CN101801536A - 水治理和生物固体收集系统以及相关方法 - Google Patents

Abstract

提供用于治理水体并从该水体收集悬浮溶解固体的系统和方法。该系统包括可定位在水体中或该水体附近的防水衬垫。该衬垫和凹部限定处理容器，该处理容器包括处理部、用于容纳处理后的水的出口部以及该处理部和出口部之间的流出坝。将待处理的水从水体运送至处理部。将捕集元素输送至运送水中并混合至该运送水中，所述捕集元素用于捕获所述运送水中的悬浮溶解固体并实现捕获的固体与从其净化水之间的分离。可将所述捕获的固体从处理盆移除，并且净化水可通过流出坝中的通道运动至所述出口部。

Description

水治理和生物固体收集系统以及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年7月31日提交的临时申请序列号No.60/952,965的优先权。

技术领域

本发明涉及用于水治理和生物固体收集的系统和方法，更具体地涉及利用固体捕集治理水并收集水性固体的系统和方法。

背景技术

溶气气浮(DAF)是一种液体处理技术，其利用微泡气浮使工业处理水、城市废水和/或湖水之类的水溶液中的悬浮固体上升并将其去除。

本领域公知的DAF系统由钢箱体或混凝土箱体构成。大型地上液体容器(liquid above-ground vessel)需要结构钢板及背加强筋，从而防止箱体壁在满负荷操作时在静压加载期间变形。钢容器还需要底脚，从而以适当承载能力将负载传递至土壤。通常利用314和316不锈钢之类的惰性材料或者稀有环氧涂层系统延缓腐蚀。

浅湖中的风混合致使松散的非光合沉积材料暂时上升至透光区。该富含营养的反应性沉积物往往供养受损(过营养)湖的透光区中的藻类而引起藻类长期过量繁殖，这在某些情况下甚至可从空中看到(例如，轨道航天飞机可将佛罗里达的过营养阿勃卡湖与其它湖区分开)。水治理的一种手段是移除或收获悬浮固体(SS)以及与其结合的营养物。

悬浮固体移除的传统方法利用大片(5,000-45,000英亩)淹没湿地过滤器，在这里静止状态致使悬浮固体沉降而形成土壤。随着土壤腐烂，大多数沉淀下来的营养物恢复成污染物，从而不太有效。若有毒蓝藻在湿地中沉淀下来，很多年都会对土壤和水中的野生生物有毒性。不过，这对于有大片土地可用的地方是一种优选治理方法。

治理水体的公知困难在于系统必须经常在土壤软而湿的地方操作，例如接近湖滨或在湖滨上。与提供挖掘、填充和土壤稳定相关的费用可能是高的惊人的，并且在认为应当改善的区域，结果很难看。因此，认为DAF系统不适于现场水体治理。此外，至少部分由于相同原因，在水体中利用DAF系统被认为是不切实际的。

现有技术公知的DAF系统为有效运行要求精确的平衡标准，例如流入率、凝聚剂输送参数以及淤泥和悬浮物移除。对于公知费用高昂的大型DAF系统，已有具有特定几何尺寸的小型化容器的趋势以优化过滤。

当前面临的其它问题是不断增长的费用和逐渐减少的燃料供应，以及由诸如藻类流径(floways)及其它水生植物系统之类的生物治理系统产生的生物量的处置。

因此，期望提供一种用于经济有效地治理水体而不会干扰水体和周围地区的审美要求的系统和方法。还期望提供一种用于处置收集的生物固体并用于从中生成燃料的系统和方法。

发明内容

本发明在第一方面中针对一种容器构造，与公知水治理和生物固体收集构造相比，其更具创造性并且成本相当低。本系统包括与先前公知系统的结构性差异，其中通过土壤、水体或其组合之类的现有支撑结构提供柔性伸缩性能。

本发明通过固体捕集过程(例如但理应不限于DAF)的创造性规模提高而移除悬浮溶解固体。尽管DAF系统不会使悬浮固体100％沉降，但是其隔离并处理所有由其移除的悬浮固体，阻止悬浮固体释放回地表水。与公知湿地技术相比，这使得每单位面积移除的营养物大幅增加。此外，有毒藻类之类的元素从生态系统安全移除，从而避免野生生物接触。

多位科学家--例如圣约翰河水管理局(SJRWMD)的团队--研制出DAF之类的固体移除系统用于应用于佛罗里达的阿勃卡湖之类的污染湖以及其它地表水，但是发现传统制造过程部件的规模对于湖规模应用所需的庞大流动来说太小并且在经济上不可行。本发明教导一种容器构造和使用，其包括精细形成轮廓的坑道、用于土壤的土工膜技术以及廉价的衬垫膜，以构建不需要基底或昂贵钢容器或混凝土容器的盆。不需要由容器的防潮部件抵抗风、重力、拉伸、弯曲以及来自液体的压缩负载，从而大大降低了构建巨型容器的成本。

提供一种用于治理水体并从该水体收集悬浮溶解固体的系统。该系统包括防水衬垫，该衬垫可定位在期望处理的水体中或该水体附近的凹部中。该衬垫和凹部限定处理容器的外边界，该处理容器包括具有用于接收待处理的水的入口的处理部、用于容纳处理后的水的出口部以及所述处理部和所述出口部之间的流出坝。所述流出坝延伸至高于水面的顶端，并横过所述容器延伸至抵靠该容器的相对侧面密封的侧缘。

设置用于将待处理的水从所述水体运送至所述处理部的装置，用于将捕集元素输送至所述运送水的装置，以及用于使所述捕集元素与所述运送水混合的装置。所述捕集元素用于捕获所述运送水中的悬浮溶解固体并实现捕获的固体与从其净化水之间的分离。还设置用于从所述处理盆移除所述捕获的固体的装置。所述净化水可通过所述流出坝中的通道运动至所述出口部中。

所述捕集元素可包括多种元素中的一种或多种，例如但不限于溶解气泡、凝聚剂和絮凝剂。

在一个实施方式中，所述容器包括定位在该容器的入口端附近的入流挡板。所述入流挡板在底端处从容器的底部延伸至在水线下方与该容器的顶缘隔开的顶端，并横过容器延伸至抵靠该容器的相对侧面密封的侧缘。所述入流挡板以及所述容器侧面的包含入口端的入口部借此限定入流盆。在一些实施方式中，不采用入流挡板。

所述容器还包括位于容器的出口端附近、位于容器底部附近并与容器的顶缘隔开的流出通道。所述通道为通常位于容器底部及容器底部附近的净化水离开容器提供路径，同时使漂浮材料保持位于容器中以从其移除。

在具体实施方式中，所述通道可由流出坝形成，该流出坝从与容器底部隔开的底端延伸到至少与容器顶缘一样高的顶端处，并横过容器延伸至抵靠容器的相对侧面密封的侧缘。流出坝和容器侧面的包含出口端的出口部借此限定流出盆。入流挡板(存在的话)和流出坝在其间限定处理盆；若不存在入流挡板，则入口端和流出坝限定处理盆。

在另一实施方式中，所述通道可由穿过容器出口端的孔形成，并且所述孔定位在容器底部附近并与水面隔开。

在再一实施方式中，所述通道可包括管路，所述管路具有与出口端相邻，与容器底部相邻并与水面隔开的入口。于是，泵可通过所述管路移除净化水。

进一步设置用于从处理盆中的水面移除气泡和捕获的悬浮固体的装置。清除了悬浮固体的净化水可通过流出通道移动至期望目的地，例如返回水体中。

在用于与漂浮容器一起使用的另一实施方式中，可不包含DAF系统，并且可采用诸如仅凝聚剂和/或絮凝剂或其组合的固体捕集装置。漂浮容器的入口将待处理的水引入处理区，其中将固体捕集装置添加至水中并混合。根据所用的捕集装置类型，捕集到的固体会漂浮或下沉。将移除了固体的水从容器引出，并且收集捕集到的固体并最终将其从容器移除。

从结合附图使用的以下说明将会更好地理解关于组织及操作方法表征本发明的特征以及本发明的其它目的和优点。应明确理解附图用于图示和说明之目的，并不意图作为本发明界限的定义。结合附图阅读以下说明，将会更充分地清楚由本发明获得的这些及其它目的以及提供的优点。

附图说明

图1是用于移除废水中的悬浮固体的示例性的溶气气浮装置的俯视平面图。

图2是图1的实施方式的侧剖视图。

图3是用于浸没在水体中的实施方式的侧剖视图。

图4是不具有单独的入流盆并包括用于将净化水引到处理盆外的管路的实施方式的侧剖视图。

图5和图6是一实施方式的俯视平面图和侧剖视图，其中利用悬坝在容器的出口部周围形成通道，并从流槽移除漂浮材料。

图7是用于与流动水一起使用的实施方式的俯视平面图。

图8是倾斜土墙的侧剖视图。

图9是斜土墙的侧剖视图。

图10是用于使收集的漂浮材料脱水的装置的侧剖视图。

图11和图12是用于治理水并收集捕集的固体的浮动平台或驳船的俯视平面图和侧剖视图。

图13和图14是浮动模块化水治理和捕集固体收集系统的俯视平面图和侧剖视图。

图15是图13和图14的用于收集沉降的捕集固体的系统的另选实施方式的侧剖视图。

具体实施方式

现将参照图1至图15提供对本发明优选实施方式的说明。

本发明的DAF容器10具有以下部件：流入区、浮选槽区、浮选收集区以及流出区。沉降固体降至底部，收集系统或底下排水管路定期将沉降固体移除。在优选实施方式10中，固体漂浮至表面并利用链板刮泥机或其它方法被移除到斜坡(也称为湖滩16)上。可根据多种变量利用浮选区一般每平方英尺0.5gpm至7gpm流动来设定过滤器的大小。优选的是最小深度为12英寸，并且深度可超过12英尺。

该浮选过程的重要因素在于仔细制作溶液中的空气微气泡。微气泡的产生可通过空气饱和箱体、液体高压泵以及系统中的空气压缩机实现，该空气压缩机允许微气泡水的清洁侧流17在一段时间内保持负压，从而当释放压力时，在供水管18中形成极小的微气泡，最终释放在DAF盆中并使悬浮固体上浮至表面以进行收集。根据具体应用，存在具有各种特性的多种微气泡发生器20。

微气泡在DAF系统10内的上升与气泡的大小有关。气泡越小，浮起的颗粒物质越小，上升速度越慢。示例性的期望上升速率为1ft/min，这可通过直径为10至20微米的气泡获得。

微小浓度的臭氧或其它凝聚手段或化学制剂通过改变小颗粒的表面电荷而使小颗粒集合到一起，从而使其形成可通过大气泡以更快的上升速率漂浮的大颗粒或“絮状物”。在轻柔混合水、凝聚剂和悬浮固体期间发生絮凝。这些变量有助于具有平衡体积/流动比的有效DAF过滤系统。

DAF系统由于其处理很高的固态物浓度--在1％至5％的范围内--的废流的能力而被公知。在大型湖泊或表面水系统中，这由于待脱水和处置的材料的优势而极其有利。

藻类由于表面电荷致使细胞相互排斥而极其难以脱水。进化选择已使浮游藻类适于具有水合作用优势。由于其表面电荷密度，其间保留的间质空间可保持水以在干燥条件下存活，在这种条件下拥挤会隔离并杀死紧密埋藏的细胞。

化学凝聚更改藻类细胞及其它悬浮固体表面的离子电荷，使得它们聚到一起而形成片。该聚集成的片具有可与引入至DAF入流的微气泡一起漂浮的充分尺寸。期望的微气泡尺寸范围为5微米至50微米，优选尺寸在10微米至20微米范围内。

臭氧预处理公知会大大提高化学凝聚效率，提高高达90％。臭氧制备离子电荷和电荷密度，使得小颗粒通过静电荷粘到一起。臭氧使悬浮固体摆脱难脱水状态并帮助悬浮固体固结，从而允许移除更多的水及脱水。

ζ电位可定义为微观颗粒上的电位距离与电荷密度关系。ζ电位(potential)在接近颗粒表面时快速增大，随着距离增加以加速速率减小。最终施加化学凝聚而满足并改变更多的远离细胞的中性电荷，从而将其吸引向相邻细胞。通过该方法，可比仅利用蒸发更快地实现聚结和脱水。可根据季节变化以及同时发生的浮游生物/悬浮固体种类变化而在不同水系统或相同水系统中利用一种或多种凝聚化学制剂或方法，以得到最优结果。

一些普通凝聚化学制剂可包括：氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、聚氯化铝(PAC，其还可用作絮凝剂，并且在提交时认为其代表优选实施方式)、氢氯酸铝、阳离子聚合物、阴离子聚合物、氯化铁以及硫酸铝。与聚合物化学制剂一起，可利用多种其它物质辅助臭氧凝聚，例如藻酸盐及其它天然产品。一些普通天然物质包括：藻酸钠、粘土、与其它材料混合的钠、浸渍藻细胞、碳粉、甲壳素及淀粉。

当以臭氧/DAF/附生生物顺序构造时，DAF提供协同优势。臭氧/氧气以快速臭氧介质反应发生氧化。臭氧介质继续反应，这消耗相当长的时间。需要高达80分钟在湖水的臭氧/氧化中发生氧化还原反应。DAF的主体的尺寸可设定为容积足以允许在进入附生生物过滤器之前完成反应。

可与臭氧和/或天然或化学产品一起使用电凝聚以优化凝聚。电凝聚利用阳极和电流改变粒子表面电荷。一种或多种凝聚方法的组合可得到成本非常有效的凝聚系统。

DAF系统10还移除入流中的微型无脊椎动物，使它们不会破坏为移除氮和磷之类的养分而种植的附生作物之类的水生植物。

如先前所述，DAF技术由于其移除高固体含量的能力而公知。其远高于其它技术，例如沙滤，沙滤的固体去除通常在1％以下。高固体废流的处理需要特殊泵送系统和处理考虑。将DAF物理定位在干化床或稠化过程附近，靠近DAF附近的固体耙除系统，这允许在不具有利用机械化设备的高固体泵送或物理分布的情况下进一步稠化。

DAF系统10的一个实施方式(图1和图2)将微泡引入从空气源119接收空气的专门改进的污水微泡发生泵20中。微泡发生泵20强迫压缩空气进入泵20的压力部，并强迫从水体65接收的流体经过管路17。形成的微泡与水混合并前进至饱和管120，该饱和管包括管路17的扩宽部。饱和管120在具有停留时间的情况下提供气泡使其分布到水中。饱和管120之后是瓣阀100，其限制流动并致使压力在饱和管120中积累以辅助气泡混合。然后，微泡溶液与主流18汇合。

主流18前进通过蛇形管，在该具体实施方式10中沿着该蛇形管具有两个注入端口。通过第一注入端口103从箱体104注入凝聚剂。通过第一注入端口103下游的第二注入端口106从箱体105注入絮凝剂。在另选实施方式中，可直接将絮凝剂注入入流盆29中。证实凝聚剂致使藻类之类的生物量因表面电荷改变而形成絮状物。这些絮状物在微泡之间形成。于是，絮凝剂使絮状物一起粘附在气泡周围。

DAF过滤器系统10的该实施方式具有入流隔室(compartment)或盆29，微泡/溢流混合物由泵39通过具有通常为“U”形的端部40的管路泵送到具有多个孔41(优选朝上)的歧管15内泵送到该入流部件或盆中。入流盆29中的水允许不被扰动，速度基本为零，允许消耗能量，这优选用于使轻悬浮固体分离并随微泡升起。水经过具有密封侧面42的入流挡板28。入流挡板28从容器底部43处的底端281延伸至容器10的顶缘44下方的顶端282。这将悬浮固体和气泡23置于表面36处，从而促进漂浮固体/生物量固结。入流挡板28还容纳任何未被气泡相互作用影响的重固体。入流盆29下游的浮选室19接收被输送器24或其它装置运送至收集点并被移除的一层浮选悬浮固体23。在某些情况下，可除去入流挡板28而以置于水面以下1-2英尺的蛇形排放歧管代替。

可使用具有链条、桨叶(翼片)以及链轮的固体耙除系统将漂浮的悬浮固体23收集至湖滩16，其使悬浮固体浮出水面36并进入干化床、砂肠管(图10)或其它脱水设备，在那里被进一步脱水。在DAF处理盆19非常宽使得耙除系统不得不跨越很大距离时，可使用半浮桨叶减少跨度要求。另选的是，可使用移动耙将漂浮的悬浮固体23推向输送器24。

还可使用一个或多个静止或气动鼓风机21产生气流而使浮渣23向输送器24和湖滩16移动并进入收集容器22。在所示实施方式中，输送器24包括具有运送带的可逆装置，用于朝湖滩16输送耙到的浮渣23，或者沿其它方向朝湖滩16’或收集容器输送。这里，输送器24从第一侧25横过处理盆19延伸至相对的第二侧26。

DAF衬垫27下方的排放系统可用于允许次表层水和气体排出，并防止衬垫27从其在土壤表层的期望位置移动。介质覆盖暗渠11可位于DAF室19内，用于在维护期间拔出DAF的全部或一部分。

可使用许多方法处理漂浮的固体，以丢弃或使用。一个实施方式利用泵将固体从收集容器移除，该泵将浮渣滤液输送至可位于附近的脱水设备。在一些实施方式中可利用离心机将漂浮的浮渣脱水成通常在20～30％固体范围内的湿泥饼。

另选的是，可利用经由管路201接收浮渣23的砂肠管200实现脱水。砂肠管200位于表面202上并由不透水的例如透明塑料板203覆盖。风扇205在砂肠管200与板203之间鼓风，这形成空间204。太阳加热空间204，这有助于脱水过程。砂肠管200中存在的水通过暗渠206离开。

在用衬垫27作为唯一围堵装置的情况下，与具有地脚和基底的传统钢和混凝土的垂直结构相比，存在经济型设计方法以低成本地建造大型DAF过滤处理单元10。该实施方式10提供远远超过由于构造成本而受限制的传统金属和混凝土容器设计的规模利用DAF技术的增强能力。在DAF衬垫27的构建中可使用土工布(geotextile)。

来自DAF系统10的流出水在流出坝38下方流动，该流出坝在侧面42处密封并从与容器底端43隔开的底端381延伸至不低于容器顶缘44的顶端382。流出坝38封锁表面流动，从而捕集浮选室19中的漂浮固体23。然后，通过管路31从流出盆30运送净化的流出水。可使用具有浮动开关34的流出泵32将流出水泵送至湖泊或后继处理单元，例如臭氧和/或附生生物过滤器和/或其它处理系统。在图1和图2中所示的实施方式中，盆19朝其上游端33倾斜，这允许将固体收集在底面中的凹坑35中及其附近。

再一DAF实施方式140(图5和图6)包括另选形式的漂浮材料收集系统和流出坝。这里，DAF盆141具有通过固定至其顶缘144的浮动元件143悬挂的柔性板142。沿着盆141的进口部145，板142处于重力作用下或者以其它一些方式在底缘146处固定至盆141的底部147。沿着出口部148，底缘146与盆底部147隔开。因而，进入歧管15的水在盆141的内处理部149内排出，其中漂浮材料150上升至水面151。然后，清洁的水在板142的底缘146下方离开至盆141的外周部152，清洁的水可从该外周部泵出。在子实施方式中，盆底部147倾斜，使得板的底缘146沿着入口部142到达盆底部147，但是沿着出口部148悬挂在盆底部147上方。

在该实施方式140中的漂浮材料150利用活动耙153被收集，该活动耙掠过水面151并将漂浮材料150推至水槽154中。然后，可通过泵155将收集的漂浮材料150从水槽154泵出。

挡板可由与盆相同的膜制成。可使用诸如HDPE填埋场衬垫、聚乙烯以及宽范围合成橡胶衬垫之类的膜材料，不过这不应作为限制。还采用土工布排放系统11以允许从DAF衬垫27下方移除水。这使得加衬土盆19具有可预测的性能阻止地下水和气体排放，该排放会使衬垫27移动。

另选实施方式的DAF系统130(图4)不包含入流盆，而是具有与图1和图2中一样在下方具有间隔的流出坝，流出通道包括穿过构建的流出坝132延伸的管131。该流出坝132可例如包括从DAF盆134的底部133延伸到至少与水面136一样高的顶部135的混凝土或其它结构。管的入口端137从盆底部133附近接收净化水并从出口138将水排放在流出盆139内。如上述，然后，可将流出盆139中的净化水从这里运送至期望位置，例如返回水体65。

在一些应用中，DAF系统50可在水体65的表面66处漂浮(图3)，与部分浸没的船体类似。在这种情况下，可利用轻量型钢、铝或玻璃纤维材料代替膜构建壁51，从而产生轻型结构并且成本低，并消除对抵抗陆地风负载的需求。可使用罩52使DAF表面53与可能会破坏浮选过程的风和跳动波隔离。浮动套圈59有助于使系统50保持漂浮。服务驳船可供应电机驱动微泡泵57、化学制剂储存以及滤液储存盆。水可在止回阀105上流出而返回水体65；然而，波朝盆50流动时，止回阀105会阻止流入。该设计不使用陆地并允许与陆地容器相比相对容易地重新定位DAF 50。船型DAF 50非常适合清淤工程。

在所示实施方式中，主入流55与微泡测流56汇合，穿过凝聚剂注入点至同样位于入流挡板58上游的入流歧管57。同样，固体60聚集在表面53上，并被浮渣耙62收集并刮至与浮选DAF 50相邻的勤务驳船，或者直接泵送至陆基收集系统。净化水在流出坝63下方流入流出盆64中，从该处离开系统50至主盆65中。

可构想其它浮动实施方式(图11至图15)，其中容器可经过水体移动，或者被动漂浮。这些实施方式可与DAF系统一起使用或者在不具有DAF系统的情况下使用，并大部分依赖于天然水运动，例如波浪翻滚、水流或波浪作用，或者水相对于运动容器的运动，从而引导使水通过处理单元。收集到的固体可包含诸如浮游生物品种、微型无脊椎动物以及小鱼之类的成分，这可最终加工成生物柴油之类的燃料。

图11和图12中示出了用于治理水并收集捕集到的固体的系统180，其包括用作容器181的浮动平台或驳船。若容器181包括浮动平台，则使用锚和系链182(以虚线示出)将容器181保持在大致固定的位置，并可使用泵抽入水。若容器181包括驳船，则在操作期间，驳船将运动以与水体产生相对运动。

容器181在入口端184处具有水入口或孔183，在驳船的情况下入口端184将为前端。水入口183具有与水体186流体连通的开口185，并且在某些实施方式中具有多个开口185。止回阀187为挡板止回阀，不过这不应作为限制，该止回阀187沿入口通道183定位。止回阀187用于允许水进入但是不允许水逃脱，并且还防止止回阀187下游的处理盆188流出。

止回阀187的下游位于用于引入诸如凝聚剂、絮凝剂或其组合之类的捕集元素190的至少一个端口189处。在所述至少一个端口189之后是混合路径191，在一个实施方式中该混合路径可包括由可以以使其内端部重叠的取向从罩198悬挂的多个交叉帘192形成的蛇形流路。混合路径191引起紊流，以实现将捕集元素190混合到进入水中。

捕集元素190使悬浮和溶解固体凝聚并根据系统条件形成漂浮浆状物或沉降浆状物。在图11和图12中所示的实施方式中，利用移动耙199使漂浮固体193朝容器181的出口端194运动，在该处被收集在水槽195中或坡道195’上，或者通过其它手段，然后被抽取在容器181上或容器181外的另一位置。漂浮固体193下方的净化水在出口端194处流出出口196外。

在图13至图15中示出了用于治理水并收集捕集到的固体的另一系统210、210’，其包括用作容器211的浮动平台或驳船。若容器211包括浮动平台，则使用锚和系链212(以虚线示出)将容器211保持在大致固定的位置，并可使用泵抽入水。若容器211包括驳船，则在操作期间，可使驳船运动以与水体产生相对运动。

容器211被分成多个大致平行的通道231，每个通道均在入口端214处具有与水体218流体连通的水入口213。通道231可例如由从罩216或漂浮元件悬挂的帘215形成。

系统210、210’包括用于引入诸如凝聚剂、絮凝剂或其组合之类的捕集元素220的至少一个端口219。在所述至少一个端口219之后为混合路径221，在一个实施方式中该混合路径可包括由可从罩216悬挂的多个交叉帘222形成的蛇形流路。混合路径221引起紊流，以实现将捕集元素220混合到进入水中。

捕集元素220使悬浮和溶解固体凝聚并根据系统条件形成漂浮浆状物或沉降浆状物。在图14中所示的实施方式210中，漂浮固体223朝容器221的出口端224运动，在该处被收集在坡道226中，或者通过其它手段，然后被抽取到容器211上或容器211外的另一位置。漂浮固体223下方的净化水在出口端224处流出出口227外。

在图15所示的实施方式210’中，沉降固体223’朝容器211的底部229处的沉降区228运动，从该处被抽取。该实施方式210’可包括作为罩的漂浮帘230。本领域技术人员应理解，也可构想这些实施方式210、210’的组合。

本领域技术人员还应理解，可向混合路径191、221之后的这些系统180、210增设DAF之类的附加单元以辅助固体捕集。

可利用再一实施方式的DAF系统160(图7)以清洁例如来自河流161的流动水。在该系统160中，“盆”162包括在入口164的闸阀163的控制下从河流161引导的侧流。凝聚剂165和絮凝剂166在上述闸阀163的下游167、168处注入。可如上述在输送器/耙170及河滩收集区171上或通过其它手段收集漂浮材料169，并且同样如上述清洁水在流出坝172下方流动，并因此在系统160的出口173处与河流161汇合。

从DAF过程移除的固体存在多种可能用途。一种这类应用为施加至营养贫瘠土壤的土壤改良剂，其中耕地以及宏量营养物和微量营养物得以改良。另一用途为作为膜上草皮栽培之类的土培液系统。另一用途为在造纸过程和纸制品制造过程中作为纤维或填料。再一用途为作为用于甲烷和乙醇或其它醇类(例如，丁醇)制品的原料。还可抽取海藻油并将其加工成生物柴油。进一步用途为作为动物饲料。

DAF容器10可构建成在漂浮应用中使用，其中盆中的水支撑容器壁，从而大大降低容器壁、支撑结构和基底的厚度，并允许移动的漂浮DAF用于从地表水清淤或移除悬浮固体的应用。

DAF固体可连接至与DAF直接相邻的流出系统，使得可不用输送而干燥高固体漂浮物。可利用气动输送风机收集固体。可在耙系统上使用半浮桨叶。可与加强杆或元件一起使用膜挡板，以帮助其保持期望的平面几何形状以及在容器内的位置。

在为系统10、50形成衬垫中，可使用土工布或苗圃布，并且坑道具有比土壤12的坡角更陡峭的坡度。若壁被过度挖掘并建造为6-12英寸的隆起，其中在三面管上形成纤维衬垫27，这约束了土壤12并仅在土壤上增大水平剪力。可利用该方法建造更高、更垂直的土壤保持壁。

土壤膜DAF 70(图9)可构建在地面71中，位于纵坡和外周护道72以下，带有支撑水盆74的上述土工布衬垫73支撑水盆74。该实施方式70还示出可在任何DAF实施方式中起作用的原理，即利用可在顶端具有浮子77并在底端具有锚78的“帘”76细分为各个部分75。

可在用于加强盆壁或者由于目前认为陡峭角度是优选的而改变其角度所用的现有纵坡和/或人工结构上方定位的类似系统80。例如在图8中所示的系统80中，可通过在地面83上铺设土工布衬垫82并在衬垫82的至用于限定盆85的一部分的顶上铺设土壤84或其它材料，使衬垫82的一定长度不被覆盖，这样可形成多个“填充室”81。该未覆盖部分86然后可在压实土壤84上方向后折叠，并且对于附加室81重复该过程，直至达到期望高度。如果期望，可在相邻室81之间插入加强元件87，以提高稳定性。完成时，放置另一衬垫88以为导入水89的上述盆85加衬。井点脱水技术可允许其中地下水层位于地表附近的地面内构造。

在另一实施方式中，坑道可仅仅依赖于土壤的天然静安息角并结合缆线或漂浮支撑膜式帘以形成底部加衬的沟渠型DAF的垂直壁。

可在模块化系统中使用臭氧、DAF和附生生物系统以移除藻类和细菌中束缚的微型无脊椎动物和颗粒营养物以及溶解的营养物。

收集到的材料可用作土壤改良剂、喷草载体以及土壤稳定剂。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学制剂和其它物质而用在纸或纸制品中以提高自由度、提高纤维粘附并辅助排水。悬浮固体以及其它水生生物量可利用和不利用凝聚化学制剂和其它物质而用在土培液系统中。收集到的生物量也可用于形成氢/生物柴油/乙醇燃料。

本发明的系统的另一优点在于发现一定脱盐程度为大约50-60％，这对于从海水中生成淡水极其有益。

可采用电凝聚在利用和不利用其它凝聚手段的情况下增强土壤和膜DAF的性能。可与衬垫DAF一起使用天然或人造化学凝聚剂以在具有或不具有电凝聚和臭氧的情况下增强DAF的浮选特性。可使用土工布以从土壤和膜DAF对藻类固体进行固体脱水。

可从土壤和膜DAF以及附生生物培植系统对藻类固体进行太阳能干燥和堆肥。DAF容积的操纵和使用以及并行停留时间可允许臭氧和氧气以及氧化还原反应在附生过滤之前完成。

可利用集水坑和手动真空系统周期性移除下沉颗粒。

本发明的另一方面针对一种用于利用凝聚和酸化过程收获水生植物和浮游生物或其它藻类的装置，该装置由于在稳定CO₂时在循环水中形成藻类营养用于被水生植物培植系统吸收，其可用于生物燃料生成及其它用途。

在优选实施方式中，从过程培植水中收获的藻类被凝聚或者利用石灰水致使在絮状物中被收集。氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙(原料石灰石及加工形式的石灰石)单独或在水中结合在一起使得pH值升高并破坏小颗粒的相斥表面电荷，致使它们聚集而形成片。这些片与聚合物一起聚结成大片，这些大片容易漂浮至表面而被耙除或吹掉并收集。

通常会需要pH值校正并可通过液体酸之类的各种手段例如借助二氧化碳实现。若使用CO₂调整pH值，则在将残余氧化钙转化成碳酸氢盐(对植物来说优选的碳形式)时发生增效。当水返回培植系统时，已经用碳改良。优选的是，该碳是稳定的并且不会释放溶解的CO₂之类的气体。

该培植水可利用来自畜牧业操作和污水处理厂的其它营养源改良，并且该平衡的营养介质培养更多藻类，这些藻类可进一步被生物提炼而产生能量。

二氧化碳为浓度为约0.033％或330ppm的大气气体。在室温下，二氧化碳的溶解度为每100mL水约90cm³的CO²。在水溶液中，二氧化碳以水溶液形式存在并与碳酸(H₂CO₃)平衡。碳酸为分解成H⁺+HCO3^-(碳酸氢盐)的弱酸。

在该阶段，藻类培植物可吸收作为生物固定的碳源的碳酸氢盐。可采取措施隔离碳，或者可消化藻类，使其发酵或气化以产生能量。

碳酸离子使Ca²⁺沉淀。对于CaCO₃，反应常数K_sp为5×10^-9。然后，碳酸钙从水中接收H而生成碳酸。碳酸盐从液体中沉淀出来并可将其移除而用于多种用途。就此而言，以稳定形式分离碳。

第二实施方式仅关注作为藻类培植的营养物添加碳酸氢盐。首先，将CO₂添加至源水，并使其酸化而使pH值下降。然后添加氧化钙、氢氧化钙和/或碳酸钙以平衡pH值接近中性。当二氧化碳溶解在水中时，建立与碳酸离子相关的平衡。酸性水使氧化钙、氢氧化钙和/或碳酸钙分解而产生Ca₂ ⁺(水溶液)+2HCO₃ ^-(水溶液)。

在以上说明中，为了简洁、清晰和明了起见使用某些术语，不应对其施加超出现有技术要求的限制，因为这样的词语在这里用于说明之目的并且理应以广义解释。而且，这里所示和所述的系统和方法的实施方式仅作为实施例，并且本发明的范围不限于构造和使用的确切细节。此外，本领域技术人员应当理解这类所讨论和说明的实施方式的元件在实施方式当中可互换，并且每一实施方式理应不限于所提供的各个元件。

现在已描述了本发明，其优选实施方式的构造操作和使用以及由此获得的有利的新的有用结果、新的有用构造以及对本领域技术人员来说显然的合理等同物在所附权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种用于治理水体并从水体中收集悬浮溶解固体的系统，该系统包括：

能够定位在期望处理的水体中或该水体附近的凹部中的防水的衬垫，该衬垫和凹部限定处理容器的至少一部分，该容器包括具有用于接收待处理的水的入口的处理部、用于容纳处理后的水的出口部以及所述处理部和所述出口部之间的流出坝，所述流出坝延伸至高于水面的顶端并横过所述容器延伸至抵靠所述容器的相对侧而密封的侧缘；

用于将待处理的水从所述水体运送至所述处理部入口的运送装置；

用于将捕集元素输送至所述运送水并用于使所述捕集元素与所述运送水混合的装置，所述捕集元素用于捕获所述运送水中的悬浮溶解固体并实现所述捕获的固体与从其净化水之间的分离；以及

用于从所述处理部移除所述捕获的固体的固体移除装置，所述净化水能够通过所述流出坝中的通道运动至所述出口部中。

2.按照权利要求1所述的系统，其中所述捕集元素的输送装置包括用于将气泡流输送至所述运送装置的出口端上游的所述运送水中的气泡输送装置，所述气泡用于捕获水中的悬浮溶解固体并将它们携带至水面，所述气泡和捕获的固体能够运动至所述固体移除装置。

3.按照权利要求2所述的系统，其中所述混合装置包括瓣阀以及在所述瓣阀上游并在所述气泡输送装置下游的饱和管。

4.按照权利要求1所述的系统，其中所述捕集元素的输送装置包括凝聚剂和絮凝剂至少其中之一的源以及用于将所述凝聚剂和絮凝剂至少其中之一注入所述运送水中的装置。

5.按照权利要求4所述的系统，其中所述混合装置包括位于所述处理部上游的蛇形流动路径。

6.按照权利要求1所述的系统，其中所述衬垫包括可定位在与所述水体相邻的土壤中的凹部中的柔性板状件，所述凹部在处理盆中朝所述入口向下倾斜。

7.按照权利要求6所述的系统，其中所述板状件包括土工布材料。

8.按照权利要求6所述的系统，其中所述凹部内还具有与所述入口相邻的凹坑，用于在其内收集沉淀的固体。

9.按照权利要求1所述的系统，该系统还包括在所述流出部内具有入口的流出泵，并包括用于在所述流出部中流出水达到预定深度时致动所述流出泵的浮动开关。

10.按照权利要求1所述的系统，其中所述衬垫包括能够定位在所述水体中的结构，并且还包括定位成使所述衬垫保持局部浸没取向的浮动元件，所述容器的顶缘高于所述水体的表面。

11.按照权利要求10所述的系统，其中：

所述结构能够在所述水体内移动，并且所述水运送装置在该结构的前部附近具有孔，该结构通过所述水体的运动因而致使水流入所述孔中；并且

所述混合装置包括所述运送装置的限定蛇形路径的部分。

12.按照权利要求11所述的系统，其中所述水运送装置包括相互间隔地定位并且内端重叠的多个垂直取向的挡板。

13.一种用于治理水体并从水体中收集悬浮溶解固体的方法，该方法包括：

从水体向处理容器的入口运送水，所述处理容器由防水的衬垫形成，该衬垫定位在期望处理的水体中或该水体附近的凹部中；

将捕集元素输送至所述运送水；

使所述捕集元素与所述运送水混合，所述捕集元素用于捕获所述运送水中的悬浮溶解固体并实现所述捕获的固体与净化水的分离；

将混合的水和捕集元素引导至所述处理容器的处理部；

从所述处理部移除所述捕获的固体；以及

允许所述净化水移动至所述处理容器的出口部。

14.按照权利要求13所述的方法，其中所述捕集元素输送步骤包括将气泡流输送至所述处理部上游的所述运送水中，所述气泡用于捕获水中的悬浮溶解固体并将它们携带至水面。

15.按照权利要求14所述的方法，其中所述混合步骤包括将水和气泡引导至饱和管并因此引导至瓣阀。

16.按照权利要求13所述的方法，其中所述捕集元素输送步骤包括将凝聚剂和絮凝剂至少其中之一注入所述运送水中。

17.按照权利要求16所述的方法，其中所述混合步骤包括将水引导至所述处理部上游的蛇形流动路径。

18.按照权利要求13所述的方法，其中所述衬垫包括可定位在与所述水体相邻的土壤中的凹部中的柔性板状件，所述凹部在处理盆中朝所述入口向下倾斜。

19.按照权利要求11所述的方法，其中：

所述水运送步骤包括使所述容器在所述水体内运动，从而致使水进入所述容器中的前置孔；并且

所述混合步骤包括引导进入所述孔的水通过所述处理部上游的蛇形路径。

20.一种用于构建水治理和固体收集系统的方法，该方法包括：

将防水的衬垫定位在期望治理并期望从其收集固体的水体中或该水体附近的凹部中；

在容器的出口端附近定位流出坝，使其延伸至至少与所述处理容器的期望水面一样高的顶端，并横过所述容器延伸至抵靠该容器的相对侧而密封的侧缘，所述流出坝和所述容器侧面的出口部包含限定流出部的出口端；

设置用于将待处理的水从所述水体运送至处理盆的区域的装置；

设置用于将捕集元素输送至所述运送装置的出口端上游的运送水中并与所述运送水混合的装置，所述捕集元素用于捕获所述运送水中的悬浮溶解固体并实现所述捕获的固体与从其净化水之间的分离；

设置用于从所述处理盆移除所述捕集元素和捕获的悬浮固体的装置；以及

设置用于将所述净化水从所述流出盆引导出来的装置。

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