CN101870508B - 灰水处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种与软水器(16)配合使用的灰水处理系统(10)，包括：灰水存储槽(12)，其包括构造成接收灰水的第一入口(14)和构造成接收来自所述软水器的废盐水的第二入口(17)。所述废盐水与所述灰水混合以为随后的去除而絮凝所述灰水中的悬浮固体物。

Description

灰水处理系统
技术领域
一般地，本发明涉及一种诸如包括软水器的水处理系统的流体处理系统，尤其涉及一种设计为与软水器共用的灰水处理系统。
背景技术
灰水(也称为“中水”)是指住宅或商业卫生设备产生的废水，包括洗碗水，洗衣污水以及洗澡水。卫生间用水不属于灰水，而将其分类为”黑水(black water)。黑水是具有高度污染物和/或微粒并需要有效水处理的废水。淡水或“白水”(white water)是通常用作饮用、烹调和灌溉的可饮用水。约50-80％的住宅废水是灰水。
淡水很快变成了一种稀缺资源。世界上的数个区域因人口膨胀、干旱和污染而限制淡水供应。因此，在世界的许多地方淡水变得难以获得，并且价格很高。
此外，在美国东部和中西部地区，老化的市政水处理设施受到了很大关注。单个家庭和卫星城(satellite)灰水处理系统可减少对这些老化的设施的需求压力，并节省市政当局和最终用户的成本。而且，如果在用水地点(住宅或商业地点)而不是卫星站点(satellite site)进行废水处理，则可显著地降低运输和处理成本。因此，与现场废水处理相关的显著地节约成本有益于市政水处理设备。
根据AWWA 1999的研究，全部家庭用水的58％是在户外使用的，例如灌溉和娱乐用水(即，游泳池)，而42％是在室内使用的。日常室内用水大约是每人每天69.3加仑，这些日常用水的26.7％是由冲洗厕所产生。因此，灰水处理系统将使用户节约大约26.7％的室内用水。而且，回收淋浴水用于卫生间将减少市政水处理厂处理的废水量。
现在，在家庭和商业建筑中的灰水处理系统非常少。现有系统是非常基本的，不能满足环境保护局的浊度和生化需氧量(BOD)标准。这些系统的大多数还需要对现有管道系统重新装配或改进，成本太高。现有系统还不是自动化的，因而需要有效的控制和使用者的参与。
发明内容
本灰水处理系统处理将再次用作诸如灌溉和厕所用水的非饮用水的灰水。再利用灰水有助于节省通常在商业和住宅建筑物中用作饮用和非饮用水的淡水。通过将其灰水处理功能与软水器相结合，废盐水用于从所述灰水中所絮凝的悬浮固体物。因为两种传统废弃品，废盐水和灰水组合并再利用，减少了废水量。
特别地，与软水器配合使用的本灰水处理系统，包括灰水存储槽，所述灰水处理箱包括构造成接收灰水的第一入口和构造成接收来自软水器的废盐水的第二入口。所述废盐水与所述灰水在所述存储槽中混合以为随后的去除而絮凝所述灰水中的悬浮固体物。
与软水器配合使用的本灰水处理系统的另一实施方式包括灰水存储槽，其包括构造成接收灰水的第一入口和构造成接收来自软水器的废盐水的第二入口。所述废盐水与所述灰水混合以絮凝所述灰水中的悬浮固体物。所述灰水处理系统包括连接于所述存储槽的至少一个过滤器，其中所述至少一个过滤器构造成从储存在所述存储槽中的灰水中去除所絮凝的固体物。消毒器连接于所述至少一个过滤器，并构造成对所述灰水进行消毒。
与软水器配合使用的本灰水处理系统的另一实施方式包括灰水存储槽，其包括构造成接收灰水的第一入口和构造成接收来自软水器的废盐水的第二入口。所述废盐水与所述灰水混合以絮凝所述灰水中的悬浮固体物。第一过滤器连接于所述存储槽，并构造成从所述灰水中去除所絮凝的固体物。第二过滤器连接于所述第一过滤器，并构造成去除残留在所述灰水中的溶解固体物。第三过滤器连接于所述第二过滤器，并构造成对所述灰水进行纳滤。消毒器连接于所述第三过滤器，并构造成对所述灰水进行消毒。
附图说明
图1是本灰水处理系统的一种具体实施方式的示意图。
图2示出了化学需氧量与柱床体积之间关于流入和流出的对比图。
具体实施方式
参照图1，本灰水处理系统笼统地用10表示，构造成处理来自淋浴排水管、厨房排水管、洗衣机(没有漂清周期的水)和雨水的灰水或废水，以产生适于灌溉、冲厕以及其他非饮用水设备的流出水。一般而言，灰水处理系统10包括用于储存收集的灰水的存储槽和一系列与该存储槽连接的过滤器。在过滤器将不可溶的固体从灰水中去除后，经过过滤的灰水经过消毒并输送到灌溉系统、家庭卫生间或其他合适的水系统。
更具体地，本灰水处理系统包括灰水存储槽12，将其大小制造成对收集于淋浴排水管、洗衣机和雨水排水管及其他已知源的灰水进行储存。存储槽12的尺寸取决于住宅或商业建筑产生的日常灰水量。可以设想的是，存储槽12的大小制造成保持每天、每周或取决于其应用的任何合适时间周期产生的灰水量。入口或进水管14连接于存储槽12，并将收集于用淋浴排水管15集中表示的淋浴、厨房水池、洗衣机和雨水排水管的灰水输送到可储存达24小时的存储槽。在存储槽12中每24小时启动一次自动冲洗周期，以防止灰水在槽中停留延展期间将改变灰水组分。
特别地，灰水的生化需氧量(BOD)是很重要的性能。在相对大反应率时出现灰水生化需氧量，这意味着存在可容易地供微生物吸收的有机化合物或材料。上述24小时自动冲洗周期减少了保持时间，以及储存的灰水中的生物生长的相应潜在性。
保存在灰水存储槽12中的水主要包括具有很高浊度、BOD/化学需氧量级别和微生物的悬浮固体和溶解固体物质。因此，未经处理的已储存灰水与通过盐水输入管17接收自诸如住宅或商业软水器的软水器16的废盐水混合。在现有技术中，这种处理系统是公知的，并且该处理系统通常包括填充满了离子交换树脂的主处理槽和分离的盐水箱。盐水箱向处理槽周期性地提供盐水以再生交换树脂。在再生工序中，盐水中的钠离子与树脂珠捕获的钙离子和镁离子交换。从而废盐水与除去的钙离子和镁离子同时存在。编号为5,699,272；5,751,598和6,790,362的美国专利公开了这种系统的实例，并且这些美国专利以引证的方式并入于此。
从软水器16的盐水/慢漂清周期回收废盐水或酸性卤水。再循环或使用废盐水或酸性卤水(否则它们将被排到排水管)有助于降低操作本灰水处理系统的成本，并降低与处理废盐水有关的成本。相对于需要向灰水中添加的絮凝剂量而使操作相对较贵的现有灰水处理系统，这是本发明的重要优点。
在软水器16的盐水/慢漂清周期的初始阶段过程中，在进入盐水/慢漂清周期24分钟时废物流的总硬度(钙离子和镁离子的量)增加并达到约45,390ppm(相对于CaCO3)的峰值。自进入盐水/慢漂清周期的22分钟至36分钟，废物流中的钙和镁硬度超过40,000ppm(相对于CaCO3)。
在具有在每分钟0.3加仑的慢漂清流速下每分钟0.45加仑的盐水漂清流速的典型水软化系统中，14分钟的废水收集周期相当于约5加仑硬度(相对于CaCO3)为40,000ppm的废溶液。该废盐水或酸性卤水用来在存储槽12中处理约200-250加仑的灰水(约1,000ppm的CaCl2溶液)。人们已经发现，如下面将要描述的那样，用废盐水絮凝灰水中的悬浮固体物从而除去固体物。应当理解的是，除废盐水外，可通过存储槽12传输和使用其他适当的絮凝剂以絮凝灰水中的悬浮固体物，但是与此工序相关的成本将更高。
在完成使用废盐水溶液的絮凝工序后，使用泵20将包括聚集的“絮凝物”的灰水经过输出管18输送到第一过滤器22。根据水处理系统10的尺寸，如现有技术中已知的那样确定泵22的尺寸和类型。在优选实施方式中，第一过滤器22是包括沙或基于碳的介质的重力过滤器。如现有技术中已知的那样，其他适当的介质也可用于重力过滤器22中以去除聚集的絮凝物。收集在第一过滤器22中的絮凝物可通过以预定的时间间隔使用反冲洗步骤去除并送到排水管。从过滤器22灰水的流出物优选地输送到第二过滤器24。
第二过滤器24包括碳过滤器或包括去除灰水中任何残余溶解固体物的基于碳的介质的其他类似过滤器。图2通过图形表示絮凝/重力过滤吸附工序之前和之后的化学需氧量(COD)水平。COD水平间接地表示灰水中诸如有机污染物的有机化合物的量。如图2中所示，通过本灰水处理系统10，在入口14处测量的、流入的灰水的COD水平显著下降。例如，流入的灰水的平均COD水平约为200ppm，流出的灰水的平均COD水平约为25-30ppm。因此本灰水处理系统10在减少所收集的灰水中的有机污染物方面非常有效。
在灰水通过第二过滤器24后，优选地将其泵送到第三，即最终增泽过滤器26，执行灰水的纳滤或超滤(nano-or ultra-filteration)以从灰水中去除残留的精细溶解固体物。第三过滤器26中的过滤介质可以是任何适当的纳滤或超滤介质。
将来自第三过滤器26的任何收集的残留或残余冲洗到位于27处的排水管。随后，灰水优选地泵送到对灰水进行消毒以满足环境保护局(EPA)关于再用水的标准的消毒器28中。在优选实施方式中，消毒器28用回收自软水器16的氯对灰水进行消毒。如现有技术中所已知的那样，氯是水处理工艺的再生循环中盐水漂清步骤的副产品。在本灰水处理系统中，向灰水中添加至少2ppm的氯以满足EPA的灰水标准。回收的氯大大节省了需要单独买氯或其他消毒剂并添加到灰水中的成本。然而，消毒器28可利用诸如化学和紫外线的其他合适的已知消毒剂，但却增加了成本，这是能想象得到的。
现在返回图1，灰水经过消毒后，可在以30集中表示的住宅或商业灌溉系统、厕所贮水池或其他适当的商业或住宅非饮用水设备或系统中再利用。如果不需要灰水(即，需要填充冲水马桶或灌溉)，则灰水返回到灰水存储槽12。
在另一实施方式中，本灰水处理系统10包括热交换器32以对自淋浴排水管、洗衣机或其他来源收集的灰水进行去热。使用热交换器32通过从灰水中去热并再次利用它以补充住宅或商业热水加热器34生成的热量来帮助节约能源。本系统大大节省了与住宅或商业建筑中对水加热有关的成本。在热量从灰水中去除后，如上所述地将灰水输送到灰水存储槽12。
在进一步的实施方式中，灰水处理系统10使用了一个或更多个监控传感器36以检测存储槽12中灰水的水位、灰水处理系统中不同点处灰水的流速以及流出和流出的水的水质监控及报告设备。应当理解的是，传感器36可以直接连接于灰水处理系统10中的特定设备和/或管道，或者是与设备、管道或其他适当元件进行无线通信的无线设备。
在一个实施方式中，在灰水处理系统10的服务期间，处理器38和诸如显示屏或监视器的显示器40连接于传感器36以向用户显示灰水的不同参数和/或特征。
虽然本发明的特定的实施方案已在此公开，但可以理解，本领域的技术人员在没有脱离本发明的更为宽泛的方面的情况下可对其进行修改，变型。

Claims (20)

1.一种灰水处理系统(10)，包括：
未经处理的灰水源；
软水器(16)；
由所述软水器产生并且在所述灰水处理系统中循环的废盐水源；和
灰水存储槽(12)，其包括连接到所述灰水源并且构造成接收来自所述灰水源的灰水的第一入口(14)，和连接到所述软水器(16)并且构造成接收来自由所述软水器(16)产生的废盐水源的废盐水的第二入口(17)，从而再利用在所述灰水存储槽中的相同废盐水源，其中所述废盐水与所述灰水混合以为随后的去除而絮凝所述灰水中的悬浮固体物。
2.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括连接于所述存储槽(12)的至少一个过滤器(22、24、26)，所述至少一个过滤器构造成从储存在所述存储槽中的所述灰水中去除所絮凝的固体物。
3.如权利要求2所述的灰水处理系统，其中，所述至少一个过滤器(22、24、26)包括重力过滤器。
4.如权利要求2所述的灰水处理系统，其中，所述至少一个过滤器(22、24、26)包括基于沙的过滤介质和基于碳的过滤介质中的一种。
5.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括连接于所述存储槽(12)并构造成对所述灰水进行消毒的消毒器(28)。
6.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括至少一个连接于所述存储槽(12)、消毒器(28)和至少一个过滤器(22、24、26)中的至少一个的监控传感器(36)，以监控所述灰水的至少一个参数。
7.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括连接于所述灰水存储槽(12)的所述第一入口(14)的热交换器(32)，以在储存到所述存储槽中以前从所述灰水中放热。
8.如权利要求1所述的灰水处理系统，其中，所述系统将流入的灰水的COD减小了10倍的数量级。
9.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括至少一个连接于与所述存储槽相连接的所述第一入口(14)和所述第二入口(17)中的至少一个的监控传感器(36)，所述至少一个监控传感器构造成测量所述灰水的至少一个参数。
10.如权利要求1所述的灰水处理系统，还包括至少一个连接于所述存储槽(12)的出口(18)的泵(20)，以从所述存储槽中除去所述灰水。
11.一种灰水处理系统(10)，包括：
未经处理的灰水源；
软水器(16)；
由所述软水器产生并且在所述灰水处理系统中循环的废盐水源；和
灰水存储槽(12)，其包括连接到所述灰水源并且构造成接收来自所述灰水源的灰水的第一入口(14)，和连接到所述软水器(16)并且构造成接收来自由所述软水器(16)产生的废盐水源的废盐水的第二入口(17)，从而再利用在所述灰水存储槽中的相同废盐水源，其中所述废盐水与所述灰水混合以絮凝所述灰水中的悬浮固体物；
连接于所述存储槽的至少一个过滤器(22、24、26)，所述至少一个过滤器构造成从存储在所述存储槽中的所述灰水中去除所述絮凝固体物；以及
连接于所述至少一个过滤器(22、24、26)并构造成对所述灰水进行消毒的消毒器(28)。
12.如权利要求11所述的灰水处理系统，其中，所述消毒器(28)构造成接收来自所述软水器的再生循环的盐水漂清步骤的氯。
13.如权利要求11所述的灰水处理系统，还包括连接于所述灰水存储槽的所述第一入口(14)的热交换器(32)。
14.如权利要求13所述的灰水处理系统，还包括连接于所述热交换器(32)的热水加热器(34)。
15.如权利要求11所述的灰水处理系统，其中，所述至少一个过滤器(22、24、26)包括重力过滤器。
16.如权利要求11所述的灰水处理系统，其中，所述至少一个过滤器(22、24、26)包括基于沙的过滤介质和基于碳的过滤介质中的一种。
17.一种灰水处理系统(10)，包括：
未经处理的灰水源；
软水器(16)；
由所述软水器产生并且在所述灰水处理系统中循环的废盐水源；和
灰水存储槽(12)，其包括连接到所述灰水源并且构造成接收来自所述灰水源的灰水的第一入口(14)，和连接到所述软水器(16)并且构造成接收来自由软水器(16)产生的废盐水源的废盐水的第二入口(17)，从而再利用在所述灰水存储槽中的相同废盐水源，其中所述废盐水与所述灰水混合以絮凝所述灰水中的悬浮固体物；
第一过滤器(22)，连接于所述存储槽(12)并构造成从所述灰水中去除絮凝固体物；
第二过滤器(24)，连接于所述第一过滤器并构造成去除残留在所述灰水中的溶解固体物；
第三过滤器(26)，连接于所述第二过滤器并构造成对所述灰水进行纳滤；以及
消毒器(28)，连接于所述第三过滤器并构造成对所述灰水进行消毒。
18.如权利要求17所述的灰水处理系统，其中，所述第一、第二和第三过滤器(22、24、26)中的至少一个包括重力过滤器。
19.如权利要求17所述的灰水处理系统，其中，所述第一、第二和第三过滤器(22、24、26)中的至少一个包括基于碳的媒介。
20.如权利要求17所述的灰水处理系统，其中，所述第一、第二和第三过滤器(22、24、26)中的至少一个包括纳滤过滤器。
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