CN111573933A - 处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，包括医疗污水收集输送装置、至少两级沉降池、过滤装置、至少三级石墨烯灭菌装置、多重净化池、光催化降解装置、新冠病毒深度净化装置以及至少三级石墨烯净水装置。本发明还提供了应用处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统的工艺。本发明的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统和工艺，通过利用微纳米气泡的瞬时高温高压和高能量释放对新型冠状病毒进行深度灭杀，结合多级石墨烯净水装置、石墨烯灭菌装置对医疗污水的多种致病菌、寄生虫以及上百种污染物进行深度灭杀、阻隔或净化，可确保传染病医院医疗污水达标排放，进而保证群众生命安全、环境安全和生命健康。

Description

处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统及工艺

技术领域

本发明涉及污水净化技术领域，具体涉及一种处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统及工艺。

背景技术

医疗污水来源多样，成分也十分复杂。一般来说，医疗污水中含有大量的病原细菌、病毒和化学药剂，如各类药物、消毒剂、诊断用剂、洗涤剂、以及大量的病原性微生物、寄生虫卵及各种病毒，包括蛔虫卵、肝炎病毒、结核菌和痢疾菌等。具有空间污染、急性传染和潜伏性传染的特征。与工业废水和生活废水相比，医疗污水具有水量小、污染力强的特点，如任其排放，会严重污染水源，传播疾病。极易造成重大公共卫生事件。

而传染病医院曾更为特殊，其排放的医疗污水可能含有大量金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、绿脓杆菌、结核杆菌、大肠埃希杆菌、肠道病毒、粪大肠杆菌、 B族链球菌、先天性梅毒、巨细胞病毒、内毒素等和残留的寄生虫、残留药物等。通过流行病学调查和细菌学检验证明，国内历次大规模传染病的暴发流行，都与饮用或接触被污染的水有关。如何实现传染性医院高致病医疗污水深度达标净化并排放是任何一家传染病医院都需要面对的问题，行业对传染病医院医疗污水净化技术也提出极高的要求。

研究表明病毒存活于感染者的排泄物中，可通过排水系统进入污水处理系统，这直接导致传染性医院排放的医疗污水成为高危污染源。医院在救治新冠病人的同时，还需要格外重视含新冠病毒医疗污水的安全排放问题，医院压力陡增。现有的传统活性淤泥法或生物膜法均从未考虑到新冠病毒污染问题，无法从根本上确保受新冠病毒污染的传染病医院医疗污水安全达标排放。

而新冠病毒一旦通过排放进入市政管网或其他水源地，其对生态安全、环境安全和群众健康造成的潜在伤害是十分致命的。截止目前，尚无任何技术专门针对含含新冠病毒医疗污水进行系统、深度的净化。现有传统医疗污水净化技术也亟待进行升级改造，对前沿高效率含新冠病毒医疗废水深度净化装置或技术有着急迫的需求，以确保新冠病毒零排放，守护生态安全和群众健康。

另一方面，石墨烯具有出色的细菌灭杀、阻隔活性，针对其抗菌机理，研究人员已经提出来了几种主要的机制，如纳米刀理论，氧化胁迫作用，包裹作用等 (Pham V.T.etal.ACS Nano,2015,9(8):8458-8467)。如早在2010年，Akhavan等学者提出石墨烯纳米材料锐利的边缘会导致细胞膜的破坏以及细胞内RNA的缺失(Akhavan O.et al.ACS Nano,2010,4(10):5731-5736)，此后，不断有研究者发现这一效应(Chen J.etal.J.Nanopart.Res.,2013,15(5):1658.)。Zou等通过大量的实验总结得到动态模拟实习纳米片穿过细胞膜的过程，在这个过程中，石墨烯纳米材料起到“纳米刀”的作用，其锋利的边缘穿过细胞膜。作者也提出了“插入模型”，强调了锐利的边缘和边缘密度对抗菌活性的重要性(Zou X.et al.J.Am. Chem.Soc.,2016,138(7):2064-2077)。

此外，有研究者还提出单分子层的石墨烯薄膜可以包裹住细菌的细胞膜，给细菌提供一个单独的空间，将其与周围的环境隔开，得不到营养物质的补充以及自身排出的毒素无法与外界环境交换，导致细菌死亡。鉴于石墨烯独特的薄膜结构，这种机理解释受到广泛认同(Akhavan O.et al.J.Phy.Chem.B.,2011,115(19): 6279-6288)。国内第三军医大学研究也发现，纳米级石墨烯与大肠杆菌、绿脓杆菌等10多种细菌放在一起实验，对上述细菌具有显著的杀伤作用。与上述机理阐述类似，作者也提出了“纳米刀”模型和“饿死细菌”机理，此外，作者还提出，细菌可能会把微小的石墨烯吞进“肚”中，导致其缓慢消亡(佚名.第三军医大学发现纳米级石墨烯有杀菌作用[J].石油化工，2016，(7期):833-833)。

而将石墨烯与纳米银、氧化银或者顺磁性纳米粒子复合制成各种纳米材料则叠加赋予石墨烯纳米材料更优异的细菌、寄生虫灭杀、阻隔功效(马双龙.石墨烯-类石墨烯和银基功能材料的制备及其水体灭菌研究[D].南开大学，2017；朱中杰,黄青.基于石墨烯及纳米复合材料的抗菌性研究进展[J].生物学杂志,2018, 35(2):67-72等)。甚至有研究者认为，石墨烯杀菌技术未来有望引领灭菌新技术发展，且比传统抗生素更安全(纳米级石墨烯能杀菌且比抗生素更安全[J].中国粉体工业,2016,000(002):38-38)。

发明内容

为了弥补现有技术中存在的不足，本发明提供了一种处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，能够对传染病医院医疗污水中的含新冠病毒进行深度灭杀净化，确保传染病医院的医疗污水达标排放。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，包括医疗污水收集输送装置，以及以下装置：

至少两级沉降池，其中一级所述沉降池内设有次氯酸钠发生器；

过滤装置，所述过滤装置内设有至少三级石墨烯过滤网；

至少三级石墨烯灭菌装置，所述石墨烯灭菌装置内填充有超顺磁性纳米粒子 -氧化石墨烯复合纳米材料、或者石墨烯灭菌剂、或者石墨烯复合材料与灭菌剂的组合；

多重净化池，所述多重净化池内设有臭氧发生器、第一紫外发生装置、石墨烯化学需氧量降解剂、以及所述石墨烯灭菌剂，所述多重净化池外设有连通的喷淋液存储罐和超声波微纳米气泡发生器，所述超声波微纳米气泡发生器的喷头置于所述多重净化池内；

光催化降解装置，所述光催化降解装置内填充有石墨烯光催化降解剂；所述光催化降解装置为柱状结构，其材质为透明玻璃、透明陶瓷或透明高分子。

新冠病毒深度净化装置，所述新冠病毒深度净化装置设有透明外壳，所述透明外壳外设有第二紫外发生装置及辐照装置；所述透明外壳的材质为透明陶瓷、高强度透明玻璃或高强度透明高分子。

至少三级石墨烯净水装置，所述石墨烯净水装置内填充有重金属吸附石墨烯纳米复合材料、或者大比表面石墨烯纳米材料、或者石墨烯多孔陶瓷材料。

进一步的，所述新冠病毒深度净化装置进水口处设有蠕动泵，通过调节流速控制灭菌工艺；内部设有3-8级减速筛网，以延缓水体的流动，使水体能充分得到紫外照射效应，从而彻底灭杀新冠病毒、绿脓杆菌、大肠杆菌等残留致病菌。所述减速筛网材质为不锈钢或聚四氟乙烯(PTFE)材质，其孔径在10-400之间。所述辐照装置为⁶⁰Co-γ辐照装置，所述新冠病毒深度净化装置外设有计量辐照的剂量计。所述第二紫外发生装置为15-40W紫外灯。

进一步的，所述石墨烯过滤网共三级，其目数逐渐增大，并且沿水流方向依次设于所述过滤装置内的前段、中段及后段。其中，一级石墨烯过滤网的目数为 10-30目，二级石墨烯过滤网的目数为30-80目，三级石墨烯过滤网的目数为 80-400目，以逐级过滤不同大小的固体废物，防止过滤装置堵塞。

进一步的，所述超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料中，超顺磁性纳米粒子的材料为γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄、Y₂O₃、MnZn、CoFe₂O₄中的任意一种或几种，其粒径小于10nm；氧化石墨烯载体及粒径小于10nm的超顺磁性材料均有优异的抗菌活性，形成复合纳米材料后，产生叠加灭菌效果，能进一步灭杀医疗污水中残留的绿脓杆菌、大肠杆菌、结合杆菌、新型冠状病毒(SARS-CoV-2)、霍乱菌、痢疾志贺氏菌、沙门氏菌、克雷白氏杆菌、血吸虫病原体等水中可能病原菌。所述超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料用10-325目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹。

所述石墨烯灭菌剂为银/氧化石墨烯、银/铁酸钴/石墨烯、四氧化三铁/氧化石墨烯、氧化钇/石墨烯、氯氧化铋/石墨烯、溴氧化铋/氧化石墨烯、二氧化钛/ 氧化石墨烯、二氧化钛/银/氧化石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯中的任意一种或几种；所述石墨烯灭菌剂尺寸在2-500nm之间。

所述石墨烯复合材料与灭菌剂的组合可以为氯球-石墨烯纳米复合材料、氯球接枝季铵季鏻盐固体杀菌剂、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因-石墨烯纳米复合材料、 2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺-石墨烯纳米复合材料、1,3-二溴-5,5-二甲基海因-石墨烯纳米复合材料、2-溴-2-硝基-苯乙烯-石墨烯纳米复合材料、二溴乙酸苄酯-石墨烯纳米复合材料、溴化十二烷基二甲基苄基铵-石墨烯纳米复合材料、溴硝丙醇-石墨烯纳米复合材料、三溴苯酚-石墨烯纳米复合材料、4-溴-2,5-二氯苯酚-石墨烯纳米复合材料、1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷-石墨烯纳米复合材料、α-溴肉桂醛-石墨烯纳米复合材料、2-丁烯-1,4-二醇双(溴乙酸)酯-石墨烯纳米复合材料、2,2-二溴-2-硝基乙醇-石墨烯纳米复合材料、N-(4-溴-2-甲基苯基)氯乙酰胺-石墨烯纳米复合材料、2,2-二溴-3-氰基丙酰胺-石墨烯纳米复合材料、固体三元稳态二氧化氯 -石墨烯纳米复合材料、高铁酸盐-石墨烯纳米复合材料、嘧菌酯-石墨烯纳米复合材料、乙磷铝-石墨烯纳米复合材料、高聚碘-石墨烯纳米复合材料中的任意一种或多种。所述石墨烯复合材料可以为石墨烯、氧化石墨烯、硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯纳米片、石墨烯纳米带、石墨烯纳米管、石墨烯纳米簇、石墨烯纳米纤维、石墨烯三维骨架材料、石墨烯量子点等中的任意一种或多种。

进一步的，所述喷淋液存储罐中存储有纳米离子水、碱性离子水、碱性还原水，电解水、负离子水、氟化水中的任意一种。

进一步的，所述石墨烯化学需氧量降解剂为大比表面石墨烯、硼掺杂石墨烯、CoFe₂O₄/石墨烯氧化物纳米复合材料、硫酸亚铁/石墨烯纳米复合材料、膨润土/ 石墨烯纳米复合材料、蛭石/石墨烯纳米复合材料、蛇纹石/石墨烯纳米复合材料、二氧化钛/石墨烯纳米复合材料、氧化石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、氧化石墨烯/ 二氧化钛纳米带、氧化石墨烯/二氧化钛纳米管、石墨烯/二氧化钛纳米棒、磷钨酸/氧化石墨烯、三氧化钨/氧化石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯复合材料中的任意一种或多种，通过直接作用降解或光催化降解水体中残留有机物及化学需氧量。

进一步的，所述石墨烯光催化降解剂为氧化石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、氧化石墨烯/二氧化钛纳米带、石墨烯/二氧化钛纳米带、氧化石墨烯/二氧化钛纳米管、石墨烯/二氧化钛纳米管、氧化石墨烯/二氧化钛纳米棒、石墨烯/二氧化钛纳米棒、磷钨酸/氧化石墨烯、磷钨酸/石墨烯、三氧化钨/氧化石墨烯、三氧化钨/石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯、氧化锌/石墨烯、氧化亚铜/石墨烯、氧化亚铜/氧化石墨烯、钨酸铋/石墨烯、磷酸银/石墨烯、二硫化钼/石墨烯、四氧化三锰/氧化石墨烯中的任意一种或几种。所述石墨烯光催化降解剂用10-400目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹。

进一步的，所述重金属吸附石墨烯纳米复合材料为氧化石墨烯、羟基化石墨烯、羧基化石墨烯、壳聚糖修饰的氧化石墨烯、戊二醛偶联的氧化石墨烯、壳聚糖修饰的羟基化石墨烯、酸盐纳米管-氧化石墨烯、羟基磷灰石-氧化石墨烯、N- (三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酰氧化石墨烯、羟基化碳纳米管-氧化石墨烯、钛柱撑蒙脱土-氧化石墨烯、三氧化二铝-氧化石墨烯、聚合氯化铝-氧化石墨烯、聚羟基铝柱撑蛭石、聚羟基铝柱撑蛭石-氧化石墨烯、13X型分子筛、海藻酸钠-氧化石墨烯、EDTA-氧化石墨烯、聚酰胺-胺型树形大分子多孔硅胶、聚酰胺-胺型树形大分子-氧化石墨烯、N-(2,3-环氧丙基)亚氨基二乙酸改性氧化石墨烯中的任意一种，以除去水体中残留的铜、镍、铅、镉、汞、砷、总铬、六价铬等重金属。所述重金属吸附石墨烯纳米复合材料用10-325目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹。

所述大比表面石墨烯纳米材料为单层石墨烯纳米片、三维介孔石墨烯纳米材料、三维大孔石墨烯纳米材料、石墨烯气凝胶、石墨烯纳米纤维或石墨烯有机骨架复合纳米材料中的任意一种，能有效吸附污水中余氯等异味物质，多环芳烃、残留抗生素等药物、挥发酚、生物制剂、化学溶剂、油渍等残留污染物，以及残留铅、铬、汞等重金属污染物。所述大比表面石墨烯纳米材料用10-325目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹。

进一步的，所述石墨烯多孔陶瓷材料用10-325目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹，其制备过程如下：

S101、选择碳化硅或碳化硼多孔陶瓷材料作为基材；

S202、将所述基材经超声处理、二氯化铜或二氯化钴溶液梯度浸泡、提拉后真空干燥，再通过惰性气体氛程序升温，得到表面有金属膜的碳化硅或碳化硼多孔陶瓷材料原料；

S103、将步骤S202得到的原料放入化学气相沉积反应室密封，升温(以10℃ /分钟的升温速度加热至900℃、950℃、1000℃、1050℃，恒温时间分别持续10 分钟、30分钟、60分钟)后通过甲烷或乙炔(通入1、5、10、15毫升/分钟单位)，在氩气保护下调节氢气流量(调节氢气流量到30毫升/分钟，反应时间分别30分钟、60分钟、150分钟、180分钟、210分钟、240分钟，300分钟) 进行反应；

S104、反应结束后停止通入甲烷，保持氢气和氩气的流量不变，降温冷却(控制降温速率为10℃/分钟降到400℃，然后自然冷却到室温)，得到石墨烯多孔陶瓷材料。

上述各级石墨烯灭菌装置、石墨烯净水装置均为柱状结构，材质为不锈钢、陶瓷或高强度高分子材料中的任意一种。其中，所述高分子材料为聚丙烯(PP)、聚砜(PS)、磺化聚砜(SPS)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯 (PTEE)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)中的任意一种。

本发明还提供了应用上述处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统的工艺，医疗污水经收集后，依次经过以下处理步骤：

S201、一级所述沉降池沉降固体废物及悬浮物；

S202、所述过滤装置过滤处理；

S203、一级所述石墨烯灭菌装置进行初步灭菌；

S204、所述多重净化池初步灭杀新冠病毒、多重灭菌及降低化学需氧量；

S205、所述光催化降解装置光催化降解处理；

S206、二级所述沉降池进一步沉降固体悬浮物及灭杀病菌(含新冠病毒)和寄生虫；

S207、依次经过二级、三级所述石墨烯灭菌装置进一步灭菌；

S208、一级所述石墨烯净水装置处理重金属；

S209、所述新冠病毒深度净化装置深度进一步灭杀新冠病毒；

S2010、依次经过二级、三级所述石墨烯净水装置处理异味物质及重金属。

相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

本发明的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统和工艺，超声波微纳米气泡发生器可产生微纳米气泡，通过利用微纳米气泡的瞬时高温高压和高能量释放对新型冠状病毒进行深度灭杀，结合多级石墨烯净水装置、石墨烯灭菌装置对传染性医院医疗污水的多种致病菌(含新冠病毒)、寄生虫以及上百种污染物进行进一步的深度灭杀、阻隔或深度净化，可以确保传染病医院医疗污水达标排放，进而保证群众生命安全、环境安全和生命健康。

附图说明

图1是本发明所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统结构图。

其中：1、收集输送装置；2、一级沉降池；3、过滤装置；4、一级石墨烯灭菌装置；5、喷淋液存储罐；6、超声波微纳米气泡发生器；7、多重净化池；8、臭氧发生器；9、第一紫外发生装置；10、石墨烯化学需氧量降解剂；11、石墨烯灭菌剂；12、光催化降解装置；13、二级沉降池；14、二级石墨烯灭菌装置；15、三级石墨烯灭菌装置；16、一级石墨烯净水装置；17、新冠病毒深度净化装置；18、二级石墨烯净水装置；19、三级石墨烯净水装置；20、次氯酸钠发生器； 21、第二紫外发生装置；22、辐照装置。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1所示，一种处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，包括依次连通的医疗污水收集输送装置1、一级沉降池2、过滤装置3、一级石墨烯灭菌装置4；喷淋液存储罐5与超声波微纳米气泡发生器6连接；一级石墨烯灭菌装置4的输出端、超声波微纳米气泡发生器6的喷头置于多重净化池7内。多重净化池7内设有臭氧发生器8、第一紫外发生装置9，并投有石墨烯化学需氧量降解剂10、石墨烯灭菌剂11。

多重净化池7还依次连接光催化降解装置12、二级沉降池13、二级石墨烯灭菌装置14、三级石墨烯灭菌装置15、一级石墨烯净水装置16、新冠病毒深度净化装置17、二级石墨烯净水装置18、三级石墨烯净水装置19。其中，二级沉降池13内还设有次氯酸钠发生器20；新冠病毒深度净化装置17设有透明外壳，该透明外壳外设有第二紫外发生装置21及辐照装置22。

本实施例的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统的具体结构和处理工艺如下：

一、医疗污水预处理工艺

传染病医院或综合性医院传染科的医疗污水经收集输送装置1进入到一级沉降池2中进行沉降固体废物和悬浮物。该一级沉降池2为深度2.0m，直径3.0m 的圆柱形池体，池体的底部设有排污阀，可通过排污阀定期清除沉降后的固体废物和悬浮物。

医疗污水沉降后输送至过滤装置3进行过滤，以进一步去除污水中的残留固体废物。该过滤装置3为直径20cm，长度15cm的柱状结构，其内部沿水流方向在前端、中段、后端分别设置有10目的一级石墨烯过滤网、30目的二级石墨烯过滤网和80目的三级石墨烯过滤网。过滤装置3中段底部还设有沉降槽，该沉降槽内设有排出阀，以对沉降的残留固体废物进行清除，防止过滤装置3发生堵塞。

医疗污水经过滤后进入柱状的一级石墨烯灭菌装置4。该一级石墨烯灭菌装置4内填充有超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料，可产生叠加灭菌效果，以除去传染病医院中医疗污水中部分残留寄生虫和致病菌(如绿脓杆菌、大肠杆菌、结合杆菌、新型冠状病毒、霍乱菌、痢疾志贺氏菌、沙门氏菌、克雷白氏杆菌、血吸虫病原体等水中可能病原菌)。所述超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料用50目的再生纤维布包裹，其中，超顺磁性纳米粒子的材料为γ -Fe₂O₃，其平均粒径小于10nm。

经一级石墨烯灭菌装置4灭菌后的医疗污水排入到多重净化池7中，进行下一步净化处理。

二、新型冠状病毒等致病菌进一步灭杀工艺

喷淋液存储罐5中存储有氟化水，该氟化水通过牵引泵和输送管输入至超声波微纳米气泡发生器6中，该超声波微纳米气泡发生器6工作产生超声波微纳米气泡，通过动力源高压力气水输送泵进行输送，超声波微纳米气泡经雾化喷头进入多重净化池7的医疗污水中进行深度净化。

超声波微纳米气泡发生器6可通过附属部件，产生气流，再通过超声波微纳米气泡发生器内部的间歇脉冲气动或液动组件冲击可调频的发震腔内的机械震簧钛锰磷钢片水击产生10000-150000次秒高频谐振，通过发震腔尾部的细牙调频螺杆可以调节机械震簧钛锰磷钢片的谐振频率(从而控制气泡的粒径大小、细度、密度，高频谐振)，再将臭氧气流粉碎产生大量0.01微米-20微米范围内超声波微纳米臭氧气泡，这些超声波微纳米臭氧气泡具有界面ζ电位高、传质效率高、可加压溶气析出气泡等特点。喷淋液存储罐6储存的水体可促进超声波微纳米气泡的高效形成。

本部分灭杀工艺原理是：超声波微纳米气泡在水滴中高速运行上浮分离，随着其气水化合物理特性，微纳米气泡由“μm”微米大小急剧萎缩为“nm”纳米大小，最终被压破，释放出高能量；同时，超声波臭氧微纳米气泡表面带负电荷，易于吸附水体中带正电荷的有机物以及悬浮物；在气泡被压破的瞬间，产生瞬间的高温高压环境，释放大量能量，并在气液界面产生·OH自由基，对医疗污水中残留的新型冠状病毒、绿脓杆菌、大肠杆菌、结合杆菌、霍乱菌、痢疾志贺氏菌、沙门氏菌、克雷白氏杆菌、血吸虫病原体等水中可能病原菌(寄生虫) 进行深度灭杀、灭活。

三、多重净化池中其他多重灭菌、降解化学需氧量净化工艺

本部分的多重灭菌工艺为通过臭氧发生器8进行臭氧灭菌、通过第一紫外发生装置9进行紫外灭菌、添加石墨烯灭菌剂11进行灭菌；石墨烯灭菌剂11为银 /铁酸钴/石墨烯。降解化学需氧量采用添加石墨烯化学需氧量降解剂10，其为硫酸亚铁/石墨烯纳米复合材料，通过直接作用降解或光催化降解水体中残留有机物及化学需氧量。

多重净化池7为长度10m、深度3.0m的正方形池体，底部有排污阀和转速可调节的搅拌器，非沉降时间通过搅拌扰动，让灭菌和COD降解更加彻底。

四、医疗污水深度净化工艺

多重净化池7净化后的医疗污水进入光催化降解装置12，进一步降解医疗污水中部分残留药物、残留偶氮染料等有机污染物。该光催化降解装置12为透明玻璃材质的柱状体，内部填充有用50目再生纤维布包裹的石墨烯光催化降解剂。该石墨烯光催化降解剂为氧化石墨烯/二氧化钛纳米颗粒，其在光照条件下可催化降解医疗污水中残留药物、残留的活性红195、甲基橙、罗丹明B等偶氮染料，以及苯酚、草酸、有机卤化物等残留有机污染物。

经光催化降解后的医疗污水进入到二级沉降池13，以进一步沉降固体悬浮物，并通过在非沉降时间开启次氯酸钠发生器20进一步灭杀残余致病菌和寄生虫。二级沉降池13下方设置有废物排出阀，方便将沉降后的固体废物定期清除。

再次沉降后的医疗污水进入到二级石墨烯灭菌装置14，以进行二级灭菌。该二级石墨烯灭菌装置14为不锈钢材质的柱体，内部填充有石墨烯灭菌剂。该石墨烯灭菌剂为二氧化钛/银/氧化石墨烯，尺寸在10-100nm之间。

经二级灭菌后的医疗污水进入到三级石墨烯灭菌装置15，以进行三级灭菌。三级石墨烯灭菌装置15填充有氯球接枝季铵季鏻盐固体杀菌剂。

经三级灭菌后的医疗污水进入到一级石墨烯净水装置16，一级石墨烯净水装置16填充有重金属吸附石墨烯纳米复合材料。所述重金属吸附石墨烯纳米复合材料用10-325目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹。所述重金属吸附石墨烯纳米复合材料为壳聚糖修饰的氧化石墨烯，以除去水体中残留的铜、镍、铅、镉、汞、砷、总铬、六价铬等重金属。

经一级石墨烯净水装置16净化后的医疗污水进入到新冠病毒深度净化装置 17。该新冠病毒深度净化装置17为透明玻璃材质的柱体，第二紫外发生装置21 为30W紫外灯，设于柱体上方，辐照装置22为⁶⁰Co-γ辐照装置，设于柱体下方。通过紫外照射效应和⁶⁰Co-γ辐照进一步灭杀残留新冠病毒和其他致病菌。⁶⁰Co-γ辐照代表性辐射量为10kGY，并通过预安装的剂量计进行计量。新冠病毒深度净化装置17进水口处设置有蠕动泵，通过调节流速控制灭菌工艺；内部设置有5级材质为聚四氟乙烯、孔径在10-100之间的减速筛网，以延缓水体的流动，使水体能充分得到紫外照射效应，从而彻底灭杀新冠病毒、绿脓杆菌、大肠杆菌等残留致病菌。

经新冠病毒深度净化装置17深度净化后的医疗水体流入二级石墨烯净水装置18。二级石墨烯净水装置18内填充有大比表面石墨烯纳米材料，所述大比表面石墨烯纳米复合材料为石墨烯气凝胶，以有效吸附污水中余氯等异味物质，多环芳烃、残留抗生素等药物、挥发酚、生物制剂、化学溶剂、油渍等残留污染物，以及残留铅、铬、汞等重金属污染物。所述大比表面石墨烯纳米材料用80目的再生纤维布包裹。

经二级石墨烯净水装置18净化后水体流入三级石墨烯净水装置19。三级石墨烯净水装置19内填充有用100目的再生纤维布或玻璃纤维布包裹的石墨烯多孔陶瓷材料，以进一步清除水体中残留的痕量污染物。该石墨烯多孔陶瓷材料的制备过程如下：

第一步，选择市售的碳化硅多孔陶瓷材料作为基材。

第二步，将基材经超声处理、二氯化铜溶液梯度浸泡、提拉后真空干燥，再通过惰性气体氛程序升温，得到表面有金属膜的碳化硅多孔陶瓷材料原料。

第三步，将第二步得到的原料放入化学气相沉积反应室密封，检查高温反应室气密性，在保护气氛下排出高温反应室中残余气体，然后进行程序升温。以 10℃/分钟的升温速度加热至900℃、950℃、1000℃、1050℃，恒温时间分别持续10分钟、30分钟、60分钟，之后通入1、5、10、15毫升/分钟单位的甲烷，调节氢气流量到30毫升/分钟，反应时间分别30分钟、60分钟、150分钟、180分钟、210分钟、240分钟，300分钟。反应结束后停止通入甲烷，保持氢气和氩气的流量不变，控制降温速率为10℃/分钟降到400℃，然后自然冷却到室温，从而得到石墨烯多孔陶瓷材料。

一级、二级、三级石墨烯灭菌装置均为柱体，一级、二级、三级石墨烯净水装置也为柱体，并且它们的材质均为不锈钢、陶瓷或聚碳酸酯中的任意一种。

经上述工艺深度净化后的水体，取样后按《医疗机构水污染物排放标准》(GB18466-2005)检测各项指标，获得合格排放医疗净水。下表为应用本发明工艺的某传染病医院医疗污水净化后各项指标一览，各项指标均符合GB 18466-2005要求(新冠病毒国家尚无具体，本工艺净化后未检出)。

表1.本实施例工艺净化某传染病医院各医疗单元污水后技术指标表

实施例2

本实施例与实施例1相比，其不同之处在于：

一、医疗污水预处理工艺中

1、一级沉降池为长2m，宽1.5m，深1.6m的长方形池体，并且排污阀设于池体侧壁。

2、过滤装置3为直径20cm，长度10cm的柱状结构，一级石墨烯过滤网目数为15，二级石墨烯过滤网目数为40，三级石墨烯过滤网目数为90。

3、超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料用120目的玻璃纤维布包裹，其中，超顺磁性纳米粒子的材料为CoFe₂O₄，其平均粒径小于10nm。

二、新型冠状病毒等致病菌进一步灭杀工艺中

1、喷淋液存储罐5中存储有碱性离子水。

三、多重净化池中其他多重灭菌、降解化学需氧量净化工艺中

1、石墨烯灭菌剂11为氧化锌/氧化石墨烯；石墨烯降化学需氧量降解剂10 为磷钨酸/氧化石墨烯纳米复合材料

2、多重净化池7为长5m、宽3.5m、深3.0m的长方形池体，池体底部及侧壁有排污阀。

四、医疗污水深度净化工艺中

1、光催化降解装置12为透明陶瓷材质的柱状体，内部填充有用80目玻璃纤维布包裹的石墨烯光催化降解剂；石墨烯光催化降解剂为三氧化钨/氧化石墨烯。

2、二级石墨烯灭菌装置14中的石墨烯灭菌剂为溴氧化铋/氧化石墨烯，尺寸在5-150nm之间。

3、三级石墨烯灭菌装置15的填充物为2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)-石墨烯纳米复合材料。

4、一级石墨烯净水装置16中的重金属吸附石墨烯纳米复合材料为戊二醛偶联的氧化石墨烯纳米复合材料。

5、新冠病毒深度净化装置17为透明陶瓷材质的柱体，⁶⁰Co-γ辐照代表性辐射量为9kGY；减速筛网有6级，材质为不锈钢，孔径在20-60之间。

6、二级石墨烯净水装置18中的大比表面石墨烯纳米复合材料位三维大孔石墨烯纳米材料，其用200目的再生纤维布包裹。

7、石墨烯多孔陶瓷材料的制备过程中，第一步中的基材为碳化硼多孔陶瓷材料，第三步中通入的气体由甲烷更换为乙炔。

8、一级、二级、三级石墨烯灭菌装置以及一级、二级、三级石墨烯净水装置的材质为聚丙烯。

经上述工艺深度净化后的水体，取样后按《医疗机构水污染物排放标准》(GB18466-2005)检测各项指标，获得合格排放医疗净水。下表为应用本发明工艺的某传染病医院医疗污水净化后各项指标一览，各项指标均符合GB 18466-2005要求(新冠病毒国家尚无具体，本工艺净化后未检出)。

表2.本实施例工艺净化某传染病医院各医疗单元污水后技术指标表

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照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，但是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。

Claims (10)

1.处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，包括医疗污水收集输送装置，其特征在于：

至少两级沉降池，其中一级所述沉降池内设有次氯酸钠发生器；

过滤装置，所述过滤装置内设有至少三级石墨烯过滤网；

至少三级石墨烯灭菌装置，所述石墨烯灭菌装置内填充有超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料、或者石墨烯灭菌剂、或者石墨烯复合材料与灭菌剂的组合；

多重净化池，所述多重净化池内设有臭氧发生器、第一紫外发生装置、石墨烯化学需氧量降解剂、以及所述石墨烯灭菌剂，所述多重净化池外设有连通的喷淋液存储罐和超声波微纳米气泡发生器，所述超声波微纳米气泡发生器的喷头置于所述多重净化池内；

光催化降解装置，所述光催化降解装置内填充有石墨烯光催化降解剂；

新冠病毒深度净化装置，所述新冠病毒深度净化装置设有透明外壳，所述透明外壳外设有第二紫外发生装置及辐照装置；

至少三级石墨烯净水装置，所述石墨烯净水装置内填充有重金属吸附石墨烯纳米复合材料、或者大比表面石墨烯纳米材料、或者石墨烯多孔陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯净化系统，其特征在于：所述新冠病毒深度净化装置进水口处设有蠕动泵，内部设有至少三级减速筛网；所述辐照装置为⁶⁰Co-γ辐照装置，所述新冠病毒深度净化装置外设有计量辐照的剂量计。

3.根据权利要求2所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述石墨烯过滤网共三级，其目数逐渐增大，并且沿水流方向依次设于所述过滤装置内的前段、中段及后段。

4.根据权利要求1-3任一项所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述超顺磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合纳米材料中，超顺磁性纳米粒子的材料为γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄、Y₂O₃、MnZn、CoFe₂O₄中的任意一种或几种，其粒径小于10nm；

所述石墨烯灭菌剂为银/氧化石墨烯、银/铁酸钴/石墨烯、四氧化三铁/氧化石墨烯、氧化钇/石墨烯、氯氧化铋/石墨烯、溴氧化铋/氧化石墨烯、二氧化钛/氧化石墨烯、二氧化钛/银/氧化石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯中的任意一种或几种；

所述石墨烯复合材料与灭菌剂的组合可以为为氯球-石墨烯纳米复合材料、氯球接枝季铵季鏻盐固体杀菌剂、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因-石墨烯纳米复合材料、2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺-石墨烯纳米复合材料、1,3-二溴-5,5-二甲基海因-石墨烯纳米复合材料、2-溴-2-硝基-苯乙烯-石墨烯纳米复合材料、二溴乙酸苄酯-石墨烯纳米复合材料、溴化十二烷基二甲基苄基铵-石墨烯纳米复合材料、溴硝丙醇-石墨烯纳米复合材料、三溴苯酚-石墨烯纳米复合材料、4-溴-2,5-二氯苯酚-石墨烯纳米复合材料、1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷-石墨烯纳米复合材料、α-溴肉桂醛-石墨烯纳米复合材料、2-丁烯-1,4-二醇双(溴乙酸)酯-石墨烯纳米复合材料、2,2-二溴-2-硝基乙醇-石墨烯纳米复合材料、N-(4-溴-2-甲基苯基)氯乙酰胺-石墨烯纳米复合材料、2,2-二溴-3-氰基丙酰胺-石墨烯纳米复合材料、固体三元稳态二氧化氯-石墨烯纳米复合材料、高铁酸盐-石墨烯纳米复合材料、嘧菌酯-石墨烯纳米复合材料、乙磷铝-石墨烯纳米复合材料、高聚碘-石墨烯纳米复合材料中的任意一种或多种。所述石墨烯复合材料可以为石墨烯、氧化石墨烯、硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯纳米片、石墨烯纳米带、石墨烯纳米管、石墨烯纳米簇、石墨烯纳米纤维、石墨烯三维骨架材料、石墨烯量子点等中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1-3任一项所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述喷淋液存储罐中存储有纳米离子水、碱性离子水、碱性还原水，电解水、负离子水、氟化水中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述石墨烯化学需氧量降解剂为大比表面石墨烯、硼掺杂石墨烯、CoFe₂O₄/石墨烯氧化物纳米复合材料、硫酸亚铁/石墨烯纳米复合材料、膨润土/石墨烯纳米复合材料、蛭石/石墨烯纳米复合材料、蛇纹石/石墨烯纳米复合材料、二氧化钛/石墨烯纳米复合材料、氧化石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、氧化石墨烯/二氧化钛纳米带、氧化石墨烯/二氧化钛纳米管、石墨烯/二氧化钛纳米棒、磷钨酸/氧化石墨烯、三氧化钨/氧化石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯复合材料中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1-3任一项所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述石墨烯光催化降解剂为氧化石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、石墨烯/二氧化钛纳米颗粒、氧化石墨烯/二氧化钛纳米带、石墨烯/二氧化钛纳米带、氧化石墨烯/二氧化钛纳米管、石墨烯/二氧化钛纳米管、氧化石墨烯/二氧化钛纳米棒、石墨烯/二氧化钛纳米棒、磷钨酸/氧化石墨烯、磷钨酸/石墨烯、三氧化钨/氧化石墨烯、三氧化钨/石墨烯、氧化锌/氧化石墨烯、氧化锌/石墨烯、氧化亚铜/石墨烯、氧化亚铜/氧化石墨烯、钨酸铋/石墨烯、磷酸银/石墨烯、二硫化钼/石墨烯、四氧化三锰/氧化石墨烯中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1-3任一项所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于：所述重金属吸附石墨烯纳米复合材料为氧化石墨烯、羟基化石墨烯、羧基化石墨烯、壳聚糖修饰的氧化石墨烯、戊二醛偶联的氧化石墨烯、壳聚糖修饰的羟基化石墨烯、酸盐纳米管-氧化石墨烯、羟基磷灰石-氧化石墨烯、N-(三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酰氧化石墨烯、羟基化碳纳米管-氧化石墨烯、钛柱撑蒙脱土-氧化石墨烯、三氧化二铝-氧化石墨烯、聚合氯化铝-氧化石墨烯、聚羟基铝柱撑蛭石、聚羟基铝柱撑蛭石-氧化石墨烯、13X型分子筛、海藻酸钠-氧化石墨烯、EDTA-氧化石墨烯、聚酰胺-胺型树形大分子多孔硅胶、聚酰胺-胺型树形大分子-氧化石墨烯、N-(2,3-环氧丙基)亚氨基二乙酸改性氧化石墨烯中的任意一种；

所述大比表面石墨烯纳米材料为单层石墨烯纳米片、三维介孔石墨烯纳米材料、三维大孔石墨烯纳米材料、石墨烯气凝胶、石墨烯纳米纤维或石墨烯有机骨架复合纳米材料中的任意一种。

9.根据权利要求8所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统，其特征在于，所述石墨烯多孔陶瓷材料的制备过程如下：

S101、选择碳化硅或碳化硼多孔陶瓷材料作为基材；

S102、将所述基材经超声处理、二氯化铜或二氯化钴溶液梯度浸泡、提拉后真空干燥，再通过惰性气体氛程序升温，得到表面有金属膜的碳化硅或碳化硼多孔陶瓷材料原料；

S103、将步骤S102得到的原料放入化学气相沉积反应室密封，升温后通入甲烷或乙炔，并在氩气保护下调节氢气流量进行反应；

S104、反应结束后停止通入甲烷或乙炔，保持氢气和氩气的流量不变，降温冷却后得到石墨烯多孔陶瓷材料。

10.应用权利要求1-9任一项所述的处理含新冠病毒医疗污水的石墨烯纳米净化系统的工艺，其特征在于，医疗污水经收集后，依次经过以下处理步骤：

S201、一级所述沉降池沉降固体废物及悬浮物；

S202、所述过滤装置过滤处理；

S203、一级所述石墨烯灭菌装置进行初步灭菌；

S204、所述多重净化池初步灭杀新冠病毒、多重灭菌及降低化学需氧量；

S205、所述光催化降解装置光催化降解医疗污水中各种污染物；

S206、二级所述沉降池进一步沉降固体悬浮物及灭杀病菌和寄生虫；

S207、依次经过二级、三级所述石墨烯灭菌装置进一步灭菌；

S208、一级所述石墨烯净水装置处理重金属；

S209、所述新冠病毒深度净化装置进一步深度灭杀新冠病毒；

S2010、依次经过二级、三级所述石墨烯净水装置处理异味物质及重金属。

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