化學除油原理及除油廢水的處理學習文件編制單位：張運虎2011年8月化學除油原理及除油廢水的處理學習文件目 錄化學除油原理11概述12污垢種類及其吸附性23除油原理33.1皂化作用33.2乳化作用34除油廢水的處理技術54.1含油廢水的來源54.2油的狀態54.3含油廢水對環境的危害6張運虎編制I1 概述金屬材料經庫存防銹和各種加工過程，表面會粘附防銹油(脂)、潤滑油(脂)、拉延油、切屑油、拋光膏等油污，金屬屑、磨粒和灰塵等固體污垢及汗液和水溶性電解質。在涂漆之前，必須將其徹底除去，保證涂層有良好的附著力和防護性能。金屬表面的污垢，通常采用溶劑清洗、乳液清洗及水基清洗劑清洗。前兩者主要用于重油污表面的清洗，而作為金屬表面處理的連續化生產工藝，主要是采用水基脫脂劑來除油。這類清洗劑以表面活性劑為基礎，輔助以堿性物質和其它助劑配制而成。由于表面活性劑在清洗過程中起主導作用，必須對它的有關特性和作用有所了解。化學除油是利用熱堿溶液對油脂的皂化和乳化作用，將零件表面油污除去的過程。堿性溶液包括兩部分：一部分是堿性物質，如氫氧化鈉、碳酸鈉等；另一部分是硅酸鈉、乳化劑等表面活性物質。堿性物質的皂化作用除去可皂化油，表面活性劑的乳化作用除去不可皂化油。化學除油具有工藝簡單、操作容易、成本低廉、除油液無毒、不易燃等特點。但是常用的堿性化學除油工藝其乳化能力較弱，因此當零件表面油污中主要是礦物油時，或零件表面附有過多的黃油、涂料乃至膠質物質時，在化學除油之前先用機械方法或有機溶劑除去，這一工序不可疏忽在生產上化學除油主要用于預除油，然后再進行電化學除油將油脂徹底除盡。2 污垢種類及其吸附性污垢根據它在水中溶解性和吸附性可分成四種。 水溶性的無機物或有機物，像無機鹽、汗液等。 水不溶性無機物，像灰塵、氧化物、氧化鋁、二硫化鉬 和石墨等固體潤滑或磨光添加劑、磨粒及碳質吸附物，一般 稱之 固體污垢。 水不溶的非極性有機物，像潤滑油、凡士林、輕防銹油蠟等。 水不溶的極性有機物，像動植物油脂、脂肪酸皂、重防銹油等。按污垢形態分：有固態污垢和液態污垢二類。蠟和脂類固體或半固態污垢，需要高溫熔化才能除掉；碳質等微細顆粒聚集體的固體污垢，需要借助噴洗時的噴射作用力和添加專用助洗劑來清洗。液體污垢隨著粘度升高，油污的流動性變弱，清洗也變得更困難，在除油前用熱水預噴洗一下，有利于油污的洗凈。污垢在金屬表面的吸附，主要由化學吸附和物理吸附所致。具有反應性基團的極性污垢，在金屬表面產生化學吸附。這種粘附作用很強，污垢難除去。例如，金屬涂防銹油并長期存放時，受光、熱等環境因素影響，油品氧化在金屬表面形成樹脂狀化學吸附膜，必須靠強堿的皂化作用并輔助強的機械作用力才能洗凈。非極性的液態污垢，一般產生弱的物理附著，較容易除去。極性液態污垢由于偶極作用力產生較強的物理附著，單靠清洗劑也難除去，需借助機械噴射力來清洗。3 除油原理3.1 皂化作用皂化反應是皂化油與除油液中的堿性物質發生化學反應而生成肥皂和甘油的過程。當把帶有油污的制品放入堿性除油溶液時，由于發生上述皂化反應而使油污除去。一般動植物油的成分可用通式(RCOO)3C3H5表示，其中R為高級脂肪酸烴基，含l722個碳原子。油脂在熱堿液中發生的化學反應為：若R=17，即為硬脂酸鈉(肥皂)，硬脂酸鈉能溶于水，是一種表面活性劑，對油脂溶解起促進作用。3.2 乳化作用礦物油或其他不可皂化油是不能用堿皂化的，但它們在表面活性劑的作用下能被乳化而形成乳濁液而除去。乳化是使兩種互不相溶液體中的一種呈極細小的液滴分散在另一種液體中形成乳濁液的過程，具有乳化作用的表面活性物質稱為乳化劑。在化學除油中可采用陰離子型或非離子型表面活性劑，如硅酸鈉、硬脂酸鈉、OP乳化劑等。在除油過程中，首先是乳化劑吸附在油與溶液的分界面上，其中親油基與零件表面的油發生親和作用；而親水基則與除油水溶液親和。在乳化劑的作用下，油污對零件表面的附著力逐漸減弱，在流體動力因素共同作用下，油污逐漸從金屬零件表面脫離，而呈細小的液滴分散在除油液中，變成乳濁液，達到除去零件表面油污的作用。加熱和攪拌除油溶液都會加速油污進入溶液，因而可加大除油的速度，提高除油的效果，故在化學除油時，一般采用較高的溫度和攪拌措施，也可用超聲波來加速除油過程。金屬表面污垢極大部分是非極性的液態輕污垢。這類污垢一般采用中性或弱堿性的清洗劑除油。這類清洗劑的主要物質是表面活性劑。它的清洗過程是以表面活性劑的表面活性為主導作用，是表面活性劑的潤濕與滲透作用、乳化作用、分散作用和增溶作用的綜合體現。它的這種去污過程分為二個階段。首先，清洗液借助表面活性劑對金屬的潤濕、滲透作用，穿過油污層到達金屬表面，在那兒作定向吸附，并向油污金屬界面不斷滲入，使油污被從金屬表面剝離。這一過程稱之卷離。如果把均勻涂布油膜的金屬浸入清洗劑中，首先我們可以看到油膜呈網狀撕裂，進而分裂成細小碎片而脫離金屬表面。在卷離以后，被分裂的細小油污，被膠束增溶、乳化及分散進入溶液中。清洗過程示意圖如下圖：4 除油廢水的處理技術4.1 含油廢水的來源含油廢水的來源非常廣泛。除了石油開采及加工工業排出大量含油廢水外，還有固體燃料熱加工、紡織工業中的洗毛廢水、輕工業中的制革廢水、鐵路及交通運輸業、屠宰及食品加工以及機械工業中車削工藝中的乳化液等。其中石油工業及固體燃料熱加工工業排出的含油廢水為其主要來源。石油工業含油廢水主要來自石油開采、石油煉制及石油化工等過程。石油開采過程中的廢水主要來自帶水原油的分離水、鉆井提鉆時的設備沖洗水、井場及油罐區的地面降水等。石油煉制、石油化工含油廢水主要來自生產裝置的油水分離過程以及油品、設備的洗滌、沖洗過程。固體燃料熱加工工業排出的焦化含油廢水，主要來自焦爐氣的冷凝水、洗煤氣水和各種貯罐的排水等。4.2 油的狀態含油廢水中的油類污染物，其比重一般都小于1，但焦化廠或煤氣發生站排出的重質焦油的比重可高達1.1。油通常有三種狀態： 呈懸浮狀態的可浮油 如把含油廢水放在桶中靜沉，有些油滴就會慢慢浮升到水面上，這些油滴的粒徑較大，可以依靠油水比重差而從水中分離出來，對于石油煉廠廢水而言，這種狀態的油一般占廢水中含油量的6080左右。 呈乳化狀態的乳化油 這些非常細小的油滴，即使靜沉幾小時，甚至更長時間，仍然懸浮在水中。這種狀態的油滴不能用靜沉法從廢水中分離出來，這是由于乳化油油滴表面上有一層由乳化劑形成的穩定薄膜，阻礙油滴合并。如果能消除乳化劑的作用，乳化油即可轉化為可浮油，這叫破乳。乳化油經過破乳之后，就能用沉淀法來分離。 呈溶解狀態的溶解油，油品在水中的溶解度非常低，通常只有幾個毫克每升。4.3 含油廢水對環境的危害油污染的危害主要表現在對生態系統、植物、土壤、水體的嚴重影響。油田含油廢水浸入土壤孔隙間形成油膜，產生堵塞作用，致使空氣、水分及肥料均不能滲入土中，破壞土層結構，不利于農作物的生長，甚至使農作物枯死。為此，我國在1985年頒布的“B50841985”農田灌溉水質標準”規定，在一、二類灌區對水質的要求，石油類含量均不得大于10mgL。含油廢水(特別是可浮油)排入水體后將在水面上產生油膜，阻礙