萃取法處理含酚廢水的工藝

齊亞兵，何佳瑋，冉佳城，楊清翠

(1.西安建筑科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710055；2.陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司 蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司，陜西 渭南 715500 )

含酚廢水主要來(lái)源于各類(lèi)以煤炭和石油為原料的化工企業(yè)，煉油廠﹑煤焦化廠﹑煤炭加工廠﹑煤氣化廠﹑煤液化廠﹑煤制烯烴廠﹑石油化工廠等為含酚廢水的排放大戶(hù)。未經(jīng)處理的酚類(lèi)物質(zhì)難降解﹑毒性大，水體內(nèi)含有微量的酚類(lèi)物質(zhì)都會(huì)給水體生物造成致命的傷害，含酚廢水的處理一直是相關(guān)化工企業(yè)面臨的一大難題。現(xiàn)有工業(yè)含酚廢水的處理方法有汽提法﹑萃取法﹑吸附法﹑離子交換法﹑化學(xué)混凝法﹑化學(xué)氧化法﹑化學(xué)還原法﹑生物法等[1-11]。本文以甲基異丁基甲酮(MIBK)為萃取劑，應(yīng)用萃取法處理含酚廢水，廢水中的酚類(lèi)進(jìn)入了萃取相，對(duì)萃取相進(jìn)行精餾，可以回收酚類(lèi)，并使萃取劑再生。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

甲基異丁基甲酮﹑苯酚﹑間苯二酚﹑碘化鉀﹑氯化銨﹑濃氨水﹑鐵氰化鉀﹑4-氨基安替比林﹑硫代硫酸鈉﹑溴酸鉀、溴化鉀﹑淀粉溶液均為分析純。

DC1006恒溫水浴槽；JJ-1電動(dòng)攪拌器；Alpha-1900S紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別用苯酚溶液和間苯二酚溶液來(lái)配制含酚廢水。將含酚廢水與MIBK萃取劑按一定的相比加入到圓底燒瓶?jī)?nèi)，圓底燒瓶置于恒溫水浴槽之中，電動(dòng)攪拌器置于圓底燒瓶?jī)?nèi)，在一定的溫度和轉(zhuǎn)速下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)。將混合液置于分液漏斗中，靜置一段時(shí)間，分離，得到萃取相和萃余相。

1.3 測(cè)定方法

采用HJ 503—2009《水質(zhì) 揮發(fā)酚的測(cè)定 4-氨基安替比林分光光度法》中的測(cè)酚方法測(cè)定廢水中酚的濃度[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取級(jí)數(shù)的影響

配制濃度約為2 000 mg/L的苯酚廢水，在室溫、萃取相比為1∶1、萃取級(jí)數(shù)為1～7級(jí)的條件下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)；配制濃度約為1 000 mg/L的間苯二酚廢水，在室溫、萃取相比為1∶4、萃取級(jí)數(shù)為1～7級(jí)的條件下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)；配制濃度約為3 000 mg/L 的苯酚-間苯二酚廢水，在室溫、萃取相比為1∶4、萃取級(jí)數(shù)為1～7級(jí)的條件下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 萃取級(jí)數(shù)對(duì)萃取效果的影響

由圖1可知，MIBK對(duì)酚類(lèi)具有良好的萃取率，隨著萃取級(jí)數(shù)的增加，3種含酚廢水的萃取率均先迅速上升后基本保持恒定，萃取級(jí)數(shù)到5級(jí)時(shí)萃取率已基本穩(wěn)定，MIBK對(duì)3種廢水的萃取率均保持在98.88%以上，萃取率不再隨萃取級(jí)數(shù)的增加而增加；在相同的萃取級(jí)數(shù)下，含苯酚廢水、含苯酚和間苯二酚廢水的萃取率明顯高于含間苯二酚廢水的萃取率。

2.2 萃取相比的影響

濃度約為2 000 mg/L的苯酚廢水、濃度約為1 000 mg/L 的間苯二酚廢水、濃度約為3 000 mg/L的苯酚-間苯二酚廢水，在室溫、萃取級(jí)數(shù)為5、萃取相比為1∶1～1∶6的條件下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 萃取相比對(duì)苯酚萃取效果的影響

圖3 萃取相比對(duì)間苯二酚萃取效果的影響

圖4 萃取相比對(duì)苯酚和間苯二酚萃取效果的影響

由圖可知，隨著萃取相比的減小，3種廢水的萃取率均下降，苯酚廢水的萃取率從99.7%減小到98.87%，間苯二酚廢水的萃取率從99.13%減小到98.11%，苯酚-間苯二酚廢水的萃取率從99.84%減小到99.69%。

2.3 萃取溫度的影響

濃度約為2 000 mg/L的苯酚廢水、濃度約為1 000 mg/L 的間苯二酚廢水、濃度約為3 000 mg/L的苯酚-間苯二酚廢水在萃取級(jí)數(shù)為1級(jí)，萃取相比為1∶4，溫度為30，40，50，60，70 ℃的條件下進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 萃取溫度對(duì)萃取效果的影響

由圖5可知，隨溫度的升高，苯酚廢水的萃取率先略微上升后略微下降再基本保持穩(wěn)定，溫度對(duì)苯酚廢水的萃取率影響不大，苯酚廢水的萃取率維持在94.4%以上，在相同溫度下苯酚廢水的萃取率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于間苯二酚廢水的萃取率。隨溫度的上升，間苯二酚廢水的萃取率從83.46%降到了75%，溫度對(duì)間苯二酚廢水的萃取率影響明顯。隨溫度的上升，苯酚和間苯二酚廢水的萃取率從92.59%降低到了91.1%左右，在相同溫度下苯酚和間苯二酚廢水的萃取率仍然遠(yuǎn)高于間苯二酚廢水的萃取率。

2.4 萃取正交實(shí)驗(yàn)

分別以苯酚廢水、間苯二酚廢水為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)以萃取級(jí)數(shù)、萃取相比、萃取溫度為考察因素的正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)因素水平表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1～表4。

表1 苯酚廢水正交實(shí)驗(yàn)因素水平

由表2可知，最優(yōu)組合為A3B1C2，即萃取級(jí)數(shù)為6級(jí)，萃取相比為1∶3，萃取溫度為40 ℃為苯酚廢水萃取最優(yōu)工藝條件。因素的主次影響順序A>B>C，所以對(duì)于苯酚廢水萃取實(shí)驗(yàn)，萃取級(jí)數(shù)作用最大，萃取相比作用次之，萃取溫度作用最小。

表2 苯酚廢水正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 間苯二酚廢水正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表4 間苯二酚廢水正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，最優(yōu)組合為A1B1C2或A1B2C2，考慮到節(jié)省溶劑，相比選為1∶4，即間二苯酚廢水萃取的最優(yōu)條件為：萃取級(jí)數(shù)為4級(jí)，萃取相比為1∶4，萃取溫度為30 ℃。因?yàn)镽C>RB>RA，所以對(duì)于間二苯酚廢水萃取實(shí)驗(yàn)，萃取溫度作用最大，萃取相比作用次之，萃取級(jí)數(shù)作用最小。

3 結(jié)論

(1)隨萃取級(jí)數(shù)增大，3種含酚廢水的萃取率均先迅速上升后基本保持恒定，萃取級(jí)數(shù)到5級(jí)時(shí)萃取率已基本穩(wěn)定；在相同的萃取級(jí)數(shù)下，含苯酚廢水、含苯酚和間苯二酚廢水的萃取率明顯高于含間苯二酚廢水的萃取率。

(2)隨著萃取相比的減小，3種含酚廢水的萃取率均下降。

(3)隨溫度上升，3種含酚廢水的萃取率基本呈下降趨勢(shì)，溫度對(duì)苯酚廢水的萃取率影響不大，但對(duì)間苯二酚廢水﹑苯酚-間苯二酚廢水萃取率的影響較大。

(4)對(duì)于苯酚廢水的最優(yōu)萃取工藝條件為：萃取級(jí)數(shù)為6級(jí),萃取相比為1∶3,萃取溫度為40 ℃；對(duì)于間苯二酚廢水的最優(yōu)萃取工藝條件為：萃取級(jí)數(shù)為4級(jí),萃取相比為1∶4,萃取溫度為30 ℃。