發(fā)布時(shí)間：2018-5-30 20:43:35  中國污水處理工程網(wǎng)

　　申請(qǐng)日2010.06.11

　　公開(公告)日2010.12.22

　　IPC分類號(hào)C02F9/04

　　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。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　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，其中將來自所述凝聚系統(tǒng)的水提供給所述螺旋混合器，并將來自所述螺旋混合器的水提供給所述陳化緩沖儲(chǔ)罐。

　　說明書

　　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)

　　發(fā)明背景

　　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)備的說明;

　　圖6為圖5的流體分離設(shè)備的另一說明;

　　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)。

　　(11).上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來自太陽能動(dòng)力供應(yīng)。

　　(12).上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來自風(fēng)力渦輪。

　　(13).上述(1)的系統(tǒng)，其中用于運(yùn)行所述系統(tǒng)的所有動(dòng)力來自水力發(fā)電動(dòng)力供應(yīng)。

　　(14).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，其中將來自所述凝聚系統(tǒng)的水提供給所述螺旋混合器，并將來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)來供應(yīng)。

　　圖1說明根據(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。可選擇過濾器以滿足美國環(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�分離器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�；蛘�，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�成另外的高級(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。或者，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)存由太陽能系統(tǒng)120產(chǎn)生的電。隨后，例如當(dāng)太陽能系統(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，雖然例示了太陽能系統(tǒng)120作為圖1中的動(dòng)力來源，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�直接提供�?dòng)力。在該實(shí)施方案中，因此不必完全依賴太陽。指示符120表示的動(dòng)力的其他來源包括風(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。

　　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自水性液流的其他無機(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)罐中絮凝物生長的一個(gè)討論描述于美國專利第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，用于絮凝物分離。

　　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年11月20日提交的題為“Particle Separation and Concentration System(顆粒分離和濃縮系統(tǒng))”的美國專利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 NeutrallyBuoyant Particles(用于分離中性漂浮顆粒的流體裝置和方法)”的美國專利序列號(hào)11/936,729;和2007年11月7日提交的題為“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

　　p=壓力

　　Fcf=顆粒上的離心力

　　FΔp=由于壓差引起的力

　　Fvd=由于粘滯阻力引起的力

　　R=通道的曲率半徑

　　η=流體的動(dòng)態(tài)粘度

　　m=顆粒的質(zhì)量

　　r=假定為球形的顆粒的半徑

　　ρ=流體的密度

　　作用于顆粒上的離心力(∝r3)、橫向壓力驅(qū)動(dòng)(∝r2)和粘滯阻力(∝r)的表述可如下表示：

　　$F_{\mathrm{cf}}=\frac{m{V}_{\theta }^2}{R}=\rho \frac{4}{3}\pi r^3\frac{V_{\theta }^2}{R}$

　　FΔp=pπr2

　　Fvd=6πηrVr

　　如果Fcf>FΔp或

　　則顆粒將向外移動(dòng)，

　　即

　　$r>\frac{p}{\rho }\frac{R}{V_{\theta }^2}\frac{3}{4}.$

　　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

　　的顆粒將向內(nèi)移動(dòng)。

　　在顆粒穿過流動(dòng)通道遷移(橫向)之前，移動(dòng)距離取決于Fvd和FΔp的相對(duì)量級(jí)。

　　還由于FΔp∝r2且Fvd ∝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：

　　Vθ=V0(r-r1)(r2-r)

　　且r1和r2分別為內(nèi)半徑和外半徑。徑向壓降p如下：

　　$p={\∫}_1^2\frac{\rho V_{\theta }^2}{R}\mathrm{dr}=V_0^2\frac{\rho }{R}[\frac{r^5}{5}-\frac{(r_1+r_2)r^4}{2}+\frac{r_1^2+4r_1{r}_2+r_2^2)r^3}{3}-r_1{r}_2(r_1+r_2)r^2+r_1^2{r}_2^{2}r]$

　　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r1開始并增加到到r2。向內(nèi)的壓力場(chǎng)(來自外壁)明顯。

　　設(shè)計(jì)通道所需的通道的流動(dòng)長度以滿足對(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：

　　$m\frac{d{V}_r}{\mathrm{dt}}=\frac{m{V}_{\theta }^2}{R}-\mathrm{p\pi }{a}^2-6\mathrm{\pi \eta a}{V}_r=(\alpha -\beta V_r)m$

　　其中

　　$\alpha =\frac{V_{\theta }^2}{R}-\frac{\mathrm{p\pi }{a}^2}{m}$

　　$\beta =\frac{6\mathrm{\pi \eta a}}{m}.$

　　運(yùn)動(dòng)方程式的解是徑向速率：

　　$V_r=\frac{\alpha }{\beta }(1-e^{-\mathrm{\beta t}})$

　　其中加速時(shí)間-常數(shù)τ如下：

　　$\tau =\frac{1}{\beta }=\frac{m}{6\mathrm{\pi \eta a}}$

　　且最終速率

　　$V_{\infty }=\frac{\alpha }{\beta }.$

　　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)間來考慮過渡時(shí)間：

　　${\tau }_s=\frac{h}{V_y}$

　　其中h為通道高度，且Vy如下給出：

　　且γ為如下給出的浮力術(shù)語：

　　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。采用這種方式，在一個(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∝1/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、512。

　　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500μm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)。這些力包括來自內(nèi)壁的升力FW、Saffman力FS、Magnus力Fm和離心力Fcf。應(yīng)理解的是，由于通道的曲率半徑產(chǎn)生離心力Fcf。關(guān)于這一點(diǎn)，該增加的離心力Fcf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。Segré和Silberberg通過實(shí)驗(yàn)說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)說明了剛性球的側(cè)向遷移。壁升力Fw用于排斥由于潤滑來自壁的顆粒，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，

　　Fs=6.46ηVaRe1/2

　　其中η、V、a和Re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=ρVD/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，

　　$F_m=\pi a^3\rho \stackrel{\→}{\Omega }\times \stackrel{\→}{V}$

　　其中為由ΔV/r給出的角速率，且ΔV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。Segré和Silberberg開發(fā)了一種簡化的長度參數(shù)來以簡單的形式衡量在直通道內(nèi)的管狀收縮效應(yīng)，

　　$L=\left(\frac{\mathrm{\rho Vl}}{\eta }\right){\left(\frac{a}{d}\right)}^3$

　　其中l(wèi)為實(shí)際通道長度，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：

　　De=2(d/R)1/2Re

　　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Saffman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

　　$L=\left(\frac{\mathrm{\rho Vl}}{\eta }\right){\left(\frac{a}{d}\right)}^3.$

　　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.和加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11O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。太陽能動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)120由多個(gè)單獨(dú)的太陽能板(例如120a-120n)組成，這些太陽能板以適當(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，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)姆绞教幚韽U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�聚系統(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)乃畨骸?/P>

　　應(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100Lpm螺旋裝置)中，螺旋分離設(shè)備需要：

　　ΔP=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(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�？焖俟ば�(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：W-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)的太陽能因素，符合在本申請(qǐng)中所述的參數(shù)的設(shè)備(例如10Lpm系統(tǒng))可需要多達(dá)50kWH的太陽能。且已知：

　　對(duì)于250W/m2太陽能板

　　10小時(shí)太陽能收集和能量儲(chǔ)存需要50,000/10/250～20m2太陽

　　能板，

　　其中，50,000為在24小時(shí)期間需要的總電力;10為太陽能

　　收集的小時(shí)數(shù)，250為1平方米太陽能板產(chǎn)生的電能;且20m2

　　為需要的太陽能板的總面積。

　　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：

　　37.89×0.024×24=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)～74×24=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：

　　60W×(100/15)×24=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，這樣延長了聚集時(shí)間。由于該有限的擴(kuò)散長度，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的剪切速率。所得到的絮凝物顆粒致密且均勻，具有5-10μm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)�？刹捎眠m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)加工的裝置和方法)”的美國專利第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�不是分離。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。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。