表面活性剂洗脱含油污泥中的机油

张力文，戴 宁，杨潇瀛，张凤君，康金山，李龙辉

(1.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130021;2.北京师范大学 水科学学院，北京 100875)

研究报告

表面活性剂洗脱含油污泥中的机油

张力文1，戴 宁2，杨潇瀛1，张凤君1，康金山1，李龙辉1

(1.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130021;2.北京师范大学 水科学学院，北京 100875)

采用表面活性剂洗脱法去除含油污泥中的机油，考察了4种表面活性剂对含油污泥的洗脱效果。实验结果表明:当以质量浓度为100 mg/L吐温80为洗脱剂、洗脱时间为4 h、洗脱温度为25℃、溶液pH为6时，溶液中油质量浓度最大，为1 293.68 mg/L，此时含油污泥中油的洗脱率为86.25%;无机离子的加入总体上减小了表面活性剂对含油污泥的洗脱作用，无机离子影响的大小顺序为Fe3+＜F－＜Ca2+＜Na+。

含油污泥;表面活性剂;洗脱

含油污泥是指原油或成品油混入泥土或其他土壤介质，油分不能直接回收而可能造成环境污染的多种形态的混合物。含油污泥一般是水包油、油包水型浮状液以及悬浮固体组成的稳定体系，脱水效果差，处理难度大，而且污泥成分和物理性质受污水水质、处理工艺、投加药剂等因素影响，差异性也会更显著;且含油污泥含有多环芳烃、重金属等有害物质，具有放射性污染［1］。含油污泥已经被列入《国家危险废物目录》中的废矿物油类，必须对其进行无害化处理。目前，国外技术己较成熟［2－3］，含油污泥的处理方法主要有:集中干燥焚烧法［4］、过滤法［5－6］、热洗涤法［7－8］、溶剂萃取法［9］、微生物处理法［10］、表面活性剂冲洗法［11－12］等。焚烧法能耗高，可能存在粉尘、SO2等二次污染;过滤法处理油含量高的污泥，油回收率较低;热洗涤法对温度要求较高，难于处理乳化严重的含油污泥;溶剂萃取法工艺复杂，处理费用高，适用范围小;微生物处理法处理周期长。而表面活性剂冲洗法具有操作简单、经济高效、适应性强等优点，是土壤和地下水污染原位处理方法之一，主要利用胶束的增溶作用来提高非水相流体(NAPLs)污染物在土壤水中的溶解度，同时也可通过降低表面张力，提高NAPLs的运移能力。

表面活性剂是指能够显著降低溶剂(一般为水)表面的张力或液－液界面的张力并具有亲水亲油双重特性和特殊吸附性能的物质［13－16］。早在1846年，有人对增溶作用就进行了研究。在那之后，表面活性剂的增溶理论得到了较为广泛的发展。但国内关于表面活性剂清洗法方面的报导较少。

本工作采用人工配制的含机油污泥，对表面活性剂的选择及清洗含油污泥除油效果的影响因素进行研究，确定最佳实验条件，为后续研究提供理论依据。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

土样:某花园土，铲去表土，挖取土样，去除根、枝、砾石等杂物，过40目筛，处理后的土样置于烘箱内，在105℃条件下烘至恒重，备用;实验油:市售机油，型号SAE 15W/40。

十二烷基苯磺酸钠(SDBS):阴离子表面活性剂，临界胶束浓度(CMC)为0.1%(质量浓度约1 g/L);十二烷基硫酸钠(SDS):阴离子表面活性剂，CMC 为 0.25%(质量浓度约 2.5 g/L);吐温80:非离子表面活性剂，CMC为0.001 3%(质量浓度约0.013 g/L)，亲水 －亲油平衡值(HLB)为15.0;吐温 20:非离子表面活性剂，HLB 为 16.7，能溶于水、稀酸、稀碱及多数有机溶剂;无水硫酸钠:分析纯，在马弗炉内300℃加热2 h，冷却后装入磨口玻璃瓶中，干燥器内保存;四氯化碳:分析纯。

JDS－108U+型红外分光测油仪:吉林北光仪器厂;HY－5型回旋振荡器:江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;LG10－2.4A型离心机:北京医用离心机厂;DT202型电子天平:常熟市意欧仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 表面活性剂增溶实验

室温下取0.50 g实验油，加入表面活性剂，自来水定容至50 mL，摇匀后静置，取液面下清液进行油质量浓度的测定。

1.2.2 表面活性剂洗脱实验

取油质量分数为3%的含油污泥5.00 g，加入100 mL表面活性剂溶液，摇匀后用锡纸密封，置于回旋振荡器上，在室温条件下以150 r/min的速率振荡4 h，然后在3 000 r/min的条件下离心15 min，取上清液进行油质量浓度测定。

1.2.3 洗脱效果影响因素实验

取油质量分数为3%的含油污泥5.00 g，加入100 mL表面活性剂溶液，用HCl或NaOH溶液调节pH，搅拌均匀后，在一定温度下置于摇床以150 r/min的速率振荡洗脱一段时间，在3 000 r/min的条件下离心15 min，取上清液进行油质量浓度测定(实验另设平行实验，以确保实验结果准确性)。

1.3 分析方法

按文献［17］测定溶液中油质量浓度。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂的增溶能力

表面活性剂由于其特殊的结构和性质，可以很大程度地提高难溶有机物在水相中的溶解度，该作用即增溶作用。表面活性剂对溶液中油质量浓度的影响见图1。由图1可见:当表面活性剂质量浓度小于100 mg/L时，阴离子型表面活性剂的增溶能力大于非离子型表面活性剂，但随表面活性剂质量浓度增大，非离子型表面活性剂吐温80对油的增溶能力迅速提高;当表面活性剂质量浓度大于100 mg/L时，增溶能力大小顺序为吐温80＞SDBS＞SDS＞吐温20。

2.2 表面活性剂对含油污泥洗脱效果

表面活性剂对含油污泥的洗脱效果见图2。由图2可见:当采用吐温80为洗脱剂时，溶液中油质量浓度最大;当吐温80质量浓度为100 mg/L时，溶液中油的质量浓度最大为1 246.68 mg/L，经计算含油污泥中油的洗脱率可达83.11%。以下实验选用质量浓度为100 mg/L的吐温80为洗脱剂。

2.3 含油污泥洗脱效果的影响因素

2.3.1 洗脱时间对洗脱效果的影响

当洗脱温度为室温(15℃)、溶液pH为7时，洗脱时间对洗脱效果的影响见图3。由图3可见:当洗脱时间为4 h时，溶液中油的质量浓度最大，溶液中油的质量浓度达599.64 mg/L，洗脱效果最佳，此时含油污泥中油的洗脱率为39.98%;继续延长洗脱时间，溶液中的油质量浓度随着时间的延长而减小。以下实验选择洗脱时间为4 h。

2.3.2 洗脱温度对洗脱效果的影响

当溶液pH为7时，洗脱温度对洗脱效果的影响见图4。由图4可见:随着洗脱温度升高，溶液中油的质量浓度增大，对于非离子表面活性剂，温度升高使其胶束聚集数明显增加，对油的增溶量有一定程度的增大;当洗脱温度为25℃时，溶液中油的质量浓度最大，溶液中油的质量浓度达1 246.68 mg/L，洗脱效果最佳，此时含油污泥中油的洗脱率为83.11%。以下实验选择洗脱温度为25℃。

2.3.3 溶液pH对洗脱效果的影响

溶液pH对洗脱效果的影响见图5。由图5可见:当溶液pH为6时，溶液中油的质量浓度最大，为 1 293.68 mg/L，此时洗脱率为 86.25%;当溶液pH继续增大为中性时，洗脱率减小;当溶液pH为碱性时，溶液中油的质量浓度明显降低，这是由于溶液pH增大，促进了吐温80的解吸和分散［18］，从而使其对油的吸附量减小，溶液中油的质量浓度降低。

2.3.4 无机离子对洗脱效果的影响

在上述最佳实验条件下，无机离子对洗脱效果的影响见图6。

由图6可见，随着无机离子与表面活性剂质量比的增大，溶液中油质量浓度逐渐减小，无机离子对洗脱效果消弱的大小顺序为Fe3+＜F－＜Ca2+＜Na+;与不添加无机离子相比，加入无机离子对洗脱效果有很大的影响，总体上减小了表面活性剂对含油污泥的洗脱作用。

3 结论

a)本实验考察了4种表面活性剂对含油污泥的洗脱效果，在低表面活性剂浓度下，阴离子型表面活性剂的增溶能力均强于非离子型表面活性剂，但随表面活性剂浓度的不断增大，非离子型表明活性剂吐温80对油的增溶能力迅速提高;当表面活性剂质量浓度大于100 mg/L时，表面活性剂增溶能力的大小顺序为吐温80＞SDBS＞SDS＞吐温20。

b)当以质量浓度为100 mg/L的吐温80为洗脱剂、洗脱时间为4 h、洗脱温度为25℃、溶液pH为6时，溶液中油质量浓度最大，为1 293.68 mg/L，此时含油污泥中油的洗脱率为86.25%。

c)无机离子的加入总体上减小表面活性剂对含油污泥的洗脱作用，无机离子对洗脱效果的消弱影响的大小顺序为Fe3+＜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。

张力文(1985—)，女，吉林省长春市人，硕士生，研究方向为水处理。电话 13844026036，电邮 zhangliwen_920@163.com。联系人:张凤君，电话 13504419365，电邮zhangfengjun@jlu.edu.cn。

国家水体污染控制与治理科技重大专项基金资助项目(2008ZX07207－007－04);国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAJ08B09)。

(编辑 张艳霞)