張力文，戴 寧，楊瀟瀛，張鳳君，康金山，李龍輝

(1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130021;2.北京師范大學(xué) 水科學(xué)學(xué)院，北京 100875)

研究報(bào)告

表面活性劑洗脫含油污泥中的機(jī)油

張力文1，戴 寧2，楊瀟瀛1，張鳳君1，康金山1，李龍輝1

(1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130021;2.北京師范大學(xué) 水科學(xué)學(xué)院，北京 100875)

采用表面活性劑洗脫法去除含油污泥中的機(jī)油，考察了4種表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)以質(zhì)量濃度為100 mg/L吐溫80為洗脫劑、洗脫時(shí)間為4 h、洗脫溫度為25℃、溶液pH為6時(shí)，溶液中油質(zhì)量濃度最大，為1 293.68 mg/L，此時(shí)含油污泥中油的洗脫率為86.25%;無機(jī)離子的加入總體上減小了表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫作用，無機(jī)離子影響的大小順序?yàn)镕e3+＜F－＜Ca2+＜Na+。

含油污泥;表面活性劑;洗脫

含油污泥是指原油或成品油混入泥土或其他土壤介質(zhì)，油分不能直接回收而可能造成環(huán)境污染的多種形態(tài)的混合物。含油污泥一般是水包油、油包水型浮狀液以及懸浮固體組成的穩(wěn)定體系，脫水效果差，處理難度大，而且污泥成分和物理性質(zhì)受污水水質(zhì)、處理工藝、投加藥劑等因素影響，差異性也會(huì)更顯著;且含油污泥含有多環(huán)芳烴、重金屬等有害物質(zhì)，具有放射性污染［1］。含油污泥已經(jīng)被列入《國家危險(xiǎn)廢物目錄》中的廢礦物油類，必須對(duì)其進(jìn)行無害化處理。目前，國外技術(shù)己較成熟［2－3］，含油污泥的處理方法主要有:集中干燥焚燒法［4］、過濾法［5－6］、熱洗滌法［7－8］、溶劑萃取法［9］、微生物處理法［10］、表面活性劑沖洗法［11－12］等。焚燒法能耗高，可能存在粉塵、SO2等二次污染;過濾法處理油含量高的污泥，油回收率較低;熱洗滌法對(duì)溫度要求較高，難于處理乳化嚴(yán)重的含油污泥;溶劑萃取法工藝復(fù)雜，處理費(fèi)用高，適用范圍小;微生物處理法處理周期長。而表面活性劑沖洗法具有操作簡單、經(jīng)濟(jì)高效、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是土壤和地下水污染原位處理方法之一，主要利用膠束的增溶作用來提高非水相流體(NAPLs)污染物在土壤水中的溶解度，同時(shí)也可通過降低表面張力，提高NAPLs的運(yùn)移能力。

表面活性劑是指能夠顯著降低溶劑(一般為水)表面的張力或液－液界面的張力并具有親水親油雙重特性和特殊吸附性能的物質(zhì)［13－16］。早在1846年，有人對(duì)增溶作用就進(jìn)行了研究。在那之后，表面活性劑的增溶理論得到了較為廣泛的發(fā)展。但國內(nèi)關(guān)于表面活性劑清洗法方面的報(bào)導(dǎo)較少。

本工作采用人工配制的含機(jī)油污泥，對(duì)表面活性劑的選擇及清洗含油污泥除油效果的影響因素進(jìn)行研究，確定最佳實(shí)驗(yàn)條件，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

土樣:某花園土，鏟去表土，挖取土樣，去除根、枝、礫石等雜物，過40目篩，處理后的土樣置于烘箱內(nèi)，在105℃條件下烘至恒重，備用;實(shí)驗(yàn)油:市售機(jī)油，型號(hào)SAE 15W/40。

十二烷基苯磺酸鈉(SDBS):陰離子表面活性劑，臨界膠束濃度(CMC)為0.1%(質(zhì)量濃度約1 g/L);十二烷基硫酸鈉(SDS):陰離子表面活性劑，CMC 為 0.25%(質(zhì)量濃度約 2.5 g/L);吐溫80:非離子表面活性劑，CMC為0.001 3%(質(zhì)量濃度約0.013 g/L)，親水 －親油平衡值(HLB)為15.0;吐溫 20:非離子表面活性劑，HLB 為 16.7，能溶于水、稀酸、稀堿及多數(shù)有機(jī)溶劑;無水硫酸鈉:分析純，在馬弗爐內(nèi)300℃加熱2 h，冷卻后裝入磨口玻璃瓶中，干燥器內(nèi)保存;四氯化碳:分析純。

JDS－108U+型紅外分光測(cè)油儀:吉林北光儀器廠;HY－5型回旋振蕩器:江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;LG10－2.4A型離心機(jī):北京醫(yī)用離心機(jī)廠;DT202型電子天平:常熟市意歐儀器儀表有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 表面活性劑增溶實(shí)驗(yàn)

室溫下取0.50 g實(shí)驗(yàn)油，加入表面活性劑，自來水定容至50 mL，搖勻后靜置，取液面下清液進(jìn)行油質(zhì)量濃度的測(cè)定。

1.2.2 表面活性劑洗脫實(shí)驗(yàn)

取油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的含油污泥5.00 g，加入100 mL表面活性劑溶液，搖勻后用錫紙密封，置于回旋振蕩器上，在室溫條件下以150 r/min的速率振蕩4 h，然后在3 000 r/min的條件下離心15 min，取上清液進(jìn)行油質(zhì)量濃度測(cè)定。

1.2.3 洗脫效果影響因素實(shí)驗(yàn)

取油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的含油污泥5.00 g，加入100 mL表面活性劑溶液，用HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，攪拌均勻后，在一定溫度下置于搖床以150 r/min的速率振蕩洗脫一段時(shí)間，在3 000 r/min的條件下離心15 min，取上清液進(jìn)行油質(zhì)量濃度測(cè)定(實(shí)驗(yàn)另設(shè)平行實(shí)驗(yàn)，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性)。

1.3 分析方法

按文獻(xiàn)［17］測(cè)定溶液中油質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的增溶能力

表面活性劑由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可以很大程度地提高難溶有機(jī)物在水相中的溶解度，該作用即增溶作用。表面活性劑對(duì)溶液中油質(zhì)量濃度的影響見圖1。由圖1可見:當(dāng)表面活性劑質(zhì)量濃度小于100 mg/L時(shí)，陰離子型表面活性劑的增溶能力大于非離子型表面活性劑，但隨表面活性劑質(zhì)量濃度增大，非離子型表面活性劑吐溫80對(duì)油的增溶能力迅速提高;當(dāng)表面活性劑質(zhì)量濃度大于100 mg/L時(shí)，增溶能力大小順序?yàn)橥聹?0＞SDBS＞SDS＞吐溫20。

2.2 表面活性劑對(duì)含油污泥洗脫效果

表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫效果見圖2。由圖2可見:當(dāng)采用吐溫80為洗脫劑時(shí)，溶液中油質(zhì)量濃度最大;當(dāng)吐溫80質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí)，溶液中油的質(zhì)量濃度最大為1 246.68 mg/L，經(jīng)計(jì)算含油污泥中油的洗脫率可達(dá)83.11%。以下實(shí)驗(yàn)選用質(zhì)量濃度為100 mg/L的吐溫80為洗脫劑。

2.3 含油污泥洗脫效果的影響因素

2.3.1 洗脫時(shí)間對(duì)洗脫效果的影響

當(dāng)洗脫溫度為室溫(15℃)、溶液pH為7時(shí)，洗脫時(shí)間對(duì)洗脫效果的影響見圖3。由圖3可見:當(dāng)洗脫時(shí)間為4 h時(shí)，溶液中油的質(zhì)量濃度最大，溶液中油的質(zhì)量濃度達(dá)599.64 mg/L，洗脫效果最佳，此時(shí)含油污泥中油的洗脫率為39.98%;繼續(xù)延長洗脫時(shí)間，溶液中的油質(zhì)量濃度隨著時(shí)間的延長而減小。以下實(shí)驗(yàn)選擇洗脫時(shí)間為4 h。

2.3.2 洗脫溫度對(duì)洗脫效果的影響

當(dāng)溶液pH為7時(shí)，洗脫溫度對(duì)洗脫效果的影響見圖4。由圖4可見:隨著洗脫溫度升高，溶液中油的質(zhì)量濃度增大，對(duì)于非離子表面活性劑，溫度升高使其膠束聚集數(shù)明顯增加，對(duì)油的增溶量有一定程度的增大;當(dāng)洗脫溫度為25℃時(shí)，溶液中油的質(zhì)量濃度最大，溶液中油的質(zhì)量濃度達(dá)1 246.68 mg/L，洗脫效果最佳，此時(shí)含油污泥中油的洗脫率為83.11%。以下實(shí)驗(yàn)選擇洗脫溫度為25℃。

2.3.3 溶液pH對(duì)洗脫效果的影響

溶液pH對(duì)洗脫效果的影響見圖5。由圖5可見:當(dāng)溶液pH為6時(shí)，溶液中油的質(zhì)量濃度最大，為 1 293.68 mg/L，此時(shí)洗脫率為 86.25%;當(dāng)溶液pH繼續(xù)增大為中性時(shí)，洗脫率減小;當(dāng)溶液pH為堿性時(shí)，溶液中油的質(zhì)量濃度明顯降低，這是由于溶液pH增大，促進(jìn)了吐溫80的解吸和分散［18］，從而使其對(duì)油的吸附量減小，溶液中油的質(zhì)量濃度降低。

2.3.4 無機(jī)離子對(duì)洗脫效果的影響

在上述最佳實(shí)驗(yàn)條件下，無機(jī)離子對(duì)洗脫效果的影響見圖6。

由圖6可見，隨著無機(jī)離子與表面活性劑質(zhì)量比的增大，溶液中油質(zhì)量濃度逐漸減小，無機(jī)離子對(duì)洗脫效果消弱的大小順序?yàn)镕e3+＜F－＜Ca2+＜Na+;與不添加無機(jī)離子相比，加入無機(jī)離子對(duì)洗脫效果有很大的影響，總體上減小了表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫作用。

3 結(jié)論

a)本實(shí)驗(yàn)考察了4種表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫效果，在低表面活性劑濃度下，陰離子型表面活性劑的增溶能力均強(qiáng)于非離子型表面活性劑，但隨表面活性劑濃度的不斷增大，非離子型表明活性劑吐溫80對(duì)油的增溶能力迅速提高;當(dāng)表面活性劑質(zhì)量濃度大于100 mg/L時(shí)，表面活性劑增溶能力的大小順序?yàn)橥聹?0＞SDBS＞SDS＞吐溫20。

b)當(dāng)以質(zhì)量濃度為100 mg/L的吐溫80為洗脫劑、洗脫時(shí)間為4 h、洗脫溫度為25℃、溶液pH為6時(shí)，溶液中油質(zhì)量濃度最大，為1 293.68 mg/L，此時(shí)含油污泥中油的洗脫率為86.25%。

c)無機(jī)離子的加入總體上減小表面活性劑對(duì)含油污泥的洗脫作用，無機(jī)離子對(duì)洗脫效果的消弱影響的大小順序?yàn)镕e3+＜F－＜Ca2+＜Na+。

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Elution of Engine Oil from Oily Sludge Using Surfactant

Zhang Liwen1，Dai Ning2，Yang Xiaoying1，Zhang Fengjun1，Kang Jinshan1，Li Longhui1
(1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment，Ministry of Education，Jilin University，Changchun Jilin 130021，China;2.College of Water Science，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

Engine oil was removed from oily sludge by elution method with surfactant.The elution effects of 4 kinds of surfactants were studied.The experimental results show that:When Tween 80 with 100 mg/L of mass concentration is used as the eluant，the elution time is 4 h，the elution temperature is 25℃ and the solution pH is 6，the largest mass concentration of oil in the solution is 1 293.68 mg/L and the elution rate of oil in the oily sludge is 86.25%;The addition of inorganic ions will weaken the elution effect of surfactant on oily sludge as a whole，and the order of inorganic ion effects is Fe3+＜F－＜Ca2+＜Na+.

oily sludge;surfactant;elution

X53

A

1006－1878(2011)04－0289－04

2011－02－18;

2011－03－02。

張力文(1985—)，女，吉林省長春市人，碩士生，研究方向?yàn)樗幚怼ｋ娫?13844026036，電郵 zhangliwen_920@163.com。聯(lián)系人:張鳳君，電話 13504419365，電郵zhangfengjun@jlu.edu.cn。

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2008ZX07207－007－04);國家“十一五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2006BAJ08B09)。

(編輯 張艷霞)