CN104944627A - 以低成本处理受细菌和微藻类影响的水体的持续性方法和系统 - Google Patents

以低成本处理受细菌和微藻类影响的水体的持续性方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了以低成本处理受细菌和微藻类影响的水体的持续性方法和系统。本发明的系统通常包含至少一个容纳装置、至少一个协同装置、至少一个化学品施加装置、至少一个非侵入性移动抽吸装置和至少一个过滤装置。所述系统装置能够接收关于受控水质参数的信息并能够适时激活必要的工艺以对所述水质参数在其各自的界限内进行调节。所公开的方法和系统仅过滤所述全部水体积的一小部分，比通过常规游泳池过滤系统过滤的流量每天少高达200倍。所公开的方法和系统还使用更少的化学品，比常规游泳池水处理系统少高达100倍。

Description

以低成本处理受细菌和微藻类影响的水体的持续性方法和系统
本申请是2011年10月21日提交的题目为“以低成本处理受细菌和微藻类影响的水体的持续性方法和系统”的中国专利申请201110328741.9的分案申请。
技术领域
本发明涉及以低成本处理和保持水体以用于低密度娱乐用途的持续性方法和系统。典型地，使用密度为每立方米水体积最多0.05个入浴者。与其中对所有的水体积每天过滤高达6次的常规游泳池过滤系统不同，本文中公开的方法和系统仅过滤总水体积的一小部分，比常规游泳池过滤系统所过滤的流量每天小高达200倍。本文中公开的方法和系统使用更少的化学品，比常规游泳池水处理系统所用量少高达100倍。本发明的方法和系统能够用于对受细菌和微藻类影响的娱乐水体进行处理并提供用于产生符合娱乐用水的细菌学和物理化学要求以用于完全身体接触的洗浴的水，所述细菌学和物理化学要求由政府监管机构如美国国家环境保护局(EPA)提出。
背景技术
变化多的娱乐水体易于受到细菌和微藻类的增殖的污染。在水的品质十分重要的情况中，例如在游泳池的情况中，通过添加大量化学试剂来实现适用于游泳的高品质水。在游泳池中，例如，向池中的水中添加化学试剂以将水中氯试剂的永久浓度保持为至少1.5ppm。由于关于水的细菌学和物理化学性质的严格的游泳池规章而需要这种浓度，并通过在连续基础上将永久氧化还原电位(ORP)保持在至少650mV的水来实现。
世界范围内的许多国家具有关于娱乐用水的规章，关于这种水体的娱乐用途通常具有两种规章。第一种规章涉及游泳池，其要求必须保持高的永久氯缓冲剂以避免在新入浴者进入游泳池时对水造成污染。氯缓冲剂中和了由入浴者带入游泳池水的污染物并杀死由入浴者带入游泳池水的微生物，由此保持了适用于娱乐用途的高水质。
第二种规章适用于湖泊和海洋，并将其称作用于全身体接触洗浴用娱乐用水的标准。该规章是以水的稀释能力为基础的。当新入浴者进入水体中时，以污染物在水体中不会保持在会造成显著影响的浓度的方式对污染物进行稀释。因此，在大型水体如湖泊或海洋中，由于巨大的水体积的高稀释能力而不需要消毒剂缓冲剂。
全球的趋势是，开发能够与环境共存的、在生活的所有方面中都更加可持续且具有环境意识的系统，以为后人留下最少的足迹。尽管如此，当对娱乐水体进行处理时，在对环境负责的方法和系统方面未取得实质性进展。关于游泳池中细菌和微藻类的增殖的普通处理需要大量的化学品和能量，这不符合现今的可持续要求。
为了符合第一规章，必须在连续基础上对游泳池中的氯缓冲剂进行保持，以中和由新入浴者带入池中的污染物。在游泳池的传统处理中保持永久氯缓冲剂涉及在连续基础上将ORP水平保持为至少650mV。一旦已经满足了氯消毒的要求，则剩余在水中的游离的氯的浓度，即剩余的氯，充当缓冲剂以当新的有机物质或微生物进入水体中时，例如当新入浴者进入水中时提供消毒。用于将ORP水平永久保持为至少650mV所使用的化学品的量非常大，明显提高了池的运行成本，涉及以环境不友好并能够产生不期望的消毒副产物(DBP)如氯胺的量使用化学品。
另外，典型构造的游泳池要求对其全部体积的水进行过滤，通常为每天1～6次。这通过使用传统构造的集中过滤单元来实现。由此，传统游泳池的过滤系统消耗大量能量，还在安装、运行和维护成本方面造成高要求。
总之，传统的游泳池依赖于大量的化学品以保持氯缓冲剂，以便中和进入水体中的污染物，且所述传统的游泳池还依赖于集中过滤系统以对全部体积的水进行过滤，通常为每天1～6次。由此，传统的游泳池技术因必须连续保持高的消毒剂浓度并需要集中过滤系统而具有高的运行和维护成本。迫切需要一种可持续的、低能量的方法和系统，以使用少量化学品对娱乐用途的大的水体积进行处理和保持。
游泳池
通过需氧微生物对水中的营养物进行消耗，导致需要大量的氧。因此，降低了水中的溶解氧的水平，并由此使得厌氧微生物发展。厌氧微生物的进一步发展，导致有机化合物累积。这种事件链导致营养物在水中累积，所述营养物能够充当特殊微生物的培养液。在这些条件中发展的微生物中，与娱乐水体最相关的是细菌和微藻类。
在娱乐水体中的混浊主要是由在水中存在的微藻类造成的。这些微生物在具有确定浓度的营养物的水中生长。根据光源的可获得性和营养物的浓度，藻类以被称作富化作用的过程繁殖，其中藻类生活于整个体积的水，使得整个水体变成巨大的生物质源并提高了水的混浊度。不同的规章指出，高达50个散射浊度单位(NTU)的值对人的健康是安全的。在英属哥伦比亚，例如，通过环境部门的环保部确定的关于娱乐水体的水的浊度，将上限确定为50个NTU(加拿大英属哥伦比亚，1981年，环境管理法案的第二部分2(e))，而南澳大利亚政府认为上限值为25个NTU。当保持微藻类所需要的溶解的营养物消耗时，微藻类死亡并沉降到水体底部。在水体底部的这种沉降层中可获得的有机物质能够再次充当厌氧微生物在水中发展的基础，这通常会对人体造成健康威胁。在人造水体中，水质随着微藻类和细菌的生长而劣化。在用于具有高密度入浴者的游泳池的水处理的典型方法或工艺中，使用大量消毒剂如氯、并对所有体积的水进行过滤，以控制细菌和微藻类的增殖。例如，如果使用氯，则其会与有机物质以及与还原剂如硫化氢、亚铁离子、锰离子和亚硝酸根离子反应。将在这些反应中消耗的氯定义为氯的需求。为了满足氯的需求，必须将水中的永久ORP水平保持为至少650mV。
氯与水中存在的有机化合物反应能够形成几种毒性副产物或消毒副产物(DBP)。例如，氯与氨的反应能够产生作为不期望的副产物的氯胺。氯或氯胺与有机物质的进一步反应能够产生三卤甲烷，其为潜在的致癌物质。此外，根据消毒方法，已经鉴别了新的DBP，如用碘化三卤甲烷、卤代乙腈、卤代硝基甲烷、卤代乙醛和亚硝胺。此外，已经认为，入浴者暴露在氯和有机物质下有助于引发包括哮喘在内的呼吸问题和几种其他健康问题。
使用化学试剂还会在环境方面造成与这些化学品和DBP的累积和处置相关的环境问题。因此，减少这种化学品的使用并减少产生的DBP是有利的。
除了与化学处理相关的高成本和健康与环境问题之外，常规的过滤系统具有高的资本成本和能量消耗。标准大小的游泳池的传统处理需要对所有体积的水进行过滤，通常使用传统构造的集中过滤单元每天过滤1～6次。这种系统会造成对能源的高要求、以及提高与过滤系统相关的资本成本如管道、泵、过滤器和设施等。
本领域的状态
美国专利5,143,623描述了一种营养物去除方法，其中利用具有漏斗形收集器的结构在水体下降的同时收集下降的颗粒，且所述结构能够具有1英亩(4,046m2)的大小。所述结构必须保持在位并持续至少“数小时”的长时段以接收下降的颗粒，此外，所述结构包含与含有水体的结构的表面等同的表面。在美国专利5,143,623中所公开的结构具有侵入性，因为其不允许水生行为的正常发展且不允许清洁所述结构的底部，由此其不能提供期望的颜色性能。而且，所述方法不包括使用消毒剂或过滤系统。
另一文献WO2009114206描述了一种通过使用沉降池并添加不同的凝结剂以从富营养化水中除去藻类的方法。这种方法需要构造至少一个沉降池、优选至少两个沉降池，且所使用的阳离子凝结剂的量高达150ppm。WO2009114206需要构造超过一个的池以使其方法正常运行，这需要更多的陆地并花费更高的成本。WO2009114206所公开的方法未公开所述系统的协同操作并以环境不友好的方式应用大量凝结剂。
FR2785898描述了一种用于游泳池水的净化系统，所述系统包含过滤、杀菌和pH控制。供应给传统构造的集中过滤系统和离子化工艺中的化学试剂和能量的量与用于标准游泳池技术的量和过滤类似。FR2785898使用大量化学品以保持化学品在水中的连续浓度。在FR2785898中的方法还包含对所有水体积的过滤，因此要求大量能量并需要昂贵的过滤设备。
美国专利7,820,055涉及获得用于娱乐用途的大型水体，并描述了一种方法以低成本用于安装并保持大体积或大量水用于娱乐用途，如具有类似于池或热带海洋的优异颜色、高透明度和清晰度的湖泊或人造湖，尤其是超过15000m3的水体。US 7,820,055定义了结构特征如用于消除油的撇沫器、水收集系统、建筑细节、衬里的类型和颜色、循环系统和添加剂注射、供应水的要求、pH测量、盐的添加、凝聚剂的使用、新鲜水的变化速率、添加剂和氧化工艺、以及由船艇驱动的抽吸车辆。US 7,820,055描述了一种用于水循环但不使用过滤的开放系统或根据水温应用运算法则的协同方法，以根据其真实需要来保持水质。
WO2010/074770A1描述了一种有效的过滤方法，以保持水体的娱乐性和装饰性。WO2010/074770A1要求对水施加超声波并应用凝聚剂。WO2010/074770A1未公开用于协调所述方法运行的协同手段，因此造成高能量要求。
发明内容
为了以简化形式引入在下面的详细说明中进一步描述的概念的选择而提供了该概述。该概述不用于鉴别所主张的主旨所需要的或基本的特征。该概述也不用于限制所主张的主旨的范围。
本发明提供了用于处理和保持用于娱乐用途的低密度入浴者用大型水体的持续性方法和系统。在水体中入浴者的密度是每立方米最多0.05个入浴者或更少，这比在传统游泳池的设计中所考虑的密度低约10倍。通过降低入浴者的密度，可使用水的稀释能力以保持适用于全接触洗浴的高品质水，而不需要如同在常规游泳池中那样保持永久的氯缓冲剂。由此，本发明的方法和系统打破了常规游泳池的尺寸壁垒并提供了类似于高透明湖泊的非常大尺寸的生态池，所述高透明湖泊具有与常规游泳池相关的高水质。使用常规的游泳池过滤技术，这些生态池在经济上是不可行的。
本文中所述的方法和系统不使用常规游泳池过滤系统中所使用的氯缓冲剂。因此，与常规游泳池水处理系统相比，所使用的化学品的量非常低。与当前的游泳池水处理不同，本发明的方法和系统不需要永久保持ORP水平。在本文中所述的方法和系统中，将ORP水平保持为至少500mV并历时一定时段，所述时段通过取决于水体温度的运算法则来确定。由此，本发明提供一种能够根据环境因素如水温来调节化学品的量和剂量、与游泳池的传统处理相比化学品的量降低高达100倍的方法和系统。
另外，本文中所公开的方法和系统包含低成本过滤手段，其使得仅过滤所有水体积的一小部分，比常规游泳池小高达200倍。由于不使用传统的集中过滤单元，所以本发明中的能耗和设备成本比传统构造的游泳池过滤系统少高达50倍。
由此，相对于传统游泳池过滤技术，本发明可提供几种优势。本发明使用向水体施加消毒剂的剂量和施加进行调节的运算法则以将ORP水平保持为至少500mV并历时根据水温不同而异的一定时段，从而与传统游泳池过滤系统相比，将化学品的用量降低了至少一个数量级。与降低化学品的量相关的优势包括降低了运行成本并降低了DBP的产生，所述DBP对环境和入浴者有害。另外，与常规游泳池过滤系统相比，使用过滤全部水体积的一小部分的低成本过滤系统降低了安装成本、运行成本和能耗。
本发明致力于解决在对受细菌和微藻类影响的水进行处理的方法中所引发的多种环境问题。本文中公开的新技术的发明人FernandoFischmann先生在水处理技术方面已经取得了许多新的进步，其将被整个世界快速采用。在短期内，在全球范围内，本发明人的与娱乐水晶湖相关的技术已经参与了超过180个项目。本发明人及其在水处理技术方面的进步已经成为了200多篇文章的主题，这在http://press.crystal-lagoons.com/处能够看到。本发明人还收到了与这些水处理技术进步相关的革新和突破的重要国际奖项，且本发明人已经成为了包括CNN、BBC、FUJI和Bloomberg’s Businessweek的主要媒体渠道的采访对象。
上述概述和下列详细说明两者都提供了实例且仅是说明性的。因此，上述概述和下列详细说明不是限制性的。此外，除了本文中所述的内容之外，还可提供特征或变化。例如，特定的实施方案可涉及在详细说明中所述的多种特征组合和亚组合。
附图说明
并入本发明中并构成本发明一部分的附图，显示了本发明的多种实施方案。在所述附图中：
图1是显示本发明实施方案中用于处理水的系统的工艺流程图。
图2显示了含有本发明实施方案中的结构的顶视图。
发明详述
下列详细说明参考附图。尽管对本发明的实施方案进行了描述，但是变化、改变和其他实施方式也是可能的。例如，可对附图中所示的元件进行取代、添加或改变，且通过对所公开的方法进行取代、重新排序或添加阶段可对本文中所描述的方法进行改进。因此，下列详细说明不用于限制本发明的范围。尽管在“包含”各种设备或步骤方面对系统和方法进行了说明，但是除非有其他说明，否则所述系统和方法还能够由多种设备或步骤“基本构成”或“构成”。
定义
根据本发明，应将下列术语或短语理解为具有下述含义：
如本文中所使用的术语“游泳池规章”是指涉及游泳池的规章，所述游泳池需要保持永久氯缓冲剂以避免当新入浴者进入游泳池时对水造成污染。所述氯缓冲剂中和了污染物并杀死微生物，所述污染物和微生物是由入浴者带入游泳池的水中的，由此保持了适用于娱乐目的的高水质。通常通过政府主体或公署来建立这些类型的规章。
如本文中所使用的术语“氯缓冲剂”是指游泳池中或游泳池规章所要求的任意一种其他水体中残留的氯浓度。当新型微生物或有机物质进入水中时，所述量的活性氯发挥缓冲机制，由此中和有机物质并杀死微生物，使得有机物质不再充当其他微生物所消耗的营养物。所述氯缓冲剂能够与水中的ORP水平相关，所述ORP水平根据本发明来控制。应理解，为了保持所需要的消毒剂水平，可使用另一种消毒剂如溴来代替氯。
如本文中所使用的术语“传统构造的集中过滤系统”，应理解为具有所设计容量的集中过滤单元或系统以对游泳池全部水体积进行过滤，通常为每天1～6次，以遵守游泳池规章。从不同的来源如排水沟、撇沫器或通过溢流等来收集输送到集中过滤系统中的水。
本文中通常使用术语“容器”或“容纳装置”来描述任意一种大的人造水体，包含具有大尺寸的术语如人造湖、人造湖泊、人造池、池等。
如本文中所使用的术语“非侵入性清洁系统”包含不会干扰水中娱乐活动的正常开展的抽吸装置。通常，所述抽吸装置能够移动穿过容纳装置底面并抽吸沉降材料。例如，拉动抽吸车的船艇是非侵入性系统，条件是这种系统的永久性在水体区域中是临时的。自驱动式抽吸车也是非侵入性的。而且，需要固定安装或固定管道的系统对于水上运动或其他活动的正常开展是侵入性的。
本文中通常使用术语“协同装置”，以描述能够接收信息、对其进行处理并根据其作出决策的自动化系统。在本发明的优选实施方案中，由人来完成这种操作，但更优选使用连接到传感器的计算机来完成这种操作。
本文中通常使用“化学品施加装置”，以描述将化学品施加到或分散在水中的系统。
本文中通常使用术语“移动抽吸装置”，以描述能够移动穿过容纳装置的底面并能够抽吸沉降材料的抽吸装置。
本文中通常使用术语“驱动装置”，以描述通过推动或拉动另一种装置而提供运动的驱动装置。
本文中通常使用术语“过滤装置”，以描述能够包括过滤器、滤网和分离器等的过滤系统。
如本文中所使用的，与被过滤的水体积相关的术语“一小部分”是指比传统构造的游泳池过滤系统中过滤的流量小高达200倍的流量。
具体实施方式
传统游泳池过滤方法和系统依赖于氯缓冲剂的使用，以中和进入水体的污染物并杀死进入水体的微生物。这些方法和系统需要使用大量化学品来保持永久的缓冲剂，而与水的实际要求无关。另外，这些方法和系统通常需要传统构造的集中过滤系统，以对全部的水体积进行过滤，通常为每天1～6次。由此，传统的游泳池技术使用大量化学品并具有与集中过滤系统相关的高资本成本和运行成本。
本发明涉及用于对受细菌和微藻类影响的水体进行处理和保持以用于低密度娱乐用途的低成本、可持续的方法和系统。使用密度为每立方米最多0.05个入浴者。与其中每天对全部水体积过滤一次或多次的常规游泳池过滤系统不同，本发明的方法和系统仅过滤全部水体积的一小部分，比常规过滤系统每天少高达200倍，并提供符合关于全身体接触中娱乐用水的生物学和物理化学规章的处理水。
因为与传统游泳池水处理系统相比本发明使用更少的化学品并消耗更少的能量的事实，所以与传统水处理系统相比，能够以低成本实施水处理的所述持续性方法。本发明的方法和系统不要求如同在常规游泳池水处理系统中那样将ORP水平永久保持为至少650mV。与常规过滤系统相比，本文中所述的方法和系统应用运算法则，所述运算法则将ORP保持为至少500mV并历时根据水温的不同而异的特定时段。由此，本发明的系统和方法大大降低了化学品的量，比常规游泳池水处理降低了高达100倍，从而降低了运行和维护成本。
另外，本发明的方法和系统仅过滤全部水体积的一小部分，比常规游泳池每天少高达200倍，所述常规游泳池需要通常每天过滤全部水体积1～6次的集中过滤单元。本发明的方法和系统的过滤装置包含比集中过滤单元更小的过滤装置并花费更短的运行时间，从而能耗和设备投资比传统游泳池系统低高达50倍。
本发明的系统通常包含至少一个容纳装置、至少一个协同装置、至少一个化学品施加装置、至少一个移动抽吸装置、以及至少一个过滤装置。图1显示了本发明系统的实施方案。所述系统包含容纳装置(12)。对所述容纳装置的尺寸没有特别限制，然而，在许多实施方案中，所述容纳装置能够具有至少15000m3或者至少50000m3的体积。可以预期，所述容器或容纳装置能够具有1000000m3、50000000m3、500000000m3或更大的体积。
容纳装置(12)具有能够接收细菌、藻类、悬浮固体、金属和从水中沉降的其他颗粒的底部。在实施方案中，所述容纳装置(12)包含接收装置(2)以从正被处理的水中接收沉降的颗粒或材料。将接收装置(2)固定到容纳装置(12)的底部，优选其由能够被清洁的无孔材料构造而成。通常利用无孔材料覆盖所述容纳装置(12)的底部，使得非侵入性移动抽吸装置(3)能够移动穿过容纳装置(12)的整个底表面并抽吸通过本文中所公开的任意一种方法所产生的沉降颗粒。所述无孔材料能够是膜、土工膜、土工织物膜、塑料衬里、混凝土、包覆的混凝土或其组合。在本发明的优选实施方案中，利用塑料衬里来覆盖容纳装置(12)的底部。所述容纳装置(12)能够包含用于向容纳装置(12)供应水的进口管线(13)。所述进口管线(13)允许向容纳装置(12)补充水，以防止水的蒸发和其他损失。
所述系统包含至少一个协同装置(1)，其能够根据系统需要(例如水质)来控制必要的工艺。这种工艺能够包含对非侵入性移动抽吸装置(3)的激活。所述协同装置(1)能够接收关于被控制的水质参数的信息(8)，并能够适时激活必要的工艺以对所述水质参数在其各自的界限内进行调节。利用视觉观察、经验方法、以经验为基础的运算法则、利用电子检测器、或其组合能够获得协同装置(1)所接收的信息(8)。协同装置(1)能够包含一个或多个人员、电子器件或能够接收信息、加工所述信息并激活其他工艺的任意一种装置，且包含其组合。协同装置的一个实例是计算装置如个人计算机。协同装置(1)还包含用于接收关于水质参数的信息(8)的传感器。
通过协同装置(1)适时激活工艺，以对受控参数在其界限内进行调节。根据所述系统的需要来激活所述工艺，这允许每天过滤全部水体积的一小部分，由此代替每天过滤全部水体积高达6次的常规游泳池的过滤系统。所述工艺响应移动抽吸装置(3)的适时激活(9)，这将同时激活过滤装置(7)以对移动抽吸装置所抽吸的水流进行过滤，仅过滤全部水体积的一小部分，比常规游泳池过滤系统少高达200倍。
所述化学品施加装置(6)将化学品施加到或分散在水中。化学品施加装置(6)包括但不限于注射器、喷灌器、手动施加器、重力驱动的分配器、管道及其组合。
非侵入性移动抽吸装置(3)沿容纳装置(12)的底部移动，对含有通过本文中所公开的任意一种方法所产生的沉降颗粒和材料的水进行抽吸。利用连接装置(5)将驱动装置(4)连接到移动抽吸装置(3)上，使得移动抽吸装置(3)移动穿过容纳装置(12)的底部。所述连接装置(5)能够为柔性或刚性的。连接装置的实例包括但不限于绳、索、线、缆、丝、竿、棒、杆、轴及其组合。
所述移动抽吸装置应不影响或不改变水中娱乐活动的正常开展如游泳或水上运动的开展。优选地，所述抽吸装置的持久性在水体区域中是临时性的。由此，需要固定安装或固定管道的系统对于水上运动或其他活动的开展是侵入性的。所述移动抽吸装置移动穿过容纳装置的底部，彻底抽吸具有沉降颗粒的水流，并使得底部的颜色可见。所述驱动装置(4)通过使用诸如铁轨系统、线缆系统、自驱动系统、手动驱动系统、机器人系统、遥控系统、具有发动机的船艇或具有发动机的漂浮装置、或其组合的系统来驱动所述移动抽吸装置(3)。在本发明的优选实施方案中，所述驱动装置为具有发动机的船艇。
将通过移动抽吸装置(3)抽吸的水输送至过滤装置(7)。所述过滤装置(7)接收被移动抽吸装置(3)抽吸的水流并对含有沉降颗粒和材料的被抽吸的水进行过滤，由此消除了对全部水体积进行过滤的需要(例如，仅对一小部分进行过滤)。所述过滤装置(7)包括但不限于筒式过滤器、砂滤器、微滤器、纳滤器、超滤器及其组合。通过连接到移动抽吸装置(3)的收集管线(10)，能够将被抽吸的水输送至过滤装置(7)。所述收集管线(10)选自柔性软管、刚性软管、任意材料的管道、及其组合。所述系统能够包括从过滤装置(7)返回容纳装置(12)的返回管线(11)以将被过滤的水返回。
图2显示了本发明系统的顶视图。容纳装置(12)能够包含进料管道系统(13)，其允许对容纳装置(12)进行补充，以防止水从容纳装置(12)的蒸发或其他损失。所述容纳装置(12)还能够包含沿容纳装置(12)的周边布置的注射器(14)以将化学品施加到或分散在水中。容纳装置(12)还包含撇沫器(15)以除去表面的油和颗粒。
在实施方案中，本发明的系统包含下列元件：
-至少一个进口管线(13)，用于将水供应给至少一个容纳装置(12)中；
-至少一个容纳装置(12)，其包含用于通过所述方法的工艺产生的沉降颗粒的接收装置(2)，所述接收装置(2)被固定到所述容纳装置的底部；
-至少一个协同装置(1)，其中所述协同装置适时激活必要的工艺以对参数在其界限内进行调节；
-至少一个化学品施加装置(6)，其允许向水中添加消毒剂；
-至少一个非侵入性移动抽吸装置(3)，其移动穿过所述至少一个容纳装置的底部，抽吸含有通过所述方法的工艺产生的沉降颗粒的水流；
-至少一个驱动装置(4)，其为所述至少一个非侵入性移动抽吸装置提供移动，使其能够移动穿过所述至少一个容纳装置的底部；
-至少一个连接装置(5)，其将所述至少一个驱动装置和所述至少一个抽吸装置进行连接；
-至少一个过滤装置(7)，其对含有沉降颗粒的水流进行过滤；
-至少一个收集管线(10)，其连接在所述至少一个移动抽吸装置和所述至少一个过滤装置之间；以及
-至少一个返回管线(11)，其从所述至少一个过滤装置至所述至少一个容纳装置。
与传统游泳池处理方法相比，本发明的方法使用更少的化学品并消耗更少的能量，因此，与传统的处理方法相比，能够以低成本实施本发明的方法。在一个方面中，本发明的方法使用少得多的化学品，因为其应用运算法则，从而允许将ORP保持为至少500mV历时根据水温的不同而异的特定时段。由此，明显减少了化学品的量，比传统游泳池水处理系统少高达100倍，从而降低了运行和维护成本。
在另一方面中，与在相同时间框架内过滤大得多的体积水的常规游泳池过滤系统相比，本发明的方法在特定时间框架内仅过滤全部水体积的一小部分。在实施方案中，所述全部水体积的一小部分比在传统构造的集中过滤系统中所处理的流量小高达200倍，所述传统构造的集中过滤系统每天过滤全部水体积高达6次。本发明的方法和系统中的过滤装置由于从协同装置接收的指令而在更短的时段内运行。由此，本发明的方法和系统中的过滤装置具有非常小的容量，比在常规游泳池过滤系统中所使用的集中过滤单元所花费的资本成本和能耗低高达50倍。
在实施方案中，所述方法包括如下阶段：
a.收集总溶解固体(TDS)浓度高达50,000ppm的水；
b.将所述水储存在至少一个容纳装置(12)中，其中所述容纳装置具有能够被非侵入性移动抽吸装置彻底清洁的底部；
c.将入浴者的密度限制为在所述容纳装置中所容纳的每立方米水体积最多0.05个入浴者；
d.在7天的周期内，对于最高45℃的水温，通过向所述水中添加消毒剂，将所述水的ORP保持为至少500mV历时每摄氏度水温最小1小时的时段；
e.通过协同装置(1)激活下列工艺，其中所述工艺通过仅过滤全部水体积的一小部分对所述水进行净化并消除悬浮固体：
i.利用非侵入性移动抽吸装置(3)对通过上述工艺产生的、含有沉降颗粒的水流进行抽吸，以防止沉降颗粒的厚度平均超过3mm；
ii.利用至少一个过滤装置(7)对被所述移动抽吸装置抽吸的水流进行过滤；以及
iii.将所述被过滤的水返回至所述至少一个容纳装置，由此避免对全部水体积进行过滤，而仅过滤含有沉降颗粒的水流。
通过化学品施加装置(6)向水中施加消毒剂，以将ORP水平保持为至少500mV并历时根据水温的不同而异的最短时段，在7天的周期内施加一次。所述消毒剂包括但不限于，臭氧、双胍产品、除藻剂和抗菌剂如铜产品；铁盐；醇；氯和氯的化合物；过氧化物；酚类化合物；碘载体；普通的季胺类(polyquats)如苯扎氯铵和均三嗪；过氧乙酸；卤素基化合物；溴基化合物、氯基化合物；及其组合。优选的消毒剂包含氯基化合物、臭氧、双胍产品、溴基化合物、卤素基化合物或其组合。
通过向水体中施加消毒剂的化学品施加装置来控制水体中的细菌和微藻类。本发明中所使用的消毒剂的量比传统游泳池技术中所需要的普通量低至少一个数量级。施加消毒剂，导致细菌和其他微生物死亡，其集中或沉降在沿容纳装置底部的水层中。与传统游泳池技术不同，施加本发明中的消毒剂而不需要在水体积中保持永久的浓度。该持续性方法使用运算法则，其允许保持ORP水平仅历时根据水温所确定的某一时段。如果水温最高45℃，则保持为至少500mV的ORP水平历时每摄氏度水温最小1小时的时段。例如，如果水温为25℃，则保持为至少500mV的ORP水平历时最小25小时的时段，其能够分布在7天的周期内。具有超过45℃温度的水不适用于本发明的娱乐用途，因为这种温度会危及入浴者的安全。
协同装置(1)能够接收信息(8)，所述信息涉及在其各自界限内的水质参数。协同装置所接收的信息能够通过经验方法获得。所述协同装置(1)还能够接收信息、加工所述信息、并根据所述信息激活必要的工艺，包括其组合。协同装置的一个实例是连接到传感器的计算装置如个人计算机，所述传感器用于测量参数并根据这种信息激活工艺。
对移动抽吸装置进行设计，以对接收装置的表面进行彻底清洁，使得接收装置的表面颜色可见，由此提供具有吸引人颜色的水体。所述协同装置(1)向移动抽吸装置(3)提供信息(9)以激活移动抽吸装置。同时激活所述过滤装置(7)以对由所述移动抽吸装置(3)所抽吸的水流进行过滤，仅过滤全部水体积的一小部分。然后，通过返回管线(11)将被过滤的水返回至容纳装置(12)。通过协同装置(1)激活(9)所述移动抽吸装置(3)，以防止沉降材料的厚度平均超过3mm。仅根据需要来运行所述过滤装置(7)和移动抽吸装置(3)以将水的参数保持在其界限内，例如每天仅数小时，这与每天连续运行的常规过滤系统相对。
利用本发明的方法处理的水能够由天然水源如海洋、地下水、湖泊、河流、处理水或其组合提供。收集的水能够具有高达50,000ppm的总溶解固体(TDS)浓度。当TDS的浓度小于或等于10,000ppm时，水的朗格利尔(Langelier)饱和指数应小于3。关于本发明，通过调节pH、添加防垢剂或通过水软化工艺，能够将朗格利尔饱和指数控制低于2。当TDS浓度高于10,000ppm时，水的史蒂夫和戴维斯(Stiff&Davis)饱和指数应小于3。关于本发明，通过调节pH、添加防垢剂或通过水软化工艺，能够将史蒂夫和戴维斯饱和指数保持高达2。能够用于将朗格利尔饱和指数或史蒂夫和戴维斯饱和指数保持低于2的防垢剂包括但不限于，膦酸基化合物如膦酸、PBTC(磷丁烷-三羧酸)、铬酸盐、多聚磷酸锌、亚硝酸盐、硅酸盐、有机物质、苛性钠、苹果酸基聚合物、聚丙烯酸钠、乙二胺四乙酸钠盐、腐蚀抑制剂如苯并三唑、及其组合。
实施例
关于下列实例，单数形式的术语包含多个替代物(至少一个)。所公开的信息是示例性地，存在其他实施方案且所述其他实施方案在本发明的范围内。
实施例1
下表总结了在A)根据本发明的系统和B)传统游泳池构造中，在考虑了入浴者的密度每立方米最多0.05个入浴者时所使用的化学品、消耗的能量、以及相关成本的量。在A)和B)两者中水的体积都为90,000m3。
情况A 情况B
总体积(m3) 90,000 90,000
在24小时内被过滤的流量(m3) 2.7 540
化学试剂(kg) 1.5 135
每月过滤所使用的能量(美元) 806美元 43000美元
如表中所示，利用本发明的系统构造的池的运行成本比传统构造的低至少一个数量级。
实施例2
利用根据本发明的方法和系统对125,000m3的水体进行处理。所述水体的平均深度为3.125m。所述系统在游泳池的边界和所述结构的底部具有间隔开的注射器以作为化学品施加装置。在给定的水体尺寸下以循环方式运行所述清洁系统。按如下确定ORP水平：关于最高45℃的水温，保持为至少500mV的ORP水平历时每摄氏度水温最小1小时的时段。水温为20℃时，在一周内在20小时的期间将ORP水平保持为至少500mV。在处理的第一天，化学品施加装置从上午9:00到下午7:00注射氯，以将氯浓度保持为0.15ppm，由此完成第一天的10小时。在处理的第四天，从上午9:00到下午7:00，重复相同的程序，由此完成在7天处理循环所需要的20小时。
在沉降材料的层的平均厚度超过3mm之前，使用具有发动机作为驱动装置的船艇开始抽吸沉降的死亡微藻类和微生物，以在所述结构的区域中沿所述结构的底部移动所述抽吸装置。随后，激活其他区域以在4小时时段内完成死亡微藻类和微生物的去除。
将被抽吸的水流输送至小型的筒式过滤器中，因为过滤的体积为每天全部水体积的非常小的百分比(2.5％)。过滤筒位于游泳池的外部，并通过柔性软管将被过滤的水返回至游泳池。
使用这种构造在1周的期间内所消耗的能量为2,436kW。在传统池构造中，所计算的在一周内的能耗为124,306kW。因此，与利用传统水处理技术的等价游泳池相比，本发明仅消耗2％的能量且利用的化学试剂的量低高达100倍。
尽管已经对本发明的特定实施方案进行了描述，但是还可存在其他实施方案。此外，所有公开的方法的步骤或阶段可以以任意方式改变，包括利用重新排序步骤和/或插入或删除步骤而不背离本发明。尽管本说明书包含详细的说明和相关的附图，但是本发明的范围由权利要求书表示。此外，尽管以具体到结构特征和/或方法论行为的语言对本说明书进行了描述，但是不能将权利要求限定为上述特征或行为。相反，公开了上述具体特征和行为以作为本发明的示例性方面和实施方案。在阅读本文中的说明书之后，各种其他方面、实施方案、改变及其等价物，向本领域技术人员表示了自身的意思而不背离本发明的精神或所主张的主旨的范围。

Claims (9)

1.通过对全部体积的水体的一小部分进行过滤以低成本处理和保持受细菌和微藻类影响的水体的系统，所述系统包含：
-至少一个进口管线，用于将流水供应给至少一个容纳装置；
-至少一个容纳装置，其包含用于沉降颗粒的接收装置，所述接收装置被固定到所述容纳装置的底表面上；
-至少一个协同装置，其中所述协同装置适时激活必要的工艺以对水的参数在预定界限内进行调节；
-至少一个化学品施加装置；
-至少一个非侵入性移动抽吸装置，用于沿所述至少一个容纳装置的底部移动并抽吸含有沉降颗粒的水；
-至少一个驱动装置，用于沿所述至少一个容纳装置的底部移动所述至少一个非侵入性移动抽吸装置；
-至少一个连接装置，其将所述至少一个驱动装置连接到所述至少一个抽吸装置；
-至少一个过滤装置，用于对含有沉降颗粒的水进行过滤；
-至少一个收集管线，其连接在所述至少一个移动抽吸装置和所述至少一个过滤装置之间；以及
-至少一个返回管线，其从所述至少一个过滤装置至所述至少一个容纳装置。
2.如权利要求1所述的系统，其中覆盖所述容器底部的所述接收装置包括膜、土工膜、土工织物膜、混凝土、包覆的混凝土、塑料衬里或其组合。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述协同装置能够接收信息、处理所述信息并激活其他工艺。
4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中所述化学品施加装置包括注射器、喷灌器、手动施加器、重力驱动的分配器、管道及其组合。
5.如权利要求1-4任一项所述的系统，其中驱动装置包含铁轨系统、线缆系统、自驱动系统、手动驱动系统、机器人系统、遥控系统、具有发动机的船艇、具有发动机的漂浮装置、或其组合。
6.如权利要求1-5任一项所述的系统，其中所述非侵入性抽吸装置通过所述连接装置被连接到所述驱动装置。
7.如权利要求1-6任一项所述的系统，其中所述连接装置包括柔性的绳、索、线、缆、丝或其组合。
8.如权利要求1-6任一项所述的系统，其中所述连接装置包括刚性的竿、棒、杆、轴或其组合。
9.如权利要求1-8任一项所述的系统，其中所述过滤装置包括筒式过滤器、砂滤器、微滤器、超滤器、纳滤器或其组合。
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