以低成本處理受細(xì)菌和微藻類影響的水體的持續(xù)性方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】以低成本處理受細(xì)菌和微藻類影響的水體的持續(xù)性方法和 系統(tǒng)
[0001] 本申請是2011年10月21日提交的題目為"以低成本處理受細(xì)菌和微藻類影響的 水體的持續(xù)性方法和系統(tǒng)"的中國專利申請201110328741. 9的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及以低成本處理和保持水體以用于低密度娛樂用途的持續(xù)性方法和系 統(tǒng)。典型地，使用密度為每立方米水體積最多0.05個入浴者。與其中對所有的水體積每天 過濾高達(dá)6次的常規(guī)游泳池過濾系統(tǒng)不同，本文中公開的方法和系統(tǒng)僅過濾總水體積的一 小部分，比常規(guī)游泳池過濾系統(tǒng)所過濾的流量每天小高達(dá)200倍。本文中公開的方法和系 統(tǒng)使用更少的化學(xué)品，比常規(guī)游泳池水處理系統(tǒng)所用量少高達(dá)100倍。本發(fā)明的方法和系 統(tǒng)能夠用于對受細(xì)菌和微藻類影響的娛樂水體進(jìn)行處理并提供用于產(chǎn)生符合娛樂用水的 細(xì)菌學(xué)和物理化學(xué)要求以用于完全身體接觸的洗浴的水，所述細(xì)菌學(xué)和物理化學(xué)要求由政 府監(jiān)管機(jī)構(gòu)如美國國家環(huán)境保護(hù)局（EPA)提出。
【背景技術(shù)】
[0003] 變化多的娛樂水體易于受到細(xì)菌和微藻類的增殖的污染。在水的品質(zhì)十分重要 的情況中，例如在游泳池的情況中，通過添加大量化學(xué)試劑來實(shí)現(xiàn)適用于游泳的高品質(zhì) 水。在游泳池中，例如，向池中的水中添加化學(xué)試劑以將水中氯試劑的永久濃度保持為至少 I. 5ppm。由于關(guān)于水的細(xì)菌學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)的嚴(yán)格的游泳池規(guī)章而需要這種濃度，并通 過在連續(xù)基礎(chǔ)上將永久氧化還原電位（ORP)保持在至少650mV的水來實(shí)現(xiàn)。
[0004]世界范圍內(nèi)的許多國家具有關(guān)于娛樂用水的規(guī)章，關(guān)于這種水體的娛樂用途通常 具有兩種規(guī)章。第一種規(guī)章涉及游泳池，其要求必須保持高的永久氯緩沖劑以避免在新入 浴者進(jìn)入游泳池時對水造成污染。氯緩沖劑中和了由入浴者帶入游泳池水的污染物并殺死 由入浴者帶入游泳池水的微生物，由此保持了適用于娛樂用途的高水質(zhì)。
[0005] 第二種規(guī)章適用于湖泊和海洋，并將其稱作用于全身體接觸洗浴用娛樂用水的標(biāo) 準(zhǔn)。該規(guī)章是以水的稀釋能力為基礎(chǔ)的。當(dāng)新入浴者進(jìn)入水體中時，以污染物在水體中不 會保持在會造成顯著影響的濃度的方式對污染物進(jìn)行稀釋。因此，在大型水體如湖泊或海 洋中，由于巨大的水體積的高稀釋能力而不需要消毒劑緩沖劑。
[0006] 全球的趨勢是，開發(fā)能夠與環(huán)境共存的、在生活的所有方面中都更加可持續(xù)且具 有環(huán)境意識的系統(tǒng)，以為后人留下最少的足跡。盡管如此，當(dāng)對娛樂水體進(jìn)行處理時，在對 環(huán)境負(fù)責(zé)的方法和系統(tǒng)方面未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。關(guān)于游泳池中細(xì)菌和微藻類的增殖的普通 處理需要大量的化學(xué)品和能量，這不符合現(xiàn)今的可持續(xù)要求。
[0007]為了符合第一規(guī)章，必須在連續(xù)基礎(chǔ)上對游泳池中的氯緩沖劑進(jìn)行保持，以中和 由新入浴者帶入池中的污染物。在游泳池的傳統(tǒng)處理中保持永久氯緩沖劑涉及在連續(xù)基礎(chǔ) 上將ORP水平保持為至少650mV。一旦已經(jīng)滿足了氯消毒的要求，則剩余在水中的游離的 氯的濃度，即剩余的氯，充當(dāng)緩沖劑以當(dāng)新的有機(jī)物質(zhì)或微生物進(jìn)入水體中時，例如當(dāng)新入 浴者進(jìn)入水中時提供消毒。用于將ORP水平永久保持為至少650mV所使用的化學(xué)品的量非 常大，明顯提高了池的運(yùn)行成本，涉及以環(huán)境不友好并能夠產(chǎn)生不期望的消毒副產(chǎn)物（DBP) 如氯胺的量使用化學(xué)品。
[0008] 另外，典型構(gòu)造的游泳池要求對其全部體積的水進(jìn)行過濾，通常為每天1~6次。 這通過使用傳統(tǒng)構(gòu)造的集中過濾單元來實(shí)現(xiàn)。由此，傳統(tǒng)游泳池的過濾系統(tǒng)消耗大量能量， 還在安裝、運(yùn)行和維護(hù)成本方面造成高要求。
[0009] 總之，傳統(tǒng)的游泳池依賴于大量的化學(xué)品以保持氯緩沖劑，以便中和進(jìn)入水體中 的污染物，且所述傳統(tǒng)的游泳池還依賴于集中過濾系統(tǒng)以對全部體積的水進(jìn)行過濾，通常 為每天1~6次。由此，傳統(tǒng)的游泳池技術(shù)因必須連續(xù)保持高的消毒劑濃度并需要集中過 濾系統(tǒng)而具有高的運(yùn)行和維護(hù)成本。迫切需要一種可持續(xù)的、低能量的方法和系統(tǒng)，以使用 少量化學(xué)品對娛樂用途的大的水體積進(jìn)行處理和保持。
[0010] 游泳池
[0011] 通過需氧微生物對水中的營養(yǎng)物進(jìn)行消耗，導(dǎo)致需要大量的氧。因此，降低了水中 的溶解氧的水平，并由此使得厭氧微生物發(fā)展。厭氧微生物的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致有機(jī)化合物 累積。這種事件鏈導(dǎo)致營養(yǎng)物在水中累積，所述營養(yǎng)物能夠充當(dāng)特殊微生物的培養(yǎng)液。在 這些條件中發(fā)展的微生物中，與娛樂水體最相關(guān)的是細(xì)菌和微藻類。
[0012] 在娛樂水體中的混濁主要是由在水中存在的微藻類造成的。這些微生物在具有確 定濃度的營養(yǎng)物的水中生長。根據(jù)光源的可獲得性和營養(yǎng)物的濃度，藻類以被稱作富化作 用的過程繁殖，其中藻類生活于整個體積的水，使得整個水體變成巨大的生物質(zhì)源并提高 了水的混濁度。不同的規(guī)章指出，高達(dá)50個散射濁度單位（NTU)的值對人的健康是安全的。 在英屬哥倫比亞，例如，通過環(huán)境部門的環(huán)保部確定的關(guān)于娛樂水體的水的濁度，將上限確 定為50個NTU (加拿大英屬哥倫比亞，1981年，環(huán)境管理法案的第二部分2 (e))，而南澳大 利亞政府認(rèn)為上限值為25個NTU。當(dāng)保持微藻類所需要的溶解的營養(yǎng)物消耗時，微藻類死 亡并沉降到水體底部。在水體底部的這種沉降層中可獲得的有機(jī)物質(zhì)能夠再次充當(dāng)厭氧微 生物在水中發(fā)展的基礎(chǔ)，這通常會對人體造成健康威脅。在人造水體中，水質(zhì)隨著微藻類 和細(xì)菌的生長而劣化。在用于具有高密度入浴者的游泳池的水處理的典型方法或工藝中， 使用大量消毒劑如氯、并對所有體積的水進(jìn)行過濾，以控制細(xì)菌和微藻類的增殖。例如，如 果使用氯，則其會與有機(jī)物質(zhì)以及與還原劑如硫化氫、亞鐵離子、錳離子和亞硝酸根離子反 應(yīng)。將在這些反應(yīng)中消耗的氯定義為氯的需求。為了滿足氯的需求，必須將水中的永久ORP 水平保持為至少650mV。
[0013] 氯與水中存在的有機(jī)化合物反應(yīng)能夠形成幾種毒性副產(chǎn)物或消毒副產(chǎn)物（DBP)。 例如，氯與氨的反應(yīng)能夠產(chǎn)生作為不期望的副產(chǎn)物的氯胺。氯或氯胺與有機(jī)物質(zhì)的進(jìn)一步 反應(yīng)能夠產(chǎn)生三鹵甲烷，其為潛在的致癌物質(zhì)。此外，根據(jù)消毒方法，已經(jīng)鑒別了新的DBP， 如用碘化三鹵甲烷、鹵代乙腈、鹵代硝基甲烷、鹵代乙醛和亞硝胺。此外，已經(jīng)認(rèn)為，入浴者 暴露在氯和有機(jī)物質(zhì)下有助于引發(fā)包括哮喘在內(nèi)的呼吸問題和幾種其他健康問題。
[0014] 使用化學(xué)試劑還會在環(huán)境方面造成與這些化學(xué)品和DBP的累積和處置相關(guān)的環(huán) 境問題。因此，減少這種化學(xué)品的使用并減少產(chǎn)生的DBP是有利的。
[0015] 除了與化學(xué)處理相關(guān)的高成本和健康與環(huán)境問題之外，常規(guī)的過濾系統(tǒng)具有高的 資本成本和能量消耗。標(biāo)準(zhǔn)大小的游泳池的傳統(tǒng)處理需要對所有體積的水進(jìn)行過濾，通常 使用傳統(tǒng)構(gòu)造的集中過濾單元每天過濾1~6次。這種系統(tǒng)會造成對能源的高要求、以及 提高與過濾系統(tǒng)相關(guān)的資本成本如管道、泵、過濾器和設(shè)施等。
[0016] 本領(lǐng)域的狀態(tài)
[0017] 美國專利5, 143, 623描述了一種營養(yǎng)物去除方法，其中利用具有漏斗形收集器的 結(jié)構(gòu)在水體下降的同時收集下降的顆粒，且所述結(jié)構(gòu)能夠具有1英畝（4, 046m2)的大小。所 述結(jié)構(gòu)必須保持在位并持續(xù)至少"數(shù)小時"的長時段以接收下降的顆粒，此外，所述結(jié)構(gòu)包 含與含有水體的結(jié)構(gòu)的表面等同的表面。在美國專利5, 143, 623中所公開的結(jié)構(gòu)具有侵入 性，因?yàn)槠洳辉试S水生行為的正常發(fā)展且不允許清潔所述結(jié)構(gòu)的底部，由此其不能提供期 望的顏色性能。而且，所述方法不包括使用消毒劑或過濾系統(tǒng)。
[0018] 另一文獻(xiàn)W02009114206描述了一種通過使用沉降池并添加不同的凝結(jié)劑以從富 營養(yǎng)化水中除去藻類的方法。這種方法需要構(gòu)造至少一個沉降池、優(yōu)選至少兩個沉降池，且 所使用的陽離子凝結(jié)劑的量高達(dá)150ppm。W02009114206需要構(gòu)造超過一個的池以使其方 法正常運(yùn)行，這需要更多的陸地并花費(fèi)更高的成本。W02009114206所公開的方法未公開所 述系統(tǒng)的協(xié)同操作并以環(huán)境不友好的方式應(yīng)用大量凝結(jié)劑。
[0019] FR2785898描述了一種用于游泳池水的凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含過濾、殺菌和pH 控制。供應(yīng)給傳統(tǒng)構(gòu)造的集中過濾系統(tǒng)和離子化工藝中的化學(xué)試劑和能量的量與用于標(biāo)準(zhǔn) 游泳池技術(shù)的量和過濾類似。FR2785898使用大量化學(xué)品以保持化學(xué)品在水中的連續(xù)濃度。 在FR2785898中的方法還包含對所有水體積的過濾，因此要求大量能量并需要昂貴的過濾 設(shè)備。
[0020] 美國專利7, 820, 055涉及獲得用于娛樂用途的大型水體，并描述了一種方法以低 成本用于安裝并保持大體積或大量水用于娛樂用途，如具有類似于池或熱帶海洋的優(yōu)異顏 色、高透明度和清晰度的湖泊或人造湖，尤其是超過15000m 3的水體。US 7, 820, 055定義了 結(jié)構(gòu)特征如用于消除油的撇沫器、水收集系統(tǒng)、建筑細(xì)節(jié)、襯里的類型和顏色、循環(huán)系統(tǒng)和 添加劑注射、供應(yīng)水的要求、PH測量、鹽的添加、凝聚劑的使用、新鮮水的變化速率、添加劑 和氧化工藝、以及由船艇驅(qū)動的抽吸車輛。US 7, 820, 055描述了一種用于水循環(huán)但不使用 過濾的開放系統(tǒng)或根據(jù)水溫應(yīng)用運(yùn)算法則的協(xié)同方法，以根據(jù)其真實(shí)需要來保持水質(zhì)。
[0021] W02010/074770A1描述了一種有效的過濾方法，以保持水體的娛樂性和裝飾性。 W02010/074770A1要求對水施加超聲波并應(yīng)用