石墨烯废水处理及回用工艺研究

王 庆

（科盛环保科技股份有限公司，江苏南京 210000）

石墨烯废水处理及回用工艺研究

王 庆

（科盛环保科技股份有限公司，江苏南京 210000）

针对石墨烯废水处理工艺极少，且废水处理不易达标的问题，介绍了一种废水处理和回用系统。该系统包括：pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、气浮设备、多介质过滤器、活性炭过滤器、第一保安过滤器、超滤装置、中间水箱、第二保安过滤器、反渗透装置，经过处理后的废水最终达到回用水要求，实现了资源的再利用。

石墨烯；废水处理；回用；工艺研究

作为材料界的新星，石墨烯因具有极好的电学、力学、热学以及光学性能，在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯（Graphene）作为一种新兴材料，其产业化应用步伐正在加快，生产量逐渐增加。在产品生产过程中会产生大量生产废水，如不处理，会对周边环境造成极大的污染。然而，目前针对此类废水的处理工艺极少，且废水处理不易达标，对石墨烯废水的处理亟不可待。

1 工艺介绍

如图1所示，该石墨烯废水处理和回用系统主要包括预处理单元和回用处理单元，其最终将石墨烯废水经过处理后，进行回收再利用，不仅解决了石墨烯生产废水处理的问题，而且节约了资源。

图1 石墨烯废水处理及回用工艺流程图

1.1 预处理部分

主要是对废水中量多、有害的杂质进行处理，其包括有依次连接的收集池、调节池、pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、和气浮设备和储水池；相邻设备之间通过管道连接，管道的质量要求根据石墨烯废水的化学及物理性质决定，在此不作特别限定。其中，收集池为生产废水的第一道集水设备，其内设置有提升泵，采用高开低停的控制方式，在收集池内废水达到一定的液位后，提升泵才工作，将收集池内废水输送至pH调节池；pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、和气浮设备均为反应池，在池内废水发生一系列反应（包括化学反应和物理反应），废水经过预处理后进入储水池。

基于上述预处理单元的部件，本实施例中，预处理的步骤如下：生产废水（pH=2）首先进入格栅可有效去除石墨烯废水中的较大悬浮物；出水进入收集池，收集池内设置了提升泵，通过液位控制泵高开低停；收集池出水经泵提升后进入调节池（当设备检修或出现紧急情况时，手动切换出水阀门可进入事故池），进行水质水量的均衡调节，经泵提升后石墨烯废水进入pH调节池，通过投加石灰乳（浓度：10%；投加量：0.04mL石灰乳/mL石墨烯废水），将废水pH调至9，同时，石灰乳可与石墨烯废水中的草酸、铁离子等进行反应，生成沉淀物；处理后废水进入絮凝反应池，通过投加PAM絮凝剂（投加量：0.004 5mLPAM/mL石墨烯废水），加速废水中絮状物的生成；出水进入沉淀池，进行泥水分离，将石墨烯废水中的絮状物去除；沉淀后出水进入气浮设备，将废水中上浮的悬浮物进行去除，为保证气浮效果，可投加絮凝剂；气浮处理后出水进入储水池后进行后续回用处理单元。

在处理过程中，沉淀池和气浮设备产生的污泥通过污泥处理单元进行处理，污泥处理单元包括有污泥池和脱水设备，污泥在污泥池内收集，经过脱水后制成泥饼外运。

1.2 回用处理单

对经预处理单元处理后的废水进行更精细的处理，以使最终经过处理后的废水满足回用标准。回用处理单元包括依次连接的多介质过滤器、活性炭过滤器、第一保安过滤器、超滤装置、中间水箱、第二保安过滤器、反渗透装置，废水在除中间水箱以外的其它部件中进行过滤处理。

基于回用处理单元的废水处理步骤如下：储水池处理后废水经泵提升进入多介质过滤器；多介质过滤器内填级配石英砂及级配无烟煤填料（填料总高度为1 200mm，其中级配石英砂填料高度为800mm，无烟煤填料高度为400mm）用以除去大部分悬浮物、杂质及胶体，保证出水SDI≤4，同时，通过计量泵投加还原剂（加药量：4×10-6）；出水进入活性炭过滤器，活性炭过滤器主要是利用粒状活性炭的吸附机理来吸附水中的有机物和余氯，降低色度、细菌等。活性碳过滤器应保证出水余氯＜0.1×10-6；出水进入保安过滤器（滤芯规格，精度：5μm，长度：40英寸，材质：PP）去除大颗粒物质，对超滤膜起到保护作用；通过保安过滤器后进入超滤装置（超滤膜采用外压式中空纤维膜材质为PVDF）去除水中的悬浮物、胶体、微生物以及大分子有机物物质，出水水质达到浊度≤0.1NTU、SDI＜3，满足反渗透的进水要求；出水进入中间水箱，该水箱保证反渗透进水水量，同时也作为超滤装置、活性炭过滤器、多介质过滤器的反洗取水（水反洗强度：8L/（m2·s），反洗时间为3～5min）；经泵提升通过保安过滤器后进入反渗透装置，反渗透出水达到回用水要求，实现回用目的。

在处理过程中，多介质过滤器的排污、活性炭过滤器的排污、超滤装置的浓水和反渗透装置的浓水通过管道回流至调节池内。

2 结束语

本工艺不仅能有效处理石墨烯废水并达标排放，并且通过回用处理工艺，将废水深度处理后进行回用，不仅达到排放标准，避免了环境污染问题，且水资源得到有效回收利用，弥补了现有水处理技术的空白。

Study on Graphene Wastewater Treatment and Reuse Technology

Wang Qing

Aiming at the problem that graphene wastewater treatment process is very few and diff cult to deal with，a waste water treatment and reuse system is introduced，which includes PH regulating tank，flocculation reaction tank，sedimentation tank，air f oatation equipment，multi-media f lter，Activated carbon f lter，the f rst security f lter，ultraf ltration device，the middle of the water tank，the second security f lter，reverse osmosis device，after treatment of the f nal wastewater to reuse water requirements to achieve the re-use of resources.

graphene；wastewater treatment；reuse；process study

TQ052

B

1003-6490（2016）11-0049-01

2016-09-30

王庆（1981—），男，江西南城人，工程师，主要从事污水处理与生态治理方面的技术研究及项目管理工作。