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離心萃取法處理高濃度DMF廢水

  N,N-二甲基甲酰胺(N,N-Dimethyl ̄formamide,簡稱DMF)是一種無色、透明的液體,極性較強,可與水、醚、酮、酯、不飽和烴和芳香烴等混溶,有“萬能溶劑”之稱,被廣泛應用于石油化工、有機合成、無機化工、農藥、制藥等領域。DMF可以通過呼吸、皮膚接觸損壞人體健康,刺激損害眼睛,人體長期接觸或吸入會阻礙血機能并造成肝臟阻礙。在水中會導致生物化學耗氧量和氮含量增加,使水質迅速惡化,而且極難生物降解。

  當前DMF廢水的處理方法主要有精餾法、萃取法、生化法、超臨界水氧化法、物化法、化學法等。工業(yè)上對于高濃度DMF廢水常采用多段精餾的方法進行處理。然而,有些工業(yè)生產過程產生的廢水中往往含有鹽,采用精餾法處理時容易造成設備損害嚴重,處理功耗高,且DMF的收率較低。萃取法針對不同濃度的DMF含鹽廢水,選用合適的萃取溶劑及設備,可以大幅度提高DMF的回收率,同時降低后續(xù)處理工段的壓力。

  本文以高濃度DMF廢水為研究對象,對河南某公司原有處理工藝進行改進,采用離心萃取的方法進行處理,不僅使工藝處理連續(xù)化,同時減少了溶劑的投入量,提高了DMF的回收率,降低了后續(xù)蒸餾回收溶劑及廢水深度處理(生化段)的壓力。

  1、離心萃取工藝概述

  1.1 原有工藝

  采用三氯甲烷作萃取溶劑,在反應釜內進行攪拌,靜置分層。具體如下:三氯甲烷分三次加入,每次與廢水量等體積加入,混合攪拌30min,靜置30min,然后分層,將三氯甲烷相分出,繼續(xù)加入等體積的新三氯甲烷混合。混合三次后,將分出的三氯甲烷相混合在一起,通入精餾工段、回收溶劑及DMF。處理后的低濃度的DMF廢水進入生化處理段進行深度處理,處理后的水進行回用。

  該工藝中存在問題如下:萃取操作屬于間歇式,每處理一批廢水耗時較長,三氯甲烷加入量較大,增加精餾工段的壓力,萃取后分相過程中易出現(xiàn)乳化層,造成有機溶劑的損失,萃取后的廢水進入生化段DMF含量(質量分數)有波動(要求DMF含量<1%),增加生化處理的壓力。

  1.2 離心萃取工藝

  本試驗中采用CWL-M型離心萃取機替代原有的反應釜,進行DMF廢水的處理。該設備是一種新型、快速、高效的液液萃取分離設備,與傳統(tǒng)萃取設備如攪拌釜、混合澄清槽、萃取塔等在工作原理上有本質的區(qū)別。將廢水與萃取溶劑分別通入設備內,按照一定的相比和流量,進行多級逆流萃取,分別獲得含DMF的萃取相和低濃度的DMF廢水。低濃度的DMF廢水(含量<1%)進入生化段進行深度處理,而含DMF的萃取相則進入精餾段,進行溶劑與DMF的分離。

  2、材料與方法

  2.1 試驗設備

  試驗用萃取設備為CWL50-M型離心萃取機,材質為高分子雜化復合材料,進料設備為BT-300FJ型蠕動泵。

  2.2 試驗用水

  試驗用高濃度DMF廢水取自河南某生物科技有限公司,廢水為隨機取樣,廢水pH值約為9,DMF含量24%~27%,鹽分含量(質量分數)為10%~13%,深棕色略渾,廢水產生量50m3/d。該廢水不需要進行預處理,可直接進入離心萃取機內。

  2.3 試驗方法

  實驗主要針對原有工藝中存在的問題,分別考察萃取相比、進料流量、萃取級數等條件對廢水中DMF的處理效果的影響。固定離心萃取機電機轉速,按照一定的相比(O/A,體積比)和流量進入離心萃取機內,穩(wěn)定平衡后觀察兩相的分離情況,檢測兩相出料流量及萃余液中DMF含量。

  2.4 檢測方法

  原料液及萃余液中DMF含量m采用分光光度法測定,根據萃取前后水相中DMF含量,計算萃取效率。計算公式如下:

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  3、結果與討論

  3.1 相比對DMF萃取效果的影響

  在廢水中DMF含量26%,鹽分含量12%,pH值約為9的條件下,固定離心萃取機的電機轉速為2750r/min,兩相進料總流量為300mL/min,三級逆流萃取的操作條件下,改變兩相的相比(O/A,體積比),試驗結果見表1。

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  由表1可以看出,相比的改變對廢水中DMF萃取效果有很大的影響。隨著相比的降低,即三氯甲烷使用量的減少,DMF的萃取效率逐漸降低,在三級逆流的情況下,相比控制在O/A=1∶1時即可滿足后續(xù)生化段的處理要求。

  同時可以看出,采用離心萃取機處理該廢水時,兩相分離效果均良好,未出現(xiàn)乳化或者三相物等現(xiàn)象,進一步降低了三氯甲烷的損失量。后續(xù)試驗中將萃取相比定為O/A=1∶1,考察其他條件對DMF萃取效果的影響。

  3.2 級數對DMF萃取效果的影響

  在廢水中DMF含量26%,鹽分含量12%,pH值約為9的條件下,固定離心萃取機電機轉速為2750r/min,兩相進料總流量為300mL/min,相比O/A=1∶1的操作條件下,改變萃取級數,試驗結果見表2。

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  由表2可以看出,萃取級數增加,DMF的萃取效率逐漸增加,萃取級數增加至6級時,廢水中的DMF含量可降低至0.1%以下,可進一步降低后續(xù)生化段的處理壓力??紤]后續(xù)生產投入成本,萃取級數暫定為3級,若后續(xù)生化段處理要求改變時,可適當調整萃取級數。

  3.3 進料總流量對DMF萃取效果的影響

  在廢水中DMF含量26%,鹽分含量12%,pH值約為9的條件下,固定離心萃取機的電機轉速為2750r/min,相比O/A=1∶1,三級逆流萃取的操作條件下,改變兩相進料流量,試驗結果見表3。

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  由表3可以看出,進料總流量從400mL/min增加至600mL/min時,DMF的萃取效率有所降低,但均可滿足后續(xù)進后續(xù)生化段的要求。總流量增加至700mL/min時,兩相分離效果均良好,繼續(xù)增加至800mL/min時,兩相分離效果較差。因此,試驗進料總流量控制在600mL/min內均可滿足要求。

  4、兩種工藝比較

  與原有工藝比較,改進工藝具有以下幾方面的優(yōu)點:①原有工藝中,設備體積龐大,并且數量較多,占用廠房空間大,改進工藝中選用CWL-M型離心萃取機,占地面積只要5m2左右即可。②CWL-M型離心萃取機內物料充分接觸,使得三氯甲烷的用量比原有工藝減少65%左右。③改進工藝處理后的廢水中DMF含量比較穩(wěn)定,均低于1%,降低了生化段的處理壓力。④CWL-M型離心萃取設備內積存料液較少,密封操作,大大降低了安全隱患。⑤改進工藝中設備操作簡單,自動化程度高,大大降低了人工成本。

  5、結論

  選用CWL50-M型離心萃取機進行DMF廢水處理時,分相效果良好,均無明顯夾帶。最佳操作工藝條件為:相比O/A=1∶1,三級逆流萃取,進料總流量為600mL/min以內,均可滿足進生化處理的要求。選用離心萃取法處理高濃度DMF廢水,解決了原有工藝存在的溶劑投入量及損失量大、處理效率低、能耗高、出水質量不穩(wěn)定等問題,大大減少了DMF廢水處理成本,具有較好的市場前景。( >

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