含酚废水是一种来源比较广泛有毒难降解有机工业废水,同时,酚又是污染严重的废水，CWL-M型离心萃取机处理含酚废水,显著优点,如分相性能好,可操作和维修简单 ,所需工作人员少,可显著减轻工人，溶剂萃取法是国内外现有处理高浓度含酚废水的方法，能满足萃取脱酚工艺的需要。国内已有用离心萃取器处理含酚废水的有效和广泛的方法, 具有工艺简单、易操作、设备 投资少和占地面积小等优点。常用的萃取剂有TBP、正辛醇、等已用于工业含酚废水的处理 ,获得很好的效果
主要试剂和实验设备
萃取剂是混合型络合萃取剂,其各组成的化学式 主要物性参数 :密度为 838 kg /m3 ,粘度为 2.12 ×10- 3 Pa s, 界面张力为 1.1 ×10- 2 N m/ 3 , 在水中溶解度 <0.1 kg m/3 , 闪点为 68 ℃,沸点为 191 ℃ 。萃取剂萃取对酚时要求在酸性条件下进行 ,通常是用硫酸调节废水酸度。由于实验所用的设备(CWL-M型离心萃取机、计量泵等 )的材质是高分子复合材料,耐酸。耐碱防腐蚀 pH =2. 0,不影响萃取效果。CWL50-M 离心萃取机, 郑州天一萃取科技有限公司研发， 双柱计量泵 ,HP8452A 型紫外分光光度计,美国 HP 公司制造 ;SA-520度 计 ,美国 ORION 公司制造。ΥCWL50-M 离心萃取机主要由轴、转筒和外壳组成 其处理能力 (水-煤油体系 )为5 L /h,两相液体存留量为 50mL, 操作流比 (A O/ )范围为 1 /10 ～ 10 /1, 传质级效率可达 95%以上 ,建议操作转速为 3000 ～ 5000 r m/ in。当密度不同、互不相溶的两相液体分别从 2个进料口进入环隙后 ,依靠高速旋转转筒的带动和液层间的摩擦 , 在环隙内实现剧烈而均匀的混合 ,萃取传质过程由此发生。当高速旋转的混合液向下流动碰到固定叶片后 ,把动能转化为静压能, 混合液就从转筒底部的混合相口进入转筒。转筒内的径向叶片使混合液随转筒同步旋转。混合液在强大离心力的作用下进行分相 ,重相被甩到转筒外缘 ,聚集到转筒壁处,通过靠近转筒壁的垂直孔道经重相堰流入重相收集室 , 从重相出口流出。而轻相则被挤向转筒内侧, 经轻相堰和水平通道流入轻相收集室 ,从轻相出口流出。五级实验系统是用五级串联的CWL50-M 离心萃取机。水相和有机相分别从水相贮槽和有机相贮槽流出 ,经计量泵进入离心萃取机的环隙 ,在此进行充分混合、传质, 流进转筒后在离心力的作用下分相后进入各自的收集室 ,然后从各自的出口管流出。
1.3 实验方法
以对硝基酚硝酸溶液 为研究体系,进行了对硝基酚的分配比测定实验。
其具体方法:
量取一定体积的萃取剂和同体积的模拟含酚废水倒入磨口离心试管中,充分混合后 ,离心分相, 分析水相中酚的浓度, 即此实验条件下水相中酚的平衡浓度 CA* , 再根据物料衡算求出有机相中对酚的平衡浓度 CO* , 即可求得分配比 D (D =CO* /CA* )。随后进行了对酚的传质速度实验。
其具体方法:
量取一定体积的萃取剂和同体积的模拟含对酚废水倒入磨口离心试管中, 振荡 3 s, 离心分相 ,分析水相中酚的浓度。按同样方法完成振荡时间 t为 5、10、20和 40 s的实验。最后计算出传质级效率 E 。
最后,进行了萃取模拟含对酚废水的单级实验 ,研究了转速、流比和总流量等运行条件对传质级效率的影响, 在此基础上进行了五级串联 萃取实验,并用五级串联进行了反萃实验。传质级效率 E 以水相中被萃取组分的浓度变 化来计算,即[ 12] :E=CA , in -CA , out ×100% CA , in -CA, eq
萃取率 ρ由下式计算:
ρ=(CO, ou t -CO, in )VO ×100% CA , in VA
式中:
CA, in 、CA, ou t、CA, eq分别为进口水相、出口水相和 平衡水相的浓度, m g /L;CO , in 、CO , out分别为进口有机相、出口有机相的浓度 , m g /L;VO 、VA 分别为有机相、水相的体积, L。
1.4 分析方法
采用 HP8452A型紫外分光光度计来分析水相 中的对酚浓度,采用 SA-520型酸度计来直接测 定水溶
液 pH 值。
2 结果与讨论
2.1 萃取脱酚法的基本原理[ 5]
利用酚在萃取剂和水中的溶解度不同用萃取剂 将酚从含酚废水中分离出来 ,再用 NaOH 水溶液从 含酚
萃取剂中回收酚 ,这就是萃取脱酚的基本原理。 在此过程中涉及到 2个重要问题 :
一个是分配比 D , 另一个是传质速度, 它决定了在一定的相接触时间 内所传递酚的数量。
2.2 分配比测定实验
分配比测定实验结果表明 ,对于 439.2 m g /L 对 酚硝酸溶液体系 , 对酚的分配比是 1103.4,因而易被萃取。
2.3 传质速度实验
对于 439.2 m g /L 对酚硝酸溶液 体系,当相比为 1∶1时, 水相中对酚的平衡浓度 C*A =0.40 m g /L。混合时间 t与级效率 E 的关系见表 1。从表 1 可以看出 , 两相混合 3 s 后 ,传质级效率接近 100%, 萃取基本达到平衡。由 此可知 ,对酚在此体系中的传质过程主要受扩散因素控制。对于 CWL-M型离心萃取机,当转速为 2000 ～ 4000 r m/ in,总流量为 35 ～ 80 mL m/ in时,它能提供的 两相接触时间大于 5 s。考虑到两相液体在离心萃取机环隙内的混合比试管中的混合要强烈得多 ,因此,离心萃取机应用于含对酚废水处理是非常成功。
2.4 萃取脱酚实验
2.4.1 单级实验
单级萃取实验条件:水相进口对酚浓度为901.9 m g /L,重相堰直径为 11 mm。实验结果 表明 :(1)在合适的实验条件下 ,级效率 E 可达 99%以上。 (2)级效率随两相总流量 Q 的增加 而降低。当其他条件一定时,总流量增大 ,在存留量 一定的情况下,两相停留时间缩短, 也即两相混合时 间缩短 ,因此 ,级效率降低。 (3)流比 R (A /O)是影 响传质级效率的重要因素 , 级效率随流比的增大而 降低。流比增大, 两相混合不易均匀。 (4)级效率 随环隙直径 D 的增大而降低。环隙直径越大, 混合越不强烈。 (5)级效率随转速 ω的增大而增大。转 速越高 ,混合越强烈。
2.4.2 五级串联萃取实验
五级串联萃取实验的结果表明 :在优 化的操作条件下 ,萃取率可达 99%以上。经五级串 联逆
流萃取后的含对硝基酚废水达到生化处理要求 (所允许的酚的浓度≤163mg /L)。
2.4.3 反萃实验
五级串联的反萃实验结果见表 3。结果表明, 在 合适的操作条件下, 反萃取率可达 98%以上。反萃 再
生的萃取剂可重复回用, 对萃取效果的影响不大, 而且用离心萃取机进行反萃时,没有出现乳化现象。
