專利名稱：用于小社區(qū)分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)的制作方法
用于小社區(qū)分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)
背景技術(shù)：
清潔的水為世界上日益缺乏的日用品，特別是在發(fā)展中國(guó)家是嚴(yán)重的問題。大多 數(shù)現(xiàn)有的水處理系統(tǒng)需要復(fù)雜昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，包括大裝置、化學(xué)供應(yīng)和儲(chǔ)存設(shè)備、電能和 機(jī)器來(lái)支持公共水處理，這種基礎(chǔ)設(shè)施通常不能用于小社區(qū)。附圖簡(jiǎn)述

圖1描述根據(jù)本申請(qǐng)的構(gòu)思的用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)的模 塊圖；圖2提供了描述電凝聚系統(tǒng)的操作的更詳細(xì)的圖；圖3是流體通道的圖示；圖4A和圖4B顯示速率曲線和壓力曲線的圖；圖5是本申請(qǐng)描述的實(shí)施方案的一種形式的流體分離設(shè)備的說(shuō)明；圖6為圖5的流體分離設(shè)備的另一說(shuō)明；圖7表示流動(dòng)通過通道的中性漂浮顆粒和作用于它們上面的力；圖8闡述可用于本申請(qǐng)的系統(tǒng)的紫外線滅菌系統(tǒng)的透視剖面圖；圖9說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)的構(gòu)思的用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)的一 個(gè)實(shí)施方案；和圖10說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)的構(gòu)思的用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立的集成式水處理系統(tǒng)的
另一實(shí)施方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供以下(1)-(25)(1).用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括經(jīng)過濾的輸入，其用于接受和處理水；凝聚系統(tǒng)，其可操作地連接至所述經(jīng)過濾的輸入，其中使用凝聚系統(tǒng)通過凝聚工 序加工經(jīng)過濾的水，以在所述水中產(chǎn)生針絮凝物懸浮物；陳化緩沖儲(chǔ)罐，其可操作地 接至所述凝聚系統(tǒng)，其中所述針絮凝物在水中聚集 成較大尺寸；螺旋分離器，其可操作地連接至所述陳化緩沖儲(chǔ)罐，其中將水分離成兩股水流，第 一水流中大多數(shù)絮凝物被除去，而第二水流中包括濃縮量的絮凝物；滅菌系統(tǒng)，其可操作地連接至所述螺旋分離器，且被設(shè)置為接受所述第一水流并 對(duì)所述第一水流實(shí)施滅菌操作；輸出，其用于將來(lái)自所述滅菌系統(tǒng)的水輸出作為可飲用水；和動(dòng)力供應(yīng)，其用于為所述獨(dú)立的集成式水處理系統(tǒng)提供所需的所有動(dòng)力。(2).上述(1)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作地連接至所述滅菌系統(tǒng)的過濾設(shè) 施，以在通過所述滅菌系統(tǒng)將來(lái)自所述陳化緩沖儲(chǔ)罐的第一水流的水滅菌之前接受所述 水。
(3).上述(1)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)、所述陳化 緩沖儲(chǔ)罐、所述螺旋分離器和所述滅菌系統(tǒng)中的至少一個(gè)的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)。(4).上述(3)的系統(tǒng)，其中所述動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)為太陽(yáng)能動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)。(5).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述凝聚系統(tǒng)為電凝聚系統(tǒng)。(6).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述凝聚系統(tǒng)為化學(xué)凝聚系統(tǒng)。(7).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述螺旋分離器根據(jù)尺寸分離絮凝物。(8).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述陳化儲(chǔ)罐產(chǎn)生的絮凝物的大小等于或大于所述螺 旋分離器的截留尺寸。(9).上述(1)的系統(tǒng)，其中設(shè)置所述螺旋分離器為將等于或大于所述截留尺寸的 絮凝物移至所述第二水流。(10).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述凝聚系統(tǒng)為成品系統(tǒng)，且所述滅菌系統(tǒng)為成品系 統(tǒng)。應(yīng)。
(11). (12).
(13).
(14).
上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來(lái)自太陽(yáng)能動(dòng)力供應(yīng)。 上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來(lái)自風(fēng)力渦輪。 上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來(lái)自水力發(fā)電動(dòng)力供
上述(1)的系統(tǒng)，其中將所述電力儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)中，使得所述水處理單元 的運(yùn)行可獨(dú)立于所述動(dòng)力供應(yīng)的運(yùn)行。(15).上述(1)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)和所述陳 化緩沖儲(chǔ)罐的螺旋混合器，其中將來(lái)自所述凝聚系統(tǒng)的水提供給所述螺旋混合器，并將來(lái) 自所述螺旋混合器的水提供給所述陳化緩沖儲(chǔ)罐。(16).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述滅菌系統(tǒng)包括分散在水中的TiO2,所述已分散的 TiO2通過所述螺旋分離器回收。(17).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述滅菌系統(tǒng)包括涂覆在所述螺旋分離器的內(nèi)表面 上的TiO2。(18).上述(1)的系統(tǒng)，其中定制在所述螺旋混合器中的剪切速率，以生產(chǎn)在所述 陳化緩沖儲(chǔ)罐中快速聚集的具有給定的均勻性的致密絮凝物。(19).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述螺旋混合器的剪切速率與在所述陳化緩沖儲(chǔ)罐 中的緩慢混合剪切速率匹配，以防止所述絮凝物分裂。(20).通過使用獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)來(lái)處理水的方法，所述方法包括過濾提供給輸入的水；通過凝聚系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過濾的水進(jìn)行凝聚工序，以從所述水中除去物質(zhì)，所述凝聚系 統(tǒng)可操作地連接至經(jīng)過濾的輸入；在水中產(chǎn)生絮凝物，將水容納在可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)的陳化緩沖儲(chǔ)罐 中；通過運(yùn)行可操作地連接至所述陳化緩沖儲(chǔ)罐的螺旋分離器，將水分離成兩股水 流，所述兩股水流包括除去大多數(shù)絮凝物的第一水流和包括濃縮量的絮凝物的第二水流；通過滅菌系統(tǒng)對(duì)水實(shí)施滅菌操作，所述滅菌系統(tǒng)可操作地連接至所述螺旋分離器 且被設(shè)置為接受所述第一水流；和
將來(lái)自所述滅菌系統(tǒng)的水輸出作為可飲用水。(21).上述(17)的系統(tǒng)或(20)的方法，所述方法還包括在將來(lái)自所述螺旋分離器 的第一水流的水滅菌之前，通過可操作地連接至所述滅菌系統(tǒng)的過濾設(shè)施過濾所述第一水流。(22).上述(17)的系統(tǒng)或(20)的方法，所述方法包括通過太陽(yáng)能動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)為 所述凝聚系統(tǒng)、所述陳化緩沖儲(chǔ)罐、所述螺旋分離器和所述滅菌系統(tǒng)中的至少一個(gè)提供動(dòng) 力。(23).上述(17)的系統(tǒng)或(20)的方法，其中所述凝聚系統(tǒng)為電凝聚系統(tǒng)。(24).上述(17)的系統(tǒng)或(20)的方法，其中所述螺旋分離器根據(jù)尺寸分離絮凝 物。(25).上述(17)的系統(tǒng)或(20)的方法，其中用于操作所述水處理裝置所需的所有 或部分動(dòng)力通過集成式動(dòng)力供應(yīng)來(lái)供應(yīng)。圖1說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)的構(gòu)思的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)100的模塊圖。將來(lái)自基礎(chǔ) 水源(例如池塘、小溪、江、湖、河口、井、存儲(chǔ)罐或其他位置)的輸入水102在過濾/篩濾輸 入處提供給系統(tǒng)100，其中輸入過濾器/篩設(shè)施104的開孔具有一定的尺寸，以捕獲超過某 一尺寸的顆粒(例如，取決于儀器，開孔的尺寸可阻斷尺寸大于2mm或5mm的顆粒)。隨后 將經(jīng)篩濾的水通向電凝聚(EC)系統(tǒng)106，將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為作用于水，以通過產(chǎn)生(小的)針 絮凝物而除去不期望的懸浮固體。隨后將充滿針絮凝物的水提供給陳化緩沖儲(chǔ)罐108，其 中，顆粒進(jìn)一步聚集以形成更成熟的(更大的)絮凝物。具體而言，緩沖儲(chǔ)罐包括混合方案 用于更快形成絮凝物。在適當(dāng)?shù)年惢瘯r(shí)間后，將含有已形成的絮凝物質(zhì)的水通向螺旋分離 器110。設(shè)計(jì)螺旋分離器110以從水中分離出超過某一尺寸的絮凝物。隨后，將已除去絮凝 物的水流通過任選的過濾器112，隨后進(jìn)行紫外(UV)滅菌系統(tǒng)114。具有已分離的絮凝物 的水流，即，未通向過濾器或UV滅菌系統(tǒng)114的水，從系統(tǒng)100中出來(lái)進(jìn)入廢液流或存儲(chǔ)罐 116。任選提供的最終過濾/篩濾設(shè)施112除去可能偶然通過前面的工序的顆粒?？蛇x 擇過濾器以滿足美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)關(guān)于顆粒介質(zhì)過濾器(GMF)的要求以及其他國(guó)家的 其他環(huán)境要求。剛分離后的水品質(zhì)可能已超過規(guī)章的標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，過濾器用于確保 避免異常操作階段，例如流動(dòng)波動(dòng)或源水的濁度突然增加。在UV滅菌系統(tǒng)114中，水102 中的微生物被滅菌或殺死。隨后將水輸出作為可飲用水118。在圖1的實(shí)施方案中，由太陽(yáng)能或光致電壓(PV)系統(tǒng)設(shè)施120為系統(tǒng)100的操作 提供動(dòng)力。在可選的實(shí)施方案中，將電凝聚系統(tǒng)116和陳化緩沖儲(chǔ)罐118集成為具有作為 后電凝聚工藝室的緩沖儲(chǔ)罐的單個(gè)裝置，和/或?qū)⒙菪蛛x器110和UV滅菌系統(tǒng)112集成 為單個(gè)裝置。在另一實(shí)施方案中，UV系統(tǒng)可擴(kuò)展至進(jìn)行源水污染物的高級(jí)氧化，例如，將源 水暴露于涂覆有光活性材料(例如TiO2)或其他適當(dāng)?shù)牟牧系腢V活性表面。TiO2用作UV 的光催化劑，并且如果以納米涂層的形式施用于耐流體的螺旋分離器110的表面，則還用 作使生物膜的形成最少的防污劑。或者，TiO2也可以納米顆粒的形式分散在水中，且在UV 滅菌工序之后通過螺旋分離器回收。TiO2的容積分散產(chǎn)生更有效的光催化，但是由于需要 膜來(lái)回收分散體，因此該實(shí)踐不太常用。螺旋分離器110已顯示有效回收通過某些化學(xué)修 飾(例如PH調(diào)節(jié)或凝結(jié)劑等等)已聚集的TiO2分散體。因此，在圖1中，UV滅菌模塊114可作為獨(dú)立的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，或者結(jié)合到螺旋分離器110中?？杉闪硗獾母呒?jí)氧化功能，作為 螺旋分離器110內(nèi)表面上的涂層、作為分散在水中的TiO2或其組合。因此，在某些實(shí)施方 案中，滅菌可在任選的過濾工序之前進(jìn)行。應(yīng)理解的是，在某些實(shí)施方案中，泵送裝置用于將來(lái)自系統(tǒng)100的各種單元的水 移動(dòng)(例如，可將輸入水102泵送至系統(tǒng)100中)、移入或移出系統(tǒng)的單元(例如從電凝聚 模塊106到陳化緩沖儲(chǔ)罐108以及從緩沖儲(chǔ)罐108到螺旋分離器110)以及在系統(tǒng)100的其 它單元之間移動(dòng)和/或穿過系統(tǒng)100的其他單元?；蛘?，水穿過系統(tǒng)的移動(dòng)可完全或部分 通過使用重力進(jìn)料設(shè)施來(lái)完成。例如，待輸入至系統(tǒng)100的水位于高于系統(tǒng)100的位置，其 中，重力用于將水移動(dòng)穿過系統(tǒng)。此外，在某些實(shí)施方案中，電池配置用于儲(chǔ)存由太陽(yáng)能系 統(tǒng)120產(chǎn)生的電。隨后，例如當(dāng)太陽(yáng)能系統(tǒng)120不產(chǎn)生電時(shí)，按需將動(dòng)力供應(yīng)給各種單元。更進(jìn)一步，雖然例示了太陽(yáng)能系統(tǒng)120作為圖1中的動(dòng)力來(lái)源，但是，在其他實(shí)施 方案中，可選的電源可單獨(dú)使用或與太陽(yáng)能系統(tǒng)120結(jié)合使用。一種具體的可選的配置為 手動(dòng)發(fā)電機(jī)(generator)或直流發(fā)電機(jī)(dynamo)，其中使用者轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)或直流發(fā)電機(jī)的 曲柄，為連接的蓄電裝置充電和/或?yàn)閱卧苯犹峁﹦?dòng)力。在該實(shí)施方案中，因此不必完全 依賴太陽(yáng)。指示符120表示的動(dòng)力的其他來(lái)源包括風(fēng)力渦輪產(chǎn)生的動(dòng)力和水力發(fā)電，等等。此外，在可選的設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)某些安全特征。例如，選擇性地包括減壓閥，以確保 系統(tǒng)內(nèi)的水壓不超過某一最大值。在各種實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)的另一安全特征為自動(dòng)停車開 關(guān)，該自動(dòng)停車開關(guān)識(shí)別系統(tǒng)的各單元(包括但不限于UV滅菌器)的故障。例如，如果UV 滅菌器中的燈燒壞或出現(xiàn)故障，則將該狀態(tài)用作信號(hào)來(lái)激活關(guān)閉系統(tǒng)的停車開關(guān)，使得未 經(jīng)加工的水不從系統(tǒng)100中出來(lái)。參考圖2，例示了用于圖1的系統(tǒng)100的電凝聚系統(tǒng)的更詳細(xì)的技術(shù)描述。應(yīng)理 解的是，圖2的設(shè)計(jì)提供了電凝聚系統(tǒng)的操作的概括性描述，且已知這種系統(tǒng)是存在的。供 應(yīng)EC系統(tǒng)的公司包括華盛頓的Landa Water Cleaning Systems of Comas、加利福尼亞的 Forever Pureof Santa Clara、以及 Powell Water Systems Inc. , Centennial, CO,等等。圖2的電凝聚系統(tǒng)106包括DC電力供應(yīng)200，其中電力供應(yīng)200的一側(cè)經(jīng)由金屬 線202與多個(gè)陽(yáng)極204a-204n連接。電力供應(yīng)200的第二側(cè)經(jīng)由金屬線206與多個(gè)陰極 208a-208n連接。將陽(yáng)極和陰極保持在容器210中，該容器容納加工中的水212 (例如，圖1 的水102)。在該實(shí)施方案中，磁力攪拌棒214可操作地連接至磁力攪拌控制器216位于容 器210的底部。當(dāng)被激活時(shí)，攪拌棒214將水212混合。如果期望監(jiān)測(cè)電凝聚系統(tǒng)106的 操作，將電流計(jì)218與線路202 (或線路206)串聯(lián)放置，而如果期望監(jiān)測(cè)電凝聚系統(tǒng)106的 電壓，則將電壓計(jì)220與線路202和206相交地并聯(lián)放置。通過使用化學(xué)凝聚實(shí)現(xiàn)另一常用類型的凝聚工序。與電凝聚類似，常規(guī)化學(xué)凝聚 用于將懸浮物去穩(wěn)定以及實(shí)現(xiàn)可溶性金屬種類以及來(lái)自水性液流的其他無(wú)機(jī)和有機(jī)物種 類的沉淀，從而可通過沉淀或過濾而將它們除去。明礬、石灰和/或聚合物為用于該工序的 常用化學(xué)凝結(jié)劑。但是，這種常規(guī)化學(xué)凝聚工序涉及在大池或其他容器中向水中加入大量 化學(xué)物質(zhì)，且往往產(chǎn)生具有高結(jié)合水含量的大體積的淤渣，該淤渣過濾緩慢且難以脫水。通 過引入高度帶電荷的聚合物金屬氧化物種類，可從水性介質(zhì)中電凝聚除去金屬、膠態(tài)固體 和顆粒、以及可溶性無(wú)機(jī)污染物。這些種類中和懸浮的固體和油滴上的靜電電荷，以促進(jìn)附 聚或凝聚，且導(dǎo)致與水相的分離。該處理促進(jìn)某些金屬沉淀。
如圖2所示，電凝聚系統(tǒng)基本上由多對(duì)平行的導(dǎo)電金屬板組成，這些金屬板用作 單極電極。該系統(tǒng)進(jìn)一步使用DC電源、用于調(diào)節(jié)電流密度的電阻以及用于讀取電流值的萬(wàn) 用表。導(dǎo)電金屬板通常稱為“犧牲”電極，且可為相同或不同的材料，例如但不限于鐵。在電凝聚工序的電解操作過程中，系統(tǒng)的正極側(cè)進(jìn)行陽(yáng)極反應(yīng)，而負(fù)極側(cè)進(jìn)行陰 極反應(yīng)。施用的電壓的極性周期反轉(zhuǎn)，使得兩個(gè)電極更均勻地犧牲。釋放的離子中和顆粒 的電荷，從而引發(fā)凝聚。通過化學(xué)反應(yīng)和沉淀、或通過使膠態(tài)材料聚結(jié)，釋放的離子除去不 期望的污染物，這些物質(zhì)可隨后通過浮選被除去。此外，當(dāng)含有膠態(tài)顆粒、油狀物或其他污 染物的水移動(dòng)通過施加的電場(chǎng)時(shí)，可存在電離、電解、水解和自由基形成，它們可改變水和 污染物的物理和化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果是，反應(yīng)性和激發(fā)態(tài)引起污染物從水中釋放、被破壞或變得 不太溶。關(guān)注圖1，一旦已使用電凝聚系統(tǒng)106加工了水102，將經(jīng)EC加工的水102提供給 陳化緩沖儲(chǔ)罐108。由于在系統(tǒng)100中使用螺旋分離器110，期望在緩沖儲(chǔ)罐108內(nèi)形成 的針絮凝物聚集成至少某一特定的截留尺寸。如將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的，可調(diào)節(jié)螺旋分離器 110，以從水中分離出超過某一尺寸的絮凝物。因此，期望在陳化儲(chǔ)罐內(nèi)針絮凝物生長(zhǎng)至至 少等于或超過截留尺寸的尺寸。例如在本申請(qǐng)中，關(guān)于在陳化緩沖儲(chǔ)罐中絮凝物生長(zhǎng)的一 個(gè)討論描述于美國(guó)專利第 12/234，373號(hào)，"Method And System For Seeding With Mature Floc ToAccelerate Aggregation In Water Treatment Process (在水處理法中，使用陳化 的絮凝物作為晶種以加速聚集的方法和系統(tǒng))”。已在緩沖儲(chǔ)罐108中加工后，隨后將水102移動(dòng)至螺旋分離器110，用于絮凝物分罔。在一個(gè)實(shí)施方案中，可根據(jù)本文引用的專利和申請(qǐng)的教導(dǎo)來(lái)構(gòu)建螺旋分離器，包 括但不限于在一些實(shí)施方案中作為例如在以下專利中所述的螺旋分離器運(yùn)行的分離器 2006 ^Ξ 11 ^ 20 Hil^ WIS^J "Particle Separation and Concentration System( ^ 粒分離和濃縮系統(tǒng))”的美國(guó)專利2008/0128331A1 (其序列號(hào)為11/606，460) ；2007年11 月 7 日提交的題為"Fluidic Device and Method for Separation of NeutralIyBuoyant Particles (用于分離中性漂浮顆粒的流體裝置和方法)，，的美國(guó)專利序列號(hào)11/936，729 ； 禾口 2007 年 11 月 7 曰提交的題為"Device andMethod for Dynamic Processing in Water Purification(在水純化中用于動(dòng)態(tài)加工的裝置和方法)”的美國(guó)專利序列號(hào)11/936，753。參考圖3、圖4A、圖4B、圖5和圖6，公開了適于用作本申請(qǐng)的螺旋分離器110的螺 旋分離器的構(gòu)思，應(yīng)理解的是，例如在引用和并入作為參考的申請(qǐng)中所述的螺旋分離器的 其他實(shí)施方案可適用于本申請(qǐng)。參考圖3，彎曲通道300的一段顯示作用于顆粒302的各種力。同樣，例示了速率 曲線和壓力曲線。對(duì)于在彎曲通道中的流動(dòng)，如下進(jìn)行分析考慮。關(guān)于這一點(diǎn)V =流動(dòng)速率ρ =壓力Fcf =顆粒上的離心力Fap=由于壓差引起的力Fvd =由于粘滯阻力引起的力
R一通道的曲率半徑
刻一流體的動(dòng)態(tài)粘度
m一顆粒的質(zhì)量
r一假定為球形的顆粒的半徑
p一流體的密度
作用于顆粒上的離心力(OC r‘)、橫向壓力驅(qū)動(dòng)(OC r’)和粘滯阻力(OC r)的表述可如下表示
F＼／d一6 3I刻rV，
則顆粒將向外移動(dòng)，
即 對(duì)于任何給定的幾何形狀、壓力和流動(dòng)速率，方程式(1)可用于確定將向外移動(dòng)的顆粒尺寸的下限。小于該下限或
在顆粒穿過流動(dòng)通道遷移(橫向)之前，移動(dòng)距離取決于F＼／d和F+。的相對(duì)量級(jí)。
還由于F+?！皉’且F＼／d“r，較大的顆粒將更加受到流動(dòng)引起的朝向內(nèi)表面的橫向壓降的影響。
橫向壓力可得自考慮在同心空腔中的外周流動(dòng)，其中拋物曲線符合
且r、和r，分別為內(nèi)半徑和外半徑。徑向壓降p如下
計(jì)算的速率和壓力曲線示于圖4A和圖4B。顯示壓力取決于距內(nèi)壁的距離，從r、開始并增加到到r，。向內(nèi)的壓力場(chǎng)(來(lái)自外壁)明顯。
設(shè)計(jì)通道所需的通道的流動(dòng)長(zhǎng)度以滿足對(duì)應(yīng)于顆粒尺寸范圍的通道寬度和流動(dòng)速率。對(duì)于向外運(yùn)動(dòng)的徑向運(yùn)動(dòng)方程式如下
其中
運(yùn)動(dòng)方程式的解是徑向速率 其中加速時(shí)間-常數(shù)τ如下 且最終速率
當(dāng)橫向壓力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)的關(guān)系可通過改變運(yùn)動(dòng)方程式中的離心力
和壓力驅(qū)動(dòng)力的極性(polarity)而得到。必須結(jié)合以下給出的沉積時(shí)間來(lái)考慮過渡時(shí)間 其中h為通道高度，且\如下給出
且Υ為如下給出的浮力術(shù)語(yǔ) 對(duì)于顆粒分離，這些關(guān)系用于設(shè)計(jì)用于期望的顆粒尺寸范圍的裝置。采用這種方
個(gè)預(yù)期形式的目前描述的實(shí)施方案中，基于過渡時(shí)間和橫向遷移速率，收集出口的 平行排列使設(shè)計(jì)尺寸范圍的顆粒積聚。 關(guān)于這一點(diǎn)，現(xiàn)參考圖5，例示了根據(jù)目前描述的實(shí)施方案的分離設(shè)備110的一個(gè) 形式。該形式顯示具有逐漸增加的曲率半徑的擴(kuò)張的螺旋通道502。該幾何形狀利用壓力 變化的速率dp/dR oc i/R2。在另一個(gè)形式中，裝置可具有收縮的螺旋通道，所述通道對(duì)于 側(cè)壁具有逐漸減小的曲率半徑。在任一種情況下，通道502從入口 504發(fā)展成兩個(gè)單獨(dú)的通道506和508 (例如，也稱為通道#1和通道#2)至相應(yīng)的出口 510,512o圖5的螺旋分離器裝置110的分解圖示于圖6。在一個(gè)形式中，分離通道502的最 寬部分的寬度例如為10mm，且逐漸變細(xì)，在接近入口 504和出口 510、512處寬度為5mm。入 口 504接近分離器110的中心，而出口 510、512接近外周界。顆粒隨著流體移動(dòng)，但也遷移 穿過通道橫截面。在一個(gè)形式中，通道結(jié)構(gòu)的高度例如從0.5mm到2mm之間變化。每個(gè)出 口 510、512依據(jù)流體速率選擇性地收集已分離的顆粒。在通道#1(506)和#2 (508)中分別 以低流體速率和高流體速率收集顆粒。因此，螺旋分離器將流動(dòng)通過的水分離成至少兩股 水流，第一水流中至少一些顆粒(例如，絮凝物)被除去，而第二水流中包括濃縮量的顆粒 (例如，絮凝物)。通道502、506和508可采用多種形式形成，例如，使用激光切割機(jī)將丙烯酸類片材 600、602和604(厚度3/16”和1/16”)切割成所需的尺寸。隨后在片材604中切割通道。 在一個(gè)形式中，片材600和602從上到下覆蓋，且提供了入口 504和出口 510、512的孔。雖 然未圖示，但是兩片500 μ m厚的有機(jī)硅片材在三層丙烯酸類層之間的兩個(gè)界面處可形成 流體密封。值得注意的是，目前描述的實(shí)施方案提供了以多種形式進(jìn)行顆粒分離。例如，根據(jù) 流動(dòng)速率，可通過離心力或通過通道的流體流動(dòng)產(chǎn)生的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)顆粒分離。關(guān)于這一點(diǎn)， 由兩種不同的入口流動(dòng)速率產(chǎn)生不同的結(jié)果。在任一種情況下，發(fā)生顆粒分離。參考圖7，描述了對(duì)于中性漂浮顆粒的第二種顆粒分離實(shí)施方案。該圖涉及流體動(dòng) 力學(xué)分離的描述，其中在彎曲通道結(jié)構(gòu)中的純流體流動(dòng)產(chǎn)生作為廢液流的管狀帶的所需的 遷移、集中和分離(diversion)。更具體地，在圖7中，在彎曲通道650 (例如螺旋的彎曲部分)中顆粒652流動(dòng)通 過。如圖所示，例示了由各種力產(chǎn)生的在通道中的不對(duì)稱的管狀收縮效應(yīng)。這些力包括來(lái) 自內(nèi)壁的升力Fw、Saffman力Fs、Magnus力Fm和離心力F。f。應(yīng)理解的是，由于通道的曲率 半徑產(chǎn)生離心力F。f。關(guān)于這一點(diǎn)，該增加的離心力Frf包括緩慢的二級(jí)流動(dòng)或迪恩渦流流 動(dòng)(如虛線箭頭所示)，其擾亂了規(guī)則的管狀收縮效應(yīng)的對(duì)稱性。顆粒在等流速線(如虛線 橢圓形所示)的內(nèi)平衡中濃縮。因此，雖然第一種顆粒分離實(shí)施方案需要密度差來(lái)以使離心力將懸浮的顆粒相對(duì) 于流體移動(dòng)，該實(shí)施方案移動(dòng)流體顆粒，這在中性漂浮懸浮物上產(chǎn)生粘滯阻力，該粘滯阻力 引起顆粒遷移至新的位置，在該新的位置上，力平衡將它們定位以形成管狀帶。已知在直通 道中的流體剪切產(chǎn)生側(cè)向力，該側(cè)向力引起顆粒慣性遷移。Segr6和Silberberg通過實(shí)驗(yàn) 說(shuō)明在直通道中的管狀收縮效應(yīng)，其中，中性漂浮顆粒遷移以形成0. 6D寬的對(duì)稱帶，其中D 為通道直徑。在二次方程式Poiseuille流動(dòng)中，三種貢獻(xiàn)說(shuō)明了剛性球的側(cè)向遷移。壁升 力Fw用于排斥由于潤(rùn)滑來(lái)自壁的顆粒，第二個(gè)貢獻(xiàn)是由剪切滑動(dòng)產(chǎn)生的朝向壁的Saffman 慣性升力，F(xiàn)s = 6. 46 η VaRe172其中η、V、a和R6分別為流體粘度、平均通道速率、顆粒半徑和如下給出的通道雷 諾數(shù)Re= P VD/ η其中ρ和D為流體密度和通道的水力直徑。第三個(gè)貢獻(xiàn)是由朝向壁的顆粒旋轉(zhuǎn)生產(chǎn)的Magnus力， 其中G為由Δν/r給出的角速率，且ΔΥ為橫跨顆粒的速率差。在接近壁處Fw占 優(yōu)勢(shì)并且達(dá)成與Fs和Fm的組合作用的平衡，以限制帶中的顆粒。Segr6和Silberberg開 發(fā)了一種簡(jiǎn)化的長(zhǎng)度參數(shù)來(lái)以簡(jiǎn)單的形式衡量在直通道內(nèi)的管狀收縮效應(yīng)， 其中1為實(shí)際通道長(zhǎng)度，d為通道水力半徑。在曲線通道幾何形狀中，離心力改變 對(duì)稱的管狀收縮效應(yīng)。來(lái)自該力的流體慣性引起二級(jí)橫向流動(dòng)或迪恩渦流，迪恩渦流為雙 再循環(huán)，迪恩數(shù)衡量該再循環(huán)的強(qiáng)度 其中R為通道的曲率半徑。斷面中間(mid-elevation)的顆粒通過迪恩渦流橫向 向外遷移，受壁升力排斥，并沿著頂壁和底壁朝向內(nèi)側(cè)壁繼續(xù)循環(huán)返回(loop back)。與迪 恩渦流的粘滯阻力相比，組合的SafTman力和Magnus力較大，使得顆粒被位于相鄰的且更 接近一側(cè)壁的最小力捕獲。在低流動(dòng)速率下，帶更接近內(nèi)側(cè)壁。在高流動(dòng)速率下，帶移動(dòng)至 與外側(cè)壁相鄰的位置。因此，明顯的是，與以下至少一種相關(guān)形成管狀帶流體粘度、平均通道速率、顆粒 半徑、流體密度、通道的水力直徑、角速率和橫跨顆粒的速率差。此外，如上所述，該創(chuàng)新的 一方面為根據(jù)螺旋通道的曲率半徑來(lái)控制管狀帶偏移通道中心。因此，系統(tǒng)的配置和操作 取決于預(yù)期的各種因素，例如，通過以下通用表述 這些因素或參數(shù)高度成比例，且隨著從小規(guī)模設(shè)備到大規(guī)模設(shè)備的應(yīng)用而變。再參照?qǐng)D1，在螺旋分離器110之后插入任選的過濾器112，以確保避免異常操作 條件和/或進(jìn)料水品質(zhì)變化?？墒褂镁哂羞m當(dāng)篩網(wǎng)等級(jí)的過濾器以滿足所需標(biāo)準(zhǔn)。在正常 操作過程中，過濾器僅需要偶爾的反向沖洗。如前所述，將除去絮凝物的水102提供給UV滅菌系統(tǒng)114。應(yīng)理解的是，存在許多 UV系統(tǒng)，且可用作UV滅菌系統(tǒng)114。例如，圖8提供了可用作圖1的UV系統(tǒng)114的紫外水 消毒系統(tǒng)的透視圖。圖8的UV系統(tǒng)114包含水處理室700，該水處理室具有入口端702，該 入口端包括連接有用于將水遞送至處理室700的合適的管或?qū)Ч?06的入口開孔704。室 700還包含出口端708，該出口端具有連接有合適的管或?qū)Ч?12的出口開孔710，通過該出 口開孔將經(jīng)處理的水排放。處理室700還包含通過合適的鉸鏈716鉸接安裝的蓋714。蓋 714的內(nèi)表面優(yōu)選為反射性材料，用于將紫外輻射向下反射回待處理的水中。UV系統(tǒng)114還包含架718用于支撐平行間隔排列的多個(gè)管型紫外燈720。優(yōu)選架718由長(zhǎng)時(shí)間與水接觸不會(huì)產(chǎn)生不利影響的材料組成。此外，設(shè)計(jì)架718為 可從室700的蓋714移除地懸浮，使得當(dāng)蓋714關(guān)閉時(shí)其停留在室700的底表面，但是當(dāng)將蓋714升起時(shí)其從室700升起。用于為UV燈720提供動(dòng)力的具有金屬線722的合適的動(dòng) 力供應(yīng)配備有自動(dòng)電源開關(guān)724，優(yōu)選該電源開關(guān)固定于處理室700的外側(cè)，使得當(dāng)蓋714 打開時(shí)，為系統(tǒng)提供的電源自動(dòng)關(guān)閉。使用所示和描述的支撐架718的配置，當(dāng)蓋714在樞軸上轉(zhuǎn)動(dòng)至打開的位置時(shí)，排 列的UV管從處理室700升起。這樣可容易清潔安置UV燈720的保護(hù)性管726和更換UV燈 720。此外，使用該配置，通過處理室700的所有水必須通過排列的UV燈，在燈周圍和燈之 間流動(dòng)，以提供水對(duì)UV輻射的足夠的暴露時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)水的消毒。無(wú)論處理室700中水的 深度如何，所有的水通過燈720的陣列，當(dāng)液體高度升高時(shí)，每個(gè)燈的更多部分被浸沒。此 外，基于UV燈的成角度的定向，在系統(tǒng)的操作過程中UV燈為濕/干定向。其中燈的一部分 被浸沒。而另一部分未被浸沒。未浸沒的部分在整個(gè)箱子中穿過空氣發(fā)射UV輻射，且這些 射線通過蓋714內(nèi)側(cè)的反射性表面向下反射回水中。來(lái)自多個(gè)公司的可用于本申請(qǐng)的其他UV滅菌系統(tǒng)包括得自加利福尼亞Irvine的 WaterHealth International Inc.禾口力口利福尼亞紐波特海灘的United Industries Group Inc.，等等的UV供水系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)100的滅菌工序可通過使用其他滅菌技術(shù)來(lái)完成，例 如通過使用不同的輻照技術(shù)。此外，如前所述，可使用高級(jí)氧化技術(shù)，該技術(shù)使用光催化材 料(例如，但不限于，TiO2)作為螺旋分離器110內(nèi)側(cè)的表面涂層和/或作為納米顆粒在源 水中的分散體。參考圖9，例示了根據(jù)本申請(qǐng)的更詳細(xì)的水處理系統(tǒng)800。系統(tǒng)800包括太陽(yáng)能(PV)動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)120，該系統(tǒng)將日光轉(zhuǎn)化為電，這些電 進(jìn)一步儲(chǔ)存于蓄電池802中。太陽(yáng)能動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)120由多個(gè)單獨(dú)的太陽(yáng)能板(例如 120a-120n)組成，這些太陽(yáng)能板以適當(dāng)?shù)呐渲门帕?，例如平行?或串聯(lián)布置，以提供運(yùn)行 系統(tǒng)800所需的能量。在一個(gè)可選的實(shí)施方案中，包括可手動(dòng)操作的發(fā)電機(jī)或直流發(fā)電機(jī) 804，以在不能獲得日光用于轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力，提供電力控制器806可操作地連接至蓄電池 802，以控制提供給圖9的集成式水處理系統(tǒng)800的各單元的能量。在操作系統(tǒng)800中，其經(jīng)由使用輸入泵系統(tǒng)808在合適的入口(代表性地例示) 從輸入水源接受源水102，該輸入泵系統(tǒng)由控制器806提供動(dòng)力，也就是說(shuō)，在一種形式中， 源水102流動(dòng)通過篩網(wǎng)過濾器104。應(yīng)理解的是，設(shè)計(jì)篩網(wǎng)過濾器104以從輸入水中過濾出 相對(duì)較大的顆粒。關(guān)于這一點(diǎn)，過濾器104可由2mm-5mm篩網(wǎng)材料形成，但是也可使用其他 尺寸的過濾器。將已通過過濾器104的水102提供給前面討論的電凝聚系統(tǒng)106。如在該附圖中 所示的，也通過控制器806為電凝聚系統(tǒng)提供動(dòng)力。來(lái)自電凝聚系統(tǒng)106的水輸出隨后通 向陳化緩沖儲(chǔ)罐108。將來(lái)自緩沖儲(chǔ)罐108的輸出通向含有水(或流出液)輸出510的螺旋分離器 110(參見圖5)。在UV滅菌系統(tǒng)114之前，輸出510將已與絮凝物分離的水流導(dǎo)向任選的 過濾機(jī)構(gòu)112。UV滅菌系統(tǒng)114的輸出通常包含經(jīng)處理的可飲用水118。螺旋分離器110具有第二輸出512 (圖5)，由該第二輸出通過廢水?？刹捎眠m當(dāng)?shù)?方式處理廢水。關(guān)注本實(shí)施方案中的UV滅菌系統(tǒng)114，由圖9可見，與系統(tǒng)800的其他單元一樣， 經(jīng)由控制器806對(duì)該單元通電。UV滅菌系統(tǒng)114進(jìn)一步設(shè)置有與自動(dòng)電源開關(guān)724連接的安全開關(guān)820。在該設(shè)計(jì)中，安全開關(guān)820探測(cè)UV管720的故障，并將該信息傳輸給控制器 806。隨后控制器806關(guān)閉系統(tǒng)800的操作以確保不適當(dāng)加工的廢水不會(huì)作為清潔的飲用 水輸送給使用者。應(yīng)理解的是，安全開關(guān)820作為一個(gè)實(shí)例給出，且其他安全機(jī)構(gòu)也可與系 統(tǒng)800的其他單元關(guān)聯(lián)，從而例如但不限于適當(dāng)?shù)夭僮麟娔巯到y(tǒng)和螺旋分離器，等等。系統(tǒng)800還顯示使用減壓閥822、824、826以確保系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)乃畨?。?yīng)理解的是，過濾器設(shè)施104和112各自可包含在單個(gè)過濾器階段或多個(gè)過濾器 階段，且在一些實(shí)施方案中，各自可替換和/或可選擇地能被除去、清潔和再利用。已描述了圖9的系統(tǒng)，結(jié)合圖1的更一般性的描述以及圖2-7的詳述，應(yīng)理解的 是，在一些實(shí)施方案中，將根據(jù)本文所述的構(gòu)思和教導(dǎo)開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成服務(wù)于500-1，500 人的社區(qū)，這樣的社區(qū)需要約35-75gpd(即，加侖/天)/人，且系統(tǒng)(100或800)的水處理 速率為100Lpm(即，升/分鐘)。比起現(xiàn)有的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括占地面積小、有 效利用材料以及較低的能量利用。例如，通過使用電凝聚系統(tǒng)，避免了化學(xué)凝聚的成本和廢 物。具體地講，將電凝聚的各方面與常規(guī)化學(xué)凝聚相比，明白電凝聚所在比常規(guī)化學(xué)凝聚低 得多的成本下操作和維修的。電極緊湊，且僅在需要時(shí)更換，另一方面，在常規(guī)化學(xué)凝聚中， 通常僅5. 0% -7. 0%的加入到廢液流中的凝聚化學(xué)物在實(shí)際上用于凝聚工序。剩余百分比 的材料被浪費(fèi)并可能返回至環(huán)境中。使用常規(guī)化學(xué)凝聚時(shí)還常見的是，系統(tǒng)可能過量使用 化學(xué)凝結(jié)劑，在將水排放回水供應(yīng)之前需要清潔，而在電凝聚中僅僅是所需要的電極材料 通過電化學(xué)工藝溶解。下表1示例常規(guī)化學(xué)凝聚與電凝聚之間的能量和成本比較 本申請(qǐng)的集成式系統(tǒng)的其他有益方面為使用螺旋分離設(shè)備。該裝置需要低操作動(dòng) 力，且具有低壓力消耗特性，其可用于電柵極(electrical grip)應(yīng)用所用的緊湊的集成式 系統(tǒng)。例如，在如本申請(qǐng)所述的系統(tǒng)(即，對(duì)于IOOLpm螺旋裝置)中，螺旋分離設(shè)備需要ΔΡ = 2psi功率=20W其中動(dòng)力為通過螺旋分離設(shè)備的摩擦損耗；Q = 100L/min其中Q為流動(dòng)速率。常規(guī)水處理系統(tǒng)包括凝聚、絮凝和沉淀的序貫步驟；需要加工時(shí)間長(zhǎng)(數(shù)小時(shí))和 大土地空間。本發(fā)明用螺旋分離代替沉積步驟，使得分布式(和移動(dòng)的)水處理系統(tǒng)所需 的占地面積更小。快速工序(從數(shù)小時(shí)降至數(shù)分鐘)、降低的化學(xué)用量(50% )和低功率需 要均促成可快速部署的小占地面積裝置的構(gòu)思。本系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)在于UV滅菌系統(tǒng)的實(shí)施。這種小規(guī)模工作的緊湊紫外水消毒 系統(tǒng)是能量高效的，且提供了低維護(hù)設(shè)計(jì)。使用相當(dāng)于60瓦燈泡的典型的小規(guī)模滅菌裝置 以低至4分/噸待處理水的低成本運(yùn)行，當(dāng)處理速率為15升/分鐘時(shí)，其足以用于設(shè)計(jì)為 向500-1，500人供應(yīng)水的水處理系統(tǒng)。UV系統(tǒng)中的適當(dāng)劑量取決于待滅菌的物質(zhì)。但是，已知為了殺滅細(xì)菌和病 毒，系統(tǒng)將施用2，000-8, 000 :ff-s/cm2,而為了殺滅賈第鞭毛蟲(Giarida)、隱孢子蟲 (Cryptosporidium)等，系統(tǒng)將施用60，000-80，000 :W_s/cm2。還應(yīng)理解的是，這種滅菌裝 置使用比傳統(tǒng)的煮沸技術(shù)少6，000倍的能量。還已知，UV光(240-280nm)使微生物的DNA去活化。因此，微生物不能復(fù)制且很 快死亡。且對(duì)水的味道或氣味沒有影響，且許多次處理僅需12秒的時(shí)間。關(guān)注本水處理系統(tǒng)的太陽(yáng)能因素，符合在本申請(qǐng)中所述的參數(shù)的設(shè)備(例如 IOLpm系統(tǒng))可需要多達(dá)50kWH的太陽(yáng)能。且已知對(duì)于250W/m2太陽(yáng)能板10小時(shí)太陽(yáng)能收集和能量?jī)?chǔ)存需要50，000/10/250 20m2太陽(yáng)能板，其中，50，000為在24小時(shí)期間需要的總電力；10為太陽(yáng)能收集的小時(shí)數(shù)，250為1平方米太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能；且20m2為需要的太陽(yáng)能板的總面積。那么用(Al電極)為電凝聚系統(tǒng)提供動(dòng)力，所需的動(dòng)力大致為37. 89 X 0. 024 X 24 = 22KWH,其中，37. 89為每天加工1000加侖的倍數(shù)；0. 024為加工1000加侖所需的動(dòng)力；且24為操作的24小時(shí)時(shí)間。對(duì)于螺旋分離器的運(yùn)行，需要的動(dòng)力大致為1HP(20W+壓頭損失) 74X24 = 18KWH,其中，20W為通過分離器的摩擦損耗；壓頭損失為通過管線的壓力損失和摩擦損失；746為每個(gè)HP的瓦特?cái)?shù)；且24為運(yùn)行的24小時(shí)時(shí)間。
對(duì)于UV系統(tǒng)的操作，需要的動(dòng)力大致為60WX (100/15) X24 = 9. 6KWH,其中100為流動(dòng)速率，單位升/分鐘；15為UV供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流動(dòng)速率，單位升/分鐘；且24為操作的24小時(shí)時(shí)間。參考圖10，例示了本申請(qǐng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)的其他實(shí)施方案。如上所述， 常規(guī)化學(xué)凝聚工序具有某些缺點(diǎn)，所述缺點(diǎn)妨礙其在小集成式水處理系統(tǒng)中的實(shí)施。但是， 圖10描述了集成式占地面積小的水處理系統(tǒng)900，其包括在線化學(xué)凝聚和絮凝，用于在螺 旋混合器810的螺旋通道內(nèi)產(chǎn)生聚集的絮凝物顆粒。除了流體剪切以外，螺旋通道較狹窄 的范圍(confine)使得能夠有效擴(kuò)散活性物質(zhì)，因?yàn)閿U(kuò)散長(zhǎng)度大約為通道寬度。而常規(guī)水 處理系統(tǒng)使用較大的凝聚池和絮凝池，這樣延長(zhǎng)了聚集時(shí)間。由于該有限的擴(kuò)散長(zhǎng)度，絮凝 物顆粒的通道內(nèi)聚集至少部分是可能的。本實(shí)施方案還提供了進(jìn)行尺寸限制功能的定制的 剪切速率，以形成致密的均勻尺寸的聚集的絮凝物顆粒。這些均勻尺寸的聚集的絮凝物顆 ?？稍诰彌_儲(chǔ)罐中快速聚集以進(jìn)行分離，而無(wú)需下游沉積。概念性實(shí)驗(yàn)的證據(jù)表明，所述的 更有效的混合和分離可使凝結(jié)劑劑量降低50%而達(dá)到與需要延長(zhǎng)的沉積的常規(guī)系統(tǒng)相同 的濁度降低能力。此外，螺旋混合器810還可作為螺旋混合器-調(diào)理器運(yùn)行，其中在等于或 大于臨界迪恩數(shù)(等于或大于150)下運(yùn)行的管圈通道內(nèi)進(jìn)行混合，且在低于臨界迪恩數(shù)下 操作的管圈通道內(nèi)進(jìn)行聚集調(diào)理。在示例性系統(tǒng)900中，在合適的入口接受輸入源水102，在一種形式中，該合適的 入口為篩網(wǎng)過濾器104，應(yīng)理解的是，設(shè)計(jì)篩網(wǎng)過濾器104以從輸入源水中過濾出較大顆 粒。關(guān)于這一點(diǎn)，過濾器104可由2mm-5mm篩網(wǎng)材料形成。在通過篩網(wǎng)過濾器104過濾以 后，以堿的形式將堿性在線加入到輸入源水中，以在整個(gè)工序中調(diào)節(jié)PH?？墒褂萌魏魏线m的 堿。在加入堿性堿之后、在螺旋混合器810中混合之前，將凝結(jié)劑加入到輸入水中。使用任 何合適的凝結(jié)劑。螺旋混合器810接受經(jīng)堿性處理的輸入源水和凝結(jié)劑。示于圖10的螺旋混合器 用于雙重目的。首先，其提供了快速混合功能，其中進(jìn)入的源水在入口處具有一定的角度， 當(dāng)源水撞擊螺旋混合器810的較低的螺旋通道壁時(shí)，引起無(wú)序混合。其次，將常規(guī)剪切設(shè)計(jì) 入通道內(nèi)的流體流動(dòng)速率，以達(dá)到限制疏松絮凝物生長(zhǎng)的剪切速率。所得到的絮凝物顆粒 致密且均勻，具有5-10 μ m的狹窄的尺寸范圍。這些致密的均勻尺寸的絮凝物顆粒確保快 速聚集。螺旋混合器810具有連接至緩沖儲(chǔ)罐108的輸出。將源水在緩沖儲(chǔ)罐中保持確定 的緩沖時(shí)間(例如，在一些情況下，為約4分鐘)，使得在螺旋混合器810與螺旋分離器110 之間流體阻抗匹配。緩沖儲(chǔ)罐108的輸出連接至具有流出液輸出510的螺旋分離器110。 流出液輸出510將從輸入到螺旋分離器的源水分離出的流出液導(dǎo)入過濾機(jī)構(gòu)112。過濾機(jī) 構(gòu)112的輸出通常包含經(jīng)處理的水，可將該經(jīng)處理的水進(jìn)一步加入到UV滅菌114中。螺旋 分離器110具有第二輸出管線512，其中廢水移動(dòng)。可采用適當(dāng)?shù)姆绞教幚韽U水。螺旋混合器810可采用多種形式，包括在2007年11月7日提交的題為“Device and Method for Dynamic Processing in WaterPurification (在水純化中用于動(dòng)態(tài)力口工 的裝置和方法)”的美國(guó)專利第11/936，753號(hào)等等中所述的。關(guān)于這一點(diǎn)，螺旋混合器可采 用具有一些次要的和/或功能的改變的基本上類似于螺旋分離器的外形。此外，撞擊的角 度為約90度，其中，對(duì)于螺旋混合器而言，調(diào)整所接受的流體以在通道中產(chǎn)生足夠的湍流，使得源水(如上所述)的顆?；旌隙皇欠蛛x。同樣，如上所述，由于剪切力的作用，在混 合狀態(tài)中控制絮凝物的生長(zhǎng)。應(yīng)理解的是，在某些情況下，本申請(qǐng)的設(shè)備和系統(tǒng)(例如電凝 聚裝置、太陽(yáng)能板和/或滅菌裝置)可由制造商獲得作為成品設(shè)備。應(yīng)理解的是，為了構(gòu)建 本申請(qǐng)的成本高效的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)，可將這些成品系統(tǒng)集成到本水處理系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括經(jīng)過濾的輸入，其用于接受和處理水；凝聚系統(tǒng)，其可操作地連接至所述經(jīng)過濾的輸入，其中使用凝聚系統(tǒng)通過凝聚工序加工經(jīng)過濾的水，以在所述水中產(chǎn)生針絮凝物懸浮物；陳化緩沖儲(chǔ)罐，其可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)，其中所述針絮凝物在水中聚集成較大尺寸；螺旋分離器，其可操作地連接至所述陳化緩沖儲(chǔ)罐，其中將水分離成兩股水流，第一水流中大多數(shù)絮凝物被除去，而第二水流中包括濃縮量的絮凝物；滅菌系統(tǒng)，其可操作地連接至所述螺旋分離器，且被設(shè)置為接受所述第一水流并對(duì)所述第一水流實(shí)施滅菌操作；輸出，其用于將來(lái)自所述滅菌系統(tǒng)的水輸出作為可飲用水；和動(dòng)力供應(yīng)，其用于為所述獨(dú)立的集成式水處理系統(tǒng)提供所需的所有動(dòng)力。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)、所述陳化緩沖 儲(chǔ)罐、所述螺旋分離器和所述滅菌系統(tǒng)中的至少一個(gè)的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，所述動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng) 為太陽(yáng)能供應(yīng)系統(tǒng)或風(fēng)力渦輪系統(tǒng)中的一種。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作地連接至所述凝聚系統(tǒng)和所述陳化緩沖 儲(chǔ)罐的螺旋混合器，其中將來(lái)自所述凝聚系統(tǒng)的水提供給所述螺旋混合器，并將來(lái)自所述 螺旋混合器的水提供給所述陳化緩沖儲(chǔ)罐。
全文摘要
本發(fā)明提供用于分布式水供應(yīng)的獨(dú)立集成式水處理系統(tǒng)。過濾器輸入接受待處理的水。凝聚系統(tǒng)可操作地連接至過濾器輸入，其中將經(jīng)過濾的水通過凝聚系統(tǒng)進(jìn)行凝聚工序，從而由在水中的懸浮物產(chǎn)生針絮凝物。陳化緩沖儲(chǔ)罐可操作地連接至凝聚系統(tǒng)，其中絮凝物在水中聚集成較大尺寸。螺旋分離器可操作地連接至陳化緩沖儲(chǔ)罐，且將水分成兩股水流，第一水流中大多數(shù)絮凝物被除去，而第二水流中包括濃縮量的絮凝物。任選的過濾系統(tǒng)可操作地連接至螺旋分離器且設(shè)置為接受第一水流并對(duì)第一水流進(jìn)行過濾操作。滅菌系統(tǒng)可操作地連接至任選的過濾系統(tǒng)且設(shè)置為對(duì)所述第一水流進(jìn)行滅菌操作。隨后由滅菌系統(tǒng)將水輸出作為可飲用水。
文檔編號(hào)C02F9/04GK101921027SQ20101020851
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者A·R·富爾克爾, M·H·利恩, N·帕雷克, S·A·埃爾羅德 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司