申请日2013.05.09
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C02F9/08; C02F1/28; C02F1/36; C02F1/44; C02F1/78; C02F1/50; C02F1/32
摘要
本发明涉及净化污水技术领域，尤其涉及一种石墨烯净化污水组合装置及其净化污水的方法;一种石墨烯净化污水组合装置包括反应器、超声波发生装置和膜分离器;所述反应器内设置有催化剂和多层石墨烯;其净化污水的方法包括以下步骤：a.往反应器中投入多层石墨烯及催化剂，污水输入至反应器中，空气进入反应器底部;b.超声波发生装置产生超声波，超声波将多层石墨烯剥离为单层石墨烯，单层石墨烯和催化剂分解污水的污染物;c.经步骤b处理后的水体进入膜分离器;d.水体从膜分离器中排出。本发明的净化污水的方法能连续或间歇处理各种液体，实现超快速分解污染物和消毒杀菌的目的。
权利要求书
1.一种石墨烯净化污水组合装置，其特征在于：
它包括反应器、超声波发生装置和膜分离器;所述超声波发生装置与所述反应器连接;所述反应器的出水端与所述膜分离器的进水端连接;所述反应器内设置有催化剂和多层石墨烯;
它还包括用于产生紫外光的微波发生装置，所述微波发生装置设置于所述反应器内;所述微波发生装置包括微波发生器和紫外灯，所述紫外灯设置于所述微波发生器的下方;
所述超声波发生装置包括超声波发生器和超声震板，所述超声波发生器设置于反应器外，所述超声震板设置于所述反应器的内壁，所述超声波发生器与超声震板连接;所述超声波发生器为多频超声波发生器;
它还包括风机，所述风机与所述反应器连接;
它还包括曝气装置，所述曝气装置设置于所述反应器的内腔的底部，所述风机与所述曝气装置连接;
它还包括水泵和液位控制器，所述水泵的进水端与所述膜分离器的出水端连接;所述液位控制器设置于所述反应器内;
使用石墨烯净化污水组合装置净化污水的方法，它由以下步骤组成：
a. 往反应器中投入多层石墨烯及催化剂，污水输入至反应器中，空气进入反应器;
b. 超声波发生装置产生超声波，超声波将多层石墨烯剥离为单层石墨烯，单层石墨烯和催化剂分解污水的污染物;与此同时，微波发生装置产生紫外光，紫外光辐射空气产生臭氧，臭氧协同单层石墨烯和催化剂分解污染物，杀菌消毒;
c.经步骤b处理后的水体进入膜分离器;
d.水体从膜分离器中排出。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯净化污水组合装置，其特征在于：所述超声震板设置两块以上，两块以上的所述超声震板均匀地设置于所述反应器的内壁。
说明书
一种石墨烯净化污水组合装置
技术领域
本发明涉及净化污水技术领域，尤其涉及一种石墨烯净化污水组合装置及其净化污水的方法。
背景技术
随着社会的发展，工业废液、生活废液处理已成为一项非常严峻的社会任务。为了节约水资源，保护自然环境，我国对工业废液的排放有严格要求，对各种废液的循环利用亦是非常重视。
目前，人们常用吸附技术处理污水，吸附技术是指用活性炭等吸附材料对水中各种污染物进行吸附，以降低水中污染物浓度，但其吸附能力一般，再生困难。近年来，科学家发现石墨烯有着巨大的比表面积，而且这种功能化石墨烯对萘和萘酚等化学物质的吸附能力达到了每克2.4毫摩尔，对石油类物质的吸附能力达每克吸附86克，是目前吸附能力最高的材料。且石墨烯作为催化剂的载体，表现出极其出色的电子传输能力，能大大加快反应速度，利用石墨烯这种高效吸附性和电子传输特性，能高效分解水中的有机污染物。单层石墨烯的吸附容量比未剥离的多层石墨烯的吸附污染量大得多，但是因单层石墨烯制备复杂且费用高昂，没有良好的负载材料，且没有将多层石墨烯高效、简便的分离成单层石墨烯的分离设备，因此，石墨烯难以有效地应用于污水防治的领域中。
超声波是指频率高于20 kHz的声波。当一定强度的超声波通过媒体时，会产生一系列的物理、化学效应。它既能清洗物体表面污垢，又能用来分解水中难降解的有毒有机污染物和杀菌。目前超声波技术在石墨烯制备领域得到应用，但在净化污水设备上则未见报道。
膜分离技术是一种由膜分离单元与主体处理单元相结合的水处理技术，以膜组件取代二沉池等分离设备在反应器中保持高物料浓度，可提高反应速度，避免催化剂流失，减少污水处理设施占地，并减少污泥量。与传统的分离处理技术相比具有以下优点：处理效率高、出水水质好;设备紧凑、占地面积小;易实现自动控制、运行管理简单。80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为研究的热点之一。国内外众多研究表明， 膜分离对各种高浓度有机废水与难降解废水的COD、NH3-N、SS、浊度等都达到良好的去除效果。
目前，尚未有将石墨烯结合超声波、催化剂、膜分离技术结合应用于污水净化处理的技术。
因此，亟需针对现有技术的缺陷，提供一种高效、简便地利用石墨烯来进行污水净化的装置及污水净化方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种高效、稳定、操作维护简便的石墨烯净化污水组合装置。
本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，而提供石墨烯净化污水的方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的。
一种石墨烯净化污水组合装置，它包括反应器、超声波发生装置和膜分离器;所述超声波发生装置与所述反应器连接;所述反应器的出水端与所述膜分离器的进水端连接;所述反应器内设置有催化剂和多层石墨烯。进一步的，它还包括用于产生紫外光的微波发生装置，所述微波发生装置设置于所述反应器内。
其中，所述微波发生装置包括微波发生器和紫外灯，所述紫外灯设置于所述微波发生器的下方。
其中，所述超声波发生装置包括超声波发生器和超声震板，所述超声波发生器设置于反应器外，所述超声震板设置于所述反应器的内壁，所述超声波发生器与超声震板连接。
其中，所述超声波发生器为多频超声波发生器。
其中，所述超声震板设置两块以上，两块以上的所述超声震板均匀地设置于所述反应器的内壁。
进一步的，它还包括风机，所述风机与所述反应器连接。
进一步的，它还包括曝气装置，所述曝气装置设置于所述反应器的内腔的底部，所述风机与所述曝气装置连接。
更进一步的，它还包括水泵和液位控制器，所述水泵的进水端与所述膜分离器的出水端连接;所述液位控制器设置于所述反应器内。
本发明的另一目的是通过以下技术方案来实现的。
一种石墨烯净化污水组合装置净化污水的方法，它包括以下步骤：
a.往反应器中投入多层石墨烯及催化剂，污水输入至反应器中，空气进入反应器;
b.超声波发生装置产生超声波，超声波将多层石墨烯剥离为单层石墨烯，单层石墨烯和催化剂分解污水的污染物;
c.经步骤b处理后的水体进入膜分离器;
d.水体从膜分离器中排出。
其中，所述步骤b具体为：超声波发生装置产生超声波，超声波将多层石墨烯剥离为单层石墨烯，单层石墨烯和催化剂分解污水的污染物;与此同时，微波发生装置产生紫外光，紫外光辐射空气产生臭氧，臭氧协同单层石墨烯和催化剂分解污染物，杀菌消毒。
本发明的有益效果为：本发明的石墨烯净化污水组合装置具有以下优点：
1、本发明通过超声波发生装置、石墨烯、催化剂和膜分离器组合成一体式的组合装置对污水进行处理，超声波发生装置作用到多层石墨烯和催化剂的表面，同时实现使多层石墨烯剥离为单层石墨烯、促进催化剂分解和分解污染物的目的，剥离后的单层石墨烯的吸附容量比未剥离的多层石墨烯吸附污染量大得多，协同催化效果也好得多。
2、本发明的超声波发生装置采用多频超声波发生器，不同超声频率组合能产生1+1+1>3的效果。
3、本发明采用外置式膜分离器，既能截留石墨烯、催化剂，又能截留大分子污染物，令其始终停留在反应器内直到被分解成小分子(或彻底分解成CO2、H2O)，并避免后续化学清洗对反应器内关键设备的影响。
4、本发明具有结构简单、运行稳定、操作维护简便的特点，可通过多种物理场的协同作用，令处理能力空前强大，因此特别适用有毒有害物质的分解、液体杀菌消毒、突发水污染事件时的应急处理等水处理场合，以及适应更严格排放标准的现有污水处理系统提标改造，具有占地少、投资省、节能、简单实用等优点。
本发明的石墨烯净化污水组合装置净化污水的方法具有以下优点：
1、能连续或间歇处理各种液体，实现超快速分解污染物和消毒杀菌的目的。
2、操作简单，几乎无须补充石墨烯、催化剂和氧化剂的步骤，大大降低了运行费用。