CN105263869A - 用于减少未净化的水中的杂质成分的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于分别减少流过盆地(1)中的未净化的水中的金属、准金属、硝酸盐和亚硝酸盐成分的方法，藉此，包括氧气、释放氧气的物质、自然产生的微生物和/或基质的水因此通过水平地设置在未净化的水的注入管道的上方和下方的渗透/抽取装置(2)被间歇地引入盆地(1)中，通过在水平装置之间对处理后的水进行交替的回收和渗透而使基本垂直的水流在这些装置之间被生成，从而在未净化的水到达中部的抽水井之前建立对其进行净化的反应区域。需要净化的水被水平设置的供给管道(5)供给至盆地，而且从所述至少一个抽水井(3)中对净化的水的抽取使得所述至少一个抽水井(3)的周围生成实质上的负压。本发明也涉及用于实施该方法的装置。

Description

用于减少未净化的水中的杂质成分的方法和装置

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的一种用于减少未净化的水中的从由金属、准金属、硝酸盐或亚硝酸盐组成的组中选择的至少一种杂质成分的方法，本发明还涉及一种如权利要求1的前序部分所述的装置。

背景技术

作为在此使用的，术语“人工地下水”用于表示渗透地表水，术语“未净化的水”则表示地下水、人工地下水或地表水。

在很多地方，为了移除铁，饮用水需要处理和净化并通过增加氧气至水中使锰在水处理厂中被处理。这导致了杂质的沉淀，其被过滤出来并留下了剩余的纯净水。氧气一般以纯氧的形式被添加至水中，或是通过使用阶式曝气装置在水中充气。因为将金属离子从溶液中沉淀出来所需要的氧浓度比较低，铁和锰通过上述的过滤过程被沉淀出来，其中过滤器包含一个或多个可被水通过的砂垫层。因为砂垫层作为过滤材料必须不断地被还原从而加强对被沉淀的锰和铁金属离子的移除，因此对于这样的净化装置的资本投资和操作成本是相当大的。

可选择地，如瑞典专利说明书NO.6903544-2S所述，地下水在原位被净化。通过以预定的距离垂直设置并围绕抽水井或抽取管的多个卫星井或卫星管道，含氧或释放氧的物质的水被间歇地引进蓄水层中。

作为在此使用的，术语“卫星井”被用于表示垂直设置在蓄水层里的任何装置，通过这些装置，被处理的水可被引进用于净化水的过滤器、盆地、蓄水层或相似的净化或过滤系统。然而，应当理解的是，卫星井同样应用于回收水，以便将其引入其他的卫星井里。卫星井的代表性示例包括井、管道、软管、导管和相似的设备。

氧化的水被引进蓄水层从而为某些微生物的成长提供合适的环境并增强其在现有的地面层的化合物的化学和代谢的吸附、氧化和沉淀，从而利用地面层作为反应和过滤的介质。使用的微生物通常为主要在氧化和还原环境之间建立的区域中比较活跃的生物体。含有氧气或释放氧气的物质的水在超过24小时的时间内被间歇地添加。在添加被氧化的水或包含释放氧气的物质的水的过程中，抽水井不可被作为净化水源使用，这是因为抽水井和卫星井的同时使用会导致过滤机构的故障或对其操作造成干扰，从而导致水的品质的恶化。为了在连续的基础上抽取水，需要两个或多个用于储存的抽水井或合适的装置来克服上述的不足，并使净化水的回收能够在至少两个抽水井之间或是井和储存装置之间交替。在来自交替提取源的净化水的回收过程中，如果需要的话，则在休眠的一个或多个抽水井上进行重建。

为了消除不连续的抽水存在的缺点，在原位的地下水净化的另一个可替代的选择在瑞典专利说明书No.8206393-4中被描述，。本发明的优势在于对消除了两个或多个抽水井的需求，并允许净化水被从单一抽水井中连续地用泵抽取。

在该方法的操作中，被氧化/处理后的水被供给至至少一个但少于所有的卫星井，在这样的引入过程的同事，为了创造用于污染物的吸附、转化、氧化、沉淀或挥发的净化区域的目的，水从至少一个卫星井中被提取。特别地，被氧化剂或其他有益添加剂处理过的水被用于减少来自未经处理的水的污染物的浓度，使得水被“净化”。供给至卫星井的水可包括从至少一个其他卫星井抽取的处理过的水，并且如果需要的话，也可以是来自抽取装置的被净化的水的一部分。

通过改变将处理水引入其中的卫星井的数量，以及通过替换回收水的卫星井，用户可优化具有沉淀污染物的净化区域。取决于净化系统的尺寸、水文地质条件、地球生物化学条件以及包含杂质的水的浓度等，多于两个的任何数量的卫星井可以被使用在该系统中。处理后的水可被引进卫星井中停留一个预定的时间段，如从几个小时到几天或更长。

根据瑞典专利说明书No.8206393-4中所述的过程还允许利用盆地对未净化的水进行连续过滤和净化，其中具有自然生成或人工制造材料的过滤器被包含以及利用。例如，土壤可被挖掘从而形成具有覆盖物表面的盆地状的槽，并且粘土、混凝土、塑料、防水布等等可被应用到覆盖物表面中从而形成内壁。用于引进被处理的水的卫星井，被垂直设置于在盆地内部的覆盖物的内部，并且盆地被过滤材料如沙所填满。抽取装置可位于盆地的中部，用于引进处理后的水的卫星井被设置在覆盖物和盆地中部之间，并围绕着盆地的内壁的外围的内部，以便可通过多个卫星井将处理后的水引进净化系统、可通过至少一个卫星井进行抽水以及可通过抽水装置对净化后的水回收。在人工的蓄水层中，水被间歇地从至少一个卫星井中抽取出来、被处理以及进一步被引进到至少一个其他的卫星井中。以这种方式在用于再充水的卫星井和用于回收水的卫星井之间进行替换可有效地替换用于对污染物沉淀进行净化的区域。

WO02/48469描述了用于净化水的装置和方法，其也可应用在人工的蓄水层中，例如，填满沙或其他相似材料的盆地。在说明书中，靠着环境土壤的紧绷的布被描述为被设置在土壤表面下方，这意味着顶部部分对大气环境是开放的。相同的设置在瑞典专利说明书No.8206393也有记载。这会导致来自盆地的材料的溢出或消融，其原因在于未净化的水的渗透和对卫星井的充填在盆地中所产生的高水压。

EP04749194.9描述了分别减少流过含有天然形成的过滤材料的盆地的未净化的水中的金属、准金属、硝酸盐和亚硝酸盐成分的方法，其中在减少包含氧气或释放氧气的物质的水中的金属或准金属成分和/或天然存在的微生物的代谢反应的情况下，以及在减少包含脱氮生物或基质的水中的硝酸盐和亚硝酸盐的成分的情况下，未净化的水因此而通过多个围绕用于净化水的至少一个抽水机设置的多个卫星井被引进至盆地中。该方法的特征在于，所述包含氧气或释放氧气的物质、和/或天然存在的微生物的代谢反应、或脱氮生物和/或基质的水因此通过垂直地设置在盘上的卫星井被均匀地分配，被净化的水通过水平设置的供给管道被供给到盆地中，并且对来自至少一个抽水井的已净化的水进行抽取，从而导致围绕着所述至少一个抽水井产生实质上的负压。

更多地，根据所述文件，该盆地通过不透气和不透水的材料被密封，从而使所有通过该材料的输入口和输出口不透气也不透水。

当水穿过由垂直设置并围绕抽水井的多个卫星井形成的反应区域被净化时，来自注入水的卫星井的流动方式变得与被净化后的水的流动方式大致平行。当平行的流动方式被建立，不连续的径向净化方式在卫星井之间以及卫星井和抽水井之间被开发时，会导致未净化的水仅得到效果不好的净化。因为发生在靠近抽水井的蓄水层中的铁和锰的沉淀，这逐渐减少了抽水井的可操作性。

发明内容

被氧化的水或是添加不同添加剂的水在此被称为处理后的水。

本发明的目的是为消除原位方法中的上述缺点，在该等原位方法中，处理后的水被从垂直点来源被水平地分配，这是上述方法的共同特征。

处理后的水的流动方式在这样的配置中将会与待处理的未净化的水平行，从而妨碍处理后的水和未净化的水之间的正确混合，并使得对未净化的水的化学/生物净化更低效。

根据本发明，当使用用于处理后的水的两个或多个渗透装置，并将至少一个渗透装置水平设置地在未净化的水的注入位置的上侧，至少一个渗透装置蛇在水平设置地在未净化的水的注入位置的下侧时，该问题被排除。通过在水平渗透装置的上侧和下侧之间对处理后的水的回收和渗透进行交替，使基本上垂直流动的处理后的水在这些渗透装置之间生成，从而沿着垂直于未净化的水的流动的方向分配处理后的水。这将会为在蓄水层/盆地的较大部分之上的化学/生物过程建立一个大的且更有效的处理区域。同时通过不透膜的输入口的数量也被彻底地最小化，其可消除通过不透膜的水的泄漏。同样地，卫星井和它们的泵被移除，从而使建造更容易以及过程更加划算。

附图说明

通过非限制性的例子，本发明将通过参考和附图被描述如下：

图1为根据用于未净化的水的净化的发明的装置的侧面示意图；以及

图2为具有中部抽水井和围着所述抽水井设置的水平渗透装置的根据本发明的装置的俯视图，其中供给管道和用于未净化的水的渗透的管道通过虚线被示出，并且覆盖表土被移除。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于减少未净化的水中的从由金属、准金属、硝酸盐和亚硝酸盐组成的组选择的至少一种杂质成分的一个优选的实施例的装置，其包括设置在地面上的凹处且包括天然生成的过滤材料，如沙或其他合适的材料(未示出)的盆地或蓄水层1、至少一个在上方水平设置的渗透装置2和至少一个在下方水平设置的渗透装置2、至少一个基本上位于中心的抽水井3、用于把水从例如地面井(未示出)注入至水平设置的供给管道5的未净化的水的注入管道4。如图1所示，所述水平设置的渗透装置2实质上与所述供给管道5平行，并且所述至少一个上方的渗透装置2位于所述供给管道5的上方，所述至少一个下方的渗透装置2位于所述供给管道5的下方。盆地1被不透气且不透水的材料6例如橡胶和/或塑料完全包围，也就是说盆地1是密封的。这对于盆地1的顶部也同样适用。更多地，由材料6所提供的用于管道的所有输入口和输出口、电缆等都是不透水且不透气的。在所述图1中，地面的水平面被7标示。

在示出的实施例中，盆地被大约为一至两米的厚度的表土覆盖。

如图2中可见的，在一个具体的实施例中，所述装置具有正方形的盆地的形式，但很明显的是盆地也可具有任何其他的形式，如圆形或矩形。

在示出的实施例中，四个渗透装置2被设置为与盆地1的每一边平行。由虚线示出的未净化的水的注入管道4与至少一个供给管道5连接。更多地，所述至少一个上方的渗透装置和至少一个下方的渗透装置与设置在封闭的盆地1外部的调节控制设备(未示出)连接，用于对从至少一个所述渗透装置2中提取出来的水进行补氧；在水被处理后，它被回馈到其他所述的渗透装置中，并且被渗透至盆地1内部。通过对用于回收处理后的水的渗透装置进行交替以便进行再生/氧化，所述渗透装置有效地形成了用于污染物/杂质的沉淀的净化区域。

通过以这种方式间歇地供给处理后的水至渗透装置2，在距离抽水井3足够远的位置创建了净化/反应区域以便避免抽水井的堵塞，并且保持通过净化区域到抽水井中有足够的流量。

当根据本发明的方法开始时，由过滤材料填满的盆地1被未净化的水完全填满。然后开始从抽水井3中抽吸水，所述抽取井3周围的水位会被从原有的水位降低大约一米。具有对应于从抽水井3中取出的体积的总体积的未净化的水通过未净化的水的注入管道4被供给至水平设置的供给管道，从而达到对盆地1中的水压的分配。如果没有进行进一步的测量，那么随着时间过去，自然环境将消除围绕着抽水井3的水位降低状态，在盆地1的外围部分，较大的水压将会达到不可接受的高水平。为了避免这种情况，必须自动控制水的流入和流出，使抽水井3周围的水位降低被维持。这种抽吸的专用方法，需要一种控制和调节的设备，该设备在此未示出，其设计方式是这样的：它围绕着中部抽水井3始终维持着较高的负压。

因此，根据本发明，在防渗材料之下的超压通过超过盆地1的适中的厚度的表土被补偿，因为水不能上升超过防渗材料。这将产生的压力将为大约0.5米的水压。通过给盆地1提供围绕整个盆地延伸的防渗材料6，在周围的土壤和空气中，被净化的水中的可能的杂质也被筛选掉。

在一些情况下，氧气通过曝气被添加，其完成方式是这样的：水被允许通过在封闭的盆地1外部的曝气/调节系统(未示出)来循环。这种曝气系统对所述至少两个上方的和下方的渗透装置2是共同的。连接至所述至少一个上方的和所述至少一个下方的渗透装置2的输入口装置8位于抽取井3的附近。来自所述至少一个上方的和所述至少一个下方的渗透装置2的水在未示出的常见的处理设备中被充气，因此在未示出的小水槽中产生了一定的排气线性，从而使自由的气泡逸出至环境气体中。来自小水槽的水之后通过阀门被泵均匀地分配至所述至少一个上方的和所述至少一个下方的渗透装置2。这个过程在所述至少一个上方的和所述至少一个下方的渗透装置2之间间歇地重复。

当本发明使用在此描述的技术被用于净化未净化的水时，使用天然生成的微生物的代谢反应作为使污染物发生沉淀和降解的机制也是可能的。因此，自然生成的微生物也被用作一种方法的一部分，利用该方法，被污染的水可以通过本发明被净化。

在盆地1中的过滤材料不需要为了移除沉淀的铁和锰或其他金属或准金属而被改变或再生，因为为了使过滤材料被阻塞前的寿命超过100年而被优选地标出尺寸的过滤材料的孔隙率会导致抽水井3的泵送能力的减少。

为了移除铁和锰的本发明在以上被描述，但明显的是该技术同样可用于移除其他金属或准金属如铅和砷。

根据本发明，盆地1可形成密封的封闭系统，其在不具备氧气的情况下也可以使用。对于生活于缺氧环境的微生物，可用渗透装置2代替用于进行必要营养的渗透的含氧的水进行渗透。这些营养包括磷酸盐和低分子量的物质如酒精。在这样的过程中，硝酸盐和亚硝酸盐被转变为氮，氮是通过使用生物脱氮而产生的。并且氮将会跟随着水从抽水井3中被取出。水必须被充气从而移除游离的氮气。

在这种情况下，需要同时从未净化的水中分别移除金属、准金属和硝酸盐和亚硝酸盐，这可在至少两个步骤中完成，首先通过将非氧的营养素供给到至少一个第一模块以及将供给氧气或释放氧气的物质供给到至少一个第二模块，从而使硝酸盐和亚硝酸盐从包括一个或多个单独地设置的模块的盆地中被移除。在没有任何中间处理的情况下，来自第一模块的水被供给至第二模块。当然对未净化的水进行净化的两个步骤也可在单独设置的盆地1中被实施。

Claims (7)

1.一种用于减少未净化的水中的从由金属、准金属、硝酸盐和亚硝酸盐组成的组中选择的至少一种杂质成分的方法，所述未净化的水通过水平设置在密封的盆地(1)内部的供给管道(5)供应到所述密封的盆地(1)中，从而流过包括天然生成的过滤材料的所述盆地(1)；其中在减少包括氧气或释放氧气的物质和/或天然生成的微生物的代谢反应的水中的金属和/或准金属的成分的情况下以及在减少包括脱氮生物和/或基质的水中的硝酸盐和亚硝酸盐的成分的情况下，处理后的水因此而通过至少两个渗透装置(2)被间歇地引进所述盆地(1)中，所述至少两个渗透装置(2)也被用于对所述处理后的水进行周期性的回收以便使所述处理后的水再生，其中通过至少一个垂直设置的抽水井(3)对具有减少的所述至少一种杂质的成分的水进行抽取，并且通过对所述水的抽取使得所述至少一个抽水井的周围生成恒定的负压；其特征在于，将所述至少两个渗透装置(2)中的至少一个水平地设置在所述水平设置的供给管道(5)的上方，将所述两个渗透装置(2)中的至少一个水平地设置在所述水平设置的供给管道(5)的下方，以及在所述至少两个渗透装置之间对所述处理后的水进行交替的回收和渗透，从而在这些装置之间生成实质上垂直的水流，进而增强对处理后的水和未净化的水的混合并使这些水之间的反应更加有效，并且在所述盆地的较大部分中对杂质的沉淀进行分配。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述未净化的水是从由地下水、人工地下水以及地表水组成的组中选择的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属和准金属是从由铁、锰、铅以及砷组成的组中选择的。

4.一种用于减少未净化的水中的从由金属、准金属、硝酸盐和亚硝酸盐组成的组中选择的至少一种杂质成分的装置，所述未净化的水供应至密封的盆地(1)，所述盆地包括天然生成的过滤材料、至少两个渗透装置(2)、至少一个基本位于中部的抽水井(3)、以及用于注入所述未净化的水至水平设置的供给管道(5)的未净化的水注入管道(4)，在减少包括氧气或释放氧气的物质和/或天然生成的微生物的代谢反应的水中的金属和/或准金属的成分的情况下以及在减少包括脱氮生物和/或基质的水中的硝酸盐和亚硝酸盐的成分的情况下，处理后的水因此而通过至少两个渗透装置(2)被间歇地引进所述盆地(1)中，其特征在于，所述两个渗透装置(2)中的至少一个水平地位于水平设置的供给管道(5)的上方以及两个渗透装置(2)的至少一个水平低位于水平设置的供给管道(5)的下方并实质上与所述供给管道平行。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述密封的盆地被不透气且不透水的材料完全包围，所述材料由橡胶和/或塑料材料制成。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述未净化的水是从由地下水、人工地下水以及地表水组成的组中选择的。

7.如权利要求4-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述金属和准金属是从由铁、锰、铅以及砷组成的组中选择的。