物理式油水分离技术的研究进展

朱威 1*，张瑜 1,王瑞 2

1. 天津渤海化学有限公司，天津， 300457；

2. 中科瑞丽分离科技无锡有限公司，江苏 无锡，214112

摘要：众多行业中会产生大量的含油废水。相比化学加药方式，物理方式进行油水分离可以实现油品回收，危废量少。目前物理类油水分离利用材料，可以去除水体中的浮油、分散油和乳化油。其中材料的利用方式以膜和填料的方式为主，膜材料主要是亲水性能，填料更多的是亲油功能。未来需要研究可以耐受渣质，通量高，性能稳定，成本低的材料。

关键词：含油废水；油水分离；亲水性；亲油性

中图分类号： T； X

The development of oil-water separation technology by physical method

ZHU Wei^1*; ZHANG Yu¹; WANG Rui²

(1. Tianjin Bohai Chemical Industry Company, Tianjin, 300457, China;

2. Cas-Realnm Separation Technology Company, Wuxi, Jiangsu, 214112, China)

Abstract：A large amount of oily wastewater is generated in the process of manufacturing in many industries. Comparing to the chemical dosing method, the physical method of oil-water separation can realize oil recovery and reduce the amount of hazardous waste. Presently, oil-water separation physically relys on functional materials to remove slick oil, dispersed oil and emulsified oil in water. Among them, the utilization of materials is mainly in the form of membranes and fillers. The membrane materials are mainly hydrophilic, and the fillers are lipophilic. In the future, it is necessary to make materials which can tolerate slag, be with high flux and low cost.

Key words: oily wastewater; oil water separation; hydrophilic; lipophilic

0前言

在石油石化、机械加工、化工制药等行业，每年都会产生高达数十亿吨的含油废水，这些废水都需要进行油水分离处理。如何使用高效率、低成本的方式来进行油水分离对企业显得尤为重要^[1]。

目前污水中油的存在方式有多种方式，根据油滴的粒径大小可以分为以下几类：浮油（80 μm以上）、分散油（5-80 μm）、乳化油（5 μm以下）和溶解油。一般溶解油含量很低，不做考虑，更多的是研究以油滴方式存在于水中的情况。现有油水分离的方法主要以物理和化学加药法为主。这些方法各有优缺点，化学加药方式适用范围广，但是会产生大量的危废，会带来二次污染，同时水体里面的油品也无法回收。物理方式针对特定领域有效，无需添加化学药剂，无二次污染，分离的油品可回收再次利用等优点^[2]，是行业重点关注的领域和未来的主流方向。

1不同状态油滴的去除方式

1.1 浮油去除

使用物理方式来进行油水分离的核心是功能材料。性能优异的材料配合合理的应用方法才会实现油水的高效快速分离。针对目前浮油的收集和分离，尤其是针对在水面上油品发生泄露的情况下，实现快速收集则显得尤为重要。传统的方式有机械隔油池，离心^[3]等方式，但占地面积大，效率低。新材料的出现则会将效率大大提高。这类材料主要是利用材料本身的亲油特性来进行，如穆磊等^[4]人开发的三维硅氧烷吸油海绵，可以实现只吸油不吸水，结合机械设备后可以实现吸附饱和后挤压除油然后继续吸附。国外，Markleen公司^[5]开发的浮油收集器，可以漂浮再水面上利用亲油材质做成的转鼓和毛刷不断旋转将水面上的油吸附，然后利用机械的方式将油刮下。这种方式可以实现连续收集，尤其以收集重质油为主。此外，也可以通过具有亲水特性的隔离膜来进行分离，如Masud Rana

^[6]等人开发的功能膜材料，水可以通过，大的油滴可以被进行隔离，进而实现油的聚集，从而可以被容易地收集起来。

1.2 分散油去除

针对分散油去除，由于油滴在水中的粒径更小，需要精度更高的材料。这种功能情况下，往往需要的是将材料中的油滴进行长大，根据Stokes公式^[3]，油滴沉降或上浮的时间会加速，这样就可以再工艺中进行分离收集，相比单纯的静置分离，效率会大大提高和占地面积则会大幅缩小。目前多采用机械填料为主材料包括波纹板，配合结构和设备来将最终的油滴进行高效分离。这类材料表面往往具有亲油特性，以实现将油滴黏附。如Sulzer公司的DC coalescer技术^[7]，利用特氟龙和金属丝编织的网可对30μm以上液滴的沉降时间进行缩短。另外就是利用微纳米气泡，国内很多厂家在做的纳米气泡，产生的气泡可以达到5μm以下，利用气泡上浮的过程中将油滴进行捕捉黏附，然后带到水面上来^[8]。分散油的去除大部分也伴随着乳化油的去除而一并被处理相对容易。

1.3 乳化油去除

针对乳化油的去除则是油水分离的难点，这主要由于油滴尺寸小，稳定，被捕捉的难度较大。根据该特点，相关的功能材料往往需要具有丰富的微纳米成尺度的结构以及合适的表面能。材料的结构可以是多样的，包括膜^[9]、填料、粉末^[10]等。以膜结构为主的破乳材料，往往材料表面具有亲水功能，利用孔径的优势将油滴进行拦截。如江雷课题组^[11]通过水热法制备了具有热响应性的改性尼龙膜。结合粗糙的结构，适当的孔径以及热敏性可湿性，该膜在LCST（约25 ℃）以下具有亲水性和水下超疏油性，可用于分离各种水包油型乳液。如Mohamadreza Shakiba等人^[12]通过开发聚丙烯腈/聚苯胺超亲水纳米纤维复合膜材料用于O/W乳液分离，分离研究表明，膜的有效除油率约为98.8％。结果证实了所获得的超亲水膜用于乳液分离的有效性能，使其成为从工业有机污染物中纯化水的潜在候选者。Saba Khodadousti等^[13]制备了具有防污和亲水特性的新型PES-（SiO₂-g-PMAA）膜，SiO ₂纳米颗粒的表面被胺基活化，并且通过原子转移自由基聚合将聚甲基丙烯酸（PMAA）接枝到NP的表面上。可用于水包油乳液的分离，经测试，膜的油去除率超过98％，并且NPs的修饰并不会降低其去除率。

还有一种思路就是依靠聚集吸附的方式，这种往往采用的就是具有亲油功能的填料或者粉末来进行。如Wang等人^[14]通过亲水性丙烯酸（PAA）与亲油性苯乙烯/二乙烯基苯（PS/DVB）之间的乳液界面聚合，然后将Fe₃O₄磁性纳米粒子选择性静电组装在Janus粒子的凸面上，制备出磁性Janus微球。Janus微球具有外亲水内部亲油的特性，结合其本身的微纳米尺寸，投入水中之后利用外部的亲水特性来进行均匀的分散，利用内部的亲油特性可以快速地将水体中的油滴进行捕捉，进过剧烈震荡60s后即出现明显的油水分层，之后外加一个磁场就能轻松将吸附满油滴的微球收集起来。已经进入实用化，应用范围较为广泛的如油水分离领域的专家型企业中科瑞丽分离科技无锡有限公司^[15]，利用的是聚集诱导油水分离技术，采用亲油类功能填料以及构造的错综复杂的弹性孔道，利用提高碰撞几率，对乳化油滴进行捕捉，聚集，最终实现油水分离。

2. 总结和展望

综上，目前国内外物理方式进行油水分离的方式材料较多，多以膜和填料的结构形式为主。在进行难度较大的乳化油去除过程中，通常的思路就是利用材料的特性使得油滴进行聚集，进而再进行分离。其中膜的方式往往材料更多的具有亲水疏油特性，同时利用孔径的筛分作用将油滴截留在膜的一面，形成高浓度的油滴密度，进而实现破乳；而采用填料的方式则是亲油疏水的方式，对油滴进行捕捉，进而实现聚集，进而实现破乳。在实际应用过程中，水中的环境比较复杂，而且往往含有渣质。亲水疏油特性的膜在这种情况下，需要预先除渣；相对来讲，亲油疏水填料的方式对渣质的耐受度要高很多。但是目前很多研究工作没有考虑除油过程中材料耐受渣质的影响、长期稳定性以及综合成本等方面的因素。综合考虑除油效果、耐受渣质程度、长期稳定性以及成本是研发工业化可用破乳材料的关键。

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[15] 中科瑞丽, www. cas-realnm.com

作者简介：朱威（1981-），男，汉族，内蒙古赤峰市，高级工程师，硕士，主要研究丙烷脱氢制丙烯整体工程工艺及下游高分子聚合相关工艺技术