CN114072361A - 在大型水体中形成两个不同的处理区域以促进直接接触娱乐活动的低成本且卫生有效的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了在大型水体中指定两个不同的处理区域。第一区域是沉积区域。此区域主要用于提供微生物和/或污染物的处理和沉降，以使其灭活和/或从该水体中去除。在此区域中，可以使用基于CT指数并应用有效量的絮凝剂组合物的消毒方法。第二区域是耗散区域。此区域是旨在进行主要的直接接触娱乐水上活动的地方。在耗散区域中，建立水流动，该水流动连同由风和/或水温差产生的自然水流产生耗散区域内的水体积进入沉积区域的水耗散模式。另外，通过维持永久氯残留优选地提供了对耗散区域中的水体积的持续消毒。

Description

在大型水体中形成两个不同的处理区域以促进直接接触娱乐 活动的低成本且卫生有效的系统和方法
本申请作为PCT国际申请于2020年5月28日提交并且要求保护2019年6月28日提交的美国非临时专利序列号16/456,762的优先权权益，该非临时专利的全部披露内容通过援引以其全部内容并入。
技术领域
本发明总体上涉及处理大型水体以便使水适合于娱乐目的；更具体地，涉及使用低成本卫生系统和方法来处理水以将滋生微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)的风险降到最低，从而以创新的方式且以低成本解决当前方法和系统的低效问题。更具体地，本发明涉及一种在大型水体中形成两个不同的处理区域以促进直接接触娱乐活动的低成本且卫生有效的系统和方法。
背景技术
数十年来，使用常规游泳池技术并将其应用为小型娱乐水体的标准水处理。然而，这种游泳池技术已显示出在从相对较小的水体处理和去除几种微生物方面是低效的。
另一方面，较大的水体，比如具有较高稀释能力的用于游泳的湖(以下称为“游泳湖”)也存在问题，并且无论水体是定期处理还是未处理，在一些微生物的灭活和去除方面都是低效的。此外，常规游泳池技术在应用于此类大型水体时需要大的资金成本，并且需要大量的能量和化学物质来完成其操作和维护。在应用于大型水体时，这些产生的成本使得使用常规游泳池技术非常昂贵。
通常，娱乐水体(比如游泳池)和较大的水体(比如游泳湖)总是容易受到比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等微生物的污染，这可能会给使用这种水体来游泳、洗澡和用于其他直接接触娱乐用途的入浴者带来风险。
A.游泳池
数十年来，游泳池技术一直是用于娱乐游泳目的的小型水体最常用的水处理技术。在这段时间里，来自世界各地的各种健康实体都已采用有关水处理的法规，以便规范游泳池的最低健康标准。
常规的游泳池技术本质上要求对整个水体积进行永久消毒，以永久性地维持较高的ORP(氧化还原电位)或消毒剂浓度，比如水中的游离氯水平。另外，需要每天将整个水体积过滤一到六次(通常每天四次)，以从该水体积去除所有悬浮颗粒和污染物。
然而，重要的是应了解，与普遍的看法相反，常规的水池消毒技术不能立即杀死所有病菌或微生物。相反，耐氯微生物可以在含氯池水中生存并引发娱乐性水疾病(以下称为“RWI”)。即使某些细菌在正常的游泳池消毒水平下可在几秒钟内被杀死，但仍有许多微生物对氯或其他消毒剂具有高耐受性。在水池中发生污染事件后，这些微生物可以存活许多天，因为游泳池消毒处理并非旨在杀死所有此类微生物。一种高度耐受常规游泳池消毒技术的微生物是例如隐孢子虫。这是RWI的重要原因，尤其是在比如游泳池的经处理水体中，如先前所述。实际上，一些研究表明，约1至3ppm的游离氯水平(比如见于常规处理的游泳池中的水平)可能需要10天以上来将99.9％的隐孢子虫卵囊灭活，因为这种微生物高度耐受常规游泳池消毒方法。因此，在那10天的时段内，许多入浴者可能会在按照泳池消毒标准的相关规定处理过的泳池中游泳，并且容暴露于这种微生物的感染。
另外，相对于常规的水池过滤技术，通常砂滤器能够过滤出大小范围低至20至25微米的颗粒，而筒式过滤器典型地能够去除大小范围低至5至10微米的颗粒。但是，举例来说，隐孢子虫卵囊的大小为大约4至6微米。这使得它们很难通过常规的水池过滤而去除，其中常用的过滤器在每次通过过滤器时仅能够去除约25％的卵囊。
基于前述内容，应当理解，当水池中发生污染事件时，消毒和过滤系统没有准备好去除此类微生物。传统的消毒不足以将此类微生物灭活或杀死，并且过滤系统不适合于在适当的时间范围内将它们从水中去除以确保一旦污染发生人们将不会受到感染。具体地，这是由于常规的游泳池技术需要过滤池中的整个水体积而这是甚至不允许在适当的时间范围内对所有卵囊进行完全过滤的耗时过程，加之氯可能无法在短于10天的时段内将某些微生物的所有卵囊灭活的事实。因此，如果在水池中发生污染事件，那么此类微生物可能未被检测到并且在被适当处理并从池水中清除之前会感染许多入浴者。
因此，游泳池容易受到由存在于水中的微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)诱发的RWI，这些微生物可能高度耐受常规的游泳池水处理方法，并且因此有可能因入浴者吞咽水、呼吸重新悬浮的微生物或仅因与水直接接触而影响入浴者。
美国疾病控制与预防中心(CDC)的一项研究总结了2011年至2012年期间来自32个州和波多黎各的90例娱乐性水疾病暴发报告，其中69例暴发(76.6％)是在常规处理的游泳池中发现的。此外，CDC于2007年进行的一项研究总结了2005年至2006年期间发生的总共78例娱乐性水疾病暴发报告，这些疾病暴发造成了4,412人患病，导致116例住院以及五例死亡。在这78例暴发报告中，有31例(占40％)是由隐孢子虫引起的。另一项研究表明，在2003年6月，马萨诸塞州会员俱乐部泳池开始暴发肠贾第虫，这导致149例病例，包括二次人际传播的病例。另外，在2003年7月，隐孢子虫暴发在堪萨斯州的多个游泳池和日托中心蔓延并导致617例病例。上一次暴发是2003年至2004年间的最大娱乐性水暴发。此外，在2004年7月，俄亥俄州的社区泳池暴发了隐孢子虫，导致三个县的160人患上肠胃炎，并且在2004年8月，加利福尼亚水上公园患肠胃炎的雇员继续在泳池中进行工作和娱乐活动，从而导致涉及336名相关疾病人员的隐孢子虫暴发。
此外，在2008年，CDC报告说自2004年以来，美国由隐孢子虫引起的RWI病例已经增至三倍。然而，这种增加可能已受到更高级的检测方法的影响，例如，这意味着以前的病例可能已经存在但未被检测到。最近，CDC在2013年至2014年期间收集的数据表明，美国报告的游泳池的暴发案例超过71起，导致超过950例病例。从2000年到2014年，已报告超过450起暴发，导致超过27,000例病例，其中一半以上这种病例是由隐孢子虫引起的。
上述情况强化了这样的事实：通过常规的游泳池处理方法或系统不能有效地消除一些微生物，比如隐孢子虫和贾第鞭毛虫等。因此，尽管普遍认为RWI是仅存在于未处理的水体中的风险，但是RWI导致若干人员患病的大多数情况发生在经过常规处理的水体(比如游泳池)中，这凸显了出于娱乐目的而需要改进的方法和系统来处理和维护水体。
除了由于比如隐孢子虫和贾第鞭毛虫的微生物引起的污染外，游泳池还易于出现因水体中存在的变形虫引起的RWI。例如，2003年在智利圣地亚哥进行的一项研究发现，在夏季，八个公共游泳池中有五个有自由生活的变形虫，并且有36.3％的样本中存在福氏纳格里阿米巴原虫和棘阿米巴虫(Acanthoamoeba)。此外，这个研究报告称，没有发现自由生活的变形虫或微生物的所述公共游泳池之一的氯浓度极高，这使周围空气不适于呼吸并造成眼睛刺激(特别是因为它是空气流通不良的室内泳池)。
最近，在西班牙，来自托莱多省的10岁女孩从西班牙记录的第一例由福氏纳格里阿米巴原虫引起的原发性阿米巴性脑炎(PAM)康复，该患者是在以标准游泳池技术处理和维护的公共游泳池中感染的。原发性阿米巴性脑炎(PAM)是极具侵略性的疾病，可导致数天的严重头痛、发烧和颈部僵硬，并且导致97％检测到的病例死亡。这个病例令医生和卫生官员感到惊讶，因为女孩感染该疾病的公共游泳池同时符合被认为安全的氯水平和过滤标准。
当前，如果在游泳池中发生这些类型的污染事件，通常存在以下两种结果之一：
-如果未检测到通常发生的污染事件，那么微生物将留在水中并扩散，从而可能感染许多入浴者(即使水通过常规水池系统进行了处理)，这意味着入浴者暴露于危险微生物的时间可能超过10天。另外，如前所述，由于存在局部过滤，常规的水池过滤系统需要很长时间才能从水中去除卵囊，并且在一些情况下，由于卵囊的大小，根本无法去除卵囊。
-如果检测到污染事件，为了将卵囊灭活并去除，有必要关闭水池几天并且有时甚至排干整个水池体积，这种情况很少发生。替代性地，游泳池可以经历需要极高氯浓度的高氯化过程，如上所述，极高的氯浓度可能使周围空气不适于呼吸并造成眼睛和皮肤刺激。
总之，结合了消毒和过滤过程的常规游泳池技术尚未准备好用于处理一些微生物，比如隐孢子虫和贾第鞭毛虫等，这使得难以确保用于直接娱乐目的的水没有致病微生物。尽管常规的泳池系统符合所要求的当地法规，但是它们在消除这些类型的微生物方面还是缓慢或无效的。
B.较大的水体
如上所述，还存在较大的水体，比如用于直接接触目的的游泳湖，它们都经过一定的处理。这些水体还容易遭受与存在比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等微生物相关联的高风险。在一些情况下，人被感染后会出现死亡。
通常，使用基本上由减少应用常规游泳池技术组成的方法来局部地处理这种大型水体。因此，当处理这些水体时，消毒剂水平和过滤水平通常远低于常规游泳池中所要求的水平。例如，代替在整个水体积中维持永久的1ppm游离氯(如常规游泳池)，这种大型水体中维持低得多的水平并且不一定是永久性的，并且代替每天将整个水体积过滤四到六次(如在常规游泳池中所要求的)，局部地过滤水体积和/或过滤频率较低。将这种局部消毒和过滤应用于此类大型水体主要是出于经济原因，因为在大型水体中使用常规游泳池技术将需要极高容量的系统和设备成本，以及与出于过滤目的而大量需要的化学品和电力相关的高运营成本。
同样重要的是应注意，这种局部处理的游泳湖通常具有较差的水清澈度。这与常规游泳池的透明度和晶莹剔透的状况相反，这主要是局部过滤水体积的结果。
当处理封闭的娱乐水体(比如局部处理的较大人工湖和泻湖或类似湖)时，重要的是应注意，当不使用常规游泳池技术进行处理时，可能产生严重的卫生风险。例如，在没有使用传统的游泳池技术进行处理而是局部应用该技术的封闭的人造大型水体中，已经发生了许多由危险微生物引起的事故。
代表性案例是迪斯尼河郡的一个案例，在那里，11岁的男孩死于他在人工泻湖中游泳时感染的福氏纳格里阿米巴原虫。另一起案例发生在北卡罗来纳州的国家白水中心，在那里，18岁的女性在该中心漂流时感染了变形虫，大约一周后死亡。
最近的另一起事故发生在德克萨斯州韦科市的人工冲浪湖，该湖没有使用常规的泳池技术而是使用了局部消毒和过滤。在这次事故中，29岁的冲浪者感染了福氏纳格里阿米巴原虫变形虫并于2018年9月21日死亡。即使这次事故造成了致命的后果，但当在2018年9月27日进行水质分析时，却并未在冲浪湖中发现变形虫，而是在附近水体中发现变形虫。因此，非常重要的是要强调，简单的水质分析通常不足以防止这些类型的事故，因为这些微生物可能存在于水体内的特定区域和/或位于角落。
为了说明问题的严重性，在美国已有超过140例的福氏纳格里阿米巴原虫变形虫登记病例，其中死亡率为97％。
福氏纳格里阿米巴原虫通过鼻子进入机体，从那里进入中枢神经系统并产生急性脑部炎症，并且最终导致原发性脑膜脑炎(PAM)，这是导致脑组织破坏的脑部感染。因此，它有时被称为“食用大脑的变形虫”。脑膜脑炎的潜伏期为二至八天，并且几乎在所有情况下均导致感染患者死亡。
另一方面，棘阿米巴虫通过眼睛或皮肤切口进入人体，进入中枢神经系统，并且潜伏期只有几天。在后一种情况下，大多数情况以致命的结果结束。
变形虫和棘阿米巴虫两者都特别危险，因为它们存在于水流强烈或水不断移动的水体中，水不断移动会使积聚在水体的底面上的沉积物重新悬浮。重新悬浮增加了细菌触及入浴者的鼻子和眼睛的机会。
通过水质分析监测变形虫是非常复杂的，并且需要特定知识。另外，在水体内的不同位置执行几次水采样是不够的，因为对于其他位置而言，这样的分析将不能帮助得出相同结果，如前所述。这种变形虫可以存在于水体内的某些位置、隐藏在角落或底部沉积物中。因此，对这些变形虫的检测需要培训、具体的分析和控制，所有这些都说明了对正确处理娱乐用途的游泳湖以避免或最小化这种风险的系统和方法的需要。
因此，当今没有方法或系统能够在常规游泳池或用于娱乐目的局部处理的较大水体中提供完全的卫生安全。常规系统(甚至用于游泳池)将需要非常高水平的消毒剂，这不仅非常耗费成本，而且可能会对入浴者和旁观者产生有毒的环境和不安全的条件。另外，已经表明，即使满足通常了在游泳池中被认为安全的所有标准，仍然可能发生RWI。
C.消毒指数
处理和维护游泳池或较大水体的模式和要求是常规的游泳池要求以及来自美国环境保护署(U.S.E.P.A.)的细菌学标准等。然而，这些标准有时可能不足以保证将不会存在由于水中存在微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)而导致的卫生风险。
施加适当消毒以将不同微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)灭活的一种方式是使用CT指数。该指数得自消毒剂的特定浓度“C”以及消毒剂以这种特定浓度接触与水以便实现适当消毒的时间量“T”。因此，通过将两个值相乘来确定CT指数，如可以在以下等式中看出：
Figure BDA0003440462060000071
基于所用消毒剂的类型、水的温度和pH以及所需的灭活水平，不同的CT值允许将不同的微生物、寄生虫和原生动物灭活。下表1展示了用于微生物灭活的CT值。
表1
Figure BDA0003440462060000072
灭活被测量为1log、2log、3log或4log，如下表2所示：
表2
Figure BDA0003440462060000073
Figure BDA0003440462060000081
通常，细菌很容易被灭活，而肠贾第虫和隐孢子虫等的微生物很难被灭活。例如，在温度为10℃且pH为7下，贾第鞭毛虫的1log灭活需要CT值为112。这意味着可以使用以下消毒替代方案：
-可以在112分钟的时间T内使用1ppm的浓度C，从而实现112的CT
Figure BDA0003440462060000082
-可以在56分钟的时间T内使用2ppm的浓度C，从而实现112的CT
Figure BDA0003440462060000083
因此，从以上示例中将认识到，为了实现相同的CT值，较高的浓度C导致较低的施加时间T。
在娱乐水体中必须实现适当的消毒，以提供用于直接接触目的的安全卫生条件。即使一些微生物容易按照常规的水池消毒水平进行灭活，但仍有微生物耐受常规的消毒和过滤方法，并且因此需要其他类型的处理以提供卫生安全的水体。
因此，需要一种水处理系统和方法，该系统和方法允许通过以创新的方式和低成本解决当前低效的方法和系统来最小化大型水体中来自常见于娱乐用水的微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)的污染风险。
发明内容
本发明提供了一种用于处理大型水体以便使该水适合于娱乐目的的系统和方法。
根据本发明原理的方法和系统提供了一种低成本的卫生系统和方法，该系统和方法使比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等的微生物的污染风险最小化。这种系统和方法可以用于游泳湖和人造大型水体等中。
在任一种情况下，本发明的原理包括在该大型水体中指定两个不同的处理区域。这两个区域具有不同的配置和处理方法。第一区域是沉积区域。该区域主要用于提供微生物和/或污染物的处理和沉降，以使其灭活和/或从该水体中去除。第二区域是耗散区域。该区域是旨在进行主要的直接接触娱乐水上活动的地方。在该耗散区域中，建立水流动，该水流动连同由风和/或水温差产生的自然水流允许产生该耗散区域2内的水体积进入该沉积区域1的水耗散模式。另外，提供了对该耗散区域中的水体积的持续消毒。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于提供至少3,000m2的用于直接接触娱乐目的的大型水体的低成本且卫生有效的方法，该方法包括：在该大型水体中指定沉积区域1和耗散区域2、应用基于CT指数的消毒方法、以及将有效量的絮凝剂组合物施加到该沉积区域1中以帮助存在于该沉积区域1中的不同微生物和/或污染物沉降，并且最小化对该沉积区域中的水体积的干扰，从而最小化对沉积过程的干扰；通过向该耗散区域2中添加有效量的氯消毒剂来在该耗散区域2的水体积中维持永久氯残留，使得在该耗散区域2内所包含的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平；借助于一个或多个入口喷嘴将水注入该耗散区域中，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水温差产生的自然水流允许产生该耗散区域2内的水体积进入该沉积区域1的水耗散模式，并且其中，该耗散区域2被配置并布置成允许高达30分钟的污染减少指数(CRI)。
根据依据前述段落中描述的方法的其他方面，该沉积区域1和该耗散区域2未被物理屏障分开，并且该耗散区域内的水体积与该沉积区域内的水体积之间的比率是1:2至1:40。该方法进一步包括设计该沉积区域，使得作为日平均数，使用该大型水体的入浴者总数的至多20％存在于该沉积区域1中，并且其中，该沉积区域1旨在主要用于次要的非直接娱乐接触目的；该方法进一步包括将该耗散区域设计成用于比如游泳的直接接触目的；和/或该方法进一步包括设计该耗散区域，使得作为日平均数，使用该大型水体的游泳者的80％或更多存在于该耗散区域2中。
应当理解，可以利用本发明的原理的大型水体包括现有的水体(比如游泳湖)或构造的水体。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于建立适合于直接接触娱乐目的的大型水体的系统，这种类型的大型水体覆盖至少3,000m2并且具有外围12和底部，该大型水体包括：沉积区域1，该沉积区域位于该大型水体3的一部分内并且沿着该外围12的一部分；用于在沉积区域内投配化学品19的系统，该系统被布置并配置成用于：i)在该沉积区域内的水体积中施加消毒剂，以实现每72小时至少42的CT指数，其中C被定义为浓度并且T被定义为最短接触时间，以及ii)将絮凝剂施加到该沉积区域中，这些絮凝剂有助于存在于该水体中并且通过CT周期灭活的不同微生物、寄生虫和原生动物的沉降过程；耗散区域，该耗散区域位于该大型水体的一部分内并且沿着该外围12的一部分；用于将化学品29配给到该耗散区域中的系统，该系统被配置用于维持该耗散区域的水内的水体积中的永久氯残留，其中，在位于该耗散区域内的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平；以及在该耗散区域内遍及该耗散区域2的一个或多个入口喷嘴26，该一个或多个入口喷嘴被布置并配置成用于向该耗散区域注入水，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水温差产生的自然水流允许产生该耗散区域2内的水体积进入该沉积区域1的水耗散模式，并且最低程度地干扰该沉积区域中的水体积，从而最小化对沉积过程的干扰。
在所附的并构成本发明一部分的权利要求中特别指出了表征本发明的优点和特征。然而，为了更好地理解本发明，应当参考构成本发明一部分的附图以及所附的描述性内容，在附图中示出并描述了本发明的优选实施例。
附图说明
参考附图，其中在所有若干视图中，相同的标记表示相同的部分：
图1展示了包括两个单独的区域(沉积区域1和耗散区域2)的大型水体的一个示例实施例。
图2展示了包括一个沉积区域1和两个耗散区域2的大型水体的一个示例实施例。
图3展示示出了图1的水体的放大部分，示出了实施例沉积区域1和耗散区域2。
图4A至图4G示出了本发明的示例性实施例，其中展示了本发明的方法。
图5示意性地展示了可以在本发明的实施例中使用的各种部件的功能框图。
图6示意性地展示了大型水体的外围12的在耗散区域2的区域中的部分。
图7展示了与本发明结合使用的实施例方法。
具体实施方式
以下详细描述参考附图。尽管可以描述本发明的实施例，但是修改、改编和其他实现方式是可能的。例如，可以对附图中展示的要素进行替换、添加或修改，并且可以通过对所披露的方法进行替换、重新排序或添加阶段来修改本文所述的方法。因此，以下详细描述不限制本发明的范围。
本发明涉及一种用于为大型水体提供两个不同的处理区域以用于直接接触娱乐目的的低成本且卫生有效的方法。
本发明的低成本且卫生有效的方法通过将用于直接接触娱乐目的的耗散区域2与沉积区域1的技术特征相结合来解决常规游泳池技术在维持水体的安全和卫生条件方面的技术效率低的问题，该耗散区域具有特定且有效的水耗散模式以及氯消毒剂的最低永久浓度，该沉积区域主要意图用于次要的非直接娱性接触目的，该沉积区域未与耗散区域2物理地分离并且被配置用于将先前从耗散区域2耗散的危险微生物灭活、絮凝并消除。
如本文所述，根据本发明的水体的结合型消毒方法、有效扩散模式和沉积能力为水上娱乐目的创造了前所未有的更安全的环境，这些环境先前未被描述或应用过，并且解决了常规游泳池技术的低效问题以及局部处理的大型水体的低效问题，因此允许创建将由微生物(例如像细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)引起的感染风险降到最低的娱乐水体，从而以创新的方式和低成本地解决了当前方法和系统的低效问题。
在本发明的上下文中，直接接触娱乐活动涉及入浴者与水重复或持续直接接触，从而涉及食入水的重大风险，比如儿童游泳、滑水、潜水、冲浪和蹚水。另一方面，次要的接触或非接触式娱乐用途不涉及入浴者与水直接接触并且因此不涉及水食入的重大风险，比如钓鱼或划船活动等。
本发明的方法允许将来自大型水体的污染物和/或微生物灭活和/或去除，其中此类微生物可能来自空气、水源、外部污染或者更可能来自接近水体的携带这种污染物的入浴者。
更具体地，本发明涉及一种用于提供适合于直接接触娱乐目的的大型水体的低成本且卫生有效的方法，其中，该方法尤其由以下方式定义：
-在大型水体中指定沉积区域1和耗散区域2，这两个区域具有不同的配置和处理方法，其中
-沉积区域1和耗散区域2位于同一水体3内，并且未被物理屏障分开，
-沉积区域1可以具有第二目的(例如，除了用作沉积区域之外)，即，美学目的，并且主要旨在用于次要的非直接娱乐接触目的，并且因此被设计成具有低于耗散区域2的入浴者密度，
-耗散区域2用于直接接触目的，比如游泳和洗浴，并且被设计成具有高入浴者密度，
-将基于CT指数的消毒方法应用于沉积区域1的水体积中，
-将有效量的絮凝剂组合物施加到沉积区域1中，以帮助存在于沉积区域1中的不同微生物和/或污染物沉降，并且其中维持沉积区域1内的水流动和水循环以允许适当的沉积，优选地将沉积区域1内的水流动和水循环维持在最小，从而最小化对沉积过程的干扰；
-在耗散区域2的水体积中维持永久氯残留，以及
-借助于一个或多个入口喷嘴将水注入耗散区域2中，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水温差产生的自然水流允许产生耗散区域2内的水体积进入沉积区域1的水耗散模式，并且
其中耗散区域2被配置用于允许一定的污染减少指数(CRI)。
更具体地，本发明还涉及一种用于建立适合于直接接触娱乐目的的大型水体3的系统，其中该系统包括：
a)沉积区域1，该沉积区域位于大型水体3的一部分内并且沿着该外围的一部分；
b)用于沿着外围在沉积区域1内配给化学品的系统，该系统被布置并配置用于：
i)在该沉积区域1内的水体积中施加消毒剂，以实现每72小时至少42的CT指数，其中C被定义为浓度并且T被定义为最短接触时间；以及
ii)将絮凝剂组合物施加到该沉积区域1中，该絮凝剂组合物有助于存在于该水体中并且通过CT周期灭活的不同微生物、寄生虫和原生动物的沉降过程；
c)耗散区域2，该耗散区域位于该大型水体的一部分内并且沿着该外围的一部分；
d)沿着外围在耗散区域2内的一个或多个入口喷嘴26，该一个或多个入口喷嘴被布置并配置用于将水注入耗散区域2以产生耗散区域内的水体积的扩散模式，
e)用于将化学品29配给到该耗散区域2中的系统，该系统被配置用于维持该耗散区域的水内的水体积中的永久氯残留，其中，在位于该耗散区域内的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平。
可以实践本发明原理的大型水体可以是天然或人工水体，并且可以具有至少3,000m2、更优选地至少8,000m2、甚至更优选地至少12,000m2、最优选地至少24,000m2的表面积。
参考图1，在大型水体3内指定两个不同的区域：第一沉积区域1和第二耗散区域2，这两个区域具有不同的配置、消毒方法、清洁要求和耗散条件。
这两个区域都位于同一大型水体3内，并且未被物理屏障分开，因为耗散区域2通往沉积区域1。可以通过使用定界手段或装置4对这两个区域进行定界。因此，在本发明的实施例中，定界手段4将沉积区域1和耗散区域2分开。根据本发明的定界手段4可以选自包括以下项的组：视觉定界、空中标志、一系列浮标、浮线、定界线、坡度变化、不同深度及其组合等。在其他实施例中，可以通过其他手段来建立定界手段的大致位置，比如在宣传册中、通过标牌或规则指定、手册、用户指南以及通过书面和/或口头指示等。
根据本发明，耗散区域2内所包含的体积与沉积区域1内所包含的体积之间的比率优选地为1:2、更优选地为1:10、甚至更优选地为1:30、最优选地为1:40。
沉积区域1被配置用于提供污染物和/或微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)的处理和沉降，以便将其灭活并从水体3中去除。沉积区域1包括允许悬浮的污染物和微生物的有效沉积并且避免其重新悬浮的特定特征，包括：(a)它具有限定的深度，(b)它被设计成具有有限的入浴者密度，(c)它包括基于CT指数的消毒处理，(d)它包括施加絮凝剂来帮助微生物和/或污染物的沉降，并且(e)它具有限定的表面，该表面确保维持平静的水体以最小化可能干扰沉降过程的水流动和水循环。上述特征在下文详细地描述：
a)限定的深度：沉积区域1被设计成使得其深度允许微生物的有效沉降。在本发明的实施例中，沉积区域1的深度在其最深点处为至少1.8米，这有助于防止入浴者跨过沉积区域的底表面，跨过沉积区域的底表面可能导致已经沉降在沉积区域1的底部上的微生物和杂质重新悬浮。在本发明的其他实施例中，沉积区域1的深度在其最深点处为至少2米，并且优选地在其最深点处为至少2.2米。
b)有限的入浴者密度：沉积区域主要旨在用于次要的非直接娱乐接触目的；并且由于其深度，想要进入并停留在这个区域中的潜在入浴者倾向于回到适合于直接接触娱乐目的的耗散区域2，并且因此，沉积区域1被设计成使得在这种沉积区域中的入浴者的密度被限制为少于在大型水体3中存在的总入浴者的20％，并且更优选地少于在大型水体3中存在的总入浴者的10％。考虑到进入水体3的入浴者的总数，入浴者总数的此20％和10％被计算为日平均数。
c)基于CT指数的消毒处理：基于CT指数对沉积区域1进行处理，其中CT可以被确定为适合于将大多数危险微生物(比如福氏纳格里阿米巴原虫、贾第鞭毛虫或隐孢子虫等)灭活的CT。基于CT指数的消毒处理要求通过添加消毒剂以在最小接触时间“T”期间在沉积区域1的整个水体积中实现特定浓度“C”来处理沉积区域1。在本发明的优选实现中，执行消毒方法，使得将消毒剂施加到沉积区域1中所包含的水体积中以实现每72小时至少42的CT指数，因为这被证明是提供安全且卫生的条件以便不仅使福氏纳格里阿米巴原虫灭活而且使娱乐水体中存在的其他危险微生物灭活的CT指数。
重要的是要强调，一些微生物(比如福氏纳格里阿米巴原虫)在海水或咸水中无法生存。尽管如此，如果根据本发明的水体3包含海水、盐水或它们的组合，则沉积区域1在任何情况下都被配置成使得施加消毒剂以实现每72小时至少42的CT指数。在本发明的其他实施例中，施加消毒剂以在至少24小时、优选地至少48小时并且甚至更优选地长达72小时的时间范围内实现根据表1中列出的那些指数或相应地定义的其他指数中的任一个的CT指数。
d)施加絮凝剂：用絮凝剂组合物处理沉积区域1，该絮凝剂组合物有助于存在于水体中并且可能已通过CT周期被灭活的污染物和/或微生物的沉降过程。
在本发明的实施例中，絮凝剂组合物包含选自包括有机和无机絮凝剂的组的一种或多种絮凝剂。优选地，絮凝剂选自包括合成聚合物、季铵阳离子聚合物、多阳离子聚合物、铝盐、氧化钙、氢氧化钙及其混合物的无机絮凝剂。
在本发明的实施例中，絮凝剂优选地选自包括阳离子或阴离子聚合物絮凝剂的组，并且优选地每7天至少一次以0.03g至3.0g/m3的沉积区域1的水体积的比率添加到沉积区域1。
e)大表面：沉积区域1具有至少1,500m2、优选地至少6,000m2并且甚至更优选地至少10,000m2的大表面，这允许最小化可能会影响沉降的污染物从沉积区域1的底表面重新悬浮的水流动和水循环的影响。
根据本发明的耗散区域2适合于直接接触娱乐目的，并且优选地位于水体3的外围12附近并且通向沉积区域1。耗散区域2是被指定为具有高入浴者密度的区域。耗散区域2具有特定的特性和条件，以对耗散区域2内的水体积提供持续消毒并且允许将水有效地耗散到沉积区域1中。因此，耗散区域由以下三个主要技术特征限定：
a)持续消毒：在耗散区域2中维持永久氯残留，其中此区域进行消毒，使得在耗散区域内所包含的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平。根据本发明的主要实施例，氯是将要施加到耗散区域中的优选消毒剂，然而，也可以使用达到合适的消毒参数的其他类型的消毒剂，比如溴、臭氧、其衍生物及它们的混合物。
b)特定深度和几何形状：耗散区域2被设计成使得其设计和深度适合于入浴者接近和进入耗散区域。在本发明的实施例中，耗散区域具有向下斜坡并且在其最深点处的深度为1.4米。优选地，耗散区域包括从外围12到底表面成角度α的向下斜坡，这导致高达15％的倾斜度，以实现安全地进入大型水体，并且使得它适合于入浴者待在此区域中。在替代性实施例中，耗散区域2被设计成使得其在其最深点处的深度为1.6米，并且更优选地在其最深点处为1.8米。
c)一个或多个入口喷嘴：耗散区域2包括位于此区域内以便向耗散区域2中提供水流动的一个或多个入口喷嘴26，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水体中的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响将引起通向沉积区域1的耗散区域2中所包含的此水体积的水移动和换新。在本发明的实施例中，一个或多个入口喷嘴26的位置、设计和配置可以变化以在耗散区域内实现不同类型的水换新模式。一个或多个入口喷嘴26可以沿着耗散区域的任何区段(比如其外围和/或中心)定位。在特定实施例中，一个或多个入口喷嘴26可以被配置用于向耗散区域中添加有效量的氯消毒剂，以便维持至少0.5mg/L游离氯水平的游离氯浓度，如在(a)中描述。
耗散区域2是被指定为具有高入浴者密度的区域，其中大型水体3内的入浴者总数的至少80％并且更优选地至少90％存在于耗散区域2中，其中最大密度为1名入浴者/2m2、优选地最大密度为1名入浴者/4m2、更优选地最大密度为1名入浴者/6m2、并且最优选地最大密度为1名入浴者/8m2。考虑到进入水体3的入浴者总数，此80％和90％被计算为日平均数，并且其中此类入浴者的至少80％且更优选地90％位于耗散区域2中。
与深度、几何形状以及一个或多个入口喷嘴26连同由风和/或水体中的水平和竖直水温差产生的水流动的自然影响有关的以上区域要素的组合将引起耗散区域2中所包含的水体积的水移动并耗散到沉积区域1，除此之外还在所述耗散区域2内提供持续消毒，如在(a)中描述。
令人惊讶地发现，本发明的低成本且卫生有效的方法通过将用于直接接触娱乐目的的耗散区域2的技术特征相结合来解决常规游泳池技术在维持大型水体中的安全和卫生条件方面的技术效率低的问题，该耗散区域具有特定且有效的水耗散模式以及消毒剂的最低永久量，这在污染事件的情况下能够安全且及时地将危险微生物灭活并耗散到主要旨在用于次要的非直接娱乐接触目的的沉积区域1中，其中所述沉积区域1未与耗散区域2物理地分离并且被配置用于借助于CT消毒方法来将微生物灭活并且以高效安全的方式以低成本使它们絮凝并消除。
当前尚无方法或系统能够像本发明的方法和系统针对大型水体以有效且低成本的方式解决常规游泳池的技术低效问题，本发明的系统和方法将用于直接接触娱乐目的的区域中的有效水耗散模式和最低消毒标准的效果与沉积区域1相结合，该沉积区域被配置用于将先前从耗散区域耗散的污染物和/或危险微生物灭活、絮凝并消除。即使一些较大的水体(比如天然游泳湖)能够在某种程度上重新形成耗散模式，但它们仍缺乏本发明的技术特征，即：具有永久最低浓度的消毒剂和特殊且有效的耗散模式的耗散区域2，以及将CT消毒方法的应用与絮凝剂的施加相结合的沉积区域1，它们允许将污染物和/或微生物适当地灭活和消除以维持卫生且安全的区域来用于娱乐用水目的。
因此，根据本发明的水体的结合型消毒方法、有效扩散模式和沉积能力为水上娱乐目的创造了前所未有的更安全的环境，这些环境先前未被描述或应用过，并且解决了常规游泳池技术的低效问题以及局部处理的大型水体的那些低效问题，因此允许创建最小化由微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)引起的感染风险的娱乐水体，从而以创新的方式和低成本解决了当前方法和系统的低效问题。
如前所述，耗散区域2被配置成由于将水流注入此区域中的一个或多个入口喷嘴26连同由风和/或水体的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响的组合效果而产生耗散区域2内的体积的有效扩散模式，从而在耗散区域2内产生水流动和有效扩散模式，这迫使此类水水体离开耗散区域2并进入沉积区域1。由一个或多个入口喷嘴26以及由风和/或水体中的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响产生的循环有助于在此耗散区域2中产生耗散率，因为进入此区域的水流会推动水体积离开耗散区域2并到达沉积区域1。因此，存在以下耗散模式：允许基于一个或多个入口喷嘴26的配置和容量、由风和/或水体中的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响以及存在与沉积区域的开放液压连接来将耗散区域2内所包含的水体积换新。
在本发明的某些实施例中，水体可能遭受较强的风，这可能会影响耗散区域内的耗散模式。在这种情况下，可以根据需要调整由一个或多个入口喷嘴在耗散区域内形成的循环，以维持合适的耗散模式。例如，在风积极地影响耗散区域内的耗散模式的情况下，如果由风产生的耗散模式足以产生从耗散区域到沉积区域的必要水体积耗散，则可以最小化或完全抑制来自一个或多个入口喷嘴的水流。另一方面，在风不利地影响耗散区域内的耗散模式的情况下，可以调整来自一个或多个入口喷嘴的水流，以产生从耗散区域到沉积区域的必要水体积耗散。
与常规游泳池相比，这是明显的优点，因为游泳池不具有单独的耗散区域2以便形成耗散模式，并且因此在本发明的方法中，通过将耗散区域2中的永久残留消毒剂浓度和有效耗散模式相结合，此区域允许承受入浴者的大量使用而不会损害该区域的卫生质量，这是因为以下事实：在污染的情况下与常规游泳池相比，微生物可以以更有效且安全的方式耗散。
通过具有有效的耗散模式，当发生污染事件时，例如，由带有传染性微生物的新入浴者或通过其他方式带来污染，所述污染可以从耗散区域2耗散到沉积区域1中以进行灭活和/或去除。在本发明的上下文中，污染事件是指对入浴者的健康构成威胁的有机或无机物质或者微生物被带入水体的任何事件。
本发明的有效耗散模式与常规的游泳池不同，其中由新感染的入浴者或感染事件带入的任何污染都可能在同一封闭的水体积中留存数小时或甚至更长时间，然后才能被去除或适当地灭活，从而对其他入浴者造成潜在风险。如前所述，某些微生物高度耐受游泳池的常规过滤和消毒方法，并且因此在被去除之前可以在池水体积内存活数小时或甚至数天。
重要的是要提到，尽管本发明的方法和系统不需要以常规的游泳池速率(即，每天一次到六次)过滤整个水体积，但是使用常规的过滤系统可以用作对水体的额外处理。这种使用可能是由于当地法规要求或所有者/开发商的决定。对水体使用常规的过滤系统与本发明的方法和系统兼容，然而，沉积区域中的水流动应当允许颗粒的适当沉积。然而，这样将常规的过滤系统用作对水体的额外处理可以涉及较高的构造和运营成本，并且因此可以在体积优选地高达50.000m3的水体中实现。
另外，尽管不需要在沉积区域中维持永久游离氯水平，但是这种水平可能是当地法规或所有者的决定所要求的，这并非与本发明的方法和系统不兼容。
可以通过使用氯片、通过经由位于耗散区域2中的一个或多个入口喷嘴26施加稀释的氯、或者通过以有效量向此区域手动添加氯以维持至少0.5mg/L的游离氯水平来实现耗散区域2中的永久氯水平。
在本发明的实施例中，用紫外线(UV)处理通过一个或多个入口喷嘴26注入到耗散区域2的水。
在本发明的实施例中，水体包括多个单独的耗散区域2，它们优选地沿着水体3的外围12定位并且通向沉积区域1，其中耗散区域2用于游泳、洗浴以及其他直接接触娱乐目的，而沉积区域1具有美学目的并且主要旨在用于次要的非直接娱乐接触目的。
对于沉积区域1，不需要每天清洁底表面以去除沉降的颗粒和掉落的碎屑，因为此区域可能具有更自然的外观，比如天然湖泊和泻湖，其中底表面可能具有比耗散区域2中的底部更暗的色调。在本发明的优选实施例中，每7天的周期对沉积区域1的底表面至少清洁一次。然而，可以采用其他时间段。在本发明的实施例中，提供底表面清洁装置以清洁底表面。
耗散区域2需要定期清洁底表面，以便维持此区域的底表面没有可能会在水中产生美学、安全或卫生影响的颗粒。另外，必须周期性地清洁此区域，以便防止沉降的微生物出现任何重新悬浮。在本发明的优选实施例中，每72小时的周期对耗散区域2的底表面至少清洁一次。然而，可以采用其他时间段。
在本发明的实施例中，沉积区域1被限制为小于大型水体3中存在的总入浴者的10％的甚至更低的入浴者密度。在其他优选实施例中，沉积区域1不允许存在带有直接接触娱乐目的的入浴者，并且被配置用于仅允许进行带有次要接触目的的水上运动。
耗散区域2内所含的体积与沉积区域1内所含的体积之间的比率优选地为1:2、更优选地为1:10、甚至更优选地为1:30、并且最优选地为1:40，其中此关系被计算为耗散区域2中所包含的所有水体积的总和除以沉积区域1的水体积。
在本发明的实施例中，来自沉积区域1并且已经被处理的水可以从沉积区域1中提取并送至耗散区域2。这些水可以与补给水部分地或完全地混合。
除了最小化微生物生长的风险之外，本发明还消除了易于絮凝的颗粒和污染物。在本发明的实施例中，絮凝剂可以选自包括有机和无机絮凝剂的组。优选地，絮凝剂选自包括合成聚合物、季铵阳离子聚合物、多阳离子聚合物、铝盐、氧化钙、氢氧化钙及其混合物的无机絮凝剂。优选地，添加到沉积区域1的絮凝剂选自包括阳离子或阴离子聚合物絮凝剂及其混合物的组，并且优选地每7天至少一次以0.03g至3.0g/m3的沉积区域1的水体积的比率添加到沉积区域1。
现在转向图5，示出了展示可以与本发明的实施例结合使用的各种部件的功能框图。大型水体以标号3示出。应当理解，尽管图5中的水体的形状以四边形示出，但是该形状仅用于说明。其他实施例形状在图1至图3中示出。沉积区域1和耗散区域2被示出为大型水体3的指定部分。在沉积区域1和耗散区域2的汇合点或交叉点处示出定界手段4的边界，该定界手段不是物理屏障。外围12围绕大型水体3的边缘延伸。
输入到泵25的水是从耗散区域2提供的、来自沉积区域1的经处理的水、以及来自框27的任何所需或希望的补给水。除其他因素外，可以基于在大型水体3内建立适当的水流/流动以及蒸发来调整来自各个位置的水的量。泵25将水提供到一个或多个入口喷嘴26，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水体的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响一起建立从耗散区域2到沉积区域1的水流或流动(由多个箭头14指示)。用于配给化学品29的系统将化学品提供到泵25，并且可选地将化学品直接提供到耗散区域2。
包括一个或多个入口喷嘴的用于配给化学品19的系统向沉积区域1提供必要的化学品。例如，用于配给化学品19的系统为所需的CT周期和絮凝剂组合物提供必要的消毒剂。包括一个或多个入口喷嘴的用于配给化学品19的系统可以基于大型水体3的尺寸沿着外围12延伸另外的长度或位置以便进行处理。经处理的水也可以通过泵30从沉积区域1抽吸到泵25或抽吸到用于配给化学品19的系统。
现在参考图6，展示了耗散区域2的一部分的示意截面。外围12被示出为在岸边或边缘15与大型水体3内的水之间的界限。从外围12到底表面的向下斜坡优选地成角度α，这导致高达15％的倾斜度。这提供了从岸边15进入水16中的入口，该入口对于入水的入浴者来说是安全的并且通常是舒适的。
污染减少指数(CRI)是基于在本披露内容中开发的标准化协议计算的指数，以表示根据本发明的方法处理的水体的安全和卫生状况。
在本发明的上下文中，污染减少指数(CRI)是确定使水溶液的样本从限定的水区域中耗散所需的时间(以分钟为单位)的指数。具体地，污染减少指数(CRI)指示从将着色溶液的样本添加到耗散区域2内的特定点的时刻直到着色溶液被耗散并且在所述耗散区域2中无法视觉地检测为止的时间(以分钟计数)。
污染减少指数(CRI)准确地表示由入浴者或者通过其他手段带入耗散区域2中的水污染物从该耗散区域2耗散到沉积区域1中将需要的时间。因此，CRI是评估所述水区域在短时间范围内将污染物耗散到沉积区域1中的能力的合适且客观的标准，其中所述污染物随后可以被灭活、絮凝并从沉积区域1中去除，因此在污染事件的情况下维持安全且卫生的条件。
对从将特定着色溶液的样本添加到耗散区域2中的时刻直到在所述耗散区域2中无法视觉地检测到该着色溶液为止的时间进行计数的CRI取决于多种因素。在本发明的上下文中，耗散区域2的CRI主要受以下各项影响：存在与沉积区域1的开放连接、将水流注入耗散区域2中的一个或多个入口喷嘴的部署、以及由风和/或水体的水平和竖直水温差产生的水流的自然影响。
在本发明的优选实施例中，耗散区域2被配置用于允许污染减少指数(CRI)高达30分钟、更优选地高达25分钟、更优选地高达20分钟、并且甚至更优选地高达15分钟、并且甚至更优选地高达10分钟。
可以通过来自定性和/或定量数据和分析的多种方式来确定CRI。
在一个实施例中，可以通过视觉检查、基于经验的方法或估计推测来定性地获得关于完成着色溶液的样本的耗散所需的时间的信息。在另一实施例中，可以从一个或多个手动或自动监测装置获得关于完成着色溶液的样本的耗散所需的时间的信息。
根据本发明的确定污染减少指数(CRI)的标准化方案包括评估144m3的水区域(耗散区域2)从所述水区域中耗散出包含30g/L的胭脂红(自然红4)和77g/L的NaCl的7L着色水溶液直到在所述水区域中无法视觉地检测到该着色溶液为止所需的时间。在进行测试时并且为了确保视觉检测出耗散区域2中的着色溶液，水区域应当不含可能会减少对着色剂的检测的化学试剂，比如氯和其他消毒剂。一旦测试完成，就应当根据耗散区域2的规格恢复化学试剂。
因此，污染减少指数(CRI)提供了对根据本发明的耗散区域2的有效水耗散模式的客观推测，其与永久最小消毒剂浓度以及与被配置用于将危险微生物灭活、絮凝和消除的沉积区域1的开放连接以及其他因素相结合而允许为大型水体提供安全且卫生的条件以用于直接接触娱乐目的。
根据本发明的水体的结合型消毒方法、有效扩散模式和沉积能力为水上娱乐目的创造了前所未有的更安全的环境，这些环境先前未被描述或应用过，并且解决了常规游泳池技术的低效问题以及局部处理的大型水体的那些低效问题，因此允许创建最小化由微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)引起的感染风险的娱乐水体，从而以创新的方式和低成本解决了当前方法和系统的低效问题。
除上述之外，与常规游泳池系统和方法相比，本发明的方法还允许降低成本，其中例如考虑到化学使用和电力使用，2公顷的常规游泳池将需要高达190万美元的年运行成本，而本发明的方法将使年运行成本少于140,000美元(同样考虑到化学和能量成本)、年度维护成本减少高达90％。
另外，本发明的方法允许最小化来自当前技术不能处理的微生物的污染风险。如前所述，用于人造水体的当前游泳池技术或局部处理技术已无法有效地提供高卫生效果，并且也无法将引起娱乐水疾病或甚至可能导致致命后果的其他感染的微生物灭活和/或去除。另一方面，除了具有低资本和运营成本外，本发明的方法还允许以创新的方式将娱乐水体的微生物灭活和/或去除，从而以低成本产生用水卫生的新概念。
通过使用本发明的方法，实现了最佳沉降和卫生条件，其中沉积区域1被设计成用于有效地沉降此沉积区域1的水体积内所包含的微生物，并且其中耗散区域2允许以低成本为高密度的入浴者维持安全且卫生的条件。
参考图7，提供了在根据本发明的原理的实施例中以700表示的步骤的概述。另外，图7所示的步骤不要求按所示的顺序来执行步骤。
首先在步骤701处，在同一大型水体3中指定沉积区域1和耗散区域2。这两个区域未被物理屏障分开，并且耗散区域2内所包含的水体积与沉积区域1内所包含的水体积之间的比率为1:2至1:40。除了起到消毒和沉积作用外，沉积区域1还具有美学目的，并且主要用于进行带有次要接触目的的水上运动。因此，该沉积区域被设计成具有比耗散区域2更低的入浴者密度，其中作为日平均数，大型水体3内的入浴者总数的至多20％存在于沉积区域1中。耗散区域2用于直接接触目的，比如游泳和洗浴。它被设计成具有高入浴者密度，其中作为日平均数，大型水体3内的入浴者总数的至少80％存在于耗散区域2中，其中最大密度为1名入浴者/2m2。
接下来，在框702处，将基于CT指数的消毒方法应用于沉积区域1的水体积。CT指数要求通过添加消毒剂以在最小接触时间“T”期间在沉积区域1的整个水体积中实现消毒剂的特定浓度“C”来处理沉积区域1。执行消毒方法，使得将消毒剂施加到沉积区域1所中包含的水体积以实现每72小时至少42的CT指数。
在框703处，将有效量的絮凝剂组合物施加到沉积区域1中。絮凝剂有助于沉积区域1中存在的不同微生物和/或污染物的沉降。沉积区域1内的水流动和水循环优选地维持在，以允许适当的沉积。
在框704处，通过添加有效量的氯来在耗散区域2的水体积中维持永久氯残留，使得在耗散区域2内所包含的水体积中维持至少0.5mg/L游离氯水平的水平。
在框705处，借助于一个或多个入口喷嘴将水注入耗散区域中，该一个或多个入口喷嘴连同由风和/或水温差产生的自然水流允许产生耗散区域2内的水体积进入沉积区域1的水耗散模式。耗散区域2被配置用于允许高达30分钟的污染减少指数(CRI)。
示例I
为了证明本发明的技术效果，进行以下测试：
图3示出了根据本发明的具有沉积区域1和耗散区域2的水体3，其中耗散区域2包括喷嘴系统并且具有大约0.5mg/L的残留氯浓度。图2示出了被描绘为虚线的定界手段4的估计位置，该定界手段不是物理屏障，并且还描绘了具有常规游泳池技术、即不具有根据本发明的单独的耗散区域2和沉积区域1的相邻(但完全独立)的游泳池(7)。
图4A示出，在t＝0处，将包含30g/L的着色剂自然红4和77g/L的NaCl的7L红色着色溶液(5)直接添加到位于水体3的耗散区域2中的位点中，以便确定所述区域的CRI并且模拟例如被带入耗散区域2中的水排泄物污染或其他类型的污染的行为，该耗散区域是主要用于游泳、洗浴和直接接触娱乐目的的区域。图4A还示出了将等量的第二红色着色溶液(6)添加到相邻游泳池(7)内的位点中。
在t＝0处，启动耗散区域2的水喷嘴，而游泳池(7)的标准再循环系统则根据其标准操作参数来操作。
在t＝5分钟处(图4B)，可以看到红色着色溶液迅速耗散到沉积区域1中，而在游泳池(7)中，自t＝0以来，红色着色溶液的存在似乎并未降低。
在t＝10分钟和在t＝16分钟处(分别为图4C和图4D)，耗散区域2中的红色着色溶液(5)的存在明显地不太可见，而游泳池(7)仍然显示出大量的红色着色溶液(6)。
在t＝20分钟和t＝25分钟处(分别为图4E和图4F)，游泳池(7)中仍可见地存在红色着色溶液(6)，而在耗散区域2中无法可见地检测到红色着色溶液(6)的存在。图3G示出，在t＝60处，游泳池(7)中可见地存在红色着色溶液(6)。
在完成测试后，确定该示例的沉积区域2具有20分钟的CRI，而游泳池(7)具有100分钟的CRI，这两个指数表示直到无法视觉地检测到红色着色溶液的存在为止的时间(以分钟为单位)。
前述内容允许预测：在根据本发明的水体中发生污染事件(例如，水排泄物污染或其他类型的污染)的情况下，耗散区域2连同由风和/或水体中的温差产生的水流的自然影响能够安全且有效地将可能包括危险微生物的所述污染耗散到沉积区域1中，以便随后在短时间范围内灭活、絮凝和去除，从而最小化入浴者被危险微生物感染的风险。此外，由于耗散区域2被配置成具有至少0.5mg/L的残留游离氯浓度，所以所述耗散区域2可以承受入浴者的大量使用而不会损害此区域的卫生质量，这是因为以下事实：在污染的情况下，与常规游泳池相比，微生物可以以更有效且安全的方式进行耗散，从而同时在耗散区域2中维持安全且卫生的条件，该耗散区域是用于直接接触娱乐目的的区域。在相同的情境下，当在常规游泳池(7)中发生带有危险微生物的排泄物污染或其痕迹时，该污染将在水体积中保留较长时间，从而增加了入浴者被所述危险微生物感染的风险。
因此，已经证明，根据本发明的水体的结合型消毒方法、有效扩散模式和沉积能力为水上娱乐目的创造了与游泳池技术相比前所未有且更安全的环境，因此允许创建最小化由微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)引起的感染风险的娱乐水体，从而以创新的方式和低成本解决了当前方法和系统的低效问题。
示例II
在美国佛罗里达州建造的人工湖总面积约7英亩(2.8公顷)，由于附近存在含有机物质的砂桩而有机物质被吹入湖中，因此在填充水的过程中受到严重污染。在进行实验室测试时，在水中鉴定出危险微生物，尤其是隐孢子虫卵囊，即使在污染发生的几周后，它们仍然存在于水中。
将根据本发明的方法应用于该人工湖。
人工湖被指定为包括两个不同的区域：用于直接接触娱乐目的的一个区域被指定为耗散区域2，并且用于次要接触娱乐目的、即比如用于美学目的和用于进行水上运动的第二区域被指定为沉积区域1。耗散区域与沉积区域之间的体积比被设计为大约1:6，并且沉积区域1的深度在其最深点处为2米，这允许微生物的有效沉降。
将以下参数应用于该人工湖：
-将次氯酸钠添加到耗散区域2中，以便实现至少0.5mg/L游离氯的永久氯残留浓度。
-启动位于耗散区域的外围12的喷嘴，这些喷嘴的平均水流量为30m3/小时。
-施加基于CT的消毒处理，从而将氯添加到沉积区域1中，以便在沉积区域1中在72小时的间隔期间实现42的CT指数。
-将包含阳离子聚合物絮凝剂的组合物添加到沉积区域1中，使得在7天的时段内掺入1.5g/m3的水体积。
-将沉积区域1中的水流动维持在最小，从而最小化对沉积过程的干扰。
在应用本发明的方法后，进行实验室测试并且未鉴定到隐孢子虫卵囊，这一结果在两个后续测试中得到证实，如在下表2中概述。
表2
样本位置 外观 气味 pH 隐孢子虫卵囊
沉积区域1 清澈 无 8.28 未检测到
耗散区域2配给线 清澈 无 8.30 未检测到
此外，如在下表3中表明，所有水样本均符合更严格的物理化学和微生物水质标准，比如对水需求的智利标准NCh 409/1 2005(饮用水)。
表3
Figure BDA0003440462060000251
*<2＝不可检测
该示例证实：根据本发明的方法提供了一种用于为大型水体提供两个不同的处理区域以用于直接接触娱乐目的的低成本且卫生有效的方法，这允许最小化微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)生长的风险，从而以创新的方式且以低成本解决当前方法和系统的低效问题。
根据本发明的水体的结合型消毒方法、有效扩散模式和沉积能力为水上娱乐目的创造了前所未有的更安全的环境，这些环境先前未被描述或应用过，并且解决了常规游泳池技术的低效问题以及局部处理的大型水体的那些低效问题，因此允许创建最小化由微生物(比如细菌、原生动物、变形虫、微藻和寄生虫等)引起的感染风险的娱乐水体，从而以创新的方式和低成本解决了当前方法和系统的低效问题。
尽管已经描述了本发明的某些实施例，但是可以存在其他实施例。此外，在不脱离本发明的情况下，可以以任何方式修改任何披露的方法步骤或阶段，包括通过将步骤重新排序和/或插入或删除步骤。尽管说明书包括详细描述和相关附图，但是本发明的范围由所附权利要求指示。此外，虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本说明书，但是权利要求不限于上述特征或动作。相反，上述特定特征和动作被披露为本发明的说明性方面和实施例。在阅读本文的描述之后，在不脱离本发明的精神或所要求保护的主题的范围的情况下，各种其他方面、实施例、修改及其等同物对于本领域的普通技术人员来说是能联想到的。

Claims (64)

1.一种用于提供适合于直接接触娱乐目的的大型水体的低成本且卫生有效的方法，该大型水体具有至少3,000m2的表面，该方法包括：
-在该大型水体中指定沉积区域1和耗散区域2，这两个区域具有不同的配置和处理方法，其中：
-该沉积区域1和该耗散区域2位于同一水体3内并且未被物理屏障分开，其中该耗散区域2内所包含的水体积与该沉积区域1内所包含的水体积之间的比率为1:2至1:40；
-该沉积区域1具有美学目的并且主要用于次要的非直接娱乐接触目的，其中该沉积区域被设计成具有低于该耗散区域2的入浴者密度，其中作为日平均数，该大型水体3内的入浴者总数的至多20％存在于该沉积区域1中；
-该耗散区域2用于直接接触目的，比如游泳和洗浴，并且被设计成具有高入浴者密度，其中作为日平均数，该大型水体3内的入浴者总数的至少80％存在于该耗散区域2中，其中最大密度为1名入浴者/2m2；
-将基于CT指数的消毒方法应用于该沉积区域1的水体积中，其中该CT指数要求通过添加消毒剂以在最小接触时间“T”期间在该沉积区域1的水体积中实现该消毒剂的特定浓度“C”来处理该沉积区域1，并且其中执行该消毒方法，使得将这些消毒剂施加到该沉积区域1中所包含的水体积以实现每72小时至少42的CT指数；
-将有效量的絮凝剂组合物施加到该沉积区域1中，以帮助存在于该沉积区域1中的不同微生物和/或污染物沉降，并且其中维持该沉积区域1内的水流动和水循环以允许适当的沉积；
-通过添加有效量的氯来在该耗散区域2的水体积中维持永久氯残留，使得在该耗散区域2内所包含的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平；
-借助于一个或多个入口喷嘴26将水注入该耗散区域，该一个或多个入口喷嘴连同与由风和/或水温差产生的自然水流具有产生该耗散区域2内水体积进入该沉积区域1的水耗散模式的能力，并且
其中该耗散区域2被布置并配置用于允许高达30分钟的污染减少指数(CRI)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积区域1和该耗散区域2通过定界手段(4)被定界。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，该定界手段(4)选自包括以下各项的组：视觉定界、浮线、定界线、空中标志、浮标、坡度变化、不同深度及其组合。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，该定界手段(4)是借助于宣传册、通过标牌或规则的指定、手册、用户指南以及通过书面和/或口头指示等建立的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积区域1的深度在其最深点处为至少1.8米，其中建立了用于沉降这些微生物和污染物的有效深度并且将来自入浴者的干扰最小化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积区域1具有至少1,500m2、优选地至少6,000m2、甚至更优选地至少10,000m2的表面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该絮凝剂组合物包含选自包括以下各项的组的一种或多种絮凝剂：合成聚合物、季铵阳离子聚合物、多阳离子聚合物、铝盐、氧化钙、氢氧化钙及其混合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，这些絮凝剂选自包括阳离子或阴离子聚合物絮凝剂及其混合物的组。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，每7天至少一次以0.03g至3.0g/m3的沉积区域1的水体积的比率将该絮凝剂组合物添加到该沉积区域1。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，执行对该沉积区域1的底表面的定期清洁，由此该沉积区域1将具有更自然的外观，比如天然湖泊和泻湖，并且不需要每日清洁。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，每7天的周期对该沉积区域1的底表面至少清洁一次。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，该沉积区域1被设计成阻止入浴者进入该沉积区域1，从而最小化直接接触娱乐目的，并且鼓励进行带有次要接触目的的水上运动。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成使得在其最深点处具有高达1.4米的深度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成使得在其最深点处具有高达1.6米的深度。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成使得在其最深点处具有高达1.8米的深度。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2包括从该外围12到该底表面成角度α的向下斜坡，这产生高达15％的倾斜度，以实现安全地进入该大型水体3。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被指定成使得作为日平均数，该大型水体3内的入浴者总数的至少90％存在于该耗散区域2中。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成具有1名入浴者/2m2的最大入浴者密度。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成具有1名入浴者/6m2的最大入浴者密度。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被设计成具有1名入浴者/8m2的最大入浴者密度。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，用紫外线(UV)处理通过该一个或多个入口喷嘴26提供到该耗散区域2的水。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，该一个或多个入口喷嘴26的位置、设计和配置能够变化以在该耗散区域2内实现不同类型的水换新模式。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达25分钟的污染减少指数(CRI)。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达20分钟的污染减少指数(CRI)。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达15分钟的污染减少指数(CRI)。
26.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对耗散区域2的底表面施加定期清洁，以便维持此耗散区域2的底表面没有能够在该水中产生美学、安全或卫生影响的颗粒。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，每72小时的周期对该耗散区域2的底表面至少清洁一次。
28.根据权利要求1所述的方法，其中，通过添加氯片、通过经由位于该耗散区域2中的一个或多个入口喷嘴26施加稀释的氯、或者通过手动将氯添加到此区域来在该耗散区域2中维持永久氯残留。
29.根据权利要求1所述的方法，其中，该大型水体3包括优选地位于该水体3的外围12中的多个单独的耗散区域2。
30.根据权利要求1所述的方法，其中，该大型水体3具有高达50.000m3的体积，并且包括能够对该水体的整个水体积进行过滤的集中式过滤系统。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，通过添加选自包括氯、溴、臭氧、其衍生物及它们的混合物的组的消毒剂来维持该耗散区域中的永久消毒剂残留。
32.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在该沉积区域中添加有效量的氯消毒剂以维持该沉积区域中的优选地至少0.5mg/L的永久游离氯水平。
33.一种用于建立适合于直接接触娱乐目的的大型水体3的系统，该大型水体3具有至少3,000m2的表面并且具有外围12和底部，该系统包括：
a)沉积区域1，该沉积区域位于大型水体3的一部分内并且沿着该外围的一部分；
b)用于沿着该外围在该沉积区域1内配给化学品19的系统，该系统被布置并配置用于：
i)在该沉积区域1内的水体积中施加消毒剂，以实现每72小时至少42的CT指数，其中C被定义为浓度并且T被定义为最短接触时间；以及
ii)将絮凝剂组合物施加到该沉积区域1中，该絮凝剂组合物有助于存在于该水体中并且通过CT周期灭活的不同微生物、寄生虫和原生动物的沉降过程；
c)耗散区域2，该耗散区域位于该大型水体的一部分内并且沿着该外围的一部分；
d)在该耗散区域2内的一个或多个入口喷嘴26，该一个或多个入口喷嘴被布置并配置用于将水注入该耗散区域2，以产生该耗散区域内的水体积的扩散模式，
e)用于将化学品29配给到该耗散区域2中的系统，该系统被配置用于维持该耗散区域的水内的水体积中的永久氯残留，其中，在位于该耗散区域内的水体积中维持至少0.5mg/L的游离氯水平。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，该沉积区域1和该耗散区域2通过定界手段4被定界。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，该定界手段4选自包括以下各项的组：视觉定界、浮线、定界线、空中标志、浮标、坡度变化、不同深度、通过标牌或规则的指定及其组合。
36.根据权利要求33所述的系统，其中，该沉积区域1的深度在其最深点处为至少1.8米，由此建立了用于沉降这些微生物和污染物的有效深度。
37.根据权利要求33所述的系统，其中，该沉积区域1具有至少1,500m2、优选地至少6,000m2、甚至更优选地至少10,000m2的表面。
38.根据权利要求33所述的系统，其中，该絮凝剂组合物包含选自包括以下各项的组的一种或多种絮凝剂：合成聚合物、季铵阳离子聚合物、多阳离子聚合物、铝盐、氧化钙、氢氧化钙及其混合物。
39.根据38所述的系统，其中该絮凝剂选自包括阳离子或阴离子聚合物絮凝剂及其混合物的组。
40.根据权利要求33所述的系统，其中，每7天至少一次以0.03g至3.0g/m3的沉积区域1的水体积的比率将该絮凝剂组合物添加到该沉积区域1。
41.根据权利要求33所述的系统，进一步包括底表面清洁装置，该底表面清洁装置用于定期清洁该沉积区域1，由此该沉积区域1将具有更自然的外观，比如天然湖泊，并且不需要每日清洁。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，每7天的周期对该沉积区域1的底表面至少清洁一次。
43.根据权利要求33所述的系统，其中，用于将化学品19配给到该沉积区域1中的系统包括一个或多个入口喷嘴18。
44.根据权利要求33所述的系统，其中，该沉积区域1被布置并配置用于阻止入浴者进入该沉积区域1，从而最小化直接接触娱乐目的，并且鼓励进行带有次要接触目的的水上运动。
45.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被设计成使得在其最深点处具有高达1.4米的深度、优选地在其最深点处具有高达1.6米的深度、甚至更优选地在其最深点处具有高达1.8米的深度。
46.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2包括从该外围12到该底表面成角度α的向下斜坡，这产生高达15％的倾斜度，以实现安全地进入该大型水体3。
47.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被指定成使得作为日平均数，该大型水体3内的入浴者总数的至少90％存在于该耗散区域2中。
48.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置成具有1名入浴者/2m2的最大入浴者密度。
49.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置成具有1名入浴者/6m2的最大入浴者密度。
50.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置成具有1名入浴者/8m2的最大入浴者密度。
51.根据权利要求33所述的系统，进一步包括紫外线(UV)处理装置28，其中，用紫外线(UV)处理通过该一个或多个入口喷嘴26提供到该耗散区域2的水。
52.根据权利要求33所述的系统，其中，该一个或多个入口喷嘴能够在数量、方向和水流方面不同，以在该耗散区域2内实现不同类型的水换新模式。
53.根据权利要求33所述的系统，其中，所述用于将化学品29配给到该沉积区域2中的系统被配置用于通过该一个或多个入口喷嘴26将这些化学品配给在该耗散区域2内。
54.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达25分钟的污染减少指数(CRI)。
55.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达20分钟的污染减少指数(CRI)。
56.根据权利要求33所述的系统，其中，该耗散区域2被布置并配置用于允许高达15分钟的污染减少指数(CRI)。
57.根据权利要求33所述的系统，进一步包括底表面清洁装置，该底表面清洁装置被布置并配置用于清洁耗散区域2的底表面，从而维持该耗散区域2的底表面没有能够在该水中产生美学、安全或卫生影响的颗粒。
58.根据权利要求57所述的系统，其中，每72小时的周期对该耗散区域2的底表面至少清洁一次。
59.根据权利要求33所述的系统，其中，通过添加氯片、通过经由位于该耗散区域2中的一个或多个入口喷嘴施加稀释的氯、或者通过手动将氯添加到此区域来在该耗散区域2中维持永久氯残留。
60.根据权利要求33所述的系统，其中，该一个或多个入口喷嘴26位于该耗散区域的整个表面上并且优选地沿着其外围、沿着该定界手段4在中心。
61.根据权利要求33所述的系统，其中，该大型水体3包括优选地位于该水体3的外围12中的多个单独的耗散区域2。
62.根据权利要求33所述的系统，其中，该大型水体3具有高达50.000m3的体积，并且包括能够对该水体的整个水体积进行过滤的集中式过滤系统。
63.根据权利要求33所述的系统，其中，所述用于配给化学品19的系统被配置用于将氯消毒剂施加到该沉积区域1中，以便维持该沉积区域中的优选地至少0.5mg/L的永久游离氯水平。
64.根据权利要求33所述的系统，其中，所述用于将化学品29配给到该耗散区域中的系统被配置用于添加选自包括氯、溴、臭氧、其衍生物及它们的混合物的组的消毒剂。
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