专利名称：废水净化方法
技术领域：
本发明涉及净化废水流的方法和装置，该废水流如来自公共和家庭喷淋管，浴盆和洗涤盆，自助洗衣店，餐馆，包括车辆服务设施和洗车房的车辆库，旅馆，船舶和飞机。特别地，本发明涉及净化和再循环废水用于人类再使用的方法。
背景技术：
水是无价商品和世界上许多地区面临着新鲜，可消耗水的有限来源。因此废水的处理和再循环渐增地是全世界的必要功用和其中水特别珍贵的状况下，如降雨非常少的地理区域，船舶和飞机，水再循环是必要的。
政府通常对家庭用户和商业机构施行水限制。在水短缺的状况下，水供应仅可维持每天一到两小时。然而，即使淡水的来源容易获得，水保存和再循环是生态学优选的选项和也提供基本的成本益处。
存在产生大量废水的许多工业，如工业自助洗衣店，旅馆，巡航船舶，飞机，石化工业(洗车房)和医院。这样的废水包含污染物如洗涤剂，油，油脂，悬浮物，石化产品，生物和非生物有机化合物，和食品和饮料废物。通常将废水排到主管，它导致这样废水的浪费。
以cawley和mercer名义的us专利号4,812,237描述了处理家庭废水的水净化和再循环系统。系统包括腐败罐，砂滤器，超滤器，消毒单元和水质量和数量传感器以监测和管制工艺。设计此系统用于家庭用途和相对少数量的水，和水需要长的时间以通过系统。因此它不适于必须快速净化的大量废水，例如在商业状况下，如旅馆，医院或商业洗车房。
以kenneth leek名义的us专利号5,147,532也描述了用于来自家庭器具的废水的水净化系统。这也是包括如下部分的复杂系统筛网，沉降，碳和颜色过滤器，紫外线辐射单元和贮存罐。设计此系统用于家庭和不用于商业用途和该系统不有效处理大体积水。
以george miller名义的us专利号4,802,991描述了特别适于净化包含脂肪酸的水的水净化方法。净化装置包括入口导管，电解腔，絮凝腔和监测设备。絮凝腔具有锥形和直接在电解腔以上和与电解腔接触。电解和絮凝腔包括固体非导电粒子，如花岗岩的移动床，其比密度大于要净化的水。将废水向上通过电解腔和粒子移动床，经过电极进入絮凝腔。当水通入絮凝腔时粒子移动床在重力下经过电极落入电解腔。这允许电极的有效和恒定自清洁。监测设备监测废水的污染程度和包括光源和对水湿度的变化反应的传感器。
此类型的净化系统不适于处理包括粒子高油脂或油含量的废水。粒子或稠油会在粒子的移动床中被捕集，它阻止水的有效净化。
总之，现有技术的显著缺点在于存在废水的实质浪费，和净化系统如us专利no.5,147,532不能处理大体积水。其它净化系统，如us专利no.4,802,991结构特别复杂。us专利no.4,812,237尽管它提及在闭路中废水的再循环，不能处理大体积水和因此不可用于商业或工业装置。
发明概述本发明的目的是提供水的净化方法，该方法减轻现有技术的缺点。不可预料地，本发明人确定大体积的废水可以使用电凝结槽净化，因此提供净化水的无尽来源。可开发净化水用于清洁，或其它有用的操作，和可以将这样产生的废水通过电凝结槽再循环和再使用。
在第一方面，本发明提供一种净化废水的方法，该方法包括如下步骤(i)将废水通过包括多个反应板或电极的电凝结槽，该多个反应板或电极在该槽中并且彼此分隔布置，因此将电流通过废水而处理该废水以因此生产净化水；(ii)再使用该净化水用于清洁或其它目的以产生废水；和(iii)再循环废水回电凝结槽。
在步骤(i)之前废水可以从公共或家庭喷淋管、洗涤盆、水池、洗衣机、洗碗机、厨房或洗车房获得和可以初始在收集罐或污水坑中贮存。
在步骤(i)之前可以将废水在电凝结处理之前过滤以从废水除去大粒子。优选，除去尺寸大于200μm的粒子。也可以将废水通过一个或多个预处理罐，它允许在废水中如果存在的重油、污泥和燃料的脱除。
优选，将直流电(dc)施加到电凝结槽的反应板或电极。这样的优点是使用比在交流电情况下数目少的电极。
将电凝结槽优选垂直定向使得出口导管位于反应腔的顶部和入口导管位于反应腔的底部。然而，这不排除水平布置的电解槽的使用，如在例如wo96/28389中所述或在us专利no.5,611,907中所述。也可以采用迂回方式采用垂直或水平定向在整个槽中循环水。
电凝结槽可包括任何数目的电极或反应板，但使用的至少两个电耦合到电源。
优选，施加到电极的电压为10-110伏。更优选，电压范围为20-80伏和甚至更优选20-60伏。
优选，施加到电极的电流为2-100安培。更优选，电流范围为5-60安培和甚至更优选5-20安培。
电极可以从任何金属，例如铝、钢、钛、钢、黄铜和铁制造。优选，使用铝或钛电极。2-75个电极也可用于电凝结槽。在这些电极中，2-26个可以连接到电源。优选，连接2-8个电极。
优选使用2-1000l/min范围的流量。更优选使用5-200l/min和甚至更优选10-50l/min范围的流量。
将净化水排入一个或多个沉降罐用于从净化水分离污染的絮凝物。沉降罐可以连接到雨水收集罐以允许收集的雨水排入沉降罐以增加可用于再循环的水体积。
优选，在步骤(i)之后将净化水通过过滤器以除去粒子。优选，过滤器除去尺寸大于10μm的粒子。
合适地在步骤(i)之后，可以将净化水在再使用之前过滤和通过反渗透系统以进一步净化水。
在步骤(ii)中净化水可以在使用之前在贮存罐中贮存。在再使用之后可以将水收集和在收集罐或污水坑中贮存。
在第二方面，本发明提供一种用于处理废水的闭路系统，该系统包括(i)包括电化学池的处理区，该电化学池用于处理废水以产生净化水；(ii)应用或使用净化水用于清洁或产生废水的其它操作的应用区；和(iii)再循环废水回电凝结槽的再循环区。
处理区可包括一个或多个如下设备(a)一个或多个预处理罐；(b)一个或多个沉降或凝结罐；(c)用于雨水收集的收集罐；(d)一个或多个过滤器；和(e)反渗透系统。
应用区可包括贮存罐或污水坑。
再循环区可包括再循环废水回电凝结槽和贮存罐或污水坑的收集导管。
在整个此说明书中，″包括(comprise)″，″包括(comprises)″和″包括(comprising)″以包括性而不排它性使用，理解为意味着所述整体或整体组的包括，但不排除其它整体或整体组。
附图简述现在可以提及本发明的优选实施方案，如在附图中所示，其中
图1是显示工艺步骤的水净化装置的简图，该装置可应用于来自洗车房的废水。
图2是显示电凝结电极配置和它对电源的连接的简图。
发明详述对于本发明的目的，″废水″表示从洗车房和商业和家庭洗衣机，洗碗机，喷淋管，浴盆和洗涤盆获得的任何类型水。
废水可包含污染物如悬浮固体，油，油脂，溶解金属和洗涤剂。
图1显示水净化装置1的简图，该装置可应用于从洗车房获得的废水。
水净化装置1包括三个区，废水处理或净化区48，应用区49和再循环区50。
将来自污水坑2的水通过导管3转移或泵送入过滤器4。过滤器4除去尺寸大于200μm的悬浮粒子。将来自过滤器底流的固体收集和通过导管4a处理。
在将废水通过过滤器4之前，可以将废水通过一个或多个预处理罐(未显示)或三联截取器。预处理罐或三联截取器允许从废水除去如果存在的重油，污泥和燃料。
将来自过滤器4的液体溢流通过导管7转移入电凝结槽5。导管7可含有流量控制阀(未显示)。泵3a可产生进入电凝结槽5的水的可变流量。
电凝结槽5包括多个反应板6。废水通过优选位于电凝结槽底部的入口导管(7)进入电凝结槽5。
在电凝结槽5中的电凝结处理之后，将水通过导管8排入凝结或沉降罐9。将处理的水通过优选位于电凝结槽5的顶部的出口导管(8)排出。泡沫和油的溢流可通过导管10排出，该导管优选位于罐9的顶部。将溢流通过导管10a处理。也可以将在收集罐11中收集的雨水通过导管11a转移入凝结或沉降罐9。
然后将水通过导管12转移入凝结或沉降罐13和然后通过导管15转移入沉降或凝结罐16。沉降罐13和16也可含有溢流导管(未显示)以允许排出任何剩余的泡沫或油。
将废水通过泵18通过导管19送到过滤器20。过滤器20除去尺寸大于10μm的悬浮粒子。将来自过滤器底流的固体收集和通过导管21处理。
将来自过滤器20的液体溢流通过导管22转移入贮存罐23。贮存罐23可包括控制罐23的水流入和流出的球阀控制机构24。将净化水通过导管25转移到洗车水供应管。可以将水通过一个或多个手动或安装的软管出口或洒水器，或高压枪26排出到要洗涤的车辆上。
如果要求处理或净化的废水的进一步净化，可以将废水从沉降罐16泵送到反渗透系统43。将水由泵39通过导管40和一个或多个过滤器41和42泵送到反渗透系统43。在反渗透处理之前也可以将废水通过一个或多处处理系统(未显示)，例如水软化系统和/或脱氯系统。
在反渗透处理之后将水由泵44通过导管45泵送到贮存罐46。贮存罐46可包括控制罐46的水流入和流出的球阀控制机构47。将净化水通过导管51转移到洗车水供应管。可以将水通过一个或多个手动或安装的软管出口或洒水器，或高压枪26排出到要洗涤的车辆上。
将脏废水通过位于所停车辆(未显示)以下布置的排水系统收集和槽引入收集导管27。导管27转移废水入污水坑2用于通过水净化装置1再循环。
图2显示电凝结电极(反应板)配置30和它连接到电源31的例子。总计存在25个平板电极；九个连接到dc电源31的单极电极32和十六个双极电极33。将电流通过电凝结槽5中的水以诱导发生电化学反应，因此从电极释放的金属离子和从水释放的水阴离子引起废水中的凝结和解稳定从水溶液的胶体悬浮液。絮凝物结合或吸收废水中存在的其它杂质和用作输送介质以从水除去杂质。
电凝结槽的描述在国际专利公开no.wo 01/53568和us专利no.6,139,710中提供。可以将沉淀物或悬浮液(絮凝物)通过分离技术，如沉降、过滤及自然或电解浮选除去。
将电极通过合适的电缆和汇流结构31连接到dc电源，该结构由螺栓34直接连接到每个单极电极32。对于废水的有效净化，可以将最优的电流和电压通过电极施加到水。电流和电压值依赖于如下关键参数；(i)使用的电极数目；(ii)槽中电极的总润湿表面积；(iii)到dc电源的电极连接数目；(iv)在电极之间的间隙尺寸；(v)水的ph；(vi)水的电导率；(vii)废水中污染物的浓度和类型；和(viii)废水通过槽的流量和槽停留时间。
优选，在设定工艺之前测量废水的电导率和在整个工艺使用中规则地测量电导率变化。优选，考虑到最小电导率数值设定电凝结槽参数。洗车废水的电导率变化典型地非常低。然而，洗衣或洗碗废水的电导率可相当地变化，和因此应当更规则地测量电导率数值。
最优的参数可以由熟练技术人员按经验测定。如果使用固定的水流量，测定电流和电压值的关键因素是槽配置，即槽中电极的数目，在电极之间的间隙和连接到dc电源的电极数目。优选，固定参数如流量、槽中电极的数目、在电极之间的间隙尺寸和连接到dc电源的电极数目。优选，反应板经过电凝结槽5的宽度或长度延伸和电极的每侧由水接触以允许与流过槽的水的最大接触(槽的总润湿表面积)。
优选，如果使用低流量(2-30l/min)，要求更低数目电极和更少总动力(电压和电流)的更小槽设计。如果使用高流量(例如，1000l/min或更大)，要求大于20个电极，更优选50-75电极的更大槽设计。
其它重要的因素是溶液通过槽的线速度和槽停留时间。槽停留时间依赖于水的流量和通过电凝结槽5的流动类型，例如层流或迂回流。优选，使用通过槽的水流动的如下特性(i)层流；(ii)线性流速度；(iii)在槽底部进入的取向溶液；和(iv)垂直在溶液进入点以上和在槽顶部的溶液输出。
可以将控制电凝结系统的动力系统自动化以促进精确控制和提供控制电凝结槽5中的灵活性。
净化装置1和相关的动力系统也可以自动化。流动控制阀和传感器也可以引入装置。
优选，设计净化装置1和相关的动力系统以为紧密和轻便以促进输送到和用于各种位置。优选，它可以在地面配合轮或滑动垫木上安装，或甚至在地下安装，例如在洗车房以下或在房间内安装。也可以提供向电源14提供电动力的发电机。
过滤器4，20，41和42可以为任何类型的过滤器，如压带机、袋子、碳床、砂子、和板框类型过滤器。优选，使用容易清洁或补充的过滤介质，能够实现系统的最小停工时间。
阀门24可以是引入偏置元件如弹簧的任何类型止回阀，该偏置元件当从阀座偏置时打开位于阀腔中的阀孔口用于流体的通过。弹簧通常与可移动阀元件如球相关。或者可以使用摆动和提升阀。
优选，如果电凝结槽包括在每个电极之间的间隙为3mm的8-75个电极和连接到dc电源的2-26个电极，施加到电凝结槽的电压为10-110伏(dc)和电流可以为2-100安培。这些数值当然依赖于废水的样品基质的变化特性。
废水可以在沉降罐9，13和16中停留变化数量的时间。优选，废水在每个罐中停留20-60分钟，更优选，30-40分钟。
优选，没有化学品用于工艺。然而，在一些情况下可能必须加入化学品用于(i)电导率改进或标准化；(ii)用于ph控制(在高或低ph废水的情况下)；和(iii)在沉降罐9，13和16中电凝结处理之后聚电解质溶液向废水的加入以促进污染物凝结。
可以对净化工艺进行改进。受限于废水的本质或组成可以省略任何预处理或后处理步骤。
可以要求使用预处理(三联截取器)罐，例如在手动洗车房和车辆服务设施中，其中废水可包括燃料，污泥和重油。如果在区域中进行汽车养护，如换油和散热器流体改变这可发生。来自自动洗车房的废水的净化可不要求使用预处理罐。
如果通过电凝结槽的废水要求进一步的净化，可要求废水的反渗透处理。例如，如果对于洗车或洗碗要求无斑点清洗整理，或如果由医院要求纯水或蒸馏水，可以将废水经受反渗透处理。可以要求也将废水经历脱氯和水软化处理。
应当规则地清洁凝结和保持罐，过滤器和电凝结槽。
如果系统保持空闲大于24小时，可以将凝结和保持罐中的处理的水返回到污水坑2用于第二次通过电凝结槽。或者，可以将紫外线或曝气系统引入凝结和保持罐以防止水中细菌的生长。
尽管特别参考从洗车房获得的废水的净化方法描述了本发明，以改进的形式理解本发明也可用于从洗衣机，洗碗机，喷淋管，家庭浴盆和洗涤盆，旅馆，餐馆，船舶，飞机或医院获得的水的净化。依赖于废水的组成和废水通过系统的流量，可以要求不同的电压和不同数值和不同的电凝结槽设计用于有效的水净化。
应用区49也可以是清洁区和由清洁区产生的废水(也称为灰水)包括洗涤剂和清洁剂。
可以将来自一个或多个洗衣机，洗碗机，洗涤盆或喷淋管的使用过的废水在导管27中收集和转移到污水坑2。然后可以将废水如上所述净化和在通过导管25再循环到一个或多个上述洗衣机或水出口之前，贮存罐23中贮存。
为使可以更容易理解本发明和将本发明投入使用，熟练技术人员可参考如下非限制性实施例。
实施例如下实施例使用台架类型电凝结系统进行。
实施例1如下实施例应用于ec系统用于从废水样品脱除淋浴和洗涤盆污染物。
样品中存在的污染物-悬浮固体(脏物)，tp(总磷-洗涤剂)样品是在溶液中具有肥皂泡和脏物的灰色水。存在一些悬浮粒子和将样品在处理的同时搅拌。
粗样品的ph为5.4和电导率为780μs/cm。
流量1l/min试验结果使用如下参数达到最成功的处理
电极类型铝电极的数目＝8连接的数目＝4(电极1，3，6，8)伏＝35安培＝4.8产生的凝结剂-轻密度泡沫凝结剂和非常透明的水层。
观察到脏物和洗涤剂的非常有效脱除。
水再循环是处理工艺的供选项。
处理样品而没有ph或电导率的任何调节。
实施例2如下实施例应用于ec系统用于脱除从废水样品脱除餐馆排出污染物(食品和脂肪)。
样品中存在的污染物-悬浮固体，总磷(tp-洗涤剂)，食品，油和油脂(烹调油)，bod(生物需氧量-食品蛋白质)，总克氏氮(tkn-营养物)。
样品是溶液中具有食品粒子的灰色/棕色水。
优选，在处理之前预过滤样品。
粗样品的ph为5.5和电导率为1,150μs/cm。
流量1l/min试验结果使用如下参数达到最成功的处理电极类型铝电极的数目＝8连接的数目＝4(电极1，3，6，8)伏＝50安培＝9.5产生的凝结剂-由于高bod含量的高密度/大体积泡沫凝结剂。也除去脂肪和油脂。存在非常透明的水层。方法是非常成功的。
水再循环是处理工艺的供选项。
采用对ph的调节处理样品。由于样品中的食品盐，电导率高。
实施例3
如下实施例应用于ec系统用于从来自汽车服务设施的废水样品除去发动机油污染物。
样品中存在的污染物-悬浮固体，tp(洗涤剂)，车油和油脂(发动机油)，石化产品和溶解的金属。
样品是棕色/黑色乳液，在溶液中具有脏物和洗涤剂的油/油脂乳液。
粗样品的ph为6.8和电导率为490μs/cm。
流量1l/min试验结果使用如下参数达到最成功的处理电极类型铝电极的数目＝8连接的数目＝4(电极1，3，6，8)伏＝51安培＝3.0产生的凝结剂-高密度/低体积凝结剂除去油和油脂，脏物和其它组分。
存在非常透明的水层。因此方法是成功的。
水再循环是处理工艺的供选项。
处理方法经过宽范围的ph和电导率工作。
实施例4如下实施例应用于ec系统用于净化来自商品废物的排水。
样品中存在的污染物-油，油脂和悬浮固体。
样品是溶液中具有脏物和洗涤剂的油/油脂乳液。
粗样品的ph为7.7和电导率为1260μs/cm。
流量是1l/分钟。
试验结果使用如下参数达到最成功的处理电极类型铝电极的数目＝8连接的数目＝4
伏＝33安培＝11除去洗涤剂，油和油脂，脏物和其它组分。
实施例5如下实施例应用于ec系统用于净化由油污染的水。
样品中存在的污染物-油样品是油/油脂乳液粗样品的ph为5.6和电导率为1090μs/cm。
流量是1l/分钟。
试验结果使用如下参数如下处理是成功的电极类型铝电极的数目＝8连接的数目＝8伏＝10安培＝10除去油以留下透明水层。
本发明的废水净化方法的优点如下(i)方法再循环和保存水，急剧在每日基础上使用的水数量；(ii)方法允许大体积水的快速处理；(iii)系统是自动化的，紧密和轻便的；(iv)电凝结分离而不破坏废水污染物和产生低体积，含水稳定污泥，容易从液体流分离该污泥用于随后的处理；(v)方法是基本无化学品的工艺；(vi)方法可有效进行多个污染物的同时处理；(vii)方法适用于所有类型的洗车系统，例如自动，半自动和手动系统；(viii)可以将雨水收集和用于工艺；和(ix)通过降低水帐单的方法节省金钱。
权利要求
1.一种净化废水的方法，包括如下步骤(i)将废水通过包括多个反应板或电极的电凝结槽，该多个反应板或电极在该槽中并且彼此分隔布置，因此将电流通过废水而处理该废水以因此生产净化水；(ii)再使用该净化水用于清洁或其它目的以产生废水；和(iii)再循环废水回电凝结槽。
2.权利要求1的方法，其中将废水在步骤(i)之前过滤以从废水除去如果存在的大粒子。
3.权利要求2的方法，其中除去尺寸大于200μm的粒子。
4.权利要求1和权利要求2的方法，其中将废水通过一个或多个预处理罐以从废水除去如果存在的重油、污泥和燃料。
5.权利要求1的方法，其中将直流电施加到电凝结槽的反应板或电极。
6.权利要求1的方法，其中将电凝结槽垂直定向使得出口导管位于电凝结槽的顶部和入口导管位于电凝结槽的底部。
7.权利要求1的方法，其中施加到电极的电压范围为10-110伏。
8.权利要求7的方法，其中施加到电极的电压范围为20-80伏。
9.权利要求7的方法，其中施加到电极的电压范围为20-60伏。
10.权利要求1的方法，其中施加到反应板或电极的电流范围为2-100安培。
11.权利要求10的方法，其中施加到反应板或电极的电流范围为5-60安培。
12.权利要求10的方法，其中施加到反应板或电极的电流范围为5-20安培。
13.权利要求1的方法，其中电极从选自铝、钢、铁、钛、银和黄铜的金属制造。
14.权利要求13的方法，其中电极从铝或钛制造。
15.权利要求1的方法，其中在槽中采用2-75个电极。
16.权利要求15的方法，其中2-26个电极连接到电源。
17.权利要求1的方法，其中废水通过电凝结槽的流量范围为2-1000l/min。
18.权利要求17的方法，其中流量范围为5-200l/min。
19.权利要求17的方法，其中流量范围为10-50l/min。
20.权利要求1的方法，其中将净化的废水排入一个或多个沉降罐用于从净化的废水分离如果存在的污染的絮凝物。
21.权利要求20的方法，其中将沉降罐连接到雨水收集罐以允许收集的雨水排入沉降罐以增加可用于循环的水体积。
22.权利要求1的方法，其中将净化的废水在再使用之前过滤。
23.权利要求22的方法，其中除去尺寸大于10μm的粒子。
24.权利要求1的方法，其中将净化水在再使用之前在贮存罐中贮存。
25.权利要求1的方法，其中将净化水在再使用之后在污水坑中贮存。
26.权利要求1的方法，其中在步骤(i)之后将废水通过反渗透系统。
27.权利要求1和权利要求26的方法，其中将废水通过脱氯系统。
28.权利要求1，26或27任意一项的方法，其中将废水通过水软化系统。
29.权利要求1的方法，其中在步骤(i)之前废水可以从公共或家庭喷淋管、洗涤盆、水池、洗衣机、洗碗机、厨房或洗车房获得和可以初始在收集罐或污水坑中贮存。
30.一种用于处理废水的闭路系统，包括(iv)包括电化学池的处理区，该电化学池用于处理废水以产生净化水；(v)应用或使用净化水用于清洁或产生废水的其它操作的应用区；和(vi)再循环废水回电凝结槽的再循环区。
31.权利要求30的系统，其中处理区包括一个或多个预处理罐用于从废水除去如果存在的燃料，污泥和重油。
32.权利要求30和权利要求31的系统，其中处理区包括一个或多个沉降或凝结罐。
33.权利要求32的系统，其中处理区包括用于雨水收集的收集罐。
34.权利要求30-33任意一项的系统，其中处理区包括一个或多个过滤器。
35.权利要求30-34任意一项的系统，其中处理区包括反渗透系统。
36.权利要求30-35任意一项的系统，其中处理区包括水软化系统。
37.权利要求30-36任意一项的系统，其中处理区包括脱氯系统。
38.权利要求30的系统，其中应用区包括贮存罐或污水坑。
39.权利要求30的系统，其中应用区是清洁区和在该清洁区中生产的废水或灰水包含洗涤剂和清洁剂。
40.权利要求30的系统，其中再循环区包括再循环废水回电凝结槽的收集导管。
41.权利要求30和权利要求40的系统，其中再循环区包括贮存罐或污水坑。
42.权利要求30的系统，其中系统是自动化的。
全文摘要
一种净化废水的方法，包括如下步骤(i)将废水通过包括多个反应板或电极(6)的电凝结槽(5)，该多个反应板或电极在该槽中和彼此分隔布置，因此将电流通过废水而处理该废水以因此生产净化水(8)；(ii)再使用该净化水用于清洁或其它目的以产生废水；和(iii)再循环(3)废水回电凝结槽。废水可以从公共或家庭喷淋管、洗涤盆、水池、洗衣机、洗碗机、厨房或洗车房获得。
文档编号c02f1/40gk1882509sq200480034116
公开日2006年12月20日 申请日期2004年9月23日 优先权日2003年9月23日
发明者p·j·沃尔普 申请人:阿奎诺克斯私人有限公司