線棒濁環水中油測定影響因素探討

劉 燕， 馬建華

(1.河鋼集團邯鋼公司，河北 邯鄲 056000；2.邯寶能源中心，河北 邯鄲 056000)

引 言

邯鋼線棒泵站直冷循環水(濁環)回水，組分比較復雜，含大量的乳化油(石油類物質)、氧化鐵皮及多種重金屬物質，在進入工藝循環中或排放之前需要對其進行處理。其中，包括除油處理。泵站采用化學藥劑結合物理工藝進行除油，用簡單物理法或物理化學法處理。筆者所在化驗室采用紅外分光光度法對處理前、后水中油進行監測，該方法不受水樣中油品種限制，可準確地反映水中油類的污染情況，屬工業廢水油分析的最佳方法，為工藝提供可靠數據，用于指導生產。在此測定過程中，尤其是萃取前、萃取中兩階段，存在有很多影響萃取率的因素。筆者從幾個關鍵環節進行研究探討，首次提出在水樣預處理階段提高水溫的方法，區別于其他研究者建議的萃取過程中加熱方式，萃取劑用量增加至45 mL。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及儀器

四氯化碳(環保專用)，天津市化學試劑研究所有限公司；無水硫酸鈉，天津博迪化工股份有限公司；氯化鈉。

AE03型自動萃取器，北京華夏科創；01L480紅外分光測油儀，北京華夏科創；數顯示電熱恒溫水浴鍋，上海申光儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

實驗條件：鹽酸調節pH值約2，水樣溫度常溫(20 ℃左右)，萃取劑四氯化碳用量40 mL，一次性加入，萃取時間20 min，滯留時間10 min。

原理：利用油在水-四氯化碳2種溶劑中溶解度或分配系數的不同，借用外力使油從水中轉移到四氯化碳中，以四氯化碳作參比溶液，使用適當光程的比色皿，在2 466 nm處對萃取液進行掃描[1]。

2 結果與討論

2.1 水樣預熱溫度

邯鋼線棒泵站回水，乳化油占廢水含油25%左右。對回水采取破乳操作，即，在萃取之前要對動力學相對穩定的此類乳狀液(含油廢水)進行破乳，加入破乳劑鹽酸，酸化水樣，而后提高水樣溫度，加速其破乳，提高破乳效率。

水樣置于水浴鍋內，提高水樣溫度至規定值，進行下一步萃取。測定濁環出、回水油含量，每周3次，每次2組溫度，共監測1個月。縱向對比，取平均值，實驗結果見表1。

表1 不同溫度下濁環出、回水油測定結果及對比

實驗結果表明，提高水樣溫度，加熱破乳，萃取率增加，出水萃取率增加了25.7%，回水萃取率增加高達45.2%，含乳化油多的回水油萃取率增加幅度遠大于出水油萃取率。加入破乳劑后，提高溫度，改變液體的熱力學穩定性，溫度升高，乳狀液黏度降低，作為分散相的油運動速度加快，后續加入萃取劑，碰撞機率增大，易于聚合沉降，發生分層，從而提高了萃取率。但是，在萃取階段，水溫過高會加快四氯化碳與石油類物質的揮發速度，影響測定結果，所以溫度選擇40 ℃為佳。在水樣預處理階段，提高水溫，為下一步萃取工作提供了保障。提前加熱水溫，避免對四氯化碳直接加熱，降低其揮發性，并縮短了實驗人員與四氯化碳接觸時間，降低傷害[2]。

2.2 萃取時間

萃取劑用量、萃取時間與萃取率有直接關系，可在有限的萃取空間內，增加萃取劑與萃取液接觸機率，從而提高萃取率。其他實驗條件不變，逐步延長萃取時間，實驗分為3種萃取時間，每周3次，每次3次，測定濁環出、回水油含量，實驗結果見表2。

表2 不同萃取時間下濁環出、回水油測定結果

從實驗結果可知，適當增加萃取時間，萃取率相應增大，且趨于平穩。理論上分析，利用外力對油、水體系做功，延長做功時間，破壞兩者穩定性，利于四氯化碳從中萃取油，進而分離油、水。但這屬于可逆過程，即，較小油珠聚并形成較大油珠的同時持續對乳化液機械做功，較大油珠也在不斷破裂成小油珠，致使四氯化碳萃取率不再上升而趨于平穩。所以，萃取時間不宜過長，在20 min～30 min即可?？紤]工作效率，萃取時間20 nim為佳[3]。

2.3 萃取劑加入量及方式

國標規定萃取劑總用量40 mL。針對待測水樣特點，結合實際經驗，萃取劑用量從40 mL增加至45 mL，萃取率提高13%。改變一次性加入方式，同一種水樣，實驗分2項進行，一組、二組是一次性加入萃取劑，固定萃取時間為20 min，三組萃取2次，每次10 min，40 mL萃取劑分2次平均加入，實驗重復3次，取平均值，結果進行橫向對比，見表3。

表3 不同萃取劑用量下濁環出、回水油測定結果

萃取劑用量從40 mL增加至45 mL，萃取劑用量越大，萃取效果越好；回水中油的萃取率增幅約19%；在萃取劑用量固定條件下，適當增加萃取次數，多次萃取比一次萃取的萃取效率高，利用分配定律的關系，萃取次數越多，溶液中(水樣中)萃取物剩余量越少，萃取率越高。但從結果看，對于油含量較低的出水，增加萃取次數，萃取效率增幅不大。綜合考慮，針對本實驗室分析線棒濁環出、回水樣，萃取劑用量45 mL，萃取一次即可[4]。

3 結論

1) 此方法測定總油含量，所以未加硅酸鎂剝離動、植物油脂。

2) 本論文僅討論幾方面因素影響實驗結果的準確度，而對樣品的采集、藥劑的純度、實驗環境條件及儀器的穩定性等方面未加考慮敘述。

3) 在水樣預處理時，提高水溫，改變乳狀液的熱力學穩定性，降低液體外相黏度，增加油滴碰撞機率，為下一步萃取工作提供了保障。提前加熱水溫，還縮短了實驗人員與四氯化碳接觸時間，避免了對四氯化碳直接加熱，降低其揮發性。實驗證明，提高水溫的預處理，同樣也能提高萃取率。

4) 完成萃取后，對液體進行放氣，自然靜止10 min。從動力學角度分析，原體系被破壞后，需要一定時間去建立一個更加穩定的新體系，即CCl4-油與水之間新體系需要一定滯留時間，進行分層。數據說明，10 min滯留時間即可平穩。

5) 實驗結果顯示，在鹽酸酸化pH值約2、水浴調溫40 ℃、萃取時間20 min、萃取劑增加至45 mL、1次萃取、滯留時間10 min的條件下，進行標準油回收實驗，回收率高達94.6%。

參考文獻：

[1] 夏玉宇.化驗員實用手冊[M].北京：化學工業出版社，1992：82-84.

[2] 鄭書忠.工業水處理技術及化學品[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3] 國家環保局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2002：294-295.

[4] 金熙.工業水處理技術問答[M].北京：化學工業出版社，2005.