出于工業(yè)意圖用于處理水的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┨幚硭牡统杀痉椒ê拖到y(tǒng)，其將用于工業(yè)過程。本發(fā)明的系統(tǒng)一般地包括至少一個容納裝置，至少一個協(xié)調(diào)裝置，至少一個化學(xué)施用裝置，至少一個移動式抽吸裝置，和至少一個過濾裝置。協(xié)調(diào)裝置能夠根據(jù)系統(tǒng)需要(例如水質(zhì)或純度)來控制必需的過程。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)純化水和消除懸浮固體而不需要過濾全部水體積，但是僅僅過濾比常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)過濾的水流更少直至200倍的小部分。
【專利說明】出于工業(yè)意圖用于處理水的方法和系統(tǒng)
[0001]本申請于2011 年 9 月 12 日作為 Crystal Lagoons Corporation LLC, U.S.國家公司(指定除美國外的全部國家的 申請人:)和Fernando Fischmann T.(智利公民)的PCT國際專利申請?zhí)峤?，并且要?011年3月30日提交的U.S.臨時號61/469，537和2011年8月I日提交的U.S.發(fā)明號13/136，474的優(yōu)先權(quán)，將各申請通過援引并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及處理水的低成本方法和系統(tǒng)，其將用于工業(yè)過程中。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)純化水和消除懸浮固體而不需要過濾全部水體積，而是僅僅過濾比常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)過濾的水流更少直至200倍的小部分。
【背景技術(shù)】
[0003]高透明度的高微生物學(xué)品質(zhì)水是稀缺資源，目前許多工業(yè)過程都需要它。為了獲得所述水而進行的處理帶來大量投資和操作成本，而所述過程復(fù)雜且存在許多迄今并未得以有效解決的問題。另外，所述過程消耗大量能量和化學(xué)品，從而嚴(yán)重損害環(huán)境。特別是，除去水中包含的雜質(zhì)尤其比如懸浮固體，金屬，藻類和細菌，需要安裝昂貴和復(fù)雜的過濾系統(tǒng)，其過濾全部水體積從而帶來高能耗、高化學(xué)和物質(zhì)要求，以及阻礙該過程的其它資源。
[0004]一些重要過程需要高微生物學(xué)品質(zhì)水，尤其比如預(yù)處理水用于反滲透脫鹽過程，處理水產(chǎn)業(yè)使用的水，處理且保持水用于飲用水工業(yè)，處理工業(yè)液體殘留，或礦業(yè)。本發(fā)明的很低成本的高微生物學(xué)品質(zhì)且透明的水還能夠用于需要高物理化學(xué)和微生物學(xué)品質(zhì)水的其它工業(yè)過程。
[0005]脫鹽
[0006]存在幾種原因以對目前的脫鹽過程進行改善:該工業(yè)正在指數(shù)生長且在未來非常重要。全世界的全體水中有97%是海水。對于其余3%的淡水，2.1%冰凍于兩極，僅0.9%可供人類使用，它們存在于河流、湖泊中或是地下水。人類消耗淡水的受限的可獲得性是隨著全球人口增長和文化改變越來越明顯的問題。約40%的世界人口已經(jīng)受到由缺少淡水來源所引起的問題的影響。
[0007]從而，正如聯(lián)合國環(huán)境計劃(UNEP)已經(jīng)警告的那樣，在將來50年內(nèi)幾乎30億人會受嚴(yán)重缺水影響。另外，在1999年，UNEP確定水缺與全球變暖是新世界的最大問題。淡水資源的消耗速度大于自然界能夠重新補充的速度，并且地下水和表面水的污染和過度利用導(dǎo)致可獲得的天然資源的量和/或品質(zhì)的下降。增加的人口、缺少新的淡水來源，以及增加的人均用水量共同導(dǎo)致鄰近水資源的國家間局部形式的惡化。全部上述原因，都需要找到解決水可獲得性問題的方案，不僅滿足人類的未來要求，還避免水短缺能夠?qū)е碌拿軟_突。
[0008]方便地，海水是地球上最豐富的資源，實質(zhì)上無窮盡的鹽水來源總是可以加以利用。因此，為了解決與淡水短缺有關(guān)的巨大問題，最佳方案是處理海水以提供大眾消耗的淡水。海洋中的海水的巨大可獲得性引起對通過各種過程為水除鹽并產(chǎn)生淡水的技術(shù)的研究和開發(fā)。實現(xiàn)該目的的世界上目前可獲的最佳技術(shù)是脫鹽工藝。目前，全世界約130個國家都應(yīng)用某種類型的脫鹽工藝，并且據(jù)期望安裝容量在2015將翻倍。
[0009]應(yīng)用最多的兩種脫鹽過程是:
[0010]使用水蒸發(fā)，作為蒸餾過程，僅蒸發(fā)水分子，余下全部鹽和溶解礦物。該過程稱為熱法脫鹽。
[0011]使用特定膜，其允許進行反滲透過程，通過在半透膜上施加壓力而將水與鹽分開。該過程稱為反滲透。
[0012]為了決定使用那一種過程，能耗是需考慮的重要因素。據(jù)估計用熱法脫鹽產(chǎn)生Im3水的能量消耗是10至15kWh/m3，而用反滲透技術(shù)的過程使用約5kWh/m3。這因為熱法脫鹽需要蒸發(fā)，因此相變過程需要更多能量，使得熱法脫鹽在能耗方面效率更低。目前的限制需要使用技術(shù)來改善過程的總效率，所述技術(shù)符合社會所需的環(huán)境要求，并且最小化碳足跡和環(huán)境影響。
[0013]在提及的技術(shù)的發(fā)展方面，由于2005年反滲透脫鹽工廠的全球安裝容量已超過熱工廠的安裝容量。在2015年，預(yù)計全世界脫鹽容量分布是62%反滲透工廠和38%熱法脫鹽工廠。實際上，在使用反滲透技術(shù)的脫鹽工廠中產(chǎn)生淡水的全球容量在僅僅6年中已增加超過300%。
[0014]反滲透是這樣的過程:通過僅僅允許水分子通過的半透膜，將壓力施加至具有高濃度鹽的水流。因此，離開膜的另一側(cè)的滲透物相應(yīng)于具有低鹽含量的高微生物學(xué)品質(zhì)水。在使用反滲透技術(shù)的脫鹽工廠的操作中，存在2個主要階段:
[0015]1.水預(yù)處理
[0016]2.脫鹽階段
[0017]第二階段，相應(yīng)于反滲透過程本身，已被廣泛研究且已實現(xiàn)直至98%的效率(General Electric HERO 系統(tǒng))。
[0018]用反滲透產(chǎn)生淡水的過程的第一階段相應(yīng)于在達到半透膜之前調(diào)理鹽水，也稱為水預(yù)處理。該預(yù)處理步驟經(jīng)歷涉及反滲透膜有效操作需要的水質(zhì)的主要問題。實際上，據(jù)估計51%的反滲透膜的失敗是由于低劣預(yù)處理,或者由于低劣設(shè)計或低劣操作,而30%的失敗是因為不適當(dāng)給予化學(xué)品。目前的方法除了由于高失敗率的低效率之外還具有很高成本，由此驅(qū)動尋找解決這些問題的新方法的研究。
[0019]膜中出現(xiàn)的問題取決于進料水的特性，其污染位于預(yù)處理之前的過濾器和膜以及反滲透膜。這些問題反映為膜的較短壽命和較高維護和清潔頻率，導(dǎo)致較高操作和維護成本。由于低劣水預(yù)處理引起的普遍問題分為2類:膜損害和膜阻塞。
[0020]反滲透膜的損害主要由進料水中的各種化合物導(dǎo)致的膜物質(zhì)氧化和水解引起。絕大多數(shù)反滲透膜不能抵御通常加入脫鹽過程以預(yù)防生物生長的現(xiàn)有濃度的殘余氯。膜具有高成本，因此應(yīng)對其采取保持連續(xù)操作和實現(xiàn)最佳可能效能的全部可能預(yù)防措施；從而，水在通過膜之前必須常常脫氯。最終，進料水的PH也應(yīng)調(diào)節(jié)以利膜的最佳操作。此外，必須除去溶解氧和其它氧化劑以預(yù)防膜損害。氣體也影響膜的合適操作，因此應(yīng)避免高濃度以利最佳操作。目前的調(diào)節(jié)氣體和氧化劑濃度的方法是很昂貴且效率低下。
[0021]另一方面，反滲透膜的阻塞出于各種原因主要導(dǎo)致很低的效率，例如需要對進料水施加較高壓力以讓其通過膜，主要停產(chǎn)時間由必須常常進行的維護和洗滌導(dǎo)致，以及過程中所用設(shè)備的高替換成本。膜的阻塞由三個主要問題引起:生物污染，結(jié)垢和膠體污染。
[0022]生物污染由細菌或藻類群落在膜表面生長引起。因為不能使用氯，存在發(fā)展生物質(zhì)膜的風(fēng)險，從而阻止供水通過并降低系統(tǒng)效率。
[0023]導(dǎo)致膜阻塞的又一主要問題是結(jié)垢，其最終導(dǎo)致膜阻斷。結(jié)垢是指適度可溶鹽在膜上的沉淀和沉積。實際上，在某些操作條件下，進料水中存在的某些組分的溶解度界限可被超過，導(dǎo)致沉淀。這些組分尤其包括碳酸鈣，碳酸鎂，硫酸鈣，二氧化硅，硫酸鋇，硫酸鍶和氟化鈣。在反滲透單元中，最終階段經(jīng)受最高濃度的溶解鹽，從而這是結(jié)垢現(xiàn)象首次開始出現(xiàn)之處。由于沉淀的結(jié)垢被膜表面的濃度梯度現(xiàn)象所放大。
[0024]顆?；蚰z體污染導(dǎo)致的阻斷發(fā)生在供給水含有大量懸浮顆粒和膠體物質(zhì)的情況下，需要頻繁洗滌以清潔膜。顆粒在水中的濃度能夠以不同方式測量和表示。最常用的參數(shù)是濁度，出于合適的操作其必須保持在低水平。顆粒在膜表面的蓄積能夠不利地影響進料水流和反滲透膜的排斥特性。膠體污染由膠體顆粒在膜表面的聚集且形成餅狀層引起。滲透通量的降低一方面是由于餅狀層的形成，另一方面是因為由阻塞的鹽離子擴散引起的膜表面中的高濃度鹽，導(dǎo)致增加的滲透壓，其降低凈力脈沖(net force impulse)。為預(yù)防膠體污染所監(jiān)測的參數(shù)是淤泥密度指數(shù)(SDI)，和膜制造商建議SDIs為多至4。膜阻塞還能夠由于天然有機物(NOM)的污染而發(fā)生。天然有機物堵塞膜是因為:與天然有機物在孔壁上吸附有關(guān)的孔變窄，在孔的開口處充當(dāng)塞子的膠體有機物，或形成包衣膜表面的連續(xù)
凝膠層。該層導(dǎo)致極低的效率，因此應(yīng)不惜代價地避免該層的堵塞。[0025]目前，在進入脫鹽過程之前的水預(yù)處理一般包括下述步驟:[0026]1.氯化以降低粗水中的有機和細菌負載[0027]2.細砂過濾以降低混濁[0028]3.酸化以降低PH并降低石灰質(zhì)過程[0029]4.用防垢劑抑制鈣和鋇結(jié)垢[0030]5.脫氯以除去殘`余氯[0031]6.膜制造商需要的顆粒過濾柱[0032]7.微濾(MF)，超濾(UF)和納米過濾(NF)[0033]在上述預(yù)處理步驟中，采用砂濾器或更多復(fù)雜過濾步驟比如微濾、超濾或納米過
濾的過濾步驟的花費導(dǎo)致高成本以及許多缺點。尤其是，如果預(yù)處理不適當(dāng)，過濾器變得堵塞有有機物，膠體，藻類，微生物，和/或幼體。此外，在工廠中處理中過濾總體積水以減少混濁和除去顆粒的要求，在能量、實施和安裝成本方面，以及在操作期間在過濾器維護和替換方面強加嚴(yán)重限制。此外，目前的預(yù)處理系統(tǒng)效率很低且具有由待施行裝置帶來的高成本，并且連續(xù)操作和維護任務(wù)成本很高且難以施行。
[0034]總體來說，日漸稀少的淡水資源帶來的全世界供給問題導(dǎo)致各種脫鹽技術(shù)的設(shè)計和實施。反滲透脫鹽是用于應(yīng)對日漸稀少的淡水資源的有希望技術(shù)，并且該技術(shù)預(yù)計會在未來顯著增多。然而，預(yù)處理進料水的成本有效和能量有效的裝置導(dǎo)致反滲透脫鹽工廠的顯著問題。需要有效技術(shù)，以低成本操作和能夠產(chǎn)生足夠用作脫鹽過程中的原料的品質(zhì)的水。
[0035]水產(chǎn)業(yè)
[0036]水產(chǎn)業(yè)集中于養(yǎng)殖水生種類、植物和動物，從其獲得尤其是食品、化學(xué)、和藥物工業(yè)的原料。水生種類生長在淡水或海水中，其中主要生長魚類、軟體動物、甲殼動物、大藻類和微藻。由于工業(yè)增長，新技術(shù)的開發(fā)，和國際社會強加的環(huán)境規(guī)章，需要最小化水產(chǎn)業(yè)的環(huán)境影響并同時保持對操作條件的適當(dāng)控制。為此，水生種類的培育從原位的天然水源比如海洋遷移至為其特別建造的設(shè)施。
[0037]除傳統(tǒng)培育這些種類作為食品、藥物工業(yè)和一般生產(chǎn)中的原料之外，水生種類也用于能量部門以從可再生的非常規(guī)來源產(chǎn)生能量，尤其是用于從微藻制備生物燃料比如生物柴油。
[0038]有關(guān)生物燃料，應(yīng)注意全球能量網(wǎng)基于化石燃料(石油、天然氣和煤炭)，其提供約80%的全球能耗。生物質(zhì)、水電和其它〃非常規(guī)的〃能量來源比如太陽能，是可再生的能量來源。在代表能量網(wǎng)僅2.1%的后一組中，包括風(fēng)能、太陽能量和生物燃料，其又主要包括生物氣、生物柴油和乙醇。
[0039]因為化石來源和核能是有限的，可能無法供給未來需求。相應(yīng)地，發(fā)展中國家的能量政策考慮引入備擇能量。額外地， 常規(guī)能量比如石油和煤炭的濫用尤其導(dǎo)致比如污染、增加溫室氣體和臭氧層耗盡的問題。因此，制備清潔、可再生且備擇的能量是經(jīng)濟和環(huán)境的需要。在某些國家，使用與石油燃料混合的生物燃料驅(qū)動大量和有效的生物柴油生產(chǎn)，其能夠得自植物油、動物脂肪和藻類。
[0040]從藻類制備生物柴油不需要廣泛使用農(nóng)業(yè)土地。從而，其不影響全世界的食品生產(chǎn)，原因是藻類能夠在減少的空間中生長并且具有很快的生長速度，其生物量24小時即翻倍。因而，藻類是連續(xù)且無窮盡的能量產(chǎn)生來源，并且吸收能夠從各種來源比如熱電站捕獲的二氧化碳用于生長。
[0041]微藻生長的主要系統(tǒng)相應(yīng)于:
[0042]湖泊:由于藻類需要陽光，二氧化碳，和水，它們能夠生長在湖泊和開放池塘中。
[0043]光生物反應(yīng)器:光生物反應(yīng)器是受控且封閉的包括光源的系統(tǒng)，由于封閉而需要加入二氧化碳、水和光照。
[0044]關(guān)于湖泊，藻類在開放池中的培育已有廣泛研究。該類池是天然水體(湖泊、瀉湖、池塘、海洋)和人工池塘或容器。最一般使用的系統(tǒng)是大池、槽、循環(huán)池和淺水道池。開發(fā)池的主要優(yōu)勢之一是它們比絕大多數(shù)封閉系統(tǒng)更容易構(gòu)建和操作。然而，天然開發(fā)池的主要限制是蒸發(fā)損失，需要大陸地表面，池塘中的捕食者和其它競爭者的污染，和攪動機制效率低下引起低生物量生產(chǎn)能力。
[0045]為此，創(chuàng)造連續(xù)操作的〃水道池塘"。在這些池塘中，藻類、水和營養(yǎng)素在一種跑道中循環(huán)，并且借助葉輪混合，將藻類重新懸浮在水中，從而它們總是運動且總是接受日光。由于藻類需要光照且日光穿透深度有限，池較淺。
[0046]光生物反應(yīng)器允許長時間培養(yǎng)單一種類的微藻，并且理想地產(chǎn)生大生物量的藻類。光生物反應(yīng)器一般地具有小于或等于0.1m的直徑，因為更大的尺寸會阻止光進入更深區(qū)域，作物密度很高，以便實現(xiàn)高收率。光生物反應(yīng)器需要在白晝小時期間冷卻，并且需要在夜間控制溫度。例如，夜間產(chǎn)生的生物量的損失能夠通過在這些小時期間降溫來減少。
[0047]生物柴油產(chǎn)生過程取決于生長的藻類類型，其是根據(jù)效能和對環(huán)境條件的調(diào)整特性來選擇的。微藻生物量產(chǎn)生在光生物反應(yīng)器中開始，其中CO2—般來自發(fā)電站的進料。隨后，在進入靜止生長期之前，將微藻從光生物反應(yīng)器運輸至更大體積的槽，其中它們繼續(xù)生長繁殖，直至達到最大生物量密度。然后，通過不同的分離過程收獲藻類，以獲得藻生物質(zhì)，最終對其處理以提取生物燃料產(chǎn)品。
[0048]對于培育微藻，需要的實質(zhì)上無菌的純水，原因是生產(chǎn)能力受其它不希望種類的藻類或微生物污染的影響。根據(jù)特定媒介還取決于系統(tǒng)需要，來調(diào)理水。
[0049]控制藻生長速度的關(guān)鍵因素是:
[0050]光:光合作用過程有需要
[0051]溫度:對各類藻類理想溫度范圍
[0052]媒介:水成分是重要因素例如鹽度
[0053]pH:通常藻類需要pH7至9以獲得最佳生長速率
[0054]品系:各藻類具有不同的生長速率
[0055]氣體:藻類需要CO2來進行光合作用
[0056]混合:以避免藻類沉淀并保證均勻地暴露至光照
[0057]光周期:光照和黑暗的循環(huán)
[0058]藻類很耐受鹽度，大多數(shù)種類生長更佳的鹽度稍低于藻類天然環(huán)境鹽度，其通過用淡水稀釋海水獲得。
[0059]飲用水工業(yè)
[0060]水工業(yè)提供向經(jīng)濟的居住，商業(yè)，和工業(yè)部門飲用水。為了提供飲用水，工業(yè)的一般開始操作是從高微生物學(xué)品質(zhì)且透明的天然來源收集水，然后將其儲存在儲庫中用于未來用途。水能夠在儲庫中長時間儲存，并不使用。儲存長時間段的水質(zhì)開始劣化，原因是微生物和藻類在水中增殖，使得水不適于人類使用。
[0061]由于水不再適于消耗，必須在飲用水處理工廠中對其進行處理，其中將其通過各純化階段。在純化工廠中，加入氯和其它化學(xué)品以便產(chǎn)生高品質(zhì)水。氯與水中的有機化合物的反應(yīng)能夠產(chǎn)生數(shù)種毒性副產(chǎn)物或消毒副產(chǎn)物(DBP)。例如，在氯與氨的反應(yīng)中，氯胺是不希望的副產(chǎn)物。氯或氯胺與有機物的其它反應(yīng)將產(chǎn)生三鹵甲烷，其已被指出是致癌化合物。另外，取決于消毒方法，已鑒定新的DBPs，比如碘化三鹵甲燒，溴代乙腈，鹵代硝基甲烷，鹵代乙醛，和亞硝胺。另外，游泳者對氯和有機物的暴露已被提及是因素帶來潛在呼吸問題包括哮喘的因素。
[0062]廢水工業(yè)
[0063]每天處理廢水以產(chǎn)生用于不同意圖的清潔水。存在處理廢水而產(chǎn)生小量的淤渣和廢物，以及使用較少的化學(xué)品和能量的需要。
[0064]礦業(yè)
[0065]采礦是世界上很重要的工業(yè)，其高度加強各國的經(jīng)濟。礦業(yè)的許多過程需要水，而資源則有限且日漸稀少。一些礦業(yè)開發(fā)了在多數(shù)過程中運用海水的技術(shù)，能夠僅僅用該資源進行操作。
[0066]礦山本身一般遠離海岸線，因此不得不將水移動許多公里才達到礦山。為了運輸大量水，已構(gòu)建泵站以及很長的管道，以便將水從海洋泵送至礦山。
[0067]泵站的結(jié)構(gòu)包括高功率泵，其將收集的海水輸送至下一個泵站，并不斷重復(fù)。泵站也包括保持海水的容納結(jié)構(gòu)，以防先前泵站發(fā)生任何問題。這些容納結(jié)構(gòu)最終能夠帶來影響泵送過程的各種問題，比如管道壁和內(nèi)表面的生物污染。生物污染導(dǎo)致材料的劣化以及減少管道的橫斷面積，強加較高的操作和維護成本。另外，容納結(jié)構(gòu)內(nèi)的水開始劣化的原因是微藻生長，其負面地干擾站內(nèi)過程，并且導(dǎo)致不同且重要的問題比如生物污染。
[0068]工業(yè)液體殘留處理
[0069]某些工業(yè)具有液體殘留，其可以不遵從當(dāng)?shù)卣畯娂拥墓喔?，浸潤或排放要求。另外，某些工業(yè)具有沉淀槽或其它容納裝置以允許水中發(fā)生天然過程，比如排放氣體或?qū)е聣臍馕痘蝾伾匦缘钠渌镔|(zhì)。
[0070]如上文所討論，目前的工業(yè)用途的處理水的方法和系統(tǒng)具有高操作成本，需要使用大量化學(xué)品，容易被污染，產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物比如導(dǎo)致壞氣味或顏色特性的氣體和其它物質(zhì)，并且需要過濾全部水體積。低成本且比常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)更有效的，用于工業(yè)用途的處理水的改善的方法和系統(tǒng)是希望的。
[0071]現(xiàn)有技術(shù)
[0072]專利JP2011005463A公開水純化工廠中用于注射促凝劑和絮凝劑的控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)基于使用濁度傳感器，其在加入促凝劑和絮凝劑之前測量水的量和品質(zhì)。系統(tǒng)使用分級器，其測量在沉淀之后的絮凝劑尺寸，并且根據(jù)這些測量值為經(jīng)處理的水分類。根據(jù)濁度測量，控制系統(tǒng)計算用于該目的的裝置施用的促凝劑和絮凝劑注射速率。根據(jù)函數(shù)來校正計量給予的化合物的計算，該函數(shù)按照在處理之前和在處理之后測量的濁度確定校正因子。在顆粒沉淀之后，存在過濾整個經(jīng)處理的水體積的過濾階段。
[0073]專利JP2011005463A的缺點是其未控制水中存在的有機物或微生物含量，原因是該系統(tǒng)并未包括消毒劑或氧化劑的使用。另外，JP2011005463A中的系統(tǒng)未降低水中的金屬含量，并且依賴對該參數(shù)的頻繁測量，因此在傳感器和其它測量裝置方面帶來高要求。另外，專利JP2011005463A需要過濾經(jīng)處理的全部水體積，其強加高能量要求和這種過濾需要的系統(tǒng)的高安裝和維護成本。`發(fā)明概要
[0074]提供該概要以詳細介紹一批簡單形式的概念。該概要并不期望的確立所要求保護的主題的需要或必需的特征。該概要也并不期望用來限制所要求保護的主題的范圍。
[0075]按照本發(fā)明原理構(gòu)建的方法和系統(tǒng)以很低的成本純化水和從水除去懸浮固體，金屬，藻類,細菌,和其它物質(zhì),并且不需要過濾全部水體積。僅僅過濾總體積水的小部分，比常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)過濾的水流更少直至200倍。經(jīng)處理的水能夠用于工業(yè)意圖比如用于處理將用作工業(yè)意圖中的原料的水，或處理工業(yè)液體殘留，用于浸潤、灌溉、排放或其它意圖。
[0076]關(guān)于反滲透脫鹽，本發(fā)明提供用于預(yù)處理和維護進料水的方法和系統(tǒng)，其比常規(guī)的預(yù)處理技術(shù)使用更少的化學(xué)品和消耗更少的能量。
[0077]關(guān)于水產(chǎn)業(yè)，本發(fā)明產(chǎn)生的水實現(xiàn)藻類接種需要的特性，使用的過濾裝置需要過濾僅僅總體積的水的一部分。本發(fā)明提供高微生物學(xué)品質(zhì)的水，其用于接種微藻和其它微生物。將經(jīng)處理的水用于例如水道池塘，代表成本的高度降低，原因是該工業(yè)的主要問題之一就是制備用于接種的水。另外，本發(fā)明允許在藻類已經(jīng)生長和已將其收獲之后處理水。因此，水能夠重新使用，構(gòu)成用于水產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)方法。
[0078]通過將本發(fā)明的方法和系統(tǒng)用于飲用水工業(yè)，儲庫中儲存的水能夠以很低的成本保持，而不增殖能夠劣化水質(zhì)的微生物和藻類。從而，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)處理的飲用水不需要在飲用水處理工廠中進行處理。因此，本發(fā)明最小化飲用水處理工廠所產(chǎn)生的毒性副產(chǎn)物和消毒副產(chǎn)物(DBPs)，降低基建投資，所用化學(xué)品的量，操作成本和飲用水處理工廠的環(huán)境影響和足跡(footprint)。本發(fā)明以低成本維持來自很純的天然來源的水的高微生物學(xué)品質(zhì)狀態(tài)，其方式環(huán)境友好而不劣化或產(chǎn)生毒性DBPs。
[0079]本發(fā)明能夠以很低的成本用于處理來自廢水處理設(shè)施的水，除去氣味和獲得低混濁水平的高透明度水。與常規(guī)廢水處理相比，廢物和淤渣的量顯著降低，由此提供環(huán)境友好的可持續(xù)方法。
[0080]關(guān)于礦業(yè)，本發(fā)明涉及用于處理水的方法和系統(tǒng)，其預(yù)防泵站中的生物污染，從而降低操作和保持成本。本發(fā)明還能夠用于處理來自各種工業(yè)的工業(yè)液體殘留，以便遵從地方政府強加的灌溉、浸潤或排放要求。
[0081]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供用于處理工業(yè)過程用水的低成本過程，與常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)不同，通過過濾水的總體積的小部分來純化水和消除水中的懸浮固體。在一種實施方式中，本發(fā)明方法包括:
[0082]a.收集水，其總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度多至60，OOOppm ；
[0083]b.將所述水儲存在至少一個容納裝置中，其中所述容納裝置具有能夠通過移動式抽吸裝置徹底清潔的底部；
[0084]c.在7天時間段內(nèi):
[0085]1.對于水溫多至35攝氏度，對于水溫的各攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段；
[0086]i1.對于水溫大于35攝氏度和直至69攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小的小時時間段，其中最小的小時時間段通過下述公式計算:
[0087][35小時]_[水溫攝氏度-35] =最小的小時時間段；和
[0088]ii1.對于水溫70攝氏度或更多，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段。
[0089]d.通過協(xié)調(diào)裝置激活下述過程，其中所述各過程通過僅僅過濾水的總體積的小部分來純化水和消除懸浮固體:
[0090]1.施用氧化劑以避免鐵和猛濃度超過Ippm ;
[0091]i1.施用促凝劑，絮凝劑，或它們的混合物以避免濁度超過5NTU ；
[0092]ii1.用移動式抽吸裝置抽吸先前過程產(chǎn)生的含有沉淀顆粒的水流，以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過平均IOOmm ；
[0093]iv.用至少一個過濾裝置過濾經(jīng)移動式抽吸裝置抽吸的水流；和
[0094]V.將過濾的水返回所述至少一個容納裝置；
[0095]e.將所述經(jīng)處理的水用于下游過程。
[0096]在一種實施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括:
[0097]-至少一個水進料管線(7)，連接至至少一個容納裝置(8)；
[0098]-至少一個容納裝置(8)，其包括用于沉淀顆粒(17)的固定至所述容納裝置底部的接受裝置；
[0099]-至少一個協(xié)調(diào)裝置(I)，其中協(xié)調(diào)裝置適時激活必需的過程，以調(diào)節(jié)水的參數(shù)在操作員或該協(xié)調(diào)裝置指定的界限內(nèi)；
[0100]-至少一個化學(xué)施用裝置(4)，其通過所述至少一個協(xié)調(diào)裝置激活
[0101]-至少一個移動式抽吸裝置(5)，其移動通過所述至少一個容納裝置的底部，抽吸含有沉淀顆粒的水流；
[0102]-至少一個推進裝置出)，其向所述至少一個移動式抽吸裝置提供運動，從而其能夠移動通過所述至少一個容納裝置的底部；
[0103]-至少一個過濾裝置(3)，其過濾含有沉淀顆粒的水流；
[0104]-至少一個收集管線(15)，偶聯(lián)在所述至少一個移動式抽吸裝置與所述至少一個過濾裝置之間；
[0105]-至少一個返回管線(16)，從所述至少一個過濾裝置至所述至少一個容納裝置；和
[0106]-至少一個水進料管線(18)，從所述至少一個容納裝置至至少一個下游過程。
[0107]在本申請系統(tǒng)中，接受裝置一般覆蓋有包括膜，土工膜，土工織物膜，塑料襯墊，混凝土，或包覆混凝土，或其組合的材料。協(xié)調(diào)裝置能夠接受信息，處理該信息，和激活其它過程，比如化學(xué)應(yīng)用裝置，移動式抽吸裝置，和過濾裝置?；瘜W(xué)應(yīng)用裝置一般包括注射器，噴灑器，人工應(yīng)用，分配器重量，管道，或其組合。推進裝置驅(qū)動移動式抽吸裝置且一般包括軌道系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，自推進系統(tǒng)，人工推進系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，從遠處引導(dǎo)的系統(tǒng)，具有發(fā)動機的船，具有發(fā)動機的飄浮裝置，或其組合。過濾裝置包括過濾柱，砂濾器，微濾器，超濾器，納米濾器，或其組合，并且一般通過收集管線連接至移動式抽吸裝置，所述收集管線包括柔性膠管，剛性膠管，管道，或其組合。
[0108]本發(fā)明應(yīng)對水處理過程引起的各種環(huán)境問題。本文新技術(shù)的發(fā)明人Mr.FernandoFischmann已經(jīng)在水處理技術(shù)中開發(fā)了許多新進展，其在全世界被快速采用。在短時間段內(nèi)，發(fā)明人的涉及娛樂結(jié)晶瀉湖的技術(shù)已在全世界并入超過180個項目中。發(fā)明人及其在水處理技術(shù)中的進展已成為超過2，000篇文章的主題，可參見http://press.crystal-lagoons.com/。發(fā)明人還已接受涉及這些水處理技術(shù)的進展的重要的國際創(chuàng)新和實業(yè)獎勵，并且已成為主要媒體采訪的目標(biāo)，包括CNN，BBC, FUJI，和Bloomberg’ sBusinessweek.[0109]前述概要和下述詳述均提供實例，僅出于解釋目的。相應(yīng)地，前述概要和下述詳述不應(yīng)被認為是限制性的。此外，除了本文所述那些之外，還可以提供各種特征或變化。例如，某些實施方式可以涉及詳述中描述的各種特征的組合和子組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0110]圖1是過程流程圖，舉例說明本發(fā)明一種實施方式中的水處理。
[0111]圖2顯示含水結(jié)構(gòu)比如瀉湖在本發(fā)明一種實施方式中的俯視圖。
[0112]發(fā)明詳述
[0113]下述詳述參照附圖。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明實施方式，可以對其進行修飾、調(diào)整和其它實施。例如，可以對附圖中說明的要素進行取代、添加或修飾，并且本文描述的方法可以通過替代、重新排序或向所公開的方法增添步驟來修飾。相應(yīng)地，下述詳述不限制本發(fā)明的范圍。雖然系統(tǒng)和方法用術(shù)語"包含"各種設(shè)備或步驟來描述，所述系統(tǒng)和方法還能夠〃基本上由各種設(shè)備或步驟組成〃或〃由各種設(shè)備或步驟組成"，除非另有說明。
[0114]定義
[0115]按照本申請公開，下述術(shù)語或短語應(yīng)理解為描述如下的含義。
[0116]術(shù)語〃容器〃或〃容納裝置〃在本文中上位地用于描述任何人工大水體，包括人工瀉湖、人工湖泊、人工池塘，池等。
[0117]術(shù)語〃協(xié)調(diào)裝置〃在本文中上位地用于描述能夠接受信息、處理信息和根據(jù)信息作決定的自動化系統(tǒng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，這能由人完成，但更優(yōu)選用連接至傳感器的計算機。
[0118]術(shù)語〃化學(xué)施用裝置〃在本文中上位地用于描述將化學(xué)品施用至水中的系統(tǒng)。
[0119]術(shù)語〃移動式抽吸裝置〃在本文中上位地用于描述能夠移動穿過容納裝置底部表面并抽吸沉淀物質(zhì)的抽吸裝置。術(shù)語"推進裝置"在本文中上位地用于描述通過推動或拉動又一裝置提供運動的推進裝置。
[0120]術(shù)語〃過濾裝置〃在本文中上位地用于描述過濾系統(tǒng)，涵蓋術(shù)語比如過濾器，粗濾器，分離器等。如本文所用，水的一般類型及其各自的總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度(按mg/L計)對于淡水是TDS ( I, 500 ;對于半咸水是1，500<TDS ( 10, 000 ;而對海水則是TDS>10，000。
[0121]如本文所用，術(shù)語〃高微生物學(xué)水質(zhì)〃包含小于200CFU/ml，更優(yōu)選小于100CFU/ml，和最優(yōu)選小于50CFU/ml的優(yōu)選需氧細菌計數(shù)。
[0122]如本文所用，術(shù)語〃高透明度〃包含小于10濁度計混濁單元(NTU)，更優(yōu)選小于7NTU，和最優(yōu)選小于5NTU的優(yōu)選混濁水平。
[0123]如本文所用，術(shù)語〃低污染水平〃包括優(yōu)選小于6，更優(yōu)選小于5，和最優(yōu)選小于4的SDI指數(shù)。
[0124]如本文所用，相應(yīng)于經(jīng)過濾的水的體積的術(shù)語〃小部分〃包含比傳統(tǒng)配置的水處理過濾系統(tǒng)所過濾的水更少直至200倍的水流。
[0125]如本文所用，術(shù)語〃傳統(tǒng)水處理過濾系統(tǒng)〃或〃常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)〃包含過濾全部水體積的過濾系統(tǒng)，必須處理I至6次/天。
[0126]實施本發(fā)明的模式
[0127]本發(fā)明涉及用于以低成本處理水的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)純化水和從水消除懸浮固體而不需要過濾全部水體積。本發(fā)明過濾僅僅全部水體積的小部分，相應(yīng)于比傳統(tǒng)水處理方法更少直至200倍的水流。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)處理的水能夠用于工業(yè)意圖，比如工業(yè)意圖中的原料。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)還能夠用來處理工業(yè)液體殘留以便使得液體殘留適于浸潤、灌溉、排放或其它意圖。
[0128]通過本發(fā)明方法或系統(tǒng)處理的水能夠是淡水，半咸水，或海水。方法和系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)裝置，其允許適時激活需要的過程以調(diào)節(jié)受控參數(shù)在操作員指定的界限內(nèi)。本發(fā)明使用比傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)遠遠更少的化學(xué)品，原因是其根據(jù)系統(tǒng)需要通過算法應(yīng)用化學(xué)品，所述算法取決于水溫從而避免必須保持水中持續(xù)濃度的化學(xué)品，這引起較高操作成本。
[0129]本發(fā)明的系統(tǒng)一般地包括至少一個容納裝置，至少一個協(xié)調(diào)裝置，至少一個化學(xué)施用裝置，至少一個移動式抽吸裝置，和至少一個過濾裝置。圖1說明本發(fā)明的系統(tǒng)的一種實施方式。 系統(tǒng)包括容納裝置(8)。容納裝置的尺寸并無特別限制，然而在許多實施方式中容納裝置能夠具有至少15，000m3，或另選至少50，OOOm3的體積?？深A(yù)期容器或容納裝置能夠具有I百萬m3，50百萬m3，500百萬m3或更大的體積。
[0130]容納裝置(8)具有能夠接受細菌，藻類，懸浮固體，金屬和自水沉淀的其它顆粒的底部。在一種實施方式中，容納裝置(8)包括接受裝置(17)，用于從處理中的水接受沉淀顆粒或物質(zhì)。接受裝置(17)附綴于容納裝置(8)的底部并且優(yōu)選由能夠被清潔的非多孔物質(zhì)構(gòu)建。容納裝置(8)的底部一般地覆蓋有非多孔物質(zhì)，允許移動式抽吸裝置(5)移動穿過容納裝置(8)的全部下表面并抽吸本文公開的任何過程產(chǎn)生的沉淀顆粒。非多孔物質(zhì)能夠是膜，土工膜，土工織物膜，塑料襯墊，混凝土，包覆混凝土，或其組合。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，容納裝置(8)的底部覆蓋有塑料襯墊。
[0131]容納裝置(8)能夠包括入口管線(7)，用于將水進料至容納裝置(8)。由于蒸發(fā)，由于用于工業(yè)過程的水消耗，和水的其它損失，入口管線(7)允許重新充滿容納裝置(8)。
[0132]系統(tǒng)包括至少一個協(xié)調(diào)裝置(I)，其能夠根據(jù)系統(tǒng)需要(例如水質(zhì)或純度)控制必需的過程。所述過程能夠包括激活(13)化學(xué)應(yīng)用裝置(4)和激活(11)移動式抽吸裝置(5)。協(xié)調(diào)裝置(I)能夠基于信息(12)比如輸出或產(chǎn)生速率變化經(jīng)處理的水向工業(yè)過程
(2)的流動?？刂蒲b置也可以接受關(guān)于入口管線(7)的信息(9)，以及接受有關(guān)水質(zhì)和容納裝置(8)底部的沉淀物質(zhì)厚度的信息(10)。
[0133]通過應(yīng)用取決于水溫的算法，協(xié)調(diào)裝置(I)允許僅在實際上需要化學(xué)品時才將它們加入容納裝置(8)，避免需要保持恒定的水中濃度。從而，所用化學(xué)品的量能夠顯著降低，與常規(guī)水處理方案相比直至100倍，這降低操作成本。協(xié)調(diào)裝置(I)能夠接受有關(guān)受控的水質(zhì)參數(shù)的信息(10)，和 能夠適時激活必需的過程以調(diào)節(jié)所述品質(zhì)參數(shù)在它們各自的界限內(nèi)。協(xié)調(diào)裝置(I)接受的信息(10)能夠這樣獲得:視覺檢查、經(jīng)驗方法、基于經(jīng)驗的算法，電子檢測器，或其組合。協(xié)調(diào)裝置(I)能夠包括一個或多個人，電子裝置，能夠接受信息、處理信息并激活其它過程的任意裝置，并且其包括它們的組合?？刂蒲b置的一個實例計算裝置，比如個人計算機。協(xié)調(diào)裝置⑴還能夠包括用來接受關(guān)于水質(zhì)參數(shù)的信息(10)的傳感器。
[0134]化學(xué)施用裝置(4)被協(xié)調(diào)裝置(I)激活并且將化學(xué)品(14)施用或分配至水中。化學(xué)應(yīng)用裝置(4)包括但不限于注射器，噴灑器，人工應(yīng)用，分配器重量，管道，及其組合。
[0135]移動式抽吸裝置(5)沿容納裝置(8)底部移動，抽吸本文公開的任何過程產(chǎn)生的含有沉淀顆粒和物質(zhì)的水。推進裝置(6)偶聯(lián)至移動式抽吸裝置(5)，允許移動式抽吸裝置(5)移動穿過容納裝置(8)底部。推進裝置(6)驅(qū)動移動式抽吸裝置(5)，使用的是選自軌道系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，自推進系統(tǒng)，人工推進系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，從遠處引導(dǎo)的系統(tǒng)，具有發(fā)動機的船或具有發(fā)動機的飄浮裝置，或其組合的系統(tǒng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，推進裝置是具有發(fā)動機的船。
[0136]移動式抽吸裝置(5)抽吸的水能夠輸送至過濾裝置(3)。過濾裝置(3)接受移動式抽吸裝置(5)抽吸的水流，并且過濾抽吸的含有沉淀顆粒的水和物質(zhì)，從而消除過濾全部水體積的需要(例如，僅僅過濾小部分)。過濾裝置(3)包括但不限于，過濾柱，砂濾器，微濾器，納米過濾器，超濾器，及其組合。經(jīng)抽吸的水能夠通過連接至移動式抽吸裝置(5)的收集管線(15)輸送至過濾裝置(3)。收集管線(15)能夠選自柔性膠管，剛性膠管，任意物質(zhì)構(gòu)成的管道，及其組合。系統(tǒng)能夠包括從過濾裝置(3)返回容納裝置(8)的返回管線(16)，以返回過濾的水。[0137]系統(tǒng)還能夠包括水出口管線(18)，其向工業(yè)過程⑵提供來自容納裝置⑶的經(jīng)處理的水。工業(yè)過程的實例包括但不限于，反滲透，脫鹽，蒸發(fā)，純化，藻類培育，水產(chǎn)業(yè)過程，采礦過程，及其組合。工業(yè)過程能夠?qū)⒔?jīng)處理的水用作其工藝的原料(21)，或者其能夠應(yīng)用方法以便處理殘余水(22)，用于不同的意圖尤其是比如維護意圖，灌溉，浸潤，或排放意圖。預(yù)先確定的參數(shù)界限取決于工業(yè)過程(2)的需要。工業(yè)過程(2)又能夠修飾界限(12)以便適應(yīng)其工藝。
[0138]圖2顯示本發(fā)明的系統(tǒng)的俯視圖。容納裝置(8)能夠包括進料管道系統(tǒng)(7)，由于蒸發(fā)、工業(yè)過程中的水消耗或水從容納裝置(8)的其它損失，其允許重新充滿容納裝置
(8)。容納裝置(8)還能夠包括安排在容納裝置(8)安排的注射器(19)，用于將化學(xué)品施用或分配至水中。容納裝置(8)還能夠包括撇渣器(20)，用于除去表面油和顆粒。
[0139]在一種實施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括下述組件:
[0140]-至少一個水進料管線(7)，連接至至少一個容納裝置(8)；
[0141]-至少一個容納裝置(8)，其包括用于本文公開的任何過程產(chǎn)生的沉淀顆粒(17)的固定至所述容納裝置底部的接受裝置；
[0142]-至少一個協(xié)調(diào)裝置(I)，其中協(xié)調(diào)裝置適時激活必需的過程以調(diào)節(jié)參數(shù)在它們的界限內(nèi)；
[0143]-至少一個化學(xué)施用裝置(4)，其通過所述至少一個協(xié)調(diào)裝置激活
[0144]-至少一個移動式抽吸裝置(5)，其移動通過所述至少一個容納裝置底部，抽吸本文公開的任何過程所產(chǎn)生的含有沉淀顆粒的水流；
[0145]-至少一個推進裝置出)，其向所述至少一個移動式抽吸裝置提供運動，從而其能夠移動通過所述至少一個容納裝置的底部；
[0146]-至少一個過濾裝置(3)，其過濾含有沉淀顆粒的水流，從而不需要過濾全部水體積，而是僅僅過濾小部分；
[0147]-至少一個收集管線(15)，其偶聯(lián)在所述至少一個移動式抽吸裝置與所述至少一個過濾裝置之間；
[0148]-至少一個返回管線(16)，從所述至少一個過濾裝置至所述至少一個容納裝置；和
[0149]-至少一個水出口管線(18)，從所述至少一個容納裝置至下游過程。
[0150]同一系統(tǒng)允許消除加入化學(xué)試劑易沉淀的其它化合物，原因是移動式抽吸裝置(5)將從容納裝置(8)底部抽吸全部沉淀顆粒。
[0151]用于處理水的本發(fā)明的方法，相比與傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)相比，能夠以低成本進行，原因是本發(fā)明比傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)使用更少的化學(xué)品和消耗更少能量。在一方面，本申請方法使用與傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)相比顯著更少的化學(xué)品，原因是其應(yīng)用算法，取決于水溫，允許保持ORP為至少500mV持續(xù)一定時間段，其根據(jù)用水過程的需要維持高微生物學(xué)品質(zhì)的水。本申請方法在如本文描述的系統(tǒng)上進行，其包括協(xié)調(diào)裝置(I)?；趶南到y(tǒng)接受的信息，協(xié)調(diào)裝置決定何時應(yīng)用化學(xué)品至水中，以便調(diào)節(jié)受控參數(shù)在其界限內(nèi)。由于使用了協(xié)調(diào)裝置，化學(xué)品僅在需要時施用，避免在水中保持持久濃度的化學(xué)品的需要。從而，化學(xué)品的量顯著減少，比傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)更少直至100倍，這降低操作和維護成本。
[0152]在又一方面中，本發(fā)明方法和系統(tǒng)在特定時間框架內(nèi)過濾僅僅水的總體積的小部分，與在相同時間框架內(nèi)過濾遠遠更大體積的水的常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)相比。在一種實施方式中，水的總體積的小部分比傳統(tǒng)配置的中央過濾系統(tǒng)所處理的水流更少直至200倍，后者在相同時間框架內(nèi)過濾全部水體積。由于從協(xié)調(diào)裝置接受的命令，與傳統(tǒng)方法水處理需要的中央過濾單元相比，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中的過濾裝置以更短時間段操作，從而過濾裝置具有很小的容量，基建投資和能耗更低直至50倍。
[0153]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)允許以低成本處理水。本申請方法和系統(tǒng)從水除去金屬、細菌、藻類等，并且提供經(jīng)淤泥密度指數(shù)(SDI)測量具有低污染水平的經(jīng)處理的水。從而，本申請方法和系統(tǒng)提供高微生物學(xué)品質(zhì)且透明的水，其能夠用于工業(yè)意圖。在一種實施方式中，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)能夠處理在工業(yè)意圖中用作原料的水。本申請方法和系統(tǒng)還能夠用來處理工業(yè)液體殘留以用于浸潤、灌溉、排放或其它意圖，使用比常規(guī)水處理系統(tǒng)更少化學(xué)品并且無需如常規(guī)水處理系統(tǒng)那樣過濾全部水體積。
[0154]在一種實施方式中，本發(fā)明方法包括下述階段:
[0155]a.收集水(7)，具有多至60，OOOppm的總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度；
[0156]b.將所述水儲存在至少一個容納裝置中(8)，其中所述容納裝置具有能夠通過移動式抽吸裝置徹底清潔的底部(17)；
[0157]c.在7天時間段內(nèi):
[0158]1.對于水溫多至35攝氏度，對于水溫的各攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段；
[0159]i1.對于水溫大于35攝氏度和直至69攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小的小時時間段，其中最小的小時時間段通過下述公式計算: [0160][35小時]_[水溫攝氏度-35] =最小的小時時間段；和
[0161]ii1.對于水溫70攝氏度或更多，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段。
[0162]d.通過協(xié)調(diào)裝置(I)激活下述過程，其中各過程通過過濾總水體積的僅小部分消除懸浮固體，從而代替過濾全部水體積的常規(guī)水處理:
[0163]1.施用氧化劑以避免鐵和猛濃度超過Ippm ;
[0164]i1.施用促凝劑，絮凝劑，或它們的混合物以避免濁度超過5NTU ；
[0165]ii1.用移動式抽吸裝置(5)抽吸先前過程產(chǎn)生的含有沉淀顆粒的水流，以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過平均IOOmm ；
[0166]iv.用至少一個過濾裝置(3)過濾經(jīng)移動式抽吸裝置(5)抽吸的水流；和
[0167]V.將過濾的水返回所述至少一個容納裝置⑶；
[0168]e.將所述經(jīng)處理的水用于下游過程。
[0169]通過本發(fā)明方法處理的水能夠通過天然水源，比如海洋，地下水，湖泊，河流，經(jīng)處理的水，或其組合來提供。水還能夠通過工業(yè)過程提供，其中根據(jù)本發(fā)明方法處理來自工業(yè)過程的液體殘留，從而經(jīng)處理的液體殘留能夠用于浸潤，排放，灌溉或其它意圖。
[0170]消毒劑能夠通過化學(xué)應(yīng)用裝置(4)施用至水，以便在7天時間段內(nèi)保持ORP水平為至少500mV持續(xù)根據(jù)水溫的最小時間段。消毒劑包括但不限于臭氧，雙胍產(chǎn)品，殺藻劑和抗菌劑比如銅產(chǎn)品；鐵鹽；醇；氯和氯化合物；過氧化物；酚化合物；碘伏；季胺(聚季銨鹽)通常，比如苯扎氯銨和S-三嗪；過氧乙酸；基于鹵素的化合物；基于溴的化合物，及其組合。
[0171]如果水溫多至35攝氏度，對于水溫的各攝氏度，保持ORP水平為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段。例如，如果水溫是25°C，保持ORP水平為至少500mV持續(xù)25小時的最小時間段，其能夠在7天時間段上分布。
[0172]如果水溫大于35攝氏度和直至69攝氏度，保持ORP水平為至少500mV持續(xù)通過下述公式計算的最小的小時時間段:
[0173][35小時]_[水溫。C -35] =最小的小時時間段。
[0174]例如，如果水溫是50攝氏度，保持ORP水平為至少500mV持續(xù)最小20小時的時間段([35]-[50-35])，其能夠在7天時間段上分布。
[0175]最終，如果水溫是70攝氏度或更多，保持ORP水平為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段。
[0176]氧化劑能夠施用或分散至水中，以保持和/或防止鐵和錳濃度超過Ippm.適宜的氧化劑包括但不限于高錳酸鹽；過氧化物；臭氧；過硫酸鈉；過硫酸鉀；電解方法產(chǎn)生的氧化劑；基于鹵素的化合物；及其組合。一般地，通過化學(xué)施用裝置(4)將氧化劑施用或分散至水中。
[0177]絮凝劑或促凝劑能夠施用或分散至水中以聚集、聚結(jié)、合并和/或凝結(jié)水中的懸浮顆粒，其然后沉淀至容納裝置(8)底部。一般地，絮凝劑或促凝劑通過化學(xué)應(yīng)用裝置(4)施用或分散至水中。適宜的絮凝劑或促凝劑包括但不限于聚合物比如陽離子聚合物和陰離子聚合物；鋁鹽，比如氯化鋁，明礬，和硫酸鋁；季銨化合物和聚季銨鹽；氧化鈣；氫氧化鈣；硫酸亞鐵；氯化鐵；聚丙烯酰胺；鋁酸鈉；硅酸鈉；天然產(chǎn)品，比如脫乙酰殼多糖，明膠，瓜耳膠，藻酸鹽，辣木屬種子；`淀粉衍生物；及其組合。收集或沉淀絮狀物的水級分一般是沿容器底部的水層。絮狀物在容納裝置(8)的底部形成沉淀物，然后可以通過移動式抽吸裝置
(5)除去，不需要過濾容納裝置(8)中的全部水，例如僅僅過濾小部分。
[0178]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中的化學(xué)施用裝置(4)和移動式抽吸裝置(5)被協(xié)調(diào)裝置
(I)適時激活，以便調(diào)節(jié)受控參數(shù)在它們的界限內(nèi)。根據(jù)系統(tǒng)需要激活化學(xué)施用裝置(4)和移動式抽吸裝置(5)，這允許施用與常規(guī)水處理系統(tǒng)相比顯著更少的化學(xué)品，并且過濾水的總體積的小部分，與在相同時間框架內(nèi)過濾全部水體積的常規(guī)水處理過濾系統(tǒng)相比更少直至200倍。
[0179]在本文公開的方法和系統(tǒng)，協(xié)調(diào)裝置(I)能夠接受關(guān)于水質(zhì)參數(shù)在它們各自的界限內(nèi)的信息(10)。協(xié)調(diào)裝置接受的信息能夠通過經(jīng)驗方法獲得。協(xié)調(diào)裝置(I)也能夠接受信息，處理該信息，并根據(jù)信息激活需要的過程，包括其組合。協(xié)調(diào)裝置的一種實例是連接至傳感器的計算裝置比如個人計算機，其允許測量參數(shù)并根據(jù)所述信息激活過程。
[0180]協(xié)調(diào)裝置(I)向化學(xué)施用裝置(4)提供關(guān)于適宜化學(xué)品的劑量和添加的信息
(13)，以及激活化學(xué)施用裝置(4)的指令以保持受控參數(shù)在其界限內(nèi)。協(xié)調(diào)裝置(I)也提供信息(11)以激活移動式抽吸裝置(5)。協(xié)調(diào)裝置能夠同時地激活過濾裝置(3)以便過濾移動式抽吸裝置(5)抽吸的水流，也即過濾全部水體積的僅僅小部分。移動式抽吸裝置(5)被協(xié)調(diào)裝置(I)激活(11)以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過100_。在方法或系統(tǒng)用于產(chǎn)生脫鹽意圖的水時，移動式抽吸裝置(5)被協(xié)調(diào)裝置(I)激活以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過10mm。過濾裝置(3)和移動式抽吸裝置(5)僅按保持水的參數(shù)在其界限內(nèi)的需要來操作，例如每天僅數(shù)小時，與此相反常規(guī)過濾系統(tǒng)基本上連續(xù)操作。
[0181]協(xié)調(diào)裝置還能夠接受關(guān)于收集的水(9)的信息。在TDS濃度小于或等于10，OOOppm的情況下，水的Langelier飽和指數(shù)應(yīng)小于3。對于本發(fā)明來說，Langelier飽和指數(shù)能夠通過調(diào)節(jié)pH、加入防垢劑或水柔化過程而保持在2以下。在TDS濃度高于10，OOOppm時，水的Stiff&Davis飽和指數(shù)應(yīng)小于3。對于本發(fā)明來說，Stiff&Davis飽和指數(shù)還能夠通過PH調(diào)節(jié)、加入防垢劑或水柔化過程保持在2以下。能夠用來保持Langelier飽和指數(shù)或Stiff&Davis飽和指數(shù)的防垢劑包括但不限于基于膦酸的化合物比如膦酸、PBTC(磷酸丁烷-三羧酸)，鉻酸鹽，多磷酸鋅，亞硝酸鹽，硅酸鹽，有機物質(zhì)，苛性鈉，基于蘋果酸的聚合物，聚丙烯酸鈉，乙二胺四乙酸鈉鹽，緩蝕劑比如苯并三唑，及其組合。
[0182]本發(fā)明的方法能夠任選地包括脫氯步驟。如果在水中檢測到能干擾工業(yè)過程的殘余氯的量，則上述脫氯步驟是希望的。脫氯能夠通過加入化學(xué)品包括但不限于還原劑比如亞硫酸氫鈉或焦亞硫酸鈉，使用活性碳濾器，或其組合來進行。
實施例
[0183]對于下述實施例，術(shù)語〃 一個/ 一種/該〃包括復(fù)數(shù)備擇對象(至少一個)。公開的信息是示例性，而存在其它實施方式且屬于本發(fā)明范圍以內(nèi)。
[0184]實施例1
[0185]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)能夠用作反滲透海水脫鹽過程的預(yù)處理階段。
[0186]將具有大約35，OOOppm的總?cè)芙夤腆w濃度的來自海洋的海水，收集于根據(jù)本發(fā)明的容納裝置中。容器具有大約45百萬m3的體積，22，OOOm2的面積。
[0187]在4月測 量容納裝置中的水溫，溫度為約18°C。如本文描述的，如果水溫是35°C或更低，然后對于水溫各。C保持ORP水平為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段。運用該算法，在本周期間保持ORP為至少500mV持續(xù)(18x1) 18小時。分布是星期一 9小時和星期四9小時，加合共18小時。為了保持ORP持續(xù)9小時的時間段，將次氯酸鈉加入水中以便達到0.16ppm的水中濃度。
[0188]不必施加額外的氧化過程來調(diào)節(jié)鐵和錳水平，原因是次氯酸鈉具有足夠的氧化還原電勢來氧化鐵和鎂。在濁度達到5NTU之前，每2 4小時注射作為絮凝劑的Crystal Clear (絮凝劑)，濃度 0.08ppm。
[0189]在允許細菌，金屬，藻類和其它固體沉淀之后，在沉淀物質(zhì)的厚度層達到IOmm之前激活移動式抽吸裝置。通過沿底部容器移動的移動式抽吸裝置來抽吸方法過程的產(chǎn)物沉淀物質(zhì)。然后，將抽吸的含有沉淀顆粒的水通過柔性膠管泵至濾器，其中過濾速率是21L/秒。
[0190]在處理之后，水具有7.96的pH，0.2NTU的濁度，4的淤泥密度指數(shù)，小于0.04ppm的鐵濃度和小于0.01ppm的錳濃度。
[0191]用于反滲透海水脫鹽過程的水的預(yù)處理之所以重要的原因是，反滲透脫鹽過程需要高品質(zhì)水以避免膜的堵塞和污染。下文表1第2欄顯示膜制造商需要的水質(zhì)參數(shù)。表1第3欄顯示通過本發(fā)明方法獲得的經(jīng)處理的水的值并且展示各參數(shù)值都在膜制造商需要的范圍內(nèi)。
[0192]表1
【權(quán)利要求】
1.用于以低成本處理水的用于工業(yè)過程中的方法，其通過過濾水的總體積的小部分純化水和消除水中的懸浮固體，所述方法包括:a.收集水，其總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度多至60，OOOppm;b.將所述水儲存在至少一個容納裝置中，其中所述容納裝置具有能夠通過移動式抽吸裝置徹底清潔的底部；c.在7天時間段內(nèi):1.對于水溫多至35攝氏度，對于水溫的各攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段；?.對于水溫大于35攝氏度和直至69攝氏度，通過向水加入消毒劑，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小的小時時間段，其中最小的小時時間段通過下述公式計算:[35小時]-[水溫攝氏度-35]=最小的小時時間段；和ii1.對于水溫70攝氏度或更多，保持所述水的ORP為至少500mV持續(xù)最小I小時的時間段；d.通過協(xié)調(diào)裝置激活下述過程，其中各過程通過僅僅過濾水的總體積的小部分來純化水和消除懸浮固體:1.施用氧化劑以避免鐵和猛濃度超過Ippm; ?.施用促凝劑，絮凝劑，或它們的混合物以避免濁度超過5NTU ；ii1.用移動式抽吸裝置抽吸先前過程所產(chǎn)生的含有沉淀顆粒的水流，以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過平均IOOmm ；iv.用至少一個過濾裝置過濾移動式抽吸裝置抽吸的水流；和V.將過濾的水返回所述至少一個容納裝置；e.將所述經(jīng)處理的水用于下游過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中:a.如果階段a)中收集的水具有小于或等于10，OOOppm的總?cè)芙夤腆w濃度，則Langelier飽和指數(shù)必須小于3 ;或b.如果階段a)中收集的水具有高于10，000--111的總?cè)芙夤腆w濃度，則5^€€&0&￥匕飽和指數(shù)必須低于3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的用于以低成本處理水的方法，其中Langelier飽和指數(shù)或Stiff&Davis飽和指數(shù)通過選自pH調(diào)節(jié)、加入防垢劑或水柔化過程的過程保持在2以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于以低成本處理水的方法，其中所述防垢劑包含膦酸，PBTC(磷酸丁烷-三羧酸)，鉻酸鹽，多磷酸鋅，亞硝酸鹽，硅酸鹽，有機物質(zhì)，苛性鈉，基于蘋果酸的聚合物，聚丙烯酸鈉，乙二胺四乙酸鈉鹽，苯并三唑，或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中收集的水能夠是來自工業(yè)過程的殘余液體或自天然水源收集的水和/或經(jīng)處理的水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中所述消毒劑包含臭氧，雙胍產(chǎn)品，基于溴的化合物，基于鹵素的化合物，或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中所述協(xié)調(diào)裝置接受涉及受控參數(shù)的信息，并適時激活步驟d)的過程以調(diào)節(jié)所述參數(shù)在其界限內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的用于以低成本處理水的方法，其中協(xié)調(diào)裝置接受的所述信息是通過經(jīng)驗方法獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中所述氧化劑包含基于鹵素的化合物；高錳酸鹽；過氧化物；臭氧；過硫酸鈉；過硫酸鉀；電解方法產(chǎn)生的氧化劑，或其組口 ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中所述絮凝劑或促凝劑包含聚合物，比如陽離子聚合物和陰離子聚合物；鋁鹽；季銨化合物和聚季銨鹽；氧化鈣；氫氧化鈣；硫酸亞鐵；氯化鐵；聚丙烯酰胺；鋁酸鈉；硅酸鈉；幾丁聚糖；明膠；瓜耳膠；藻酸鹽；辣木屬種子；淀粉衍生物，或其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中如果所述方法出于脫鹽意圖用來處理水，則通過協(xié)調(diào)裝置激活所述移動式抽吸裝置以避免沉淀物質(zhì)的厚度超過10mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中如果檢測到殘余氯則進行脫氯步驟，脫氯步驟包含活性碳濾器或包含亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉或其組合的化學(xué)品。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的用于以低成本處理水的方法，其中使用經(jīng)處理的水:a.作為工業(yè)過程的原料并且在開放循環(huán)中循環(huán)；或者b.用于排放意圖，灌溉，浸潤或其組合。
14.通過過濾水的總體積的小部分消除水中的懸浮固體以低成本處理水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含:-至少一個水進料管線，通至至`少一個容納裝置；-至少一個容納裝置，其包括沉淀顆粒的接受裝置，其固定至所述容納裝置底部；-至少一個協(xié)調(diào)裝置，其中該協(xié)調(diào)裝置適時激活必需的過程以調(diào)節(jié)水的參數(shù)在操作員或該協(xié)調(diào)裝置指定的界限內(nèi)；-至少一個化學(xué)施用裝置，其通過所述至少一個協(xié)調(diào)裝置激活-至少一個移動式抽吸裝置，其移動通過所述至少一個容納裝置的底部，抽吸含有沉淀顆粒的水流；-至少一個推進裝置，其向所述至少一個移動式抽吸裝置提供運動，從而其能夠移動通過所述至少一個容納裝置的底部；-至少一個過濾裝置，其過濾含有沉淀顆粒的水流；-至少一個收集管線，偶聯(lián)在所述至少一個移動式抽吸裝置與所述至少一個過濾裝置之間；-至少一個返回管線，從所述至少一個過濾裝置至所述至少一個容納裝置；和-至少一個水出口管線，從所述至少一個容納裝置至至少一個下游過程。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述接受裝置覆蓋有包含膜，土工膜，土工織物膜，塑料襯墊，混凝土，或包覆混凝土，或其組合的物質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述協(xié)調(diào)裝置能夠接受信息，處理該信息，和激活其它過程。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述化學(xué)施用裝置包括注射器，噴灑器，人工施用，重量分配器，管道，或其組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述推進裝置驅(qū)動包含軌道系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，自推進系統(tǒng)，人工推進系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，從遠處引導(dǎo)的系統(tǒng)，具有發(fā)動機的船，具有發(fā)動機的飄浮裝置，或其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述過濾裝置包括過濾柱、砂濾器、微濾器，超濾器，納米過濾器，或其組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的用于以低成本處理水的系統(tǒng)，其中所述收集管線包括柔性膠管，剛性膠管，管道，或 其組合。
【文檔編號】C02F1/00GK103608296SQ201180069717
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2011年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】F·T·菲什曼 申請人:水晶池(庫拉索)有限責(zé)任公司