本發(fā)明涉及一種基于離子相互作用的漂洗節(jié)水裝置及洗衣機(jī)。
背景技術(shù)：
：目前，洗衣機(jī)洗衣過程中存在極大的水資源浪費(fèi)。市面上的洗衣機(jī)在洗衣過程中，洗滌和漂洗一般都采用全充注水和全排水的過程。以三次漂洗為例，洗衣過程中，洗滌用水約為總水量的1/4，漂洗用水為3/4，可見節(jié)省漂洗過程的用水可以起到較為顯著的結(jié)果。此外，目前的洗衣過程，無論是洗滌廢水還是漂洗廢水均不經(jīng)任何處理排到環(huán)境中，其中既含殘余洗滌劑成分如碳酸鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉以及各種表面活性劑，也含有各種成分的污漬，如各種油脂、礦物油等。含有這些物質(zhì)的廢水，會(huì)對環(huán)境造成惡劣的影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于離子相互作用的漂洗節(jié)水裝置及洗衣機(jī)，起到洗滌廢水凈化，截留油污并吸附洗滌劑的作用，從而達(dá)到洗滌用水可被循環(huán)利用并用于漂洗以節(jié)省漂洗用水的目的。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為：一種基于離子相互作用的漂洗節(jié)水裝置，包括腔體，所述腔體上開有一入水總口和一出水總口，所述腔體內(nèi)設(shè)置若干平行布置的隔板，隔板將腔體分成若干腔室，每個(gè)腔室具有一個(gè)子入口和一個(gè)子出口，子入口和子出口之間設(shè)置過濾層；所有子入口均與入水總口相通，所有子出口均與出水總口相通；所述過濾層由第一層、第二層和第三層依次設(shè)置構(gòu)成，所述第一層和第三層均填充棉花，所述第二層填充強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球。進(jìn)一步的，所述強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球采用d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球。本發(fā)明的另一目的是提供一種洗衣機(jī)，包括洗衣機(jī)、水泵、上述的漂洗節(jié)水裝置，所述洗衣機(jī)的排水口與漂洗節(jié)水裝置的入水總口相連，所述出水總口與水泵的入口相連，所述水泵的出口與洗衣機(jī)的洗衣桶相通。本發(fā)明的有益效果如下：漂洗結(jié)束后，將洗滌廢水流經(jīng)過濾結(jié)構(gòu)，過濾結(jié)構(gòu)中主要采用d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂(骨架為交聯(lián)聚苯乙烯，離子化功能基團(tuán)為季銨根陽離子，反離子為氯離子)。當(dāng)洗滌廢水流經(jīng)d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂時(shí)，洗滌劑由于離子相互作用而被吸附，并導(dǎo)致油污在水溶液中相互團(tuán)聚而形成更大粒徑的油滴而截留，從而達(dá)到凈化洗滌廢水的目的。經(jīng)過凈化后的洗滌廢水通過循環(huán)重新回到洗衣機(jī)中,使得衣物上殘留的洗滌劑進(jìn)一步溶解。經(jīng)過多次循環(huán)，即可達(dá)到符合國家標(biāo)準(zhǔn)的漂洗效果。經(jīng)過我們的相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，漂洗率達(dá)到99％以上(波輪洗衣機(jī)漂洗率為85％，滾筒洗衣機(jī)漂洗率為95％)，可以基本認(rèn)為無洗滌劑與油污殘留?？紤]樹脂再生用水，漂洗節(jié)水率為99.56％，洗滌總用水節(jié)水率為74.67％。附圖說明圖1是d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)圖；圖2是d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的離子交換作用示意圖；圖3是本發(fā)明漂洗節(jié)水裝置剖面平面結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明漂洗節(jié)水裝置剖面立體結(jié)構(gòu)圖；圖5是四組濾液與洗滌廢水模擬液的紫外可見吸收曲線圖；圖中：腔體1、入水總口2、出水總口3、隔板4、腔室5、子入口6、子出口7、過濾層8、第一層9、第二層10、第三層11。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明的關(guān)鍵在于d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂，故對其結(jié)構(gòu)及作用原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。其結(jié)構(gòu)見附圖1，骨架為聚苯乙烯，形成立體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。骨架上通過共價(jià)鍵連接功能基——帶有正電荷的季銨根陽離子，并通過離子相互作用結(jié)合反離子——氯離子(圖中未表示出)。聚苯乙烯骨架和功能基不能自由移動(dòng),但反離子在溶液中可以離解成自由移動(dòng)的離子，在一定條件下能和溶液中帶有同種電荷的其它反離子相互交換，并且該過程是可逆的，這決定了d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的離子交換性能。通過《gb/t4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》里所提供的兩種洗滌劑的成分可知，洗滌劑成分中絕大部分為弱酸根的鈉鹽(在水溶液中解離成鈉離子和弱酸根陰離子，并顯堿性)，而起到除去污漬作用的是陰離子表面活性劑——線型烷基苯磺酸鈉。此外，通過《gb/t4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中提供的三種污染液——碳黑油污染液、蛋白污染液、皮脂污染液——可知，污漬的主要成分為油。陰離子表面活性劑起到除油污作用的原理是形成膠束，親水端(即苯磺酸根一端)向外，疏水端(烷基鏈一端)向內(nèi)，并將油污包裹在內(nèi)。綜上可知，洗滌廢水的組成可簡化為：(1)水(溶劑)；(2)由陰離子表面活性劑自組裝形成的膠束，膠束中包裹著油污；(3)洗滌劑成分中的鈉離子和其他陰離子。當(dāng)洗滌廢水流經(jīng)d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂時(shí)，溶液中的陰離子與d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂基體中的氯離子發(fā)生離子交換作用(見附圖2)從而被d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂吸附。而由陰離子表面活性劑構(gòu)成的膠束受到季銨根陽離子的離子相互作用會(huì)發(fā)生破乳，其包裹的油在水溶液中相互團(tuán)聚而形成更大粒徑的油滴。由于d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂是離子性的，表現(xiàn)親水性，而油是疏水性的，因而油滴不能通過d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂而被截流下來。從而達(dá)到凈化洗滌廢水的目的。因此，如圖3-4所示，本發(fā)明提供一種基于離子相互作用的漂洗節(jié)水裝置，包括腔體1，所述腔體1上開有一入水總口2和一出水總口3，所述腔體1內(nèi)設(shè)置若干平行布置的隔板4，隔板4將腔體1分成若干腔室5，每個(gè)腔室5具有一個(gè)子入口6和一個(gè)子出口7，子入口6和子出口7之間設(shè)置過濾層8；所有子入口6均與入水總口2相通，所有子出口7均與出水總口3相通；所述過濾層8由第一層9、第二層10和第三層11依次設(shè)置構(gòu)成，所述第一層9和第三層11均填充棉花，所述第二層10填充d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球。所述強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球采用d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球。本發(fā)明的另一目的是提供一種洗衣機(jī)，包括洗衣機(jī)、水泵、漂洗節(jié)水裝置，所述洗衣機(jī)的排水口與漂洗節(jié)水裝置的入水總口相連，所述出水總口與水泵的入口相連，所述水泵的出口與洗衣機(jī)的洗衣桶相通。本發(fā)明效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：為驗(yàn)證強(qiáng)堿陰離子樹脂凈化洗滌廢水的效果，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。為使干擾變量減小，配制洗滌廢水模擬液配方如下：200ml水、0.40g洗衣粉(按《gb/t4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中洗衣粉濃度配置)、2g溶有適量油紅o的正己烷(正己烷是一種較為常用的油性液體)。配方中，油紅o是一種只溶于油不溶于水的顏料，且在紫外可見區(qū)有光吸收，可用紫外分光光度計(jì)定量分析。因而測定濾液的紫外可見吸收即可說明油污是否被完全截留。又因?yàn)橄礈靹┏煞纸^大部分為弱酸根的鈉鹽，弱酸根在水中電離顯堿性，因而只要測得過濾前后ph變化即可定量分析洗滌劑是否除凈，并可以通過相關(guān)推導(dǎo)把ph變化換算為漂洗率。理論推導(dǎo)如下：水溶液中氫氧根離子濃度與堿濃度、解離常數(shù)關(guān)系為其中c(oh-)為水溶液中氫氧根離子濃度，為堿的解離常數(shù)，cb為堿的濃度，忽略水的電離，可得最簡式為以1,2分別過濾前后的兩種狀態(tài)，則可進(jìn)一步推導(dǎo)出其中ph1、ph2分別為過濾前后溶液的ph，則漂洗率通過在實(shí)驗(yàn)室中對過濾結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，作為簡化，選用10ml針筒作為過濾容器，在底部墊一層棉花，加入約4gd201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂微球，并再加上一層棉花，連續(xù)做四組實(shí)驗(yàn)(見附表1)，收集濾液，分別測定洗滌廢水模擬液和四組實(shí)驗(yàn)濾液的ph和紫外可見吸收。相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果見附圖5和表1(表1中1、2、3、4的序號(hào)代表連續(xù)四組實(shí)驗(yàn)的順序)。從數(shù)據(jù)結(jié)果可知，強(qiáng)堿陰離子樹脂具有很好的吸附洗滌劑和截流油污的能力，而且耐久性也很好。表1：四組濾液的洗滌劑吸附效果數(shù)據(jù)組號(hào)(順序)濾液質(zhì)量ph漂洗率p110.547.8999.999％28.508.0599.998％38.048.9299.917％49.59.1499.771％(洗滌廢水模擬液ph為10.46)由于本發(fā)明采用將洗滌廢水凈化并循環(huán)利用以漂洗衣物的方式，因而可以節(jié)約所有的漂洗用水，但d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的吸附容量是有限的，當(dāng)達(dá)到吸附容量時(shí)需要進(jìn)行再生，這個(gè)過程需要消耗水，因而需要考慮這兩方面進(jìn)行節(jié)水分析。用水量假設(shè)為30l/kg(介于《gb/t4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中規(guī)定的波輪洗衣機(jī)質(zhì)量級(jí)別b、c級(jí)之間)，按照常規(guī)三次漂洗計(jì)算，其中洗滌7.5l/kg，漂洗22.5l/kg?！秅bt4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中標(biāo)準(zhǔn)洗滌用水洗滌劑含量為0.2％(質(zhì)量濃度)，故洗滌劑用量為7.5*103ml/kg*1g/ml*0.2％＝15g/kg。按《gbt4288-2008家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中所提供的洗衣粉成分可計(jì)算出強(qiáng)堿弱酸鹽平均相對分子量約為200，按1kg衣物計(jì)算，則陰離子含量為15/200＝0.075mol。樹脂全交換容量為3.8mmol/g，再生率70～80％，工作效率為30％～90％，均取中位數(shù)計(jì)算，則實(shí)際工作容量為3.8*75％/2*60％＝1.71mmol/g，吸附0.075mol陰離子共需d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂0.075*1000/1.71＝43.8g。1m3濕d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂再生用nacl80kg，由濕d201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂密度為0.65～0.72g/ml(取中位數(shù)0.68g/ml計(jì)算)，則1gd201強(qiáng)堿陰離子交換樹脂用nacl80*1000/(0.68*1000*1000)＝0.118g，則對于1kg衣物，再生用鹽43.8*0.118＝5.15g，配成5％nacl溶液，用水5.15/5％*95％＝97.9g，即達(dá)到相同的漂洗效果用水0.098l。綜上，原洗衣機(jī)用水22.5l，則節(jié)省漂洗用水水22.402l，漂洗節(jié)水率為22.402/22.5*100％＝99.56％，洗滌總用水節(jié)水率為22.402/30*100％＝74.67％。當(dāng)前第1頁12