以低成本處理受細菌和微藻類影響的水體的持續性方法和系統的制作方法

專利名稱：以低成本處理受細菌和微藻類影響的水體的持續性方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及以低成本處理和保持水體以用于低密度娛樂用途的持續性方法和系統。典型地，使用密度為每立方米水體積最多0.05個入浴者。與其中對所有的水體積每天過濾高達6次的常規游泳池過濾系統不同，本文中公開的方法和系統僅過濾總水體積的一小部分，比常規游泳池過濾系統所過濾的流量每天小高達200倍。本文中公開的方法和系統使用更少的化學品，比常規游泳池水處理系統所用量少高達100倍。本發明的方法和系統能夠用于對受細菌和微藻類影響的娛樂水體進行處理并提供用于產生符合娛樂用水的細菌學和物理化學要求以用于完全身體接觸的洗浴的水，所述細菌學和物理化學要求由政府監管機構如美國國家環境保護局(EPA)提出。
背景技術：
變化多的娛樂水體易于受到細菌和微藻類的增殖的污染。在水的品質十分重要的情況中，例如在游泳池的情況中，通過添加大量化學試劑來實現適用于游泳的高品質水。在游泳池中，例如，向池中的水中添加化學試劑以將水中氯試劑的永久濃度保持為至少
I.5ppm。由于關于水的細菌學和物理化學性質的嚴格的游泳池規章而需要這種濃度，并通過在連續基礎上將永久氧化還原電位(ORP)保持在至少650mV的水來實現。世界范圍內的許多國家具有關于娛樂用水的規章，關于這種水體的娛樂用途通常具有兩種規章。第一種規章涉及游泳池，其要求必須保持高的永久氯緩沖劑以避免在新入浴者進入游泳池時對水造成污染。氯緩沖劑中和了由入浴者帶入游泳池水的污染物并殺死由入浴者帶入游泳池水的微生物，由此保持了適用于娛樂用途的高水質。第二種規章適用于湖泊和海洋，并將其稱作用于全身體接觸洗浴用娛樂用水的標準。該規章是以水的稀釋能力為基礎的。當新入浴者進入水體中時，以污染物在水體中不會保持在會造成顯著影響的濃度的方式對污染物進行稀釋。因此，在大型水體如湖泊或海洋中，由于巨大的水體積的高稀釋能力而不需要消毒劑緩沖劑。全球的趨勢是，開發能夠與環境共存的、在生活的所有方面中都更加可持續且具有環境意識的系統，以為后人留下最少的足跡。盡管如此，當對娛樂水體進行處理時，在對環境負責的方法和系統方面未取得實質性進展。關于游泳池中細菌和微藻類的增殖的普通處理需要大量的化學品和能量，這不符合現今的可持續要求。為了符合第一規章，必須在連續基礎上對游泳池中的氯緩沖劑進行保持，以中和由新入浴者帶入池中的污染物。在游泳池的傳統處理中保持永久氯緩沖劑涉及在連續基礎上將ORP水平保持為至少650mV。一旦已經滿足了氯消毒的要求，則剩余在水中的游離的氯的濃度，即剩余的氯，充當緩沖劑以當新的有機物質或微生物進入水體中時，例如當新入浴者進入水中時提供消毒。用于將ORP水平永久保持為至少650mV所使用的化學品的量非常大，明顯提高了池的運行成本，涉及以環境不友好并能夠產生不期望的消毒副產物(DBP)如氯胺的量使用化學品。
另外，典型構造的游泳池要求對其全部體積的水進行過濾，通常為每天I 6次。這通過使用傳統構造的集中過濾單元來實現。由此，傳統游泳池的過濾系統消耗大量能量，還在安裝、運行和維護成本方面造成高要求。總之，傳統的游泳池依賴于大量的化學品以保持氯緩沖劑，以便中和進入水體中的污染物，且所述傳統的游泳池還依賴于集中過濾系統以對全部體積的水進行過濾，通常為每天I 6次。由此，傳統的游泳池技術因必須連續保持高的消毒劑濃度并需要集中過濾系統而具有高的運行和維護成本。迫切需要一種可持續的、低能量的方法和系統，以使用少量化學品對娛樂用途的大的水體積進 行處理和保持。游泳池通過需氧微生物對水中的營養物進行消耗，導致需要大量的氧。因此，降低了水中的溶解氧的水平，并由此使得厭氧微生物發展。厭氧微生物的進一步發展，導致有機化合物累積。這種事件鏈導致營養物在水中累積，所述營養物能夠充當特殊微生物的培養液。在這些條件中發展的微生物中，與娛樂水體最相關的是細菌和微藻類。在娛樂水體中的混濁主要是由在水中存在的微藻類造成的。這些微生物在具有確定濃度的營養物的水中生長。根據光源的可獲得性和營養物的濃度，藻類以被稱作富化作用的過程繁殖，其中藻類生活于整個體積的水，使得整個水體變成巨大的生物質源并提高了水的混濁度。不同的規章指出，高達50個散射濁度單位(NTU)的值對人的健康是安全的。在英屬哥倫比亞，例如，通過環境部門的環保部確定的關于娛樂水體的水的濁度，將上限確定為50個NTU (加拿大英屬哥倫比亞，1981年，環境管理法案的第二部分2 (e))，而南澳大利亞政府認為上限值為25個NTU。當保持微藻類所需要的溶解的營養物消耗時，微藻類死亡并沉降到水體底部。在水體底部的這種沉降層中可獲得的有機物質能夠再次充當厭氧微生物在水中發展的基礎，這通常會對人體造成健康威脅。在人造水體中，水質隨著微藻類和細菌的生長而劣化。在用于具有高密度入浴者的游泳池的水處理的典型方法或工藝中，使用大量消毒劑如氯、并對所有體積的水進行過濾，以控制細菌和微藻類的增殖。例如，如果使用氯，則其會與有機物質以及與還原劑如硫化氫、亞鐵離子、錳離子和亞硝酸根離子反應。將在這些反應中消耗的氯定義為氯的需求。為了滿足氯的需求，必須將水中的永久ORP水平保持為至少650mV。氯與水中存在的有機化合物反應能夠形成幾種毒性副產物或消毒副產物(DBP)。例如，氯與氨的反應能夠產生作為不期望的副產物的氯胺。氯或氯胺與有機物質的進一步反應能夠產生三鹵甲烷，其為潛在的致癌物質。此外，根據消毒方法，已經鑒別了新的DBP，如用碘化三鹵甲烷、鹵代乙腈、鹵代硝基甲烷、鹵代乙醛和亞硝胺。此外，已經認為，入浴者暴露在氯和有機物質下有助于引發包括哮喘在內的呼吸問題和幾種其他健康問題。使用化學試劑還會在環境方面造成與這些化學品和DBP的累積和處置相關的環境問題。因此，減少這種化學品的使用并減少產生的DBP是有利的。除了與化學處理相關的高成本和健康與環境問題之外，常規的過濾系統具有高的資本成本和能量消耗。標準大小的游泳池的傳統處理需要對所有體積的水進行過濾，通常使用傳統構造的集中過濾單元每天過濾I 6次。這種系統會造成對能源的高要求、以及提高與過濾系統相關的資本成本如管道、泵、過濾器和設施等。本領域的狀態
美國專利5，143，623描述了一種營養物去除方法，其中利用具有漏斗形收集器的結構在水體下降的同時收集下降的顆粒，且所述結構能夠具有I英畝(4，046m2)的大小。所述結構必須保持在位并持續至少“數小時”的長時段以接收下降的顆粒，此外，所述結構包含與含有水體的結構的表面等同的表面。在美國專利5，143，623中所公開的結構具有侵入性，因為其不允許水生行為的正常發展且不允許清潔所述結構的底部，由此其不能提供期望的顏色性能。而且，所述方法不包括使用消毒劑或過濾系統。另一文獻W02009114206描述了一種通過使用沉降池并添加不同的凝結劑以從富營養化水中除去藻類的方法。這種方法需要構造至少一個沉降池、優選至少兩個沉降池，且所使用的陽離子凝結劑的量高達150ppm。W02009114206需要構造超過一個的池以使其方法正常運行，這需要更多的陸地并花費更高的成本。W02009114206所公開的方法未公開所 述系統的協同操作并以環境不友好的方式應用大量凝結劑。FR2785898描述了一種用于游泳池水的凈化系統，所述系統包含過濾、殺菌和pH控制。供應給傳統構造的集中過濾系統和離子化工藝中的化學試劑和能量的量與用于標準游泳池技術的量和過濾類似。FR2785898使用大量化學品以保持化學品在水中的連續濃度。在FR2785898中的方法還包含對所有水體積的過濾，因此要求大量能量并需要昂貴的過濾設備。美國專利7，820，055涉及獲得用于娛樂用途的大型水體，并描述了一種方法以低成本用于安裝并保持大體積或大量水用于娛樂用途，如具有類似于池或熱帶海洋的優異顏色、高透明度和清晰度的湖泊或人造湖，尤其是超過15000m3的水體。US 7，820，055定義了結構特征如用于消除油的撇沫器、水收集系統、建筑細節、襯里的類型和顏色、循環系統和添加劑注射、供應水的要求、PH測量、鹽的添加、凝聚劑的使用、新鮮水的變化速率、添加劑和氧化工藝、以及由船艇驅動的抽吸車輛。US 7，820，055描述了一種用于水循環但不使用過濾的開放系統或根據水溫應用運算法則的協同方法，以根據其真實需要來保持水質。W02010/074770A1描述了一種有效的過濾方法，以保持水體的娛樂性和裝飾性。W02010/074770A1要求對水施加超聲波并應用凝聚劑。W02010/074770A1未公開用于協調所述方法運行的協同手段，因此造成高能量要求。

發明內容
為了以簡化形式引入在下面的詳細說明中進一步描述的概念的選擇而提供了該概述。該概述不用于鑒別所主張的主旨所需要的或基本的特征。該概述也不用于限制所主張的主旨的范圍。本發明提供了用于處理和保持用于娛樂用途的低密度入浴者用大型水體的持續性方法和系統。在水體中入浴者的密度是每立方米最多0. 05個入浴者或更少，這比在傳統游泳池的設計中所考慮的密度低約10倍。通過降低入浴者的密度，可使用水的稀釋能力以保持適用于全接觸洗浴的高品質水，而不需要如同在常規游泳池中那樣保持永久的氯緩沖齊U。由此，本發明的方法和系統打破了常規游泳池的尺寸壁壘并提供了類似于高透明湖泊的非常大尺寸的生態池，所述高透明湖泊具有與常規游泳池相關的高水質。使用常規的游泳池過濾技術，這些生態池在經濟上是不可行的。本文中所述的方法和系統不使用常規游泳池過濾系統中所使用的氯緩沖劑。因此，與常規游泳池水處理系統相比，所使用的化學品的量非常低。與當前的游泳池水處理不同，本發明的方法和系統不需要永久保持ORP水平。在本文中所述的方法和系統中，將ORP水平保持為至少500mV并歷時一定時段，所述時段通過取決于水體溫度的運算法則來確定。由此，本發明提供一種能夠根據環境因素如水溫來調節化學品的量和劑量、與游泳池的傳統處理相比化學品的量降低高達100倍的方法和系統。另外，本文中所公開的方法和系統包含低成本過濾手段，其使得僅過濾所有水體積的一小部分，比常規游泳池小高達200 倍。由于不使用傳統的集中過濾單元，所以本發明中的能耗和設備成本比傳統構造的游泳池過濾系統少高達50倍。由此，相對于傳統游泳池過濾技術，本發明可提供幾種優勢。本發明使用向水體施加消毒劑的劑量和施加進行調節的運算法則以將ORP水平保持為至少500mV并歷時根據水溫不同而異的一定時段，從而與傳統游泳池過濾系統相比，將化學品的用量降低了至少一個數量級。與降低化學品的量相關的優勢包括降低了運行成本并降低了 DBP的產生，所述DBP對環境和入浴者有害。另外，與常規游泳池過濾系統相比，使用過濾全部水體積的一小部分的低成本過濾系統降低了安裝成本、運行成本和能耗。本發明致力于解決在對受細菌和微藻類影響的水進行處理的方法中所引發的多種環境問題。本文中公開的新技術的發明人Fernando Fischmann先生在水處理技術方面已經取得了許多新的進步，其將被整個世界快速采用。在短期內，在全球范圍內，本發明人的與娛樂水晶湖相關的技術已經參與了超過180個項目。本發明人及其在水處理技術方面的進步已經成為了 200多篇文章的主題,這在http://press. crystal-laRoons. com/處倉艮夠看到。本發明人還收到了與這些水處理技術進步相關的革新和突破的重要國際獎項，且本發明人已經成為了包括CNN、BBC、FUJI和Bloomberg’ s Businessweek的主要媒體渠道的采訪對象。上述概述和下列詳細說明兩者都提供了實例且僅是說明性的。因此，上述概述和下列詳細說明不是限制性的。此外，除了本文中所述的內容之外，還可提供特征或變化。例如，特定的實施方案可涉及在詳細說明中所述的多種特征組合和亞組合。


并入本發明中并構成本發明一部分的附圖，顯示了本發明的多種實施方案。在所述附圖中圖I是顯示本發明實施方案中用于處理水的系統的工藝流程圖。圖2顯示了含有本發明實施方案中的結構的頂視圖。發明詳述下列詳細說明參考附圖。盡管對本發明的實施方案進行了描述，但是變化、改變和其他實施方式也是可能的。例如，可對附圖中所示的元件進行取代、添加或改變，且通過對所公開的方法進行取代、重新排序或添加階段可對本文中所描述的方法進行改進。因此，下列詳細說明不用于限制本發明的范圍。盡管在“包含”各種設備或步驟方面對系統和方法進行了說明，但是除非有其他說明，否則所述系統和方法還能夠由多種設備或步驟“基本構成”或“構成”。定義
根據本發明，應將下列術語或短語理解為具有下述含義如本文中所使用的術語“游泳池規章”是指涉及游泳池的規章，所述游泳池需要保持永久氯緩沖劑以避免當新入浴者進入游泳池時對水造成污染。所述氯緩沖劑中和了污染物并殺死微生物，所述污染物和微生物是由入浴者帶入游泳池的水中的，由此保持了適用于娛樂目的的高水質。通常通過政府主體或公署來建立這些類型的規章。如本文中所使用的術語“氯緩沖劑”是指游泳池中或游泳池規章所要求的任意一種其他水體中殘留的氯濃度。當新型微生物或有機物質進入水中時，所述量的活性氯發揮緩沖機制，由此中和有機物質并殺死微生物，使得有機物質不再充當其他微生物所消耗的營養物。所述氯緩沖劑能夠與水中的ORP水平相關，所述ORP水平根據本發明來控制。應理解，為了保持所需要的消毒劑水平，可使用另一種消毒劑如溴來代替氯。如本文中所使用的術語“傳統構造的集中過濾系統”，應理解為具有所設計容量的集中過濾單元或系統以對游泳池全部水體積進行過濾，通常為每天I 6次，以遵守游泳池規章。從不同的來源如排水溝、撇沫器或通過溢流等來收集輸送到集中過濾系統中的水。本文中通常使用術語“容器”或“容納裝置”來描述任意一種大的人造水體，包含具有大尺寸的術語如人造湖、人造湖泊、人造池、池等。如本文中所使用的術語“非侵入性清潔系統”包含不會干擾水中娛樂活動的正常開展的抽吸裝置。通常，所述抽吸裝置能夠移動穿過容納裝置底面并抽吸沉降材料。例如，拉動抽吸車的船艇是非侵入性系統，條件是這種系統的永久性在水體區域中是臨時的。自驅動式抽吸車也是非侵入性的。而且，需要固定安裝或固定管道的系統對于水上運動或其他活動的正常開展是侵入性的。本文中通常使用術語“協同裝置”，以描述能夠接收信息、對其進行處理并根據其作出決策的自動化系統。在本發明的優選實施方案中，由人來完成這種操作，但更優選使用連接到傳感器的計算機來完成這種操作。本文中通常使用“化學品施加裝置”，以描述將化學品施加到或分散在水中的系統。本文中通常使用術語“移動抽吸裝置”，以描述能夠移動穿過容納裝置的底面并能夠抽吸沉降材料的抽吸裝置。本文中通常使用術語“驅動裝置”，以描述通過推動或拉動另一種裝置而提供運動的驅動裝置。本文中通常使用術語“過濾裝置”，以描述能夠包括過濾器、濾網和分離器等的過濾系統。如本文中所使用的，與被過濾的水體積相關的術語“一小部分”是指比傳統構造的游泳池過濾系統中過濾的流量小高達200倍的流量。
具體實施例方式傳統游泳池過濾方法和系統依賴于氯緩沖劑的使用，以中和進入水體的污染物并殺死進入水體的微生物。這些方法和系統需要使用大量化學品來保持永久的緩沖劑，而與水的實際要求無關。另外，這些方法和系統通常需要傳統構造的集中過濾系統，以對全部的水體積進行過濾，通常為每天I 6次。由此，傳統的游泳池技術使用大量化學品并具有與、集中過濾系統相關的高資本成本和運行成本。本發明涉及用于對受細菌和微藻類影響的水體進行處理和保持以用于低密度娛樂用途的低成本、可持續的方法和系統。使用密度為每立方米最多0.05個入浴者。與其中每天對全部水體積過濾一次或多次的常規游泳池過濾系統不同，本發明的方法和系統僅過濾全部水體積的一小部分，比常規過濾系統每天少高達200倍，并提供符合關于全身體接觸中娛樂用水的生物學和物理化學規章的處理水。因為與傳統游泳 池水處理系統相比本發明使用更少的化學品并消耗更少的能量的事實，所以與傳統水處理系統相比，能夠以低成本實施水處理的所述持續性方法。本發明的方法和系統不要求如同在常規游泳池水處理系統中那樣將ORP水平永久保持為至少650mV。與常規過濾系統相比，本文中所述的方法和系統應用運算法則，所述運算法則將ORP保持為至少500mV并歷時根據水溫的不同而異的特定時段。由此，本發明的系統和方法大大降低了化學品的量，比常規游泳池水處理降低了高達100倍，從而降低了運行和維護成本。另外，本發明的方法和系統僅過濾全部水體積的一小部分，比常規游泳池每天少高達200倍，所述常規游泳池需要通常每天過濾全部水體積I 6次的集中過濾單元。本發明的方法和系統的過濾裝置包含比集中過濾單元更小的過濾裝置并花費更短的運行時間，從而能耗和設備投資比傳統游泳池系統低高達50倍。本發明的系統通常包含至少一個容納裝置、至少一個協同裝置、至少一個化學品施加裝置、至少一個移動抽吸裝置、以及至少一個過濾裝置。圖I顯示了本發明系統的實施方案。所述系統包含容納裝置(12)。對所述容納裝置的尺寸沒有特別限制，然而，在許多實施方案中，所述容納裝置能夠具有至少15000m3或者至少50000m3的體積。可以預期，所述容器或容納裝置能夠具有1000000m3、50000000m3、500000000m3或更大的體積。容納裝置(12)具有能夠接收細菌、藻類、懸浮固體、金屬和從水中沉降的其他顆粒的底部。在實施方案中，所述容納裝置(12)包含接收裝置(2)以從正被處理的水中接收沉降的顆粒或材料。將接收裝置⑵固定到容納裝置(12)的底部，優選其由能夠被清潔的無孔材料構造而成。通常利用無孔材料覆蓋所述容納裝置(12)的底部，使得非侵入性移動抽吸裝置(3)能夠移動穿過容納裝置(12)的整個底表面并抽吸通過本文中所公開的任意一種方法所產生的沉降顆粒。所述無孔材料能夠是膜、土工膜、土工織物膜、塑料襯里、混凝土、包覆的混凝土或其組合。在本發明的優選實施方案中，利用塑料襯里來覆蓋容納裝置
(12)的底部。所述容納裝置(12)能夠包含用于向容納裝置(12)供應水的進口管線(13)。所述進口管線(13)允許向容納裝置(12)補充水，以防止水的蒸發和其他損失。所述系統包含至少一個協同裝置(I)，其能夠根據系統需要(例如水質)來控制必要的工藝。這種工藝能夠包含對非侵入性移動抽吸裝置(3)的激活。所述協同裝置(I)能夠接收關于被控制的水質參數的信息(8)，并能夠適時激活必要的工藝以對所述水質參數在其各自的界限內進行調節。利用視覺觀察、經驗方法、以經驗為基礎的運算法則、利用電子檢測器、或其組合能夠獲得協同裝置(I)所接收的信息(8)。協同裝置(I)能夠包含一個或多個人員、電子器件或能夠接收信息、加工所述信息并激活其他工藝的任意一種裝置，且包含其組合。協同裝置的一個實例是計算裝置如個人計算機。協同裝置(I)還包含用于接收關于水質參數的信息(8)的傳感器。
通過協同裝置(I)適時激活工藝，以對受控參數在其界限內進行調節。根據所述系統的需要來激活所述工藝，這允許每天過濾全部水體積的一小部分，由此代替每天過濾全部水體積高達6次的常規游泳池的過濾系統。所述工藝響應移動抽吸裝置(3)的適時激活(9)，這將同時激活過濾裝置(7)以對移動抽吸裝置所抽吸的水流進行過濾，僅過濾全部水體積的一小部分，比常規游泳池過濾系統少高達200倍。所述化學品施加裝置(6)將化學品施加到或分散在水中。化學品施加裝置(6)包括但不限于注射器、噴灌器、手動施加器、重力驅動的分配器、管道及其組合。非侵入性移動抽吸裝置(3)沿容納裝置(12)的底部移動，對含有通過本文中所公開的任意一種方法所產生的沉降顆粒和材料的水進行抽吸。利用連接裝置(5)將驅動裝置
(4)連接到移動抽吸裝置(3)上，使得移動抽吸裝置(3)移動穿過容納裝置(12)的底部。所述連接裝置(5)能夠為柔性或剛性的。連接裝置的實例包括但不限于繩、索、線、纜、絲、 竿、棒、桿、軸及其組合。所述移動抽吸裝置應不影響或不改變水中娛樂活動的正常開展如游泳或水上運動的開展。優選地，所述抽吸裝置的持久性在水體區域中是臨時性的。由此，需要固定安裝或固定管道的系統對于水上運動或其他活動的開展是侵入性的。所述移動抽吸裝置移動穿過容納裝置的底部，徹底抽吸具有沉降顆粒的水流，并使得底部的顏色可見。所述驅動裝置(4)通過使用諸如鐵軌系統、線纜系統、自驅動系統、手動驅動系統、機器人系統、遙控系統、具有發動機的船艇或具有發動機的漂浮裝置、或其組合的系統來驅動所述移動抽吸裝置(3)。在本發明的優選實施方案中，所述驅動裝置為具有發動機的船艇。將通過移動抽吸裝置(3)抽吸的水輸送至過濾裝置(7)。所述過濾裝置(7)接收被移動抽吸裝置(3)抽吸的水流并對含有沉降顆粒和材料的被抽吸的水進行過濾，由此消除了對全部水體積進行過濾的需要(例如，僅對一小部分進行過濾)。所述過濾裝置(7)包括但不限于筒式過濾器、砂濾器、微濾器、納濾器、超濾器及其組合。通過連接到移動抽吸裝置(3)的收集管線(10)，能夠將被抽吸的水輸送至過濾裝置(7)。所述收集管線(10)選自柔性軟管、剛性軟管、任意材料的管道、及其組合。所述系統能夠包括從過濾裝置(7)返回容納裝置(12)的返回管線(11)以將被過濾的水返回。圖2顯示了本發明系統的頂視圖。容納裝置(12)能夠包含進料管道系統(13)，其允許對容納裝置(12)進行補充，以防止水從容納裝置(12)的蒸發或其他損失。所述容納裝置(12)還能夠包含沿容納裝置(12)的周邊布置的注射器(14)以將化學品施加到或分散在水中。容納裝置(12)還包含撇沫器(15)以除去表面的油和顆粒。在實施方案中，本發明的系統包含下列元件-至少一個進口管線(13)，用于將水供應給至少一個容納裝置(12)中；-至少一個容納裝置(12)，其包含用于通過所述方法的工藝產生的沉降顆粒的接收裝置(2)，所述接收裝置(2)被固定到所述容納裝置的底部；-至少一個協同裝置(I)，其中所述協同裝置適時激活必要的工藝以對參數在其界限內進行調節；-至少一個化學品施加裝置(6)，其允許向水中添加消毒劑；-至少一個非侵入性移動抽吸裝置(3)，其移動穿過所述至少一個容納裝置的底部，抽吸含有通過所述方法的工藝產生的沉降顆粒的水流
-至少一個驅動裝置(4)，其為所述至少一個非侵入性移動抽吸裝置提供移動，使其能夠移動穿過所述至少一個容納裝置的底部；-至少一個連接裝置(5)，其將所述至少一個驅動裝置和所述至少一個抽吸裝置進行連接；-至少一個過濾裝置(7)，其對含有沉降顆粒的水流進行過濾；-至少一個收集管線 (10)，其連接在所述至少一個移動抽吸裝置和所述至少一個過濾裝置之間；以及-至少一個返回管線(11)，其從所述至少一個過濾裝置至所述至少一個容納裝置。與傳統游泳池處理方法相比，本發明的方法使用更少的化學品并消耗更少的能量，因此，與傳統的處理方法相比，能夠以低成本實施本發明的方法。在一個方面中，本發明的方法使用少得多的化學品，因為其應用運算法則，從而允許將ORP保持為至少500mV歷時根據水溫的不同而異的特定時段。由此，明顯減少了化學品的量，比傳統游泳池水處理系統少高達100倍，從而降低了運行和維護成本。在另一方面中，與在相同時間框架內過濾大得多的體積水的常規游泳池過濾系統相比，本發明的方法在特定時間框架內僅過濾全部水體積的一小部分。在實施方案中，所述全部水體積的一小部分比在傳統構造的集中過濾系統中所處理的流量小高達200倍，所述傳統構造的集中過濾系統每天過濾全部水體積高達6次。本發明的方法和系統中的過濾裝置由于從協同裝置接收的指令而在更短的時段內運行。由此，本發明的方法和系統中的過濾裝置具有非常小的容量，比在常規游泳池過濾系統中所使用的集中過濾單元所花費的資本成本和能耗低高達50倍。在實施方案中，所述方法包括如下階段a.收集總溶解固體(TDS)濃度高達50，OOOppm的水；b.將所述水儲存在至少一個容納裝置(12)中，其中所述容納裝置具有能夠被非侵入性移動抽吸裝置徹底清潔的底部；c.將入浴者的密度限制為在所述容納裝置中所容納的每立方米水體積最多0. 05個入浴者；d.在7天的周期內，對于最高45°C的水溫，通過向所述水中添加消毒劑，將所述水的ORP保持為至少500mV歷時每攝氏度水溫最小I小時的時段；e.通過協同裝置(I)激活下列工藝，其中所述工藝通過僅過濾全部水體積的一小部分對所述水進行凈化并消除懸浮固體i.利用非侵入性移動抽吸裝置(3)對通過上述工藝產生的、含有沉降顆粒的水流進行抽吸，以防止沉降顆粒的厚度平均超過3mm ；ii.利用至少一個過濾裝置(7)對被所述移動抽吸裝置抽吸的水流進行過濾；以及iii.將所述被過濾的水返回至所述至少一個容納裝置，由此避免對全部水體積進行過濾，而僅過濾含有沉降顆粒的水流。通過化學品施加裝置(6)向水中施加消毒劑，以將ORP水平保持為至少500mV并歷時根據水溫的不同而異的最短時段，在7天的周期內施加一次。所述消毒劑包括但不限于，臭氧、雙胍產品、除藻劑和抗菌劑如銅產品；鐵鹽；醇；氯和氯的化合物；過氧化物；酚類化合物；碘載體；普通的季胺類(polyquats)如苯扎氯銨和均三嗪；過氧乙酸；鹵素基化合物；溴基化合物、氯基化合物；及其組合。優選的消毒劑包含氯基化合物、臭氧、雙胍產品、溴基化合物、齒素基化合物或其組合。通過向水體中施加消毒劑的化學品施加裝置來控制水體中的細菌和微藻類。本發明中所使用的消毒劑的量比傳統游泳池技術中所需要的普通量低至少一個數量級。施加消毒劑，導致細菌和其他微生物死亡，其集中或沉降在沿容納裝置底部的水層中。與傳統游泳池技術不同，施加本發明中的消毒劑而不需要在水體積中保持永久的濃度。該持續性方法使用運算法則，其允許保持ORP水平僅歷時根據水溫所確定的某一時段。如果水溫最高450C，則保持為至少500mV的ORP水平歷時每攝氏度水溫最小I小時的時段。例如，如果水溫為25°C，則保持為至少500mV的ORP水平歷時最小25小時的時段，其能夠分布在7天的周期內。具有超過45°C溫度的水不適用于本發明的娛樂用途，因為這種溫度會危及入浴者的安全。協同裝置⑴能夠接收信息(8)，所述信息涉及在其各自界限內的水質參數。協同 裝置所接收的信息能夠通過經驗方法獲得。所述協同裝置(I)還能夠接收信息、加工所述信息、并根據所述信息激活必要的工藝，包括其組合。協同裝置的一個實例是連接到傳感器的計算裝置如個人計算機，所述傳感器用于測量參數并根據這種信息激活工藝。對移動抽吸裝置進行設計，以對接收裝置的表面進行徹底清潔，使得接收裝置的表面顏色可見，由此提供具有吸引人顏色的水體。所述協同裝置(I)向移動抽吸裝置(3)提供信息(9)以激活移動抽吸裝置。同時激活所述過濾裝置(7)以對由所述移動抽吸裝置(3)所抽吸的水流進行過濾，僅過濾全部水體積的一小部分。然后，通過返回管線(11)將被過濾的水返回至容納裝置(12)。通過協同裝置(I)激活(9)所述移動抽吸裝置(3)，以防止沉降材料的厚度平均超過3_。僅根據需要來運行所述過濾裝置(7)和移動抽吸裝置
(3)以將水的參數保持在其界限內，例如每天僅數小時，這與每天連續運行的常規過濾系統相對。利用本發明的方法處理的水能夠由天然水源如海洋、地下水、湖泊、河流、處理水或其組合提供。收集的水能夠具有高達50，OOOppm的總溶解固體(TDS)濃度。當TDS的濃度小于或等于10，OOOppm時,水的朗格利爾(Langelier)飽和指數應小于3。關于本發明，通過調節pH、添加防垢劑或通過水軟化工藝，能夠將朗格利爾飽和指數控制低于2。當TDS濃度高于10，OOOppm時,水的史蒂夫和戴維斯(Stiff & Davis)飽和指數應小于3。關于本發明，通過調節pH、添加防垢劑或通過水軟化工藝，能夠將史蒂夫和戴維斯飽和指數保持高達2。能夠用于將朗格利爾飽和指數或史蒂夫和戴維斯飽和指數保持低于2的防垢劑包括但不限于，膦酸基化合物如膦酸、PBTC (磷丁烷-三羧酸)、鉻酸鹽、多聚磷酸鋅、亞硝酸鹽、硅酸鹽、有機物質、苛性鈉、蘋果酸基聚合物、聚丙烯酸鈉、乙二胺四乙酸鈉鹽、腐蝕抑制劑如苯并三唑、及其組合。實施例關于下列實例，單數形式的術語包含多個替代物(至少一個)。所公開的信息是示例性地，存在其他實施方案且所述其他實施方案在本發明的范圍內。實施例I
下表總結了在A)根據本發明的系統和B)傳統游泳池構造中，在考慮了入浴者的密度每立方米最多0. 05個入浴者時所使用的化學品、消耗的能量、以及相關成本的量。在A)和B)兩者中水的體積都為90，OOOm30
權利要求
1.通過對全部體積的水體的一小部分進行過濾以低成本處理并保持受細菌和微藻類影響的水體的持續性方法，所述方法包括 a.收集總溶解固體(TDS)濃度高達50，OOOppm的水； b.將所述水儲存在至少一個容納裝置中，其中所述容納裝置具有能夠被非侵入性移動抽吸裝置徹底清潔的底表面； c.將入浴者的密度限制為在所述容納裝置中所容納的每立方米所述水最多0.05個入浴者； d.在7天的周期內，且對于最高45°C的水溫，通過向所述水中添加消毒劑，將所述水的ORP保持為至少500mV歷時每攝氏度水溫最小I小時的時段； e.通過協同裝置激活下列工藝，其中所述工藝通過僅過濾全部水體積的一小部分對所述水進行凈化并消除懸浮固體 1.利用移動抽吸裝置對含有通過上述工藝產生的沉降顆粒的所述水的一部分進行抽吸，以防止沉降材料的厚度平均超過3mm ； ii.對被所述移動抽吸裝置抽吸的所述部分的水進行過濾；以及 iii.將所述被過濾的水返回至所述至少一個容納裝置。
2.如權利要求I所述的方法，其中 a.如果在階段a)中收集的水具有小于或等于10，OOOppm的總溶解固體濃度，則朗格利爾飽和指數必須小于3 ;或者 b.如果在階段a)中收集的水具有高于10，OOOppm的總溶解固體濃度，則史蒂夫和戴維斯飽和指數必須小于3。
3.如權利要求2所述的方法，其中通過選自調節pH、添加防垢劑、或水軟化工藝中的工藝將所述朗格利爾飽和指數保持低于2。
4.如權利要求2所述的方法，其中通過選自調節pH、添加防垢劑、或水軟化工藝中的工藝將所述史蒂夫和戴維斯飽和指數保持低于2。
5.如權利要求3或4所述的方法，其中所述防垢劑包含膦酸基化合物、膦酸、PBTC(磷丁烷-三羧酸)、鉻酸鹽、多聚磷酸鋅、亞硝酸鹽、硅酸鹽、有機物質、苛性鈉、蘋果酸基聚合物、聚丙烯酸鈉、乙二胺四乙酸鈉鹽、苯并三唑或其組合。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其中所述協同裝置接收關于被控制的參數的信息，并適時激活步驟e)的工藝以對所述參數在其界限內進行調節。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述協同裝置接收的信息通過經驗方法被獲得。
8.如權利要求1-7任一項所述的方法，其中所述消毒劑選自氯和氯的化合物；臭氧；雙胍產品；鹵素基化合物；溴基化合物或其組合。
9.如權利要求1-8任一項所述的方法，其中所述移動抽吸裝置移動穿過所述容納裝置的底部并抽吸含有所述沉降顆粒的部分水。
10.如權利要求1-9任一項所述的方法，其中施加所述消毒劑而不需要在所述水體積中保持永久濃度。
11.通過對全部體積的水體的一小部分進行過濾以低成本處理和保持受細菌和微藻類影響的水體的系統，所述系統包含 -至少一個進口管線，用于將流水供應給至少一個容納裝置；-至少一個容納裝置，其包含用于沉降顆粒的接收裝置，所述接收裝置被固定到所述容納裝置的底表面上； -至少一個協同裝置，其中所述協同裝置適時激活必要的工藝以對水的參數在預定界限內進行調節； -至少一個化學品施加裝置； -至少一個非侵入性移動抽吸裝置，用于沿所述至少一個容納裝置的底部移動并抽吸含有沉降顆粒的水； -至少一個驅動裝置，用于沿所述至少一個容納裝置的底部移動所述至少一個非侵入性移動抽吸裝置； -至少一個連接裝置，其將所述至少一個驅動裝置連接到所述至少一個抽吸裝置； -至少一個過濾裝置，用于對含有沉降顆粒的水進行過濾； -至少一個收集管線，其連接在所述至少一個移動抽吸裝置和所述至少一個過濾裝置之間；以及 -至少一個返回管線，其從所述至少一個過濾裝置至所述至少一個容納裝置。
12.如權利要求11所述的系統，其中覆蓋所述容器底部的所述接收裝置包括膜、土工膜、土工織物膜、混凝土、包覆的混凝土、塑料襯里或其組合。
13.如權利要求11或12所述的系統，其中所述協同裝置能夠接收信息、處理所述信息并激活其他工藝。
14.如權利要求11-13任一項所述的系統，其中所述化學品施加裝置包括注射器、噴灌器、手動施加器、重力驅動的分配器、管道及其組合。
15.如權利要求11-14任一項所述的系統，其中驅動裝置包含鐵軌系統、線纜系統、自驅動系統、手動驅動系統、機器人系統、遙控系統、具有發動機的船艇、具有發動機的漂浮裝置、或其組合。
16.如權利要求11-15任一項所述的系統，其中所述非侵入性抽吸裝置通過所述連接裝置被連接到所述驅動裝置。
17.如權利要求11-16任一項所述的系統，其中所述連接裝置包括柔性的繩、索、線、纜、絲或其組合。
18.如權利要求11-16任一項所述的系統，其中所述連接裝置包括剛性的竿、棒、桿、軸或其組合。
19.如權利要求11-18任一項所述的系統，其中所述過濾裝置包括筒式過濾器、砂濾器、微濾器、超濾器、納濾器或其組合。
全文摘要
本發明公開了以低成本處理受細菌和微藻類影響的水體的持續性方法和系統。本發明的系統通常包含至少一個容納裝置、至少一個協同裝置、至少一個化學品施加裝置、至少一個非侵入性移動抽吸裝置和至少一個過濾裝置。所述系統裝置能夠接收關于受控水質參數的信息并能夠適時激活必要的工藝以對所述水質參數在其各自的界限內進行調節。所公開的方法和系統僅過濾所述全部水體積的一小部分，比通過常規游泳池過濾系統過濾的流量每天少高達200倍。所公開的方法和系統還使用更少的化學品，比常規游泳池水處理系統少高達100倍。本發明的方法和系統能夠用于處理受細菌和微藻類影響的娛樂水體，并提供持續性方法以產生符合娛樂用水所要求的細菌學和物理化學要求而用于全身體接觸的洗浴，其中所述細菌學和物理化學要求由政府監管機構如美國國家環境保護局(EPA)提出。
文檔編號C02F5/08GK102730878SQ20111032874
公開日2012年10月17日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年3月30日
發明者費爾南多·本杰明·費茨曼 申請人:克里斯托拉貢斯有限責任公司