液膜萃取法处理冶金工业废水的探析范文

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摘要：本文首先简单介绍了液膜萃取法的机理、优点以及应用，然后针对冶金工业废水的主要特点以及常用处理方法进行说明，最后结合氨氮废水具体试验研究液膜萃取法处理冶金工业废水。

关键词：液膜萃取法；冶金；工业废水

1液膜萃取法的概述

1.1液膜萃取法的机理

液膜分为乳化液膜和支撑液膜，其中乳化液膜又可进一步分为有载体和无载体两种。现以乳化液膜为例，分析其溶质传递机理，有载体液膜是指在膜相内增加可以和渗透物发生可逆反应的载体，无载体液膜是利用其密闭相内发生的不可逆的选择性反应。

1.2液膜萃取法的优点

液膜萃取法与溶剂萃取存在很大的相似，都包括两个过程，即萃取和反萃取。但二者的不同之处是溶剂萃取法的萃取过程和反萃取过程不同时进行，耦合时需要借助管线和泵等外部设备；而液膜萃取法的萃取过程和反萃取过程在膜的两侧同时发生。液膜萃取法与溶剂萃取相比，优点是较大的传质动力、较少的分离级数、较少的试剂损耗；“逆浓度梯度”效应。

1.3液膜萃取法的应用

液膜萃取法从研究到应用发展非常迅速，如今应用在化工生产、环境保护、废水处理、湿法冶金、生物医药等方面。废水又分为有金属离子废水、酸离子废水、弱碱离子废水以及其他工业废水，液膜萃取在冶金工业废水方面的应用愈来愈强。

2冶金工业废水的特点及处理方法

2.1特点

根据不同的分类标准可将冶金工业废水分成不同类型，若根据其生产的性质分为炼钢废水、高炉废水、焦炭厂废水和轧钢废水；若根据废水来源又分为炼焦废水、冲渣废水、粉尘和烟气废水、冷却水以及酸洗废水。冶金工业废水的特点如下：废水的组成多而复杂，净化处理比较困难；废水的产生量比较多；废水常有异味、臭味、颜色等；废水污染水体或土壤的方式主要是地表水流扩散。

2.2处理方法

冶金工业废水常见的处理方法分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法。（1）物理法。废水内以悬浮形式存在且不溶解的污染物采用物理作用进行处理。物理法又进一步分为离心分离法、重力离心法以及筛率截流法。（2）化学法。废水内以胶体形式存在、且可以溶解的污染物采用传质、化学反应等作用进行分离、去除，其中通过传质作用处理废水的方式有萃取、吸附、吹脱、离子交换、反渗透以及电渗析等，通过化学反应处理废水的方式有中和、混凝、氧化还原等。（3）物理化学法。该方法是利用物理法和化学法相结合将废水内的污染物去除，如萃取法、吸附分离法等。（4）生物法。该方法是指废水内以微小悬浮、胶体、以及溶液形式存在的有机污染物采用微生物的代谢作用转化成没有危害、状态稳定物质的过程。

3液膜萃取法处理冶金氨氮废水的研究

以某亚镍厂的氨氮废水为例，研究液膜萃取体系。

3.1处理原理

铵态氮比较容易溶于膜相，从较高浓度的膜外相扩散到膜内相，然后通过与膜内相的酸解脱反应，形成铵根离子，即NH3+H+→NH4+。因为NH4+在膜的内外两侧的浓度不一样，促进解脱反应持续发生，去除掉可以稳定存在膜内相而不溶于油相的NH4+，实现氨氮的分离。

3.2实验过程

（1）试剂、仪器。试剂：市场销售的工业品煤油，市场销售的、级别为化学纯工业品-表面活性剂，级别为分析纯的膜增强剂-石蜡，级别为分析纯的氢氧化钠、浓硫酸。废水是某个亚镍厂的氨氮废水。仪器：可调高速制乳器、大功率晶体管高压发生器（型号：FG-1型）、强力电动搅拌机（型号：JB90-D）、PHS-25pH/mV计。

（2）操作流程。液膜萃取法处理氨氮废水的过程有制备乳液、处理废水、破乳和重新制备乳液。

（3）计算方法。氨氮含量测量可使用简易法，该方法操作简单，且与滴定法、蒸馏法以及国标法有相同的效果；计算废水内去除氨氮的含量时可使用去除率。氨氮离子在乳化液膜的内外水相的浓度高低不同，液膜出现溶胀现象，使得分离萃取效率降低，所以需要考虑溶胀率的计算。

（4）结果和讨论。

①选择合适的膜相体系。实验结果表明，当乳液制备条件相同时，表面活性剂环烷酸环醇酰胺、Span-80、聚异丁烯胺、ME处理氨氮废水时的溶胀率分别是34%、41%、49%、12%，去除率分别是54%、74%、38%、94.2%。因而，表面活性剂ME处理氨氮废水的效果最佳。从表面活性剂ME条件试验结果可知，ME处理氨氮废水的效果随着其使用量的改变而呈现为“凸”形抛物线，ME质量分数在2%～4%，氨氮去除率比较高，在3%时去除率最高。分析其原因，较低浓度的表面活性剂，形成较薄的液膜，对应液膜的稳定性也比较差，极易破裂，但高浓度的表面活性剂形成的液膜稳定性比较好，使得破乳时难度增加，影响溶质传递速度。因而，试验选用ME的浓度为2%～4%。

②工艺条件摸索。第一，温度的影响。混合乳液与废水时，如果温度过低，有机相的粘度增大，降低氨氮分离效果；如果温度过高，虽然有机相的粘度降低，但乳液的小滴易聚结，降低了液膜的稳定性，也降低分离萃取效果。本次试验的温度条件范围是15～40℃，对应的氨氮废水去除率在95%左右，上下波动不大。因此，试验可以选择在室温条件进行；第二，外相水pH的影响。冶金废水的pH在近中性条件时，氨氮的存在形式是NH3、NH4+，且以NH4+形式为主。随pH值增大超过11时，NH4+转化成NH3，使得氨的萃取效率增加，但如果pH值过大，萃取后的废水碱性太强，不满足排放标准。本次试验的pH值在10～11，氨氮废水的去除率增加的速率最快，pH大于11后，氨氮废水的去除率增加速率变缓。因而，试验的pH值控制在11～12，对应废水氨氮去除率在75%～85%。第三，油内比的影响。油内比是一个对膜稳定性影响比较大的重要因素，随着油内比的升高，液膜变厚，其对应的稳定性变强，因而溶质的传递速率变慢，破乳难度增大；但如果油内比降低，液膜厚度减小，对应稳定性变差，易破裂，同样降低氨氮去除率。本次试验的油内比在1∶1时效果最佳；第四，乳水比的影响。乳水比对废水内氨氮的去除率有重要影响。相同浓度和pH值的氨氮废水经过不同乳水比处理后的结果显示，乳水比变大，其氨氮去除率却降低。因此，试验的乳水比选用1∶8，此时的去除率比较好，成本相对比较低。

③破乳。作为液膜萃取的重要环节，破乳对离子的富集、乳液的再次使用影响极大。现如今，常用的破乳方法如下：离心破乳法：将乳液放置在离心力场内，通过各物质的密度差将水、油分层，实现破乳；化学破乳法：在乳液内添加破乳剂，破乳剂通过吸附作用吸附在乳液界面，将乳液界面的表面活性剂排斥掉，乳液的稳定性降低，达到破乳的目的；加热破乳法：对乳液进行加热处理，提高乳液内各分子的运动速率，使得膜粘度降低，实现破乳；高压静电破乳法：把乳液放置高压静电场内，通过静电作用力进行破乳。本次试验通过分析对比可知，高压静电破乳法效果最佳。

4结束语

液膜萃取法作为一种新方法在处理冶金工业废水时，需要合理选择液膜的种类、载体、表面活性剂以及膜溶剂等。液膜萃取法处理工业废水的优点有操作简单、效率高、速度快、成本低等，该方法的工艺流程虽比较成熟，但仍然没有广泛应用。

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作者:刘瑜 单位:宝钢工程技术集团有限公司