CN107428562A - 用于从灰水中回收清洁水和表面活性剂浓缩物的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置和方法。具体地说，本发明涉及家庭纯化从衣物洗涤和/或漂洗液产生的灰水，以及回收表面活性剂和纯化水以供通过再次使用进行节水。
Description
技术领域
本发明涉及用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置和方法。具体地说，本发明涉及家庭纯化从衣物洗涤和/或漂洗液产生的灰水，以及回收表面活性剂和纯化水以供通过再次使用进行节水。
背景技术
在整个说明书中对现有技术的任何讨论都决不应被认为是承认该现有技术是广为人知的，或者构成该领域内公知常识的一部分。
在若干地理区域，缺水正在成为一个越来越严重的问题，并且在发展中国家尤其如此。
家庭清洁过程如洗涤衣物、盘等需要大量的水。如果可以节约这种水并且还再次使用用于此类活动中的水，则将对社会有很大益处。在家内由洗涤和漂洗衣物产生的水通常被称为灰水。为了再次使用此类家用灰水进行各种活动，重要的是去除所有的微粒物质和表面活性剂。
使用尤其是用于使水对于饮用安全的诸如絮凝剂和凝结剂的化学品的几种水纯化工艺是本领域已知的。还有几种纯化工业废水的技术。这些方法中的大多数都涉及使用对环境有不利影响的化学品，如铝盐和聚合物。
WO2002000557(P&G)描述了一种水纯化组合物，该组合物基本上包含初级凝结剂、桥接絮凝剂、助凝剂和任选的消毒剂。该专利申请还要求保护用于净化和纯化水的方法，该方法包括选自凝结和絮凝、消毒、过滤、中和和强化的几个阶段。
EP1953119(Unilever)描述了双组分体系形式的固体水纯化组合物，其中第一组分包含杀生物剂和水不溶性吸附剂，第二组分包含凝结剂和絮凝剂。生物杀灭剂猝灭剂可包含在所述组合物中。
WO2012084621(Unilever)公开了一种快速水纯化和净化工艺，用于通过使用对于水净化和纯化有效的包含絮凝剂、凝结剂、填充剂和阳离子型表面活性剂的组合物来处理家用水，尤其是衣物洗涤水且更通常是衣物漂洗水。
WO15003009(Aquacache公司)公开了用于处理含有固体材料以及脂肪、油和油脂中的一种或多种的废水的方法，其包括在单态氧和/或过氧化氢存在下同时使待处理的水经受喷射空气处理。用于纯化灰水的方法是通过使用高级氧化来降解有机物和表面活性剂。单态氧是通过过氧化氢和次氯酸钠的反应产生的。曝气产生泡沫，泡沫被用于通过类似于泡沫浮选的方法去除固体、脂肪和油性污垢。泡沫通过使用真空来处置/破碎。所述方法非常精细且涉及使用许多难以处置的化学品，没有教导如何从灰水中回收表面活性剂，但实际上会降解有机物和表面活性剂。
US201331994(Nexus Ewater)公开了处理废水、特别是含有表面活性剂且包括灰水的废水而用于局部再次使用的工艺和设备。在该工艺中，使用气体来处理废水，这导致产生气泡。气泡被移动至“分离室”，一些液体可从其中进一步排出。该液体被再循环至主废水容纳室。水处理通过粗过滤(>200微米)、吸附过滤和UV处理进行。用于产生气泡的气体是空气或臭氧，臭氧声称是通过将废水暴露于UV光而产生的。气体注入速率为1至4LPM。活性炭过滤器用于从废水中吸附去除残余的表面活性剂。
泡沫以非常低的速率(1至4个LPM)产生，并且气泡在用于干燥的单独的室中被分离出来。这将需要大量的空间，尤其是对于在家庭装置如洗涤机器中处理灰水中的高表面活性剂浓度而言。它并未公开如何能够在连续的高速运行中从泡沫中回收表面活性剂。使用臭氧说明期望通过氧化来化学降解表面活性剂，未提及表面活性剂的回收。
非常期望在不添加化学品的情况下纯化灰水、尤其是家庭过程中产生的灰水如衣物洗涤和漂洗水的装置和方法，并且其对环境有益。
Goldberg和Rubin(I&EC Process Design and Development，1967，第6卷)公开了通过高速旋转盘的剪切作用进行机械泡沫破碎的工艺。然而，它只公开了通过使用以约2500rpm的速度旋转的平滑盘时至多200ml/min的泡沫流速。用于所述工艺中的表面活性剂是Triton X‐100，其不是具有非常高起泡的表面活性剂并且是在相对低的浓度下。它们对盘速度和曝气速率也有限制，正因为如此，携带有泡沫的液体的量增加。他们并未公开如何从灰水中回收纯化水或表面活性剂浓缩物。
Andou S等(Performance characteristics of mechanical foam breakerswith rotating parts fitted to bubble column,J.of chem.tech.and biotech，第68卷第1期，1997年1月1日，第94‐100页)比较了形状像具有轮叶/叶片的风扇的机械泡沫破碎器，所述轮叶/叶片垂直于在各种定向上与“叶片”旋转的平面定向。这些泡沫破碎器不仅消耗较多的功率，而且还会在排气中产生液滴的细雾，且泡沫的液相被分散至携带有离开泡沫破碎器的空气流动流的雾中。因此，从灰水中回收和收集纯水是很低的。
申请人的共同待决的申请EP13187691公开了用于纯化灰水、尤其是用于家庭纯化的装置和物理方法，所述方法不需要添加化学品。发现可设计一种装置和方法，其中通过连续曝气可将存在于所用的洗衣水中的超过90％的表面活性剂转移至泡沫中。如果然后将所述泡沫从容纳灰水的室中引导(channel)出，并使其在室外塌陷，则可构建一种装置和方法以从水中去除溶解的表面活性剂。因此即使当灰水中的表面活性剂的水平高达0.1％时，也可以将超过90％的灰水作为纯化水回收。优选可随后使回收的纯化水通过至少一个过滤器以获得进一步纯化的水。实现上述目标的关键步骤是使泡沫以非常高的泡沫体积流速塌陷的能力。
EP13187691中所公开的方法和装置能够通过浓缩存在于洗衣废水中作为占初始洗衣废水约10％体积的“废弃物(reject)”的污垢和表面活性剂，从洗衣废水中回收纯水。由于来自洗衣过程的污物和油性污垢与来自该浓缩废物流中的洗衣产品的这些表面活性剂混合，因此不得不丢弃该种废弃液(reject liquid)。这种浓缩废弃物既是环境的负担，也是可再次使用的表面活性剂的损失。如果可从含有表面活性剂浓缩物废弃物的这种“污物”中提取清洁的表面活性剂溶液，则将是非常有益的。
除了上述之外，存在于洗衣废水中的油性污垢和污物颗粒的存在干扰曝气步骤中的泡沫产生。这导致通过曝气和泡沫塌陷从洗衣废水中次优的去除表面活性剂。因此，无论存在于洗衣废水中的污垢的数量和类型如何，设计能确保从洗衣废弃水中有效去除表面活性剂的装置和方法都将是有益的。
现已发现，如果衣物洗涤液在曝气和泡沫破碎之前通过能够去除存在于洗衣废水中的污物和油性污垢的超滤器，则可以获得来自塌陷的泡沫的富含表面活性剂的浓缩物、纯化水以及含有微粒状和油性污垢的废物。因此可将洗涤液中初始表面活性剂的至多70％作为液体浓缩物回收以及洗衣废水的至多90％作为纯化水回收。
本发明的一个目的是提供在不添加对环境有不利影响的化学品的情况下，通过纯化在家庭过程、尤其是衣物洗涤和漂洗过程中产生的灰水来回收表面活性剂浓缩物和纯化水的装置。
本发明的另一目的是提供用于回收表面活性剂浓缩物和纯化水的装置，其中灰水的表面活性剂水平降低至小于1ppm。
本发明的另一目的是提供用于纯化灰水的简单物理方法，其中70％的表面活性剂作为表面活性剂浓缩物被回收，并且可实现纯化水的超过90％的回收。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.所述容器(3)包括用于对所述容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.倒转的杯(8)，所述杯的开口定位在收集托盘(9)中；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进盘(10)的旋转且放置在所述杯(8)中，并且可旋转地连接至所述杯(8)的基部(base)；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，并且其中所述盘的表面是粗糙的。
根据本发明的另一方面，提供了用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.所述容器(3)包括用于对所述容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.定位在收集托盘(9)上方的倒转的杯(8)，其中所述杯固定至所述收集托盘并且设置有通气孔(12)；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进所述盘(10)的旋转，且放置在所述收集托盘的上方，并且可旋转地连接至所述收集托盘的盖子；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，并且其中所述盘的表面是粗糙的。
优选盘的旋转速度在1000rpm至10000rpm范围内。
根据本发明的再一方面，提供了使用根据本发明的装置纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的方法，其包括：
a.通过超滤器过滤所述灰水；
b.以1‐200L/min的流速将空气喷射至包含在所述气密容器中的待纯化的过滤灰水中；
c.提供产生至少半分钟的停留时间的泡沫；
d.将从所述容器产生的泡沫引导至所述泡沫破碎装置的旋转盘上；以及
e.在至少1分钟的时间段后停止喷射空气。
优选从收集托盘回收表面活性剂浓缩物，以及从气密容器回收纯化水。
优选将来自超滤器的包含污垢的废弃水(reject water)定期排出。
容器中的灰水与空气的比率优选在1:1至1:100范围内。
在上述工艺中，优选使纯化水通过至少一个过滤器。
具体实施方式
通过阅读以下详细描述和所附权利要求，本发明的特征和优点对于本领域普通技术人员将变得明显。为避免疑义，本发明的一个方面的任何特征均可用于本发明的任何其它方面。词语“包括”意在意指“包含”，但不一定是“由……组成”或“由……构成”。换句话说，所列的步骤或选项不必是穷尽性的。应当注意，在下面的描述中给出的实施例、实施方案和附图意在阐明本发明，并不意在将本发明限于这些实施例本身。
本发明涉及用于家庭纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置和方法，其使得能够进行灰水曝气用于产生泡沫以及物理破碎泡沫，由此从所述水中消除存在于其中的表面活性剂，并使得能够将其浓缩以回收表面活性剂。具体地，本发明涉及家庭纯化从衣物洗涤和/或漂洗液产生的灰水，以供通过再次使用而节水，以及回收原本会被浪费的清洁的表面活性剂以供再次使用。因此本发明提供了在不使用任何化学品的情况下家庭纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.该容器(3)包括用于对容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.倒转的杯(8)，所述杯的开口定位在收集托盘(9)中；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进盘(10)的旋转，且放置在所述杯(8)中并且可旋转地连接至所述杯(8)的基部；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，并且其中所述盘的表面是粗糙的。
根据本发明的另一方面，提供了用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.所述容器(3)包括用于对容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.定位在收集托盘(9)上方的倒转的杯(8)，其中所述杯固定至所述收集托盘并且设置有通气孔(12)；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进所述盘(10)的旋转，且放置在所述收集托盘的上方，并且可旋转地连接至所述收集托盘的盖子；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，并且其中所述盘的表面是粗糙的。
优选所述盘的旋转速度在1000rpm至10000rpm范围内。
现在将通过以下非限制性附图来举例说明本发明。
附图说明
图1是根据本发明的用于家庭纯化回收表面活性剂和纯化水的装置的一个实施方案的透视图。
图2是根据本发明的用于家庭纯化回收表面活性剂和纯化水的装置的另一实施方案的透视图。
附图详述
图1是用于家庭纯化回收表面活性剂和纯化水的装置的一个实施方案的透视图，所述装置包括超滤器(1)和气密容器(3)，使用水泵(2)使来自气密容器(3)的灰水通过所述超滤器。以一定方式使过滤水返回进入气密容器中，以使得过滤水和气密容器(3)中的灰水的湍流混合最小化。截止阀(15)定位于水泵和超滤器之间，当灰水泵(2)启动时打开，并且当所述泵关闭时关闭。该截止阀防止来自超滤器的浓缩废物的回流。在已使灰水通过超滤器过滤持续至少等于灰水体积除以泵的流速的持续时间后，停止过滤。通过使用曝气器(5a)对灰水进行曝气，曝气器(5a)使空气鼓泡通过喷射器(5b)。所产生的泡沫通过出口端口(4)从气密容器(3)中被引出，并通过泡沫输送器(6)输送至泡沫破碎装置(7)。泡沫破碎单元由定位在收集托盘(9)顶部上的倒转的杯(8)组成。盘(10)轴向连接至安装在倒转的杯的顶部上的马达(11)。泡沫破碎器(7)的顶部提供有至少一个通气孔(12)。泡沫破碎器还设置有另外的泡沫输送器(6)，所述泡沫输送器(6)使泡沫被引导至旋转盘(10)的表面。在操作中，泡沫被引导至旋转的盘上，在那里它被剪切作用破碎。释放的空气从顶部通气孔(12)排出泡沫破碎器，而从出口端口(14)收集由塌陷的泡沫产生的含有浓缩的表面活性剂的液体。
可通过入口端口(13)将灰水引入气密容器(3)中。优选超滤器(1)被放置在封闭的壳体中，除了壳体的入口和出口之外，所述壳体还设置有用于给超滤器壳体放空的阀(16)和用于给超滤器壳体排液的阀(17)。从超滤器壳体排出的水含有浓缩的污垢，所述污垢通过过滤从灰水中被去除，并且将作为废物被丢弃。在曝气已进行了足够的时间而使得气密容器(3)中的剩余水基本上不含产生泡沫的表面活性剂之后，停止曝气。曝气速率应使得泡沫在其被输出容器之前的停留时间为至少1分钟，优选更长，且至多10分钟。以上***设计确保气密容器(3)中残留的剩余水的体积超过气密容器(3)中初始灰水的80％。可使用流出物泵(18)将该剩余水抽出并通过精制(polishing)过滤器(19)，以在纯水出口端口(23)获得纯水。优选精制过滤器设置有通气孔(20)和排液阀(21)。这些在过滤器未使用时将保持开放，而当过滤器在使用时关闭，以防止精制过滤器中水的滞留以及精制过滤器中产生气味。
图2是用于家庭纯化回收表面活性剂和纯化水的装置的另一个实施方案的透视图，其中泡沫破碎装置(7)被定位在气密容器(3)内，但在功能上与其分离。所述泡沫被输送通过出口端口(4)、通过泡沫输送器(6)并且至旋转盘(10)上，其中旋转盘的高剪切导致泡沫破碎，源自所述泡沫的空气从通气孔(12)离开所述***，并且从出口端口(14)收集表面活性剂浓缩物。
用于容纳灰水的容器：
用于容纳灰水的容器优选地选自任何市售的气密器皿，如由聚合物或金属制成的封闭的吊桶或圆桶。对于家庭使用，容器的容量优选在10升至200升且更优选20升至50升范围内。出口端口优选设置在容器的顶部并且优选设置在容器中的灰水的液面上方，更优选设置在密封容器的顶部表面上。所产生的泡沫通过出口端口从气密容器中被引出，并通过泡沫输送器输送至泡沫破碎装置。
泡沫输送器具有任何几何横截面且优选具有圆形横截面。泡沫输送管优选具有在约1cm至器皿的直径范围内且更优选在1cm至30cm范围内且仍更优选在3至15cm范围内的直径。优选使用超过一个泡沫输送管用于输送来自容器的泡沫。
所述容器还优选设置有用于引入待纯化的灰水的入口端口。所述容器还优选在底部设置有用于排放纯化水的排放端口。
容器中灰水与空气的比率优选在1:1至1:100范围内且更优选在1:1至1:20的范围内。特别优选容器中的灰水与空气的比率为1:3。
超滤器：
提供了与气密容器流体连通的超滤器，并且在所述过滤器的上游提供泵。所述泵优选离心泵，并且优选有助于通过所述超滤器将来自所述气密容器的灰水抽回至所述气密容器中。优选在超滤器和泵之间提供截止阀。该阀优选防止来自超滤器的浓缩废物的回流。
超滤器优选其中大于100nm的颗粒不会通过的过滤器。超滤器优选高表面积过滤器，且优选地选自中空纤维膜、陶瓷膜、微滤膜或包含聚合物纤维或活性炭的深度过滤器。超滤器更优选中空纤维膜、陶瓷膜。
优选超滤器被封装在壳体中。除了其入口和出口之外，所述壳体优选还设置有用于过滤器壳体放空的阀和优选用于所述壳体排液的阀。
用于曝气的部件：
所述容器设置有用于对所述容器的内容物进行曝气的部件。曝气部件优选选自用于本领域中的那些，如能够以1升/分钟至200升/分钟的流速提供空气的小型化压缩机或空气泵，其使得空气能够形成导致产生稳定泡沫的气泡。空气泵优选定位在容器外部，但使空气鼓泡进入容器中的灰水中，这可优选通过将管从泵连接至灰水中来实现。所述管的端部优选具有优选具有多个孔的喷射器。孔径优选在1‐1000微米且更优选10‐200微米范围内。
泡沫破碎装置：
泡沫破碎装置优选布置在容器的外部，并且优选布置在容器的顶部，以使装置更紧凑。在另一实施方案中，泡沫破碎装置优选定位在气密容器内，但在功能上与容器分离并且优选在灰水上方。泡沫破碎装置优选固定至气密容器的顶板(ceiling)。泡沫破碎装置包括倒转的杯，杯的开口定位在收集托盘中；泡沫破碎装置还包括盘，盘连接至马达，以促进所述盘优选以在1000rpm至10000rpm范围内并且更优选在3000rpm至8000rpm且更优选4000rpm至6000rpm范围内变化的速度旋转。马达优选放置在杯上并且可旋转地连接至杯的基部。马达是能够产生盘的所需旋转的任何类型。
优选地，倒转的杯和收集托盘形成单个单元，所述单元具有设置在该单元中的通气孔，以优选地确保在泡沫破碎装置中产生1至1000cm水柱范围内的正压力。该正压力优选使得泡沫破碎装置能够以1至200L/min范围内的泡沫流速且优选以2至50L/min的流速运行。
连接至容器出口端口的泡沫输送器在出口端口和泡沫破碎装置的盘之间建立流体连通，并且泡沫输送器的排放端和盘的旋转表面之间的距离优选小于5mm且更优选小于2mm。优选具有超过一个泡沫输送器用于将来自容器的泡沫排放至盘上。泡沫输送器的排放端优选具有至少两个出口端口，使得泡沫在其排放于盘上时优选分布在所述盘上。泡沫输送器的排放端刚好在旋转盘的上方结束，且泡沫优选从泡沫输送器的排放端输送至所述盘上。
优选待纯化的灰水的本体在容器中的泡沫下方，以优选地确保水在重力下从泡沫中排出，以实现相对较高的纯水回收。这通过优选使泡沫输送器的体积最小化来实现。
该盘由选自金属、聚合物、陶瓷等的材料形成，且优选由聚合材料形成。盘的直径优选在5cm至50cm范围内且更优选在10cm至20cm范围内变化。所述盘的接触泡沫的表面优选具有粗糙化的表面形态。所述表面优选包括尺寸小于泡沫的中值气泡大小的元件。所述元件优选具有0.01至3毫米的尺寸、更优选0.1至2毫米的尺寸。所述元件可以例如是来自盘的突起或连接至盘的材料，例如砂或粒状材料。盘的表面优选包括图案，并且优选地，所述图案由同心波纹形成或包括同心波纹。该图案可通过在盘的表面上的同心的粗糙布置来形成。
泡沫流动至盘上的速率优选1至200L/min，更优选2至50L/min。
优选提供流出物泵以泵送来自气密容器的剩余水，其优选将水泵送通过精制过滤器，以进一步消除溶解的和悬浮的杂质。
所述过滤器由优选选自如下的材料制成：活性氧化铝、二氧化硅、硅藻土、粒状活性炭、层状双氢氧化物(layered double hydroxide)、粉末状活性炭、合成纤维/织物介质、基于聚合纤维的过滤介质等，并且更优选选自诸如合成纤维、活性炭和层状双氢氧化物的材料。
根据本发明的再一方面，提供了使用根据本发明的装置纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的方法，其包括：
a.通过超滤器过滤所述灰水；
b.以1‐200L/min的流速将空气喷射至包含在气密容器中的待纯化的过滤灰水中；
c.提供产生至少半分钟的停留时间的泡沫；
d.将从所述容器产生的泡沫引导至所述泡沫破碎装置的旋转盘上；以及
e.在至少1分钟的时间段后停止喷射空气。
优选通过在泡沫破碎器内维持小的正气压而从收集托盘回收表面活性剂浓缩物，以及从气密容器回收纯化水。优选通过改变通气端口的大小，在泡沫破碎装置内维持小的正压力。优选地，由表面活性剂浓缩物出口端口的水平低于收集托盘的水平所引起的小的液体静压力被泡沫破碎器内的小的正压力增大，从而导致由表面活性剂浓缩物出口端口排出表面活性剂浓缩物。
提供了与气密容器流体连通的超滤器，并且在所述过滤器的上游提供泵。优选在超滤器和泵之间提供截止阀。该阀优选防止来自超滤器的浓缩废物的回流。所述泵优选离心泵，并且优选其有助于通过所述超滤器将来自所述气密容器的灰水泵回至所述气密容器中。
优选定位在超滤器和水泵之间的截止阀优选在水泵启动时打开，并且当所述泵关闭时关闭。在停止过滤之前，优选使灰水通过超滤器过滤持续至少等于灰水体积除以泵的流速的持续时间。
优选将来自所述超滤器的包含污垢的废弃水定期排出。从超滤器排出废弃水优选在每一批纯化后，通过打开用于给超滤器壳体通气的阀和用于给超滤器壳体排液的阀以确保所述泵被关断的情况下完成。
容器中灰水与空气的比率优选在1:1至1:100范围内且更优选在1:1至1:20范围内。特别优选容器中灰水与空气的比率为1:3。
来自气密容器的剩余水优选通过精制过滤器使用流出物泵抽出，以进一步消除溶解和悬浮的杂质，并获得纯水。优选精制过滤器设置有通气孔和排液阀，所述通气孔和排液阀优选在过滤器未使用时保持打开，而在过滤器在使用时关闭，以防止精制过滤器中水的滞留以及精制过滤器中产生气味。
或者，可通过重力驱动的过程来实现消除溶解和悬浮的杂质的这一过程。
优选使回收的纯化水通过包含如下材料的过滤器：所述材料优选选自活性氧化铝、二氧化硅、硅藻土、粒状活性炭、层状双氢氧化物、粉末状活性炭、合成纤维/织物介质、基于聚合纤维的过滤介质等，并且更优选选自诸如合成纤维、活性炭和层状双氢氧化物的材料。
在本发明的一个方面，空气的喷射以在1‐200L/min范围内的流速且优选以在2‐50L/min范围内的流速进行。
在本发明的一个方面，所产生的泡沫以1至200L/min的流速且优选以2至50L/min的流速被引导。
停留时间：
停留时间是泡沫的平均单元(average element)在排入泡沫输送器中之前在容器中消耗的时间。它是从典型的泡沫单元的产生直至该泡沫单元排出密闭容器时所经过的时间。停留时间由以下公式计算。
停留时间＝容器顶部空间容积/空气流速
所提供的停留时间优选在30秒至60分钟且更优选1分钟至30分钟范围内。优选地，允许泡沫在容器中排干或提供停留时间使得能够优选获得基本上干燥的泡沫。
在一个方面，本发明的令人惊讶的发现是，通过本发明的装置和方法，灰水的表面活性剂浓度从约100ppm‐1000ppm意外地降低至低于检测水平或小于1ppm。
实施例
灰水的纯化和表面活性剂的回收：
使用如图2中所示的装置进行实验，不同之处在于在对照实验中不存在泵(2)和超滤器(1)。
在已完成洗涤周期后，从三星洗衣机顶部装载的出口获得灰水，洗涤周期中洗涤负载为6Kg严重脏污的消费者服装。用于实验中的装置的气密容器的内部容量为约50升。将10升上述灰水引入气密容器中。通过以15L/分钟的速率泵送空气对灰水进行曝气。曝气产生泡沫，所述泡沫与灰水中存在的污垢混合。产生的泡沫在气密容器中升高，并通过直径为2.5Cm的泡沫输送器被引导至泡沫破碎装置的直径为12Cm的旋转盘上，其中所述盘以6000rpm的速度移动。泡沫破碎装置使泡沫塌陷以释放泡沫中的空气。曝气和泡沫破碎持续25分钟。停留时间为约2‐3分钟。对于实验组和对照组，将所述过程重复4次。
i.根据本发明的装置
使用如图2中所示的装置进行实验，其中使用以中空纤维过滤器构造获得的市售超滤器，其具有大约1平方米的总表面积。通过使用泵使如上所述的灰水通过超滤器。使所述泵运行20分钟的持续时间，这确保所有灰水均通过超滤器，并且经过滤的灰水被泵回至气密容器中。以一定方式将过滤的水引回至气密容器中，以使得过滤水与气密容器中的灰水的湍流混合最小化。在关断泵后，通过打开放空阀和排液阀来给超滤器壳体排液。
如上所述在关闭灰水泵后，开始曝气。结果报告于表2中。从塌陷的泡沫中获得的收集在收集托盘中的浓缩表面活性剂通过出口收集在收集托盘中。使气密容器中剩余的灰水通过碳块过滤器，产生清洁的纯化水。表面活性剂的回收百分比和清洁纯化水的回收百分比示于表1中。
ii.对照实验
在对照实验中，从塌陷泡沫中获得的收集在收集托盘中的浓缩表面活性剂含有许多污垢，因此不适合再次使用。发现气密容器中剩余的灰水含有表面活性剂，并且混浊，且进一步曝气不能产生进一步的泡沫。数据呈现于表2中。
表1：在破碎泡沫之前，使用根据本发明的装置与超滤器对表面活性剂和纯化水的回收。
表1中呈现的数据显示，平均65％的表面活性剂可作为清洁的液体表面活性剂被回收，80‐90％的灰水可作为清洁水被回收。水的浊度大大降低，并且降低至可接受的水平。
表2：不使用超滤的对照实验
剩余灰水中残余的表面活性剂的水平和浊度不能通过借助碳/碳块过滤床过滤加以去除。因此，不能从对照实验中获得清洁的表面活性剂浓缩物以及清洁的水。这用几批灰水重复进行，但结果都没有改善。
对照样品的差的性能是因为用于实验中的初始灰水中的污垢负荷较重。因此，使用超滤器能够处置高污垢负载，并确保清洁的表面活性剂和纯化水可从具有重污垢负载的灰水中回收。
Claims (15)
1.一种用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.所述容器(3)包括用于对所述容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.倒转的杯(8)，所述杯的开口定位在收集托盘(9)中；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进所述盘(10)的旋转，且放置在所述杯(8)中，并且可旋转地连接至所述杯(8)的基部；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，且其中所述盘的表面是粗糙的。
2.根据权利要求1所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括：
i.用于容纳灰水的气密容器(3)，其包括用于排出泡沫的出口端口(4)；
ii.所述容器(3)包括用于对所述容器(3)的内容物进行曝气的部件(5a)；
iii.连接至所述出口端口(4)的泡沫输送器(6)；
iv.泡沫破碎装置(7)；
v.超滤器(1)，
vi.泵(2)，
其中所述超滤器(1)和所述泵(2)与所述气密容器(3)流体连通；
其中所述出口端口(4)与所述泡沫破碎装置(7)流体连通；并且
其中所述泡沫破碎装置(7)包括：
a.定位在收集托盘(9)上方的倒转的杯(8)，其中所述杯固定至所述收集托盘并且设置有通气孔(12)；
b.盘(10)，其连接至马达(11)以促进所述盘(10)的旋转，且放置在所述收集托盘的上方，并且可旋转地连接至所述收集托盘的盖子；
其中所述泡沫输送器(6)在所述出口端口(4)和所述泡沫破碎装置(7)的所述盘(10)之间建立流体连通，并且其中所述盘的表面是粗糙的。
3.根据权利要求1或2所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其包括在所述超滤器和所述泵之间的截止阀(15)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述超滤器被封装在壳体中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述超滤器包括超滤器壳体放空阀(16)和超滤器壳体排液阀(17)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述超滤器选自中空纤维膜、陶瓷膜、微滤膜或包含聚合物纤维或活性炭的深度过滤器。
7.根据权利要求6所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述超滤器选自中空纤维膜或陶瓷膜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述泡沫输送器的排放端与所述盘(10)的旋转表面之间的距离小于5mm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述盘的旋转速度在1000rpm至10000rpm的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述用于曝气的部件连接至放置在所述气密容器(3)中的所述灰水下面的喷射器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的装置，其中所述盘(10)的表面具有同心波纹。
12.一种用于通过权利要求1至11所述的装置纯化灰水以及回收表面活性剂和纯化水的方法，其包括：
a.通过超滤器过滤所述灰水；
b.以1‐200L/min的流速将空气喷射至包含在所述气密容器中的待纯化的过滤灰水中；
c.提供产生至少半分钟的停留时间的泡沫；
d.将从所述容器产生的泡沫引导至所述泡沫破碎装置的旋转盘上；以及
e.在至少1分钟的时间段后停止喷射空气。
13.根据权利要求12所述的方法，其包括从所述收集托盘中回收表面活性剂浓缩物以及从所述气密容器中回收纯化水。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中在所述容器中的灰水与空气的比率在1:1至1:100的范围内。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的装置用于从灰水中获得清洁的表面活性剂和纯化水的用途。
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