用于净化废水的设备和方法与流程

本发明涉及用于大规模净化灰水以回收发泡剂的设备和方法。

背景技术：

各行各业产生大量废水。该废水的构成根据该行业的活动性质而变化。废水通常含有发泡剂，如表面活性剂。

每个行业都通过某种方式净化废水，尽管有着可能不同的目标。遵守环境法规或回收/再利用一部分水可以是简单的。

wo07029256a2(aqwisewisewatertechnologiesltd)公开了一种方法，其中废水在敞口罐中充气以产生泡沫。泡沫在敞口罐内部上升并逐渐落入一系列泡沫收集器中，其是称为导管的开槽式管。一旦累积的泡沫达到导管的水平面，泡沫就将溢流并落入导管中，其中由于剪切应力，泡沫至少部分地塌陷。导管携带泡沫以进行处理。废水单独输送到固/液分离器。

us6095336b(bakerhughesinc，2000)公开了泡沫-浮选槽，其包括罐和可旋转地布置在罐内部的叶轮，用于悬浮固体并将空气分散在罐中的浆相或浆料中，由此从浆相产生泡沫。存在多个径向定向的流槽，即开槽式输送器；靠近罐顶部，一个端部连接至邻近罐的外部周边的外部流槽。与外部流槽同心的第二流槽连接至位于叶轮周围的分散机构。第二流槽与径向流槽流体连通，并且径向流槽同样与中央流槽流体连通。这提供了流槽网络，其在整个浮选槽中的各个位置处收集泡沫并导致从浮选槽中快速除去泡沫。该设备的目的是尽快去除泡沫以减少矿物质的损失。

us2009/0178968a1(cumminscorpltd)公开了一种装置，其具有多个细长且垂直定向的互连水处理腔室。腔室具有用于气体的入口。未经处理的水流过该系列。泡沫在腔室中的水的上表面产生。泡沫通过通道至废弃物或用于进一步加工和处理。

至于设备，其公开了泡沫通过开槽、通道或流槽的流动，泡沫不被加压。

gb1400064a(electricitycouncil，1975)公开了一种设施，其具有曝气槽、用于将液体流出物给料至所述曝气槽中的装置，曝气装置包括用于将液体从曝气槽泵送至槽中的多个出口管的泵。管具有沿不同角度方向布置的出口，并且每个管具有文丘里喷嘴和连接至每个喷嘴的空气入口装置。空气被吸入通过喷嘴的液体中以使液体通气并产生携带固体物质的泡沫。泡沫在曝气槽顶部溢流至含有消泡剂的收集罐中。

wo2016/150642a1(unilever)公开了如果在使废水通气之前，洗衣洗液通过超滤器以去除污物和油性污垢，则可以从塌陷的泡沫中回收大部分表面活性剂。其中公开了一种用于净化废水和回收表面活性剂和净化水的设备。该设备包括用于容纳废水的气密容器，其具有用于排出泡沫的出口端口。该容器具有将小气泡引入废水中以使其通气的分布器。存在将泡沫输送至出口端口的管，并且该端口与机械泡沫破碎设备流体连通。

wo2015/52036a1(unilever)公开了一种用于净化灰水的设备。该设备包括用于容纳灰水的气密容器，其具有用于排出泡沫的出口端口。该容器具有用于引入气体的分布器。称为泡沫输送器的管将出口端口连接至泡沫破碎设备。该设备具有倒置杯，杯的开放的口部位于收集托盘中，该盘连接至马达以促进盘的旋转，该盘放置在杯内部并可旋转地连接至杯的基部。该泡沫输送器在出口端口和泡沫破碎设备的盘之间建立流体连通。该盘的表面是粗糙的。泡沫是基本上干燥的，当其到达泡沫破碎设备时具有非常低的液体含量。

us2014/00001102a1(siemens)公开了一种浮选设备的壳体，所述浮选设备具有浮选腔室，所述浮选腔室具有用于悬浮的至少一个入口。浮选设备具有至少一个泡沫收集单元，其布置在壳体的上表面上，用于接收和排出泡沫产物；以及至少一个流体分配元件，布置在浮选腔室中的至少一个入口上方，用于产生导向至少一个泡沫收集单元的流。所述至少一个流体分配元件的垂直位置可在浮选腔室中的至少一个入口上方变化。

我们现在已经确定，如果由腔室内部的泡沫花费的时间(保留时间)的量受到精确的控制，则可以将废水显著更好地分离成其成分，即表面活性试剂和相对更清洁的废水。

凭借根据本发明的和如权利要求1中要求保护的设备，这样的技术效果是可能的。

技术实现要素：

设备

根据本发明的第一方面，公开了一种用于净化包含发泡剂的废水的设备，所述设备包括：

(i)容积为10至100000升的空的气密腔室，其能够承受至多1000psig(6894757pa)的压力，所述气密腔室包括：

(a)用于废水进入的入口和用于泡沫离开的偶数个出口，其中所述入口可操作性地连接至当所述腔室被填充至其容量的10％至50％的程度时停止所述进入的装置；

(b)所述腔室内部的多个喷嘴，其在0.1至1000psig(689.5pa至6894757pa)的压力和0.1至10000升/分钟的流速下在其中引入气体；

(ii)至少一个泡沫破碎器，其包括用于逸出所述泡沫的气态组分的通风口和用于收集浓缩形式的所述发泡剂的装置；和，

(iii)多个管，其用作所述泡沫从每个出口至所述至少一个泡沫破碎器的导管，其中存在与出口一样多数目的管，使得每个出口具有专用管，并且其中所述管相对于所述腔室(101)的纵轴以轴对称的方式布置。

设备是打算用于净化包含发泡剂的废水。发泡剂可以是任何表面活性剂或任何其他表面活性试剂。

腔室是空的，使得它可以容纳废水。除了提供偶数个出口外，腔室是气密的。腔室的容积或者说容量为10至100000升。腔室能够承受至多1000psig(6894757pa)的压力。因此，腔室是刚性的。刚性意味着它由可以承受最大压力的材料制成。合适的结构材料包括金属如铁和铜，或合金如钢，或甚至塑料、玻璃、增强塑料和层压材料。另外，腔室可以由混凝土或类似的建筑材料构成。

优选的是腔室是细长的，并具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。或者，但较不优选地，腔室可以具有任何不规则的形状。术语多边形包括三角形、矩形、正方形和其他形状。

腔室包括用于废水进入的入口。该入口可操作性地连接至当腔室被填充至其容量的10％至50％的程度时停止(废水的)进入的装置。该特征是必要的，使得腔室具有足够的空的空间以容纳泡沫。该入口优选为管道/管的形式。入口可位于任何合适的位置。然而，考虑到腔室的总高度，优选的是入口位于腔室的中间标记处或中间标记上方。可以存在多于一个入口。如果对于泡沫没有足够的空间，则会影响泡沫的湿度或含水量，进而可能对净化过程产生不利影响。

腔室包括用于泡沫离开的偶数个出口。例如，出口的数目可以是两个、四个、六个或甚至更多。优选的是出口在腔室的端部处或腔室的端部附近，所述端部在使用中是腔室的指定上端。

腔室包括多个喷嘴，以在689.5pa至6894757pa(0.1至1000psig)的压力和0.1至10000升/分钟的流速下向内部引入气体。气体被鼓泡以在腔室内部产生泡沫。这是由于气体与废水中存在的发泡剂相互作用而发生的。喷嘴的已知等同物包括分布器。优选的是喷嘴(或分布器)以使得在使用中它们总是保持浸没在废水中的方式定位。因此，优选的是喷嘴位于腔室的底板上。进一步优选的是喷嘴构造成确保气泡均匀分布在腔室的底板上。

可以通过任何加压设备如压缩机引入气体。为此目的，可以使用能够以1至200升/分钟的恒定流速提供气体的微型压缩机或气泵，其允许气体形成气泡，导致产生稳定泡沫。优选地，通过将泵和喷嘴与任何合适材料的坚固但柔性的管道/软管连接，使气体进入腔室。优选的是每个喷嘴具有多个孔，其孔径优选为1至1000μm，更优选为10至200μm。

腔室包括多个管，其用作泡沫从每个出口到至少一个泡沫破碎器的导管。与现有技术的开放式流槽不同，管充当封闭式导管，用于泡沫从出口运送或输送至一个或多个泡沫破碎器，视情况而定。因此，管可以称为泡沫输送器。存在与出口一样多数目的管，使得每个出口具有专用管。在这种情况下，管相对于腔室的纵轴以轴对称的方式布置。管允许泡沫以径向方式输送到腔室外部。优选的是每个管的横截面是圆形的，且其直径为约1至30厘米，更优选3至15厘米。

优选的是腔室具有靠近其底部的排出端口，用于排出经净化的废水。

泡沫破碎器是将泡沫分离成其成分的设备。

根据本发明的设备具有至少一个泡沫破碎器，其包括用于逸出泡沫的气态组分的通风口和用于收集浓缩形式的发泡剂的装置。优选的是每个泡沫破碎器包括用于收集和测量由塌陷的泡沫形成的液体的体积的装置。

优选的是泡沫破碎器与腔室的上端相邻。在使用中，该上端是腔室的指定顶端。一个或多个泡沫破碎器可以被连接、固定或放置在腔室的顶部上，或者可以放置在腔室外部。优选地，泡沫破碎器位于腔室的顶部，以使设备看起来更紧凑。或者，但较不优选地，泡沫破碎器设置在腔室内/腔室内部，但在功能上与其分离，并且在这种情况下，定位成使得其不直接接触泡沫或废水。

优选的是根据本发明的设备包括单个泡沫破碎器。在这种情况下，进一步优选的是泡沫破碎器和腔室是同轴的。

或者，优选的是设备包括每个管一个泡沫破碎器。在这种情况下，泡沫破碎器与管一样多。在这种情况下，进一步优选的是泡沫破碎器相对于腔室的纵轴轴对称布置。

goldberg和rubin(i&ecprocessdesignanddevelopment，1967，第6卷)中描述了基础机械泡沫破碎器，其中高速旋转盘的剪切作用使泡沫破碎。

适用于根据本发明的设备中的优选泡沫破碎器公开于wo2015/052036a1(unilever)中。

优选的是每个泡沫破碎器包括：

(i)具有开放的口部的倒置杯，其中所述杯位于用于收集所述发泡剂的浓缩物的托盘内部；和，

(ii)放置在所述杯内部的电动盘，其可旋转地连接至其基部。

进一步优选的是盘具有粗糙表面。优选的实例包括压痕、波纹和同心凹槽。

优选的是盘能够以1000至10000rpm、更优选2000至8000rpm、进一步更优选2500至4000rpm的速度旋转。进一步优选的是，每个管的靠近泡沫破碎器和旋转盘的端部之间的距离为1至10mm，更优选1至5mm，最优选1至2mm。

优选的是倒置杯和收集托盘形成单个单元，在该单元中提供空气/气体通风口以确保在泡沫破碎器中存在正压。该正压使得泡沫破裂设备能够以1至500升/分钟、优选以50至200升/分钟的(泡沫)流速运行。该压力通过减小通风口的尺寸而维持。由于该端口(其用作来自泡沫破碎器的浓缩形式的发泡剂的出口)的位置位于收集托盘下方，所以因这种布置引起的很小的静水压力倾向于被泡沫破碎器内的相应很小的正压增大。这导致表面活性试剂流出出口端口。

盘可以由任何合适的材料制成，例如金属、聚合物和优选的是盘的直径为5至50cm，更优选30至50cm。优选的是盘的表面具有小于泡沫泡的中值尺寸的元件。优选的是这些元素的尺寸为0.01至3mm，更优选0.1至2mm。元件可以例如是突起，或者它们可以由盘上存在的材料制成，例如沙子或任何其他粒状材料。优选的是盘的表面包括图案。优选地，该图案包括同心波纹。优选的是图案由盘的表面上的粗糙的同心布置所形成。

在腔室内部产生的泡沫由多个管输送，所述多个管用作泡沫从每个出口到至少一个泡沫破碎器的导管。优选的是泡沫以1至500升/分钟、更优选50至200升/分钟的速率流动。

优选的是具有用于泵出水的流出物泵，其保持在气密腔室内部。该水也可以通过增泽过滤器(polishingfilter)以尽可能使其进一步净化。该过滤器优选由活性氧化铝、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/织物介质或基于聚合物纤维的过滤介质中的至少一种制成。优选的是增泽过滤器被提供有空气通风口和排水阀，优选该空气通风口和排水阀当过滤器不在使用中时打开、而当过滤器在使用中时关闭。这种布置防止增泽过滤器中的水的停滞，由此减少增泽过滤器内部的恶臭的可能性。

方法

根据第二方面，公开了一种通过使用根据权利要求1所述的设备净化包含发泡剂的废水的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)使废水通过所述入口进入所述空的腔室，并且当所述腔室被填充至其容量的10％至50％的程度时，通过所述操作性地连接的装置停止所述进入；

(ii)在689.5pa至6894757pa(0.1至1000psig)的压力和0.1至10000升/分钟的流速下，通过所述多个喷嘴在所述腔室内部引入气体，

(iii)允许其中产生的泡沫通过所述管输送出所述腔室至所述至少一个泡沫破碎器；和，

(iv)收集浓缩形式的所述发泡剂。

优选的是气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳或臭氧中的至少一种。优选的是气体的流速为5至500升/分钟。进一步优选的是气体的压力保持在0.1至1000psig的范围内。进一步优选的是当所述腔室被填充至其容积的10％至25％的程度时，停止废水进入腔室。

保留时间：

保留时间是腔室内部的泡沫的要素在其通过管离开腔室之前所花费的平均时间量。

保留时间可以通过应用以下公式计算。

保留时间＝腔室的顶空体积/气体流速

优选的是通过控制相关参数以保留时间为1至60分钟、更优选(60秒)1至30分钟的方式操作设备。

方法可以根据需要进行可能长的时间段。该时间段取决于若干因素，主要是待净化的废水的总体积和废水中表面活性试剂的浓度。

特别优选的是，气体的流速在方法过程中逐渐增加。我们发现，当流速如此增加时，导致表面活性试剂与废水更好且更完全地分离。这进一步允许使用者将废水转化成具有高表面活性剂含量的部分和具有显著更低表面活性剂含量的相应部分。换句话说，根据本发明的方法提供了一种将含有大量表面活性试剂的废水分离成所述表面活性试剂的浓缩物和具有显著更好质量的大量经处理废水的手段。经处理的水和浓缩物适于任何合适的用途。可以使表面活性试剂的浓度增加高达5至10倍。例如，可以将含有2000ppm表面活性剂的样品废水(100升)分离成约10升富含表面活性剂的第一部分(浓缩物)和余量的90升显著更清洁的水(第二部分)，其与废水相比，含有非常少的表面活性剂。

根据本发明的方法将给定体积的废水分离成富含表面活性试剂含量的第一部分和包含不超过所述第一部分中所包含量的5％的量的表面活性试剂的第二部分。优选的是第一部分是所述废水的体积的5至15％，余量是所述第二部分。进一步优选的是所述第一部分中的表面活性试剂的浓度是所述废水中其浓度的5至10倍。

附图说明

图1是根据本发明的设备的等距视图，其具有一个泡沫破碎器。

图2是根据本发明的另一设备的纵向剖视图。

在附图的详细描述中，关于所述设备，使用从100以后的数字系列。

具体实施方式

图1是根据本发明的设备的等距视图。

用于净化废水的设备(100)具有容积为500升的圆柱形的空的气密腔室(101)。腔室由刚性聚合材料hdpe制成。它使腔室能够承受至多1000psig(6894757pa)的压力。

废水可以储存在任何其他容器中，或者该腔室(101)可以通过任何合适的方式连接至废水源。大致位于腔室(101)中间的入口(102)允许气体进入腔室(101)内部。另一个入口(103)允许废水进入腔室(101)的内部以填充它。入口(103)呈管道形式。入口操作性地连接至旋塞阀，其用作当腔室被填充至其容量的10％至50％的程度时停止废水进入的装置。这是操作者的期望。旋塞阀在该视图中不可见。

朝向腔室(101)的上端存在用于泡沫的六个出口，其中三个(104，105，106)位于腔室(101)的前面，而其他位于后面。每个出口与其相应的管(107至112)流体连接。鉴于出口(104，105，106)与其相应的管(107，108，109)的一个端部齐平，所述出口(104，105，106)不是清楚可见的。管(107至112)用作来自每个出口的泡沫的导管。管(107-112)相对于腔室(101)的纵轴以轴对称的方式布置。

单个泡沫破碎器(113)放置在腔室(101)的顶部，邻近上端并与腔室(101)同轴放置。泡沫破碎器具有用于逸出泡沫的气态组分(例如空气)的通风口和用于收集浓缩形式的发泡剂的装置。通风口和用于收集浓缩形式的发泡剂的装置均不。

管(114)用作表面活性浓缩物的流动的导管，所述表面活性浓缩物由于泡沫破碎器(113)的作用而产生。浓缩物收集在容器(115)内部。或者，它可以收集在任何其他容器中，或者可以被引导至更大的容器中。

图2是根据本发明的另一设备的纵向剖视图。

在图1中也可见的其他特征中，图2示出了腔室(101)的内部构造。气体入口(102)——其是管道形式并且用于气体进入腔室(101)内部——连接至具有垂直臂(116)和水平臂(117)的管。沿着该水平臂(117)展开的是多个喷嘴(分布器)，统称为(118)。腔室(101)的内部中空部分表示为(101a)。

在使用中，使废水通过入口(103)进入腔室(101)，其中它开始填充腔室(101)的内部(101a)。当在腔室(101)内部积聚了足够量的废水时，停止流入。

然后在所需压力下将气体(例如空气)引入废水中。气体被鼓泡通过喷嘴(118)。由于废水中存在一种或多种表面活性试剂，这造成起泡。由于泡沫没有其他出口，因此它开始朝向腔室(101)的顶部上升，泡沫破碎器(113)位于那里。然后泡沫分派自身通过每个出口(104至106，在该视图中不可见)径向流出腔室(101)。从出口，泡沫行进通过管(107至109)，并且它最终到达泡沫破碎器(113)。在泡沫破碎器内部，其组分彼此分离，由此导致气体逸出，同时浓缩的表面活性试剂通过管(114)流入容器(115)。

将通过以下非限制性实施例详细解释本发明。

实施例

实施例1

内部容积为2000l的圆柱形气密腔室具有下文公开的特征。腔室由聚合物刚性材料hdpe制成。腔室具有入口，其是朝向腔室中部定位的、用于废水进入的端口。类似地，腔室具有在腔室的最低部分用于经处理的水离开的端口。腔室含有分布器形式的多个喷嘴，靠近腔室的底板，其通过柔性管路连接至空气泵。阀和转子流量计用于控制空气流速。喷嘴能够产生尺寸小于100μm的空气泡。腔室具有朝向腔室上端的八(8)个圆形出口。每个出口的直径约为4英寸。出口的定向导致泡沫以径向方向离开腔室。

每个出口端口连接至用作泡沫从腔室出口至泡沫破碎器的导管的管。管是聚合物管道和弯管。

将一个泡沫破碎器置于腔室顶部。泡沫破碎器有八个泡沫入口端口，每个端口的直径为3英寸。泡沫破碎器具有旋转盘，其直径为340mm并且其在马达的帮助下以2700rpm旋转。泡沫破碎器具有用于泡沫的气态组分离开的八个端口和靠近其底部用于排出浓缩形式的发泡剂的一个出口端口。

腔室被填充400l(占总容量的20％)的废水，该废水含有相当于浓度为1250ppm的sles(乙氧基化阴离子表面活性剂)的可商购洗发剂制剂。最初以40升/分钟的流速将加压空气引入腔室内部，之后在2小时后增加至60升/分钟，随后在7小时后增加至80升/分钟。定期测量废水中留下的sles的浓度。数据总结在表1中。

表1

表1中的数据清楚地表明在此期间sles浓度稳定下降。在大约十四小时内，浓度从1252至125ppm，显著下降一个数量级。这意味着该设备和方法在净化水方面是高度有效的。

在表2中显示浓缩表面活性剂(sles)的体积逐渐增加和留在封闭腔室中的(经处理的)废水的体积相应逐渐减少。

表2

表2中的数据显示400升含1250ppmsles的废水如何分成两个部分：大约40升的富含sles(表面活性剂浓缩物)的部分，其含有约8000ppmsles；以及大约360升的具有几乎不含表面活性剂的水的部分，其具有少至125ppm的sles。

浓缩物的体积约为废水初始体积的10％。发现该浓缩物中sles的浓度为约8000ppm，表明与废水相比，(sles的)浓度增加了几乎7倍。

实施例2

内部容积为500l的圆柱形气密腔室具有下文公开的特征。腔室由聚合物刚性材料制成。腔室具有入口，其是朝向腔室中部定位的、用于废水进入的端口。类似地，腔室具有在其下端用于经处理的水离开的端口。腔室含有分布器形式的多个喷嘴，靠近腔室的底板，其通过柔性管连接至压缩空气供给源。阀和转子流量计用于控制空气流速。喷嘴能够产生尺寸小于100μm的空气泡。腔室具有朝向腔室上端的四(4)个圆形出口。每个出口的直径约为4英寸。出口的定向导致泡沫以径向方向离开腔室。

每个出口端口连接至用作泡沫从出口至泡沫破碎器的导管的管。管是聚合物管道。

将单一泡沫破碎器置于腔室顶部。泡沫破碎器有四个泡沫入口端口，每个端口的直径为3英寸。泡沫破碎器具有旋转盘，其直径为340mm并且其在马达的帮助下以2700rpm旋转。泡沫破碎器具有用于泡沫的气态组分离开的八个端口和靠近其底部用于排出浓缩形式的发泡剂的一个出口端口。

腔室被填充100l(占总容量的20％)的废水，该废水含有相当于浓度为750ppm的sles(乙氧基化阴离子表面活性剂)的可商购洗发剂制备物。最初以20升/分钟的流速将加压空气引入腔室内部，之后在2小时后增加至40升/分钟。定期测量废水中留下的sles的浓度。数据总结在表3中。

表3

数据表明sles的浓度在3.5小时内显著下降至122ppm。

在表4中显示浓缩表面活性剂(sles)的体积逐渐增加和留在腔室内部的(经处理的)废水的体积相应逐渐减少。

表4

表4中的数据显示100升含750ppmsles的废水如何分成两个部分：大约11升的富含sles(表面活性剂浓缩物)的部分，其含有约4300ppm的sles；以及大约89升的具有几乎不含表面活性剂的水的部分，其具有少至122ppm的sles。该浓缩物中sles的浓度与废水相比在(sles的)浓度方面增加了几乎7倍。