一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置
阅读说明：本技术 一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置 (Device for treating wastewater based on graphene oxide quantum dot modified polysulfone ultrafiltration membrane ) 是由 陈亮 杨茹 金尚忠 徐时清 沈洋 张淑琴 黄帅 方强龙 雒玉蓉 何坤 张振 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置,包括废水储水池(内部嵌有第一过筛网,底部固定装有过滤芯,下端固定连接第一阀门和硅胶导水管),另一端固定连接有恒流泵,它的出水口固定连接有流量计,其右端从左至右依次固定连接有过滤盒、(过滤盒内嵌有氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜过滤槽)、混合分解室(内嵌有环形消毒液盒和、环形紫外线灯管、搅拌电机和搅拌器)、流量计、第二阀门、集水罐(内嵌有第二过筛网),总处理器与第一阀门、恒流泵、超滤膜过滤槽、消毒液盒进/出液口阀门、混合分解室、环形紫外线灯管、第二阀门、搅拌电机和压力温度传感器连接。实现了对废水的高度净化处理。(The invention discloses a device for treating wastewater based on a graphene oxide quantum dot modified polysulfone ultrafiltration membrane, which comprises a wastewater storage pool (a first screen mesh is embedded in the wastewater storage pool, a filter element is fixedly arranged at the bottom of the wastewater storage pool, a first valve and a silica gel water guide pipe are fixedly connected at the lower end of the wastewater storage pool), a constant flow pump is fixedly connected at the other end of the wastewater storage pool, a flow meter is fixedly connected at a water outlet of the constant flow pump, a filter box is fixedly connected at the right end of the constant flow pump from left to right, a graphene oxide quantum dot modified polysulfone ultrafiltration membrane filter tank is embedded in the filter box, a mixed decomposition chamber (an annular disinfectant box, an annular ultraviolet lamp tube, a stirring motor and a stirrer are embedded in the filter box), a flow meter, a second valve, a water collecting tank (a second screen mesh is embedded in the mixed decomposition chamber), a total processor, the, The second valve, the stirring motor and the pressure and temperature sensor are connected. Realizing the high purification treatment of the wastewater.)
技术领域
本发明涉及一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置,是一种操作自动化、成本低、净化效率高的装置，属于环保技术领域。
背景技术
近年来，随着我国工业和经济的不断发展，大量的含重金属的工业废水在未经任何处理的情况下直接排入到江河中，使得水环境中重金属的含量急剧升高，对生态环境的稳定以及人类的生产生活造成了严重的威胁，重金属污染物因其在自然界中难降解，且对环境破坏性大等特性，在世界范围内都造成了严重环境污染问题，除了工业废水，城市污水中除含有大量有机物及病菌、病毒外，还含有各种类型、不同程度的各种有毒、有害污染物，也对环境造成了严重污染。因此，废水处理技术及装置得到了广泛关注。
石墨烯量子点(GQDs)是一种横向尺寸100nm以下，纵向尺寸几个纳米以下的碳质新材料。GQDs具有低的生物毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光和良好的表面修饰性能，这些优良的性能使GQDs在光电材料、传感器、生命科学等众多领域具有广泛的应用前景，有望成为传统半导体量子点和有机荧光染料的替代物。近年来，研究者发现，在GQDs内部掺杂异原子后，可以对GQDs的整个共轭平面的电荷密度和带宽能隙进行有效调节，从而改变电子的流动密度和跃迁方式，进而提高了GQDs的反应活性、荧光量子产率、光学性质、催化性能等理化性质，拓展了GQDs的实际应用范围。
目前处理污水的新兴方法是膜分离技术，膜分离技术具有区别于传统化工分离过程的显著特点和优点，具有能耗低、分离效率高、适用范围广、分离设备简单、易操作易维护、对环境影响小等特点，所以在环境工程或者污水处理领域也得到了越来越广泛的应用，膜技术是污水回用的关键技术，目前生活污水处理后的尾水中大都含有溶解性固体、有机物、微生物和无机物，超滤和反渗透组合工艺可有效去除这些污染物，超滤可有效去除可能污堵反渗透膜的胶体、细菌、病毒等杂质，延长反渗透膜的清洗周期和寿命，降低总体运行成本，反渗透膜对去除盐离子、硬度、COD等指标有极高的去除作用，从而确保回用水水质。
改性聚砜材质超滤膜，化学稳定性好，耐酸碱性能优良，使用寿命长，通量高，抗污染能力强，一旦膜丝通量下降，用简单的反冲洗即可基本恢复原通量，节省清洗及反冲洗用水，设备运行费用低、低压操作、能耗低，尤其适用于各种工业废水、城市废水、含油废水、中水回用、饮用水处理及食品、医药、化工、石化等行业浓缩、提纯及特种分离用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置，此超滤膜具有很强的防污性，可以实现具有高水通量、高去污性、高滤菌性，同时具有良好的稳定性和高净化效率的自动化废水处理装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置，包括废水储水池，所述废水储水池的内部嵌有第一过筛网，所述废水储水池的底部固定装有过滤芯，所述的过滤芯下端固定连接活性碳管，所述活性碳管的下端固定连接有第一阀门，所述第一阀门的下端固定连接有硅胶导水管，所述硅胶导水管的另一端固定连接有恒流泵的入水口，所述恒流泵的出水口固定连接有流量计一，所述流量计一的右端固定连接有过滤盒，所述过滤盒内嵌有超滤膜过滤槽，所述过滤盒的右端固定连接有硅胶导水管，所述硅胶导水管的右端固定连接有混合分解室，所述混合分解室的顶部固定有混合分解室进液口与硅胶导水管连接，所述环形消毒液盒的左底面开有消毒液盒进/出液口阀门，所述环形消毒液盒的底部内嵌有环形紫外线灯管，所述混合分解室的内壁固定连接有压力温度传感器，所述混合分解室的内壁两侧还固定连接有固定平头螺钉，所述固定平头螺钉的两端固定连接有固定支撑架，所述固定支撑架的两端固定连接有搅拌电机,所述搅拌电机的下端固定连接有搅拌器，所述搅拌器的右端分别固定连接有流量计二与第二阀门，所述第二阀门的右端固定连接有集水罐，所述集水罐的顶端固定有集水罐入液口与硅胶导水管连接，所述集水罐内嵌有第二过筛网，总处理器与所述第一阀门、恒流泵、超滤膜过滤槽、混合分解室、环形紫外线灯管、消毒液盒进/出液口阀门、压力温度传感器、搅拌电机和第二阀门连接。
进一步的，所述第一过筛网选取100目的不锈钢滤网，用以滤除废水中大部分肉眼可见的固体悬浮物，达到初步净化效果。
进一步的，所述过滤芯采用聚丙烯绒膨纤维，用来阻挡第一过筛网漏截的杂质，达到基本滤除杂质的效果。
进一步的，所述硅胶导水管内壁附着盐酸，明胶，六次甲基四胺，乙二醛组成的除污剂，防止杂质将导水管堵塞，也防止杂质流入下一个环节中。
进一步的，所述恒流泵的出水口固定连接有流量计一，恒流泵可以随时使用总处理器调节水的流速，可调节范围为0～5L/min，调速单位为0.5L/min，出水口固定连接的流量计一可供用户随时观察水的流量。
进一步的，所述过滤盒内嵌的超滤膜过滤槽中放置了氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜，超滤膜采用通用的相转化方法制备，为制备流延溶液，首先将一定量的氧化石墨烯量子点(GOQD)借助超声处理分散在17g的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中2h，然后将3g重的聚砜(PSF)溶解在均匀分散的GOQDs悬浮液中，搅拌过夜，以获得均匀的流延溶液，相对于PSF的重量，浇铸溶液中GOQD的质量百分比为0.5％，将该膜表示为QDs-0.5，浇铸前，将溶液在脱气罐中完全脱气，在50℃的真空烘箱中加热6小时，然后使用厚度为150μm的流延刀将膜流延到玻璃板上，带有下层玻璃的湿膜然后将板立即在室温下转移到水凝结浴中，大约10分钟后，将制成的膜从玻璃板上剥离，并转移到淡水浴中进行保存超滤膜。
进一步的，所述超滤膜过滤槽是一种可拆式的、可重复使用的装置。
所述超滤膜过滤槽由活动式自动弹簧开关固定在过滤盒外壳内侧，过滤盒的顶端和底端分别固定有过滤盒进液口和过滤盒出液口，所述超滤膜过滤槽由超滤膜过滤槽前壳和超滤膜过滤槽后壳及超滤膜过滤槽芯组成，所述超滤膜过滤槽芯内壁环形嵌有数十个反冲洗喷头，由集水罐对其进行供水，总处理器控制反冲洗喷头的开关，当氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜使用了多次需要冲洗时，总处理器打开反冲洗喷头的开关对超滤膜进行反冲洗，清洁后超滤膜可重复使用，清洁后的废水由超滤膜过滤槽芯两侧的排水口排出。若超滤膜多次使用已需要更换，则由总处理器打开活动式自动弹簧开关，超滤膜过滤槽自动弹出，打开超滤膜过滤槽芯即可更换超滤膜。
进一步的，所述含环形紫外线灯管的混合分解室，在进行紫外线催化氧化处理时压力为10～15MPa，温度为120～150℃，过滤盒的内壁固定连接的压力温度传感器可随时在总处理器中监测混合分解室的压力温度情况，所述环形紫外线灯管的开关和混合分解室的气压温度可由总处理器控制。
进一步的，所述总处理器采用MDT2010E型号单片机，所述搅拌电机采用型号为M315－402的电机，所述压力温度传感器采用模块的型号为MPL3115A2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在传统的废水处理装置基础上，本发明操作简单，具有高水通量、高滤菌性、净水效率高等优点。
2、在传统的废水处理装置基础上，本发明使用氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水净化重金属离子时效果显著，在传统的废水处理装置基础上，本发明使用氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水，使得本发明装置在强酸性或强碱性的环境下仍能稳定净化处理污水，稳定性良好，使用寿命长，并且对氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜进行简单的反冲洗即可重复使用，大大节约了本装置处理废水的成本。
3、在传统的废水装置基础上，本发明使用总处理器与所述第一阀门、恒流泵、超滤膜过滤槽、混合分解室、环形紫外线灯管、消毒液盒进/出液口阀门、压力温度传感器、搅拌电机和第二阀门连接，使本发明装置的操作更加自动化、智能化，极大提高了处理废水的效率，同时节约了许多人工成本。
4、在传统的废水装置基础上，本发明使用紫外线催化照射将废水中的有机物催化氧化分解，氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜与紫外线催化处理的结合不仅提高了回收水的质量，而且极大程度地降低了处理废水的成本。
5、与传统的石墨烯量子点复合超滤膜相比，氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜具有超快的水传输性能和非凡的水吸附特性，将氧化石墨烯量子点混入聚砜超滤基膜层，将进一步增强水对膜表面的亲和力和水传输的阻力，从而导致水通量增加，此外，可以在亲水膜表面上形成水合层，这会阻止污垢的吸附，从而提高了超滤膜的防污性能，节约了成本。
说明书附图
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是本发明的过滤盒结构示意图。
图3是实施例3次实验的水样COD含量与脱盐率对比表。
图中：1、废水储液池；2、第一过筛网；3、过滤芯；4、活性碳管；5、第一阀门；6、硅胶导水管；7、恒流泵；8、流量计一；9、过滤盒；10、超滤膜过滤槽；11、混合分解室；12、环形消毒液盒；13、混合分解室进液口；14、环形紫外线灯管；15、消毒液盒进/出液口阀门；16、固定平头螺钉；17、固定支撑架；18、搅拌电机；19、搅拌器；20、流量计二；21、第二阀门；22、集水罐进液口；23、集水罐；24、第二过筛网；25、压力温度传感器；26、总处理器；27、过滤盒壳；28、过滤盒进液口；29、过滤盒出液口；30、超滤膜过滤槽前壳；31、超滤膜过滤槽后壳；32、超滤膜过滤槽芯；33、反冲洗喷头；34、活动式自动弹簧开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜处理废水的装置，包括废水储水池1，废水储水池1的内部嵌有第一过筛网2，用以过滤废水中大部分肉眼可见的固体悬浮物，达到初步净化效果，废水储水池1的底部固定装有过滤芯3，来阻挡第一过筛网漏截的杂质，达到基本滤除杂质的效果，废水储水池1下端固定连接活性碳管4，用来吸附异臭异味，提高水的纯净度，对水中各种杂质如氯、酚、砷、铅、氰化物、农药等有害物质也有很高的去除率，活性碳管4的下端固定连接有第一阀门5，由总处理器26控制阀门开关，第一阀门5的下端固定连接有硅胶导水管6，硅胶导水管6内壁附着盐酸，明胶，六次甲基四胺，乙二醛组成的除污剂，防止杂质将导水管堵塞，也防止杂质流入下一个环节中，硅胶导水管6的另一端固定连接有恒流泵7的入水口，恒流泵的流速由总处理器26控制，恒流泵的出水口固定连接有流量计一8，流量计一8的右端固定连接有过滤盒9，过滤盒9内嵌有超滤膜过滤槽10，用来对废水进行决定性的净化，过滤盒9的右端固定连接有硅胶导水管6，硅胶导水管6的出水口端固定连接有混合分解室11，混合分解室11的顶部固定有混合分解室进液口13与硅胶导水管6连接，环形消毒液盒12的左底面开有消毒液盒进/出液口阀门15，由总处理器26控制连接，环形消毒液盒12的底部内嵌有环形紫外线灯管14，由总处理器26控制连接开关，混合分解室11的内壁固定连接有压力温度传感器25，由总处理器26控制监测，混合分解室11的内壁两侧还固定连接有固定平头螺钉16，固定平头螺钉16的两端固定连接有固定支撑架17，固定支撑架17的两端固定连接有搅拌电机18,搅拌电机18的下端固定连接有搅拌器19，由总处理器控制搅拌电机18开关，将消毒液与流经的水溶液搅拌进一步起到杀菌作用，接着由总处理器打开环形紫外线灯管，在混合分解室中进行微生物分解，搅拌器19的右端分别固定连接有流量计二20与第二阀门21，均由总处理器26控制连接，第二阀门21的右端固定连接有集水罐23，集水罐23的顶端固定有集水罐入液口22与硅胶导水管6连接，集水罐23内嵌有第二过筛网24，进行最后的净化处理。
进一步的，第一过筛网2选取100目的不锈钢滤网，用以滤除废水中大部分肉眼可见的固体悬浮物，达到初步净化效果。
进一步的，过滤芯3采用聚丙烯绒膨纤维，用来阻挡第一过筛网2漏截的杂质，达到基本滤除杂质的效果。
进一步的，硅胶导水管6内壁附着盐酸，明胶，六次甲基四胺，乙二醛组成的除污剂，防止杂质将导水管堵塞，也防止杂质流入下一个环节中。
进一步的，恒流泵7的出水口固定连接有流量计一8，恒流泵7可以随时使用总处理器26调节水的流速，可调节范围为0～5L/min，调速单位为0.5L/min，出水口固定连接的流量计一8可供用户随时观察水的流量。
进一步的，过滤盒9内嵌的超滤膜过滤槽10中放置了氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜，超滤膜采用通用的相转化方法制备，为制备流延溶液，首先将一定量的氧化石墨烯量子点(GOQD)借助超声处理分散在17g的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中2h，然后将3g重的聚砜(PSF)溶解在均匀分散的GOQDs悬浮液中，搅拌过夜，以获得均匀的流延溶液，相对于PSF的重量，浇铸溶液中GOQD的质量百分比为0.5％，将该膜表示为QDs-0.5，浇铸前，将溶液在脱气罐中完全脱气，在50℃的真空烘箱中加热6小时，然后使用厚度为150μm的流延刀将膜流延到玻璃板上，带有下层玻璃的湿膜然后将板立即在室温下转移到水凝结浴中，大约10分钟后，将制成的膜从玻璃板上剥离，并转移到淡水浴中进行保存超滤膜。
进一步的，超滤膜过滤槽10是一种可拆式的、可重复使用的装置。超滤膜过滤槽10由活动式自动弹簧开关34固定在过滤盒外壳27内侧，过滤盒9的顶端和底端分别固定有过滤盒进液口28和过滤盒出液口29，超滤膜过滤槽10由超滤膜过滤槽前壳30和超滤膜过滤槽后壳31及超滤膜过滤槽芯32组成，超滤膜过滤槽芯32内壁环形嵌有数十个反冲洗喷头33，由集水罐23对其进行供水，总处理器26控制反冲洗喷头33的开关，当氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜使用了多次需要冲洗时，总处理器26打开反冲洗喷头33的开关对超滤膜进行反冲洗，清洁后超滤膜可重复使用，清洁后的废水由超滤膜过滤槽芯32两侧的排水口排出。若超滤膜多次使用已需要更换，则由总处理器26打开活动式自动弹簧开关34，超滤膜过滤槽10自动弹出，打开超滤膜过滤槽芯32即可更换超滤膜。
进一步的，含环形紫外线灯管14的混合分解室11，在进行紫外线催化氧化处理时压力为10～15MPa，温度为120～150℃，过滤盒9的内壁固定连接的压力温度传感器25可随时在总处理器26中监测混合分解室11的压力温度情况，环形紫外线灯管14的开关和混合分解室11的气压温度可由总处理器26控制。
进一步的，总处理器26采用MDT2010E型号单片机，搅拌电机18采用型号为M315－402的电机，压力温度传感器采用模块的型号为MPL3115A2。
进一步的，使用本发明装置进行废水净化处理的具体实施例综合处理步骤如下：
(1)在过滤盒9内嵌的超滤膜过滤槽10中放置氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜，超滤膜采用通用的相转化方法制备，为制备流延溶液，首先将一定量的氧化石墨烯量子点(GOQD)借助超声处理分散在17g的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中2h，然后将3g重的聚砜(PSF)溶解在均匀分散的GOQDs悬浮液中，搅拌过夜，以获得均匀的流延溶液，相对于PSF的重量，浇铸溶液中GOQD的质量百分比为0.5％，将该膜表示为QDs-0.5，浇铸前，将溶液在脱气罐中完全脱气，在50℃的真空烘箱中加热6小时，然后使用厚度为150μm的流延刀将膜流延到玻璃板上，带有下层玻璃的湿膜然后将板立即在室温下转移到水凝结浴中，大约10分钟后，将制成的膜从玻璃板上剥离，并转移到淡水浴中进行保存超滤膜；
(2)取废水样本1L注入废水储水池1，经过第一过筛网2、过滤芯3和活性碳管4后由总处理器26打开第一阀门5使废水样本流入恒流泵7，由总处理器26将流速调至2L/min，样本流入内嵌氧化石墨烯量子点改性聚砜超滤膜的过滤盒9；
(3)经过过滤盒过滤后的样本流入混合分解室11，当样本全部流入后，由总处理器26打开消毒液盒进/出液口阀门15，注入消毒液，由总处理器26打开搅拌电机18将废水与消毒液充分混合，进行杀菌处理；
(4)由总处理器26设置混合分解室11内的压力和温度，打开环形紫外线灯管14，使进行紫外线催化氧化处理时压力为10MPa，温度为130℃，用紫外线灯管照射1h，对废水样本进行有机物催化氧化分解；
(5)由总处理器26打开第二阀门21，使废水样本进入第二过筛网24最终流入集水罐21,得到最终净化后的水；
(6)对净化后的水样进行检测，测得水样中的COD含量为850mg/L，脱盐率为99.89％，重复以上步骤，连续检测3次，对比数据发现本发明的净水效果十分显著。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。