邢晨　宣耀文　黃鈺烯　趙雪涵

問題的由來

生活中我們常常會遇到油水分離的問題。比如煲的雞湯、老鴨湯，湯的表面總會漂著一層油，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。現(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。

原理及準備

油水分離器就是將油和水分離的設(shè)備，從機理上，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。它的主要特點是不改變油的化學性質(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。

化學分離法是向含油污水中投放絮凝劑或聚集劑達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，從而實現(xiàn)油水分離的方法，實際上是一種物理化學分離方法。此外，乳化油可用活性污泥法（生物化學法）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，如果油的體積較大，可以用湯勺之類的工具進行分離；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個細長的容器中，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，其中油的體積遠遠小于水的體積，用這種分離方法就需要非常長且很細的容器，但這種容器的穩(wěn)定性很差，不實用。

結(jié)構(gòu)

經(jīng)過多次改進，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，先將油水混合物倒入圓柱形容器并靜置。此時油在混合物的上面，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含有油。

創(chuàng)新點

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行分離；

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

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值。

該項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，實現(xiàn)對混合液中的油水進行分離，從而可以更好地實現(xiàn)垃圾分類。