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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源在人類生活中所占的比重越來越大。近年來，海洋石油資源的開采力度也在不斷加大，但因前期保護(hù)措施的不充分，造成石油泄漏事件時(shí)有發(fā)生。海洋油污染絕大部分來自人類活動(dòng)，其中主要為船舶運(yùn)輸、海上油氣開采及沿岸工業(yè)排污等。由于石油產(chǎn)地與消費(fèi)地的分布不均，世界年產(chǎn)石油的半數(shù)以上將通過油輪運(yùn)輸?shù)礁飨M(fèi)地。這就給占地球表面71%的海洋帶來了油污染的威脅。特別是油輪相撞、海洋油田泄漏等一系列突發(fā)性事件，更是給人類社會(huì)造成了難以估量的損失。近年來，僅僅在我國境內(nèi)發(fā)生的重大石油泄漏事故就高達(dá)多起，因其造成的經(jīng)濟(jì)損失與海洋環(huán)境污染更是觸目驚心。

每年海上溢油量約占世界總產(chǎn)量的0.5%，因航運(yùn)產(chǎn)生的石油污染物更是高達(dá)200萬噸，其中約1/3為海上油輪失事造成。我國每年海上溢油事故均超過500起，沿海地區(qū)海水含油量達(dá)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)6倍以上，海洋油污治理迫在眉睫。

傳統(tǒng)的油水分離技術(shù)主要有重力沉降法、液-液旋流法、氣浮法、吸附法、聚結(jié)法等。

傳統(tǒng)油水分離技術(shù)較注重浮油的清理，對(duì)環(huán)境造成的二次污染尚有欠缺。面對(duì)漏油造成的環(huán)境污染，必然會(huì)越來越受關(guān)注，發(fā)展新的漏油回收技術(shù)有望成為一個(gè)新的發(fā)展方向。近年來，隨著高分子薄膜、脂肪晶體、多孔疏水/親油材料（PHOMs）等新型高效的介質(zhì)運(yùn)用于油水分離，這類新型分離材料在外接泵的情況下，利用材料自身的疏水親油性能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的油水分離，在修復(fù)溢油的同時(shí)，還能進(jìn)行回收。傳統(tǒng)的做法是利用吸附材料吸附水面的油層，因此，吸附量受限于吸附材料自身的體積。新型分離材料可以很大程度上節(jié)約成本，油水分離效率更高，且不會(huì)造成二次污染。

1 傳統(tǒng)油水分離技術(shù)

油水分離過程大致可分為兩個(gè)步驟：
       （1）從油水混合液中提取原油的原油除水過程。

（2）從含油污水中去除油和其他雜質(zhì)的含油污水（含油率＜1%）處理過程。傳統(tǒng)分離技術(shù)利用油的密度比水小（油浮于水的上方），先通過重力沉降、離心旋轉(zhuǎn)或氣浮法實(shí)現(xiàn)初步分離，再結(jié)合波紋板或活性炭進(jìn)行二次分離。但儀器造價(jià)高、能源消耗量大且工作效率低，不適合大規(guī)模處理。

1.1 重力沉降法

重力沉降式油水分離法是利用油水密度差及不相溶性，在靜止或平衡流動(dòng)狀態(tài)下油滴會(huì)以Stokes進(jìn)行上浮。油滴上浮速度與油水兩相密度差和油滴粒徑平方成正比，所以傳統(tǒng)重力式分離器常通過結(jié)合波紋板對(duì)油滴的聚結(jié)作用增大油滴粒徑和在水中添加NaCl提高水相密度，增大油水兩相密度差，來提高油滴的上浮速度，從而提高分離效率。Pintor等通過測(cè)量植物煉油廠廢水分離過程中24h油脂和化學(xué)需氧量（COD）的濃度變化曲線，發(fā)現(xiàn)剛開始沉降時(shí)油脂和COD濃度下降非常快，在4h左右達(dá)到平衡，能夠去除廢水中58%～90%的油脂，COD可降低90%以上。但重力式分離設(shè)備體型龐大且造價(jià)昂貴，分離效率相對(duì)較低，一般不作為單獨(dú)的油水分離手段。

1.2 液-液旋流法

液-液旋流油水分離法也是借助油水兩相的密度差，在油水混合液以一定壓力進(jìn)入旋流器后，油水兩相由于受到不同程度的力，借助離心沉降作用達(dá)到分離目的。油滴粒徑與油水兩相密度差越大，越容易被分離。Xu等研究脫氣水力旋流器中氣泡聚結(jié)和破裂對(duì)分離效率的影響，當(dāng)氣泡直徑從30μm變到100μm時(shí)，分離效率從29.67%增加到99.53%。液-液旋流法經(jīng)過國內(nèi)外專家多年的研究，取得了重大進(jìn)展，正趨于成熟化規(guī)范化，在未來研究發(fā)展趨勢(shì)中，不僅要進(jìn)一步的改進(jìn)它的特性，如設(shè)備特性、介質(zhì)特性及操作特性，也要提高分離系統(tǒng)的工作效率。

1.3 氣浮法

氣浮油水分離法是向水中通入微氣泡（有時(shí)還需要加入浮選劑或混凝劑），微氣泡進(jìn)入水相后，使粒徑為0.25～25μm的油滴附著在氣泡上形成氣泡—油滴聚合體，這些聚合體在浮力作用下上升到液面，通過刮去表層泡沫實(shí)現(xiàn)油水分離。根據(jù)微氣泡產(chǎn)生的方式，氣浮法可細(xì)分為電解法、分散空氣法和加壓溶氣氣浮法。Al-Sabagh等采用溶氣氣浮法配合自制的乙氧基化破乳劑，研究pH、破乳劑濃度、進(jìn)給速度和飽和壓力等因素對(duì)從天然氣中提取凝析油的影響，得出在pH值=2、150mg/L的破乳劑濃度、0.1L/min的進(jìn)給速度和10psi的飽和壓力下，除油率高達(dá)99.9%。氣浮法的分離效率取決于氣泡與浮油的碰撞幾率，為了在較短的停留時(shí)間內(nèi)能與浮油充分接觸，須增大氣泡的比表面積。因此，怎樣實(shí)現(xiàn)微氣泡粒徑的減小將成為研究方向之一。

1.4 聚結(jié)法

聚結(jié)油水分離法可分為三個(gè)處理階段：

（1）懸浮油滴接近已附著于聚結(jié)器之上的油滴。

（2）懸浮油滴與聚結(jié)器之上的油滴相黏附。

（3）油滴體積增大到一定程度，從聚結(jié)器表面脫落。

波紋板提供了油水兩相來回流動(dòng)的曲折通道，使分散液滴產(chǎn)生聚結(jié)。油水混合物在板內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其中的小油滴在運(yùn)動(dòng)時(shí)聚結(jié)變大，通過潤(rùn)濕、吸附、聚結(jié)在波紋板的下表面形成油膜，沿表面脫落。Hou等對(duì)進(jìn)液分布器的形式和傾角進(jìn)行了研究。其試驗(yàn)結(jié)果表明，在各種角度中，45°傾角安裝時(shí)液流較為平穩(wěn)，而且此情況下液流寬度與容器寬度相當(dāng)，較好地利用了封頭處容器的空間，提高了容器的有效利用率和油水分離效率。在聚結(jié)過濾裝置的設(shè)計(jì)改造方面仍要加強(qiáng)，對(duì)影響設(shè)備流動(dòng)特性和分離特性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍要不斷創(chuàng)新，例如在入口、布液和集液等構(gòu)件上要減小液體的流動(dòng)阻力。

1.5 吸附法

吸附油水分離法是將表面具有活性的親油粉末投入油水乳液中破壞乳液穩(wěn)定，將浮油吸入其中后實(shí)現(xiàn)油水分離。活性炭?jī)?nèi)部含有大量孔隙結(jié)構(gòu)，其比表面積高達(dá)2000㎡/g，粉體活性炭是分離效果較好的吸附劑，在4、6、8m/h三種濾速下，吸附柱內(nèi)粒狀活性炭對(duì)機(jī)油的吸附量為其吸附飽和量的20%～30%，在投加量達(dá)到12mg/L時(shí)，水中除油率可達(dá)90%以上。馬偉等采用聚乙烯醇與甲醛反應(yīng)，結(jié)合發(fā)泡致孔法制備出三維網(wǎng)絡(luò)狀活性炭/有機(jī)復(fù)合材料。在工藝條件下吸附量達(dá)到活性炭的1.5倍左右，相對(duì)于粉末活性炭和塊體活性炭，所制柔性復(fù)合材料密度?。?.1977g/cm3），使用過程中可以完全漂浮在水面上，有利于吸附漂浮的油膜，方便回收再利用。傳統(tǒng)吸附法大多使用粉體活性炭，其分離效率固然較高，但從中回收漏油困難。因此，利用高分子泡沫基體承載粉體活性炭的復(fù)合技術(shù)，將成為制備新型分離材料的一種途徑。

2 新型油水分離技術(shù)

現(xiàn)基于高分子薄膜、脂肪晶體、多孔疏水/親油材料（PHOMs）的新型油水分離技術(shù)，可直接達(dá)到二次分離的效果，且基體材料體積小、成本低、效率高。其中基于PHOMs和外部泵的原位抽取分離技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)從水表面采集原位油。這種自我控制的集油系統(tǒng)不僅大量節(jié)省技術(shù)成本、制備工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，同時(shí)具有優(yōu)良的兩相分離和石油收集能力，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.1 膜分離法

膜油水分離技術(shù)是借助半透膜的選擇滲透作用，依據(jù)油水混合物中油滴分子的粒徑大小，在外加壓力或化學(xué)位差的推動(dòng)作用下對(duì)混合物中油相或水相進(jìn)行分離。按油滴在水中的粒徑大小劃分，可將其分為浮油（粒徑150μm），分散油（粒徑20-150μm），乳化油（粒徑＜20μm），溶解油（粒徑＜10μm）。

20世紀(jì)50年代以來，膜分離技術(shù)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，在含油污水處理中，微濾膜（MF）（≥0.1mm）、超濾膜（UF）（10～100nm）、納濾膜（NF）（1～10nm）和反滲透膜（RO）（≤1nm）技術(shù)的應(yīng)用越來越受到重視。常見的油水分離膜有超濾膜和微濾膜，均能截留乳化油及溶解油。Ullah等采用寬4μm、長(zhǎng)400μm的鎳膜去除水中原油，鎳膜在不同頻率的振動(dòng)下，其表面的剪切強(qiáng)度可變。測(cè)量結(jié)果表明，液滴運(yùn)動(dòng)程度與剪切強(qiáng)度成線性比例，分離效率高達(dá)92%。膜分離技術(shù)除以上兩種，還有一種復(fù)合膜，其將有機(jī)聚合材料與膜制造技術(shù)相結(jié)合。隨著科技的進(jìn)步，膜分離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不斷增加。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在精度高，易自動(dòng)化，局限在于膜本身，膜在壓力下不可避免地會(huì)被栓塞、污染、斷絲，必須定期清潔舒塞，后期運(yùn)營成本很高，且易二次污染。

2.2 冷凍/解凍法

冷凍/解凍油水分離法是利用水相中油相內(nèi)含有脂肪晶體，該脂肪晶體具有深入水相刺破水液滴界面膜的特性，使得液體易于聚結(jié)，再借助油的冰點(diǎn)低于水的特點(diǎn)，在溫度為-20～-10℃時(shí)實(shí)現(xiàn)油水分離。其要求混合液穩(wěn)定性高、連續(xù)相黏度大，并且工藝較繁瑣，因此其不適用于工業(yè)油水分離，而適用于食品工程中的油水乳狀物的破乳。

在北方地區(qū)，由于冬季低溫，生化處理的能耗非常高，且廢水中的有毒物質(zhì)會(huì)對(duì)微生物的處理效果產(chǎn)生不利影響。作為一種廢水處理方法，冷凍法已有多名學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究和探索。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)冷凍法對(duì)廢水的COD和色度有良好的去除效果。Mao等采用多級(jí)冷凍法處理含油廢水。在初始廢水中CODCr和p（NH3-N）分別為36400mg/L和73mg/L的條件下，經(jīng)過8級(jí)冷凍處理，CODCr和p（NH3-N）分別降至430mg/L和2mg/L，去除率分別可達(dá)98.82%和97.72%；在相同COD的條件下，p（NH3-N）較高時(shí)，COD去除率較高。由此可知，無機(jī)鹽離子（如NH4+）的存在有利于有機(jī)物的去除。相對(duì)于其他水處理方法，冷凍法在環(huán)境影響、能耗、可靠性等方面均有優(yōu)勢(shì)。冷凍/解凍法的局限在于周期長(zhǎng)，運(yùn)用液氮速凍技術(shù)又對(duì)破乳不利，只有乳珠生長(zhǎng)到足夠大尺寸時(shí)，才會(huì)在冷凍/解凍后徹底破乳、分相，達(dá)到理想分離效果。

2.3 原位抽取法

原位抽取法是在多孔疏水/親油材料（PHOMs）中插入一根導(dǎo)管結(jié)合外部泵抽取實(shí)現(xiàn)油水分離，這就要求材料具備一定的力學(xué)強(qiáng)度。其中PHOMs充當(dāng)了過濾器的作用，富集水中的油相，并通過導(dǎo)管收集油相。聚氨酯（PU）海綿開孔率高且具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和獨(dú)特的耐水、耐油、抗溶劑的特性，常規(guī)PU海綿內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)孔洞約為1.2～1.5mm，其表面粗糙，可通過化學(xué)噴涂、原位聚合等方法構(gòu)筑疏水表面制備出一種微型油水過濾器。Ge等將海綿浸泡于納米SiO2粒子改性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）中一定時(shí)間后取出，在室溫靜置固化后，得到一種多孔疏水/親油功能海綿。通過納米SiO2-PDMS將親水性內(nèi)表面修飾為憎水性，再結(jié)合外部泵的抽取能夠?qū)崿F(xiàn)的連續(xù)油水兩相分離。Ge等將0.02g疏水性納米二氧化硅與0.02g聚氟蠟（PFW）超聲分散在20mL乙醇中，立即將聚氨酯海綿放入上述溶液。5min后，取出海綿，在130℃下干燥0.5h，就得到一種親油疏水的功能海綿（對(duì)水的接觸角為142°、對(duì)油的接觸角為0°）。該功能海綿在吸收黏度不同的油相時(shí)具有較高的選擇性，并且在持續(xù)400個(gè)周期的壓縮試驗(yàn)后仍不失其優(yōu)良的疏水性能，具有耐久性、堅(jiān)固性和高彈性。王倡春通過石蠟微球改性硅橡膠，運(yùn)用原位聚合法將其修飾于PU海綿內(nèi)表面，形成三維互穿網(wǎng)絡(luò)型疏水/親油材料。利用該材料結(jié)合外部泵抽取，可實(shí)現(xiàn)從水表面連續(xù)收集浮油，突破了傳統(tǒng)油水分離材料吸附的局限，漏油收集效率得到較大提高。在油水兩相分離同時(shí)，還能修復(fù)溢油對(duì)環(huán)境與生態(tài)的傷害。材料自身價(jià)格便宜、制作成本低廉，可大規(guī)模生產(chǎn)，且無二次污染，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高。

三種油水分離技術(shù)比較如下：

油水分離過程：在PHOMs中間開一小孔，用導(dǎo)管將其與外部泵相連，將PHOMs置于油水混合物中，啟動(dòng)自吸泵即可不斷地向外抽取油相。

3 研究發(fā)展趨勢(shì)與展望

油水分離技術(shù)是處理海洋石油泄漏的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳統(tǒng)分離技術(shù)不能一次達(dá)到規(guī)定含油廢水的允許排放濃度（10mg/L），需將兩種及以上的技術(shù)相結(jié)合，如：波紋板聚結(jié)器（重力沉降法+聚結(jié)法）、浮升聚結(jié)器（氣浮法+聚結(jié)法）。膜分離、冷凍/解凍分離或原位抽取分離等新型油水分離技術(shù)可直接達(dá)到處理要求，其中基于PHOMs與外部泵的原位抽取分離技術(shù)，可持續(xù)地從水表面快速消除油膜（特別是薄的低黏度油），在處理海洋溢油以及工業(yè)油水分離領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的潛在應(yīng)用前景。利用疏水物質(zhì)進(jìn)一步改性PHOMs的基體材料，增強(qiáng)材料對(duì)油類物質(zhì)的選擇性，可進(jìn)一步地改善原位抽取分離技術(shù)的分離效果。因此，制備出成本低廉、無二次污染的超疏水/超親油PHOMs將是油水分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。