TWI572401B - Oil and water separation device - Google Patents

Description

油水分離裝置

本發明是有關於一種油水分離裝置，特別是指一種具高親水性及高疏油性的油水分離裝置。

海洋約占地球面積的四分之三，擁有豐富而多樣且為人類不可或缺的資源，然而隨著人類的科技與經濟快速發展，對環境的開發及汙染不斷增加，使海洋生態遭受嚴重的衝擊，其中最常見的海洋汙染便是油汙洩漏汙染，除了常見的油輪擱淺而使所載原油外洩，或鑽油平台管線外洩之外，工廠排放含有汙油的工業廢水，也會因水循環而輾轉流入海洋而造成海洋油汙汙染。

目前處理油汙洩漏的主要方法有:就地燃燒、佈放攔油索(oil containment booms)、使用水面浮油收集設備(oil skimmers)，及使用油汙吸附材料吸取油汙等方式。目前常用於處理油汙外洩的吸油材料有:沸石(zeolites)、木棉(kapok)、活性碳(activated carbon)、二氧化矽(silicas)、親油性黏土(organophilic clays)以及人工合成高分子(synthetic polymer)，然而這些材料吸收速率較慢，從而降低油水分離效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種結構簡易且分離效果佳的油水分離裝置。

於是，本發明油水分離裝置，包含一容器，及一過濾件。該容器圍繞出一容置空間、一位於該容置空間下方且連通該容置空間的設置空間，及一位於該設置空間下方且連通該設置空間的通液口。該過濾件是設置於該容器之設置空間內，且該過濾件為高親水性及高疏油性的多孔性材質。

本發明之功效在於：由於該過濾件具高親水性及高疏油性，因此液體的水滴在接觸該過濾件表面後被吸收，並使油滴無法滲透該過濾件，而過濾件中的水分會由於重力的影響而向下流動，最後通過該通液口後完成過濾，分離效率佳且結構簡單。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明油水分離裝置1之第一實施例，包含一容器11，及一設置於該容器11內的過濾件12。該容器11圍繞出一容置空間111、一位於該容置空間111下方且連通該容置空間111的設置空間112，及一位於該設置空間112下方且連通該設置空間112的通液口113。該過濾件12是設置於該容器11之設置空間112內。該容置空間111是用以盛裝待分離之溶液，而該過濾件12是位於待分離溶液之下方，並透過重力過濾方式讓溶液通過該過濾件12而被過濾。當然，也可以透過抽水等方式將溶液連續地引入該容置空間111內，並經該過濾件12進行過濾。

在該第一實施例中，該過濾件12是以美耐皿(Melamine resin)製成的海綿，雖然美耐皿海綿在空氣中具有親水性及親油性，但根據楊格方程式(Young’s equation)，油滴於水中在一平坦表面的接觸角可用下列方程式表示:

其中γ _OA為油/空氣之介面張力，θ _OA為空氣中的油滴接觸角，γ _WA為水/空氣之介面張力，θ _WA為空氣中的水滴接觸角、γ _OW為油/水之介面張力、θ _OW為水中的油滴接觸角。一般來說，油與有機溶劑的表面張力小於水的表面張力，所以在空氣中展現親水特性的物質在水中會展現出疏油特性。當美耐皿海綿於水中與正己烷、正十六烷、異辛烷、甲苯、92 無鉛汽油以及柴油接觸時，油滴的接觸角皆是大於150度，故於水中美耐皿海綿具超疏油特性。

由於上述之緣故，因此在該第一實施例中，是先將該美耐皿海綿於水中浸泡10分鐘，再將海棉內的水分擠乾以製得該過濾件12。藉由前述的過程使該過濾件12中的氮氫基團(NH group)與水形成氫鍵作用，以在該過濾件12表面形成水膜，可有效阻擋油沾附。故該過濾件12在吸滿水之後可使油滴無法滲透而被阻擋於該容置空間111內，且被該過濾件12吸收的水分會受重力影響而向下流動，進而由該通液口113流出而達到油水分離之功效。

表一為該第一實施例對含有正己烷、正十六烷，以及異辛烷的水混合液分別進行連續分離之結果，由表一可知，濾液中的油含量是介於0.05~1.6ppm之間，流速介於79700~95000Lm ^-2h ^-1之間，可知其油水分離效果佳。

表一 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> 混合物 </td><td> 油含量(ppm) </td><td> 流速(Lm^-2h^-1) </td></tr><tr><td> 正己烷/水 </td><td> 1.6 </td><td> 95000 </td></tr><tr><td> 正十六烷/水 </td><td> 0.05 </td><td> 86700 </td></tr><tr><td> 異辛烷/水 </td><td> 0.273 </td><td> 79700 </td></tr></TBODY></TABLE>

該第一實施例透過重力過濾方式，以具親水性及疏油性的過濾件12對溶液進行油水分離，結構簡單且成本低，且分離效果佳。

參閱圖2，本發明油水分離裝置1之第二實施例大致上是與該第一實施例相同，不同之處在於：該過濾件12是先經一質子化步驟21，再經過一預潤濕步驟22。在該質子化步驟21中，是將美耐皿海綿於濃度1M的鹽酸中浸泡30分鐘，再以大量清水將鹽化後的美耐皿海綿沖洗至酸鹼值約為7，使美耐皿海綿質子化。在該預潤濕步驟22中，將美耐皿海綿於水中浸泡10分鐘，再將海棉內的水擠乾，以製得該過濾件12。

參閱圖3，是以該第二實施例對正十六烷及柴油的水混合溶液分別進行12小時連續過濾後之結果。由圖3中可知，所得濾液中的油含量皆低於0.4ppm， 說明該第二實施例可進行連續過濾，且油水分離能力仍佳。

參閱圖4，本發明油水分離裝置1之第三實施例大致上是與該第二實施例相同，不同之處在於：該過濾件12是先經一壓縮步驟23處理，再經該質子化步驟21及該預潤濕步驟22處理後而製得。

在該壓縮步驟23中，是先將美耐皿海綿壓縮至原始體積的6.83%，再進行該質子化步驟21及該預潤濕步驟22以製得該過濾件12。該第三實施例透過該壓縮步驟23，使該過濾件12的孔徑變小且堆疊更加緻密，故可對應油微胞直徑皆小於20微米的乳化液。以該第三實施例分別對正己烷、正十六烷，及柴油的水乳化液進行分離，可得分離後濾液中的油含量分別為1.88、0.275、2.87ppm，故該第三實施例可應用於工業廢水，以進行乳化液的油水分離，增加泛用性及排除率。需要特別說明的是，除了以壓縮方式外，也可在製造時透過製程使該過濾件12擁有較小的孔徑，以能對乳化液進行分離。

綜上所述，本發明油水分離裝置1透過重力過濾的方式來進行濾液，藉由具親水性及疏油性的過濾件12可有效分離油水，並可進行連續分離及應用於工業廢水等油水乳化液之分離，泛用性高且結構簡單，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧油水分離裝置

11‧‧‧容器

111‧‧‧容置空間

112‧‧‧設置空間

113‧‧‧通液口

12‧‧‧過濾件

21‧‧‧質子化步驟

22‧‧‧預潤濕步驟

23‧‧‧壓縮步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一側視圖，說明本發明油水分離裝置之一第一實施例； 圖2是一流程圖，說明本發明油水分離裝置之一第二實施例； 圖3是一折線圖，說明該第二實施例的分離結果；及 圖4是一流程圖，說明本發明油水分離裝置之一第三實施例。

1‧‧‧油水分離裝置

11‧‧‧容器

111‧‧‧容置空間

112‧‧‧設置空間

113‧‧‧通液口

12‧‧‧過濾件

Claims (6)

1. 一種油水分離裝置，包含：一容器，圍繞出一容置空間、一位於該容置空間下方且連通該容置空間的設置空間，及一位於該設置空間下方且連通該設置空間的通液口；及一過濾件，設置於該容器之設置空間內，且該過濾件是經浸水後再將內含水分擠出而製得的美耐皿海綿，為高親水性及高疏油性的多孔性材質。
2. 如請求項1所述的油水分離裝置，其中，該過濾件的油滴接觸角大於150度。
3. 一種油水分離裝置，包含：一容器，圍繞出一容置空間、一位於該容置空間下方且連通該容置空間的設置空間，及一位於該設置空間下方且連通該設置空間的通液口；及一過濾件，設置於該容器之設置空間內，且該過濾件是經鹽酸水溶液浸泡後再以清水沖洗，並在浸水後將內含的水分擠出而製得的美耐皿海綿，為高親水性及高疏油性的多孔性材質。
4. 如請求項3所述的油水分離裝置，其中，該過濾件的油滴接觸角大於150度。
5. 一種油水分離裝置，包含：一容器，圍繞出一容置空間、一位於該容置空間下方且連通該容置空間的設置空間，及一位於該設置空間下方且連通該設置空間的通液口；及 一過濾件，設置於該容器之設置空間內，且該過濾件是先經壓縮處理而使該過濾件的體積為原始體積的5至10%，接著以鹽酸水溶液浸泡後再以清水沖洗，並在浸水後將內含的水分擠出而製得的美耐皿海綿，為高親水性及高疏油性的多孔性材質。
6. 如請求項5所述的油水分離裝置，其中，該過濾件的油滴接觸角大於150度。