基于石墨烯海绵的油水分离设备的制作方法

1.本技术涉及污水处理设备技术领域，具体而言，涉及一种基于石墨烯海绵的油水分离设备。


背景技术：

2.油水分离主要是根据水和油的密度差或者化学性质不同，利用重力沉降原理或者其他物化反应去除杂质或完成油相和水相的分离。目前常用的油水分离方法主要有重力分离、离心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等。吸附分离是利用疏水亲油材料的特性，通过这些材料不断与含油污水进行接触，吸附污水中的油污从而实现油水分离。常规的吸附分离法存在吸附材料再生困难、除油效率低等不足。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种基于石墨烯海绵的油水分离设备，其能够改善现有的吸附分离方法所存在的吸附材料再生困难、除油效率低的问题。
4.本技术的实施例是这样实现的：
5.本技术的实施例提供了一种基于石墨烯海绵的油水分离设备，包括：
6.壳体，所述壳体内部具有腔室；
7.石墨烯基海绵填料，所述石墨烯基海绵填料设置于所述腔室内，且将所述腔室分隔为布水区和布气区，所述石墨烯基海绵填料所在区域为油水分离区；
8.所述布水区设有进水口和出油口，所述布气区设有出水口和进气口；
9.其中，污水能够从所述进水口进入所述腔室并穿过所述油水分离区后从所述出水口排出，所述进气口用于对所述石墨烯基海绵填料吹气，所述出油口用于排出所述腔室内的油污。
10.通过在腔室中设置石墨烯基海绵填料并形成油水分离区，当含油污水从布水区穿过油水分离区进入布气区时，所含的油污能够被大量吸附，在分离结束后，还可以通过进气口喷吹石墨烯基海绵填料，使得油污从石墨烯基海绵填料上分离，并从出油口排出。由于石墨烯基海绵填料可以反复使用，解决了再生困难的问题，并且由于可以反复使用，可以长时间使用，减少了更换吸附材料的时间，提升了除油效率，并且由于可以长期使用，总体的投资成本也被摊薄，更利于实际应用。
11.另外，根据本技术的实施例提供的基于石墨烯海绵的油水分离设备，还可以具有如下附加的技术特征：
12.在本技术的可选实施例中，所述布水区处于所述油水分离区的下侧，所述布气区位于所述油水分离区的上侧。
13.将布水区设置于油水分离区下侧，并将布气区设置于油水分离区上侧，污水可以逐渐在盈满腔室的同时将石墨烯基海绵填料浸满，从而能够使得石墨烯基海绵填料充分吸附油污。
14.在本技术的可选实施例中，所述基于石墨烯海绵的油水分离设备还包括网板，所述网板设置于所述石墨烯基海绵填料的下侧，以分隔所述油水分离区与所述布水区。
15.网板可以为石墨烯基海绵填料提供支撑，并且允许污水通过。
16.在本技术的可选实施例中，所述网板的孔径为5mm～50mm。
17.该孔径范围下的网板，可以满足对石墨烯基海绵填料的支撑和允许污水通过的功能。
18.在本技术的可选实施例中，所述网板的孔径为10mm～20mm。
19.通过进一步优选合适的孔径，使得网板上方能够填充更多的石墨烯基海绵填料，避免石墨烯基海绵填料掉落，实现了增加吸附的表面积，提升吸附能力。
20.在本技术的可选实施例中，所述石墨烯基海绵填料为亲油疏水的石墨烯基海绵，所述油水分离区的高度为49cm-51cm。
21.通过选择合适的高度，能够使得石墨烯基海绵填料形成的油水分离区一次过滤后就能够达到较为理想的过滤效果。
22.在本技术的可选实施例中，所述基于石墨烯海绵的油水分离设备还包括布气件，所述布气件分布于所述油水分离区上侧且布气范围覆盖所述油水分离区，所述进气口与所述布气件连通。
23.布气件可以引导气体均匀分布，以实现对石墨烯基海绵填料进行均匀地喷吹，使得石墨烯基海绵填料内的油污能够被吹走，以重复利用石墨烯基海绵填料。
24.在本技术的可选实施例中，所述壳体包括主体和挡板，所述腔室位于所述主体内，所述挡板与所述主体可拆卸连接且用于封挡所述腔室。
25.挡板可以封挡腔室，以便于对污水进行处理，而挡板设计成可拆卸结构，能够方便检修或者更换腔室内的零部件，或者定期更换石墨烯基海绵填料。
26.在本技术的可选实施例中，所述基于石墨烯海绵的油水分离设备还包括压力表，所述压力表连接于所述壳体且用于检测所述布气区的压力。
27.通过监测布气区的压力，能够获知对石墨烯基海绵填料的喷吹力度是否符合技术要求，有助于保障将吸附的油污吹脱。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本技术的实施例提供的基于石墨烯海绵的油水分离设备的示意图；
30.图2为基于石墨烯海绵的油水分离设备使用时的流程图。
31.图标：100-基于石墨烯海绵的油水分离设备；1-主体；2-鞍座；3-挡板；4-进水口；5-出油口；6-出水口；7-进气口；8-安全阀安装口；9-压力表安装口；10-网板；11-布水区；12-油水分离区；13-布气区；14-布气件；21-缓冲水罐；22-进水泵；23-中间排水槽；25-风机；26-进水管；27-出水管；28-出油管；29-进气管；30-进水阀；31-进气阀；32-出油阀；33-备用油水分离器；34-污油罐；35-后缓冲水罐。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.实施例
38.请参考图1，本技术的实施例提供了一种基于石墨烯海绵的油水分离设备100，包括：
39.壳体，壳体内部具有腔室；
40.石墨烯基海绵填料，石墨烯基海绵填料设置于腔室内，且将腔室分隔为布水区11和布气区13，石墨烯基海绵填料所在区域为油水分离区12；
41.布水区11设有进水口4和出油口5，布气区13设有出水口6和进气口7；
42.其中，污水能够从进水口4进入腔室并穿过油水分离区12后从出水口6排出，进气口7用于对石墨烯基海绵填料吹气，出油口5用于排出腔室内的油污。
43.简单而言，通过在腔室中设置石墨烯基海绵填料并形成油水分离区12，当含油污水从布水区11穿过油水分离区12进入布气区13时，所含的油污能够被大量吸附，在分离结束后，还可以通过进气口7喷吹石墨烯基海绵填料，使得油污从石墨烯基海绵填料上分离，并从出油口5排出。由于石墨烯基海绵填料可以反复使用，解决了可再生困难的问题，并且由于可以反复使用，可以长时间使用，减少了更换吸附材料的时间，提升了除油效率，并且由于可以长期使用，总体的投资成本也被摊薄，更利于实际应用。
44.具体的，本实施例的壳体包括主体1和挡板3，腔室位于主体1内，挡板3与主体1可拆卸连接且用于封挡腔室。
45.挡板3可以封挡腔室，以便于对污水进行处理，而挡板3设计成可拆卸结构，能够方
便检修或者更换腔室内的零部件，或者定期更换石墨烯基海绵填料。在主体1下方还设有鞍座2，可以保障主体1的稳定放置。
46.具体的，本实施例的布水区11处于油水分离区12的下侧，布气区13位于油水分离区12的上侧。
47.将布水区11设置于油水分离区12下侧，并将布气区13设置于油水分离区12上侧，污水可以逐渐在盈满腔室的同时将石墨烯基海绵填料浸满，从而能够使得石墨烯基海绵填料充分吸附油污。当然，布气区13和布水区11可以有其他的布设方式，比如沿着主体1的长度方向，从左到右分布，中间同样设置石墨烯基海绵填料。当左侧的布水区11灌入污水时，污水逐渐通过石墨烯基海绵填料，然后从布气区13流出。而出油口5同样可以设置于布水区11的下侧，方便压缩空气从右至左喷吹石墨烯基海绵填料之后，将油污排出。
48.当然，布气区13、布水区11以及油水分离区12的位置还可以有其他设置方式，只要能够实现油水分离且能够满足对石墨烯基海绵填料进行喷吹以再生利用的需求即可。
49.在本实施中，进水口4进入的污水，在壳体内的上升速度为0.001m/s～0.01m/s，优选地，上升速度为0.002m/s～0.005m/s。在缓慢上升的过程中，石墨烯基海绵填料可以和污水有充分的接触，并且有足够的吸附时间，将污水中的绝大部分油污吸附，完成油水分离。进水口4进入的污水可以是石油化工、食品加工、船舶运输等行业产生的含油污水，如油气田采出水、废润滑油再生生产水、食用油加工废水以及船舶的洗舱水、机舱水、含油压载水等。污水含油量为50～50000mg/l，悬浮物含量为0～1000mg/l。优选地，所述含油废水含油量为1000～20000mg/l，悬浮物含量不超过500mg/l。
50.具体的，本实施例的基于石墨烯海绵的油水分离设备100还包括网板10，网板10设置于石墨烯基海绵填料的下侧，以分隔油水分离区12与布水区11。网板10可以为石墨烯基海绵填料提供支撑，并且允许污水通过。
51.进一步的，本实施例的网板10的孔径为5mm～50mm。该孔径范围下的网板10，可以满足对石墨烯基海绵填料的支撑和允许污水通过的功能。通过进一步优选合适的孔径，使得网板10上方能够填充更多的石墨烯基海绵填料，避免石墨烯基海绵填料掉落，实现了增加吸附的表面积，提升吸附能力。比如，网板10的孔径可以优选为10mm～20mm。
52.本实施例的石墨烯基海绵填料为亲油疏水的石墨烯基海绵，油水分离区12的高度为49cm-51cm。一般而言，可以设置成50cm。通过选择合适的高度，能够使得石墨烯基海绵填料形成的油水分离区12一次过滤后就能够达到较为理想的过滤效果。亲油疏水的石墨烯基海绵的水接触角可达150
°
，能够有效排走水相，只吸附油相。
53.基于石墨烯海绵的油水分离设备100还包括布气件14，布气件14分布于油水分离区12上侧且布气范围覆盖油水分离区12，进气口7与布气件14连通。布气件14可以引导气体均匀分布，以实现对石墨烯基海绵填料进行均匀地喷吹，使得石墨烯基海绵填料上的油污能够被吹走，以重复利用石墨烯基海绵填料。布气件14可以采用管道制作，管道蜿蜒且均匀地盘绕在石墨烯基海绵填料的顶部，并开设有多个通气孔，管道与进气口7连通，可以将吹入的压缩空气送至各个通气孔，并对下方的石墨烯基海绵填料进行喷吹，可以基本将吸附的油污吹脱。在本实施例中，管道为穿孔曝气管。
54.基于石墨烯海绵的油水分离设备100还包括压力表，压力表连接于壳体且用于检测布气区13的压力。在壳体上设有压力表安装口9，以方便装配压力表。通过监测布气区13
的压力，能够获知对石墨烯基海绵填料的喷吹力度是否符合技术要求，有助于保障将吸附的油污吹脱。进一步的，进气口7进入的压缩气体的压力为m，满足0.1mpa≤m≤0.5mpa。进一步优选的是，满足0.15mpa≤m≤0.25mpa。当然，压力表是监测布气区13的压力，没有直接监测通气孔处的气体压力，具体的喷吹的压力可以通过调节风机25来实现。当压力表监测到布气区13压力达到某个范围时，说明此时风机25的功率符合喷吹要求。同时，压力表的监测作用也可以避免壳体内的压力过大而产生危险。当然，为避免压力过大，壳体上还设置有安全阀安装口8，可以装配安全阀，当压力表检测到壳体内的压力达到安全阈值时，安全阀可以自行排出气体，使得壳体内的压力得到降低，防止损坏。
55.本实施例的原理是：
56.请结合图2，进行油水分离时，缓冲水罐21内的待处理的含油污水通过进水泵22输送到基于石墨烯海绵的油水分离设备100，然后由下而上经过石墨烯基海绵填料构成的油水分离区12，油相被石墨烯基海绵填料吸附，水相由出水管27排出至后缓冲水罐35。
57.当石墨烯基海绵填料吸附达到饱和后，关闭进水泵22，将基于石墨烯海绵的油水分离设备100内的污水排放至中间排水槽23，关闭进水管26的进水阀30，打开进气管29的进气阀31、出油管28的出油阀32，启动风机25，压缩空气由进气管29进入基于石墨烯海绵的油水分离设备100，对石墨烯海绵填料进行吹脱处理，吹脱出的油相通过出油管28排出至污油罐34。
58.吹脱完成后，关闭风机25、进气阀31、出油阀32，打开进水阀30，启动进水泵22，继续进行油水分离。
59.此外，还可以设置多一个的基于石墨烯海绵的油水分离设备100作为备用油水分离器33使用。
60.使用该基于石墨烯海绵的油水分离设备100，可以对石油化工、食品加工、船舶运输等行业产生的含油污水，如油气田采出水、废润滑油再生生产水、食用油加工废水以及船舶的洗舱水、机舱水、含油压载水等进行油水分离处理。
61.以工厂废水为例，某厂60万吨丙烷脱氢装置废水，由石墨烯油水分离装置进行油水分离处理，填料采用石墨烯-聚氨酯海绵，滤料层高50cm，滤板孔径10mm，污水在装置内上升速度0.002m/s，处理前后水样分析结果如下表1。
62.表1油水分离设备除油效果
[0063][0064]
以实验室废水为例，实验室配置的含油废水，由石墨烯油水分离装置进行油水分离处理，填料采用石墨烯-聚氨酯海绵，滤料层高50cm，滤板孔径15mm，污水在装置内上升速度0.004m/s，处理前后水样分析结果如下表2。
[0065]
表2油水分离设备除油效果
[0066][0067]
通过实践可以看出，分离效果高，并且从上述操作过程可以看出，操作简单，并且通过实践，基于石墨烯海绵的油水分离设备100的占地面积也小，且石墨烯基海绵填料经过吹气再生之后能够多次重复利用，不引入其他化学杂质，运行能耗低，分离后的油相可回收再利用，石墨烯海绵填料的循环使用次数为500～3000次，整体的成本低，投资较之现有方法更低。
[0068]
综上所述，本技术的基于石墨烯海绵的油水分离设备100通过使用石墨烯基海绵填料形成油水分离区12，并将壳体内的腔室分隔成布水区11和布气区13，布水区11的含油污水可以在油水分离区12被分成水相和油相，水相通过布气区13的出水口6排出，油相被石墨烯基海绵填料吸附，当吸附饱和后，通过进气口7喷吹压缩空气，可以将石墨烯基海绵填料上的油污吹脱，并通过出油口5排出，以使得石墨烯基海绵填料能够再生利用，再生简单，并且除油效率高，成本低。
[0069]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。