本公开涉及用于清洁水体(例如，湖泊、河、池塘、运河)的方法和系统。
背景技术：
下面列出了被认为是与目前公开的主题的背景相关的参考文献：
-国际专利申请公布第wo2011/073977号；
-国际专利申请公布第wo2016/038606号。
此处对以上参考文献的承认不应被推断为意指这些参考文献与目前公开的主题的专利性以任何方式是有关的。
背景
现在越来越多的天然水体，例如河流、运河、河、湖泊和池塘正在受到人们的污染。含有固体有机颗粒的污染物和废水流入天然水源。有机颗粒倾向于沉降、积聚在河流的底部并且形成一层不稳定的污泥。
处理污染的水的手段可以包括，例如，通过机械挖掘或在外部地点处理这种除去的污泥来从水体底部除去和处理污泥。
例如，在国际专利申请公布第wo2011/073977号或第wo2016/038606号中描述了用于处理污染的水的系统。
wo2011/073977描述了一种用于处理废水的系统，该系统包括：水处理路径，该水处理路径具有入口、将该路径的内部与外部空气隔开的可透氧且不透水的壁以及已处理废水出口，并且该水处理路径布置成当废水从废水入口流到已处理废水出口时用于废水的至少有氧处理；废水供应管道，其将废水供应到水处理路径的废水入口；以及已处理废水导管，其从水处理路径的已处理废水出口供应已处理废水。
wo2016/038606描述了一种水处理模块、包括一个或更多个这样的模块的生物反应器、接收水处理系统以及使用它们的方法。水处理模块包括：(i)长形气体外壳，其包括气体入口和两个竖直的壁，至少一个竖直的壁包括具有面对水的侧部和面对气体的侧部的不透水而透气的膜，该两个竖直的壁在所述外壳的外部的水和所述外壳内的气体之间隔开，该气体外壳处于卷绕或折叠的构造中，从而界定回旋状水平路径以及形成在外壳的相对的面对水的侧部之间的一个或更多个水处理空间；和(ii)扩散器装置，其包括气体扩散器，该气体扩散器构造成用于将气体的流引入到该一个或更多个水处理空间中。
总体描述
本公开提供了一种用于处理天然水体以从天然水体中除去污染物的方法和系统。
在本公开的上下文中，当提及天然水体时，应理解为包含任何形式的水的积聚，仍然包括或包含水体，例如池、池塘、湿地、水坑以及流动的水体形式(可航行的水道)，例如河、河流、运河。此外，在本公开的上下文中，尽管优选地是天然存在的地理特征，但在一些实施方案中，水体是人造的，例如由工程坝产生的水库、人造港(例如，通过建造而产生的)、天然湾、水道。
本文公开的方法和系统利用一个或更多个水处理单元，根据本公开内容，该一个或更多个水处理单元各自具有水密外壳(water-tightenclosure)，该水密外壳具有可透氧且不透水的膜，该可透氧且不透水的膜通过从外壳内部经过膜渗透至周围的水中而将氧气释放至被污染的水中。这样，水密外壳可以被界定为具有构成膜的面对气体的侧部的面向内部的侧部以及构成膜的面对水的侧部的面向外部的侧部。
处理单元的水密外壳可以由两个长形的基本上平行的氧膜形成，这两个长形的基本上平行的氧膜沿着它们的纵向边缘彼此密封。这些单元也可以由折叠的单个长形膜片材形成，其两个纵向边缘彼此密封，从而限定长形袖筒。
水密外壳还可以形成为长形管，例如通过挤制可透氧且不透水的膜。
处理单元还包括连结到含氧气体源的至少一个气体入口和至少一个气体出口。在使用中，含氧气体通过至少一个气体入口进入外壳中，流动通过水密外壳和其至少一部分，通过至少一个气体出口流出外壳。
至少一个入口和至少一个出口通常地但不排他地位于外壳的相对的两端。
通过一些实施方案，每个水密外壳可以具有单个入口和/或单个出口。在其它实施方案中，可以具有单个出口和两个或更多个这样的入口和出口。在又一些其它实施方案中，可以具有两个或更多个入口和单个出口。在又一些其它实施方案中，可以独立地具有两个或更多个入口以及两个或更多个出口。
在一些实施方案中，可透氧且不透水的膜包含由第一聚合物形成的织物或是由第一聚合物形成的织物，所述第一聚合物挤制覆盖(extrusioncoated)有第二聚合物。一旦被密封而形成水密外壳，覆层可以被施加到织物的面对水的一侧。
在一些实施方案中，覆层的厚度为在5微米至20微米之间。
在一些实施方案中，第一聚合物是聚烯烃，例如聚乙烯或聚丙烯或聚酯。在一些实施方案中，聚烯烃是致密聚烯烃(中密度至高密度)。
在一些实施方案中，不透水且可透氧的膜由多微孔材料(microporousmaterial)形成。
在一些实施方案中，多微孔材料是非织造聚合物。
膜通过其结构可以是多微孔的，并且由于膜材料的表面张力和疏水特征可以是不透水的。
在常规操作下，该材料允许氧气在比周围液体的流体静压力低的压力下从空气中通过其扩散。在不规则的情况下，其多微孔结构允许释放加压气泡的脉冲，作为在膜的水侧表面上堵塞或积聚固体时的故障排除机制。
在一些实施方案中，非织造织物是闪纺高密度聚乙烯纤维，例如可商购自dupont的
在一些实施方案中，第二聚合物包含丙烯酸烷基酯(alkyl-acrylate)或是丙烯酸烷基酯。不受理论束缚，通过丙烯酸烷基酯的覆盖基本上将第一聚合物密封成水的通道，而没有明显地阻止氧气通过(通过经过通道扩散)。
在一些实施方案中，丙烯酸烷基酯是这样的一种丙烯酸烷基酯，其与第一聚合物(具体地与聚烯烃织物且更具体地与聚乙烯织物)相容，以便于通过挤制的覆盖。
在一些其它实施方案中，第一聚合物包含聚苯乙烯织物或是聚苯乙烯织物。
在一些实施方案中，第二聚合物是聚甲基戊烯，其与用于通过挤制覆盖的聚酯织物相容。
外壳可以完全由可透氧且不透水的膜制成，或仅其部分可以由此类膜制成。
当仅外壳的部分由可透氧且不透水的膜制成时，其它部分至少是不透水的。
通过一些实施方案，水密外壳包括设置在外壳的内部的一个或更多个间隔元件，用于将壁部分彼此分开并且保持膜的面对氧的侧部之间的最小距离，并且因此畅通的氧气流从至少一个入口流到其至少一个出口。当外壳内的预期气体压力低于流体静压力时，间隔通常很重要；因为这样除了赋予总体刚度之外，间隔元件还防止壁塌缩成彼此抵靠并且因此阻塞路径流动。
一个或更多个间隔元件可以具有网格或网的大体形式。虽然它们可以构成独立元件，例如，设置在外壳内部的网状元件，但是在一些实施方案中，间隔元件一体形成在膜中的一个的至少一部分上。例如，这种一体的间隔元件可以构造为在外壳的面对气体的侧部上的支承部(abutments)。该支承部可以具有轨道、凹坑、波纹、钩状突出部或其任何组合的形式。
在一些实施方案中，一个或更多个间隔元件具有厚度或以其它方式构造成保持在约1mm至约20mm之间，有时在1mm至10mm之间，有时在2-4mm之间的饰面膜之间的最小距离。
由于间隔元件构造成承受流体静压力，所以它们由刚性材料(例如，塑料材料)制成，这些材料包括但不限于聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯、聚酰胺、聚缩醛及其任何组合。
通过一些实施方案，包括单个水密外壳的处理单元可以被使用，例如，被布置成呈螺旋形路径或在天然水体内具有之字形、蜿蜒曲折或蛇形路径。
在一些其它实施方案中，处理单元包括多于一个水密外壳；例如，在天然水体内彼此平行地延伸。确切的构造可以根据预期的用途而不同。
根据本文公开的方法，一个或更多个处理单元被浸没在待处理的天然水体内，并且以允许水体的污染部分与一个或更多个处理单元接触的方式定位在水体内，并且然后，在操作中，通常经由一个或更多个外壳的专用入口(或多个入口)将含氧气体供给到水密外壳中。
在一些实施方案中，含氧气体以连续模式供给到外壳中，在一些其它实施方案中，含氧气体被间歇地供给到外壳中。
含氧气体可以是空气、富氧空气、纯氧气等。在一些实施方案中，含氧气体是空气。
在一些实施方案中，供给至外壳中的含氧气体通常是来自风扇、泵或鼓风机的空气。
通过保持氧气的压力低于周围流体静压力的压力，氧气将通过细渗透或扩散渗透通过膜，而不会引起可能搅动被污染的水的气泡并且对处理效率产生不利影响。
有时，例如，为了防止堵塞或防止外壳的外部(即，外壳的面对水的侧部)上的积聚的固体，通常，加压空气(在流体静压力以上的压力)的脉冲被引入到外壳中，并且导致气泡通过膜的多微孔结构释放，除去堵塞的固体，否则这些固体会继续积聚在膜的外表面上。
通过一个实施方案，气体可以从外壳从一个或更多个气体出口被动地释放出来。在其它实施方案中，气体可以从至少一个气体出口主动地吸出或泵出。
使用含氧空气为天然水体内的污泥的有氧降解提供了条件。
在水中，污泥可以在厌氧或有氧条件下降解，每种产生不同的降解产物。厌氧降解产生也被认为是污染物的产物以及氮化合物，污染物通常依据生化需氧量(bod)或化学需氧量(cod)测量，氮化合物通常依据总凯氏氮(tkn)或铵态氮(nh4-n)测量。
有氧路径的降解是环境优选的，因为其产物包括可以被释放到大气中的二氧化碳，而不会在水中留下污染物。
用于有氧降解的传统曝气装置包括在水的一定深度处释放加压空气的气泡的扩散器。这种扩散器的操作通常消耗高能量并且导致固体颗粒的悬浮，从而导致水的不希望的混浊度。
如上所述，一个或更多个处理单元以允许水体的污染部分与其接触的方式被定位在水体中。
在一些实施方案中，一个或更多个处理单元被定位在水体的底部处。这种定位可以是，但不限于此，通过将重量赋予元件联接到外壳例如金属链、金属重量部等，或通过构造例如由混凝土制成的基础结构将单元锚定在底部处，并且将外壳连接到其上。
如上所述，由本公开提供的还有用于实施本公开的方法的系统。该系统可以包括具有上述类型的水密外壳的一个或更多个处理单元、用于将单元定位在水体内的装置，使得单元基本上完全浸没在水体中(有时例如由于水的运动，一些小部分可能暴露于大气)。
在一些实施方案中，系统包括含氧气体源以及将源连结到至少一个气体入口的气体供给导管装置。如上所述，气体源可以是风扇、鼓风机或泵中的任何一种。应该注意的是，除了风扇、泵或鼓风机以外，在含氧气体是空气的情况下，气体还可以来自加压源，例如含氧空气容器、富氧空气容器或氧气容器。
在一些实施方案中，该系统包括与至少一个气体出口连结的气体释放导管装置，该至少一个气体出口将该气体从一个或更多个处理单元的外壳用导管输送出来。尽管这种导管布置可以是被动的导管布置，但是将外壳的气体出口朝向外部端口连结，用于将该过量气体释放到大气中，其还可以包括用于从气体释放导管装置主动吸出或泵出的吸气单元(例如泵)。
在一些实施方案中，用于定位浸没在水体中的单元(通常在水体的底部处)的定位装置可以包括重量赋予元件、金属链、混凝土元件等，每个构成本公开的单独实施方案。在一些实施方案中，重量赋予元件可以是外壳的一部分，与膜成一体或封闭在外壳内。在其它实施方案中，重量赋予元件可以可拆卸地附接到外壳或与外壳联接，通常可拆卸地附接到外壳的面对水的表面的一部分。
通过一些实施方案，该系统还可以包括浮动平台，该浮动平台支撑以下中的一个或更多个：(i)含氧气体源，(ii)用于将气体释放到大气的气体释放单元或端口和(iii)系统控制器。
现在，将参考在附图中描绘的一些示例性实施方案描述本发明。这些示例性实施方案意在说明本公开的方法和系统，但不意图以任何方式进行限制。换句话说，本公开的范围适用于以上公开的全部内容，并且不以任何方式限于这些示例性实施方案。
附图说明
为了更好地理解本文中所公开的主题并例证该主题可以在实践中如何实现，现将参照附图仅通过非限制性示例来描述实施方案，在附图中：
图1a-1f是根据本公开的实施方案的系统的示意图，包括在水体(例如，河)内水平部署的两个处理单元；其中图1a是具有浸没在其中的根据本实施方案的系统的河的立体视图；图1b是图1a所示的处理单元的水密外壳(water-tightenclosures)中的一个的横向横截面的放大图；图1c是经由入口管道装置连接到图1a的处理单元的入口的气体源的图示；图1d是图2a的系统的一部分的俯视图，图示了经由专用支撑元件定位到水体底部的两个水密外壳；以及图1e是连接到图1a的处理单元的外壳的气体出口装置的图示。
图2a-2e是根据本公开的另一实施方案的本文公开的系统的示意图，该系统具有管状形式的水密外壳，其中图2a示出了具有浸没在其中的根据本实施方案的系统的河；图2b提供了图2a的水密外壳的一部分的横截面；图2c是连接到图2a的处理单元的入口的气体源的图示；图2d是图2c的处理单元的一部分的俯视图；图2e是连接到图2a的处理单元的外壳的气体出口装置的图示。
图3a-3e是根据本公开的又一实施方案的本文公开的系统的示意图，在这种情况下，水密外壳具有类似袖筒的构造(sleeve-likeconfiguration)，其中图3a示出了包含根据此实施方案的系统的河；图3b提供了图3a的水密外壳的一部分的横截面；图3c是连接到图3a所示的处理单元的入口的气体源的图示；图3d是图3c的处理单元的一部分的俯视图；以及图3e是连接到图3a的处理单元的外壳的气体出口装置的图示。
具体实施方式
参考图1a-1f，图1a-1f是作为河示出的天然水体100的示例性实施方案的示意图，其包括用于处理水体100以除去水体中的污染物的系统101。根据该非限制性实施方案，系统101包括两个处理单元102，每个处理单元102包括由两个长形的且基本上平行的片材构成的水密外壳104，该水密外壳104在其一部分中包括可透氧且不透水的膜106，该可透氧且不透水的膜106以形成用于气体的内部流动路径的方式沿着其纵向边缘彼此密封，如下面进一步描述的。
水密外壳104沿水体100纵向地且水平地部署，一个在另一个旁边，使得两个膜106中的一个面对河底。注意到，水密外壳可以类似地从沿着河航行的船只部署。在这种情况下，水密外壳可以卷成螺旋形，并且通过在船只沿着水体移动时展开而部署在水内。
该系统还包括含氧气体入口108，含氧气体入口108定位到长形的外壳104的一端107并且经由气体供给管道装置110连接到气体源112，在该实施方案中，气体源112以放置在河岸上的鼓风机的形式，也如图1c所示。
在未示出的一些实施方案中，每个水密外壳可以经由单独的气体供给管道装置从不同的源供给。
系统101还包括在每个长形的外壳104的相对端109处的两个独立的出口114。气体出口114连结到气体释放管道装置116，用于将气体用管道输送出外壳。
在一些实施方案中，出口114可以通过例如图1f所示的柔性连接段111联接到出口管道装置116，以允许出口管道装置116的柔性和自由移动，例如由于河100中的水流。
进一步示出的是气体释放管道装置116，其将气体出口114连结到端口115，在端口115处，从外壳104内流动的气体被释放到大气中。如该图所示，端口115可通过定位到诸如混凝土平台的平台117而保持在适当的位置。
通过在外壳104的内部空间内引入间隔元件来确保沿着从入口108到出口114的通路的空气流动。具体而言，间隔元件118被构造为向外壳104的结构赋予刚度，使得在压力下，即流体静压力下，形成外壳104的两个面对的膜106不会塌陷。在操作中，气体以低于外壳周围的流体静压力的压力被引入到外壳104中，并且将通过扩散经过膜渗透到周围的水，而不引起可能导致湍流和/或将污染物携带到水面的任何气泡。间隔元件可以是格栅网的形式，例如图1b中所示的间隔元件118，或者作为从不透氧的透气膜的表面面向内的凹坑。间隔元件可以由塑料材料制成。例如，间隔元件可以由诸如聚乙烯、聚丙烯或尼龙的聚烯烃或通常用于生产排水网的任何其它材料制成。
在图1b中还示出了柔性连结器122，例如金属链，其在边缘120处联接到外壳104并且用于将处理单元102锚定到水体100的底部部分。以这种方式，可能影响水体内的水流的环境变化(例如风暴)不会影响或仅轻微影响处理单元102在水体内的位置。金属链102可以联接或定位到水体的底部，或者联接或定位到诸如重物或混凝土平台(未示出)的重量赋予元件，或者其自身可以具有足够重量以提供对底部的定位，如图1c或图1e所示。
另外，处理单元102可以通过支撑元件124保持在适当的位置，如图1c和1d所示。这些支撑元件还可用于使两个外壳104保持成具有在其间的期望距离。支撑元件124可以形成为单个刚性平台，该单个刚性平台连接到两个(或更多个)处理单元，使得这些处理单元在水体内共同移动。
现在参考图2a-2e和图3a-3e，图2a-2e和图3a-3e提供了根据本公开的一些其它替代实施方案的示意图。在这些图中，与图1a-1e中所示的实施方案的元件相似的元件已经分别由相似的附图标记上升一百或二百而给出。因此，举例来说，水密外壳204及其可透氧且不透水的膜206在功能上等同于水密外壳104及其可透氧且不透水的膜106。
具体地，图2a-2e示出了处理单元202，其中外壳204具有管状形式，例如管状的管(tubularpipe)。在该实施方案中，示出了沿着长形的水体从水体的一个堤岸221横跨到其另一堤岸223蜿蜒曲折地部署的单个外壳204。
如图2b所示，外壳204的管状构造通过使用内部间隔元件218来保持，内部间隔元件218可以是外壳内的盘绕间隔件。在图2b以及图2c中进一步示出了外围环220，外围环220沿着外壳的长度在外壳上环行，链222联接到外围环220以便将外壳定位到水体的底部部分。
如图2a和2e中所示的浮动平台217被定位到出口管道装置216(在图1a和1e中，它不是浮动的，而是定位到堤岸)，因此将端口215维持在水位以上，使得气体从外壳释放到大气。
现在转到图3a-3e，图3a-3e示出了根据本公开的另一个实施方案的处理单元302。在这些图中，与图1a-1e中所示的实施方案的元件相似的元件已经由相似的附图标记上升二百而给出。然而，在该实施方案中，以长形的类似袖筒的膜的形式的外壳304以如上关于图2a-2e所述的蜿蜒曲折的方式部署。类似袖筒的构造被界定为，外壳的横截面的一个尺寸大于该外壳的横截面的第二尺寸，第二尺寸垂直于第一尺寸。