申请日2015.09.17
公开(公告)日2017.08.01
IPC分类号B01D39/16; B32B5/18; C02F1/40; C02F9/02; C09K3/32
摘要
一种过滤装置，其从废水中选择性地移除疏水性废物，同时留下其他的水和表面活性剂组分，留下的其他水和表面活性剂组分可随后被再循环到使用点。废水处理系统可包括过滤单元和过滤介质。过滤单元可包括壳体，所述壳体具有与使用点的出口流体连通并被配置为接收待处理的来自使用点的废水流的入口、以及与使用点的入口流体连通并被配置为输送滤液至使用点的出口。过滤介质可位于所述壳体中。过滤介质可包括亲油性发泡材料基材和所述亲油性发泡材料基材上的疏水性涂层。过滤介质可被构造成从废水流中分离疏水性组分以产生包含水和表面活性剂的滤液。
摘要附图
权利要求书
1.一种废水处理系统，包括：
过滤单元，包括：
壳体，所述壳体具有与使用点的出口流体连通并被配置为接收待处理的来自使用点的废水流的入口、以及与使用点的入口流体连通并被配置为输送滤液至使用点的出口;以及
位于所述壳体中的过滤介质，所述过滤介质包括亲油性发泡材料基材和所述亲油性发泡材料基材上的疏水性涂层，所述过滤介质被配置为从所述废水流中分离疏水性组分以产生包含水和表面活性剂的滤液。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述使用点为以下之一：洗衣机、洗碗机、洗车机、或油萃取操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述使用点为以下之一：石油化工厂、军用废水处理厂、城市用水处理厂、食品加工废水处理系统、航空航天水处理系统、和旅店废水再循环系统。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述表面活性剂包括清洁剂。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统包括被配置为测量所述系统的参数的至少一个传感器;和与所述至少一个传感器连通并被配置为产生输出信号以控制所述过滤单元的操作来响应从所述至少一个传感器接收的输入信号的控制器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述过滤单元还包括位于所述壳体中所述过滤介质上游的固体过滤器、和位于所述壳体中所述过滤介质下游的离子交换过滤器。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括待与所述滤液混合的补充水源。
8.一种废水过滤介质，包括：
包含亲油性聚合物的发泡材料基材;和
所述发泡材料基材上的疏水性涂层。
9.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的平均孔径为400μm至1000μm。
10.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的平均孔径为600μm至700μm。
11.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述亲油性聚合物选自聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、基于氟的聚合物、基于氯的聚合物、聚硅氧烷、尼龙、丙烯酸类、纤维素、及其复合物。
12.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述亲油性聚合物为PU。
13.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的油接触角为0°至90°。
14.根据权利要求13所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的油接触角为0°至10°。
15.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的临界表面张力为20mN/m至70mN/m。
16.根据权利要求15所述的过滤介质，其中所述发泡材料基材的临界表面张力为20mN/m至40mN/m。
17.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述疏水性涂层的水接触角为90°至180°。
18.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述疏水性涂层选自基于卤素的聚合物、聚乙二醇(PEG)、两性离子聚合物、糖、蛋白质脂质、石墨烯、和碳纳米管。
19.根据权利要求18所述的过滤介质，其中所述疏水性涂层为基于氟的聚合物。
20.根据权利要求19所述的过滤介质，其中所述疏水性涂层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
21.根据权利要求8所述的过滤介质，其中所述疏水性涂层包括平均直径为1μm至5μm的经沉积的颗粒。
22.一种分离包含水、表面活性剂和疏水性材料的废物流的方法，所述方法包括：
将大部分疏水性材料吸收到基于亲油性聚合物的发泡材料过滤器中;以及
阻止大部分水和表面活性剂被吸收到所述发泡材料过滤器上以产生包含水和表面活性剂的滤液流。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述废物流包括来自洗衣、洗碗、洗车、或石油化工操作的灰水。
24.一种过滤并再循环废物流的方法，所述方法包括：
使来自使用点的包含水、表面活性剂和疏水性材料的废物流通过包括基于亲油性聚合物的发泡材料基材和疏水性涂层的过滤介质，以产生包含水、表面活性剂和减少的疏水性材料部分的滤液;以及
使用于再次使用的所述滤液再循环至所述使用点。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括在所述使用点处再次使用之前，使所述滤液与补充水源混合以产生混合物。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述混合物包含按体积计10%或更少的补充水。
27.根据权利要求24所述的方法，其中使所述废物流通过过滤介质包括将所述废物流泵送通过所述过滤介质。
28.根据权利要求27所述的方法，其中将单批滤液反复再循环至所述使用点7至8个月的时间段。
29.一种使具有基于亲油性聚合物的发泡材料基材和疏水性涂层的饱和过滤介质再生的方法，所述方法包括：
压缩所述饱和过滤介质以移除所吸收的疏水性材料并产生再生的过滤介质。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括捕集并处理被移除的疏水性材料。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括在压缩所述饱和过滤介质5至10次循环之后更换过滤介质。
32.一种制造过滤介质的方法，包括：
将亲油性发泡材料基材浸于包含有机溶剂的溶液中以产生溶胀的发泡材料;
用疏水性微粒涂覆所述溶胀的发泡材料以产生经涂覆的发泡材料;以及
加热所述经涂覆的发泡材料以产生所述过滤介质。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述有机溶剂包括二氯甲烷或甲苯。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述亲油性发泡材料基材包括PU。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述疏水性微粒包括PTFE。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述疏水性微粒的平均粒径为1μm至5μm。
37.根据权利要求32所述的方法，其中加热在80℃至150℃的温度下进行。
说明书
用于废水再生的介质、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月18日提交的名称为“废水再生装置”的美国临时专利申请序列No.62/052,295的优先权的权益，出于所有目的，其全部内容通过引用在此并入本文。
技术领域
一个或更多个方面总体上涉及废水再生，包括过滤和再循环装置、系统和方法。更具体地，一个或更多个方面涉及使用过滤方法以从废水流的水和表面活性剂组分中分离疏水性废物组分。
发明内容
一些方面总体上涉及其中过滤装置将疏水性废物组分从废物流中分离的多种水处理系统和方法。在至少一些方面中，然后可再利用水和另一些组分(如表面活性剂)。
根据一个或更多个方面，提供了废水处理系统。废水处理系统可以包括过滤单元和过滤介质。过滤单元可包括壳体，所述壳体具有与使用点的出口流体连通并被配置为接收待处理的来自使用点的废水流的入口、以及与使用点的入口流体连通并被配置为输送滤液至使用点的出口。过滤介质可位于壳体中。过滤介质可包括亲油性发泡材料基材和所述亲油性发泡材料基材上的疏水性涂层。可将过滤介质构造成从废水流中分离疏水性组分以产生包含水和表面活性剂的滤液。
根据一个或更多个方面，使用点可以是洗衣机、洗碗机、洗车机或采油操作中之一。使用点可以是以下之一：石油化工厂、军用废水处理厂、城市用水处理厂、饮用水净化系统、航空航天水处理系统和旅店废水再循环系统。表面活性剂可以包括清洁剂。该系统还可以包括控制系统，所述控制系统包括被配置为测量系统参数的至少一个传感器;和与至少一个传感器连通并被配置为产生输出信号以控制所述过滤单元的操作来响应从所述至少一个传感器接收的输入信号的控制器。过滤单元还可包括位于壳体中的过滤介质上游的固体过滤器，和位于壳体中的过滤介质下游的离子交换过滤器。该系统还可以包括待与滤液混合的补充水源。
根据一个或更多个方面，提供了废水过滤介质。废水过滤介质可包括包含亲油性聚合物的发泡材料基材;和所述发泡材料基材上的疏水性涂层。
根据一个或更多个方面，所述发泡材料基材的平均孔径可为400μm至1000μm。所述发泡材料基材的平均孔径可为600μm至700μm。所述亲油性聚合物可选自：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、基于卤素的聚合物、基于氟的聚合物、基于氯的聚合物、聚硅氧烷、尼龙、丙烯酸类、纤维素及其复合物。所述亲油性聚合物可以是PU。所述发泡材料基材的油接触角可以是0°至90°。所述发泡材料基材的油接触角可以是0°至10°。所述发泡材料基材的临界表面张力可以是20mN/m至70mN/m。所述发泡材料基材的临界表面张力可以是20mN/m至40mN/m。所述疏水性涂层的水接触角可以是90°至180°。所述疏水性涂层可选自：基于氟的聚合物、基于氯的聚合物、聚乙二醇(PEG)、两性离子聚合物、糖、蛋白质脂质、石墨烯、和碳纳米管。所述疏水性涂层可包含聚四氟乙烯(PTFE)。所述疏水性涂层可包含平均直径为1μm至5μm的经沉积的颗粒。
根据一个或更多个方面，提供了一种分离包含水、表面活性剂和疏水性材料的废物流的方法。该方法可包括将大部分疏水性材料吸收到基于亲油性聚合物的发泡材料过滤器中;以及阻止大部分水和表面活性剂被吸收到发泡材料过滤器上以产生包含水和表面活性剂的滤液流。
根据一个或更多个方面，废物流可以包含来自洗衣、洗餐具、洗车或石油化工操作的灰水。
根据一个或更多个方面，提供了一种过滤并再循环废物流的方法。该方法可包括使来自使用点的包含水、表面活性剂和疏水性材料的废物流通过包括基于亲油性聚合物的发泡材料基材和疏水性涂层的过滤介质，以产生包含水、表面活性剂和减少的疏水性材料部分的滤液;以及使用于再次使用的所述滤液再循环至使用点。
根据一个或更多个方面，所述方法还包括在使用点处再次使用之前使所述滤液与补充水源混合以产生混合物。所述混合物包含10体积%或更少的补充水。使废物流通过过滤介质可包括将废物流泵送通过过滤介质。可使单批滤液反复再循环至使用点7至8个月的时间段。
根据一个或更多个方面，提供了一种使具有基于亲油性聚合物的发泡材料基材和疏水性涂层的饱和过滤介质再生的方法，所述方法可包括压缩所述饱和过滤介质以移除所吸收的疏水性材料并产生再生的过滤介质。
根据一个或更多个方面，所述方法还可包括捕集并处理经移除的疏水性材料。所述方法还包括在压缩所述饱和过滤介质5至10次循环之后更换过滤介质。
根据一个或更多个方面，提供了一种制造过滤介质的方法。所述方法可包括将亲油性发泡材料基材浸于包含有机溶剂的溶液中以产生溶胀的发泡材料;用疏水性微粒涂覆溶胀的发泡材料以产生经涂覆的发泡材料;以及加热所述经涂覆的发泡材料以产生过滤介质。
根据一个或更多个方面，所述有机溶剂可包括二氯甲烷或甲苯。所述亲油性发泡材料基材可包含PU。所述疏水性微粒可包含PTFE。所述疏水性微粒的平均粒径可为1μm至5μm。加热可在80℃至150℃的温度下进行。
下面详细讨论这些示例性方面和实施方案的另一些方面、实施方案和优点。此外，应理解，前述信息和以下详细描述仅仅是多个方面和实施方案的说明性实例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特性的概述或框架。因此，通过参考以下描述和附图，本文公开的本发明的这些和另一些目的以及优点和特征将变得显而易见。此外，应理解，本文所述的多个实施方案的特征不是相互排斥的，并且可以以多种组合和排列存在。
