一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置及方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置及该装置的使用方法。

背景技术：

有机废水一般指由造纸、纺织染印、皮革、食品工业加工过程排放的污水，由于含有大量的碳水化合物、蛋白质、油脂、表面活性剂、木质素、偶氮染料、多苯环化合物，成分复杂，有机物浓度高，不少有机物有较大毒性或异味，甚至致癌，对环境危害极大，有必要深入开发简便、高效、低成本的有机废水处理工艺。传统的萃取法、吸附法、超声波降解法在工艺成本、废水处理效率方面遭遇瓶颈。

石墨稀是世界上热导率最高的物质，导热系数高达5000w/m·k，是普通金属热导率的50～100倍，并且石墨稀的单层二维结构容易在基体中形成导热通道，是一种理想的提高热导率的填充物。经过设计的石墨烯膜材料在一定条件下，能辐射8～15微米的远红外线，并通过智能控温装置实现温度控制，具有温度可控，发热均匀特点，可有效应用于有机污水蒸发工艺中。

近年来，人们探索通过蒸发法进行有机废水处理，在工艺简便性、废水处理效率方面赢得认可，且可有效避免直接排放造成的严重的环境污染。人们采用强制循环形式蒸发器进行废水处理，但该方法传热效率较低，循环泵功率要求极大，能耗高、成本高，且需要较大可用空间去安装；传统卧式水平管降膜式蒸发器虽然换热系数相对较高，占用空间和能耗方面比较小，但发热不够均匀，容易造成局部过热或暴沸，导致有机物分解造成二次污染，且其在高浓度含盐有机废水介质条件下存在极易结垢的缺陷，无法得到有效和广泛的使用。如何节能、环保、高效的处理有机废水，成为目前业界的一大难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置及方法，以解决上述背景技术中提出的采用强制循环形式蒸发器进行废水处理，但该方法传热效率较低，循环泵功率要求极大，能耗高、成本高，且需要较大可用空间去安装；传统卧式水平管降膜式蒸发器虽然换热系数相对较高，占用空间和能耗方面比较小，但发热不够均匀，容易造成局部过热或暴沸，导致有机物分解造成二次污染，且其在高浓度含盐有机废水介质条件下存在极易结垢的缺陷，无法得到有效和广泛的使用问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置，包括蒸发釜、气体导管a和气体导管b，所述蒸发釜的内壁涂布有发热涂层，该发热涂层由内向外依次涂布有绝热层、石墨烯发热涂层和防溶剂涂层，所述蒸发釜的两侧分别设置有废水收集器a和废水收集器b，该废水收集器a的一侧设置有废气吸收塔a，废水收集器b的一侧设置有废气吸收塔b,所述蒸发釜上设置有搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌桨和搅拌棒，所述搅拌棒的一端与电机的传动轴连接，另一端延伸进蒸发釜内，并连接有搅拌桨，该搅拌桨的表面从内向外依次涂布有绝热层、石墨烯发热涂层和防溶剂涂层，该搅拌棒上还设置有智能温度控制器，所述蒸发釜的内底部固定有与蒸发釜外部连通的蒸发后固体废物排出阀，所述蒸发釜内还设置有内置传感器a和内置传感器b，所述蒸发釜的前表面开设有观察窗，所述蒸发釜和废水收集器a以及蒸发釜和废水收集器b的连接处分别设置有有机废水冷凝回收装置，所述有机废水冷凝回收装置包括磨口阀门a、直形冷凝管a、冷凝水进出口a、真空接受管a、磨口阀门b、直形冷凝管b、冷凝水进出口b和真空接受管b，所述直形冷凝管a和真空接受管a分别与冷凝水进出口a连接，该真空接受管a与废水收集器a的内部连通，该直形冷凝管a上连接有磨口阀门a，且磨口阀门a与蒸发釜的内部连通，所述直形冷凝管b和真空接受管b分别与冷凝水进出口b连接，该真空接受管b与废水收集器b的内部连通，该直形冷凝管b上连接有磨口阀门b，且磨口阀门b与蒸发釜的内部连通，所述废水收集器a的内底部固定有与废水收集器a外部连通的废水排出阀a，所述废水收集器a内为所收集废水a，所述废水收集器a和废气吸收塔a通过气体导管a连通，所述废气吸收塔a内放置有废气吸收材料a,所述废水收集器b的内底部固定有与废水收集器b外部连通的废水排出阀b，所述废水收集器b内还为所收集废水b，所述废水收集器b和废气吸收塔b通过气体导管b连通,所述废气吸收塔b内放置有废气吸收材料b。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述绝热层为聚对二甲苯、聚芳醚、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚喹啉、聚吡咯、石墨型梯形聚合物、菲绕啉类梯形聚合物中的任意一种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述防溶剂涂层为氟碳涂料、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚氨酯或改性聚氨酯纳米材料中的任意一种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述石墨烯发热涂层由石墨烯纳米材料-份、远红外辅料粉末-份、粘结剂-份、分散剂-份，其他助剂-份构成。

所述石墨烯纳米材料为石墨烯、氮掺杂石墨烯、硼掺杂石墨烯、氧化锰-石墨烯纳米材料、氧化锡/石墨烯纳米复合材料、二氧化钛/石墨烯纳米复合材料、石墨烯-碳纳米管复合材料中的任意一种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述粘结剂按如下方法制备而成：60-90℃下在搅拌条件下加入树脂，树脂与溶剂的质量比为1:4；待树脂完全浸润后，70-80℃下保温3-5小时，并趁热过滤即得。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述树脂为环氧树脂、聚酰胺树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、油性氯醚树脂、油性过氯乙烯树脂、油性氯醋树脂、纤维素树脂中的任意一种或按任意比例混合的多种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙酸正丁酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、松节油、松油醇、柠檬酸三丁酯中的任意一种。

本发明还公开了一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：在蒸发釜中，通过加料口加入待蒸发有机废水，待蒸发有机废水通过搅拌桨进行搅拌以使蒸发更为均匀，在搅拌过程中，待蒸发有机废水通过发热涂层进行可控加热，并通过内置传感器a、内置传感器b以及与之相连的智能温度控制器进行温度调节，蒸发温度范围在20-250℃之间，以达到可控有机废水蒸发所需温度；

步骤二：在发热涂层、搅拌桨表面均涂布有发热膜的情况下，其对有机废水的加热较为均匀，可实现有机废水的可控加热蒸发，蒸发釜底部设置蒸发后固体废物排出阀，方便将蒸发后固体废物及时清洗、清除，在蒸发釜上缘，高度2/3左右设置观察窗，可开启观察或直接取样用于检测有机废水蒸发情况，蒸发釜左右两侧各连接有一套有机废水冷凝回收装置，两套平行有机废水冷凝回收装置可在有机废水蒸发前期实现有机废水快速蒸发处理，后期则通过磨口阀门a、磨口阀门b开启或关闭操作,经有机废水冷凝交替操作，实现连续化有机废水蒸发；

步骤三：有机废水冷凝回收装置由左右两侧平行设置的直形冷凝管a、直形冷凝管b，与之配套的冷凝水进出口a、冷凝水进出口b，蒸发开始后将开启冷凝水，并视情况调节冷凝水水量大小，以及沿有机废水流向在直形冷凝管a、直形冷凝管b尾端连接的真空接受管a、真空接受管b，同样平行设置；所回收有机废水所收集废水a、所收集废水b，通过管路流入废水收集器废水收集器a、废水收集器b中；

步骤四：废气吸收塔a、废气吸收塔b与废水收集器a、废水收集器b之间通过气体导管a、气体导管b相连接，废气吸收材料a、废气吸收材料b为氧化石墨烯氢氧化钠分数液，废气吸收塔a、废气吸收塔b底部设置有磁力搅拌子及配套的磁力搅拌装置，便于有机废水蒸发后残留废气吸收更为完全。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)内置传感器及智能温度控制器控制石墨烯发热温度，并充分利用石墨烯发热膜智能控温远红外发热及发热均匀特点进行有机废水均匀、可控蒸发蒸发，降低蒸发能耗，避免有机废水局部过热分解造成二次污染；

(2)平行设置两组蒸发收集装置，并通过阀门自由切换可最大程度实现有机废水连续蒸发操作，提高有机废水蒸发工艺效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、蒸发釜；2、发热涂层；3、搅拌桨；4a、内置传感器；4b、内置传感器；5、蒸发后固体废物排出阀；6、待蒸发有机废水；7、搅拌棒；8、智能温度控制器；9、观察窗；10a、磨口阀门；10b、磨口阀门；11a、直形冷凝管；11b、直形冷凝管；12a、冷凝水进出口；12b、冷凝水进出口；13a、真空接受管；13b、真空接受管；14a、废水收集器；14b、废水收集器；15a、所收集废水；15b、所收集废水；16a、废水排出阀；16b、废水排出阀；17a、气体导管；17b、气体导管；18a、废气吸收塔；18b、废气吸收塔；19a、废气吸收材料；19b、废气吸收材料。

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，本发明提供一种技术方案：一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置，包括蒸发釜1、气体导管17a和气体导管17b，蒸发釜1的内壁涂布有发热涂层2，该发热涂层2由内向外依次涂布有绝热层、石墨烯发热涂层和防溶剂涂层，蒸发釜1的两侧分别设置有废水收集器14a和废水收集器14b，该废水收集器14a的一侧设置有废气吸收塔18a，废水收集器14b的一侧设置有废气吸收塔18b,蒸发釜1上设置有搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌桨3和搅拌棒7，搅拌棒7的一端与电机的传动轴连接，另一端延伸进蒸发釜1内，并连接有搅拌桨3，该搅拌桨3的表面从内向外依次涂布有绝热层、石墨烯发热涂层和防溶剂涂层，该搅拌棒7上还设置有智能温度控制器8，蒸发釜1的内底部固定有与蒸发釜1外部连通的蒸发后固体废物排出阀5，蒸发釜1内还设置有内置传感器4a和内置传感器4b，蒸发釜1的前表面开设有观察窗9，蒸发釜1和废水收集器14a以及蒸发釜1和废水收集器14b的连接处分别设置有有机废水冷凝回收装置，有机废水冷凝回收装置包括磨口阀门10a、直形冷凝管11a、冷凝水进出口12a、真空接受管13a、磨口阀门10b、直形冷凝管11b、冷凝水进出口12b和真空接受管13b，直形冷凝管11a和真空接受管13a分别与冷凝水进出口12a连接，该真空接受管13a与废水收集器14a的内部连通，该直形冷凝管11a上连接有磨口阀门10a，且磨口阀门10a与蒸发釜1的内部连通，直形冷凝管11b和真空接受管13b分别与冷凝水进出口12b连接，该真空接受管13b与废水收集器14b的内部连通，该直形冷凝管11b上连接有磨口阀门10b，且磨口阀门10b与蒸发釜1的内部连通，废水收集器14a的内底部固定有与废水收集器14a外部连通的废水排出阀16a，废水收集器14a内还为所收集废水15a，废水收集器14a和废气吸收塔18a通过气体导管17a连通，废气吸收塔18a内放置有废气吸收材料19a,废水收集器14b的内底部固定有与废水收集器14b外部连通的废水排出阀16b，废水收集器14b内为所收集废水15b，废水收集器14b和废气吸收塔18b通过气体导管17b连通,废气吸收塔18b内放置有废气吸收材料19b。

本实施例中，优选的，绝热层为聚对二甲苯、聚芳醚、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚喹啉、聚吡咯、石墨型梯形聚合物、菲绕啉类梯形聚合物中的任意一种。

本实施例中，优选的，防溶剂涂层为氟碳涂料、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚氨酯或改性聚氨酯纳米材料中的任意一种。

本实施例中，优选的，石墨烯发热涂层由石墨烯纳米材料10-30份、远红外辅料粉末5-8份、粘结剂30-50份、分散剂3-5份，其他助剂2-3份构成。

本实施例中，优选的，石墨烯纳米材料为石墨烯、氮掺杂石墨烯、硼掺杂石墨烯、氧化锰-石墨烯纳米材料、氧化锡/石墨烯纳米复合材料、二氧化钛/石墨烯纳米复合材料、石墨烯-碳纳米管复合材料中的任意一种。

本实施例中，优选的，粘结剂按如下方法制备而成：60-90℃下在搅拌条件下加入树脂，树脂与溶剂的质量比为1:4；待树脂完全浸润后，70-80℃下保温3-5小时，并趁热过滤即得。

本实施例中，优选的，树脂为环氧树脂、聚酰胺树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、油性氯醚树脂、油性过氯乙烯树脂、油性氯醋树脂、纤维素树脂中的任意一种或按任意比例混合的多种。

本实施例中，优选的，溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、乙酸正丁酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、松节油、松油醇、柠檬酸三丁酯中的任意一种。

一种基于石墨烯纳米技术的有机废水蒸发装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：在蒸发釜1中，通过加料口加入待蒸发有机废水6，待蒸发有机废水6通过搅拌桨3进行搅拌以使蒸发更为均匀，在搅拌过程中，待蒸发有机废水6通过发热涂层2进行可控加热，并通过内置传感器4a、内置传感器4b以及与之相连的智能温度控制器8进行温度调节，蒸发温度范围在20-250℃之间，以达到可控有机废水蒸发所需温度；

步骤二：在发热涂层2、搅拌桨3表面均涂布有发热膜的情况下，其对有机废水的加热较为均匀，可实现有机废水的可控加热蒸发，蒸发釜1底部设置蒸发后固体废物排出阀5，方便将蒸发后固体废物及时清洗、清除，在蒸发釜1上缘，高度2/3左右设置观察窗9，可开启观察或直接取样用于检测有机废水蒸发情况，蒸发釜1左右两侧各连接有一套有机废水冷凝回收装置，两套平行有机废水冷凝回收装置可在有机废水蒸发前期实现有机废水快速蒸发处理，后期则通过磨口阀门10a、磨口阀门10b开启或关闭操作,经有机废水冷凝交替操作，实现连续化有机废水蒸发；

步骤三：有机废水冷凝回收装置由左右两侧平行设置的直形冷凝管11a、直形冷凝管11b，与之配套的冷凝水进出口12a、冷凝水进出口12b，蒸发开始后将开启冷凝水，并视情况调节冷凝水水量大小，以及沿有机废水流向在直形冷凝管11a、直形冷凝管11b尾端连接的真空接受管13a、真空接受管13b，同样平行设置；所回收有机废水所收集废水15a、所收集废水15b，分别通过管路流入废水收集器废水收集器14a、废水收集器14b中；

步骤四：废气吸收塔18a、废气吸收塔18b与废水收集器14a、废水收集器14b之间通过气体导管17a、气体导管17b相连接，废气吸收材料19a、废气吸收材料19b为氧化石墨烯氢氧化钠分数液，废气吸收塔18a、废气吸收塔18b底部设置有磁力搅拌子及配套的磁力搅拌装置，便于有机废水蒸发后残留废气吸收更为完全。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其同物限定。