水处理装置和方法与流程

优先权文件

本申请要求发明名称为“watertreatmentapparatusandmethod”并且在2017年9月25日提交的澳大利亚临时专利申请no.2017903890作为优先权，在这里加入其全部内容作为参考。

本公开涉及提供饮用水。在特定形式中，本发明涉及牲畜饮用水的处理。

背景技术：

诸如牛和羊的牲畜的管理中的重要要求是提供适当的饮用水。通常，在饮用槽中将水提供给动物，饮用槽通常是具有用于接收饮用水的通道的细长体。饮用槽的水源可以是来自诸如自来水、钻井水、河水或来自水坝的水的多个水源中的任一个。在没有总管压力的情况下，存在一些泵送配置以将水从水源泵送至保持箱。在偏远地区，该泵送配置可以由风或太阳能提供动力。然后，水通常由重力作用馈送到饮用槽。

提供给动物的水的质量是重要问题，原因是质量差往往影响饮用水的动物的健康，并且在牲畜的情况下会显著影响其价值。水槽或确切地任何饮用容器都易受藻类生长的影响，藻类不仅会阻塞槽，而且在一些情况下可能对动物有毒。处理藻类的一种方法是使用除藻剂对水进行化学处理。在一个例子中，硫酸铜被用作固体块形式的除藻剂，这些固体块被放置在饮用容器中并在数周的时间段中逐渐溶解。以这种方式，溶液中的铜将被引入供水系统，然后杀死藻类。

不幸的是，硫酸铜的使用具有许多显著的缺点，包括对动物的潜在铜毒性以及对补充硫酸铜块的持续需求。金属部件的腐蚀也有可能加剧。可以使用其他化学品，诸如氯化合物，但同样，这些化学品在以不正确的浓度被使用时可能对动物有毒，并且需要持续补充，这对大型牛或羊饲养站来说尤其困难。

技术实现要素：

在第一方面中，本公开提供一种容纳于容器内的饮用水的处理装置，该装置包括：

壳体；

饮用水入口；

饮用水出口；以及

可操作为将饮用水从水入口泵送至水出口的泵，其中，水出口和泵被配置为从饮用水表面以下的水出口大致向上分配饮用水，以在容纳于容器中的饮用水的表面中造成持续扰动。

在另一形式中，装置被淹没在饮用水的表面之下。

在另一形式中，水面中的持续扰动位于饮用水出口附近。

在另一形式中，水面中的持续扰动是基本上在容纳于容器中的饮用水的表面上形成的水面中的波动。

在另一形式中，水面中的波动是源自水面中的扰动和容器边界的相互作用的驻波。

在另一形式中，装置包括过滤进入饮用水入口的饮用水的过滤器。

在另一形式中，泵为潜水电泵。

在另一形式中，潜水电泵是太阳能驱动的。

在另一形式中，装置被配置为位于容器的地板部分上。

在另一形式中，装置与容器集成。

在另一形式中，水处理装置的饮用水入口直接从饮用容器的水源接收水。

在另一形式中，容纳于容器中的饮用水被处理以减少藻类。

在另一形式中，容纳于容器中的饮用水被处理以增加其氧含量。

在另一形式中，水面破坏水面的表面张力。

在另一形式中，装置还包括水曝气配置，以增加从饮用水出口分配的饮用水相对于进入饮用水进口的饮用水的含氧量。

在另一形式中，水曝气配置包括位于饮用水入口和饮用水出口之间的文氏管配件。

在第二方面中，本公开提供一种用于处理容纳于容器中的饮用水的方法，该方法包括：

从饮用水表面以下大致向上从饮用水泵送饮用水，以在容纳于容器中的饮用水的表面中造成持续扰动。

在另一形式中，水面中的持续扰动是基本上在容纳于容器中的饮用水的表面上形成的水面中的波动。

在另一形式中，水面中的波动是源自水面中的扰动和容器边界的相互作用的驻波。

在另一形式中，容纳于容器中的饮用水被处理以减少藻类。

在另一形式中，容纳于容器中的饮用水被处理以增加其氧含量。

在另一形式中，水面中的扰动破坏了水面的表面张力。

在另一形式中，所述方法还包括使水曝气以增加从饮用水出口分配的饮用水相对于进入饮用水入口的饮用水的氧含量。

在第三方面中，本公开提供一种牲畜饮水站，该牲畜饮水站包括：

饮用水源；以及

连接到饮用水源的一个或多个容器，所述一个或多个容器包括根据本公开的第一方面的水处理装置。

附图说明

参考附图讨论本公开的实施例，其中：

图1是根据说明性实施例的包括水处理装置的饮用容器的侧截面示意图；

图2是图1所示的饮用容器的侧截面示意图，描绘了根据说明性实施例的在水面造成持续扰动的水处理装置；

图3是图1所示的饮用容器的侧截面示意图，描绘了根据进一步的说明性实施例的在水面造成持续扰动的水处理装置；

图4是图1所示的饮用容器的侧截面示意图，描绘了根据另一个说明性实施例的在水面造成持续扰动的水处理装置；

图5是根据另一说明性实施例的水处理装置的分解透视图；

图6是图5所示的水处理装置的装配透视图；

图7是包含图5所示的水处理装置的饮用容器的侧截面示意图；

图8是根据说明性实施例的用于水处理装置的太阳能模块的前视图；

图9是图8所示的太阳能模块的后视图；

图10是图8所示的太阳能模块的俯视图；

图11是根据另一说明性实施例的未组装的水处理装置的俯视透视图；

图12是图11所示的水处理装置在第一部分组装状态下的俯视透视图；

图13是图11所示的水处理装置在第二部分组装状态下的俯视透视图；

图14是图11所示的水处理装置在第三部分组装状态下的俯视透视图；

图15是图11所示的水处理装置在第四部分组装状态下的俯视透视图；

图16是图11～15所示的水处理装置在组装后的俯视透视图；以及

图17是根据说明性实施例的牲畜浇水站，该牲畜浇水站包括数个包含太阳能浇水处理装置的饮水容器。

在下面的描述中，类似的附图标记在图中指定类似或相应的部分。

具体实施方式

现在参考图1，示出根据说明性实施例的包括水处理装置100的饮用容器200的侧截面图。在本说明性实施例中，容器200是细长的容器，诸如用于向牲畜等供应饮用水的饮用槽。槽200包括地板部分210，并且，在这种情况下，包括形成细长矩形梯形配置的四个倾斜侧壁220。可以理解，饮用槽可以有许多不同的配置，包括具有半圆筒形、三角形或箱形截面的配置。在其它实施例中，饮用容器可以具有圆筒形或多边多边形配置。饮水容器可以是自支撑的或包括安装框架配置。此外，饮用容器可以由任何适于盛水的材料制成，这些材料包括但不限于混凝土、塑料、金属(例如，镀锌钢或铝)、复合材料(诸如玻璃纤维和玻璃钢混凝土)或木材。

与水槽200相关联的是配水配置400，该配水配置400在本实施例中包括连接到水源(诸如自来水、钻井水、河水或来自水坝的水)的喷嘴。配水配置400可以涉及诸如浮阀或电子传感器的水位感应配置，以确保容器中所含的饮用水300被填充至适当的水位。

在本实施例中，水处理装置100被淹没在容纳于槽200中的饮用水300的表面之下，并且由壳体190、饮用水入口110、饮用水出口120和位于壳体190中的泵130组成，该泵130将饮用水从水入口110泵送至水出口120。与泵130组合的水出口120被配置为从水面以下的水出口120大致向上分配饮用水，以在水面310中造成持续扰动。

现在参考图2，表示根据说明性实施例的在水面310中造成持续扰动的运行中的水处理装置100。在本例子中，水面310中的扰动320相对局部化，从而导致喷泉或气泡型效果。该效果还通过破坏饮用水的表面张力增加水的氧化作用。

在不同实施例中，喷泉相对于未受干扰的表面水位的平均高度可在以下范围内：0cm–5cm、5cm–10cm、10cm–15cm、15cm–20cm、20cm–25cm或大于25cm。

现在参考图3，表示根据进一步的说明性实施例的在水面310中造成持续扰动的运行中的水处理装置100。在该例子中，扰动以水面310中的波动330的形式存在，该波动基本上在容器200中的饮用水的整个表面310上形成。

在不同的实施例中，波动相对于未受干扰的表面水位的平均高度可在以下范围内：0cm–5cm、5cm–10cm、10cm–15cm、15cm–20cm、20cm–25cm或大于25cm。

现在参考图4，表示根据另一说明性实施例的在水面310中造成持续扰动的运行中的水处理装置100。在本例子中，水面310中的波动是驻波340的形式，该驻波340由源自水面310中的扰动与容器200的边界(在这种情况下包括侧壁220)的相互作用的一系列规则的波峰341和波谷342组成。

可以理解，槽200中的驻波340沿着槽的纵轴延伸。在其他容器几何结构中，驻波会采取其他配置。在圆形横截面水箱的例子中，可以形成圆形驻波。在图1～4中，水处理装置100位于容器200的一端。在其他例子中，水处理装置100可以相对于容器200的尺寸位于中心。还应理解，图2所示的喷泉或气泡配置也可以被配置为也产生基本上在图3所示的饮用水表面上形成的波动，包括产生图4所示的驻波。

在不同的实施例中，驻波的峰值和相应波谷之间的平均差可在以下范围内：0cm–5cm、5cm–10cm、10cm–15cm、15cm–20cm、20cm–25cm或大于25cm。

水处理装置100可以附接到饮用容器的地板部分210，或者由于其自身的重量，也可以位于饮用容器的底部。在其它实施例中，水处理装置100可以附接到饮用容器的侧面或端部，在这里，水出口120然后被定向为从水面以下的水出口大致向上分配饮用水，以在水面中造成持续扰动。

现在参考图5和图6，表示根据另一个说明性实施例的水处理装置1000的分解和组装透视图，该水处理装置1000被配置为完全浸入部署它的饮用容器的饮用水中。水处理装置包括被配置为圆筒形入口的饮用水入口1110、饮用水出口1120和泵1130，该泵1130将饮用水从水入口1110泵送至水出口1120，以从水面以下的水出口1120以与垂直方向成一定角度但仍大致向上的角度分配饮用水，以在水面中造成持续扰动。

在本说明性实施例中，泵1130是由电线1135供电的潜水电泵，并且附接到包括矩形基部1160，该矩形基部1160包括泵1130可以安装到的附接位置1161。

在一个例子中，泵1130是可以由太阳能面板或dc电源供电并具有约1米的头压力和约1000升/小时的流量的低压离心式dc无刷泵。这适用于长度在1米到3米之间、宽度在200mm到800mm之间(即，水面面积在0.2m²～2.4m²的范围中)且深度在200mm到500mm之间的细长槽。

在另一例子中，可以使用流量为约3000升/小时的较大泵，该泵适用于长度在3米到6米之间、宽度在300mm到900mm之间(即，水面面积在0.9m²～5.4m²的范围中)且深度在300mm到1200mm之间的细长槽。

可以理解，最大头压力和流量可以根据饮用容器的预期水面面积被调整。在dc无刷泵的情况下，可以通过增大或降低电源电压以分别增加或减少头/流量，来调整这些特性。

在本说明性实施例中，基部1160包括位于基部1160的角处的四个向上延伸的圆柱形导向部件1163，这些导向部件1163被接收在位于水处理装置1000的顶部1170的各个角处的配合套筒部件1172内。以这种方式，基部1160可以通过使用附接到各角处的圆柱形导向部件1162的螺钉1171附接到顶部1170。基部1160还包括可以被用于在需要时将水处理装置1000附接到饮用容器的附接位置1162。

在基部1160的周边和顶部1170之间延伸的是过滤部件1180，该过滤部件1180在本例子中包括与基部和顶部1160、1170一起形成包含泵1130的矩形盒壳体1190(如图6所示)的丝网1181。

在本说明性实施例中，水入口1110对应于位于泵1130上的泵入口，并且包括圆筒形入口过滤器1111。由于水入口1110在壳体箱1190内，因此过滤壁部件1180用作过滤器，以防止饮用水中的任何碎屑进入泵1130。可以理解，虽然在本实施例中过滤部件1180被实现为丝网1181，但过滤部件1180可以包括用于过滤饮用水的任何适当的配置，诸如任何适当的柔性或刚性网格。

在本例子中，水出口1120包括具有两个出口孔1122a、1122b的y形管状部件1121，其中孔1122b具有螺纹配置，如果需要，可以将盖子1123附接到该螺纹配置上。在另一示例性实施例中，可以调整y形管状部件的臂相对于垂直方向的角度。水出口1120连接到包括螺纹部分的泵出口1133，该螺纹部分通过包括垂直延伸的连接管或提升管1141的延伸配置1140延伸穿过壳体1190的顶部1170中的孔径1174。以这种方式，可以将水出口1120设置在饮用容器中的预定深度处，以如上面描述的那样在水中产生所需的扰动。

在本说明性实施例中，水处理装置1000包括进一步的水曝气配置1150，以增加水中的氧含量。在本例子中，曝气配置1150包括位于泵出口1133和水出口120之间的中间文氏管配件1151，该文氏管配件1151包含连接到柔性软管1153的文氏管进气1152，该柔性软管1153的另一端(未示出)位于饮用容器中的水面上方。

现在也参考图7，表示运行中的水处理装置1000，这里，装置1000在水面下方被淹没在容器200中，使得本例子中的饮用水出口1120位于包含于容器中的饮用水表面下方。可以理解，对于不同类型和深度的饮用容器，可以根据需要使用不同长度的连接管1141。

泵1130用于将通过从浸没水入口1110进入的饮用水(如图6中箭头a所示)泵入，该饮用水已被过滤壁部件1180过滤并通过连接管1140输送至水出口1120。在本例子中，饮用水出口的孔口中的一个被盖住，并且水以相对于垂直方向60度的角度大致向上引导，以在水的表面中产生波动。在其他例子中，水通常可以以与垂直面成0度-10度、10度-20度、20度-30度、40度-50度、50度-60度或70度-80度的角度向上引导。

在本说明性实施例中，从泵出口1133泵送的水在从水出口1120分配之前，将在通过中间文氏管配件1151时通过柔性软管1153(如箭头b所示)吸入空气。因此，从饮用水出口1120(如箭头c所示)分配的水将相对于进入水入口110的饮用水进行曝气，并因此包含额外的氧气。

现在参考图8至图10，表示根据说明性实施例的水处理装置的太阳能模块500的各种示图。本例子中的太阳能模块500包括用于安装光伏(pv)电池阵列520的矩形框周边510，该光伏(pv)电池阵列520由工作电压为18v的3×12单个多晶硅电池组成，并且在本实施例中产生30瓦的最大功率。可以理解，阵列的大小和容量可以根据水处理装置的电源要求而改变。

在背面，框架510包括从框架510的顶部到底部延伸的两个中心间隔的支柱511、512。设置在支柱511、512之间的是被配置为平板部件的安装支架514，该平板部件通过铰链配置513可枢转地附接到支柱511、512，并且包括一系列孔径。作为结果，可以根据需要调整安装支架514的取向以定位太阳能模块500。

太阳能电源模块500还包括电力控制器530、电源电缆531和在使用中连接到电泵电源线的互补连接器的连接器532。

申请人惊奇地发现，与不包括这种水处理装置的其他容器相比，通过以上述方式对饮用容器的水面施加持续扰动，这有利于减少饮用容器中的藻类的生长。

在一个例子中，饮用水源自相对低盐度的钻井水，用于在位于留茬围场中5米长的槽中分配给牛。通常，非常高浓度的藻类在这些饮用槽中迅速发展，这需要以劳动密集型过程每两天进行人工清洗。

在安装根据图5和图6所述的实施例的水处理装置后，饮用槽保持基本上没有藻类，只需要每5天清理牛群的碎屑和饲料。因此，不仅减少了清洗频率，而且简化了清洗饮用槽的类型。在另一例子中，饮用水源自河水，这在饮用槽中出现了同样的藻类生长问题。根据上述实施例的水处理装置的使用同样通过防止藻类生长大大减少所需的清洁。

在水处理装置被配置为破坏饮用容器水面的表面张力并且和/或包括诸如以上在图5和图6中提到的文氏管配置的水曝气配置的这些示例中，则相对于不包括水处理装置的饮用容器，水的氧含量增加。饮用水的这种增加的氧化作用被认为改善味道，并为从饮用容器中饮用水的牲畜提供额外的健康益处。现在参考图11～图16，以依次更多组装的配置表示根据另一个说明性实施例的水处理装置2000的俯视透视图。与水处理装置1000类似，水处理装置2000被配置为完全浸没部署它的饮用容器的饮用水中。在本实施例中，水处理装置2000包括双室壳体装置，这里，第一室2600用于接收具有泵入口2115和饮用水出口2120的潜水电泵2130(如图11所示)，第二室2700(如图12所示)用于接收或封闭材料保持配置以接收任意地用于分散在由水处理装置2000输出的饮用水中的固体材料或用作过滤介质以减少水污染。可以理解，根据饮用容器中的水的深度，如果需要，可以将另一个直立的管部件附接到饮用水出口2120。

在本例子中，双室壳体配置包括具有附接到矩形基部2160的矩形盒结构的外壳体2190。壳体2190包括从基部2160向上延伸的四个侧壁2191和部分屋顶部分2192，该部分屋顶部分2192在接收泵2130的第一室2600之上形成屋顶，从而留下壳体2190的向第二腔室2700开放的开口部分。在本例子中，泵入口2130还包括在组装时(例如，参见图12)连接到位于屋顶部分2192上的文氏管输入端口2117的附加的文氏管曝气配置116，该文氏管曝气配置116用于连接柔性管(未示出)，以将空气从饮用容器水面上方输送到文氏管配置2116，以如上面描述的那样协助水氧化。

在第一和第二室2600、2700之间限定接收可移动矩形过滤器2800的过滤器接收部分2810，该可移动矩形过滤器2800在被插入到过滤器接收部分2810中时在第一和第二室2600、2700之间形成分分隔壁(如图12所示)。在一个例子中，过滤器2800可以是120微米网格过滤器。在另一示例中，过滤器2800可以是180微米网格过滤器。

在组装时，篮部件2300被插入第二室2700中，并且坐落在从限定室2700外围的壳体2190的四个角向内延伸的突出部分2820上。篮部件2300通常为矩形盒形结构，并且包括由四个壁2311限定的材料接收腔或部分2310和地板部分2312，该地板部分2312包括规则的孔网格2313，以利用在地板部分2312和水处理装置2000的基部2160之间形成的间隙形成支撑筛或筛网元件。以这种方式，材料接收部分2310能够接收最初可能是片剂或颗粒形式的材料，该材料要被溶解或分散在饮用水中或者替代性地在水通过材料接收部分2310时起到减少水污染的作用。

在组装时，同样具有孔径2321的规则网格的支撑部件2320被放置在材料接收部分2310上(如图14所示)。支撑部件2320提供用作进一步的过滤介质的泡沫过滤器2330的支撑面(如图15所示)。覆盖泡沫过滤器2330的是具有一系列水平狭缝的格栅部件2340，该水平狭缝覆盖并保持泡沫部件2320，并通过卡扣配置附接到壳体2190以实际上形成装置2000的饮用水入口2110。

以这种方式，除了被定位为最初将饮用水接收到第二室2700中的饮用水入口2110，壳体1190基本上被密封。在本例子中，饮用水入口2110位于第二腔室2700的顶部，然而，允许水通过材料接收部分2310的其他配置是可能的。

当泵2130运行时，首先在第一室2600中产生负压，该第一室2600在通过在两室2600、2700之间形成壁的公共过滤器2800在第二腔室2700中产生负压的过程中被密封。该负压通过饮用水入口2110(如图16中箭头a所示)将水引入第二室2700中，在该室中，水通过泡沫过滤器2320进行第一级过滤，随后，它经由支撑部件2320的孔2321进入篮部件2300的材料接收部分2310，并穿过位于第二室2700的材料接收部分2310和孔径2313中的材料。在退出篮部件2300时，水随后通过过滤器2800进入第一室2600，以由泵2130从饮用水出口2120泵出(如图16中箭头c所示)。

在本例子中，第一室2600包括形成在壳体1190中的孔径2117、2118。第一孔径2117用于泵2130的电源线，第二孔径2118可用于将液体形式的附加材料引入第一室2600以从饮用水出口2120泵出。以这种方式，可根据需要将附加材料直接添加到进入装置2000的饮用水中(如图16中箭头d所示)。可以理解，当孔径2117、2118在使用中时，它们将被密封以防止水在不首先经过泡沫过滤器2330和第二网状过滤器2800的情况下直接进入第一室2600。申请人发现，采用多个过滤级，不仅能提高饮用水水质，而且能保护2130泵的运行。

在一个例子中，在篮部件2300中接收的固体材料是具有可保留在材料接收部分2310中的颗粒大小的活性炭颗粒。可以理解，可以根据所使用的材料的类型根据需要改变孔径2313的结构和尺寸。活性炭可以作为从饮用水去除化学污染物的有效处理方法，并且一旦活性炭失去效力，可以通过去除篮部件2300并根据需要更换活性炭来轻松更换。在另一例子中，固体材料可以是以可溶解片剂或颗粒状形式分散或溶解于饮用水中的维生素或矿物质补充剂。

关于液体形式的附加材料的引入，在一个例子中，附加材料可以是如上面描述的那样可以直接通过壳体入口孔径2118引入的液体形式的维生素或矿物质补充物。在一些情况下，这些液体补充剂的内容物可能沉淀为沉积物，并且，在这种情况下，将液体补充剂引入泵送水流中可以有助于保持这些内容物在饮用水中的分散。

在另一实施例中，水处理装置包括水加热能力。在一个例子中，水加热能力被配置为电阻加热元件，该电阻加热元件可以根据需要被部署为板或线圈或其他合适的几何形状。在一个例子中，加热板被放置在篮部件2300和基部2160之间的间隙中，并且由经由壳体孔径2119接收到壳体2190中的电源线供电。加热水可以防止水槽中的饮用水在寒冷条件下结冰，这提高动物在这些条件下获得水的能力。此外，加热水有可能提高动物的耗水量，这进而有助于它们的整体健康和状况。水加热的另一个好处是，提高饮用水的温度将增加可溶于水中材料(诸如营养补充剂)的量。

现在参考图17，表示包括三个饮用槽200a、200b、200c的牲畜饮水站2000，这些饮用槽由以水箱2600的形式的水源供应，该水源在这种情况下由地下钻井供应。各饮用槽包括被配置为如上面描述的那样在容纳于容器中的饮用水的表面上造成持续扰动的水处理装置1000。

在本说明性实施例中，水处理装置1000由如先前所述的太阳能模块500供电，该太阳能模块500在本例子中被安装在支架或柱550上。可以看出，在水面310中形成的扰动是波动形式，这种波动是由一系列规则的波峰341和波谷342组成的驻波，其作用是减少藻类的形成。此外，在本例子中，水处理装置1000的起泡作用进一步增加饮用水的氧含量。

在另一个示例性实施例中，饮用容器可以由集成水处理装置构建，这里，饮用水入口从诸如水箱等的水源取得进入饮用容器的水的一部分，然后，从饮用水的表面下面的出口以大致向上的方向分配该水，以在水的表面造成持续的干扰，以处理饮用容器中的饮用水。

除非上下文另有要求，否则在整个说明书和随后的权利要求中，词语“包含”和“包括”以及诸如“含有”和“具有”的变体将被理解为暗示包含所述特征或特征组，但不排除任何其他特征或特征组。

在本说明书中对任何现有技术的引用不是并且也不应被视为以任何形式承认这种现有技术形成常识的一部分的建议。

本领域技术人员将理解，本发明在其使用上不限于所描述的特定应用。本发明在其优选实施例上也不限于本文所描述或描绘的特定元件和/或特点。应当理解，本发明不限于所公开的一个或更多个实施例，而是能够在不脱离以下权利要求所规定和定义的本发明的范围的情况下进行多次重排、修改和替换。