邢晨　宣耀文　黃鈺烯　趙雪涵

問題的由來

生活中我們常常會(huì)遇到油水分離的問題。比如煲的雞湯、老鴨湯，湯的表面總會(huì)漂著一層油，現(xiàn)在的人們又講究健康，不想攝入過多的脂肪，因此我們在盛湯時(shí)總要用湯勺將表面的油撇開后再盛入碗中；家中做菜剩下的不能食用的廢油，通常是直按倒入下水道，造成污染。工業(yè)生產(chǎn)中使用到油水分離的地方就更多了，如污水處理、汽油提純等等?，F(xiàn)有的油水分離設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積也較大，不適合家用，為此我們想研制一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小且易操作的油水分離器。

原理及準(zhǔn)備

油水分離器就是將油和水分離的設(shè)備，從機(jī)理上，主要分為油中除水分離器和水中除油分離器；從用途上，主要分為工業(yè)級(jí)油水分離器、商用油水分離器和家庭油水分離器幾種；從分離原理上，分有膜過濾油水分離器、選用親油性材料的油水分離器、比重不同分層的無動(dòng)力油水分離器、藥理作用的破乳油水分離器。油水分離器主要應(yīng)用在石化工業(yè)、汽車工業(yè)、污水處理工業(yè)等。

油水分離的方法較多，有物理分離法、化學(xué)分離法、電浮分離法等。

物理分離法是利用油和水的密度不同，或過濾吸附等物理現(xiàn)象使油水分離的方法。它的主要特點(diǎn)是不改變油的化學(xué)性質(zhì)而將油水分離，主要包括重力分離法、過濾分離法、聚結(jié)分離法、氣浮分離法、吸附分離法、超濾膜分離法及反滲透分離法等。

化學(xué)分離法是向含油污水中投放絮凝劑或聚集劑達(dá)到油水分離的一種方法。其中，絮凝劑可使油凝聚成凝膠體而沉淀，聚集劑則使油凝聚成膠體使其上浮。

電浮分離法是把含油污水放入裝有電極的艙柜中，利用電解產(chǎn)生的氣泡在上浮過程中附著油滴而加以分離，從而實(shí)現(xiàn)油水分離的方法，實(shí)際上是一種物理化學(xué)分離方法。此外，乳化油可用活性污泥法（生物化學(xué)法）分離。

分析

以上提到的油水分離方法都是在工業(yè)設(shè)備上使用的，都不適合在家庭使用。家庭油污主要來源于食用油。食用油的密度比水小，在油水混合物中，油始終在上層，水在下層。分離時(shí)，如果油的體積較大，可以用湯勺之類的工具進(jìn)行分離；如果油的體積較小，特別是漂在水面上的薄薄一層油，分離起來就十分困難了。

我們從觀察容器中得到啟發(fā)。等體積的液體裝在不同尺寸的容器中，體積不變，但高度不同。液體裝在直徑較大的容器中，其水平面的橫截面積較大，液體的高度較低；裝在直徑較小的容器中，其水平面的橫截面積較小，液體的高度較高。在湯碗中表面漂浮的一層油，厚度也就在0.5～1.5mm之間，厚度非常小，很難分離。我們的油水分離方法主要是利用液體的高度進(jìn)行分離，液體高度越高分離效果越好。如果將湯碗中的油水混合物倒入1個(gè)細(xì)長的容器中，油面的橫截面積小了，油層厚度增大，分離起來就較容易。

從圖1可以看出，要增加液面的厚度就要將液體裝入直徑小的容器。在體積相同的情況下，容器直徑越小液體的高度就越高，也就越容易分離。但是，如果液體的總體積較大，其中油的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的體積，用這種分離方法就需要非常長且很細(xì)的容器，但這種容器的穩(wěn)定性很差，不實(shí)用。

結(jié)構(gòu)

經(jīng)過多次改進(jìn)，我們研制了一種新型油水分離器，它根據(jù)不同液體密度不同的原理進(jìn)行分離。油水分離器由兩部分組成：一部分是直徑較大的圓柱形容器；另一部分是直徑略小于圓柱形容器的透明圓錐形漏斗，漏斗頂部設(shè)有閥門，底部的邊緣向漏斗的底部方向反折，如圖2。

從水中分離油時(shí)，先將油水混合物倒入圓柱形容器并靜置。此時(shí)油在混合物的上面，水在下面。將透明圓錐形漏斗頂部朝上向下壓進(jìn)圓柱形容器內(nèi)。在下壓的過程中，位于混合物上方的油將從頂部的小孔溢出，流到圓錐罩的上部。我們可以通過透明的圓錐觀察內(nèi)部情況，當(dāng)絕大部分油都溢出后關(guān)閉閥門。這樣能夠保證溢出的油中絕不會(huì)含有水。

從油中分離水的過程見圖3。先將透明圓錐形漏斗頂部朝下，將油水混合物倒入漏斗并靜置。此時(shí)油在混合物的上面，水在下面。打開閥門，處于混合物下方的水將從圓錐形漏斗的小孔中流出。我們可以通過透明的圓錐觀察內(nèi)部情況，當(dāng)絕大部分水都流出后關(guān)閉閥門。這樣能夠保證流出的水中絕不會(huì)含有油。

創(chuàng)新點(diǎn)

利用油與水的密度不同且不相溶的原理，通過改變液體水平面的橫截面積使液體的縱向高度增加，以便于對混合溶液中的油和水進(jìn)行分離；

該裝置由一個(gè)圓柱形容器和一個(gè)圓錐形漏斗組成，且漏斗能夠在圓柱形容器內(nèi)上下滑動(dòng)；

該裝置既能從水中分離油也能從油中分離水。

我們研制的這種油水分離器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、油水分離效果好，既能從水中分離出油也能從油中分離出水，且體積小、成本低，非常適于家庭使用，有較好的市場推廣價(jià)值。

該項(xiàng)目針對家庭廢水的油水分離問題，利用油、水的密度不同且不相溶的原理，通過改變液體水平面的截面積使液體的縱向高度增加，實(shí)現(xiàn)對混合液中的油水進(jìn)行分離，從而可以更好地實(shí)現(xiàn)垃圾分類。