離心萃取法處理高濃度DMF廢水

(鄭州天一萃取科技有限公司 ， 河南 鄭州 450000)

0 前言

N,N-二甲基甲酰胺(N,N-Dimethylformamide,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(nóng)藥、制藥等領(lǐng)域[1-2]。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(zhì)迅速惡化，而且極難生物降解[3]。

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[4-8]。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(chǎn)過程產(chǎn)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(nèi)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30 min，靜置30 min，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?；旌先魏螅瑢⒎殖龅娜燃淄橄嗷旌显谝黄?，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(zhì)量分數(shù))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(zhì)的區(qū)別。將廢水與萃取溶劑分別通入設備內(nèi)，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(zhì)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(zhì)量分數(shù))為10%～13%，深棕色略渾，廢水產(chǎn)生量50 m3/d。該廢水不需要進行預處理，可直接進入離心萃取機內(nèi)。

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(shù)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(zhuǎn)速，按照一定的相比(O/A，體積比)和流量進入離心萃取機內(nèi)，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(jù)萃取前后水相中DMF含量，計算萃取效率。計算公式如下：

3 結(jié)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(zhuǎn)速為2 750 r/min，兩相進料總流量為300 mL/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(jié)果見表1。

表1 相比對DMF萃取效果的影響

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(shù)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(zhuǎn)速為2 750 r/min，兩相進料總流量為300 mL/min，相比O/A=1∶1的操作條件下，改變萃取級數(shù)，試驗結(jié)果見表2。

表2 級數(shù)對DMF萃取效果的影響

由表2可以看出，萃取級數(shù)增加，DMF的萃取效率逐漸增加，萃取級數(shù)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(chǎn)投入成本，萃取級數(shù)暫定為3級，若后續(xù)生化段處理要求改變時，可適當調(diào)整萃取級數(shù)。

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(zhuǎn)速為2 750 r/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(jié)果見表3。

表3 進料總流量對DMF萃取效果的影響

由表3可以看出，進料總流量從400 mL/min增加至600 mL/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?？偭髁吭黾又?00 mL/min時，兩相分離效果均良好，繼續(xù)增加至800 mL/min時，兩相分離效果較差。因此，試驗進料總流量控制在600 mL/min內(nèi)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(shù)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5 m2左右即可。②CWL-M型離心萃取機內(nèi)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(nèi)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(jié)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600 mL/min以內(nèi)，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(zhì)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。