淺析液膜萃取法處理冶金工業(yè)廢水淺析液膜萃取法處理冶金工業(yè)廢水 2019/01/25 摘要：本文首先簡(jiǎn)單介紹了液膜萃取法的機(jī)理、優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)用，然后針對(duì)冶金工業(yè)廢水的主要特點(diǎn)以及常用處理方法進(jìn)行說(shuō)明，最后結(jié)合氨氮廢水具體試驗(yàn)研究液膜萃取法處理冶金工業(yè)廢水。關(guān)鍵詞：液膜萃取法；冶金；工業(yè)廢水1液膜萃取法的概述1.1液膜萃取法的機(jī)理液膜分為乳化液膜和支撐液膜，其中乳化液膜又可進(jìn)一步分為有載體和無(wú)載體兩種?，F(xiàn)以乳化液膜為例，分析其溶質(zhì)傳遞機(jī)理，有載體液膜是指在膜相內(nèi)增加可以和滲透物發(fā)生可逆反應(yīng)的載體，無(wú)載體液膜是利用其密閉相內(nèi)發(fā)生的不可逆的選擇性反應(yīng)，如圖1所示。1.2液膜萃取法的優(yōu)點(diǎn)液膜萃取法與溶劑萃取存在很大的相似，都包括兩個(gè)過(guò)程，即萃取和反萃取。但二者的不同之處是溶劑萃取法的萃取過(guò)程和反萃取過(guò)程不同時(shí)進(jìn)行，耦合時(shí)需要借助管線(xiàn)和泵等外部設(shè)備；而液膜萃取法的萃取過(guò)程和反萃取過(guò)程在膜的兩側(cè)同時(shí)發(fā)生。液膜萃取法與溶劑萃取相比，優(yōu)點(diǎn)是較大的傳質(zhì)動(dòng)力、較少的分離級(jí)數(shù)、較少的試劑損耗；“逆濃度梯度”效應(yīng)。1.3液膜萃取法的應(yīng)用液膜萃取法從研究到應(yīng)用發(fā)展非常迅速，如今應(yīng)用在化工生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、廢水處理、濕法冶金、生物醫(yī)藥等方面。廢水又分為有金屬離子廢水、酸離子廢水、弱堿離子廢水以及其他工業(yè)廢水，液膜萃取在冶金工業(yè)廢水方面的應(yīng)用愈來(lái)愈強(qiáng)。2冶金工業(yè)廢水的特點(diǎn)及處理方法2.1特點(diǎn)根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可將冶金工業(yè)廢水分成不同類(lèi)型，若根據(jù)其生產(chǎn)的性質(zhì)分為煉鋼廢水、高爐廢水、焦炭廠(chǎng)廢水和軋鋼廢水；若根據(jù)廢水來(lái)源又分為煉焦廢水、沖渣廢水、粉塵和煙氣廢水、冷卻水以及酸洗廢水。冶金工業(yè)廢水的特點(diǎn)如下：廢水的組成多而復(fù)雜，凈化處理比較困難；廢水的產(chǎn)生量比較多；廢水常有異味、臭味、顏色等；廢水污染水體或土壤的方式主要是地表水流擴(kuò)散。2.2處理方法冶金工業(yè)廢水常見(jiàn)的處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法以及生物法。（1）物理法。廢水內(nèi)以懸浮形式存在且不溶解的污染物采用物理作用進(jìn)行處理。物理法又進(jìn)一步分為離心分離法、重力離心法以及篩率截流法。（2）化學(xué)法。廢水內(nèi)以膠體形式存在、且可以溶解的污染物采用傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等作用進(jìn)行分離、去除，其中通過(guò)傳質(zhì)作用處理廢水的方式有萃取、吸附、吹脫、離子交換、反滲透以及電滲析等，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)處理廢水的方式有中和、混凝、氧化還原等。（3）物理化學(xué)法。該方法是利用物理法和化學(xué)法相結(jié)合將廢水內(nèi)的污染物去除，如萃取法、吸附分離法等。（4）生物法。該方法是指廢水內(nèi)以微小懸浮、膠體、以及溶液形式存在的有機(jī)污染物采用微生物的代謝作用轉(zhuǎn)化成沒(méi)有危害、狀態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)的過(guò)程。3液膜萃取法處理冶金氨氮廢水的研究以某亞鎳廠(chǎng)的氨氮廢水為例，研究液膜萃取體系。3.1處理原理銨態(tài)氮比較容易溶于膜相，從較高濃度的膜外相擴(kuò)散到膜內(nèi)相，然后通過(guò)與膜內(nèi)相的酸解脫反應(yīng)，形成銨根離子，即NH3+H+NH4+。因?yàn)镹H4+在膜的內(nèi)外兩側(cè)的濃度不一樣，促進(jìn)解脫反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，去除掉可以穩(wěn)定存在膜內(nèi)相而不溶于油相的NH4+，實(shí)現(xiàn)氨氮的分離。3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程（1）試劑、儀器。試劑：市場(chǎng)銷(xiāo)售的工業(yè)品煤油，市場(chǎng)銷(xiāo)售的、級(jí)別為化學(xué)純工業(yè)品-表面活性劑，級(jí)別為分析純的膜增強(qiáng)劑-石蠟，級(jí)別為分析純的氫氧化鈉、濃硫酸。廢水是某個(gè)亞鎳廠(chǎng)的氨氮廢水。儀器：可調(diào)高速制乳器、大功率晶體管高壓發(fā)生器（型號(hào)：FG-1型）、強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)（型號(hào)：JB90-D）、PHS-25pH/mV計(jì)。（2）操作流程。液膜萃取法處理氨氮廢水的過(guò)程有制備乳液、處理廢水、破乳和重新制備乳液。大致流程如圖2所示。（3）計(jì)算方法。氨氮含量測(cè)量可使用簡(jiǎn)易法，該方法操作簡(jiǎn)單，且與滴定法、蒸餾法以及國(guó)標(biāo)法有相同的效果；計(jì)算廢水內(nèi)去除氨氮的含量時(shí)可使用去除率。氨氮離子在乳化液膜的內(nèi)外水相的濃度高低不同，液膜出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，使得分離萃取效率降低，所以需要考慮溶脹率的計(jì)算。（4）結(jié)果和討論。擇合適的膜相體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)乳液制備條件相同時(shí)，表面活性劑環(huán)烷酸環(huán)醇酰胺、Span-80、聚異丁烯胺、ME處理氨氮廢水時(shí)的溶脹率分別是34%、41%、49%、12%，去除率分別是54%、74%、38%、94.2%。因而，表面活性劑ME處理氨氮廢水的效果最佳。從表面活性劑ME條件試驗(yàn)結(jié)果可知，ME處理氨氮廢水的效果隨著其使用量的改變而呈現(xiàn)為“凸”形拋物線(xiàn)，ME質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%4%，氨氮去除率比較高，在3%時(shí)去除率最高。分析其原因，較低濃度的表面活性劑，形成較薄的液膜，對(duì)應(yīng)液膜的穩(wěn)定性也比較差，極易破裂，但高濃度的表面活性劑形成的液膜穩(wěn)定性比較好，使得破乳時(shí)難度增加，影響溶質(zhì)傳遞速度。因而，試驗(yàn)選用ME的濃度為2%4%。工藝條件摸索。第一，溫度的影響?；旌先橐号c廢水時(shí)，如果溫度過(guò)低，有機(jī)相的粘度增大，降低氨氮分離效果；如果溫度過(guò)高，雖然有機(jī)相的粘度降低，但乳液的小滴易聚結(jié)，降低了液膜的穩(wěn)定性，也降低分離萃取效果。本次試驗(yàn)的溫度條件范圍是1540，對(duì)應(yīng)的氨氮廢水去除率在95%左右，上下波動(dòng)不大。因此，試驗(yàn)可以選擇在室溫條件進(jìn)行；第二，外相水pH的影響。冶金廢水的pH在近中性條件時(shí)，氨氮的存在形式是NH3、NH4+，且以NH4+形式為主。隨pH值增大超過(guò)11時(shí)，NH4+轉(zhuǎn)化成NH3，使得氨的萃取效率增加，但如果pH值過(guò)大，萃取后的廢水堿性太強(qiáng)，不滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗(yàn)的pH值在1011，氨氮廢水的去除率增加的速率最快，pH大于11后，氨氮廢水的去除率增加速率變緩。因而，試驗(yàn)的pH值控制在1112，對(duì)應(yīng)廢水氨氮去除率在75%85%。第三，油內(nèi)比的影響。油內(nèi)比是一個(gè)對(duì)膜穩(wěn)定性影響比較大的重要因素，隨著油內(nèi)比的升高，液膜變厚，其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性變強(qiáng)，因而溶質(zhì)的傳遞速率變慢，破乳難度增大；但如果油內(nèi)比降低，液膜厚度減小，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性變差，易破裂，同樣降低氨氮去除率。本次試驗(yàn)的油內(nèi)比在11時(shí)效果最佳；第四，乳水比的影響。乳水比對(duì)廢水內(nèi)氨氮的去除率有重要影響。相同濃度和pH值的氨氮廢水經(jīng)過(guò)不同乳水比處理后的結(jié)果顯示，乳水比變大，其氨氮去除率卻降低。因此，試驗(yàn)的乳水比選用18，此時(shí)的去除率比較好，成本相對(duì)比較低。破乳。作為液膜萃取的重要環(huán)節(jié)，破乳對(duì)離子的富集、乳液的再次使用影響極大?，F(xiàn)如今，常用的破乳方法如下：離心破乳法：將乳液放置在離心力場(chǎng)內(nèi)，通過(guò)各物質(zhì)的密度差將水、油分層，實(shí)現(xiàn)破乳；化學(xué)破乳法：在乳液內(nèi)添加破乳劑，破乳劑通過(guò)吸附作用吸附在乳液界面，將乳液界面的表面活性劑排斥掉，乳液的穩(wěn)定性降低，達(dá)到破乳的目的；加熱破乳法：對(duì)乳液進(jìn)行加熱處理，提高乳液內(nèi)各分子的運(yùn)動(dòng)速率，使得膜粘度降低，實(shí)現(xiàn)破乳；高壓靜電破乳法：把乳液放置高壓靜電場(chǎng)內(nèi)，通過(guò)靜電作用力進(jìn)行破乳。本次試驗(yàn)通過(guò)分析對(duì)比可知，高壓靜電破乳法效果最佳。4結(jié)束語(yǔ)液膜萃取法作為一種新方法在處理冶金工業(yè)廢水時(shí)，需要合理選擇液膜的種類(lèi)、載體、表面活性劑以及膜溶劑等。液膜萃取法處理工業(yè)廢水的優(yōu)點(diǎn)有操作簡(jiǎn)單、效率高、速度快、成本低等，該方法的工藝流程雖比較成熟，但仍然沒(méi)有廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1羅文.關(guān)于液膜萃取法處理冶金工業(yè)廢水的研究J.山西冶金,2018,41(2):48-50.2熊曙光,歐陽(yáng)敏,孫俊.鋼鐵企業(yè)焦化廢水零排放對(duì)策探究J.工程技術(shù)研究,2016(8):204.3蒙志良.生物強(qiáng)化技術(shù)用于廢水治理領(lǐng)域的分析J.工程技術(shù)研究,2016(5):51+59.4福鑫,周颯.冶金工業(yè)焦化廢水處理應(yīng)用J.冶金設(shè)備,2017(4):51-53.5李富元.冶金工業(yè)焦化廢水處理工藝研究進(jìn)展J.山西冶金,2017,40(3):39-40.