人们日常生产生活中对含油废水的排放以及溢油事故的频繁发生,不仅造成了严重的生态危机和经济损失,还对人类健康存在巨大的安全隐患。因此,探索一种连续高效的油水分离新技术一直是国内外研究的重点。近年来,特殊润湿性材料以其独特的优势在油水分离领域的应用越来越受关注。因此,很多研究者将研究重心放在特殊润湿性油水分离材料的研发,并研究出了很多很有价值的特殊润湿性油水分离材料。然而,如何能够有效结合相反特殊润湿性材料来实现油水混合液的连续、大批量、高效率的分离以及对乳化程度较高的难以处理的含油废水的处理一直是科研工作者努力的方向。因此,本文利用两种具有相对特殊润湿性石英砂滤料针对油水混合液与乳化含油废水分别设计了两种处理方法。具体内容如下:(1)油水混合液的分离。设计了一种双向连续油水分离装置,其结构是由两个具有相对特殊润湿性的颗粒滤料填充的两个水平滤柱,两个滤柱共用一个进液腔。当油水混合物被分离时,混合物中的两相(油相和水相)可以流经一个选择性过滤柱,而不能流经另一个,从而实现油水混合物的连续高效分离。油水分离装置对不同油水混合液分离性能实验结果表明,五种油水混合物(石油醚、发动机油、柴油、环己烷和二氯甲烷)的分离效率均在99.4%以上。并且五种油水混合液的渗透系数受到液体的性质(如密度、粘度)的影响,其对应的渗透系数也相差较大,例如石油醚的粘度最小对应的渗透系数最大为13.13 m/h。而由于机油粘度太大,大约是石油醚的350倍,因此渗透系数很小,只有0.034±0.001 m/h。轻/重质油水连续分离实验结果表明,两种轻/重质油水混合物(柴油为轻油,二氯甲烷为重油)分别连续分离45 L油水混合液后。油水分离效率均大于99.4%。柴油和二氯甲烷均侵入超亲水性柱两次,超亲油性柱被水侵入3次,二氯甲烷/水混合物侵入1次。通过反冲洗后油水分离装置的分离效率又可以恢复至99.4%。滤料粒径对油水分离装置的实验结果表明,滤料粒径大小与渗透系数呈正比关系而与分离效率呈反比关系。但是粒径越大,疏液入侵的风险也会随之增加。例如,等效粒径为0.25mm时,亲水侧分离量为15L时才出现油入侵。而等效粒径为0.99mm时,亲水侧分离量仅为0.5L时便出现油入侵。滤柱长度对油水分离装置性能影响的实验结果表明,滤柱长度的增加,会提高油水分离效率的同时,也会降低疏液入侵的风险。但是,滤柱长度的增加又会导致出水速率降低。因此,通过实验数据分析,建议滤料的等效粒径控制在0.6 mm左右,滤柱长度控制为10 cm时,该油水分离装置即能实现连续、高效以及大批量地油水分离。(2)含油废水的处理。通过构建超亲水水下超疏油滤料与超疏水超亲油滤料六种比例的混合滤床(超亲水滤料占比分别为0%、20%、40%、60%、80%以及100%)过滤处理含油废水。利用毛细上升法和接触角仪直接测定法对混合滤床的润湿性进行两种方法的测定。然后对两种方法的测定结果进行线性拟合后,得出R~2为0.9969,说明两种测试结果准确可信。其次,混合滤柱润湿性与其超亲水水下超疏油滤料含量占比用二次曲线拟合后R~2为0.9992,发现滤料的润湿性与超亲水滤料所占比重呈二次曲线关系,其原因还需进一步研究。通过滤速对混合滤床除油性能影响实验可知,滤速的大小对混合滤床的除油率有很大影响。这是因为流速增加后,滤料孔隙内水流剪切力增加,使得水中的微小油珠附着在超亲油滤料表面的可能性降低,导致出水中油去除率降低。另外,滤速的增加也直接导致水头损失的增加,通过数据分析发现,特殊润湿性表面与滤速对液体流动阻力也会产生耦合影响。此外,滤速对品质因子影响明显,滤速越小,品质因子越大。说明滤速对渗透系数的影响程度小于对除油效率的影响程度。通过滤料粒径对混合滤床除油性能影响的实验结果表明,除油效率与滤料粒径基本呈反比关系,即滤料的粒径越小,对应油去除效率越高。而渗透系数随着滤料粒径的增大而增大,这是因为更大的粒径具有更大的孔隙半径,导水能力更强。说明在渗透系数方面,粒径与润湿性不会产生耦合作用。此外,滤料粒径对品质因子的影响也不太明显。通过滤床高度对混合滤床除油性能影响的实验结果表明,相同条件下,滤床高度与除油率呈正比关系。即滤床高度越大,对应的油去除率也越大。此外,由于渗透系数与滤床高度无关,所以在渗透系数方面,床深与润湿性不会产生耦合作用。滤床深度对品质因子影响比较明显,床深越小,品质因子越大。滤床的水头损失与床深成正比,但是在过滤初期,主要是滤床的上部分起到过滤作用,滤床的除油效率不会随着床深呈比例的上升。总之,通过两种相反特殊润湿性滤料的不同组合方式,有效的实现了油水混合液的分离以及含油废水的去除,为油水分离领域中的实际应用提供了新方案。