CN107326618A - 一种基于离子相互作用的漂洗节水装置及洗衣机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于离子相互作用的漂洗节水装置及洗衣机，漂洗节水装置，包括腔体，所述腔体上开有一入水总口和一出水总口，所述腔体内设置若干平行布置的隔板，隔板将腔体分成若干腔室，每个腔室具有一个子入口和一个子出口，子入口和子出口之间设置过滤层；所有子入口均与入水总口相通，所有子出口均与出水总口相通；所述过滤层由第一层、第二层和第三层依次设置构成，所述第一层和第三层均填充棉花，所述第二层填充强碱阴离子交换树脂微球。本发明起到洗涤废水净化，截留油污并吸附洗涤剂的作用，从而达到洗涤用水可被循环利用并用于漂洗以节省漂洗用水的目的。

Description

一种基于离子相互作用的漂洗节水装置及洗衣机
技术领域
本发明涉及一种基于离子相互作用的漂洗节水装置及洗衣机。
背景技术
目前，洗衣机洗衣过程中存在极大的水资源浪费。市面上的洗衣机在洗衣过程中，洗涤和漂洗一般都采用全充注水和全排水的过程。以三次漂洗为例，洗衣过程中，洗涤用水约为总水量的1/4，漂洗用水为3/4，可见节省漂洗过程的用水可以起到较为显著的结果。
此外，目前的洗衣过程，无论是洗涤废水还是漂洗废水均不经任何处理排到环境中，其中既含残余洗涤剂成分如碳酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠以及各种表面活性剂，也含有各种成分的污渍，如各种油脂、矿物油等。含有这些物质的废水，会对环境造成恶劣的影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于离子相互作用的漂洗节水装置及洗衣机，起到洗涤废水净化，截留油污并吸附洗涤剂的作用，从而达到洗涤用水可被循环利用并用于漂洗以节省漂洗用水的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种基于离子相互作用的漂洗节水装置，包括腔体，所述腔体上开有一入水总口和一出水总口，所述腔体内设置若干平行布置的隔板，隔板将腔体分成若干腔室，每个腔室具有一个子入口和一个子出口，子入口和子出口之间设置过滤层；所有子入口均与入水总口相通，所有子出口均与出水总口相通；所述过滤层由第一层、第二层和第三层依次设置构成，所述第一层和第三层均填充棉花，所述第二层填充强碱阴离子交换树脂微球。
进一步的，所述强碱阴离子交换树脂微球采用D201强碱阴离子交换树脂微球。
本发明的另一目的是提供一种洗衣机，包括洗衣机、水泵、上述的漂洗节水装置，所述洗衣机的排水口与漂洗节水装置的入水总口相连，所述出水总口与水泵的入口相连，所述水泵的出口与洗衣机的洗衣桶相通。
本发明的有益效果如下：漂洗结束后，将洗涤废水流经过滤结构，过滤结构中主要采用D201强碱阴离子交换树脂(骨架为交联聚苯乙烯，离子化功能基团为季铵根阳离子，反离子为氯离子)。当洗涤废水流经D201强碱阴离子交换树脂时，洗涤剂由于离子相互作用而被吸附，并导致油污在水溶液中相互团聚而形成更大粒径的油滴而截留，从而达到净化洗涤废水的目的。经过净化后的洗涤废水通过循环重新回到洗衣机中,使得衣物上残留的洗涤剂进一步溶解。经过多次循环，即可达到符合国家标准的漂洗效果。经过我们的相关实验验证，漂洗率达到99％以上(波轮洗衣机漂洗率为85％，滚筒洗衣机漂洗率为95％)，可以基本认为无洗涤剂与油污残留。考虑树脂再生用水，漂洗节水率为99.56％，洗涤总用水节水率为74.67％。
附图说明
图1是D201强碱阴离子交换树脂的结构图；
图2是D201强碱阴离子交换树脂的离子交换作用示意图；
图3是本发明漂洗节水装置剖面平面结构图；
图4是本发明漂洗节水装置剖面立体结构图；
图5是四组滤液与洗涤废水模拟液的紫外可见吸收曲线图；
图中：腔体1、入水总口2、出水总口3、隔板4、腔室5、子入口6、子出口7、过滤层8、第一层9、第二层10、第三层11。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
本发明的关键在于D201强碱阴离子交换树脂，故对其结构及作用原理进行详细介绍。其结构见附图1，骨架为聚苯乙烯，形成立体三维网状结构。骨架上通过共价键连接功能基——带有正电荷的季铵根阳离子，并通过离子相互作用结合反离子——氯离子(图中未表示出)。聚苯乙烯骨架和功能基不能自由移动,但反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下能和溶液中带有同种电荷的其它反离子相互交换，并且该过程是可逆的，这决定了D201强碱阴离子交换树脂的离子交换性能。
通过《GB/T4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》里所提供的两种洗涤剂的成分可知，洗涤剂成分中绝大部分为弱酸根的钠盐(在水溶液中解离成钠离子和弱酸根阴离子，并显碱性)，而起到除去污渍作用的是阴离子表面活性剂——线型烷基苯磺酸钠。此外，通过《GB/T4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》中提供的三种污染液——碳黑油污染液、蛋白污染液、皮脂污染液——可知，污渍的主要成分为油。阴离子表面活性剂起到除油污作用的原理是形成胶束，亲水端(即苯磺酸根一端)向外，疏水端(烷基链一端)向内，并将油污包裹在内。
综上可知，洗涤废水的组成可简化为：
(1)水(溶剂)；
(2)由阴离子表面活性剂自组装形成的胶束，胶束中包裹着油污；
(3)洗涤剂成分中的钠离子和其他阴离子。
当洗涤废水流经D201强碱阴离子交换树脂时，溶液中的阴离子与D201强碱阴离子交换树脂基体中的氯离子发生离子交换作用(见附图2)从而被D201强碱阴离子交换树脂吸附。而由阴离子表面活性剂构成的胶束受到季铵根阳离子的离子相互作用会发生破乳，其包裹的油在水溶液中相互团聚而形成更大粒径的油滴。由于D201强碱阴离子交换树脂是离子性的，表现亲水性，而油是疏水性的，因而油滴不能通过D201强碱阴离子交换树脂而被截流下来。从而达到净化洗涤废水的目的。
因此，如图3-4所示，本发明提供一种基于离子相互作用的漂洗节水装置，包括腔体1，所述腔体1上开有一入水总口2和一出水总口3，所述腔体1内设置若干平行布置的隔板4，隔板4将腔体1分成若干腔室5，每个腔室5具有一个子入口6和一个子出口7，子入口6和子出口7之间设置过滤层8；所有子入口6均与入水总口2相通，所有子出口7均与出水总口3相通；所述过滤层8由第一层9、第二层10和第三层11依次设置构成，所述第一层9和第三层11均填充棉花，所述第二层10填充D201强碱阴离子交换树脂微球。
所述强碱阴离子交换树脂微球采用D201强碱阴离子交换树脂微球。
本发明的另一目的是提供一种洗衣机，包括洗衣机、水泵、漂洗节水装置，所述洗衣机的排水口与漂洗节水装置的入水总口相连，所述出水总口与水泵的入口相连，所述水泵的出口与洗衣机的洗衣桶相通。
本发明效果验证实验：
为验证强碱阴离子树脂净化洗涤废水的效果，进行模拟实验。为使干扰变量减小，配制洗涤废水模拟液配方如下：
200ml水、0.40g洗衣粉(按《GB/T4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》中洗衣粉浓度配置)、2g溶有适量油红O的正己烷(正己烷是一种较为常用的油性液体)。
配方中，油红O是一种只溶于油不溶于水的颜料，且在紫外可见区有光吸收，可用紫外分光光度计定量分析。因而测定滤液的紫外可见吸收即可说明油污是否被完全截留。又因为洗涤剂成分绝大部分为弱酸根的钠盐，弱酸根在水中电离显碱性，因而只要测得过滤前后pH变化即可定量分析洗涤剂是否除净，并可以通过相关推导把pH变化换算为漂洗率。理论推导如下：水溶液中氢氧根离子浓度与碱浓度、解离常数关系为其中c(OH-)为水溶液中氢氧根离子浓度，为碱的解离常数，cb为碱的浓度，忽略水的电离，可得最简式为以1,2分别过滤前后的两种状态，则可进一步推导出其中pH1、pH2分别为过滤前后溶液的pH，则漂洗率
通过在实验室中对过滤结构进行试验，作为简化，选用10ml针筒作为过滤容器，在底部垫一层棉花，加入约4gD201强碱阴离子交换树脂微球，并再加上一层棉花，连续做四组实验(见附表1)，收集滤液，分别测定洗涤废水模拟液和四组实验滤液的pH和紫外可见吸收。相关数据结果见附图5和表1(表1中1、2、3、4的序号代表连续四组实验的顺序)。从数据结果可知，强碱阴离子树脂具有很好的吸附洗涤剂和截流油污的能力，而且耐久性也很好。
表1：四组滤液的洗涤剂吸附效果数据
组号(顺序) 滤液质量 pH 漂洗率P
1 10.54 7.89 99.999％
2 8.50 8.05 99.998％
3 8.04 8.92 99.917％
4 9.5 9.14 99.771％
(洗涤废水模拟液pH为10.46)
由于本发明采用将洗涤废水净化并循环利用以漂洗衣物的方式，因而可以节约所有的漂洗用水，但D201强碱阴离子交换树脂的吸附容量是有限的，当达到吸附容量时需要进行再生，这个过程需要消耗水，因而需要考虑这两方面进行节水分析。
用水量假设为30L/kg(介于《GB/T4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》中规定的波轮洗衣机质量级别B、C级之间)，按照常规三次漂洗计算，其中洗涤7.5L/kg，漂洗22.5L/kg。《GBT4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》中标准洗涤用水洗涤剂含量为0.2％(质量浓度)，故洗涤剂用量为7.5*103ml/kg*1g/ml*0.2％＝15g/kg。按《GBT4288-2008家用和类似用途电动洗衣机》中所提供的洗衣粉成分可计算出强碱弱酸盐平均相对分子量约为200，按1kg衣物计算，则阴离子含量为15/200＝0.075mol。
树脂全交换容量为3.8mmol/g，再生率70～80％，工作效率为30％～90％，均取中位数计算，则实际工作容量为3.8*75％/2*60％＝1.71mmol/g，吸附0.075mol阴离子共需D201强碱阴离子交换树脂0.075*1000/1.71＝43.8g。1m3湿D201强碱阴离子交换树脂再生用NaCl 80kg，由湿D201强碱阴离子交换树脂密度为0.65～0.72g/ml(取中位数0.68g/ml计算)，则1gD201强碱阴离子交换树脂用NaCl 80*1000/(0.68*1000*1000)＝0.118g，则对于1kg衣物，再生用盐43.8*0.118＝5.15g，配成5％NaCl溶液，用水5.15/5％*95％＝97.9g，即达到相同的漂洗效果用水0.098L。
综上，原洗衣机用水22.5L，则节省漂洗用水水22.402L，漂洗节水率为22.402/22.5*100％＝99.56％，洗涤总用水节水率为22.402/30*100％＝74.67％。

Claims (3)

1.一种基于离子相互作用的漂洗节水装置，其特征在于，包括腔体(1)，所述腔体(1)上开有一入水总口(2)和一出水总口(3)，所述腔体(1)内设置若干平行布置的隔板(4)，隔板(4)将腔体(1)分成若干腔室(5)，每个腔室(5)具有一个子入口(6)和一个子出口(7)，子入口(6)和子出口(7)之间设置过滤层(8)；所有子入口(6)均与入水总口(2)相通，所有子出口(7)均与出水总口(3)相通；所述过滤层(8)由第一层(9)、第二层(10)和第三层(11)依次设置构成，所述第一层(9)和第三层(11)均填充棉花，所述第二层(10)填充强碱阴离子交换树脂微球。
2.根据权利要求1所述的基于离子相互作用的漂洗节水装置，其特征在于，所述强碱阴离子交换树脂微球采用D201强碱阴离子交换树脂微球。
3.一种洗衣机，其特征在于，包括洗衣机、水泵、权利要求1或2所述的漂洗节水装置，所述洗衣机的排水口与漂洗节水装置的入水总口相连，所述出水总口与水泵的入口相连，所述水泵的出口与洗衣机的洗衣桶相通。
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