CN103347820B - 水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于处理被储存在储液器中的水以除去污染物的设备具有用于接纳待处理的水的供给线路（25）和通过允许水受调节地流过流动线路（28）来控制水流过供给线路（25）的旁通阀（26）。文丘里阀（30）通过在自臭氧发生器（15）开始的供应线路（36）中产生真空以把臭氧以受控的速率加入待处理的水中响应于水流过流动线路（28）的流速，所产生的真空度取决于流速。传感器探针（27）测量水的氧化还原电势，以受控的速率把过氧化氢供给至水，取决于氧化还原电势水平。臭氧和过氧化氢与多管旋风分离器单元14中的水混合以允许发生处理水的过臭氧化反应，并且处理过的水被返回至储液器。

Description

水处理系统

发明领域

本发明涉及水处理系统，并且特别地，涉及用于与游泳池、温泉浴场、家用水罐和为了产生饮用水的目的而需要消毒和卫生处理的任何水体共同使用的水污染物消毒和卫生处理系统。更具体地，本发明涉及一种用于通过臭氧化水，然后向其供给过氧化氢的工艺来防止（诸如细菌和藻类的生物）生物生长并且使水的储液器中的污染性有机物质（例如病毒和高分子量有机化合物）失活的设备和方法。

虽然本发明的背景、目的和优选的实施方案将在下文参照用于游泳池中的水的处理的设备和方法描述，但是将理解，本发明不被限于其而是具有更宽的应用。例如，水处理设备和方法可以被用于温泉浴场和家用水罐。将理解，本文采用的术语仅用于描述的目的并且不应当被认为是限制性的。例如，术语“包括（comprising）”或“包括（comprises）”将被理解为意指“包含（including）”，除非另有指示。此外，术语“水”将被理解为包括可能含有污染性生物和其他有机材料的任何量的水，这些污染性生物和其他有机材料的存在对于人的健康将是有害的。

背景技术

需要对游泳池进行消毒和卫生处理是希望在清洁的池水中游泳的人的始终的责任。氯是已经被普遍地用于这样的目的的氧化剂，并且虽然其通常是有效的，但是其具有许多缺点。被氯化的水的气味和味道（即使在池水中使用低的浓度）不是有吸引力的，并且需要大量的氯预混合。

一种用于基于氧化剂的大规模饮用水处理的较不熟知的途径是把过氧化氢供给至被臭氧化的水（在产生被称为“过臭氧化”的平衡状态的过程中）。

高度反应性的羟基自由基是过臭氧化过程的产物，并且这些羟基自由基是在水的污染物消毒和卫生处理中涉及的主要的氧化剂。虽然羟基自由基在臭氧的自发分解期间被生成（以导致水中的污染物的“直接氧化”），但是甚至更大浓度的羟基自由基可以通过向其加入过氧化氢来加速臭氧分解的速率而被生成（以导致水中的污染物的“间接氧化”）。更高的羟基自由基浓度将增加氧化速率。

发明概述

本发明的发明人已经发现，过臭氧化工艺可以被应用于被储存在比在大规模饮用水储存中使用的那些储液器小的储液器中的水的消毒和卫生处理，且使用以可控的速率供给过氧化氢来臭氧化水的设备和方法。

本发明的一个目的是实质上克服或至少改善上文描述的缺点中的一个或多个，或至少提供有用的替代形式。

本发明提供一种用于处理被储存在储液器中的水以除去污染物的设备，该设备包括：

（a）用于通过自储液器开始的供给线路接收待处理的水的装置；

（b）用于把臭氧以受控的速率加入供给线路中的待处理的水中的装置；

（c）用于把过氧化氢以受控的速率供应至供给线路中的待处理的水中的装置，所述用于供应过氧化氢的装置包括适于测定水的氧化还原电势的传感器探针，由此过氧化氢的供应速率取决于氧化还原电势；

（d）用于把臭氧和过氧化氢与待处理的水混合以允许发生处理水的反应的装置；以及

（e）用于把处理过的水返回至储液器的返回线路。

其中所述用于以受控的速率加入臭氧的装置包括文丘里阀，所述文丘里阀通过在臭氧供应线路中产生真空来响应于水的流速。

由真空产生的力优选地与所述供给线路中的流速成比例。

供给线路优选地包括旁通阀，所述旁通阀通过允许水受调节地流过流动线路来控制水流过供给线路。

用于以受控的速率供应过氧化氢的装置优选地包括文丘里阀。

水处理室优选地位于文丘里阀和储液器之间在返回线路中，所述水处理室促进过氧化氢和臭氧的混合。

水处理室优选地是多级旋风分离器单元并且包括用于除去任何不可溶的氧化产物例如氧化铁的过滤器。

流动线路的第一端优选地在文丘里阀处连接于供给线路并且流动线路的第二端在接合部处连接于供给线路，其中旁通阀位于文丘里阀和接合部之间。

设备优选地还包括雨水传感器，雨水传感器适于在雨水被感测到时，允许水流过供给线路。

设备优选地还包括蠕动泵，所述蠕动泵适于以受控的速率供应过氧化氢。

蠕动泵优选地响应于由位于供给线路中在文丘里阀的下游的传感器探针产生的信号来控制。

过氧化氢的在约20至35ppm之间的浓度优选地在水中被保持。

设备优选地包括计时器，所述计时器被编程以控制水何时被引入供给线路中。

用于产生臭氧的装置可以具有启动气泵以确保在经过文丘里阀的压力变化期间始终向系统供给。真空度可以通过水流过流动线路的流速和臭氧发生器上的启动气泵的大小来控制。

也优选的是，用于以受控的速率供给过氧化氢的装置包括水的氧化还原电势的传感器探针，由此过氧化氢的供给的速率取决于氧化还原电势水平。

用于供给过氧化氢的装置可以包括文丘里阀。

优选地，过氧化氢的从20至35ppm的浓度在水中被保持。

在另一个优选的形式中，设备包括在其中臭氧和过氧化氢与水混合以允许反应发生的水处理室（被称为多管旋风分离器单元）。

优选地，多管旋风分离器单元容纳用于除去反应的任何不可溶的氧化产物例如氧化铁的过滤器。

在又另外的优选的形式中，设备包括被编程以控制待处理的水何时被经过供给线路接收的计时器。

设备还可以包括可以超控计时器的编程控制并且当其感测到雨时允许水流过供给线路的雨水传感器。

在另一个优选的形式中，过量水溢流管可以与旁通阀可操作地相关联。

因此，已经相当宽泛地概括了本发明的更重要的特征，使得之后的其详细描述可以被更好地理解并且被付诸实际的实施，并且使得本发明的对本领域的贡献可以被更好地理解。

具有将在下文描述的本发明的另外的特征。据此，本领域的技术人员将意识到，本公开内容所基于的构思可以被容易地用作设计用于实施本发明的目的的其他设备和方法的基础。因此，重要的是，上文描述的本发明的宽泛的概括应当被认为是包括这样等同的构造，只要它们不偏离本发明的精神和范围的程度。

附图概述

当考虑以下的其详细描述时，本发明将被更好地理解并且除了上文提出的目的之外的目的将变得明显。这样的描述参照附图作出，在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方案的水处理设备的侧视图，

图2是可以与图1的水处理设备配合的第一冲洗雨水分流器系统的侧视图，

图3是图1的与图2的分流器系统互相连接的设备的侧视图，

图4是根据本发明的另一个优选的实施方案的水处理设备的侧视图，

图5是本发明的优选的水处理设备的侧视图，其是图1的设备对于常规的水池过滤系统的改装，以及

图6是在本发明的优选的水处理设备中使用的文丘里阀的侧视图。

优选的实施方案的描述

现在参照图1的图，现在将描述实施本发明的原理和构思并且通常被参考数字10指代的水处理设备和方法。

用于处理水体60（例如在游泳池中）的水处理设备10包括控制箱12和呈容纳筒式过滤器的多管旋风分离器单元14的形式的水处理室。

控制箱12容纳臭氧发生单元15，臭氧发生单元15能够从位于控制箱中的空气干燥器13供给的已干燥的空气每小时产生1克的臭氧。可选择的空气供给可以是来自位于控制箱12中的氧气浓缩器单元。

控制螺线管阀21的过氧化氢/盐酸供给器单元18也被容纳在控制箱12中。过氧化氢和盐酸被抽吸经过化学品供给线路36并且经过文丘里阀30（也被简单地称为文丘里管或文丘里管注射器并且在图6中更详细地示出）进入主供给线路25中。螺线管阀21在被要求供给过氧化氢或盐酸，如从ORP（氧化还原电势）传感器探针27接收到的信息所要求的时，螺线管阀21打开。螺线管阀21被连接于容纳50%v/v过氧化氢或相似的25升外部供给罐24并且被连接于容纳盐酸的15升外部供给罐43。

计时器单元20控制外部泵22并且被设置为基于处理水体60所要求的时间来运行。用于泵22的电源插头23在控制箱12上。

自例如游泳池60开始的主供给线路25接纳待处理的水。在供给线路25进入文丘里阀30之处的下游的是可手动操作的旁通阀26，并且具有自文丘里阀30开始的流动线路28。旁通阀26可以通过把来自游泳池的水分流入文丘里阀30中并且经过自文丘里阀30开始的流动线路28来手动地控制水流过供给线路25。旁通阀26控制文丘里阀30上的真空，所以合适的压力可以被设置。流动线路28容纳如被要求供给的臭氧和过氧化氢或盐酸化学品的组合。

文丘里阀30作用于供给线路25并且控制臭氧和外部化学品（过氧化氢和盐酸）被加入水中的速率。文丘里阀30在自臭氧发生单元15开始的臭氧供应线路32中产生真空。在本实施方案中，真空度通过水流过供给线路25的流速来控制并且在开始流过供给线路25时被设置。沿着臭氧供应线路32的是止回阀34。

因此，水通过供给线路25（并且因此通过流动线路28）的流动由可手动操作的旁通阀26控制，并且这种受调节的流速控制了由文丘里阀30产生的真空度。流过流动线路28的水流速过高可以在臭氧供应线路32中产生过高的真空并且因此从臭氧发生单元15抽吸过高浓度的臭氧。在来自外部罐24和43的过氧化氢和盐酸的流被抽吸经过文丘里阀30时，这种真空也必须受到调节。真空计48位于控制箱12上并且辅助使用者控制真空度以实现臭氧、过氧化氢和盐酸的被调节的流速。

如上文指示的，过氧化氢被供给经过化学品供给线路36的速率也可以被控制。控制被ORP传感器探针27帮助，并且取决于预定的ORP设置水平，预定的ORP设置水平通过经由控制箱12上的显示控制/设置压力垫16制造的显示器17来控制。当ORP的设置水平被达到时，螺线管阀21将不操作。当ORP的水平高于设置水平时，螺线管阀21将操作。ORP水平的这种持续的监控提供过氧化氢的全部测量的水平，如在水体内所要求的，以确保期望的过臭氧化反应存在。在本实施方案中，过氧化氢在水中20至35ppm的浓度被保持。高至35ppm的浓度可以是为了高温度条件被需要的。

因为游泳池中的水位不可能宽泛地变化，所以这样的对过氧化氢被加入水中的速率的控制在家用水罐中甚至是更有用的，在家用水罐中水位可以在大的需求时迅速地下落并且在大的降雨量时迅速地上升。

在供给线路25与流动线路28交汇之处的下游的是容纳筒式过滤器的多管旋风分离器单元14，水、水性臭氧和过氧化氢进入筒式过滤器中。容纳筒式过滤器的多管旋风分离器单元14允许臭氧和过氧化氢被与水混合以使过臭氧化反应能够发生并且使所产生的羟基自由基能够消毒和卫生处理水。

多管旋风分离器单元14中的筒式过滤器过滤出反应的任何不可溶的氧化产物，包括氧化铁，以及可能地氧化锰，如果池水含有铁和锰金属离子的话。

计时器单元20被编程以控制待处理的水何时被经过供给线路25接纳。在本实施方案中，计时器单元20被设置使得在经过供给线路25的水流动次数之间具有短的间隔。这确保过臭氧化反应的一致性。

雨水传感器41位于控制箱12的顶部，该雨水传感器41可以超控计时器单元20的编程控制并且当其感测到雨时允许水流过供给线路25。雨水传感器41确保进入水池的未处理的雨水将不会因藻类把水池变成绿色，如通常当水池在延长的下雨时段内不被处理时的情况。

ORP传感器探针27被定位为沿着返回管40并且被校准以把流过管的水的（以及因此正在被处理的来自游泳池的水的）pH保持至在7.0至7.2之间的设置点。如果水pH高于该范围（即碱性的），那么ORP传感器探针27经过供给器单元18自动地激活螺线管阀21以从盐酸供给罐43经过文丘里阀30释放需要量的酸持续需要的时间，直到pH水平返回至设置点。对水pH的控制通常被认为是为了游泳池和温泉浴场目的比其为了饮用水目的更重要的，因为世界卫生组织把可接受的饮用水pH范围视为在5至10之间。

现在参照图2和3的图，现在将描述可以与上文描述的水处理设备10配合的第一冲洗雨水分流器系统。

以背景的方式，在连接于水储存罐的暴雨水管路系统中，至水罐的暴雨水供给管在下雨之间保持充满水和碎屑，并且该水如果在下雨之间被静置停滞长的时期的话成为被污染的。这样的暴雨水管路系统被称为“被填充的”系统，其中当下雨时暴雨水罐供给管被水填充并且溢流入罐中。当雨停止时，管把水保持在溢流点下方，直到再次地下雨。当再次地下雨时，具有污染物的停滞的水进入水储存罐中。

将在下文描述的第一冲洗雨水分流器系统利用将允许填充暴雨水罐供给管的“被填充的”水和碎屑在下雨之后立即排放的分流器阀。供给管将不再容纳停滞的水并且将仅在下雨期间被水填充。

如从图2和3明显的，第一冲洗雨水分流器系统可以与水处理设备10配合或可以独立地操作，例如当主电力供应不可用时使用向其供给动力的太阳能板。

分流器系统还允许管被用于接纳和临时地储存可能被灰尘和其他碎屑污染的来自屋顶的第一次冲洗的雨水。这可以在雨停止之后被从系统排放出来，由此保持水箱水质。

特别地参照图2，在下雨开始时，雨水从屋顶46流入屋顶排水沟48中，沿着落水管50向下并且沿着暴雨水管52，在暴雨水管52的下游点处雨水向下排入第一冲洗分流管54中。

如在图3中更详细地示出的，开始下雨被雨水传感器单元41感测到，雨水传感器单元41通过回路线路57电子激活自动控制阀56（其也可以被称为第一冲洗分流器阀）以关闭，由此防止来自屋顶的进入分流管54的雨水的第一冲洗前进经过阀56并且进入暴雨水溢流排放管58中。

再次地参照图2，水通过阀56关闭而填充在第一冲洗分流管54中允许来自屋顶的后续的雨水经过顶部入口管62进入水储存罐60。来自罐60的任何溢流溢入溢流管64中并且然后溢入排放管58中。

下雨结束也被雨水传感器单元41感测到，雨水传感器单元41使自动控制阀56打开，由此允许雨水的第一冲洗前进经过阀56并且进入排放管58中。

在图4中示出的水处理设备100包括控制箱102和混合或水处理室104（例如具有筒式过滤器的多管旋风分离器单元）。控制箱102容纳臭氧发生器106，臭氧发生器106能够从已干燥的空气供给每小时产生1至2克的臭氧。位于控制箱102中的空气干燥器108具有启动气泵以把臭氧的持续供给提供至系统（甚至当在文丘里阀110上具有压降时，其将在下文描述）。启动气泵和空气干燥器108可以被氧气浓缩器代替以实现甚至更一致的臭氧供给。

也被容纳在控制箱102中的是计时器单元112、蠕动泵控制部或供给器单元114以及各种电源供给至该各种部件。

过氧化氢被以受控的速率供给至待处理的水。控制被ORP传感器探针116帮助，ORP传感器探针116与蠕动泵控制单元114交互。控制单元114将控制过氧化氢经过蠕动泵118从容纳50%v/v过氧化氢的25升供给罐120供给至水，并且该控制将取决于预定的ORP设置水平，预定的ORP设置水平通过经由控制箱102上的显示控制/设置压力垫124制造的显示器122来控制。当ORP的设置水平被达到时，蠕动泵118将不操作。当ORP的水平高于设置水平时，蠕动泵118将操作。ORP水平的这种持续的监控提供过氧化氢的全部测量的水平，如在水体内所要求的，以确保期望的过臭氧化反应存在。

ORP设置水平越高，那么水体中的过氧化氢的残留水平将越低。

蠕动泵控制单元114将还控制盐酸和碱性溶液分别经过蠕动泵126和128供给至水。ORP传感器探针116将监控水中的pH水平并且加入化学品，如被通过显示控制/设置压力垫124制造的显示器122上的设置确定的。酸和碱的供给被分别地从储存容器130和132提供。

自游泳池136（或其他的水体）开始的主供给线路134接纳待处理的水。控制流过两个线路的流的旁通阀140在供给线路134上的泵138的上游。沿着至混合或水处理室104的流动线路134a的是文丘里阀110，文丘里阀110把臭氧加入流动线路134a中，流动线路134a然后再进入主供给线路134，该臭氧然后进入室104中。

文丘里阀110作用于供给线路134，并且控制臭氧被加入在流动线路134a中并且然后进入供给线路134中的水中的速率。文丘里阀110响应于流动线路134a中的流速，在自位于控制箱102内的臭氧发生器106开始的臭氧供应线路136中产生真空。过高的经过流动线路134a的水流速可以在臭氧供应线路136中产生过高的真空，并且因此从臭氧发生器106抽吸过高浓度的臭氧。止回阀142在不具有经过供给线路134的流时关闭自臭氧发生器106开始的供应线路136，以确保当系统被关闭时没有水进入臭氧供应线路。

计时器单元112通过控制箱102上的显示控制/设置压力垫124（和显示器122）被编程以控制待处理的水何时被经过供给线路134接纳。在本实施方案中，计时器单元112被设置使得在经过供给线路134的水流动次数之间具有短的间隔。这确保过臭氧化反应的一致性。

游泳池中的过氧化氢的最优的水平在20-25ppm之间，虽然35ppm的水平可以在高温度条件下是期望的。因为家用水罐中的水位将比游泳池中更多地变化，所以使用ORP传感器探针和供给泵控制单元对过氧化氢的水平的控制程度对于使用在这样的罐中是关键的。

过氧化氢与进入水处理室104的来自游泳池的水的混合物将与也进入处理室104的臭氧混合以允许过臭氧化反应发生。该反应生成的羟基自由基可以然后消毒和卫生处理水。

室104容纳筒式过滤器袋以过滤出反应的任何不可溶的氧化产物，包括氧化铁，以及可能地氧化锰，如果水池水含有铁和锰金属离子的话。

在另一个实施方案中，被加入供给线路134中的臭氧的浓度可以超出为了与过氧化氢完全反应所要求的浓度，使得未反应的或残留的一些臭氧随着处理过的水经过返回线路返回至游泳池。未反应的臭氧可以导致游泳池中的水中的生物和其他有机污染物直接氧化。

雨水传感器144位于控制箱102的顶部，该雨水传感器144可以超控计时器单元112的编程控制并且当其感测到下雨时允许水流过供给线路134。雨水传感器144确保进入水池的未处理的雨水将不会因藻类把水池变成绿色，如通常当水池在延长的下雨时段内不被处理时的情况。

在图5中示出的水处理设备150是对于包括其他与水池相关联的装置例如水池加热器154的常规的水池过滤系统的返回线路152进行改装的水处理设备10。与设备10相似的特征被给予相似的数字。

将是从上文容易地明显的是，本发明具有各种优点。

一个优点是，通过控制被加入流过供给线路的水中的臭氧和过氧化氢的量，由过臭氧化反应形成的羟基自由基与处理室中的未反应的或残留的臭氧的期望的比可以被实现，从而适合水中的污染物的类型和程度。

本发明的又另外的优点将是对于本领域的技术人员明显的。

将也是对于本领域的技术人员容易地明显的是，各种修改可以在水处理设备的实施方案的设计和构造的细节上以及在上文描述的方法的步骤上作出，而不偏离本发明的范围或界限。

例如，在上文的实施方案中使用的蠕动泵可以被隔膜泵代替，隔膜泵典型地提供具有更大可靠性的更高的剂量并且提供响应于更高需求的更迅速的递送，如可以是在许多商业应用中期望的。

Claims (13)

1.一种用于处理被储存在储液器中的水以除去污染物的设备，所述设备包括：

(a)用于通过自所述储液器开始的供给线路(25；134)接收待处理的水的装置；

(b)用于把臭氧以受控的速率加入所述供给线路(25；134)中的待处理的水中的装置；

(c)用于供应过氧化氢和盐酸的装置，其用于把过氧化氢和盐酸以受控的速率供应至所述供给线路(25；134)中的待处理的水中，所述用于供应过氧化氢和盐酸的装置包括传感器探针(27；116)，其中所述传感器探针(27；116)适于测定水的氧化还原电势，由此过氧化氢的供应速率取决于所述氧化还原电势；且其中所述传感器探针(27；116)适于监控水中的pH水平，由此盐酸的供应速率取决于所述pH水平；

(d)用于把臭氧和过氧化氢与待处理的水混合以允许发生处理水的反应的装置；以及

(e)用于把处理过的水返回至所述储液器的返回线路(40)；

其中所述用于把臭氧以受控的速率加入所述供给线路(25；134)中的待处理的水中的装置包括文丘里阀(30；110)，所述文丘里阀(30；110)通过在臭氧供应线路中产生真空来响应于水的流速。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述文丘里阀(30；110)被布置成产生具有由所述供给线路(25；134)中的流速控制的真空度的真空。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述供给线路(25；134)包括旁通阀(26；140)，所述旁通阀(26；140)通过允许水受调节地流过流动线路(28；134a)来控制水流过所述供给线路(25；134)。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述用于以受控的速率供应过氧化氢和盐酸的装置包括文丘里阀(30)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中水处理室(14；104)位于所述文丘里阀和所述储液器之间在所述返回线路中，其中过氧化氢和臭氧与水混合以允许反应发生。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述水处理室(14)是多级旋风分离器单元并且包括用于除去任何不可溶的氧化产物的过滤器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述不可溶的氧化产物为氧化铁。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述流动线路(28；134a)的第一端在所述文丘里阀处连接于所述供给线路(25；134)并且所述流动线路(28；134a)的第二端在接合部处连接于所述供给线路(25；134)，其中所述旁通阀(26；140)位于所述文丘里阀和所述接合部之间。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括雨水传感器(41；144)，所述雨水传感器(41；144)适于在雨水被感测到时，允许水流过所述供给线路(25；134)。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括蠕动泵(118)，所述蠕动泵(118)适于以受控的速率供应过氧化氢。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述蠕动泵(118)响应于由位于所述供给线路(134)中在所述文丘里阀(110)的下游的所述传感器探针(116)产生的信号而被控制。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述设备被布置成保持过氧化氢在水中的在20至35ppm之间的浓度。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述设备包括计时器(112)，所述计时器(112)被编程以控制水何时被所述供给线路接纳。