CN1950302A

CN1950302A - 从水中去除污染物的方法和装置

Info

Publication number: CN1950302A
Application number: CN 200580014825
Authority: CN
Inventors: M·E·卡拉曼
Original assignee: Perpetual Water Pty Ltd
Current assignee: Perpetual Water Pty Ltd
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2007-04-18

Abstract

使用吸附过滤净化污染水的方法和装置。通过首先使污染水与pH调节剂接触，以提供大约3－7范围的pH调节水，可以将一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂、有机污染物、无机污染物和/或生物污染物从污染水如灰水中去除。pH调节剂优选为一种或多种酸、一种或多种可水解盐、离子交换介质或其组合。之后，pH调节水与一种或多种活性吸附介质接触，活性吸附介质包括二氧化硅、沸石、氧化铝、活性炭及类似物。本发明提供了从水中选择性地去除污染物的方法，因此使得污染水对于人接触、再利用和/或消费是安全的。

Description

从水中去除污染物的方法和装置

技术领域

[0001]本发明涉及用于净化水的方法和装置，特别涉及使用吸附过滤技术从水中去除表面活性剂和任选地去除有机污染物、无机污染物和/或生物污染物。

背景技术

[0002]在世界很多地区，高品质饮用水变得稀缺。由于很小范围的供水流域扩大和渐增的消耗，水的净化非常重要。水净化的程度将取决于水被污染的程度及水的最终用途。计划用于人或动物消费和/或接触的水比计划用于厕所冲洗、洗衣店应用、花园和农业灌溉及工业过程目的的水需要更高程度的净化。

[0003]存在中大量的水处理实践，用于使得污染水对于人接触和/或消费是安全的。

[0004]在生产饮用水的过程中，通过用促凝剂例如氯化铁或明矾凝结，之后加入聚电解质作为助凝剂，以及在有些情况下加入高分子聚合有机助滤剂，将粘土、颗粒和致病生物去除。凝结物质通过沙滤器沉淀或过滤而得以去除。

[0005]“灰水”处理由于工业洗衣店和家庭所产生的数量大而越来越重要。灰水是未被粪便或尿完全污染的废水，一般产生自设计为不接收人排泄物或排出物的管道设备。灰水包括浴室浴盆、淋浴、洗手盆、洗衣店盆、矿泉疗养浴盆、洗衣机和厨房的排放物。灰水的特征在家庭之间有所不同，并且取决于家庭的变动、居住者的年龄和数量、居住者的生活方式和居住者的用水特征。

[0006]灰水含有不定量的无机物(例如，溶解的盐，如磷酸盐、硝酸盐等)、有机物(例如油、油脂、肥皂、牙膏、洗发香波/护发剂、染发剂、表面活性剂和清洁用化学品)、有形杂质(例如污垢、食物、沙子、软布、毛发、血液、尿、粪便等)和微生物(例如细菌、病毒、原生动物等)，这些来自家庭和个人卫生习惯。因为灰水占每一个家庭所产生的废水的大部分，因此期望净化这种水，以便以保护公众健康和符合健康规定的方式进一步利用。

[0007]灰水处理再利用的范畴可以从简单的灰水分水设备(GDD)到复杂的处理系统。灰水分水设备不处理灰水废物，而是在被用于地下灌溉之前将排放物通过粗筛分流，以去除会阻碍泵、阻塞管道和携带污染物的物质。

[0008]目前有很多方法用于处理灰水排放。这些包括初级处理，该处理通过固体的沉淀、浮选、厌氧消化、过滤、通气、澄清和最终消毒减少废水的总初级污染物量。二级污染物例如硝酸盐、磷酸盐、硼、钠等通过该类型的处理未被减少。

[0009]水处理方法对于病原微生物的去除不十分可靠。因此，作为在灰水处理和其它水处理方法中的最后阶段，常规化学消毒剂例如氯或臭氧被加入处理的水中，以破坏一般的水传播病原微生物。然而，有些微生物不受此类常规处理的影响，并且此类微生物进入预定用于人接触和/或消费的水中的可能性提出了严重的公众健康问题。

[0010]因此，虽然存在许多熟知的用于处理水源特别是灰水的方法，但在下述能力方面仍存在显著的问题：从水中选择性去除一系列污染物例如表面活性剂、有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，以满足与pH、浊度、适合在地表灌溉中的耐热大肠菌、再利用和/或消费有关的极其严格的法规要求。常规水处理实践已经证明对此类一系列污染物的选择性去除是无效的。

[0011]无疑地，对从污染水中选择性去除污染物，特别是一系列污染物的方法存在需求。

发明概述

[0012]本发明人已经开发了使用吸附过滤从水中选择性地去除一系列污染物的方法，一种他们称为“活性吸附过滤(active adsorptionfiltration)”的方法。“活性吸附过滤”提供了从水中选择性地和特定地去除污染物的方法，因此使得污染水对于人接触、再利用和/或消费是安全的。

[0013]本发明人惊奇地发现，通过使污染水与pH调节剂或介质接触，之后通过使用活性吸附介质的连续处理阶段，其中在每一个活性吸附介质上的电荷被pH调节介质的性质影响，有可能从水中选择性地去除一种或多种表面活性剂和优选一系列有机、无机和/或生物污染物。

[0014]在第一个方面，本发明涉及用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物的方法，该方法包括：

[0015]a)使水与pH调节剂/介质在一些条件下接触一段时间，以提供pH调节的水；

[0016]之后使pH调节的水与一种或多种下述活性吸附介质接触：

[0017]b)第一介质，其在一段时间和一些条件下，在pH调节的水中具有负电荷，使得存在于水中的一部分阳离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从水中去除；

[0018]c)第二介质，其在一段时间和一些条件下，在pH调节的水中具有正电荷，使得存在于水中的一部分阴离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从水中去除；

[0019]d)第三介质，其具有高表面积、多孔，在一段时间和一些条件下吸附pH调节的水中的疏水不带电物质和/或吸附pH调节的水中的疏水带电物质，使得存在于水中的一部分非离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从水中去除；

[0020]并且任选地，使pH调节的水与一种或多种下列介质接触：

[0021]e)一种或多种用于在一段时间和一些条件下去除有机污染物的介质，使得存在于水中的一部分有机污染物被吸附在所述介质上并从水中去除；

[0022]f)一种或多种用于在一段时间和一些条件下去除无机污染物的介质，使得存在于水中的一部分无机污染物被吸附在所述介质上并从水中去除；

[0023]g)一种或多种用于在一段时间和一些条件下去除生物污染物的介质，使得存在于水中的一部分生物污染物被吸附在所述介质上并从水中去除。

[0024]在第二个方面，本发明涉及根据在本发明的第一方面中所述的方法而制备的净化水。

[0025]在第三个方面，本发明提供了用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物的装置，所述装置包括：

[0026]i)pH调节区，用于使水与pH调节剂/介质接触，以提供pH调节水；

[0027]ii)一种或多种下列活性介质：

a)在pH调节水中具有负电荷的介质，用于去除阳离子表面活性剂；

b)在pH调节水中具有正电荷的介质，用于去除阴离子表面活性剂；

c)具有高表面积、多孔、吸附pH调节水中的疏水不带电物质和/或吸附pH调节水中的疏水带电物质的介质，用于去除非离子表面活性剂；

和任选地，一种或多种下列活性介质：

d)一种或多种用于从水中吸附有机污染物的介质；

e)一种或多种用于从水中吸附无机污染物的介质；

f)一种或多种用于从水中吸附生物污染物的介质；

[0028]其中上述活性介质之一是具有pH调节水入口的第一活性介质，以及上述活性介质之一是具有pH调节水出口的最后活性介质；和

iii)连接工具，以使水从pH调节区串流和并流到最后活性介质。

[0029]在第四个方面，本发明提供用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物的装置，所述装置包括：

[0030]i)pH调节水的入口；

[0031]ii)一种或多种下列活性介质：

和任选地，一种或多种下列活性介质：

d)一种或多种用于从水中吸附有机污染物的介质；

e)一种或多种用于从水中吸附无机污染物的介质；

f)一种或多种用于从水中吸附生物污染物的介质；

[0032]其中上述活性介质之一是具有pH调节水入口的第一活性介质，以及上述活性介质之一是具有pH调节水出口的最后活性介质；和

iii)连接工具，以使水从第一活性介质串流到最后活性介质。

[0033]应当理解，最后的活性介质将选自a)-c)或d)-f)之一，使得如果最后的活性介质不是a)-c)之一，则水在流经最后的活性介质之前，将经过a)-c)中一个或多个和任选地d)-f)中一个或多个。

[0034]应当意识到，对于活性介质被使用的顺序而言，一些变化足可能的，这取决于所需要的特征。在一些情况下，重复一些介质也可能是有利的。在其他情况下，并流比串流可能具有更实际的价值。取决于净化水的最终用途，其pH可能通过使用标准改性剂作为另外的介质来提高，例如用石灰石处理，或者通过直接加入碱性溶液来提高。例如，很多官方规定该种类型的再循环水的pH通常在6.5-8.5的范围内。

[0035]优选地，所述装置按照本发明的第一个方面的方法，被用于处理污染水。

[0036]在整个说明书中，词语“包括(comprise)”或其变化例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”应当被理解为暗示包括所述元素、整数或步骤，或者元素组、整数组或步骤组，然而不排除任何其他元素、整数或步骤，或者元素组、整数组或步骤组。

一般信息

[0037]在此，值得注意的是，当通过表面基团的电离或者通过溶液中种类(离子、溶质)的特定吸附而使胶态介体浸入高介电常数介质(D＝80)中时，该胶态介体获得表面电荷。相反电荷的离子(“相反离子”)被吸向带电表面，而到表面的相似电荷的离子(“同离子”)被取代，形成了电荷的扩散层。电荷的抹去(smearing out)保持了总体电中性。当两个带电表面在溶液中彼此接近时，这两个扩散电双层重叠，引起离子密度从它们的平衡值偏移，导致两个表面之间的斥力或引力。如果该两个表面具有相似电荷符号，则所产生的相互作用将是排斥性的，而如果该两个表面具有相反电荷符号，则我们预期所产生的力是吸引性的。

[0038]基于特定的化学相互作用、静电学(电荷)、疏水性、糙度、特定相互作用(锁钥机理(lock-key mechanism)，例如抗体-抗原，酶)，或者由于晶体化学结构和配位，生物种类(病毒、细菌、原生动物等)、表面活性剂、有机污染物和无机污染物与外部介质的活性表面基团结合。

[0039]假定生物有机体例如病毒和细菌具有胶态尺寸，它们表现得与水体系中其他胶粒相似。可以根据粘合和吸附的物理化学原理来简单地解释它们的微生物吸引和附着。

[0040]基于这个原因，微生物例如细菌可以被认为是“活胶体(livingcolloid)”。很多病原体当与外部介质的活性表面基团相接触时，具备活性表面基团，例如与细胞糖蛋白有关的羧酸盐和磷酸盐基团，它们通过例如化学或静电方法可得。

[0041]在表面之间的紧密接触可导致在表面部位与接近表面之间形成化学键。这被称为化学吸附，并且一般发生在羧酸盐和磷酸盐与诸多金属阳离子之间，所述金属阳离子例如在自然界体系中的铝、钙和铁。这些化学相互作用的确切本质常是配合物，然而除了一般以强粘合接触将胶体拉在一起的范德华力之外，可以包括与微生物表面上的羧酸盐和磷酸盐基团结合的配体。

[0042]如此处所用，术语“吸附(adsorb)”和“吸附(adsorption)”可以指静电吸附或化学吸附。

[0043]微生物吸附归因于短程吸引力(疏水力、库仑力和范德华力)。细菌粘附通过聚合物桥接而发生，此种粘附可以是不可逆的(永久的)或临时的。一些微生物与很多类型的表面结合(非特定粘合)，此种类型粘合的强度和程度可能与基质的表面特性有关。然而，特定粘合包括微生物与基质表面之间的互补分子构型之间的相互作用。

[0044]术语“表面活性剂(surfactant)”或“表面活性剂(surface activeagent)”指的是吸附在空气/水和油/水界面的表面活性分子，这基本降低了它们的表面能。术语洗涤剂(detergent)经常与表面活性剂互换使用。根据表面活性部分的电荷，表面活性剂被分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。

[0045]表面活性剂在本质上是两性的，具有亲水的(喜水的、憎油的、疏油的)和疏水的(憎水的、亲脂的、亲油的)部分。分子的疏水部分是非极性的，由脂族烃或芳烃残基组成。亲水部分由可以与水、羟基、羧基和离子基团强烈相互作用的极性基团组成。因为它们的双重性，它们能够在溶液中形成独特的表面活性剂结构(即胶束，泡)，以消除其疏水部分与水环境之间的接触。因此，基本上提供了油脂、油、烃类可以溶解于此的疏水核。独特表面活性剂结构(即胶束，泡等)在溶液中的形成构成了去污力的基础，表面活性剂聚集体的形成使得油溶性污染物、油脂、油和烃类基本溶解(′增溶作用′，其对于去污力是重要的)在烃核之内(′相似相溶′)，而存在的亲水污染物(污垢、粘土等)当其保留在水环境中时由于表面活性剂的吸附而稳定。

[0046]表面活性剂吸附的方向、构象和密度取决于表面活性剂的性质(即阴离子的、阳离子的、非离子的)、特定的表面化学、电荷和表面吸附剂的疏水性/亲水性(接触角)。带电表面活性剂(阴离子的、阳离子的)单体吸附到水溶液中带相反电荷的亲水表面部位上，原因在于带电首基与表面部位之间的静电吸引。

[0047]应当理解，“肥皂”是较广范种类表面活性剂的一个例子。一般地，术语“肥皂”指的是长链脂肪酸的钠盐或钾盐。肥皂代表大部分商业羧酸盐，并且被归类为阴离子表面活性剂。肥皂在“硬”水中经常是无效的，其与硬水中的矿物反应而形成不溶解的物质。

[0048]本发明人已经惊奇地发现，使用特定活性介质，一种或多种表面活性剂和任选地一种或多种无机污染物、有机污染物和/或生物污染物能够从污染水中被选择性地去除，条件是污染水在与活性介质接触之前首先与pH调节剂/介质接触，该pH调节剂/介质能够调节污染水的pH。

[0049]并非束缚于理论，本发明人认为，pH调节剂/介质通过使水中表面活性剂(阴离子的、阳离子的和/或非离子的)不稳定而起作用。本发明人认为，污染水的pH的变化干扰了表面活性剂的缓冲，从而使表面活性剂不稳定，并且通过由于pH调节水而适当带电的特定活性介质而允许从水中选择性地去除一种或多种非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂。此外，本发明人提出，通过本发明的活性吸附过滤方法和装置进行的表面活性剂的去除使存在于水中的通常是表面活性剂稳定化的污染物去稳定。因此，本发明人认为，pH调节剂/介质和随后的连续的活性介质系列允许表面活性剂的去稳定和去除，这导致通常是表面活性剂稳定化的污染物去稳定，因此使得该去稳定的污染物后来被吸附至选择性介质并被去除。

[0050]适合在本发明的方法和装置中处理的水包括但不限于河水、水坝水、地下水、海水、游泳池水和工业水及家庭废水(包括“灰水”)。这些水可能含有天然和/或合成的表面活性剂，其使得存在于水中的其他污染物保持稳定，并因此更难于去除。本发明的方法和装置提供了从此类水中去除一系列此类表面活性剂和任选地去除其他污染物的可行方式。本发明人认为，通过由活性吸附过滤将表面活性剂去除至选择性介质中，有可能使在溶液中通常被表面活性剂稳定化的污染物去稳定并将它们从水中选择性去除。

[0051]应当意识到，取决于生物污染物的最终水平和期望用途，水可以要求进一步净化。因此，本发明的方法和装置可以分别包括消毒步骤和介质，以进一步降低生物污染物的水平。已知的消毒方法包括但不限于氯化、氯的氧化物、臭氧分解和紫外线照射可以被用在本发明中。

[0052]优选地，本发明的方法和装置包括氯化步骤/氯化剂。污染水可以在其与本发明的活性介质接触之前和/或之后进行氯化。例如，污染水可以在被过滤之前和/或与一种或多种活性吸附介质接触之后进行氯化。应当意识到，可以遵循标准氯化步骤。例如，使用浓度为大约1-20ppm的标准液体次氯酸钠(NaOCl)溶液可以实现氯化。

[0053]污染水可以在用pH调节剂/介质处理之前或之后进行过滤。因此，在本发明的装置中，污染水可以在其进入pH调节区，以接触pH调节剂/介质之前或之后通过过滤器。优选地，污染水是在用pH调节剂/介质处理之前进行过滤的。合适的过滤器包括但不限于不锈钢网过滤器、毛和棉绒过滤器(hair and lint filters)、沙滤器、钢熔渣(steelsinters)、袋滤器、折叠过滤器(pleated filters)。优选地，过滤器是可回洗的。

[0054]污染水也可以经历颗粒物质去除步骤，其中颗粒物质是在用pH调节剂/介质处理之前或之后或同时而从水中被去除的。因此，在本发明的装置中，在污染水进入pH调节区以接触pH调节剂/介质之前或之后，或者当污染水在pH调节区并且与pH调节剂/介质接触的同时，污染水可以经过将颗粒物质从水中去除的装置区。优选地，颗粒物质是在用pH调节剂/介质处理之后从水中去除的。更优选地，颗粒物质是在其与一种或多种本发明的活性吸附介质接触之前从水中去除的。仅举例而言，通过使用沉积过滤器、Ballotini玻璃过滤器(例如～0.1-5mm)、离心转鼓真空过滤机和絮凝，之后过滤/分离，可以去除颗粒物质。优选地，过滤器是可回洗的。在“灰水”的处理中，颗粒物质的去除是特别优选的，在灰水中一般存在着高水平的表面活性剂稳定化的颗粒物质(＞0.5微米)，这主要是造成其颜色和浊度的原因。

[0055]本发明人已经发现，污染水的净化可以通过加入絮凝剂之后沉淀和过滤或分离絮状物得以增强。合适的絮凝剂的例子包括但不限于明矾、氯化铁或聚合物絮凝剂。如前面所述，有些絮凝剂例如明矾和氯化铁具有调节污染水pH的附加效果，以便提供本发明的方法和装置所需的“pH调节水(pH adjusted water)”。

[0056]在一些情况下，絮凝可以通过加入固体形式的絮凝剂微粒得以改进，例如，氧化铝微粒可以被用于“接种(seed)”明矾的絮凝产物。

[0057]根据本发明的方法和装置可以分别进一步包括步骤和介质，以处理硬水。更具体而言，可以使污染水与离子交换介质接触，该离子交换介质允许去除以及用已知使水软化的离子如Na+置换硬离子例如钙、镁和/或铁。优选地，离子交换介质是Na⁺离子交换树脂，以使硬离子被交换为Na⁺。该步骤可以在净化过程中的任何阶段实施。优选地，为软化水而引入离子交换步骤和介质作为本发明的方法和装置方面的最后步骤/介质而出现。

[0058]应当意识到，在本发明的方法和装置中所使用的一些介质可去除不止一种类型的污染物。根据下面的描述，这是显然的。

[0059]在本发明中，pH调节剂/介质用于调节污染水的pH，这是在污染水与被选择来去除表面活性剂和任选地去除其他污染物的各种特定介质接触之前进行的。在整个说明书中，应当理解，对短语“pH调节水”的提及指的是已经接触了在本发明方法的步骤a)中和本发明装置方面的i)中所述的试剂或介质的污染水。任何具有改变污染水pH作用的pH调节剂/介质可以用在本发明中。pH调节剂/介质影响随后介质上的电荷符号和电荷数量，因为不同介质含有表面酸基，表面酸基的电离程度是由溶液pH确定的。当未处理的水用pH调节剂/介质来处理或经过pH调节剂/介质时，水的pH因此得以调节，并且这样做使得浸在被调节流体中的后续介质通过表面基团的电离或通过特定离子吸附而获得表面电荷，因而提供适合于污染物选择性吸附的表面。

[0060]在按照本发明的第三个方面的装置中所指的“pH调节区”应当被理解为使水与pH调节剂/介质相接触的该装置的任何区域、范围或部分。仅举例而言，所述装置的区域、范围或部分可以是水临时存放或是水经过的槽、管或筒(cartridge)。例如，水可以与pH调节剂一起被送入槽或管中，例如通过管线内管(in-line pipe)注入，或者可选地使水与pH调节介质例如离子交换介质在筒中相接触。

[0061]按照本发明，“pH调节剂/介质”可以是一种或多种酸、一种或多种可水解盐、离子交换介质或其组合。

[0062]能够调节污染水pH的合适的酸包括但不限于有机酸和无机酸。优选地，酸是无机酸，例如盐酸。优选地，酸将水的pH调节至5-7。

[0063]能够调节污染水pH的合适的可水解盐包括但不限于各种形式的明矾、氯化铝、氯化铁或硝酸铁。优选地，可水解盐是Al₂(SO₄)₃或KAl(SO₄)₂.12H₂O形式的明矾。将意识到，可水解盐将以与灰水的总固体含量可比的重量浓度使用。

[0064]应当意识到，一些可水解盐具有双功能，能够调节污染水的pH并担当絮凝剂。如上所述，本发明人已经发现，在颗粒物质去除步骤中使用一些絮凝剂例如明矾和氯化铁是除去颗粒污染物及调节污染水特别是灰水的pH的有效途径。

[0065]能调节污染水pH的合适的离子交换介质包括酸性阳离子交换介质。优选地，所述离子交换介质是离子交换树脂，更优选地为酸性阳离子交换树脂。应当意识到，任何商业可得的酸性阳离子交换树脂可以用在本发明中。

[0066]优选地，在本发明中使用能调节污染水pH的合适的酸性阳离子交换树脂。在一个涉及从灰水中去除污染物的方法及相应装置的实施方式中，优选使用强阳离子H⁺离子交换树脂。在该实施方式中，强阳离子H⁺交换介质调节污染水的pH，该污染水具有大约7-10范围的pH，将该其调节降至大约5-7的范围。

[0067]优选地，离子交换介质被填充到筒中，其可以与污染水一起进行重力或压力进料。

[0068]取决于应用，一般而言，离子交换树脂的颗粒大小优选为大约mm粒度范围。

[0069]对于大多数应用而言，离子交换介质与水之间的接触时间将是最小的。一般地，1分钟以下的接触时间对于调节污染水的pH而言是足够的。然而，接触时间取决于多种可应用于每一种使用情况的因素，例如筒尺寸、树脂尺寸和流速。本领域普通技术人员应当意识到，合适的接触时间可以通过适当的试验和评价来确立。

[0070]应当意识到，除了调节污染水的pH之外，离子交换介质也可以从水中去除特定污染物。例如，当pH调节介质是离子交换介质时，按照目前本领域中已知的，生物污染物可通过吸附到该介质上而被去除。包括但不限于隐孢子虫(Cryptosporidium)、贾第虫(Giardia)、霍乱(Cholera)、大肠杆菌(E Coli)、细菌、病毒、藻类和酵母在内的生物污染物可以通过适当的离子交换介质按照已知的方法而被去除。

[0071]在家庭灰水的情况下，应当意识到，待净化的污染水的pH取决于每一个家庭的活动情况。可以设想，明矾、氯化铁或酸性阳离子交换介质对于大多数家庭产灰水而言将是合适的选择。

[0072]应当意识到，对本发明中所使用的不同活性吸附介质的类型、组合、顺序、颗粒大小和表面化学的选择使得能选择性地及特定地去除各种表面活性剂、有机污染物、无机污染物和生物污染物。本发明人认为，基质介质的性质(即它的疏水性/亲水性、电荷密度和表面基团的性质)决定吸附过程所涉及的机理(即疏水的或静电的)。

[0073]应当意识到，水已与pH调节剂/介质接触后，去除阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂所需的活性吸附介质的电荷将取决于本发明方法的步骤a)和本发明装置方面的步骤i)中所使用的pH调节剂/介质和水的pH。例如，二氧化硅在pH＞2时带负电，将从水中去除阳离子污染物例如阳离子表面活性剂，而氧化铝在pH＜8时带正电，将从水中去除阴离子污染物如阴离子表面活性剂，而中性/疏水污染物(例如颜色和非离子表面活性剂)将通过诸如活性炭的介质来去除。

[0074]任何在pH调节水中获得负电荷的介质将被用在本发明方法的步骤b)和本发明装置方面的步骤ii)a)中。带负电介质或阴离子介质从水中去除阳离子污染物。按照本发明的方法和装置，可以从污染水中去除的阳离子污染物的例子包括但不限于阳离子表面活性剂，例如在洗涤剂和清洁剂中发现的那些物质。优选的阴离子介质包括但不限于各种形式的二氧化硅，例如Ballotin介质、玻璃或硅石粉(silica powder)。二氧化硅可以以很多物理形式存在，例如粉末、球或二氧化硅纤维的螺旋形过滤器。本发明人已经发现，Ballotini玻璃球形式的二氧化硅，优选具有约0.1-5mm的直径，对于粗污染物的去除是理想的，并且可易于进行回洗，再生为起初的流速。

[0075]任何在pH调节水中获得正电荷的介质将被用在本发明方法的步骤c)和本发明装置方面的步骤ii)b)中。带正电介质或阳离子介质从水中去除阴离子污染物。按照本发明的方法，可以从污染水中去除的阴离子污染物的例子包括但不限于阴离子表面活性剂，例如在洗涤剂和清洁剂中发现的那些物质。优选的阳离子介质包括但不限于各种形式的氧化铝，例如alox(氧化铝)。氧化铝可以以很多物理形式存在，例如粉末、颗粒、结晶固体、压缩圆盘或圆片或氧化铝纤维的螺旋形滤器。优选地，氧化铝处于充分水合的状态。在一个优选的实施方式中，阳离子介质是约1mm颗粒大小的粉末状水合氧化铝。

[0076]任何具有高表面积、多孔、吸附pH调节水中疏水不带电物质和/或吸附疏水带电物质的介质可用作本发明方法的步骤d)和本发明装置方面的步骤ii)c)中的介质。应当意识到，此介质可以具有一种或多种上述性质。在整个说明书中，此介质可以被称为“高表面积/多孔/疏水介质”。所述高表面积/多孔/疏水介质从水中去除中性污染物和/或疏水污染物。按照本发明的方法，可以从污染水中去除的中性污染物或疏水污染物的例子包括但不限于非离子表面活性剂，例如在洗涤剂和清洁剂中发现的那些物质。可以被用在本方法的步骤d)和本装置的步骤ii)c)中的优选的介质包括但不限于活性炭、石墨和无烟煤。优选的高表面积/多孔/疏水介质是活性炭。活性炭可以是粉末、小球或螺旋形滤器的形式。优选地，活性炭处于粉末的形式，具有大约1-3mm范围的大小。甚至更优选地，用银浸渍活性炭。

[0077]应当理解，术语“高表面积”介质定义了表面积在大约50-100m²/g范围内的介质。

[0078]应当理解，术语“多孔”介质定义了含有亚微米大小的孔的介质。

[0079]阴离子活性吸附介质、阳离子活性吸附介质和高表面积/多孔/疏水活性吸附介质可以在重力或压力下进料，这取决于所需的流速和原料水中污染物水平。优选地，以活性介质的床的形式来利用活性吸附介质，例如混合床活性吸附床滤器。也可以以单或双组分混合粉末床系统的形式来使用活性吸附过滤介质。活性介质的床可以包含在商业可得的过滤筒(filtration cartridges)中。

[0080]取决于应用，一般而言，阴离子介质、阳离子介质和高表面积/多孔/疏水介质的颗粒大小将处于大约60μm至10mm的级别，优选为大约0.1mm至5mm。优选地，每一种介质具有回洗的潜力。

[0081]对于大多数应用而言，阴离子介质、阳离子介质和高表面积/多孔/疏水介质与水之间的接触时间将是最小的。一般地，大约1分钟以下的接触时间对于调节污染水的pH而言是足够的。本领域普通技术人员应当意识到，合适的接触时间可以通过适当的试验和评价来确立。

[0082]应当意识到，可以进行实验室小型和中试装置试验来建立每一种介质的床的厚度与颗粒大小的最佳关系，以确保最大程度地去除相关的污染物，而同时保持高的水通量。

[0083]除了从污染水中去除一种或多种表面活性剂之外，按照本发明的方法和装置也可以去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物。在pH调节水已经与在本发明第一个方面中的b)-d)及第三和第四个方面中的ii)a)-c)中的一种或多种介质接触之前或之后，可以使其与在本发明第一个方面中的e)-g)及第三和第四个方面中的ii)d)-f)中描述的一种或多种介质接触。优选地，在pH调节水已经与在本发明第一个方面中的b)-d)及第三和第四个方面中的ii)a)-c)中的一种或多种介质接触之后，使其与在本发明第一个方面中的e)-g)及第三和第四个方面中的ii)d)-f)中描述的一种或多种介质接触。

[0084]按照本发明的方法和装置，可以从污染水中被去除的有机污染物的例子包括但不限于蛋白质；酶；脂肪；油脂；油；腐殖质；含氮化合物和杀虫剂。

[0085]按照本发明的方法和装置，可以从污染水中被去除的无机污染物的例子包括但不限于硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐以及多价金属阳离子。

[0086]按照本发明的方法和装置，可以从污染水中被去除的生物污染物的例子包括但不限于病毒、细菌、藻类、酵母、原生动物、酶。

[0087]应当意识到，可以将已知可从水中去除有机、无机和/或生物污染物的任何介质用在本发明的方法和装置中。同样应当意识到，在本方法的步骤b)-d)和本装置的ii)a)-c)中所使用的一种或多种介质可以是多功能的，既去除一种或多种阳离子污染物、阴离子污染物和中性/疏水污染物，它们也可以去除一种或多种有机、无机和/或生物污染物。

[0088]在本发明中，本发明人认为，通过引入已知将表面活性剂作为其生长的食物和能量而分解表面活性剂的细菌并将其保留在介质中，将使得表面活性剂生物降解，从而再生该介质，用于进一步吸附表面活性剂。通过细菌的后续作用将导致表面活性剂进一步分解为不是污染物的二氧化碳、水和矿物盐。因此在一个优选的实施方案中，在本发明的方法和装置中的每一种介质包含细菌，其功能是使将表面活性剂从水中去除的每一种介质再生。

[0089]在本发明的方法和装置中所使用的活性介质可以可选地或另外地使用已知的方法通过随后的处理进行再生。例如，沸石可以在氯化钠溶液中清洗，离子交换树脂(H⁺)可以在酸性或过乙酸溶液中清洗，活性炭(碳)和氧化铝可以在高温下烘焙，以烧掉吸附的污染物，氧化铝可以另外地用酸/碱按照已知的方法来处理。有些活性介质可以另外地或可选地通过反冲而进行再生。

[0090]包含活性介质的装置可以作为标准单元存在，其含有pH调节介质或pH调节区，用于使水与pH调节剂及特定的阴离子介质、阳离子介质和/或高表面积/多孔/疏水介质以及任选地一种或多种用于去除无机污染物、有机污染物和/或生物污染物的介质接触。可选地，水可以在远离标准单元之处进行pH调节，所述标准单元则仅含有特定的阴离子介质、阳离子介质和/或高表面积/多孔/疏水介质和任选地含有一种或多种用于去除无机污染物、有机污染物和/或生物污染物的介质，这样pH调节水通过入口进入该单元。

[0091]本申请的方法和装置还可以包括存贮槽(holding tanks)，用于在处理过程之前和期间储存水，例如缓冲废料罐(surge sump tanks)；沉清槽(settling tanks)，用于分离絮状物；和再利用槽(re-use tanks)，用于储存已经按照本发明被去污的水。

[0092]在按照本发明的方法和装置的一个实施方式中，阴离子表面活性剂是一类已知为羧酸盐的肥皂。本发明人认为，除了通过pH调节剂/介质去稳定之外，此类阴离子表面活性剂可以另外在钙或镁存在下去稳定。本发明人已经发现，钙离子的存在有助于羧酸盐以羧酸钙的形式从污染水中去除。本发明人已经发现，当水随后与氧化铝接触时，使含有羧酸盐污染物的水与被钙离子污染的沸石接触有助于羧酸盐从水中去除。优选地，钙离子存在于一种或多种活性介质中，或者被加入污染水中。例如，钙离子可以被引入去除阴离子表面活性剂的介质的树脂床中。可选地，水可以在与除羧酸盐的介质接触之前与钙离子接触。

[0093]在第一个方面的一个实施方式中，本发明涉及从水中去除一种或多种表面活性剂和一种或多种表面活性剂稳定化的污染物的方法，该方法包括：

a)使水与阳离子(H⁺)离子交换树脂接触一段足够时间，以提供具有大约3-7pH范围的pH调节水。

[0094]之后使该pH调节水与一种或多种下列活性吸附介质接触：

b)阴离子二氧化硅，在一些条件下接触一段时间，使得存在于水中的部分阳离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从水中去除；

c)阳离子氧化铝介质，在一些条件下接触一段时间，使得存在于水中的部分阴离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从水中去除；

d)高表面积/多孔/疏水活性炭介质，在一些条件下接触一段时间，使得存在于水中的部分非离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从水中去除；

[0095]和任选地使该pH调节水与

e)沸石介质接触，用于去除无机污染物，pH调节水与该介质在一些条件下接触一足够的时间，使得部分无机污染物被吸附到所述介质上并从水中去除。

[0096]在第一个方面的另一个实施方式中，本发明涉及从水中去除一种或多种表面活性剂和一种或多种表面活性剂稳定化的污染物的方法，该方法包括：

a)将酸供给水一段足够时间，以提供大约3-7范围pH的pH调节水，之后使该pH调节水与一种或多种下列活性吸附介质接触：

[0097]和任选地使该pH调节水与

[0098]优选地，活性炭、二氧化硅和氧化铝也去除存在于水中的部分生物污染物。

[0099优选地，活性炭也去除存在于水中的部分有机污染物。

[0100]在按照本发明的第一个方面的另一个实施方式中，提供了处理家庭灰水的方法，包括如下步骤：

[0101]i)使灰水经过滤器，优选地为孔径大小大约10-100μm的细钢丝网(fine steel mesh)或钢熔渣(steel sinter)；

[0102]ii)使灰水通过沉积滤器；

[0103]iii)提供pH调节水：通过使灰水与强阳离子(H⁺)离子交换树脂接触一段足够时间，或者将硫酸铝供给该灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH大约3-7的pH调节水；

[0104]其中，步骤i)-iii)可以以任何顺序进行；之后使pH调节水与下面的介质接触：

[0105]iv)与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于水中的部分阳离子表面活性剂；

[0106]v)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；

[0107]vi)与浸渍银的活性炭接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；

[0108]vii)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

[0109]在按照本发明的第一个方面的另一个实施方式中，提供了处理家庭灰水的方法，包括如下步骤：

[0110]i)使灰水经过滤器，优选细钢丝网；

[0111]ii)提供pH调节水：通过使灰水与强阳离子(H⁺)离子交换树脂接触一段足够时间，或者将硫酸铝供给该灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH大约3-7的pH调节水；

之后使pH调节水与下面的介质接触：

[0112]iii)与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于水中的部分阳离子表面活性剂；之后

[0113]iv)与活性炭接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；之后

[0114]v)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物；之后

[0115]vi)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物。

[0116]在按照本发明的第一个方面的另一个实施方式中，提供了处理家庭灰水的方法，包括如下步骤：

[0117]i)使灰水经过滤器，优选细钢丝网过滤器；

[0118]ii)使水与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于水中的部分阳离子表面活性剂；

[0119]iii)之后，提供pH调节水：通过使灰水与强阳离子(H⁺)离子交换树脂接触一段足够时间，或者将硫酸铝供给该灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH大约3-7的pH调节水；

[0120]之后使pH调节水与下面的介质接触：

[0121]iv)与活性炭接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；之后

[0122]v)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；之后

[0123]vi)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

[0124]在按照本发明的第一个方面的又一个实施方式中，提供了处理家庭灰水的方法，包括如下步骤：

[0125]i)使灰水经过滤器，优选为毛和棉绒滤器(a hair and lint filter)；

[0126]ii)将硫酸铝供给灰水，优选在大约1g/L的速率下，其量足以提供pH大约3-7的pH调节水；

[0127]之后使pH调节水与下面的介质接触：

[0128]iii)与二氧化硅滤器，优选为Ballotini滤器，接触一段足够时间，以去除存在于水中的部分阳离子表面活性剂；

[0129]iv)与浸渍银的活性炭介质接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；

[0130]v)与沸石介质接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；

[0131]vi)与水合氧化铝介质接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

[0132]上述方法是介质不同组合的实例，其适合处理家庭灰水，达到适合花园灌溉和盥洗室再利用的标准。净化水的最终pH可以被调节至这些应用可接受的范围，即6.5-8.5。

[0133]在第三个方面的一个实施方式中，本发明提供了用于从水中去除一种或多种阳离子、阴离子和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机、无机和/或生物污染物的装置，该装置包括：

[0134]a)pH调节区，其为槽、管或筒的形式，其中在该槽、管或筒中的水与pH调节剂/介质接触，以形成pH大约3-7的pH调节水；

[0135]b)含二氧化硅的筒，其具有入口和出口，以使pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与二氧化硅接触之后，存在于水中的部分阳离子污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；

[0136]c)含沸石的筒，其具有入口和出口，以使pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与沸石接触之后，存在于水中的部分无机污染物和氨被吸附到所述介质上并从水中去除；

[0137]d)含活性炭的筒，其具有入口和出口，以使pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与活性炭接触之后，存在于水中的部分非离子污染物、有机污染物和微生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；

[0138]e)含氧化铝的筒，其具有入口和出口，以使pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与氧化铝接触之后，存在于水中的部分阴离子污染物和生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；和

[0139]f)连接工具，使水从含二氧化硅的筒串流到含氧化铝的筒。

[0140]在第三个方面的另一个实施方式中，本发明提供了用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物的装置，该装置包括：

[0141]a)pH调节区，其为槽或管的形式，其中在该槽或管中的水与硫酸铝接触，以形成pH大约3-7的pH调节水；

[0142]b)Ballotini玻璃滤器，其具有入口和出口，使得pH调节水与Ballotini玻璃接触之后，存在于水中的部分阳离子污染物从水中被去除；之后

[0143]c)含活性炭的筒，其具有入口和出口，使得pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与活性炭接触之后，存在于水中的部分非离子污染物、有机污染物和微生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；之后

[0144]d)含沸石的筒，其具有入口和出口，使得pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与沸石接触之后，存在于水中的部分无机污染物和氨被吸附到所述介质上并从水中去除；之后

e)含氧化铝的筒，其具有入口和出口，使得pH调节水经过入口进入筒中，并且在水与氧化铝接触之后，存在于水中的部分阴离子污染物和生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；和

[0145]f)连接工具，使水从Ballotini玻璃滤器串流到含氧化铝的筒。

[0146]在第三个方面的另一个实施方式中，本发明提供了用于处理污染水的装置，该装置包括下面系列活性介质：

[0147]a)第一筒，其具有入口和出口，并且含有阳离子(H⁺)离子交换介质，使得水通过入口进入该第一筒中，并且与所述离子交换介质接触，形成pH大约3-7的pH调节水，所述第一筒的出口被连接至：

[0148]b)第二筒，其具有入口和出口，并且含有二氧化硅，使得水通过入口进入该筒，并且在水与二氧化硅接触之后，存在于水中的部分阳离子污染物被吸附到所述介质上并从水中去除；所述出口连接到c)；

[0149]c)第三筒，其具有入口和出口，并且含有用于去除无机污染物和氨的沸石介质，该出口连接到d)；

d)第四筒，其具有入口和出口，并且含有活性炭，使得水通过入口进入该筒，并且在水与活性炭接触之后，存在于水中的部分非离子污染物、有机污染物和微生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除，所述出口连接到e)；

[0150]e)第五筒，其具有入口和出口，并且含有在pH调节水中具有正电荷的氧化铝，使得水通过入口进入该筒，并且在水与氧化铝接触之后，存在于水中的部分阴离子污染物和生物污染物被吸附到所述介质上并从水中去除。

[0151]所述装置还可以包括用于去除过程物质的滤器，优选地，为5μm滤器(例如丝网或熔渣)，以及用于去除沉淀的滤器(例如沉淀滤器)。含有滤器的单元(例如筒)具有入口和出口。

[0152]在第三个方面的一个优选实施方式中，本发明提供了用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物的装置，该装置包括：

[00153]a)过程滤器(course filter)，优选为毛和棉绒滤器(hair and lintfilter)，用于过滤水；其连接至

[0154]b)存贮槽，其用于容纳水，优选为缓冲废料罐，其连接至

[0155]c)沉清槽；

[0156]d)pH调节区，优选为管或槽，位于存贮槽和沉清槽之间，用于采用pH调节剂调节水的pH，pH调节剂优选为硫酸铝；其中沉清槽被连接至

[0157]e)Ballotini滤器；其被连接至

[0158]f)混合床活性吸附床滤器，其包括活性炭介质、沸石介质和氧化铝介质，每一种介质通过入口和出口彼此连接，该混合床滤器滤垫被连接至

[0159]g)再利用槽，其用于贮存水；和

[0160]h)连接工具，使水从a)并流或串流至g)。

[0161]优选地，pH调节剂被储存在化学储槽中，并被引入pH调节区中，优选通过管线内管注入。

[0162]优选地，污染水的净化按批式进行，优选达到沉清槽的容量。更优选地，按照本发明的优选实施方式的装置是自动清洗的，优选在一批污染水的净化完成之后周期性地自动清洗。

[0163]本发明的装置和方法可以被用在家庭或工业环境中。当用于家庭环境中时，来自浴室、厨房和/或洗衣房的灰水可以在按照本发明的装置中处理。本发明的方法可以被用于淋浴、洗涤槽、沐浴或洗衣店的水或者这些的任意组合。优选地，将灰水以管输送至缓冲槽(surgetank)，然后泵送经过本发明的活性吸附过滤装置。取决于水的期望用途，水可以需要进行进一步的处理，例如通过氯化，以便具有足够的品质，以满足所需标准。因此，本发明的装置还可以包括单元，优选为用于进行进一步净化例如氯化的缓释筒(slow release cartridge)。可选地，缓释氯片或氯液可以在过程的任何阶段被加入水中，优选在所容纳的水已经被酸化之后。然后，处理过的水可以直接被送入蓄水池中，准备再利用。这种水的pH在进行再利用之前将保持在5.5-8.5的范围。该处理的水例如可以被泵送至花园用于地表灌溉，或者被送回至盥洗室水槽。含有处理的水的蓄水池可以通过主管加满(mains topup)和/或雨水来补充。

[0164]本发明的一些优选实施方式现在将仅仅通过实施例予以描述。

附图简述

[0165]图1显示了用于处理商业洗衣店灰水的本发明的实验室规模装置的示意图。

[0166]图2显示了由实验室处理过程而得的一些典型的结果。

[0167]图3显示了中型规模过滤系统的示意图。

[0168]图4显示了在2小时内明矾絮凝剂对家庭灰水的浊度的影响。

[0169]图5(a)显示了按照本发明的第三个方面的一个优选实施方式。

[0170]图5(b)显示了包含图5(a)中的Ballotini滤器、活性吸附滤器滤垫和化学储槽的有锁橱柜(locker)的放大图。

本发明实施方式

[0171]图1显示了可以被用于处理商业洗衣店废水或家庭灰水的典型活性吸附过滤单元的示意图。本发明的活性吸附过滤单元包括多个筒，每一个筒含有活性吸附介质。单元中筒的数量将取决于所需的处理程度。可设想，标准活性过滤单元由六个筒组成，每一个含有下列连续的活性介质：i)前滤器，例如钢丝网，ii)沉淀滤器，iii)阳离子交换树脂，iv)ballotini，v)沸石，vi)活性炭和vii)氧化铝，该单元足以处理产生自一般家庭的灰水。

[0172]图1也展示了处理过程的连续性。

[0173]图2显示了采用实验室系统所获得的浊度减小的典型结果。

[0174]图3显示了本发明的一个实施方式的示意图。

[0175]图5(a)和(b)显示了本发明装置的另一个实施方式的示意图。

材料和方法

实施例1

[0176]用在下面实施例中的水得自商业洗衣店。该灰水的基本性质和存在于水中的一些污染物被列举如下：

浊度： 50-100NTU

总固体： 0.5g/L

PH： 7-10

导电率： 0.5mS/cm

[0177]我们可以估计一般的BOD₅水平为大约100mg/l和大肠菌为每升10⁶。另外，我们预料有细菌、原生动物、病毒、阴离子洗涤剂、阳离子洗涤剂和非离子洗涤剂、氨和一些残留的氯。也有一些硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐存在。

[0178]在该样品中表面活性剂大量存在是通过样品在摇动下大量起泡沫而证明的。

[0179]样品的高浊值表明，该水不适合饮用或在家庭情况下再利用。比较而言，值得注意的是，超纯蒸馏水具有大约0.02的浊值，饮用水具有1-5的浊值，而蓄水池水具有5-10的浊值。

在本实施例中，按照本发明方法的优选实施方式并且使用本发明装置的优选实施方式来处理污染水。在这一方面，水被过滤通过细钢丝网滤器，之后使水经过含有下列活性吸附介质的玻璃色谱柱：i)阳离子(H⁺)离子交换树脂(mm大小的珠子)，ii)玻璃Ballotini形式的二氧化硅(0.1mm颗粒大小)，iii)活性炭(2-3mm颗粒大小)，iv)氧化铝(0.1mm颗粒大小)，v)斜发沸石(2-3mm大小)。在非常低的水压(0.03巴以下)下，对于具有大约2.5cm²横截面积和大约5-10cm介质深度的柱而言，采用实验室系统所获得的流速一般为0.05-0.1升/分钟。

对处理的水进行分析，以测定其基本性质和某些污染物的水平。一些典型的结果提供如下。

浊度： 5-10NTU

总固体： 0.03g/L

PH： 6-7

导电率： 0.3mS/cm

[0180]在本实施例中，在过滤之前或之后没有水的氯化，因此我们没有记录BOD和大肠菌水平。

[0181]起泡沫是测定表面活性剂是否存在于水中的简易度量。本发明人发现，在上述实施例中处理的水在摇动时不起泡沫。这表明，与未处理的灰水相比，在处理的水中表面活性剂的水平显著减少。此外，注意到，水的浊度已经降至5-10，此时适合商业再利用及适合用在家庭情形中。

[0182]图2以图表显示，当上述实施例的灰水经过每一种介质时，在该灰水中的浊度的减少，并且展示了本发明的方法和装置的效力。

实施例2-明矾絮凝

[0183]家庭灰水样品具有140NTU的初始浊度。使该水过滤通过筛网滤器(screening mesh filter)，其将浊度降至128。该水具有的pH值为8.8，且具有大约0.9g/L的总溶解量。绘制如下的浊度结果是在加入0.9g/L的硫酸铝絮凝剂(以浓缩水溶液加入)之后获得的。从溶液中沉淀的致密白色絮状物结构为溶液体积的10％以下。

[0184]将pH大约6.5的相对清澈的上清液从絮状物沉淀中轻轻倒出，然后在重力过滤下通过4cm高、含有90-150微米玻璃球的Ballotini柱过滤。发现过滤之后的浊值为0.06，这非常接近纯净的蒸馏水(0.02)，并且比饮用水要求的浊值(典型地达3-5)好得多(参见图4)。

[0185]来自其他类似试验的结果表明，一般而言，所加入的硫酸铝的浓度应当接近灰水中总的溶解固体。

[0186]在图5(a)和5(b)中的装置显示：

[0187]i)埋藏的过程毛和棉绒滤器(1)，其通过管被连接至

[0188]ii)用于容纳水的缓冲废料罐(2)，其通过管被连接至

[0189]iii)沉清槽(3)，其通过管被连接至

[0190]iv)Ballotini滤器(4)；其通过管被连接至

[0191]v)混合床活性吸附滤器(5)，其含有活性炭介质、沸石介质和铝介质；该混合床滤器滤垫通过管被连接至

[0192]vii)用于储存净化水的再利用槽(6)；和

[0193]viii)pH调节剂的化学储存容器(7)。

[0194]pH调节区位于缓冲废料罐(2)和沉清槽(3)之间。去往沉清槽(3)的液流被加入收置在化学储槽(6)中的pH调节剂如硫酸铝，以调节水的pH。化学储槽(6)通过管线内注入将pH调节剂进料到pH调节区。在沉清槽(3)中和在过程结束时所分离的絮状物经过出口被送至下水道。然后，清澈的水被泵送至装有可回洗Ballotini滤器(4)的单元。然后使水经过装有混合床活性吸附滤器(5)的单元，该滤器由活性炭、沸石和氧化铝介质(例如alox(氧化铝))组成。从该混合床滤器(5)，水被传送至再利用槽(6)，其为该过程中的最后槽。在该再利用槽(6)上的压力泵使水可被容易地得到，进行再利用，例如槽可以供应花园浇水系统或水槽。作为另外的步骤，大约2-10ppm水平的氯可以被加入最后的储槽(再利用槽)中。

[0195]应当意识到，可以用相同颗粒大小的玻璃或二氧化硅粉来代替Ballotini介质。

[0196]本领域普通技术人员应当意识到，在不背离如广泛描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对如在具体实施方式中所示的本发明进行很多变更和/或修改。因此，本发明的实施方式在任何方面应被认为是例证性的而非限制性的。

Claims

1.一种方法，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述方法包括：

a)使所述水与pH调节剂/介质在一些条件下接触一段时间，以提供pH调节水；

之后使所述pH调节水与一种或多种下列活性吸附介质接触：

b)第一介质，其在一段时间和一些条件下，在所述pH调节水中具有负电荷，使得存在于所述水中的一部分阳离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从所述水中被去除；

c)第二介质，其在一段时间和一些条件下，在所述pH调节水中具有正电荷，使得存在于所述水中的一部分阴离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从所述水中被去除；

d)第三介质，其具有高表面积、多孔，在一段时间和一些条件下吸附所述pH调节水中的疏水不带电物质和/或吸附所述pH调节水中的疏水带电物质，使得存在于所述水中的一部分非离子表面活性剂被吸附在所述介质上并从所述水中被去除；

并且任选地，使所述pH调节水与一种或多种下列介质接触：

e)一种或多种介质，用于在一段时间和一些条件下去除有机污染物，使得存在于所述水中的一部分所述有机污染物被吸附在所述介质上并从所述水中被去除；

f)一种或多种介质，用于在一段时间和一些条件下去除无机污染物，使得存在于所述水中的一部分所述无机污染物被吸附在所述介质上并从所述水中被去除；

g)一种或多种介质，用于在一段时间和一些条件下去除生物污染物，使得存在于所述水中的一部分所述生物污染物被吸附在所述介质上并从所述水中被去除。

2.权利要求1所述的方法，其中所述第一活性吸附介质包括二氧化硅。

3.权利要求1所述的方法，其中所述第二活性吸附介质包括氧化铝。

4.权利要求1所述的方法，其中所述第三活性吸附介质包括活性炭、石墨、无烟煤或其混合物。

5.权利要求2-4中任一项所述的方法，其中所述活性吸附介质是粉末、颗粒、小球、球、圆盘、圆片、螺旋或其混合物的形式。

6.一种装置，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述装置包括：

i)pH调节区，用于使所述水与pH调节剂/介质接触，以提供pH调节水；

ii)一种或多种下列活性介质：

a)在所述pH调节水中具有负电荷的介质，用于去除阳离子表面活性剂；

b)在所述pH调节水中具有正电荷的介质，用于去除阴离子表面活性剂；

c)具有高表面积、多孔、吸附所述pH调节水中的疏水不带电物质和/或吸附所述pH调节水中的疏水带电物质的介质，用于去除非离子表面活性剂；

和任选地，一种或多种下列活性介质：

d)一种或多种用于从所述水中吸附有机污染物的介质；

e)一种或多种用于从所述水中吸附无机污染物的介质；

f)一种或多种用于从所述水中吸附生物污染物的介质；

其中上述活性介质之一是具有所述pH调节水入口的第一活性介质，以及上述活性介质之一是具有所述pH调节水出口的最后活性介质；和

iii)连接工具，以使所述水从所述pH调节区串流到所述最后活性介质。

7.一种装置，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述装置包括：

i)pH调节水的入口；

ii)一种或多种下列活性介质：

和任选地，一种或多种下列活性介质：

d)一种或多种用于从所述水中吸附有机污染物的介质；

e)一种或多种用于从所述水中吸附无机污染物的介质；

f)一种或多种用于从所述水中吸附生物污染物的介质；

iii)连接工具，以使所述水从所述第一活性介质串流和并流到所述最后活性介质。

8.一种处理灰水的方法，包括下列步骤：

i)使所述灰水经过滤器，优选地为孔径大小大约10-100μm的细钢丝网或钢熔渣；

ii)使所述灰水通过沉积滤器；

iii)提供pH调节水：通过将硫酸铝供给所述灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH是大约3-7范围的pH调节水；

其中，步骤i)-iii)可以以任何顺序进行；之后使所述pH调节水与下面的介质接触：

iv)与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于所述水中的部分阳离子表面活性剂；

v)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；

vi)与浸渍银的活性炭接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；

vii)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

9.一种从水中去除一种或多种表面活性剂和一种或多种表面活性剂稳定化的污染物的方法，所述方法包括：

a)将酸供给所述水一段足够时间，以提供大约3-7范围pH的pH调节水，之后使所述pH调节水与一种或多种下列活性吸附介质接触：

b)阴离子二氧化硅，在一些条件下接触一段时间，使得存在于所述水中的部分阳离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

c)阳离子氧化铝介质，在一些条件下接触一段时间，使得存在于所述水中的部分阴离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

d)高表面积/多孔/疏水活性炭介质，在一些条件下接触一段时间，使得存在于所述水中的部分非离子表面活性剂被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

任选地使所述pH调节水与

e)沸石介质接触，用于去除无机污染物，所述pH调节水与所述介质在一些条件下接触一足够的时间，使得部分无机污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除。

10.权利要求9所述的方法，其中所述活性炭、二氧化硅和氧化铝也去除存在于所述水中的部分生物污染物。

11.权利要求9所述的方法，其中所述活性炭去除存在于所述水中的部分有机污染物。

12.一种处理灰水的方法，包括如下步骤：

i)使所述灰水经过滤器，优选地为细钢丝网；

ii)提供pH调节水：通过将硫酸铝供给所述灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH范围是大约3-7的pH调节水；之后使所述pH调节水与下面的介质接触：

iii)与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于所述水中的部分阳离子表面活性剂；之后

iv)与活性炭接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；之后

v)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物；之后

vii)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物。

13.一种处理灰水的方法，包括如下步骤：

i)使所述灰水经过滤器，优选地为细钢丝网滤器；

ii)使所述灰水与二氧化硅接触一段足够时间，以去除存在于所述水中的部分阳离子表面活性剂；

iii)之后提供pH调节水：通过将硫酸铝供给所述灰水一段足够时间或给予足够量，以提供pH范围是大约3-7的pH调节水；之后使所述pH调节水与下面的介质接触：

v)与斜发沸石接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；之后

vi)与水合氧化铝接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

14.一种处理灰水的方法，包括如下步骤：

i)使所述灰水经过滤器，优选为毛和棉绒滤器；

ii)将硫酸铝供给所述灰水，优选在大约1g/L的速率下，其量足以提供pH范围是大约3-7的pH调节水；

之后使所述pH调节水与下面的介质接触：

iii)与二氧化硅滤器，优选为Ballotini滤器，接触一段足够时间，以去除存在于所述水中的部分阳离子表面活性剂；

iv)与浸渍银的活性炭介质接触一段足够时间，以去除部分非离子表面活性剂、有机污染物和微生物污染物、颜色和臭味；

v)与沸石介质接触一段足够时间，以去除部分氨和无机污染物；

vi)与水合氧化铝介质接触一段足够时间，以去除部分阴离子表面活性剂和生物污染物。

15.一种装置，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述装置包括：

a)pH调节区，其为槽、管或筒的形式，其中在所述槽、管或筒中的水与pH调节剂/介质接触，以形成pH范围是大约3-7的pH调节水；

b)含二氧化硅的筒，其具有入口和出口，以使所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述二氧化硅接触之后，存在于所述水中的部分阳离子污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

c)含沸石的筒，其具有入口和出口，以使所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述沸石接触之后，存在于所述水中的部分无机污染物和氨被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

d)含活性炭的筒，其具有入口和出口，以使所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述活性炭接触之后，存在于所述水中的部分非离子污染物、有机污染物和微生物污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；

e)含氧化铝的筒，其具有入口和出口，以使所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述氧化铝接触之后，存在于所述水中的部分阴离子污染物和生物污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；和

f)连接工具，使所述水从所述含二氧化硅的筒串流到所述含氧化铝的筒。

16.一种装置，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述装置包括：

a)pH调节区，其为槽或管的形式，其中在所述槽或管中的水与硫酸铝接触，以形成pH范围是大约3-7的pH调节水；

b)Ballotini玻璃滤器，其具有入口和出口，使得所述pH调节水与所述Ballotini玻璃接触之后，存在于所述水中的部分阳离子污染物从所述水中被去除；之后

c)含活性炭的筒，其具有入口和出口，使得所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述活性炭接触之后，存在于所述水中的部分非离子污染物、有机污染物和微生物污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；之后

d)含沸石的筒，其具有入口和出口，使得所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述沸石接触之后，存在于所述水中的部分无机污染物和氨被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；之后

e)含氧化铝的筒，其具有入口和出口，使得所述pH调节水经过所述入口进入所述筒中，并且在所述水与所述氧化铝接触之后，存在于所述水中的部分阴离子污染物和生物污染物被吸附到所述介质上并从所述水中被去除；和

f)连接工具，使所述水从所述Ballotini玻璃滤器串流到所述含氧化铝的筒。

17.一种装置，用于从水中去除一种或多种阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂和任选地去除一种或多种有机污染物、无机污染物和/或生物污染物，所述装置包括：

a)过程滤器，优选为毛和棉绒滤器，用于过滤水；其被连接至

b)存贮槽，其用于所述容纳水，优选为缓冲废料罐，其被连接至

c)沉清槽；

d)pH调节区，优选为管或槽，位于所述存贮槽和所述沉清槽之间，用于采用pH调节剂调节所述水的pH；其中所述沉清槽被连接至

e)Ballotini滤器；其被连接至

f)混合床活性吸附床滤器，其包括活性炭介质、沸石介质和氧化铝介质，每一种介质通过入口和出口彼此连接，所述混合床滤器滤垫被连接至

g)再利用槽，其用于贮存水；和

h)连接工具，使所述水从a)串流或并流至g)。

18.权利要求17所述的装置，其中所述pH调节剂被储存在化学储槽中，并且通过管线内注入的方式被引入到所述pH调节区。

19.权利要求1-6或17中任一项所述的方法或装置，其中所述pH调节剂/介质选自一种或多种酸、一种或多种可水解盐、离子交换介质或它们的组合。

20.权利要求19所述的方法或装置，其中所述pH调节剂/介质是氯化铝、氯化铁、硝酸铁、或Al₂(SO₄)₃或KAl(SO₄)2.12H₂O形式的明矾。

21.权利要求19所述的方法或装置，其中所述pH调节剂/介质将所述水的pH调节为3-7。

22.权利要求21所述的方法或装置，其中所述pH调节剂/介质也担当絮凝剂，以去除颗粒污染物。

23.权利要求1-7、9-11或15-18中任一项所述的方法或装置，其中所述被处理的水是灰水。

24.权利要求23所述的方法或装置，其中所述灰水是商业灰水。

25.权利要求23所述的方法或装置，其中所述灰水是家庭灰水。

26.权利要求8、12-14或24-25中任一项所述的方法或装置，其中所述灰水来自浴室、厨房、洗衣房或它们的组合。

27.权利要求15所述的装置，其中所述pH调节剂/介质选自一种或多种酸、一种或多种可水解盐、离子交换介质或它们的组合。

28.权利要求27所述的方法或装置，其中所述pH调节剂/介质是氯化铝、氯化铁、硝酸铁、或Al₂(SO₄)₃或KAl(SO₄)₂.12H₂O形式的明矾。