化学除油原理及除油废水的处理

介绍

金属材料经库存防锈和各种加工过程，表面会粘附防锈油(脂)、润滑油(脂)、拉延油、切屑油、抛光膏等油污，金属屑、磨粒和灰尘等固体污垢及汗液和水溶性电解质。在涂漆之前，必须将其彻底除去，保证涂层有良好的附着力和防护性能。

金属表面的污垢，通常采用溶剂清洗、乳液清洗及水基清洗剂清洗。前两者主要用于重油污表面的清洗，而作为金属表面处理的连续化生产工艺，主要是采用水基脱脂剂来除油。这类清洗剂以表面活性剂为基础，辅助以碱性物质和其它助剂配制而成。由于表面活性剂在清洗过程中起主导作用，必须对它的有关特性和作用有所了解。

化学除油是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用，将零件表面油污除去的过程。碱性溶液包括两部分：一部分是碱性物质，如氢氧化钠、碳酸钠等；另一部分是硅酸钠、乳化剂等表面活性物质。碱性物质的皂化作用除去可皂化油，表面活性剂的乳化作用除去不可皂化油。化学除油具有工艺简单、操作容易、成本低廉、除油液无毒、不易燃等特点。但是常用的碱性化学除油工艺其乳化能力较弱，因此当零件表面油污中主要是矿物油时，或零件表面附有过多的黄油、涂料乃至胶质物质时，在化学除油之前先用机械方法或有机溶剂除去，这一工序不可疏忽在生产上化学除油主要用于预除油，然后再进行电化学除油将油脂彻底除尽。

2污垢种类及其吸附性

污垢根据它在水中溶解性和吸附性可分成四种。

水溶性的无机物或有机物，像无机盐、汗液等。

水不溶性无机物，像灰尘、氧化物、氧化铝、二硫化钼 和石墨等固体润滑或磨光添加剂、磨粒及碳质吸附物，一般 称之 固体污垢。

水不溶的非极性有机物，像润滑油、凡士林、轻防锈油蜡等。

水不溶的极性有机物，像动植物油脂、脂肪酸皂、重防锈油等。

按污垢形态分：有固态污垢和液态污垢二类。蜡和脂类固体或半固态污垢，需要高温熔化才能除掉；碳质等微细颗粒聚集体的固体污垢，需要借助喷洗时的喷射作用力和添加专用助洗剂来清洗。液体污垢随着粘度升高，油污的流动性变弱，清洗也变得更困难，在除油前用热水预喷洗一下，有利于油污的洗净。

污垢在金属表面的吸附，主要由化学吸附和物理吸附所致。具有反应性基团的极性污垢，在金属表面产生化学吸附。这种粘附作用很强，污垢难除去。例如，金属涂防锈油并长期存放时，受光、热等环境因素影响，油品氧化在金属表面形成树脂状化学吸附膜，必须靠强碱的皂化作用并辅助强的机械作用力才能洗净。

非极性的液态污垢，一般产生弱的物理附着，较容易除去。极性液态污垢由于偶极作用力产生较强的物理附着，单靠清洗剂也难除去，需借助机械喷射力来清洗。

3除油原理

3.1皂化作用

皂化反应是皂化油与除油液中的碱性物质发生化学反应而生成肥皂和甘油的过程。当把带有油污的制品放入碱性除油溶液时，由于发生上述皂化反应而使油污除去。一般动植物油的成分可用通式(RCOO)3C3H5表示，其中R为高级脂肪酸烃基，含l7～22个碳原子。油脂在热碱液中发生的化学反应为：

若R=17，即为硬脂酸钠(肥皂)，硬脂酸钠能溶于水，是一种表面活性剂，对油脂溶解起促进作用。

3.2乳化作用

矿物油或其他不可皂化油是不能用碱皂化的，但它们在表面活性剂的作用下能被乳化而形成乳浊液而除去。乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程，具有乳化作用的表面活性物质称为乳化剂。在化学除油中可采用阴离子型或非离子型表面活性剂，如硅酸钠、硬脂酸钠、OP乳化剂等。在除油过程中，首先是乳化剂吸附在油与溶液的分界面上，其中亲油基与零件表面的油发生亲和作用；而亲水基则与除油水溶液亲和。在乳化剂的作用下，油污对零件表面的附着力逐渐减弱，在流体动力因素共同作用下，油污逐渐从金属零件表面脱离，而呈细小的液滴分散在除油液中，变成乳浊液，达到除去零件表面油污的作用。加热和搅拌除油溶液都会加速油污进入溶液，因而可加大除油的速度，提高除油的效果，故在化学除油时，一般采用较高的温度和搅拌措施，也可用超声波来加速除油过程。

金属表面污垢极大部分是非极性的液态轻污垢。这类污垢一般采用中性或弱碱性的清洗剂除油。这类清洗剂的主要物质是表面活性剂。它的清洗过程是以表面活性剂的表面活性为主导作用，是表面活性剂的润湿与渗透作用、乳化作用、分散作用和增溶作用的综合体现。它的这种去污过程分为二个阶段。

首先，清洗液借助表面活性剂对金属的润湿、渗透作用，穿过油污层到达金属表面，在那儿作定向吸附，并向油污金属界面不断渗入，使油污被从金属表面剥离。这一过程称之卷离。如果把均匀涂布油膜的金属浸入清洗剂中，首先我们可以看到油膜呈网状撕裂，进而分裂成细小碎片而脱离金属表面。

在卷离以后，被分裂的细小油污，被胶束增溶、乳化及分散进入溶液中。清洗过程示意图如下图：

4除油废水的处理技术

4.1含油废水的来源

含油废水的来源非常广泛。除了石油开采及加工工业排出大量含油废水外，还有固体燃料热加工、纺织工业中的洗毛废水、轻工业中的制革废水、铁路及交通运输业、屠宰及食品加工以及机械工业中车削工艺中的乳化液等。其中石油工业及固体燃料热加工工业排出的含油废水为其主要来源。

石油工业含油废水主要来自石油开采、石油炼制及石油化工等过程。石油开采过程中的废水主要来自带水原油的分离水、钻井提钻时的设备冲洗水、井场及油罐区的地面降水等。

石油炼制、石油化工含油废水主要来自生产装置的油水分离过程以及油品、设备的洗涤、冲洗过程。

固体燃料热加工工业排出的焦化含油废水，主要来自焦炉气的冷凝水、洗煤气水和各种贮罐的排水等。

4.2油的状态

含油废水中的油类污染物，其比重一般都小于1，但焦化厂或煤气发生站排出的重质焦油的比重可高达1.1。

油通常有三种状态：

呈悬浮状态的可浮油 如把含油废水放在桶中静沉，有些油滴就会慢慢浮升到水面上，这些油滴的粒径较大，可以依靠油水比重差而从水中分离出来，对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60％～80％左右。

呈乳化状态的乳化油 这些非常细小的油滴，即使静沉几小时，甚至更长时间，仍然悬浮在水中。这种状态的油滴不能用静沉法从废水中分离出来，这是由于乳化油油滴表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并。如果能消除乳化剂的作用，乳化油即可转化为可浮油，这叫破乳。乳化油经过破乳之后，就能用沉淀法来分离。

呈溶解状态的溶解油，油品在水中的溶解度非常低，通常只有几个毫克每升。

4.3含油废水对环境的危害

油污染的危害主要表现在对生态系统、植物、土壤、水体的严重影响。

油田含油废水浸入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长，甚至使农作物枯死。为此，我国在1985年颁布的“B5084—1985”农田灌溉水质标准”规定，在一、二类灌区对水质的要求，石油类含量均不得大于10mg／L。含油废水(特别是可浮油)排入水体后将在水面上产生油膜，阻碍大气中的氧向水体转移，使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。在滩涂还会影响养殖和利用。有资料表明，向水面排放一吨油品，即可形成5*106m2的油膜。

含油废水排人城市沟道，对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响，采用生物处理法时，一般规定石油和焦油的含量不超过50mg/L。