CN103880128A

CN103880128A - 用于大型水体的局部化消毒系统

Info

Publication number: CN103880128A
Application number: CN201210574191.3A
Authority: CN
Inventors: F·B·菲施曼
Original assignee: Crystal Lagoons Curacao BV
Current assignee: Crystal Lagoons Curacao BV
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: HK1194354A1; CN103880128B

Abstract

本发明涉及用于控制大型水体内部分水的微生物性质的方法，该方法根据水温、其盐度、其稀释能力和化学品在大型水体内的扩散，通过用化学试剂处理这样的区域。

Description

用于大型水体的局部化消毒系统

技术领域

本公开涉及通过集中于处理大型水体的部分水来控制该部分水的微生物特性的方法，其中大型水体的所述部分符合特定微生物的卫生条件。本公开可让人们以安全的方式使用大型水体作为娱乐用途，避免了对总的水体的处理。该方法还包括基于ORP、温度、盐度、和任选地化学品扩散、以及水稀释能力的参数确定方法控制的分配化学品。这导致使用数量级减少的化学品处理水以及低能耗。因此，本公开克服了处理整个水体的局限性或不可能性，可以让人们出于娱乐的用途以安全的方式使用大型人工或自然水体，如大型湖泊、泻湖、水库、水坝、矿泉、池塘、或海内的一定区域。

背景技术

世界各地的一些研究表明：在几个大型水体，如湖泊、水库、水坝、和海中发现的水质具有不符合安全标准和/或用于娱乐用途所需的水质的细菌和物理特性。因此，作为娱乐用途使用这样的大型水体可对人构成健康威胁，并且不利地影响周围的社区和地区。

水污染可与人类活动引起的水体的化学、物理和生物特性的变化有关。随着多年来世界人口指数地增长，需要更多的生活和娱乐空间，因此会因不同的目的使用天然或人工水体。人口的增加占据了大城市的周边，增加了对土地需求和相关的公用设施。此外，工业数量成倍增加，其引起一些也影响这些大型水体质量的环境后果。

水质差的一个原因是水污染。污水处理、工业污染、水体边缘的过度开发、农业和城市化的废物排放、空气污染等都可以污染水。而且，较高的温度可以不利影响水的微生物和物理性能，并且允许微生物快速增殖，这可以对人体健康产生负面影响。这些例子可以导致水质下降到低于娱乐用水所需的标准。

水污染的影响包括对水体内活的生物体的健康影响，并最终影响可能以直接或间接目的使用这样的水的人类的健康。

此外，过去几年中，进入大型水体的营养物质的量大大增加，这主要是由于增长的城市化和农业，导致水体的增长的微生物生长或富营养化。在富营养化条件下，营养物质的量导致水生植物的代谢率增加，从而增加了生化需氧量并减少了水的溶解氧水平。此外，温度也影响水的溶解氧水平，因为温水具有降低保持溶解氧的能力。因此，结合两种氧减少的影响，如较大的营养物质量和较高的温度，导致了生物体的衰弱，因为它们变得更容易受到疾病，寄生虫和其他污染物的影响。所有这些问题对水质产生负面影响，引起了藻类和其他微生物的增殖，其随后死亡并产生对人类不安全的娱乐环境。此外，全球变暖将倾向在世界各地增加这种问题。

对用于娱乐用途的大型水体已经进行了许多研究和分析。大型水体被用于各种各样的娱乐用途，包括洗澡、滑水、风帆冲浪、划船、和许多其他活动。然而，一些用于这些娱乐用途的水体不符合实施于水体的特定的微生物卫生条件。例如，在美国各地的1000多个湖泊进行了EPA研究，以分析使用这些湖泊作为直接接触的娱乐用途的潜在风险，并且发现了所有湖泊中的30％以上潜在地对人体健康具有广泛的影响，以及超过41％的湖泊具有高度或中度暴露于藻毒素的可能性。另外，已经发现，在靠近海岸的残留区域，微生物的数量和毒素浓度高于开放的水域。

世界上许多国家具有在安全和卫生条件下，直接接触的娱乐用途如洗澡的使用水体的法规，关于这样水体的娱乐用途，通常有两种类型的法规。第一种类型的法规针对游泳池，基本上需要保持高的永久的氯缓冲体系，以保持低的微生物水平，并且也避免了当新的入浴者进入游泳池时水的污染。氯缓冲体系中和了污染物，并杀死了由入浴者带到游泳池水中的微生物，其中包括许多其他污染物，从而保持了适合作娱乐用途的高的水质。第二种类型的法规实施于大型的自然或人工大型水体，如湖泊、海、泻湖、水库、或水坝、以及其他大型水体中，并且其被作为全身接触沐浴的娱乐水的标准。这项规定基于水的稀释能力。当水具有可接受的微生物水平，并且新入浴者进入水体时，污染物以使得水体中的污染物没有达到引起显著影响的浓度的方式被稀释。因此，由于大的水体积的高稀释能力，以及其保持卫生条件的自然能力，在大型水体中不需要消毒剂缓冲。

直接接触的娱乐用水法规，如实施于湖泊、海、泻湖或水坝，要求水质符合一些标准，该标准允许这些水体的安全使用。为了评估大型水体用于直接接触的娱乐用途的适用性，最重要的标准是水中的微生物参数。例如，用于在娱乐水中全身接触沐浴的EPA(环境保护局)标准指出，对于淡水，每100毫升的水中大肠杆菌(E.Coli)不得超过126CFU，并且每100毫升的水中肠球菌不得超过33CFU。对于海水，EPA规定每100毫升水中肠球菌不得超过35CFU。另一个例子是，在智利，对于直接接触的娱乐水的标准NCh1333规定，每100毫升水中不得含有超过1000CFU的粪大肠菌(其中包括大肠杆菌)。因此，当这样的大型水体用于直接接触的娱乐用途时，实施严格的标准。

因此，在目前不宜用作娱乐用途的大型水体中，获得这样所需的特定微生物条件是一个重大的挑战，因为在整个大型水体中施用大量的化学试剂和消毒剂以符合特定的微生物卫生条件是技术上、经济上和环境上不可行的。因此，处理整个水体以符合实施于水体的特定的微生物卫生条件大部分时候是不可能的。

此外，虽然一些水体可以符合直接接触的娱乐水的微生物法规，或实施于水体的更严格的法规，但是存在致病生物体，如原生生物，和具体地变形虫，等，其可能存在于这样的水体，尤其是低盐度水或高温水中。因此，没有保持直接接触的娱乐水的细菌规定的保证，可以允许永久安全的洗浴条件。

目前，应用于游泳池的水处理技术需要添加化学试剂，以保持至少为1.5ppm的永久的氯缓冲体系或保持至少750mV的永久的ORP。目前，没有已知的实际的方法来处理被微生物污染的大型水体，如湖、海、泻湖、水库、或水坝，因为目前的方法在技术上、经济上和环境上对于大型水体是不可行的。ORP已日益成为规范水消毒参数的主要方法。微生物的代谢以及因此他们的生存和繁殖能力受其生活的介质的ORP(氧化还原电位)的影响。从细菌学观点看，氧化性化合物除去和接受来自细胞膜(氧化还原反应)的电子，使细胞变得不稳定并导致其快速死亡。

氧化还原电位(ORP)，即，化学化合物从另一物质获得电子的倾向，可以通过加入不同的消毒剂控制，该消毒剂允许处理水和杀死可以产生娱乐用途的不安全环境的危险微生物。另外，水温对其细菌学特征和微生物繁殖起到了重要作用，其中微生物增殖在较高的温度下往往增加。此外，水的盐度也对其细菌学性质起到了重要的作用，因为有些微生物需要特定的盐度水平，以便能够增殖，并且不能承受不同盐度的介质。例如，一些致病原生动物只生长在以重量计低于2％的盐度的水中，因此，对于更高的盐度，这些微生物将不会成长，也不增殖。

游泳池水处理技术需要添加大量的化学试剂，以维持适当的消毒参数。对于大型水体，应用目前的游泳池消毒技术在技术上和经济上是不可行的，因为其需要大量的化学品，并且所述大量的化学品将会导致严重的环境损害。

目前，没有已知的切实可行的对大型水体进行消毒的方法，并且处理这种大型水体，如湖泊、海、泻湖、水库、或水坝。如果使用传统的消毒技术，适当的处理和消毒将是在技术上、经济上、和环境上是不可行的。因此，期望提供用于处理大型水体的方法，并且优选其限定部分，以提供符合特定的微生物卫生条件的区域，并以安全的方式使它们用于娱乐用途。

因此，关于水质差的自然或人工的大型水体，如湖泊、泻湖、海、或大坝的娱乐用途，存在没有解决的问题。这些大型水体的微生物特性必须符合直接接触的水的法规或实施于特定的水体的更严格的法规，以允许在水体中的娱乐用途的安全实行，并且还避免了对于社区或附近地域的任何健康威胁，目前该威胁没有在世界各地的多个大型水体中发生。

技术状况

美国专利号6231268公开了通过定向循环处理大型水体的方法和装置，其中US6231268的装置和方法涉及在大型水体内保持水的循环，以避免氧缺乏、停滞区、冷冻、和其他的非均一条件。US6231268没有提到，也没有公开处理大型水体中的部分水，以符合特定的微-细菌学(micro-bacteriological)的卫生条件的方法，而是只公开了用于维持大型水体内的循环的方法。US6231268的方法不通过扩散器手段以创建符合卫生标准(sanitary-compliant)的区域施加化学品，而是保持了水体内的循环，这将使化学品分配于整个水体内，而不是允许创建符合卫生标准的区域。

美国专利号6317901公开了淡水或海水池，其中该池是建立在自然或人工水体之上，其允许使用来自这样水体中的水，以通过物理屏障装置来避免大型水体中所含的泥土或其他沉积物造成的污染，该物理屏障使水通过，而不是污染物，这需要在大型水体内安装包含物理的装置。

专利CN102092824公开了用于池塘、湖泊、城市蓄水池、和其他水体的水循环系统，其中该水循环系统允许建立从底层水到地表水的流动，避免了水体的富营养化。专利CN102092824没有提到，也没有公开用于控制大型水体中的部分水的微生物性质，以建立允许娱乐用途的符合卫生标准的区域的方法。

概要

令人惊讶的是，本公开通过处理大型水体的部分，控制了大型水体的微生物性质，其中大型水体的部分符合特定的微生物卫生条件而不必处理整个水体，从而提供符合卫生标准的区域，该区域被设置以覆盖用于娱乐用途的区域，使水质符合特定的微生物卫生条件。

该方法允许处理总的水体积的一小部分。因为使用了允许创造安全的符合卫生标准的区域的分配器装置，而无需处理整个水体，因此，该方法仅需要少量的化学品以及低的能量消耗。因此，本公开可以允许人们以安全的方式使用大型水体内的某些区域作为娱乐用途，克服了处理整个水体的局限性或不可能性，而只处理将要用于这些用途的区域，并且也可以使用其在今天由于安全或卫生问题是不可用的无数的湖泊、海岸、泻湖、和许多水体，产生前所未有的娱乐和旅游机会，这可以改变世界各地的人们的生活方式。

该方法可以在自然的或人工的大型水体，如湖泊、海、河口、水库、水坝、和泻湖上进行。此外，在这些大型水体中所含的水可以是淡水、微咸水、咸水、或海水。

因此，在某些实施方案中，本公开涉及用于通过确定部分水以控制水的微生物性质的方法。该方法还包括根据水的盐度和温度，维持水中的至少最低ORP至少最小时间段，以及分配化学试剂以在至少最小时间段内维持至少最低的ORP。可以通过分配器装置优选地进行化学试剂的分配，该分配器装置允许创建安全的符合卫生标准的区域。可以另外地基于水中化学品的扩散和水的稀释能力来分配化学试剂

在一个实施方式中，本公开的方法包括：

a.在大型水体内确认计划用于娱乐用途的部分水，并确定分配器装置；

b.在该部分水中，维持至少最低的ORP水平至少最小时间段，其中最低的ORP水平和最小时间段不能低于通过以下计算的值：

i.确定该部分水中最不利的区域；

ii.确定在该最不利区域处的水的盐度；

iii.基于该水的盐度确定最低的ORP值，其中：

-当水中的盐度为0％至最高1.5％时，ORP的最低水平为550mV；

-当水中的盐度高于1.5％，并且最高2.5％时，通过下面的方程计算所述最低的ORP水平：

[最低的ORP，mV]＝625-50*[水的盐度，％(重量百分比)]；和

-当水中的盐度高于2.5％时，最低的ORP水平为500mV；和

iv.确定最不利区域中的水温；和

v.基于该水温，确定最小时间段，其中

对于5℃至35℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[水温，℃]；和

对于35℃至最高45℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝5*[水温，℃]-165；

c.分配有效量的化学试剂，以在最不利的区域内在至少最小时间段期间维持至少最低的ORP水平，并且

d.重复步骤c，以避免最不利区域中的ORP的减少大于最低的ORP值的20％。

附图简述

并入本文并构成本公开的一部分的附图示出了本发明的各种实施方式。在图中：

图1显示了大型水体(2)中的小部分和符合卫生标准的区域(1)的顶视图。

图2显示了大型水体中的甚至更小部分以及具体地，符合卫生标准的区域(1)，分配器装置(3)和划界区域(4)的顶视图。

图3显示了作为本发明方法的实施方式的结果，代表该水中最低的ORP值随水的盐度的变化图。

图4显示了作为本发明方法的实施方式的结果，代表保持最低的ORP值的最小时间段根据水温的变化图。

按照通常的实施，所描述的各种特征没有按比例绘制，但以强调特定的特征进行绘制。参考符号表示整个图的类似特征。

发明详述

下面的详细描述参考附图。虽然可以描述一些实施方式，修改、改变、和其他实施也是可能的。例如，可以对附图中示出的元素进行替代、添加、或修改，并且本文描述的方法可通过替代、重新排序、或向本公开的方法添加步骤等方式修改。因此，下面的详细描述并不限制本公开的范围。虽然按照“包括”各种装置或步骤描述系统和方法，但是该系统和方法也可以“基本上由”或“由”各种装置或步骤“组成”，除非另有说明。

定义

根据本公开，下列术语或短语应理解为下面所述的含义：

如本文所用，水的通常类型和他们各自的总溶解固体(TDS)浓度(以mg/L计)为：淡水，TDS≤1500；微咸水，1500＜TDS≤10,000；咸水，10,000＜TDS≤30,000；和海水，TDS＞30,000。例如，可以使用电导计或通过采用重量法蒸发溶剂并称量留下的残余的质量测定TDS。

如本文所用，“符合卫生标准的区域”是指当用于娱乐用途或当需要时，建立用于娱乐用途的并需要符合特定的微生物卫生条件的大型水体中的部分水。必须指出的是，符合卫生标准的区域可以不是永久相同的物理区域，而是可以根据用此娱乐用途的人的要求而改变。

如本文所用，“特定的微生物卫生条件”是指在符合卫生标准的区域内为了允许娱乐用途而需要达到的微生物性质/条件。这样的条件可通过为减少某些特定生物体的具体的地方、州、联邦法规或不同的预定的特定条件来确定。

如本文所用，“最低的ORP水平”是指在最不利的区域中能够允许的最低的ORP，以在这样的区域中适当地控制微生物性质。

如本文所用，“最小时间段”是指在最不利的区域必须保持最低的ORP水平的最短的时间量，以允许所需的卫生条件。

如本文所用，“划界区域”对应于限定符合卫生标准的区域的虚拟区，并且不需要物理屏障。

如本文所用，“最不利的区域”对应于特别在施加确定量的化学试剂后，在所确定的部分水中表现最低的ORP值的区域。最不利的区域通常，但不一定总是，发现位于所确定的部分水中的划界区域和离化学分配器最远的区域。

如本文所用，“分配器装置”指用于将一种或多种化学试剂施加于水中的任何装置，并且可以选自注入器、扩散器、喷洒器、重量分配器、管道、手动施用、及其组合；其中，管道、阀门和连接件允许将化学品适当地施加到所建立的待处理的部分水中。

如本文所用，施加到水体中的“化学试剂”指在水中允许实现所期望的ORP水平的任何化学试剂。“有效量的化学试剂”对应于可被施加到水中以在最不利的区域在至少最小时间段期间维持至少最低的ORP水平的最少量的化学品。

本公开的方法

本公开允许通过处理大型水体中的部分控制大型水体的微生物性质，以使大型水体中的所述部分在需要时符合特定的微生物卫生条件，从而克服处理整个水体的限制性或不可能性。创建了符合卫生标准的区域，该区域在战略上设置以广泛覆盖用作娱乐用途的区域。

所公开的方法需要较小量的化学品和降低的能耗，因为不需要用该特定的方法(水体可能会受到与所公开的方法不同的其他处理)处理整个水体。因此，本公开允许人们以安全的方式把大型水体内的特定区域用于娱乐用途，并且克服了经济上、技术上和环境上处理整个水体的限制性或不可能性，并且也可以允许使用其在今天由于安全或卫生问题不可用的无数的湖泊、海岸、泻湖、和许多水体，产生了前所未有的娱乐和旅游机会，这可以改变世界各地的人们的生活方式。

所公开的方法可以在自然的或人工的大型水体，如湖泊、海、河口、水库、水坝、和泻湖上进行。本公开的方法可用于不同的水的类型，包括淡水、微咸水、咸水和海水。在一个实施方式中，控制大型水体内部分水的微生物特性的方法包括：

a.确认在大型水体内计划用于娱乐用途的部分水，并确定分配器装置；

b.在该部分水中，维持至少最低的ORP水平至少最小时间段，其中该最低的ORP水平和最小时间段不能低于通过以下计算的值：

i.确定该部分水中最不利的区域；

ii.确定在该最不利区域处的水的盐度；

iii.基于该水的盐度确定最低的ORP值，其中：

-当水中的盐度为0％至最高1.5％时，最低的ORP水平为550mV；

[最低的ORP，mV]＝625-50*[水的盐度，％(重量百分比)]；和

-当水中的盐度高于2.5％时，最低的ORP水平为500mV；和

iv.确定最不利区域中的水温；和

v.基于该水温确定最小时间段，其中

对于5℃至35℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[水温，℃]；和

对于35℃至最高45℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝5*[水温，℃]-165；

最不利区域的位置、水的盐度和水的温度作为外部条件的结果，可以彼此独立地变化。因此，本公开的方法可以任选地包括另外的步骤e，其中再次或重复地进行步骤b、c、以及d。

为了确定必须符合实施于水体的特定的微生物卫生条件的区域，可以做战略分析，以提供可以允许安全的娱乐用途的可获得的区域。

化学试剂的分配，优选通过分配器装置，是由参数确定方法控制，该方法结合了水的ORP、其盐度，和其温度的影响。任选地，可以在参数确定方法中进一步考虑化学品的扩散、和水的稀释能力。由于水的消毒性能(ORP)、取决于水的盐度的某些微生物的抵抗力、温度、和任选的水的稀释能力的综合效果，为符合实施于水体的特定的微生物卫生条件，本公开允许使用比游泳池所需的少得多的化学试剂，这是广泛研究的结果。在现有技术中，当前有两种方法以保持水质符合实施于水体的特定的微生物卫生条件，其涉及添加大量的消毒剂，或相反依赖于水的稀释能力。本公开结合了两者的效果，以使其协同效应最大，从而提供有效的和可持续的方法，用于符合特定的微生物卫生条件的区域。

确认待处理的部分水

通过战略地确认最有可能被用于娱乐用途的部分水，确定所要处理的部分水的位置，该水域在本发明的方法后将被指定为符合卫生标准的区域。可以通过检查用户可能进入水中的地方、水的深度、水的用途(如洗澡、游泳、滑雪、划船、钓鱼等)，水温等确定该位置。例如，如果水体是位于酒店的旁边，符合卫生标准的区域将可能是酒店旁边的，用户最有可能进入水中的部分水。这显示于图1和2中，其中显示了符合卫生标准的区域1位于大型水体2的边缘上。在其他情况下，符合卫生标准的区域可以在水体的中心并由大型水体包围。在一些情形下，符合卫生标准的区域可以对应于视觉上围起来的或其他物理上与水的其余部分分隔开的娱乐区域(例如围栏隔开的、用墙隔开的)。

参考图1和图2，区域1符合预定的卫生条件。正如所讨论的，卫生条件可以是由地方、州或联邦法规或不同预定的具体条件确定。对于娱乐用水的示范法规规定，每100毫升水中的大肠杆菌不得超过126CFU，和每100毫升的水中肠球菌不得超过33CFU。对于海水，EPA法规规定，每100毫升的水中肠球菌不得超过35CFU。在智利，对于直接接触的娱乐水的标准NCh1333规定，每100毫升的水中不得含有超过1000CFU的粪大肠菌(其中包括大肠杆菌)。或者，通过参考某些微生物的浓度可以确定卫生条件或微生物的性质。在任何情况下，符合卫生条件的区域1满足卫生条件，而水体积2的其余部分可以不符合实施于符合卫生条件的区域的特定的卫生条件。

另外，符合卫生条件的区域可包括一个或多个用于分配化学试剂的分配器3，其中水体2的其余部分可以不包括分配器3。

实际上，符合卫生条件的区域由划界区域4限定。划界区域4是虚拟的屏障，其可以包括但并不需要物理屏障。

本公开并不需要遍布各个区域循环水——符合卫生条件的区域、划界区域、和最不利的区域。事实上，在一些实施方式中，特别地，水是不被循环的。对于本文所描述的大型水体，使水在大型水体内循环在在经济上、技术上和环境上是不可行的。本公开用化学试剂处理确认部分水中的水，以允许这些区域符合用于这些区域的特定的微生物卫生条件。虽然在水体内可以自然发生化学试剂从符合卫生条件的区域散布到其他区域，但这不是本发明所需要的。因此，在一些实施方案中，在整个水体中保持水循环将对所公开的方法起反作用。

在已经确认或建立起被用于娱乐用途的大型水体的部分水后，可以确定分配器装置，该装置由基于水的ORP、其盐度、其温度、和任选的化学品的扩散以及水的稀释能力的参数确定方法所控制。

该分配器装置3可以选自一个或多于一个扩散器、注入器、喷洒器、重量分配器、管道、手动施用、或其组合。该分配器装置适于将有效量的化学品排入水体中；以及该分配器装置也可以包括所需的设备，如管道、阀门、和连接元件，以允许其正确操作。

为了创建符合实施于水体的特定的微生物卫生条件的区域，必须根据参数确定方法施加化学品浓度，该方法基于水的ORP、盐度、温度、和任选的化学品的扩散和水的稀释能力。该化学品可以优选地通过确定的分配器装置3施加，以覆盖用于娱乐用途的水体积。

必须注意的是，为了包含待处理的部分水，本公开并不需要物理屏障，但是相反，向该部分水施加了化学品浓度，以符合实施于此区域水体中的特定的微生物卫生条件。

分配器装置由基于水的ORP、其盐度、其温度、以及任选的化学品的扩散和水的稀释能力的参数确定方法所控制。分配器装置施加化学品到该水中，以允许在水体内的适当的扩散条件和符合实施于水体中的特定的微生物卫生条件。分配器装置可以策略地配置，并且相对于和/或与计划用于娱乐用途的该部分水定位，以便在符合卫生标准的区域提供所需的化学品浓度。

分配器的数量和位置

在一个实施方式中，分配器被配置或使用是为了覆盖在符合卫生标准的区域中的水体积。用于分配化学试剂的分配器的数量和位置可以由将要处理的每一部分水的具体条件确定。可以根据将被施加于水体的化学品流量来计算分配器的总数目，并且这样的化学品流量可以分给一系列的分配器，以允许其均匀地施用于待处理的部分水中。

例如，对于处理水体中相同的部分，存在将添加的有效的化学品量。该有效量可以优选地通过几个小流量的分配器加入，或者只是少许大流量分配器，这取决于几个变量例如风、水流、和许多其它可能影响化学品在水体内均匀施用的变量。

分配器通常可以位于待处理的部分水的周边，以完全覆盖该部分，但考虑到该部分水的具体要求，它们也可以具有其它构造，以维持化学品施用的均匀性，并允许化学品在该部分水的整个范围内扩散。

分配器的类型

根据化学品施用的要求，可以在本公开的方法中使用的分配器的类型是可变的，并且可以包括稀释器、注入器、重量分配器、手动施用、歧管、管道、喷洒器、喷嘴、或其组合。在要求保护的方法中使用的分配器优选为喷嘴，并且更优选为注入器。

有效量的化学试剂的排入

化学试剂被用于通过将符合卫生条件的区域中的微生物的数目降低到低于预定量来创建符合卫生条件的区域。符合卫生条件的区域中的化学试剂的浓度可以通过由单个分配器所分配的化学试剂的量以及分配器的总数目来控制。例如，可以期望从单一的分配器分配较少的化学试剂，但是增加符合卫生条件的区域中的分配器数目。使用多个分配器的例子显示于图2，其中多个分配器3设置在符合卫生条件的区域的周边上。在一个实施方式中，确定了分配化学试剂的分配器的数目和位置，以覆盖符合卫生条件的区域中的水体积。

分配器3可以是扩散器、注入器、喷洒器、重量分配器、管道、手动施用、或它们的组合。分配器将有效量的化学试剂排入到水体中。分配器也包括允许分配器工作的任何所需的设备，如管道、阀门、和连接元件。

示例性的化学试剂包括抗微生物剂，如臭氧、氯、和氯的化合物、双胍类产品、卤素系化合物、溴系化合物、以及其组合。

为使水中实现一定的ORP水平，所添加的化学品的总量取决于几个变量，例如pH、气象条件、雨水、使用水平、有机负荷、盐度、温度、碱度、消毒剂浓度、和/或金属和污染物的浓度、还有许多其他的因素。ORP衡量氧化或还原水体内发现的某些物质的倾向，因此，并不代表水体内包含的化学试剂的量。ORP测量呈现的优点是不仅测量消毒液的浓度，而且还测量其在水中的活性和杀死微生物和细菌的有效性。

由于变量及其相互影响的复杂性，没有已知的方程可以根据水中化学品的扩散，关联用于在水的一定部分维持最低的ORP最小时间段的水温、其盐度、和稀释能力，因此进行了大量的研究。必须建立复杂的模型，以估算将被施加于水体的化学品的量。由于该部分水包含于大型水体内，当施加化学品时，化学品会在该部分水内扩散，建立了化学梯度，其在分配器附近较高并且在最不利的区域内较低。

必须指出，当化学品施用开始时，首先水的ORP将不会有显著的变化，因为化学品将氧化水中的一些其他化合物。然而，在一定的时候，该施用将允许产生化学品的残留浓度，其将有助于提高ORP高至期望的水平，并从而提供所期望的消毒能力。因此，必须指出的是，化学品的消耗被分为两组：

-施加以帮助氧化不同的化合物，不会影响显著ORP的化学品的量。这样的化学品消耗必须在现场确定，因为它完全依赖于原水的水质。此外，这样的浓度可以由基于水质的理化参数的复杂模型确定。

-施加以在水中产生残留浓度和从而增加水中的ORP的化学品的量。这样的化学品的浓度可通过现场估计或根据取决于水质和理化条件或参数的不同方法估计。

尽管有上述规定以及不限制本发明，对于不同的氧化剂，氧化剂的施加范围根据水的性质而改变。一些氧化剂的通常采用范围如下：

申请人将提供一些实施方式以估计水中残留的化学品的量：

a.人们可以假设该部分水表现为封闭体，估算必须施加于水中的氧化剂的最少量，以在待处理的整个部分水中取得确定的ORP。例如，可估计化学品的最小量，以便在该部分水的总体积内达到确定的ORP。例如，如果该部分水具有的体积为1,000立方米，并且该部分水被认为是封闭水体，可以估算到，为使水中的ORP达到550mV，必须保持0.07ppm的次氯酸钠的残留浓度。为获得0.07ppm的残留浓度，加入了首次剂量为1.2ppm的次氯酸钠，以满足水对氯的需求且没有产生任何的残留浓度。之后，加入的剂量为0.07ppm，以获得所需的残留浓度，并得到所期望的550mV的ORP水平。因此，加入到水中的次氯酸钠的量，可以根据其在水体的浓度如下计算：

首次剂量：

总的次氯酸钠＝1,200公斤

残留浓度：

总的次氯酸钠＝70公斤

因此，应当加入总量为1270千克的次氯酸钠，以获得水中的次氯酸钠的均匀的残余浓度为0.07ppm，并由此获得在该区域中为550mV的ORP。由于在现实中该部分水发现在大型水体内，该浓度不会是均匀的，并且然后因为水流所产生的化学品的扩散，先前计算的剂量可以被视为获得这样的ORP的最小量。b.也可以使用游离氯的方法，该方法允许基于pH和水中游离氯的浓度计算水的ORP。当pH值维持在恒定值时，ORP和游离氯之间为线性关系。因此依据ORP水平，可以如下计算所需的化学品的量，以达到一定量的游离氯：

c.添加化学品并定期监测，以便当达到一定的ORP时停止添加，是另外的选择。此方法是尝试性的和误差的方法，它允许通过定期监测ORP而加入化学品，并且当达到所期望的ORP时，化学品的添加必须停止。

d.用于确定化学品的量的另一方法包括取出小的水样并进行小规模的测试，以确定必须施加的化学品的量以达到一定ORP水平。此方法是通常使用的且允许估计化学品的量，虽然它并不考虑扩散或其他变量。因此，源于该方法的结果被视为所需化学品的最低量。

在一些实施方式中，期望在最不利的区域中的ORP水平降低约0.1％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、50％、75％、或100％之前，施加额外的化学试剂。

在本发明的某些实施方式中，其中由于大量的人集中使用符合卫生条件的区域，或者，如果有许多水流影响了符合卫生条件区域的消毒特性，或由于安全或其他的原因，可以在符合卫生条件的区域内永久保持ORP一定期间。

另外，在本发明的某些实施方式中，仅当符合卫生条件的区域内存在入浴者时利用水处理，因此该处理可以不全天也不永久进行。例如，水处理可以只在白天操作，并且可以当在符合卫生条件的区域内没有入浴者时，其在夜间可以停止。因此，当符合卫生条件的区域被有效地用于娱乐用途时，施加水处理方法。

在一些实施方式中，可以期望通过提供淡水或大型水体内不同部分的水来提高水质。这可以有利于例如稀释来自使用者的污染物的影响，但可以对化学品产生不需要的扩散影响。

可以由下面的方程计算消毒剂组合物的最小有效量：(Boyce &Hamblin，1975)(Boyce & Hamblin，1975)

r＝(x²+y²)^1/2

其中上述方程是点来源的解决方案，其在所述来源处以恒定的容积率

和C_i[μM]的浓度在深度为Z[米]的流体中排入，其中x[m]和y[m]分别是水平和垂直距离。

是特定化学品在水中的扩散系数，和K₀是第二类修正的Bessel函数。U[cm/s]是水体通过x轴的均匀流，并且y[-]是化学品在时间尺度上的衰变过程。

最不利的区域

为了符合实施于水体的特定的微生物卫生条件，将确定所建立的部分水中的最不利的区域。最不利的区域对应于特别在所建立的部分水中通过分配器装置施加预定量的化学品后，具有最低的ORP值的区域，并且可以发现该区域位于划界区域或离分配器装置最远的区域处。可以现场确定化学品的预定量，并且其唯一目的是确定待处理的部分水内的具有最低ORP值的区域。

如果水体的表面面积小于5公顷，最不利的区域通常是水体的中央区域。

考虑了系统的不同操作条件，定义了参数确定方法。应当指出，进行恒定测量水体是不可行的，因此本公开允许提供符合特定微生物的卫生条件的水质而不要求恒定的测量。

参数确定方法是基于所确认的部分水中的水的ORP、其盐度、其温度、和任选的化学品扩散以及其稀释能力。该ORP、盐度、以及水温可以通过经验方法确定，如视觉检查、基于经验的方法、以及分析方法。本公开经过非常广泛的研究后，已经关联了有关水质的这些变量并解决了非常复杂的相互作用。

盐度可通过经验或分析方法确定，例如视觉检验；基于水中电导率的盐量计；基于水的比重的比重计；或基于水的折射率的折射仪；或可以是公知的或其他来源的信息，等等。

水温可通过经验或分析方法确定，例如视觉检验；温度计；热电偶；电阻温度探测器；高温计；或红外设备；或可以是公知的或其他来源的信息，等等。

水的ORP可通过经验或分析方法确定，如使用具有电极的ORP仪，以测量通过水中路线的电压。

必须指出，水的ORP、其温度、其盐度、和稀释能力可以是预先已知的或经验确定的，因此本公开的方法可以通过这些变量的知识应用到该预定义的部分水中。

参数确定方法包括在最不利的区域内维持至少最低的ORP水平至少最小时间段，以确保在大型水体内整个已建立的部分水所要求的卫生条件。

最低ORP水平可以取决于水的盐度，因为某些类型的微生物，如某些致病性原生动物，只能在最大盐度以重量计为2％的水体内生长和存活。因此，最低ORP水平可以取决于水的盐度性质，因为对于一定盐度浓度，水将不会作为一些微生物生长的介质，并从而构成健康威胁和不卫生的条件。

另一方面，最小时间段也可以取决于水温。水温对于一些微生物的增殖是非常重要的因素。对于低的水温，微生物将不会如在较高的水温中迅速增殖，因此在本参数确定方法中考虑了这种影响。到现在为止，由于变量的复杂性及其相互影响，没有已知的方程可以根据化学品在水中的扩散，可以关联在一定的部分水中保持至少最低的ORP至少最小时间段的水温、其盐度、和稀释能力。这种关系是广泛研究的结果，并且在优选的实施方式中，用于本发明方法的最低的ORP水平和最小时间段不能低于如下定义的值。

最低ORP水平：

一旦已知最不利区域中的盐度，最低的ORP水平可以由下面的方程计算：

i.当盐度为0％至最高1.5％时，水的最低的ORP水平至少为550mV；

ii.当盐度高于1.5％，并且最高2.5％时，通过下面的方程计算水的最低的ORP水平：

[最低ORP，mV]＝625-50*[水的盐度，％(重量百分比)]；和

iii.当盐度高于2.5％时，水的最低的ORP水平至少为500mV。

上述的参数确定方法用图表示，显示于图3。

例如，如果水的盐度为1wt％(或10,000ppm)时，根据此实施方式，必须要保持的水的最低的ORP将为550mV。

另一方面，如果水具有的盐度为例如，2wt％(或20,000ppm)，根据此实施方式，使用下面的方程计算，必须要保持的水的最低的ORP为525mV：

[最低ORP，mV]＝625-50*[2]＝525mV

最后，如果水的盐度高于2.5％，例如为3wt％，必须要保持的最低ORP为500mV。

最小时间段：

最小时间段由水温决定，并且它可以由下面的方程计算：

i.当水温为5℃至最高35℃时，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[水温，℃]；和

ii.当水温度高于35℃，并且最高45℃时，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝5*[水温，℃]-165。

显示最小时间段如何表现的曲线显示于图4中。

例如，如果水温为20℃，根据下面的方程，最小时间段为40分钟：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[20]＝40分钟

另一方面，如果水温为35℃至45℃，例如40℃，根据下面的方程，最小时间段为35分钟：

[最小时间段，分钟]＝5*[40]-165＝35分钟

上述实施方式的参数确定方法被描述为只用在水温为5℃至45℃中，因为任何其它温度可能不适合用于娱乐用途。

参数确定方法也可以包括通过分配器装置施加化学试剂，以避免最不利区域中的ORP低于最低的ORP水平。

当符合卫生条件的区域中有入浴者时，水的ORP会比水中没有入浴者时更快的降低。因此，本参数确定方法允许包括在符合卫生条件的区域中入浴者数量的影响，而这反过来又由水稀释能力所控制。达到最低ORP水平所花费的时间将取决于所使用的符合卫生条件的区域和入浴者所遇到的稀释。所以，ORP下降速率将取决于水中入浴者的数量，因此取决于水的稀释能力。

水的盐度和温度、ORP、和化学品浓度的变量可以改变并受外部因素的影响。本公开的方法允许这些参数一定的变化，以致可以不需要持续地监测水的盐度、水温和重新计算最低的ORP和化学品浓度。然而，在一些实施方式中，可以不断地延迟或实时监测水的盐度和水的温度，并提供反馈给控制器，该控制器相应地自动地重新计算最低ORP、最小时间段、和化学试剂的浓度。在一些实施方式中，分配器可以是自动反馈环路的一部分，其中分配器自动分配额外的化学试剂，以响应最低的ORP的减少。在一些实施方式中，可以期望周期性地测量水的盐度和温度，并重新计算最低ORP、最小时间段、和化学品的浓度。这样的周期性的测量和计算可每15分钟、每30分钟、每1小时、每两小时、每天6次、每天4次、每天两次、每天一次、每周一次、或根据需要进行。

必须指出，本公开不需要物理屏障以包含待处理的部分水。相反，向该部分水中施加了化学品浓度，以符合实施于水体的特定的微生物卫生条件。

在最不利的区域中的ORP水平降低大于最小的ORP值的20％之前，可以重复施加化学品以在至少最小时间段内维持至少最低的ORP水平。在一个可选的实施方式中，最不利区域的位置、水的盐度和水温可以作为外部条件的结果彼此独立地改变。因此，本发明的方法任选地可以包含另外的步骤e，其中再次或重复地进行步骤b、c以及d。

通过分配器装置可以将化学试剂添加到大型水体中已建立起的部分水中，其中该分配器装置由参数确定方法驱动，该方法结合了水的ORP、其盐度、其温度、化学品的扩散、及其稀释能力的影响。

化学试剂选自臭氧、氯和氯的化合物、双胍产品、卤素系化合物、溴系化合物、或其组合。

另外，可能通过供淡水或大型水体内的不同部分的水到该部分水中以改善符合卫生条件区域的水质，以允许对入浴者负载的污染物的稀释效应。

下面的实施例并不旨在限制本发明的权利要求的范围，而是旨在某些实施方式的示例。本领域技术人员提出的在例示的方法中任何变化，都将落入本发明的范围内。

实施例

本公开的方法已用于位于智利Navidad的拉佩尔湖(LakeRapel)。该湖具有超过8000公顷的表面，以及超过6.95亿立方米的淡水。该湖通常用于娱乐用途。

根据该湖的正常的娱乐使用，在该大型水体内建立了部分水，其覆盖约650平方米(对应于总的湖面积的约0.0008％)。该部分水域位于湖的边缘。该特定的实验所要求的特定微生物条件，对应于由EPA确定的直接接触娱乐用水的微生物法规。

在湖的北部周边安装了大约20个注入器。每个注入器具有的最大流量为1.8升每小时。所使用的化学试剂是次氯酸钠，将其按与注入器流量成正比地稀释。在1立方米容量的塑料容器里制备了氯在水中的溶液。通过容量为18升每分钟的IWAKI磁力泵进行次氯酸钠溶液的泵送。

在实验过程中，所建立的部分水中平均每小时有60个入浴者。

向所建立的部分水中排入预定量的约1.5升10％次氯酸钠溶液后，使用HANNA ORP HI 98201 ORP测试设备，通过在所建立的部分水中测量几个地方内的ORP，进行了对最不利区域的确定。最不利区域位于所建立的部分水中的划界区域的中心。用HANNA HI931100N电导率测试测量水的盐度。发现水的盐度为0.07wt％，并且平均水温为21℃，由温度计测量。

确定了最低ORP水平，其中对于0％至最高1.5％的盐度，水的最低的ORP水平至少为550mV。因此，盐度为0.07％的水的最低的ORP水平应是550毫伏。

确定了最小时间段，其中对于5℃至最高35℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[水温，℃]

最小时间段(分钟)＝80-2*[21]

最小时间段＝38分钟

通过注入器加入次氯酸钠，以在最不利区域内维持至少550mV的ORP水平38分钟的最小时间段。首先，加入1ppm的次氯酸钠以处理水。之后，加入次氯酸钠以维持0.10ppm的残余浓度，这使得在最不利区域中保持至少550mV的ORP水平。

一旦排入总量的次氯酸钠，测量了最不利区域中的ORP并确定为555毫伏。每60分钟进行后续的测量。在约30分钟后，ORP下降到490毫伏(约测得的最低的ORP的11％的下降)，在该点分配新的次氯酸钠。

以符合卫生条件的区域中的每小时平均入浴者数反映水的稀释能力：对于较低的入浴者密度，水的ORP将比对于较高的入浴者密度下降的更慢。此外，ORP的减少受太阳和其他变量的影响。

此实施例证实通过处理所确认的部分水，以创建符合卫生条件的区域，该符合卫生条件的区域符合EPA的直接接触的娱乐用水的特定的微生物法规和更严格的卫生法规，并且通过避免整个大型水体的处理，允许施加少量的化学品。

在本实施例中应用的化学品与处理整个水体所需的化学品的量相比，至少低100个数量级。为了处理拥有超过6.95亿立方米的淡水的拉佩尔湖的整个水体，并允许其作为娱乐用途使用，必须加入一定量的化学品以确保入浴者的安全。为维持与实施例相同的ORP水平(浓度为0.10ppm的次氯酸钠，预先加入额外的1pmm以处理水)，必须施加的次氯酸钠的总量是约764.5吨，其超过用于处理上述实施例的部分水所需的次氯酸钠的量的100,000倍，这在经济上和环境上是不可行的。

Claims

1.用于控制大型水体内部分水体的微生物性质的方法，所述方法包括：

b.在所述部分水中，维持至少最低的ORP水平至少最小时间段，其中所述最低的ORP水平和所述最小时间段不能低于通过如下计算的值：

i.确定所述部分水中最不利的区域；

ii.确定所述最不利区域处水的盐度；

iii.基于水的盐度确定最低的ORP值，其中：

-对于水中盐度为0％至最高1.5％时，最低的ORP水平为550mV；

-对于水中盐度高于1.5％，并且最高2.5％时，通过下面的方程计算所述最低的ORP水平：

[最低的ORP，mV]＝625-50*[水的盐度，％(重量百分比)]；和

-对于水中盐度高于2.5％时，最低的ORP水平为500mV；和

iv.确定最不利区域中的水温；和

v.基于所述水温确定最小时间段，其中

对于5℃至35℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝80-2*[水温，℃]；和

对于35℃至最高45℃的水温，由下面的方程计算最小时间段：

[最小时间段，分钟]＝5*[水温，℃]-165；

c.分配有效量的化学试剂，以在最不利的区域内在至少最小的时间段期间维持至少最低的ORP水平，并且

2.权利要求1的方法，其还包括重复步骤b。

3.权利要求1的方法，其中所述水体是自然或人工水体。

4.权利要求1的方法，其中所述水体选自湖、海、河口、水坝、泻湖、矿泉、水池、池塘和水库。

5.权利要求1的方法，其中所述水是淡水、微咸水、咸水、或海水。

6.权利要求1的方法，其中计划用于娱乐用途的所述部分水由划界区域限定。

7.权利要求1的方法，其中计划用于娱乐用途的所述部分水位于大型水体的边缘。

8.权利要求1的方法，其中计划用于娱乐用途的所述部分水位于大型水体的内部。

9.权利要求1的方法，其中所述最不利区域在分配化学试剂后在计划用于娱乐用途的所述部分水内呈现出最低的ORP值。

10.权利要求1的方法，其中如果所述水体具有小于5公顷的表面面积，所述最不利区域是水体的中央区域。

11.权利要求1的方法，其中所述化学试剂选自臭氧、氯和氯的化合物、双胍产品、卤素系化合物、溴系化合物、及其混合物。

12.权利要求1的方法，其中所述化学试剂使用分配器进行分配，所述分配器选自注入器、扩散器、喷洒器、重量分配器、管道、手动施用、及其组合。

13.权利要求1的方法，其中所述水的ORP、盐度、和温度通过经验方法确定。

14.权利要求1的方法，其中所述水体中不同部分的水可被供给到计划用于娱乐用途的所述部分水中，以产生稀释效果。

15.权利要求1的方法，其中所述水体中不同部分的水可被供给到计划用于娱乐用途的所述部分水中，以允许入浴者负载的污染物的稀释效果。

16.权利要求1的方法，其中在计划用于娱乐用途的所述部分水中的所述ORP根据这样区域的要求，在一定的时间段内被持久地保持。

17.权利要求1的方法，其中当所述部分水确实用于娱乐用途时，施加所述方法。