用于水生附着生物过滤的使用臭氧的预处理和后处理系统和方法技术方案

一种在水暴露于水生附着生物或其它水生植物的天然过滤作用之前或之后，利用臭氧来处理该水以除去营养物和污染物浓度的方法。一种使用深水罐的系统，将需要处理的水与浓缩的羰化水一起注入到该罐的底部使要处理的水暴露于臭氧中，处理过的水从该罐的顶部流出，因而其流过水生植物系统而除去了不需要的物质，如杀虫剂。如果需要，该步骤可以不断重复以进一步处理该水。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求申请于2002年1月28日的美国临时申请No.60/361,632的利益。
技术介绍
本申请涉及改善水质量的系统和方法，更具体地，涉及利用附着的藻群落或其它的水生植物来生物改良水的系统和方法，更具体地，涉及利用臭氧(O3)处理水中与附着的藻群落或其它水生植物有关的有毒化合物、微生物和水生污染物。藻类包含大量的水生植物，超过18,000个种。有更多的水生植物根植于底部或附着在其它植物上漂浮生长，或以该两种方式生长。与陆生植物一样，主要的营养碳、氮和磷及适量的微量营养素是生长所必需的。藻类通过许多复杂且独特的生物途径而具有在营养缺乏的地方生长的能力。除去碳、氮和磷及微量营养素是提高污水质量和恢复生态平衡的关键。大家都知道许多水生植物超自身需要地吸收金属，因而这些水生植物将这些金属生物浓缩在植物细胞中而将它们除去。藻类和其它水生植物能吸收过量的主要营养物和微量营养物，如碳、氮、磷、钾、铁、铝、钙和其它物质，因此能用于改良生态系统。虽然在本申请的优选具体实施方案中将使用附着的藻类，但是任何其它水生植物都可以用来吸收营养物，只要其能从水中吸收其营养物并能够从改良的水中收集。当水流过固定的与所有植物一样都需要碳的藻类或水生附着生物时发生气体补救。水生附着生物与任何陆生植物相比具有更高的生产能力，根据气体分压定律(partial pressure of gas laws)，这会消耗大量的二氧化碳。保守地说，与相同面积的天然林地所吸收的相比，水生附着生物能吸收超过20倍的CO2，水生附着生物更高的细胞生产能力大大地影响O2的生产，使每单位面积生产的氧气要高许多倍。已经表明由定期收集的水生附着生物进行的水改良比构建的单位面积的湿地系统的效率要高50-1000倍。当水流过固定的能吸收营养物(碳、氮和磷)和微量营养素的藻类时发生补救作用，此时排出的氧是饱和度的3倍。已经证实这种高氧和氢氧基环境每年能减少有机物沉淀0.25米，长途迁移的水生附着生物由于吸收了碳，因而能使pH值升高到11。过滤可以通过吸收、吸附、物理捕获和其它的复合方式来进行。已知的用来影响这种吸收的系统是“水生附着生物过滤器”，在淡水、含盐的水和/或盐水中进行培养的水生附着生物称作“附着藻”。与自由漂浮的浮游生物不同，海底生物或附着藻是在大量不同表面生长的附生植物的固定集落，当生长在水流过的路径中时，该固定的藻类和相关的生物就除去水中的营养物和其它化合物，同时依次进行呼吸作用和光合作用从而吸收二氧化碳和释放氧气。一旦形成了藻群落或集落，根和吸盘就覆盖培养表面。如果收集植物体，留下根部，那么就从水中除去了植物体中含有的营养物和其它污染物。可以不断地从水流中输出植物中或植物周围捕获的生物量营养物，从而产生天然过滤效果。该技术的另一优点是能收集富集的藻，用于鱼或动物饲料，从而使营养物返回到食物链中。水生附着生物过滤器(PF)可以用于各种应用，例如，可以将该水生附着生物用于替代鱼池中的微生物或细菌过滤器，如同Stork和Adey所述。如上文所述，天然的水生附着生物可以用于除去污水中的营养物和其它污染物。另外，可以使用不同方法通过收集藻群来生产生物能量物质，如甲醇或乙醇、肥料、人或动物食品添加剂或辅剂、化妆品或药品。由于藻类在生产纤维素形式方面具有高得多的生产能力且比木质纤维更容易处理，因此用于纸和纸产品工业。在许多纸生产线中，湿强度是限制因素，藻纤维具有异常的湿强度，其能提高纸产率，同时除去纸工厂废水中的营养物，因此，提高了产品的环境优越性。大多数纸工厂产生大量的营养物废水流，用水生附着生物培养系统可以大大地改良该废水流，同时产生干净的水流出液和能用来改良工厂制造的产品的纤维。基于该能力，设计出了一种经济、社会和环境可持续的方法用来处理人对水生态系统的影响。三原子氧或O3(臭氧)是天然产生的气体，是在闪电过程中由电晕放电或由阳光中的紫外光作用产生。大家都知道O3在大气层的上部产生，其对地球温度的保持起关键作用。在低空中的O3被认为是污染物，但是人造O3系统适于简易破坏技术，这完全地消除了人们对使用O3的关注。在健康安全系数可承受的剂量范围内，这种系统广泛地用于饮水和废水处理及空气过滤。O3的密度是氧气的1.5倍，水溶性是氧气的12.5倍。在高剂量时，其不留下任何残余物或副产物，除了氧气和微量的二氧化碳、痕量元素和水外。O3可以用干燥空气或氧气来制备，将这些空气通过电场，该电场的电压足够高而在电极间产生“电晕”放电。该电晕放电并不完全具有自动火花塞(automotive spark plug)的能量，但刚好在该水平之下。紫外光和更短波长的辐射也可使氧气转变为可用于工业废水的O3(Belew，1969)。O3是比次氯酸盐更强的杀菌剂，杀菌能力是次氯酸盐的10-100倍，消毒速度比氯快3125倍(Nobel，1980)。O3高度不稳定，必须定点生产。氧化剂和其氧化有机物和无机物材料的尺度是其氧化电势(在数伏特的电能中测量)，O3的氧化电势(-2.07V)比次氯酸盐(-1.49V)或广泛用于水处理实践的氯(-1.36V)要高。使用的臭氧在水中需要滞留时间以使其与粒子接触并将粒子氧化，这个过程一般在大的混合室中用混合泵来完成。在许多情况下，水生附着生物过滤器的位置与需要处理的水有一段距离，由于正好在供给泵或饼入口(pie entrance)的下游的单个或多个静态混合器处发生混合，因此在管中会发生同化(integration)，然后，在管中的滞留时间会使水流过水生附着生物过滤器而得到处理。延长这种接触时间可以提高处理。可以使用多个静态混合器和臭氧注入点以使效果达到最优。还可以使用简便的加盖的池子来增加接触时间。将水泵入输入管中，该输入管位于带有密封底的更大的完全密封井中，然后将臭氧注入到该井的底部，其中的压力可以是最大，也可以是使臭氧在水中更好扩散的压力。随着水在该井中逐渐升高，就产生臭氧与水中粒子的接触时间。如同本专利技术的描述，组合臭氧和水生附着生物过滤比任一技术方法单独使用具有更多优点。臭氧裂解水中的营养物，然后由水生附着生物快速吸收。在佛罗里达中部的几个湖泊中对该现象进行了可处理性研究，如Apopka湖具有高的浮游生物现存量，Apopka湖表现出2PPB SRP和352PPB TP，在使用1mg/l剂量和1分钟的接触时间后，SRP升高到147PPB。该升高的主要原因是由于浮游生物细胞的细胞壁被氧化，含有PPB的细胞质流到了水中。有毒藻细菌的毒素可以存在于藻细胞的里面和外面，这使一系列过滤面临独特的挑战。在这两种情况下臭氧都可用于除去上述底物中的毒性，同时水生附着生物过滤器也具有去毒能力，如同Jensen在美国专利No.5,527,456、5,573,669和5,591,341中的描述。由于大量的碳被藻除去，因此通过附着藻培养物的水的pH值会升高。藻类除去了作为常量营养物的碳、氮和磷及作为微量营养物的许多其它成分和化合物。碳、弱酸的移除使氢氧离子(OH+)的数量增加，对其进行测量，一般用对数表示为pH的增加，这种环境对于其它化合物，如藻细菌释放的藻毒素具有破坏性。因此，臭氧的前和后处理的协同组合可以破坏毒素并使附着的营养物适于水生附着生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用水生植物来处理水以除去营养物和污染物的系统，所述系统包括：将水暴露于足量臭氧中以减少所述水中的营养物和污染物浓度的装置；和水生植物系统，当水流过该系统时所述水中的任何不需要的物质都会被除去。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：凯尔R延森，
申请(专利权)人：埃夸法博技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]