水治理和生物固體收集系統以及相關方法

2024-04-05 11:25:05

專利名稱：水治理和生物固體收集系統以及相關方法
技術領域：
本發明涉及用於水治理和生物固體收集的系統和方法，更具體地涉及利用固體捕集治理水並收集水性固體的系統和方法。
背景技術：
溶氣氣浮(DAF)是一種液體處理技術，其利用微泡氣浮使工業處理水、城市廢水和/或湖水之類的水溶液中的懸浮固體上升並將其去除。本領域公知的DAF系統由鋼箱體或混凝土箱體構成。大型地上液體容器(liquid above-ground vessel)需要結構鋼板及背加強筋，從而防止箱體壁在滿負荷操作時在靜壓 加載期間變形。鋼容器還需要底腳，從而以適當承載能力將負載傳遞至土壤。通常利用314 和316不鏽鋼之類的惰性材料或者稀有環氧塗層系統延緩腐蝕。淺湖中的風混合致使鬆散的非光合沉積材料暫時上升至透光區。該富含營養的反應性沉積物往往供養受損(過營養)湖的透光區中的藻類而引起藻類長期過量繁殖，這在 某些情況下甚至可從空中看到(例如，軌道太空梭可將佛羅裡達的過營養阿勃卡湖與其 它湖區分開)。水治理的一種手段是移除或收穫懸浮固體(SS)以及與其結合的營養物。懸浮固體移除的傳統方法利用大片(5，000-45，000英畝)淹沒溼地過濾器，在這 裡靜止狀態致使懸浮固體沉降而形成土壤。隨著土壤腐爛，大多數沉澱下來的營養物恢復 成汙染物，從而不太有效。若有毒藍藻在溼地中沉澱下來，很多年都會對土壤和水中的野生 生物有毒性。不過，這對於有大片土地可用的地方是一種優選治理方法。治理水體的公知困難在於系統必須經常在土壤軟而溼的地方操作，例如接近湖濱或在湖濱上。與提供挖掘、填充和土壤穩定相關的費用可能是高的驚人的，並且在認為應當 改善的區域，結果很難看。因此，認為DAF系統不適於現場水體治理。此外，至少部分由於 相同原因，在水體中利用DAF系統被認為是不切實際的。現有技術公知的DAF系統為有效運行要求精確的平衡標準，例如流入率、凝聚劑輸送參數以及淤泥和懸浮物移除。對於公知費用高昂的大型DAF系統，已有具有特定幾何 尺寸的小型化容器的趨勢以優化過濾。當前面臨的其它問題是不斷增長的費用和逐漸減少的燃料供應，以及由諸如藻類 流徑(floways)及其它水生植物系統之類的生物治理系統產生的生物量的處置。因此，期望提供一種用於經濟有效地治理水體而不會干擾水體和周圍地區的審美 要求的系統和方法。還期望提供一種用於處置收集的生物固體並用於從中生成燃料的系統 和方法。

發明內容
本發明在第一方面中針對一種容器構造，與公知水治理和生物固體收集構造相 比，其更具創造性並且成本相當低。本系統包括與先前公知系統的結構性差異，其中通過土 壤、水體或其組合之類的現有支撐結構提供柔性伸縮性能。本發明通過固體捕集過程(例如但理應不限於DAF)的創造性規模提高而移除懸浮溶解固體。儘管DAF系統不會使懸浮固體100%沉降，但是其隔離並處理所有由其移除的 懸浮固體，阻止懸浮固體釋放回地表水。與公知溼地技術相比，這使得每單位面積移除的營 養物大幅增加。此外，有毒藻類之類的元素從生態系統安全移除，從而避免野生生物接觸。多位科學家--例如聖約翰河水管理局(SJRWMD)的團隊--研製出DAF之類的固體 移除系統用於應用於佛羅裡達的阿勃卡湖之類的汙染湖以及其它地表水，但是發現傳統制 造過程部件的規模對於湖規模應用所需的龐大流動來說太小並且在經濟上不可行。本發明 教導一種容器構造和使用，其包括精細形成輪廓的坑道、用於土壤的土工膜技術以及廉價 的襯墊膜，以構建不需要基底或昂貴鋼容器或混凝土容器的盆。不需要由容器的防潮部件 抵抗風、重力、拉伸、彎曲以及來自液體的壓縮負載，從而大大降低了構建巨型容器的成本。提供一種用於治理水體並從該水體收集懸浮溶解固體的系統。該系統包括防水襯 墊，該襯墊可定位在期望處理的水體中或該水體附近的凹部中。該襯墊和凹部限定處理容 器的外邊界，該處理容器包括具有用於接收待處理的水的入口的處理部、用於容納處理後 的水的出口部以及所述處理部和所述出口部之間的流出壩。所述流出壩延伸至高於水面的 頂端，並橫過所述容器延伸至抵靠該容器的相對側面密封的側緣。設置用於將待處理的水從所述水體運送至所述處理部的裝置，用於將捕集元素輸 送至所述運送水的裝置，以及用於使所述捕集元素與所述運送水混合的裝置。所述捕集元 素用於捕獲所述運送水中的懸浮溶解固體並實現捕獲的固體與從其淨化水之間的分離。還 設置用於從所述處理盆移除所述捕獲的固體的裝置。所述淨化水可通過所述流出壩中的通 道運動至所述出口部中。所述捕集元素可包括多種元素中的一種或多種，例如但不限於溶解氣泡、凝聚劑 和絮凝劑。在一個實施方式中，所述容器包括定位在該容器的入口端附近的入流擋板。所述 入流擋板在底端處從容器的底部延伸至在水線下方與該容器的頂緣隔開的頂端，並橫過容 器延伸至抵靠該容器的相對側面密封的側緣。所述入流擋板以及所述容器側面的包含入口 端的入口部藉此限定入流盆。在一些實施方式中，不採用入流擋板。所述容器還包括位於容器的出口端附近、位於容器底部附近並與容器的頂緣隔開 的流出通道。所述通道為通常位於容器底部及容器底部附近的淨化水離開容器提供路徑， 同時使漂浮材料保持位於容器中以從其移除。在具體實施方式
中，所述通道可由流出壩形成，該流出壩從與容器底部隔開的底 端延伸到至少與容器頂緣一樣高的頂端處，並橫過容器延伸至抵靠容器的相對側面密封的 側緣。流出壩和容器側面的包含出口端的出口部藉此限定流出盆。入流擋板(存在的話) 和流出壩在其間限定處理盆；若不存在入流擋板，則入口端和流出壩限定處理盆。在另一實施方式中，所述通道可由穿過容器出口端的孔形成，並且所述孔定位在 容器底部附近並與水面隔開。
在再一實施方式中，所述通道可包括管路，所述管路具有與出口端相鄰，與容器底 部相鄰並與水面隔開的入口。於是，泵可通過所述管路移除淨化水。進一步設置用於從處理盆中的水面移除氣泡和捕獲的懸浮固體的裝置。清除了懸浮固體的淨化水可通過流出通道移動至期望目的地，例如返回水體中。在用於與漂浮容器一起使用的另一實施方式中，可不包含DAF系統，並且可採用諸 如僅凝聚劑和/或絮凝劑或其組合的固體捕集裝置。漂浮容器的入口將待處理的水引入處理 區，其中將固體捕集裝置添加至水中並混合。根據所用的捕集裝置類型，捕集到的固體會漂浮 或下沉。將移除了固體的水從容器引出，並且收集捕集到的固體並最終將其從容器移除。從結合附圖使用的以下說明將會更好地理解關於組織及操作方法表徵本發明的 特徵以及本發明的其它目的和優點。應明確理解附圖用於圖示和說明之目的，並不意圖作 為本發明界限的定義。結合附圖閱讀以下說明，將會更充分地清楚由本發明獲得的這些及 其它目的以及提供的優點。


圖1是用於移除廢水中的懸浮固體的示例性的溶氣氣浮裝置的俯視平面圖。圖2是圖1的實施方式的側剖視圖。圖3是用於浸沒在水體中的實施方式的側剖視圖。圖4是不具有單獨的入流盆並包括用於將淨化水引到處理盆外的管路的實施方 式的側剖視圖。圖5和圖6是一實施方式的俯視平面圖和側剖視圖，其中利用懸壩在容器的出口 部周圍形成通道，並從流槽移除漂浮材料。圖7是用於與流動水一起使用的實施方式的俯視平面圖。圖8是傾斜土牆的側剖視圖。圖9是斜土牆的側剖視圖。圖10是用於使收集的漂浮材料脫水的裝置的側剖視圖。圖11和圖12是用於治理水並收集捕集的固體的浮動平臺或駁船的俯視平面圖和 側剖視圖。圖13和圖14是浮動模塊化水治理和捕集固體收集系統的俯視平面圖和側剖視 圖。圖15是圖13和圖14的用於收集沉降的捕集固體的系統的另選實施方式的側剖 視圖。
具體實施例方式現將參照圖1至圖15提供對本發明優選實施方式的說明。本發明的DAF容器10具有以下部件流入區、浮選槽區、浮選收集區以及流出區。 沉降固體降至底部，收集系統或底下排水管路定期將沉降固體移除。在優選實施方式10 中，固體漂浮至表面並利用鏈板刮泥機或其它方法被移除到斜坡(也稱為湖灘16)上。可 根據多種變量利用浮選區一般每平方英尺0. 5gpm至7gpm流動來設定過濾器的大小。優選 的是最小深度為12英寸，並且深度可超過12英尺。
該浮選過程的重要因素在於仔細製作溶液中的空氣微氣泡。微氣泡的產生可通過 空氣飽和箱體、液體高壓泵以及系統中的空氣壓縮機實現，該空氣壓縮機允許微氣泡水的 清潔側流17在一段時間內保持負壓，從而當釋放壓力時，在供水管18中形成極小的微氣 泡，最終釋放在DAF盆中並使懸浮固體上浮至表面以進行收集。根據具體應用，存在具有各 種特性的多種微氣泡發生器20。微氣泡在DAF系統10內的上升與氣泡的大小有關。氣泡越小，浮起的顆粒物質越 小，上升速度越慢。示例性的期望上升速率為lft/min，這可通過直徑為10至20微米的氣 泡獲得。微小濃度的臭氧或其它凝聚手段或化學製劑通過改變小顆粒的表面電荷而使小 顆粒集合到一起，從而使其形成可通過大氣泡以更快的上升速率漂浮的大顆粒或「絮狀 物」。在輕柔混合水、凝聚劑和懸浮固體期間發生絮凝。這些變量有助於具有平衡體積/流 動比的有效DAF過濾系統。DAF系統由於其處理很高的固態物濃度一在1 %至5%的範圍內一的廢流的能力 而被公知。在大型湖泊或表面水系統中，這由於待脫水和處置的材料的優勢而極其有利。藻類由於表面電荷致使細胞相互排斥而極其難以脫水。進化選擇已使浮遊藻類適 於具有水合作用優勢。由於其表面電荷密度，其間保留的間質空間可保持水以在乾燥條件 下存活，在這種條件下擁擠會隔離並殺死緊密埋藏的細胞。化學凝聚更改藻類細胞及其它懸浮固體表面的離子電荷，使得它們聚到一起而形 成片。該聚集成的片具有可與引入至DAF入流的微氣泡一起漂浮的充分尺寸。期望的微氣 泡尺寸範圍為5微米至50微米，優選尺寸在10微米至20微米範圍內。臭氧預處理公知會大大提高化學凝聚效率，提高高達90 %。臭氧製備離子電荷和電荷密度，使得小顆粒通過靜電荷粘到一起。臭氧使懸浮固體擺脫難脫水狀態並幫助懸浮 固體固結，從而允許移除更多的水及脫水。ζ電位可定義為微觀顆粒上的電位距離與電荷密度關係。ζ電位(potential) 在接近顆粒表面時快速增大，隨著距離增加以加速速率減小。最終施加化學凝聚而滿足並 改變更多的遠離細胞的中性電荷，從而將其吸引向相鄰細胞。通過該方法，可比僅利用蒸發 更快地實現聚結和脫水。可根據季節變化以及同時發生的浮遊生物/懸浮固體種類變化而 在不同水系統或相同水系統中利用一種或多種凝聚化學製劑或方法，以得到最優結果。一些普通凝聚化學製劑可包括氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、聚氯化鋁(PAC，其還 可用作絮凝劑，並且在提交時認為其代表優選實施方式)、氫氯酸鋁、陽離子聚合物、陰離子 聚合物、氯化鐵以及硫酸鋁。與聚合物化學製劑一起，可利用多種其它物質輔助臭氧凝聚， 例如藻酸鹽及其它天然產品。一些普通天然物質包括藻酸鈉、粘土、與其它材料混合的鈉、 浸漬藻細胞、碳粉、甲殼素及澱粉。當以臭氧/DAF/附生生物順序構造時，DAF提供協同優勢。臭氧/氧氣以快速臭 氧介質反應發生氧化。臭氧介質繼續反應，這消耗相當長的時間。需要高達80分鐘在湖水 的臭氧/氧化中發生氧化還原反應。DAF的主體的尺寸可設定為容積足以允許在進入附生 生物過濾器之前完成反應。可與臭氧和/或天然或化學產品一起使用電凝聚以優化凝聚。電凝聚利用陽極和 電流改變粒子表面電荷。一種或多種凝聚方法的組合可得到成本非常有效的凝聚系統。
DAF系統10還移除入流中的微型無脊椎動物，使它們不會破壞為移除氮和磷之類的養分而種植的附生作物之類的水生植物。如先前所述，DAF技術由於其移除高固體含量的能力而公知。其遠高於其它技術，例如沙濾，沙濾的固體去除通常在1 %以下。高固體廢流的處理需要特殊泵送系統和處理考 慮。將DAF物理定位在幹化床或稠化過程附近，靠近DAF附近的固體耙除系統，這允許在不 具有利用機械化設備的高固體泵送或物理分布的情況下進一步稠化。DAF系統10的一個實施方式(圖1和圖2)將微泡引入從空氣源119接收空氣的 專門改進的汙水微泡發生泵20中。微泡發生泵20強迫壓縮空氣進入泵20的壓力部，並強 迫從水體65接收的流體經過管路17。形成的微泡與水混合併前進至飽和管120，該飽和管 包括管路17的擴寬部。飽和管120在具有停留時間的情況下提供氣泡使其分布到水中。 飽和管120之後是瓣閥100，其限制流動並致使壓力在飽和管120中積累以輔助氣泡混合。 然後，微泡溶液與主流18匯合。主流18前進通過蛇形管，在該具體實施方式
10中沿著該蛇形管具有兩個注入端 口。通過第一注入埠 103從箱體104注入凝聚劑。通過第一注入埠 103下遊的第二注 入埠 106從箱體105注入絮凝劑。在另選實施方式中，可直接將絮凝劑注入入流盆29中。 證實凝聚劑致使藻類之類的生物量因表面電荷改變而形成絮狀物。這些絮狀物在微泡之間 形成。於是，絮凝劑使絮狀物一起粘附在氣泡周圍。DAF過濾器系統10的該實施方式具有入流隔室(compartment)或盆29，微泡/溢 流混合物由泵39通過具有通常為「U」形的端部40的管路泵送到具有多個孔41 (優選朝上) 的歧管15內泵送到該入流部件或盆中。入流盆29中的水允許不被擾動，速度基本為零，允 許消耗能量，這優選用於使輕懸浮固體分離並隨微泡升起。水經過具有密封側面42的入流 擋板28。入流擋板28從容器底部43處的底端281延伸至容器10的頂緣44下方的頂端 282。這將懸浮固體和氣泡23置於表面36處，從而促進漂浮固體/生物量固結。入流擋板 28還容納任何未被氣泡相互作用影響的重固體。入流盆29下遊的浮選室19接收被輸送器 24或其它裝置運送至收集點並被移除的一層浮選懸浮固體23。在某些情況下，可除去入流 擋板28而以置於水面以下1-2英尺的蛇形排放歧管代替。可使用具有鏈條、槳葉(翼片)以及鏈輪的固體耙除系統將漂浮的懸浮固體23收 集至湖灘16，其使懸浮固體浮出水面36並進入幹化床、砂腸管(圖10)或其它脫水設備，在 那裡被進一步脫水。在DAF處理盆19非常寬使得耙除系統不得不跨越很大距離時，可使用 半浮槳葉減少跨度要求。另選的是，可使用移動耙將漂浮的懸浮固體23推向輸送器24。還可使用一個或多個靜止或氣動鼓風機21產生氣流而使浮渣23向輸送器24和 湖灘16移動並進入收集容器22。在所示實施方式中，輸送器24包括具有運送帶的可逆裝 置，用於朝湖灘16輸送耙到的浮渣23，或者沿其它方向朝湖灘16』或收集容器輸送。這裡， 輸送器24從第一側25橫過處理盆19延伸至相對的第二側26。DAF襯墊27下方的排放系統可用於允許次表層水和氣體排出，並防止襯墊27從其 在土壤表層的期望位置移動。介質覆蓋暗渠11可位於DAF室19內，用於在維護期間拔出 DAF的全部或一部分。可使用許多方法處理漂浮的固體，以丟棄或使用。一個實施方式利用泵將固體從 收集容器移除，該泵將浮渣濾液輸送至可位於附近的脫水設備。在一些實施方式中可利用離心機將漂浮的浮渣脫水成通常在20 30%固體範圍內的溼泥餅。另選的是，可利用經由管路201接收浮渣23的砂腸管200實現脫水。砂腸管200 位於表面202上並由不透水的例如透明塑料板203覆蓋。風扇205在砂腸管200與板203 之間鼓風，這形成空間204。太陽加熱空間204，這有助於脫水過程。砂腸管200中存在的 水通過暗渠206離開。在用襯墊27作為唯一圍堵裝置的情況下，與具有地腳和基底的傳統鋼和混凝土 的垂直結構相比，存在經濟型設計方法以低成本地建造大型DAF過濾處理單元10。該實 施方式10提供遠遠超過由於構造成本而受限制的傳統金屬和混凝土容器設計的規模利用 DAF技術的增強能力。在DAF襯墊27的構建中可使用土工布(geotextile)。來自DAF系統10的流出水在流出壩38下方流動，該流出壩在側面42處密封並從 與容器底端43隔開的底端381延伸至不低於容器頂緣44的頂端382。流出壩38封鎖表面 流動，從而捕集浮選室19中的漂浮固體23。然後，通過管路31從流出盆30運送淨化的流 出水。可使用具有浮動開關34的流出泵32將流出水泵送至湖泊或後繼處理單元，例如臭 氧和/或附生生物過濾器和/或其它處理系統。在圖1和圖2中所示的實施方式中，盆19 朝其上遊端33傾斜，這允許將固體收集在底面中的凹坑35中及其附近。再一 DAF實施方式140(圖5和圖6)包括另選形式的漂浮材料收集系統和流出 壩。這裡，DAF盆141具有通過固定至其頂緣144的浮動元件143懸掛的柔性板142。沿 著盆141的進口部145，板142處於重力作用下或者以其它一些方式在底緣146處固定至 盆141的底部147。沿著出口部148，底緣146與盆底部147隔開。因而，進入歧管15的水 在盆141的內處理部149內排出，其中漂浮材料150上升至水面151。然後，清潔的水在板 142的底緣146下方離開至盆141的外周部152，清潔的水可從該外周部泵出。在子實施方 式中，盆底部147傾斜，使得板的底緣146沿著入口部142到達盆底部147，但是沿著出口部 148懸掛在盆底部147上方。在該實施方式140中的漂浮材料150利用活動耙153被收集，該活動耙掠過水麵 151並將漂浮材料150推至水槽154中。然後，可通過泵155將收集的漂浮材料150從水槽 154泵出。擋板可由與盆相同的膜製成。可使用諸如HDPE填埋場襯墊、聚乙烯以及寬範圍合 成橡膠襯墊之類的膜材料，不過這不應作為限制。還採用土工布排放系統11以允許從DAF 襯墊27下方移除水。這使得加襯土盆19具有可預測的性能阻止地下水和氣體排放，該排 放會使襯墊27移動。另選實施方式的DAF系統130 (圖4)不包含入流盆，而是具有與圖1和圖2中一 樣在下方具有間隔的流出壩，流出通道包括穿過構建的流出壩132延伸的管131。該流出壩 132可例如包括從DAF盆134的底部133延伸到至少與水面136 —樣高的頂部135的混凝 土或其它結構。管的入口端137從盆底部133附近接收淨化水並從出口 138將水排放在流 出盆139內。如上述，然後，可將流出盆139中的淨化水從這裡運送至期望位置，例如返回 水體65。在一些應用中，DAF系統50可在水體65的表面66處漂浮(圖3)，與部分浸沒的 船體類似。在這種情況下，可利用輕量型鋼、鋁或玻璃纖維材料代替膜構建壁51，從而產生 輕型結構並且成本低，並消除對抵抗陸地風負載的需求。可使用罩52使DAF表面53與可能會破壞浮選過程的風和跳動波隔離。浮動套圈59有助於使系統50保持漂浮。服務駁船 可供應電機驅動微泡泵57、化學製劑儲存以及濾液儲存盆。水可在止回閥105上流出而返 回水體65 ；然而，波朝盆50流動時，止回閥105會阻止流入。該設計不使用陸地並允許與 陸地容器相比相對容易地重新定位DAF 50。船型DAF 50非常適合清淤工程。 在所示實施方式中，主入流55與微泡測流56匯合，穿過凝聚劑注入點至同樣位於 入流擋板58上遊的入流歧管57。同樣，固體60聚集在表面53上，並被浮渣耙62收集並刮 至與浮選DAF 50相鄰的勤務駁船，或者直接泵送至陸基收集系統。淨化水在流出壩63下 方流入流出盆64中，從該處離開系統50至主盆65中。可構想其它浮動實施方式(圖11至圖15)，其中容器可經過水體移動，或者被動漂 浮。這些實施方式可與DAF系統一起使用或者在不具有DAF系統的情況下使用，並大部分 依賴於天然水運動，例如波浪翻滾、水流或波浪作用，或者水相對於運動容器的運動，從而 引導使水通過處理單元。收集到的固體可包含諸如浮遊生物品種、微型無脊椎動物以及小 魚之類的成分，這可最終加工成生物柴油之類的燃料。圖11和圖12中示出了用於治理水並收集捕集到的固體的系統180，其包括用作容 器181的浮動平臺或駁船。若容器181包括浮動平臺，則使用錨和系鏈182 (以虛線示出) 將容器181保持在大致固定的位置，並可使用泵抽入水。若容器181包括駁船，則在操作期 間，駁船將運動以與水體產生相對運動。容器181在入口端184處具有水入口或孔183，在駁船的情況下入口端184將為前 端。水入口 183具有與水體186流體連通的開口 185，並且在某些實施方式中具有多個開 口 185。止回閥187為擋板止回閥，不過這不應作為限制，該止回閥187沿入口通道183定 位。止回閥187用於允許水進入但是不允許水逃脫，並且還防止止回閥187下遊的處理盆 188流出。止回閥187的下遊位於用於引入諸如凝聚劑、絮凝劑或其組合之類的捕集元素 190的至少一個埠 189處。在所述至少一個埠 189之後是混合路徑191，在一個實施方 式中該混合路徑可包括由可以以使其內端部重疊的取向從罩198懸掛的多個交叉簾192形 成的蛇形流路。混合路徑191引起紊流，以實現將捕集元素190混合到進入水中。捕集元素190使懸浮和溶解固體凝聚並根據系統條件形成漂浮漿狀物或沉降漿 狀物。在圖11和圖12中所示的實施方式中，利用移動耙199使漂浮固體193朝容器181 的出口端194運動，在該處被收集在水槽195中或坡道195』上，或者通過其它手段，然後被 抽取在容器181上或容器181外的另一位置。漂浮固體193下方的淨化水在出口端194處 流出出口 196夕卜。在圖13至圖15中示出了用於治理水並收集捕集到的固體的另一系統210、210』， 其包括用作容器211的浮動平臺或駁船。若容器211包括浮動平臺，則使用錨和系鏈 212 (以虛線示出)將容器211保持在大致固定的位置，並可使用泵抽入水。若容器211包 括駁船，則在操作期間，可使駁船運動以與水體產生相對運動。容器211被分成多個大致平行的通道231，每個通道均在入口端214處具有與水體 218流體連通的水入口 213。通道231可例如由從罩216或漂浮元件懸掛的簾215形成。 系統210、210』包括用於引入諸如凝聚劑、絮凝劑或其組合之類的捕集元素220的 至少一個埠 219。在所述至少一個埠 219之後為混合路徑221，在一個實施方式中該混合路徑可包括由可從罩216懸掛的多個交叉簾222形成的蛇形流路。混合路徑221引起紊 流，以實現將捕集元素220混合到進入水中。捕集元素220使懸浮和溶解固體凝聚並根據系統條件形成漂浮漿狀物或沉降漿 狀物。在圖14中所示的實施方式210中，漂浮固體223朝容器221的出口端224運動，在 該處被收集在坡道226中，或者通過其它手段，然後被抽取到容器211上或容器211外的另 一位置。漂浮固體223下方的淨化水在出口端224處流出出口 227外。
在圖15所示的實施方式210』中，沉降固體223』朝容器211的底部229處的沉降 區228運動，從該處被抽取。該實施方式210』可包括作為罩的漂浮簾230。本領域技術人 員應理解，也可構想這些實施方式210、210』的組合。本領域技術人員還應理解，可向混合路徑191、221之後的這些系統180、210增設 DAF之類的附加單元以輔助固體捕集。可利用再一實施方式的DAF系統160 (圖7)以清潔例如來自河流161的流動水。 在該系統160中，「盆」 162包括在入口 164的閘閥163的控制下從河流161引導的側流。 凝聚劑165和絮凝劑166在上述閘閥163的下遊167、168處注入。可如上述在輸送器/耙 170及河灘收集區171上或通過其它手段收集漂浮材料169，並且同樣如上述清潔水在流出 壩172下方流動，並因此在系統160的出口 173處與河流161匯合。從DAF過程移除的固體存在多種可能用途。一種這類應用為施加至營養貧瘠土壤 的土壤改良劑，其中耕地以及宏量營養物和微量營養物得以改良。另一用途為作為膜上草 皮栽培之類的土培液系統。另一用途為在造紙過程和紙製品製造過程中作為纖維或填料。 再一用途為作為用於甲烷和乙醇或其它醇類(例如，丁醇)製品的原料。還可抽取海藻油 並將其加工成生物柴油。進一步用途為作為動物飼料。DAF容器10可構建成在漂浮應用中使用，其中盆中的水支撐容器壁，從而大大降 低容器壁、支撐結構和基底的厚度，並允許移動的漂浮DAF用於從地表水清淤或移除懸浮 固體的應用。DAF固體可連接至與DAF直接相鄰的流出系統，使得可不用輸送而乾燥高固體漂 浮物。可利用氣動輸送風機收集固體。可在耙系統上使用半浮槳葉。可與加強杆或元件一 起使用膜擋板，以幫助其保持期望的平面幾何形狀以及在容器內的位置。在為系統10、50形成襯墊中，可使用土工布或苗圃布，並且坑道具有比土壤12的 坡角更陡峭的坡度。若壁被過度挖掘並建造為6-12英寸的隆起，其中在三面管上形成纖維 襯墊27，這約束了土壤12並僅在土壤上增大水平剪力。可利用該方法建造更高、更垂直的 土壤保持壁。土壤膜DAF 70 (圖9)可構建在地面71中，位於縱坡和外周護道72以下，帶有支 撐水盆74的上述土工布襯墊73支撐水盆74。該實施方式70還示出可在任何DAF實施方 式中起作用的原理，即利用可在頂端具有浮子77並在底端具有錨78的「簾」76細分為各個 部分75。可在用於加強盆壁或者由於目前認為陡峭角度是優選的而改變其角度所用的現 有縱坡和/或人工結構上方定位的類似系統80。例如在圖8中所示的系統80中，可通過 在地面83上鋪設土工布襯墊82並在襯墊82的至用於限定盆85的一部分的頂上鋪設土壤 84或其它材料，使襯墊82的一定長度不被覆蓋，這樣可形成多個「填充室」81。該未覆蓋部分86然後可在壓實土壤84上方向後摺疊，並且對於附加室81重複該過程，直至達到期望 高度。如果期望，可在相鄰室81之間插入加強元件87，以提高穩定性。完成時，放置另一襯 墊88以為導入水89的上述盆85加襯。井點脫水技術可允許其中地下水層位於地表附近 的地面內構造。在另一實施方式中，坑道可僅僅依賴於土壤的天然靜安息角並結合纜線或漂浮支 撐膜式簾以形成底部加襯的溝渠型DAF的垂直壁。 可在模塊化系統中使用臭氧、DAF和附生生物系統以移除藻類和細菌中束縛的微 型無脊椎動物和顆粒營養物以及溶解的營養物。收集到的材料可用作土壤改良劑、噴草載體以及土壤穩定劑。收集到的材料以及 其它水生生物量也可利用或不利用凝聚化學製劑和其它物質而用在紙或紙製品中以提高 自由度、提高纖維粘附並輔助排水。懸浮固體以及其它水生生物量可利用和不利用凝聚化 學製劑和其它物質而用在土培液系統中。收集到的生物量也可用於形成氫/生物柴油/乙 醇燃料。本發明的系統的另一優點在於發現一定脫鹽程度為大約50-60%，這對於從海水 中生成淡水極其有益。可採用電凝聚在利用和不利用其它凝聚手段的情況下增強土壤和膜DAF的性能。 可與襯墊DAF —起使用天然或人造化學凝聚劑以在具有或不具有電凝聚和臭氧的情況下 增強DAF的浮選特性。可使用土工布以從土壤和膜DAF對藻類固體進行固體脫水。可從土壤和膜DAF以及附生生物培植系統對藻類固體進行太陽能幹燥和堆肥。 DAF容積的操縱和使用以及並行停留時間可允許臭氧和氧氣以及氧化還原反應在附生過濾 之前完成。可利用集水坑和手動真空系統周期性移除下沉顆粒。本發明的另一方面針對一種用於利用凝聚和酸化過程收穫水生植物和浮遊生物 或其它藻類的裝置，該裝置由於在穩定CO2時在循環水中形成藻類營養用於被水生植物培 植系統吸收，其可用於生物燃料生成及其它用途。在優選實施方式中，從過程培植水中收穫的藻類被凝聚或者利用石灰水致使在絮 狀物中被收集。氧化鈣、氫氧化鈣和碳酸鈣(原料石灰石及加工形式的石灰石)單獨或在 水中結合在一起使得PH值升高並破壞小顆粒的相斥表面電荷，致使它們聚集而形成片。這 些片與聚合物一起聚結成大片，這些大片容易漂浮至表面而被耙除或吹掉並收集。通常會需要pH值校正並可通過液體酸之類的各種手段例如藉助二氧化碳實現。 若使用CO2調整PH值，則在將殘餘氧化鈣轉化成碳酸氫鹽(對植物來說優選的碳形式)時 發生增效。當水返回培植系統時，已經用碳改良。優選的是，該碳是穩定的並且不會釋放溶 解的CO2之類的氣體。該培植水可利用來自畜牧業操作和汙水處理廠的其它營養源改良，並且該平衡的 營養介質培養更多藻類，這些藻類可進一步被生物提煉而產生能量。二氧化碳為濃度為約0. 033%或330ppm的大氣氣體。在室溫下，二氧化碳的溶解 度為每IOOmL水約90cm3的CO2。在水溶液中，二氧化碳以水溶液形式存在並與碳酸(H2CO3) 平衡。碳酸為分解成H++HC03_(碳酸氫鹽)的弱酸。 在該階段，藻類培植物可吸收作為生物固定的碳源的碳酸氫鹽。可採取措施隔離碳，或者可消化藻類，使其發酵或氣化以產生能量。碳酸離子使Ca2+沉澱。對於CaCO3，反應常數Ksp為5X10_9。然後，碳酸鈣從水中 接收H而生成碳酸。碳酸鹽從液體中沉澱出來並可將其移除而用於多種用途。就此而言， 以穩定形式分離碳。第二實施方式僅關注作為藻類培植的營養物添加碳酸氫鹽。首先，將CO2添加至 源水，並使其酸化而使PH值下降。然後添加氧化鈣、氫氧化鈣和/或碳酸鈣以平衡PH值接 近中性。當二氧化碳溶解在水中時，建立與碳酸離子相關的平衡。酸性水使氧化鈣、氫氧化 鈣和/或碳酸鈣分解而產生Ca2+ (水溶液)+2HC03_ (水溶液)。在以上說明中，為了簡潔、清晰和明了起見使用某些術語，不應對其施加超出現有 技術要求的限制，因為這樣的詞語在這裡用於說明之目的並且理應以廣義解釋。而且，這裡 所示和所述的系統和方法的實施方式僅作為實施例，並且本發明的範圍不限於構造和使用 的確切細節。此外，本領域技術人員應當理解這類所討論和說明的實施方式的元件在實施 方式當中可互換，並且每一實施方式理應不限於所提供的各個元件。現在已描述了本發明，其優選實施方式的構造操作和使用以及由此獲得的有利的 新的有用結果、新的有用構造以及對本領域技術人員來說顯然的合理等同物在所附權利要求中闡述。
權利要求
一種用於治理水體並從水體中收集懸浮溶解固體的系統，該系統包括能夠定位在期望處理的水體中或該水體附近的凹部中的防水的襯墊，該襯墊和凹部限定處理容器的至少一部分，該容器包括具有用於接收待處理的水的入口的處理部、用於容納處理後的水的出口部以及所述處理部和所述出口部之間的流出壩，所述流出壩延伸至高於水面的頂端並橫過所述容器延伸至抵靠所述容器的相對側而密封的側緣；用於將待處理的水從所述水體運送至所述處理部入口的運送裝置；用於將捕集元素輸送至所述運送水並用於使所述捕集元素與所述運送水混合的裝置，所述捕集元素用於捕獲所述運送水中的懸浮溶解固體並實現所述捕獲的固體與從其淨化水之間的分離；以及用於從所述處理部移除所述捕獲的固體的固體移除裝置，所述淨化水能夠通過所述流出壩中的通道運動至所述出口部中。
2.按照權利要求1所述的系統，其中所述捕集元素的輸送裝置包括用於將氣泡流輸 送至所述運送裝置的出口端上遊的所述運送水中的氣泡輸送裝置，所述氣泡用於捕獲水中 的懸浮溶解固體並將它們攜帶至水面，所述氣泡和捕獲的固體能夠運動至所述固體移除裝 置。
3.按照權利要求2所述的系統，其中所述混合裝置包括瓣閥以及在所述瓣閥上遊並在 所述氣泡輸送裝置下遊的飽和管。
4.按照權利要求1所述的系統，其中所述捕集元素的輸送裝置包括凝聚劑和絮凝劑至 少其中之一的源以及用於將所述凝聚劑和絮凝劑至少其中之一注入所述運送水中的裝置。
5.按照權利要求4所述的系統，其中所述混合裝置包括位於所述處理部上遊的蛇形流 動路徑。
6.按照權利要求1所述的系統，其中所述襯墊包括可定位在與所述水體相鄰的土壤中 的凹部中的柔性板狀件，所述凹部在處理盆中朝所述入口向下傾斜。
7.按照權利要求6所述的系統，其中所述板狀件包括土工布材料。
8.按照權利要求6所述的系統，其中所述凹部內還具有與所述入口相鄰的凹坑，用於 在其內收集沉澱的固體。
9.按照權利要求1所述的系統，該系統還包括在所述流出部內具有入口的流出泵，並 包括用於在所述流出部中流出水達到預定深度時致動所述流出泵的浮動開關。
10.按照權利要求1所述的系統，其中所述襯墊包括能夠定位在所述水體中的結構，並 且還包括定位成使所述襯墊保持局部浸沒取向的浮動元件，所述容器的頂緣高於所述水體 的表面。
11.按照權利要求10所述的系統，其中所述結構能夠在所述水體內移動，並且所述水運送裝置在該結構的前部附近具有孔， 該結構通過所述水體的運動因而致使水流入所述孔中；並且所述混合裝置包括所述運送裝置的限定蛇形路徑的部分。
12.按照權利要求11所述的系統，其中所述水運送裝置包括相互間隔地定位並且內端 重疊的多個垂直取向的擋板。
13.一種用於治理水體並從水體中收集懸浮溶解固體的方法，該方法包括從水體向處理容器的入口運送水，所述處理容器由防水的襯墊形成，該襯墊定位在期望處理的水體中或該水體附近的凹部中； 將捕集元素輸送至所述運送水；使所述捕集元素與所述運送水混合，所述捕集元素用於捕獲所述運送水中的懸浮溶解 固體並實現所述捕獲的固體與淨化水的分離；將混合的水和捕集元素引導至所述處理容器的處理部； 從所述處理部移除所述捕獲的固體；以及 允許所述淨化水移動至所述處理容器的出口部。
14.按照權利要求13所述的方法，其中所述捕集元素輸送步驟包括將氣泡流輸送至所 述處理部上遊的所述運送水中，所述氣泡用於捕獲水中的懸浮溶解固體並將它們攜帶至水面。
15.按照權利要求14所述的方法，其中所述混合步驟包括將水和氣泡引導至飽和管並 因此引導至瓣閥。
16.按照權利要求13所述的方法，其中所述捕集元素輸送步驟包括將凝聚劑和絮凝劑 至少其中之一注入所述運送水中。
17.按照權利要求16所述的方法，其中所述混合步驟包括將水引導至所述處理部上遊 的蛇形流動路徑。
18.按照權利要求13所述的方法，其中所述襯墊包括可定位在與所述水體相鄰的土壤 中的凹部中的柔性板狀件，所述凹部在處理盆中朝所述入口向下傾斜。
19.按照權利要求11所述的方法，其中所述水運送步驟包括使所述容器在所述水體內運動，從而致使水進入所述容器中的前 置孔；並且所述混合步驟包括引導進入所述孔的水通過所述處理部上遊的蛇形路徑。
20.一種用於構建水治理和固體收集系統的方法，該方法包括將防水的襯墊定位在期望治理並期望從其收集固體的水體中或該水體附近的凹部中；在容器的出口端附近定位流出壩，使其延伸至至少與所述處理容器的期望水面一樣高 的頂端，並橫過所述容器延伸至抵靠該容器的相對側而密封的側緣，所述流出壩和所述容 器側面的出口部包含限定流出部的出口端；設置用於將待處理的水從所述水體運送至處理盆的區域的裝置； 設置用於將捕集元素輸送至所述運送裝置的出口端上遊的運送水中並與所述運送水 混合的裝置，所述捕集元素用於捕獲所述運送水中的懸浮溶解固體並實現所述捕獲的固體 與從其淨化水之間的分離；設置用於從所述處理盆移除所述捕集元素和捕獲的懸浮固體的裝置；以及 設置用於將所述淨化水從所述流出盆引導出來的裝置。
全文摘要
提供用於治理水體並從該水體收集懸浮溶解固體的系統和方法。該系統包括可定位在水體中或該水體附近的防水襯墊。該襯墊和凹部限定處理容器，該處理容器包括處理部、用於容納處理後的水的出口部以及該處理部和出口部之間的流出壩。將待處理的水從水體運送至處理部。將捕集元素輸送至運送水中並混合至該運送水中，所述捕集元素用於捕獲所述運送水中的懸浮溶解固體並實現捕獲的固體與從其淨化水之間的分離。可將所述捕獲的固體從處理盆移除，並且淨化水可通過流出壩中的通道運動至所述出口部。
文檔編號B03D1/00GK101801536SQ200880107391
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者D·基斯, K·R·詹森, R·P·艾倫 申請人:水之纖技術公司