンモニウムなどである。カチオン性物質はそれ自体、繊維または膜に化学的に結合し、吸着し、または架橋する。
【００５５】
さらに、カチオン性物質として使用するのに適した他の物質にはジョージア州ノルクロスのバイオシールドテクノロジー社から入手できるBIOSHIELD(登録商標)がある。BIOSHIELD(登録商標)は約５重量％の塩化オクタデシルアミノジメチルトリメトキシシリルプロピルアンモニウムおよび３％未満のクロロプロピルトリメトキシシランを含有する有機シラン生成物である。使用することができる他の物質はマサチューセツ州チングズバロのサーファシン開発会社から入手できるSURFACINE(登録商標)である。SURFACINE(登録商標)はポリ(ヘキサメチレンビグアニド)(PHMB)を架橋剤の4,4'−メチレン−ビス−N,N−ジグリシジルアニリン(MBGDA)と反応させてPHMBをポリマー表面に共有結合させることにより得られる三次元的網状重合体からなる。沃化銀形態の銀が網状構造に導入され、サブミクロンの大きさの粒子として捕捉される。この組合せは有効な殺生物剤であり、本発明で使用することができる。繊維および膜材料に応じて、MBGDAはPHMBを繊維または膜と架橋させることができたり、できなかったりする。
【００５６】
カチオン性物質は繊維または膜の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部でカチオン性金属複合体が沈殿するように生物学的に活性な金属塩溶液にさらされる。このためには生物学的に活性である金属が好ましい。このような生物学的に活性な金属には銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、白金、パラジウムおよびこれらの組合せがあるが、これらに限定されない。最も好ましいのは銀および銅である。生物学的に活性な金属塩溶液は好ましくは金属とカチオン性物質のカウンターイオンがカチオン性金属複合体の沈殿を促進する水性環境下で実質的に不溶性であるように選択される。
【００５７】
特に有用な微生物学的遮断強化剤は銀−アミン−ハロゲン化物複合体である。カチオン性アミンは好ましくは約400,000ダルトンの分子量を有するハロゲン化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーまたは同様の電荷密度および分子量を有する他の第４級アンモニウム塩である。本発明において有用な塩化ジアリルジメチルアンモニウムのホモポリマーはイリノイ州ネーパービルのナルコ化学薬品会社から商品名MERQUAT(登録商標)100で商業的に入手できる。塩化物カウンターイオンは臭化物または沃化物カウンターイオンと置換可能である。硝酸銀溶液と接触すると、濾材の微孔性構造の繊維または膜の少なくとも一部で銀−アミン−ハロゲン化物複合体が沈殿する。
【００５８】
周囲の溶液のpHは本発明の微生物学的遮断が強化された濾材のゼータ電位に影響を与える。酸性pHは濾材の電荷を増加させるが、塩基性pHは濾材の電荷を減少させる。飲料水で
典型的に出会うpH条件下、微生物学的遮断が強化された濾材は最小の正電荷を保持し、非常に高いpH値でだけ電荷は０ミリボルト以下に減少する。ポリアニオン酸のようなNOMにさらされると、微生物学的遮断が強化された濾材のゼータ電位は減少する。これはその微生物学的遮断機能を低下させる。したがって、高いレベルのNOMが存在する用途では、NOMを除去することができる吸着性プレフィルターは微生物学的遮断が強化された濾材の使用寿命を延長する。
【００５９】
微生物学的遮断が強化された濾材の製造法
微生物学的遮断が強化された濾材は当業者に知られている方法に従って製造することができる。乾式法にはスパンボンド法、エレクトロスピニング法、スピニング・アイランズ・イン・シー（spinning islands-in-sea）法、フィブリル化フィルム法、メルトブロー法、および当業者に知られている他の乾式法がある。典型的な乾式法はカーディングして単繊維にすることにより分離することができる短繊維で開始し、次に空気力学的または流体力学的方法により所望の厚さに置いて非結合繊維シートを形成する。次に、非結合繊維を水力ジェットに付して繊維をフィブリル化し、水中で絡み合わせることができる。高圧ジェット水にさらされるとフィブリル化繊維のウェブに変換される特定のプラスチックフィルムにおいて同様の方法を行なうことができる。
【００６０】
好ましい湿式法において、繊維のトウは特定の長さ、通常は約１ミリメートル〜約８ミリメートルの範囲、特に約３ミリメートル〜約４ミリメートルの範囲に細断される。細断された繊維はブレンダーと同様の特性を有する装置、あるいは大規模な場合は一般に“ハイ−ロー（hi−low）”、“ビーター”または“精製装置”と呼ばれる機械でフィブリル化される。繊維は繰り返しのストレスに付されるが、さらなる細断および繊維の長さの減少は最小限に抑えられる。繊維がこれらのストレスを受けるため、非晶質領域および結晶性領域間の脆弱さの結果として繊維は分裂し、当該技術分野でよく知られている方法により測定されるカナダ標準フリーネス（CSF）が減少し始める。得られるパルプの試料を時々採取し、CSFをフィブリル化度の間接的な指標として使用することができる。CSF値は繊維の長さに僅かに反応しているが、繊維のフィブリル化度には強く反応している。したがって、いかにして簡単に水をパルプから除去することができるかの尺度であるCSFは繊維のフィブリル化度を監視する適当な手段である。表面領域が非常に高い場合、所定の時間でパルプから排水される水は殆んどなく、CSF値は繊維がより広範囲にフィブリル化するにつれて徐々に低下する。所定のCSF値を有するフィブリル化繊維を直接使用して紙を製造することができ、あるいは脱水プレスまたはベルトを含む多種多様の装置で脱水して脱水パルプを製造することができる。その後、脱水パルプを使用してウェットレイド（wet−laid）紙を製造することができる。一般に、本発明の用途では100以下のCSF を有するパルプが使用され、好ましくはCSFは約45以下である。
【００６１】
パルプは繊維の少なくとも幾つかの表面の少なくとも一部にカチオン性物質を被覆して繊維に電荷を付与するようにカチオン性物質で処理される。カチオン性物質を繊維に塗布する方法は当該技術分野で知られており、カチオン性物質と繊維表面の吸着、化学反応または架橋をひき起こす吹き付け、浸漬または浸水コーチングがあるが、これらに限定されない。次に、処理されたパルプは逆浸透／脱イオン水（RO／DI）で洗浄され、通常は真空下で部分的に脱水されてウェットラップを製造し、それは生物学的に活性な金属塩溶液にさらされる。殆んどイオンを含まない洗浄水の使用は、カチオン性物質と会合したカウンターイオンを、処理した繊維表面にしっかりと引き付け、カチオン性表面から遠く離れた位置での生物学的に活性な金属の制御されていない沈殿をひき起こしうる望ましくないイオンを除去する。
【００６２】
金属塩の溶液は繊維中に浸透して繊維の少なくとも一部の表面でカチオン性金属錯体の沈殿をひき起こす。この塗膜と会合したカウンターイオンは加えた金属と反応してコロイ
ド状粒子を生成するため、沈殿はカチオン性塗膜に隣接する金属コロイドにきちんと付着する。生物学的に活性な金属塩溶液に十分にさらされた後、繊維は洗浄され、過剰の水が除去される。別法として、繊維は直接パルプ製造装置に送られ、紙を製造するのに適した組成物が作られる。
【００６３】
硝酸銀が金属塩溶液として使用される場合、沈殿した銀の存在は日本の島津グループ会社であるクレイトス アナリティカル社から入手できるKratos EDX−700／800 Ｘ線蛍光分光計を使用して確認することができる。
【００６４】
膜からなる微生物学的遮断が強化された濾材は当業者に知られている方法に従って製造することができる。膜を形成する前に膜の原料を処理することができ、またはカチオン性物質を当該技術分野で知られており、繊維の表面を処理するのに使用されるものと類似した方法を使用して膜材料に塗布することができる。
【００６５】
添加剤
ウェットレイド繊維シートの特に湿潤時の強度は種々の添加剤を加えることにより改善することができる。エポキシまたはアクリル樹脂、または他の樹脂を紙の製造工程に加えると向上した湿潤強度が得られるが、これらの水分散させた樹脂は特に繊維の大きさが非常に小さくなるにつれて最終製品の透過率を低下させることが多いことは当該技術分野でよく知られている。これらの樹脂および樹脂系は本発明で使用することができるが、当該技術分野で知られている熱可塑性または熱硬化性物質を粉末、粒子または繊維形態で使用することが好ましい。
【００６６】
有用な結合剤物質にはポリオレフィン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルスルフェート、ポリビニルホスフェート、ポリビニルアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリオキシジアゾール、ポリトリアゾール、ポリカルボジイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアリーレンオキシド、ポリエステル、ポリアリーレート、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ホルムアルデヒド−尿素、エチル−ビニルアセテートコポリマー、これらのコポリマーおよびブロック共重合体、並びにこれらの組合せがあるが、これらに限定されない。上記物質の変種および他の有用なポリマーにはヒドロキシル、ハロゲン、低級アルキル基、低級アルコキシ基、単環式アリール基などのような基の置換体がある。他の潜在的に適用可能な物質にはポリマー、例えばポリスチレンおよびアクリロニトリル−スチレンコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、並びに他の非結晶性または非晶質ポリマーおよび構造体がある。
【００６７】
本発明で有用な結合剤のより詳細なリストにはエンドキャップしたポリアセタール、例えばポリ(オキシメチレン)またはポリホルムアルデヒド、ポリ(トリクロロアセトアルデヒド)、ポリ(n−バレルアルデヒド)、ポリ(アセトアルデヒド)、およびポリ(プロピオンアルデヒド)；アクリル酸ポリマー、例えばポリアクリルアミド、ポリ(アクリル酸)、ポリ(メタクリル酸)、ポリ(アクリル酸エチル)、およびポリ(メタクリル酸メチル)；フルオロカーボンポリマー、例えばポリ(テトラフルオロエチレン)、ペルフルオロ化エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、ポリ(フッ化ビニリデン)、およびポリ(フッ化ビニル)；ポリアミド、例えばポリ(6−アミノカプロン酸)またはポリ(e−カプロラクタム)、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)、ポリ(ヘキサメチレンセバカミド)、およびポリ(11−アミノウンデカン酸)；ポリアラミド、例えばポリ(イミノ−1,3−フェニレンイミノイソフタロイル)またはポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)；パリーレン、例えばポリ−2−キシリレン、およびポリ(クロロ−1−キシリレン)；ポリアリールエーテル、例えばポリ(オキシ−2,6−ジメチル−1,4−フェニレン)または
ポリ(p−フェニレンオキシド)；ポリアリ−ルスルホン、例えばポリ(オキシ−1,4−フェニレンスルホニル−1,4−フェニレンオキシ−1,4−フェニレンイソプロピリデン−1,4−フェニレン)、およびポリ(スルホニル−1,4−フェニレン−オキシ−1,4−フェニレンスルホニル4,4'−ビフェニレン)；ポリカーボネート、例えばポリ−(ビスフェノールA)またはポリ(カルボニルジオキシ−1,4−フェニレンイソプロピリデン−1,4−フェニレン)；ポリエステル、例えばポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(テトラメチレンテレフタレート)、およびポリ(シクロヘキシレン−1,4−ジメチレンテレフタレート)またはポリ(オキシメチレン−1,4−シクロヘキシレンメチレンオキシテレフタロイル)；ポリアリールスルフィド、例えばポリ(p−フェニレンスルフィド)またはポリ(チオ−1,4−フェニレン)；ポリイミド、例えばポリ(ピロメリチミド−1,4−フェニレン)；ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(1−ブテン)、ポリ(2−ブテン)、ポリ(1−ペンテン)、ポリ(2−ペンテン)、ポリ(3−メチル−1−ペンテン)、およびポリ(4−メチル−1−ペンテン)；ビニルポリマー、例えばポリ(酢酸ビニル)、ポリ(塩化ビニリデン)、およびポリ(塩化ビニル)；ジエンポリマー、例えば1,2−ポリ−1,3−ブタジエン、1,4−ポリ−1,3−ブタジエン、ポリイソプレン、およびポリクロロプレン；ポリスチレン；およびこれらのコポリマー、例えばアクリロニトリルブタジエン−スチレン(ABS)コポリマーが含まれる。有用なポリオレフィンにはポリエチレン、低密度の直鎖状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(1−ブテン)、ポリ(2−ブテン)、ポリ(1−ペンテン)、ポリ(2−ペンテン)、ポリ(3−メチル−1−ペンテン)、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)などがある。
【００６８】
バインダー繊維、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、アクリルの繊維、あるいはポリエステル−ポリプロピレンまたはポリプロピレン−ポリエチレンの二成分繊維、あるいは他のものを使用することができる。ある種の処理されたポリエチレン繊維は下記のように適切に処理された場合に最適であり、さらに適度の容量で使用された時に得られる濾材の親水性に有意に干渉しないという利点を有する。好ましい繊維状結合剤物質にはFYBREL(登録商標)合成繊維および／またはSHORT STUFF(登録商標)EST−8があり、これらは共にポリオレフィンを基材としている。FYBREL(登録商標)は高度のフィブリル化繊維であるポリオレフィン系合成パルプであり、日本の三井化学会社から商業的に入手できる。FYBREL(登録商標)は優れた熱成形性を有し、滑らかな表面を濾材に付与する。SHORT STUFF(登録商標)EST−8はペンシルバニア州ピッツバーグのミニファイバー社から商業的に入手できる、高度にフィブリル化した高密度ポリエチレンである。
【００６９】
好ましくは、結合剤物質は約１重量％〜約10重量％、より好ましくは約３重量％〜約６重量％、最も好ましくは約５重量％の量で存在する。結合剤物質はナノ繊維物質の軟化点より有意に低い軟化点を有するために濾材を加熱して結合剤物質を活性化することができるが、その間に微孔性構造が溶融して多孔性を失わないのが好ましい。
【００７０】
粒子、繊維、ホイスカーまたは粉末形態の１種以上の添加剤は、ナノ繊維と混合されて、または膜に組み込まれて、他の汚染物の吸着を手助けし、あるいは微孔性構造の成形および微生物学的汚染物の遮断に関与することができる。有用な添加剤には金属粒子、活性アルミナ、活性炭、シリカ、ポリマー粉末および繊維、ガラスビーズまたは繊維、セルロース繊維、イオン交換樹脂、工業用樹脂、セラミックス、ゼオライト、珪藻土、活性ボーキサイト、フラー土、硫酸カルシウム、超吸着性ポリマー（SAP）のような他の吸着性物質、あるいはこれらの組合せがあるが、これらに限定されない。添加剤はまた、特定の用途に応じて微生物学的遮断機能を付与するために化学的に処理することができる。このような添加剤は好ましくは濾過用途で使用された時に得られる濾材中の流量が実質的に阻害されないように十分な量で存在する。添加剤の量は濾過システムの特定の使用に依存する。
【００７１】
湿式法の例は45 CSFフィブリル化リヨセル繊維のパルプを５％EST−8バインダー繊維と
混合し、パルプおよびバインダー繊維をブレンダーで混合しながら脱イオン水中で分散させて約１％〜約２％の粘稠度を有する組成物を生成することを包含する。この混合物に約３重量％のMERQUAT(登録商標)100を加え、それを簡単に希パルプ組成物中で分散させる。繊維に正のゼータ電位を付与し、維持するために、相当の部分が繊維の少なくとも一部に吸着されるまでカチオン性物質をパルプと約４〜約12時間接触させる。室温で約８時間以内に十分なMERQUAT(登録商標)が吸着され、繊維に約＋10ミリボルトより大きい正のゼータ電位を付与する。次に、このパルプを真空下で部分的に脱水し、脱イオン水で洗浄してウェットラップを形成する。例えば乾燥ナノ繊維の0.5重量％の量で存在する硝酸銀のような金属塩溶液は、脱イオン水を用いて製造され、シート上に均一に注がれ、短時間放置されて、カチオン性物質と会合したカウンターイオンの少なくとも一部で生物学的に活性な金属の沈殿をひき起こす。その後、繊維は濾材の湿式製造において直接使用することができる。
【００７２】
微生物学的遮断が強化された濾材を使用する濾過システム
本発明の濾材を組み込む多くのタイプの濾過システムを思い描くことができる。特定の態様を下記に示す。しかしながら、これらの濾過システムは例示であり、本発明の範囲を制限するものと解釈されてはならない。
【００７３】
微生物学的遮断が強化されたナノ繊維を含むプレコート濾過システム
微生物学的遮断強化剤で処理されたナノ繊維を使用する本発明の濾過システムの１つは多孔性セプタムに施されたプレコートを使用する工業用、商業用または公共用フィルターである。この塗膜はビール、ワイン、ジュース、および外食産業または医薬産業で使用される他の液体のような液体を濾過するための多孔性セプタムに施されるプレコートとして珪藻土、パーライトまたは繊維のような粒子を分散させることにより形成する。液体が濾過ケークと接触すると望ましくない汚染物が除去され、液体を清澄にする。帯電したナノ繊維はプレコートの細孔よりもかなり小さい液体中の負電荷の汚染物を除去するだけでなく、すべての粒子の機械的遮断を大きく改善する。ナノ繊維は珪藻土のような従来のプレコート成分と共に使用することができる。有意な効果をもたらすためには、ごく少量、一般には約1.5重量％〜約10重量％のナノ繊維がプレコートに必要である。好ましくは、親水性の微生物学的遮断が強化された濾材がこれらの用途で使用される。
【００７４】
多層の濾材を含む濾過システム
本発明の微生物学的遮断が強化された濾材は２層以上の微生物学的遮断が強化された濾材を有する構成であってもよい。第１の微生物学的遮断が強化された濾材の層は正電荷であるが、第２層は負電荷である。負電荷の物質はナノ繊維パルプをグリセリンのような少量の架橋剤と混合したポリカルボン酸のような負電荷の化合物または物質と接触させることにより生じさせることができる。このような混合物に浸漬した後にナノ繊維を加熱すると、グリセリンにより架橋した負電荷のカルボン酸ポリマーのナノ繊維に塗膜が形成する。多層の微生物学的遮断が強化された濾過システムは、正電荷および負電荷の微生物ターゲットを遮断することができる。また、NOMが存在する用途において、微生物学的遮断が強化された濾材の電荷を維持するために吸着性プレフィルターが必要である。
【００７５】
微生物学的遮断が強化された濾材と組合せた吸着性プレフィルターを有する濾過システム
微生物学的遮断強化剤で処理された本発明の微孔性濾材は、用途およびフィルターのハウジング設計に応じて、フラットシート濾材、プリーツ濾材またはスパイラル巻き濾材として使用することができる。それは水および空気を含むどんなタイプの流体濾過でも使用することができる。
【００７６】
しかしながら、微生物学的遮断が強化された濾材は、ポリアニオン性フミン酸およびフ
ルボ酸のようなNOMが中間〜高いレベルで存在するとあまり効果的でない。このような酸
が存在すると濾材の正電荷が減少し、結果として損失するためである。したがって、微生物学的遮断が強化された濾材を単独で使用するこのような用途はポリアニオン酸を実質的に含まないか、または低レベルでなければならない。
【００７７】
NOM を含有する流体と接触する微生物学的遮断が強化された濾材を含む濾過システムにおいて、吸着性プレフィルターを使用して微生物学的遮断が強化された濾材と流入液が接触する前にその中のNOMを除去することは賢明である。別法として、正電荷の濾材を積み重ねたシートとして、または構造への変換により多数の層に形成することができる。このタイプの配置では、濾材の外層はNOMを除去するために犠牲になり、内層は保護され、微生物学的汚染物を長期にわたって減少させる。NOMを吸着または吸収する添加剤、例えばアニオン交換樹脂を微孔性構造に組み込むことができる。このコストのかかる犠牲材料の損失を回避するために、濾材をNOMの影響から保護するよう手配する他の代替方法を次の例により説明する。
【００７８】
１．プレフィルターとしてのフラットな吸着性濾材
微生物学的遮断が強化された濾材は、帯電した微生物学的遮断が強化された濾材と接触する前に、NOM干渉を遮断する働きをする吸着性濾材と連結して使用することができる。微生物学的遮断が強化された濾材および１層以上の吸着性濾材を複合フラットシート、スパイラル巻き濾材またはプリーツ濾材として使用することができる。このような吸着性濾材は米国特許第5,792,513号および第6,077,588号に従って、並びに他の従来の方法により製造することができる。特に好適なフラットシート吸着性濾材はコネチカット州オレンジのKXインダストリー社から商業的に入手できるPLEKX(登録商標)である。フラットシート濾材は親水性または疎水性粒子を含有することができ、この粒子は必須でないが微生物学的遮断強化剤で処理することもでき、支持体に固定化して微生物学的遮断が強化された濾材により付与されるものの他に微生物学的遮断機能を増大させる。少なくとも１つの吸着剤層は好ましくは微生物学的遮断が強化された濾材の上流側に配置され、微生物学的遮断が強化された濾材に対するNOM の悪影響を減らす。微生物学的遮断が強化された濾材は流入液のNOM を濾過するのに使用される吸着剤を支えるのに使用される支持体の１つとして働くことができる。例えば、PLEKX(登録商標)構造の上層は粒子状プレフィルターである。PLEKX(登録商標)複合体の中心部は主にNOMに対して高い親和性を有する吸着剤で構成され、下流側の下層は微生物学的遮断が強化された濾材である。上記特許に記載のPLEKX(登録商標)法を使用して各層を結合して単一の密着した複合構造にすることができる。結果として、単一の材料で化学物質、粒子および微生物を遮断する高い処理能力の濾過構造が得られる。PLEKX(登録商標)構造の中心部は化学的汚染物の吸着に有用な広範囲の成分を含有することができる。
【００７９】
２．吸着性プレフィルターとしてのGAC濾材
微生物学的遮断が強化された濾材は粒状吸着剤の層、例えば粒状活性炭（GAC）層と共に使用することもできる。粒状層フィルターは、帯電した微孔性濾材と接触する前に、流入液からNOM のような電荷を減少させる汚染物を除去するために微生物学的遮断が強化された濾材の上流側に配置する必要がある。
【００８０】
３. 吸着性プレフィルターとしての固体複合ブロック濾材
微生物学的遮断が強化された濾材は、微生物学的遮断が強化された濾材の上流側に配置される、好ましくは活性炭からなる固体複合ブロック濾材と共に使用することもでき、これによって微生物学的遮断が強化された濾材と接触する前に、流入液からNOM のような電荷を減少させる汚染物が除去される。活性炭ブロックには重金属、ヒ素、塩素のような汚染物の追加的な減少をもたらし、味および臭いを改善する活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイ
ト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、タルク、ポリマー粒子、クレー、沃素化樹脂、イオン交換樹脂、セラミックスおよびこれらの組合せのような物質が含まれるが、これらに限定されない。活性炭と同様に、これらの物質は押出成形、圧縮成形または当業者に知られている他の方法により固体複合体に変換される前に微生物学的遮断強化剤で処理することができる。典型的な方法は米国特許第5,019,311号および第5,189,092号に記載されている。固体複合ブロックはNOMを吸着する能力が高いため特に選択されるアニオン交換樹脂を含有することができる。
【００８１】
吸着性プレフィルターおよび微生物学的遮断が強化された濾材を組合せた完全濾過装置
本発明の濾過システムのある特定の態様は微生物学的遮断が強化された濾材および吸着性濾材を含む上記のような複合濾材を含有する。この装置は僅か数インチの水柱から最大は数フィートの水柱の駆動圧で重力流装置として操作するよう設計されている。複合濾材は最初に吸着性プレフィルター、次に微生物学的遮断層を通過することを強いられる。
【００８２】
図１に示されるように、典型的なフィルター設計は貝殻タイプのエンクロージャを有するフィルターハウジング10の中に本発明の複合濾材を組み込む。フィルターハウジング10は流入口14を有する上部12、および流出口18を有する下部16を有する。図２の断面図により正確に示されている複合濾材20は上部および下部により定められる密封したキャビティ内に存在する。上部12および下部16はポリマー材料の単一シートから形成され、折り重ねられ、貝殻の形をなす。
【００８３】
フィルターを組み立てるために、複合濾材20は実質的に貝殻エンクロージャの大きさおよび形に切断される。複合濾材20は下部16に固定され、上部12が下部16の上に置かれ、一緒に圧縮される。上部および下部シェル12、16は一緒に溶接され、濾材20の全周囲に溶接物22を形成することができる。図２に示されるように、溶接物22に直接隣接する領域で上部および下部と複合濾材の接点は実質的に不浸透性である。貝殻エンクロージャおよび複合濾材の過剰の材料は簡単に切断される。濾材をフィルターハウジング内に密封する他の方法は限定されないが接着剤、機械的クランプなどを使用することができることは理解されよう。フィルター設計は貝殻エンクロージャを有するが、フィルター設計はそれに制限されない。流入液が濾材を迂回しないように密封することができるエンクロージャが好適である。
【００８４】
図２に戻って、濾過される水が矢印ＡおよびＢにより示される経路をたどることを強いられ、複合濾材20を迂回できないように複合濾材20と上部12および下部16の間が封止される。実際、複合濾材20の周囲でシールにより加えられる圧力は濾材の密度を増加させ、この周辺領域における濾過される水と複合濾材20の接触時間が増加し、濾過効率が高められる。
【００８５】
フィルターの製造中に、シールおよび集成体の一体性の保証は視覚システムおよびガスまたはエアゾルパルス試験を使用して得られる。ガスまたはエアゾルパルス試験は、無傷のフィルターにより完全に吸着される、または遮断されるが、不良フィルターを有意に貫通する希薄ブタンまたはフォグ−オイルスモーク（fog-oil smoke）の小パルスを使用する。当業者に知られている他のオフライン試験法を使用して濾材とエンクロージャのシールの質を念入りに検査することができる。
【００８６】
フィルターハウジングの内壁は十分に薄く、柔軟性であるため、フィルターが水と接触すると入ってくる水の液体静力学的荷重により生じる適度な圧力は上部12および下部16を僅かにたわませ、上部12および下部16の内面と複合濾材20の間に隙間を形成する。この隙間は複合濾材20の流入する表面の全体に水を分配するのを助け、流出液を流出口18に排液する。
【００８７】
図３に関して、適当な微生物学的品質の安全な飲料水が不足している発展途上国において有用な重力流装置で飲料水を供給するのに使用される本発明の濾過システム30の正面図が示されている。水が流入液として説明されるが他の液体の濾過をもくろむことは本発明の範囲内である。濾過システム30は原水を集める輸送容器である第１貯蔵タンク35を有する。第１貯蔵タンク35はポリマー材料、すなわちポリエステル、ナイロン、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、塩化ポリビニル、および多層フィルムなどのような実質的に液漏れに耐えられる材料で構成された図示のような構造のバッグである。使いやすくするために、第１貯蔵タンク35は第１貯蔵タンク35を持ち運び、つり下げるための補強された開口部およびハンドル36を有し、それは濾過中の圧力ヘッドとなる。好ましくは、第１貯蔵タンク35は密閉されると実質的に防水シールとなる再シール可能な開口部37を有する。このような再シール可能な開口部は当業者に知られており、回して取付けるキャップを有するネジ込み開口部がある。
【００８８】
第１貯蔵タンク35は好ましくは貯蔵タンクに保存された水が濾過、結局は使用のために排水されるように排出ホース40を備えている。排出ホース40は好ましくは食品として安全な等級の軟質ポリマーで製造される。排出ホース40は単純クランプを使用して開閉することができる。排出ホース40は超音波溶接により第１貯蔵タンク35に永久に取付けることができ、または摩擦により簡単に保持することができる。排出ホース40は好ましくは第１貯蔵タンク35の中に内部エクステンション端部42を有し、この内部エクステンション端部42は第１貯蔵タンク35の下部より上方に伸びて水の濾過前に沈降する沈殿物を捕獲するための領域を形成する。水の濾過前に流入液に存在する沈殿物の量を制限することにより、濾過システムの使用寿命が延長される。
【００８９】
排出ホース40は第１貯蔵タンク35を上記のように、本発明の複合濾材を含むフィルター10に接続する。クランプ45は排出ホース40の長さに沿って何れかの地点で排出ホース40に取付けられる。このようなクランプは当該技術分野で知られており、軟質ポリマーまたは金属で作られた単純な一体構造である。クランプが開放位置にある場合、水は自由に第１貯蔵タンク35からフィルター10に流れ込む。フィルター10は取り外し可能に排出ホース40に接続される。フィルター10の流出口は次に第２貯蔵タンク50に接続される。第２貯蔵タンク50は濾過した水または流出液を集める容器として働く。別法として、フィルター10および第２貯蔵タンク50は第２排出ホース（図示せず）を通して互いに接続することができる。第２貯蔵タンク50は一般に濾過した水を分注する手段を備えている。
【００９０】
上記濾過システムは次のようにして使用することができる。ユーザーは排出ホースの付いたまたは付いていない第１貯蔵タンク35を水源に持って行く。排出ホース40が第１貯蔵タンク35に取付けられている場合、クランプ45は閉鎖位置にあるか、または第１貯蔵タンク35は他の手段により密閉されなければならない。第１貯蔵タンク35を多量の原水で満たし、その開口部を再び密閉し、ユーザーは第１貯蔵タンク35を持って居住地のような所望の場所に戻る。原水は微生物および化学物質に汚染されていて飲用に適さないことがある。濾過を容易にするため、第１貯蔵タンク35を支持手段から吊り下げるか、またはそれに掛ける。濁度からも明らかなように存在する有意な沈殿に応じて、沈殿が第１貯蔵タンク35の中で排出ホース40の内部エクステンション端部42の高さより下方に沈降するのに十分な時間原水を吊り下げる。もちろん、水が比較的透明ならば、第１貯蔵タンク35をそれほどの時間吊り下げる必要はない。排出ホース40が予め取り外されている場合、第１貯蔵タンク35に取付け、フィルター10に固定する。フィルター10を濾過した水を集めるための第２貯蔵タンク50に固定する。次に、クランプ45を開放位置にし、水をフィルター10に流入させ、そこで複合濾材20を通して処理された水は飲用に適したものにされ、第２貯蔵タンク50に集められる。濾過した水の飲用適性を維持するために、第２貯蔵タンク50の表面を消毒剤または微生物学的遮断強化剤で製造または処理することができる。使用される消毒剤は水の味を変えたり、それに影響を与えたりしないことが好ましい。
【００９１】
典型的な水流量は大きさが約３インチ×５インチのフィルターを備え、約６インチの水柱圧で操作する装置で約25〜100ml／分である。これは細菌の対数減少が少なくとも約６であり、ウイルス汚染物の対数減少が少なくとも約４である１リットルの飲料水を約10〜40分で供給する。フィルター10を連続的に使用すると、粒子がその上に累加的に付着することにより濾過工程が許容できない時間を要するまで流量を減らす粒子の層が形成すると考えられる。流量は減少するが、フィルターはその微生物学的遮断機能を長期間維持する。
【００９２】
本発明の濾材を組み込む他の重力流装置には図４に示されるような濾過し、濾過した水または他の流体を保存し、分注するための典型的なポット設計がある。図示されたポットは本質的に丸形であるが、ポット60はその使用および周囲の状況に応じてどのような形を取ってもよく、設計選択の問題である。基本的なポットはハンドル64およびカバー66の付いたハウジング62を有する。ポット60は下部の貯蔵所または貯蔵室68と蓋70およびハウジング62内のカバー66により密閉される上部の貯蔵所78に分かれている。注ぎ口72は貯蔵室68の流出口74からの濾過した水の取出しを容易にする。
【００９３】
上部の貯蔵所78および貯蔵室68はその底に開口部（図示せず）を有し、フィルターを受け入れるレセプタクル85を備えた間仕切り80により分離される。ある態様では、本発明のフラットな複合濾材76は上部の貯蔵所78および貯蔵室68を分離する防水シールでフィルターを受け入れるレセプタクル85の中に配置される。濾材76のフィルターレセプタクルへの配置は限定されないがスナップまたはヒンジ機構などの当業者に知られている手段を使用して行なわれる。濾材76は好ましくは交換可能なカートリッジとして製造される。ポット設計の他の特徴も本発明の範囲を逸脱することなく本発明に組み込むことができる。濾材は約１ミクロン未満の平均流路を有し、濾材の平均流路より小さい微生物学的汚染物の対数減少を少なくとも約４とするように処理された微孔性構造からなる。好ましくは、濾材は約500cm3未満の容量を有し、初期流量は約25ml／分より大きい。
【００９４】
ユーザーは原水を上部の貯蔵所78に注ぎ込み、原水を重力の作用下で濾材76を通過させる。濾過した水を貯蔵室68に集める。原水が本発明の濾材を十分な接触時間で通過すると、濾材は高い力価の微生物減少をもたらすことにより水を飲用に適したものにする。微生物の対数減少値(LRV)は濾材と流水の接触時間に依存する。微生物の対数減少値を約８とするために必要な接触時間は約６〜約10秒である。
【００９５】
ポット60はさらにフィルターの寿命を管理するユーザーが濾材の使用寿命が消費されたのを確認できるような表示器（図示せず）を有してもよい。ポット60への水の補充回数を表示する表示器、濾材を通過する水または液体の容量を測定する表示器などのような他のタイプの表示器もまた使用することができる。
【００９６】
他の濾過システム
本発明の濾材、特に複合濾材は約１psiのわずかな圧力下で操作する個人用水濾過システムとして使用されるスポーツボトルのようなユースポイントシステム（point-of-use-application）に組み込むこともできる。適当な設計のスポーツボトルは国際特許出願番号WO 01／23306に開示されており、その中で濾材はスポーツボトルのフィルターレセプタクルに組み込むことができる。
【００９７】
他のユースポイントシステムとして、本発明の微生物学的遮断が強化された濾材はさらに蛇口の終端（EOT）、流しの下、カウンタートップ、あるいは他の一般消費者または工業用濾過システム、および加圧装置で使用される構造に組み込むことができる。濾過シス
テムは吸着性粒子床または固体吸着性複合ブロックからなるプレフィルターを含有することができる。微生物学的遮断が強化された濾材はプリーツまたはスパイラル巻き構造であってよく、あるいは適当なマンドレルで真空成形により厚いマットに成形して湿式成形または乾式成形カートリッジを作ることができる。
【実施例】
【００９８】
次の実施例により本発明を詳しく説明するが、これらは本発明の範囲を制限するものではない。
【００９９】
ニューヨーク州イサカのポーラスマテリアル社から入手できる自動細管流ポロメーターを使用してポロメトリー研究を行なった。機器メーカーにより公開された標準法を使用して測定されるパラメーターには平均流孔径および気体（空気）透過性がある。風量を乾式および湿式濾材において可変圧で測定した。湿式試験の前に、濾材を最初に高真空下でシリコーン油に少なくとも10分間浸漬した。
【０１００】
ニューヨーク州ホルツビルのブルックヘブンインストルメンツ社から入手できるBI−EKA界面動電分析器で測定される流動電位および流動電流を使用して様々な濾材のゼータ電位または流動電位を測定した。この測定器は分析器、フラットシート測定セル、電極およびデータ制御システムを含む。分析器は一般には0.0015M塩化カリウムの電解質溶液を、貯蔵室から本明細書で開示した濾材の試料を含有する測定セルを通過させるのに必要な圧力をもたらすポンプを含む。温度、圧力降下、導電率およびpHを測定する検出器はセルの外部に配置される。本法に従って、電解質溶液はポンプで多孔性材料に送り込まれる。電解質溶液が試料を通過すると、電荷の交換が起こる。得られる“流動電位および／または流動電流”は試料の両端に位置する電極により検出することができる。次に、試料のゼータ（流動）電位は電解質の導電率を考慮するFairbrotherおよびMastinの方法に従って計算することにより求められる。
【０１０１】
アメリカンタイプカルチャーコレクション(ATCC)No.11775の大腸菌の懸濁液を使用してバクテリアチャレンジ（bacteria challenge）を行なって濾材のバクテリアチャレンジに対する反応を評価した。MS−2バクテリオファージ ATTC No.15597−B1を使用してウイルスチャレンジに対する反応を評価した。バクテリアおよびバクテリオファージを増殖するためにATCCの標準操作手順を使用し、微生物粒子の懸濁液でチャレンジしたフィルターの流入液および流出液において微生物を調製および定量するために当該技術分野でよく知られているような標準微生物学的手順を使用した。
【０１０２】
〔実施例１〜３〕
未処理リヨセル繊維からなる濾材（比較用）
約0.3〜約0.6ミクロンの平均流路を有する未処理リヨセル繊維からなる濾材を次の方法に従って製造した。
【０１０３】
ミニファイバー社から商業的に入手できる重量が0.45ｇの乾燥EST−8バインダー繊維をキッチンスタイルのブレンダーにおいてパルス設定で1.0Ｌの脱イオン水に完全に分散させた。45のカナダ標準フリーネスを有し、乾燥重量120.0ｇのフィブリル化リヨセル繊維を分散したバインダー繊維にウェットパルプとして加えた。分散した繊維混合物をさらに15秒間ブレンドした。繊維混合物をより大きな工業用ワーリングブレンダーに注ぎ込み、1.0Ｌの脱イオン水を追加し、さらに15〜30秒間ブレンドした。繊維混合物を約12.0Ｌの脱イオン水で満たされ、100メッシュの成形スクリーンを取付けた30.5×30.5cm2のステンレス鋼FORMAX(登録商標)紙型枠に注ぎ込んだ。
【０１０４】
直径２cmの60個の穴を有する30×30cm2のステンレス鋼攪拌プレートを使用して繊維混
合物を徹底的に約８〜10回上下させた。繊維をワイヤー上に形成させるため、型枠の下方を僅かに真空にして繊維混合物から水を除去した。大部分の水を除去してから、さらに真空ポンプで脱水して過剰の水分を除去して比較的滑らかでフラットな極めて薄い紙様シートを形成した。得られたシートをスクリーンから分離し、ブロッターシートと上部および下部を合せて一体化した。そのシートを2.27kgの大理石ローリングピンでそっと巻き取って過剰の水を除去し、シートの上面を伸ばす。次に、シートを２つの新しい乾燥ブロッターシートの間に置き、約120℃のFORMAX(登録商標)シート乾燥器に約10〜約15分間入れた。乾燥した濾材をブロッターシートから分離し、すぐにその両側をFORMAX(登録商標)シート乾燥器で約５分間乾燥して乾燥バインダー繊維を活性化した。
【０１０５】
表Ｉは上記の方法を使用して製造した様々な厚さの未処理リヨセル繊維からなる濾材で行なったポロメトリー（porometry）および通気性試験の結果を示す。
【０１０６】
【表１】
2005515880.tif 000003
【０１０７】
得られる未処理リヨセル繊維からなる濾材は再現性のある約−9.0ミリボルトの流動電位を有した。
【０１０８】
〔実施例４〕
微生物学的遮断強化剤で処理されたリヨセル繊維からなる濾材
ブレンダーに約45のカナダ標準フリーネスを有する10重量％のウェットパルプとして乾燥重量12.0ｇのリヨセル繊維、0.45ｇのSHORT STUFF(登録商標)EST−8バインダー繊維および1.0Ｌの脱イオン水を加えた。混合物を繊維が完全に分散するまでブレンドした。ブレンダーに3.0mlのMERQUAT(登録商標)100を30％水溶液として加え、繊維をMERQUAT(登録商標)100と約10秒間ブレンドし、少なくとも約６時間放置した。約６時間後、繊維を100メッシュの成形ワイヤーを取付けた８インチの標準ブリットジャーに注ぎ込み、過剰の水を真空下で除去した。得られるパルプシートを500mlの脱イオン水で洗浄した。再び、過剰の水を真空により除去した。
【０１０９】
希硝酸銀溶液をパルプシート全体に均一に注いで完全に暴露し、飽和させて約0.1425ｇの銀／シートとした。硝酸銀溶液をパルプシート上で少なくとも約15分間放置し、過剰の水を減圧下で除去した。次に、銀処理したパルプシートを引き裂いて細かくし、WARING(登録商標)ブレンダーに入れ、2.0Ｌの脱イオン水に再び分散させた。第２の3.0mlのMERQUAT(登録商標)100溶液を分散液に加え、その混合物を約10分間ブレンドし、内容物を100メッシュの成形スクリーンを取付けた30.5×30.5cm2のステンレス鋼FORMAX(登録商標)紙型枠に注ぎ込んだ。紙様シートの微生物学的遮断強化濾材を実施例１〜３に記載の未処理リヨセル濾材と同様にして製造した。
【０１１０】
濾材のゼータ電位は常に約7.0のpHで約＋10ミリボルトより大きかった。
【０１１１】
〔実施例５〜２３〕
本発明の微生物学的遮断が強化された濾材および未処理リヨセル濾材の微生物学的遮断の比較
実施例１〜４に記載のような未処理またはMERQUAT(登録商標)100および銀で処理されたフィブリル化リヨセル濾材のシートを２回折りたたんで、標準的な円錐形ロートに切断し、小型の無菌ガラスロートに入れた。脱イオン水を使用して各濾材を予め湿潤させた。約125mlの様々な微生物チャレンジ液をフィルターに注ぎ、流出液を滅菌した250mlの三角フラスコに集めた。各微生物に対して必要な標準実験手順に従って流出液をデュプリケートで連続希釈し、ペトリ皿で培養し、37℃の加熱インキュベーターで一晩放置した。翌日にすべての試験結果を記録した。表IIは脱イオン水で調製した微生物チャレンジ液を使用して行なった一連の試験の対数減少値を示す。
【０１１２】
【表２】
2005515880.tif 000004
【０１１３】
表IIから分かるように、MERQUAT(登録商標)100および銀で処理されたリヨセル繊維からなる濾材は未処理リヨセル繊維からなる濾材と比べて有意な微生物学的遮断機能を示した。MS2ウイルス粒子でチャレンジした時の微生物学的遮断が強化された濾材の効果は本発明の濾過システムがウイルスのようなナノサイズの病原体を除去するのに有効であることを明らかにしている。
【０１１４】
〔実施例２４〜２７〕
ポリアニオン酸の存在下での処理リヨセル繊維からなる濾材の微生物学的遮断機能
上記で説明したように、ポリアニオン酸のようなNOMは正のゼータ電位を下げ、それにより微生物学的遮断が強化された濾材の効果を減らす。500mlのフミン酸（0.005ｇ／1.0ＬのH2O）に暴露した後、微生物学的遮断が強化された濾材のゼータ電位は＋14.1から−14.4に下がった。同様に、500mlのフルボ酸（0.005ｇ／1.0ＬのH2O）に暴露した後、微生物学的遮断が強化された濾材のゼータ電位は＋10.1から−8.9に下がった。実施例24〜27はフミン酸およびフルボ酸溶液の存在下でのMERQUAT(登録商標)100および銀で処理されたリヨセル繊維からなる濾材の微生物学的遮断機能の低下を示す。
【０１１５】
MERQUAT(登録商標)100および銀で処理された濾材の小型ディスクを折りたたんで、小型の無菌ガラスロートに入れてフィルターを形成し、脱イオン水で予め湿潤させた。大腸菌およびMS2ウイルス粒子のチャレンジ溶液をそれぞれフミン酸およびフルボ酸で調製した。約125mlのチャレンジ溶液をフィルターに注ぎ、流出液を滅菌した250mlの三角フラスコに集めた。標準実験手順に従って流出液を希釈し、ペトリ皿で培養した。大腸菌およびMS2ウイルス粒子の対数減少値を下記の表IIIおよびIVに示す。
【０１１６】
【表３】
2005515880.tif 000005
【０１１７】
【表４】
2005515880.tif 000006
【０１１８】
明らかに、NOMの存在下での微生物学的遮断が強化された濾材のLRVは表IIに示されたようなNOM干渉のない大腸菌およびMS2の対数減少７〜９より有意に低い。
【０１１９】
〔実施例２８〜４６〕
ポリアニオン酸の存在下での処理リヨセル繊維および吸着剤層からなる濾材の微生物学的遮断機能
実施例24〜27で示されたような濾材に対するNOMの影響を減らすために、吸着性プレフィルターをフィルターに加えて濾材と接触する前に流入液中のNOMを除去または捕捉した。吸着剤層は1000m2／ｇの表面積を有する600ｇ／m2の微粉砕した石炭に基づく活性炭で製造された、KXインダストリー社から商業的に入手できるPLEKX(登録商標)である。
【０１２０】
微生物学的遮断が強化された濾材からなる２層の濾材および１層のPLEKX(登録商標)を組合せた複合濾材を金属廃水スクリーン上のセラミック製ブフナーロートに取付けた。３つの層を各ブフナーロートにホットメルト接着剤で固定して流入液の迂回を防止した。深さ約５cmの水の頭部圧力をブフナーロートで常に維持した。微生物チャレンジの前に無菌の脱イオン水を実施例28〜34のフィルターに加え、フミン酸またはフルボ酸に暴露しなかった。下記の表Ｖに示した結果から分かるように、吸着剤層を加えた複合濾材の有効性は上記の表IIに示した結果と同様である。
【０１２１】
実施例35〜40のフィルターに500mlのフミン酸溶液(0.005ｇ／１ＬのH2O)を微生物チャレンジの前に加えた。結果を下記の表VIに示す。実施例41〜46のフィルターに500mlのフルボ酸溶液(0.005ｇ／１ＬのH2O)を微生物チャレンジの前に加えた。結果を下記の表VII
に示す。
【０１２２】
【表５】
2005515880.tif 000007
【０１２３】
【表６】
2005515880.tif 000008
【０１２４】
【表７】
2005515880.tif 000009
【０１２５】
データから、微生物学的遮断が強化された濾材の上流側に配置されるPLEKX(登録商標)のような吸着性プレフィルターの使用は微生物学的遮断が強化された濾材と流入液が接触する前に流入液中のNOMを除去することにより濾材の質を高め、濾材の微生物学的遮断機能を維持または改善したことがわかる。吸着性プレフィルターは微生物学的遮断が強化された濾材の有効性を維持するために微生物学的遮断強化剤で処理する必要がない。吸着性プレフィルターを処理しないことは経費削減のための手段となる。したがって、微生物学的遮断が強化された濾材および微生物学的遮断が強化された濾材の上流側に配置される吸着剤層を有する複合濾材は十分に耐性があるのでNOM干渉に抵抗する。
【０１２６】
〔実施例４７〜４８〕
本発明の濾過システムの大腸菌チャレンジ
1000m2／ｇの表面積を有する600ｇ／m2の石炭に基づく活性炭で製造された２層の吸着性濾材、PLEKX(登録商標)および実施例４に記載のようにして処理されたフィブリル化リヨセル繊維から製造された１層の微生物学的遮断が強化された濾材からなる複合濾材を含
む、図３に示されるような２つの本発明の濾過システムを上記の図１および２の貝殻フィルター設計を使用して組み立てた。PLEKX(登録商標)の支持層を各フィルターハウジングの底に配置し、エチレン−酢酸ビニル(EVA)ホットメルトを使用して所定の位置に接着させた。微生物学的遮断が強化された濾材の層を第１のPLEKX(登録商標)層、次に第２のPLEKX(登録商標)層に接着させ、それをさらに微生物学的遮断が強化された濾材の上の所定の位置に接着させた。この構造はPLEKX(登録商標)層の一方だけを吸着性プレフィルターとして使用し、他方のPLEKX(登録商標)層は主に微生物学的遮断が強化された濾材の支持体として働く。ハウジングの外端を接着させ、互いにしっかりとプレスしてハウジングの外側に迂回して漏れるのを防止した。ホットメルト物質により定められる境界内の活性フィルター領域の寸法は幅５cm〜６cmおよび長さ８cm〜10cmであり、40cm2および60cm2の活性フィルター領域を与える。このプロトタイプの試験にホットメルトを使用したが、超音波または他の溶接法を使用するフィルターの組立ても商業生産に応用することができる。
【０１２７】
プラスチック製取付部品を使用して内径0.635cm（0.25インチ）のホースをフィルターハウジングの流入口に取付け、所定の位置に接着剤で固定した。フィルターの流出口を開放して流体をフィルターハウジングから流出させた。フィルターの流入口に取付けたホースをパイレックスガラス製ロートに取付けて全流入口の水柱を約30cm〜60cmにした。試験懸濁液をロートに注ぎ込んでフィルターに種々の微生物をチャレンジした。約500mlの脱イオン水を濾過システム全体に注いでハウジング内の濾材を予め湿潤させた。
【０１２８】
大腸菌による試験では、合わせた高さが60cmのホースおよびロートを使用して頭部圧力を付与した。この流入圧での流量は70ml／分であった。大腸菌のチャレンジ懸濁液をシステム全体に注ぎ、流出液を滅菌した250mlの三角フラスコに集めた。標準実験手順に従って流出液をデュプリケートで連続希釈し、ペトリ皿で培養し、37℃の加熱インキュベーターで一晩放置した。翌日にすべての試験結果を記録した。これらを下記の表VIIIに示す。
【０１２９】
【表８】
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【０１３０】
このように、PLEKX(登録商標)プレフィルターおよび微生物学的遮断が強化された濾材
を含む複合濾材を使用する本発明の濾過システムは約１〜２ml／分・cm2の流量で8.5より大きい大腸菌の対数減少を示す。
【０１３１】
〔実施例４９〜５１〕
本発明の濾過システムのMS2チャレンジ
本発明の濾過システムのウイルス遮断機能を測定するために、３個のフィルターを上記実施例47および48に記載の大腸菌チャレンジと同様にして組立てた。２個のフィルター（実施例49および50）については、フィルターハウジングの流出側の底部にネット層、次に微生物学的遮断が強化された濾材の層、次に1000m2／ｇの表面積を有する600g／m2の石炭に基づく活性炭で製造されたPLEKX(登録商標)の単一上層を取付けた。第３フィルター（実施例51）については、プラスチック製ネットの代りに100メッシュの金属スクリーンを底部の支持層として使用した。MS2チャレンジでは、30cmのホースおよびロートを使用して流量を下げ、複合濾材との接触時間を長くした。脱イオン水をシステム全体に注ぎ、層を予め湿潤させ、ハウジングの漏れがないように確認した。高さ30cmの水柱で 38ml／分の流量を記録した。脱イオン水をシステムから流出させた後、MS2チャレンジ溶液をシステム全体に注いだ。流出液を滅菌した三角フラスコに集め、MS2に対する標準実験手順に従って希釈し、ペトリ皿で培養し、そして一晩放置した。翌日にすべての試験結果を記録した。これらを下記の表IXに示す。
【０１３２】
【表９】
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【０１３３】
PLEKX(登録商標)プレフィルターおよび微生物学的遮断が強化された濾材を含む複合濾材を使用する本発明の濾過システムは約0.75ml／分・cm2の流量で8.5より大きいMS2の対数減少を示すことがわかった。
【０１３４】
〔実施例５２および５３〕
本発明の濾過システムの長期にわたるMS2チャレンジ
これらの実施例は上記のような２層の微生物学的遮断が強化された濾材および２層のPLEKX(登録商標)を含む複合濾材を有する本発明の濾過システムのMS2バクテリオファージでチャレンジした時の有効性を評価する。
【０１３５】
図１および２に示されるようなフィルターエンクロージャの内部に100メッシュのスクリーンを固定することにより２個の本発明の濾過システムを製造した。メッシュスクリーンの上に２層の微生物学的遮断が強化された濾材、次に２層のPLEKX(登録商標)を配置した。各層を接着剤で所定の位置に固定して迂回を防止した。フィルターエンクロージャもまた、接着剤で密閉した。内径0.635cm（0.25インチ）のホースをフィルターハウジングの流入口に固定して取付けた。フィルターハウジングの流出口を開放して流体の通過を可能にした。ロートを各フィルターに固定して取付け、微生物チャレンジ試験のために一方のフィルターを25.4cm（10インチ）の水柱に、また他方のフィルターを10.2cm（４インチ）の水柱にした。
【０１３６】
約500mlの脱イオン水を各濾過システムを通過させて濾材を予め浸潤させ、迂回が起こらないことを確認した。次に、脱イオン水中で調製した500mlのMS2チャレンジ液を各システムを通過させた。流出液を滅菌した三角フラスコに集め、微生物に対する標準実験手順に従って希釈し、ペトリ皿で培養し、そして一晩放置した。24時間後、さらに500mlの脱イオン水、次に500mlのMS2チャレンジ液をシステムを通過させた。このプロトコルを４より上のLRVを示さなくなるまで24時間毎に継続した。結果を下記の表ＸおよびXIに示す。
【０１３７】
【表１０】
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【０１３８】
【表１１】
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【０１３９】
25.4cmの頭部圧力を用いた実施例52の濾過システムの使用寿命は6.0Ｌの水および120時間で許容されるMS2対数減少を示した。しかしながら、実施例53のように頭部圧力が10.2cmの時は濾過システムの使用寿命は延長され、13.0Ｌの水および364時間で許容されるMS2対数減少値を示した。流量が濾過システムの微生物学的遮断機能に影響を与えることは明らかである。実施例52および53の結果から、流量が低いほど微生物と濾材の接触時間が長
くなるため、より有効な微生物学的遮断が達成される。
【０１４０】
〔実施例５４〕
本発明の濾過システムの長期にわたる大腸菌チャレンジ
本実施例は上記のような２層の微生物学的遮断が強化された濾材および２層のPLEKX(登録商標)を含む複合濾材を有する本発明の濾過システムの有効性を評価する。
【０１４１】
約500mlの脱イオン水を濾過システムを通過させて濾材を予め浸潤させ、迂回が起こらないことを確認した。次に、脱イオン水中で調製した500mlの大腸菌チャレンジ液をフィルターを通過させた。流出液を滅菌した三角フラスコに集め、大腸菌に対する標準実験手順に従って希釈し、ペトリ皿で培養し、そして一晩放置した。24時間後、さらに500mlの脱イオン水、次に500mlの大腸菌チャレンジ液をシステムを通過させた。このプロトコルを４より上のLRVを示さなくなるまで24時間毎に継続した。結果を下記のXIIに示す。
【０１４２】
【表１２】
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【０１４３】
実施例50の濾過システムは25.4cmの水柱で頭部圧力を生じさせ、6.0Ｌの水を約24ml／分の平均流量でシステムを通過させた後に許容される性能を示した。
【０１４４】
本発明を特定の好ましい態様に関連して詳しく説明したが、前記説明に照らして多くの代替、変更および変形が当業者にとって自明であることは明らかである。したがって、添付した特許請求の範囲は本発明の範囲および精神の範囲に入るような代替、変更および変形を包含すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の濾材を組み込むフィルターの側面図である。
【図２】図１のフィルターのライン２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の典型的な重力流濾過システムの正面図である。
【図４】他の本発明の典型的な重力流濾過システムの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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