乳状液膜法处理H酸废水的实验研究(完整版)实用资料.doc
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1、乳状液膜法处理H酸废水的实验研究(完整版)实用资料(可以直接使用,可编辑 完整版实用资料,欢迎下载)文章编号 :1007-8924(2007 01-0085-04研究简报乳状液膜法处理 H 酸废水的实验研究张 莉 1, 陆晓华 2(1. 武汉工程大学 环境与城市建设学院 , 武汉 430073;2. 华中科技大学 环境科学与工程系 , 武汉 430074摘 要 :以 Span -80、 FSN -100为复合表面活性剂 , TOA 为流动载体 ,H 酸废水时 TOA 浓度 、 内相 NaOH 浓度 、 油内比 oi 、 H对废水 COD 去除率指标的影响 , , 实验结果表明乳状液 膜法处理
2、H 酸废水具有较好的应用前景关键词 :H 酸废水 ; 乳状液膜中图分类号 :X703. ; :A体 , 主要有 H 酸 、 K 酸 、 J 酸 、 酸 、 T 酸 、 吐氏酸和变 色酸等 , 广泛地应用在染料行业的生产过程中 1,2. 由于这类染料中间体生产废液中有机物含量高 , 化 学结构稳定 , 大多除含有磺酸基 ( SO 3H 外 , 还带 有氨基 、 羟基等取代基 , 因此这类废水酸性强 、 对生 物有毒性 , 而且含盐量高 , 属高浓度难生化降解有机 废水 , 高水溶性和强极性使富含该类物质的废水用 一般的絮凝 、 萃取和吸附等物理化学方法难以有效 处理 , 对这类废水的处理是当今环
3、保领域的一项重 要研究课题 3,4.H 酸生产母液中有机污染物对微生物有较大的 抑制作用 , 由于 BOD 5/COD Cr 012, 废水不宜生化 处理 . 本文针对 H 酸废水 , 采用乳状液膜分离的方 法 , 研究其对废水处理的适应性 , 其结果对 H 酸废 水的处理工艺和新型高效设备开发具有指导意义 .1 实验材料及方法1. 1 废水性质实验中所用废水系湖北某化工公司 H 酸生产 车间生产过程中酸析工段排出的废液 , 其理化性质 如表 1所示 .表 1 H 酸废母液的主要性质Table1 Properties of H acid wastewater颜色 p HCOD Cr /(mg
4、L -1盐含量 /(mg L -1主要成分 深褐色 2. 000100200H 酸 , T 酸 , 硫酸铵1. 2 主要原材料三辛胺 , 军事医学科学院药材供应站生产 , 化学 纯 , 含量 95%; 异辛醇 , 天津博迪化工生 产 , 分析纯 , 含量 9917%;Span -80, 天津博迪化工 生产 , 分析纯 , 含量 9615; FSN -100, 氟 碳表面活性剂 , 美国杜邦公司生产 .1. 3 实验方法按一定比例把表面活性剂、 载体 、 助剂和膜溶剂 在乳化器内混合 , 随后在 BM E100L X 型高剪切混合 乳化机高速搅拌下 (转速为 25003500r/min 慢 慢加
5、入内相试剂 NaOH 溶液到制乳器中 , 选择一定 的油内比 (R oi , 机械制乳 5min , 制得稳定的油包水 W/O 型乳状液 . 将乳状液按一定乳水比 (R ew 加到 盛有外相废水的萃取器中 , 维持慢速搅拌 (转速为 200400r/min 使其充分接触 , 萃取 525min , 在 分离器中静置后分液测处理后废水的 COD.收稿日期 :2005-02-22; 修改稿收到日期 :2005-06-21作者简介 :张 莉 (1965- , 女 , 湖北武汉人 , 硕士 , 副教授 , 从事环境工程领域的教学与科研工作 . (027-62956471 第 27卷 第 1期 膜 科
6、学 与 技 术 Vol. 27 No. 1 2007年 2月 MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Feb. 20072 实验结果及分析2. 1 流动载体 T OA 用量对 COD 去除率的影响在乳状液膜工艺中 , 加入一定量的流动载体可 提高分离过程中物质的选择性和传质速率 . 在其他 条件不变的情况下 , 适当改变载体 TOA 的用量 , 比 较不同 TOA 用量下废水的 COD 去除率 , 结果见 图 1.C NaOH =4%, R oi =1R 1 1H 2,Span -80mL ,FSN -100=015g/100mL , =5mL/100mL 煤油图
7、1 不同 TOA 含量下 COD 去除率 与萃取时间 t 的关系Fig. 1 Removal rate of COD depending on extraction timewith different content of TOA流动载体的加入可以使离子有选择性地迁移 , 提高萃取的分离效率 . TOA 能与外相水溶液中待分 离的物质形成配合物 (萃取 , 该配合物又能与内相 试剂反应 (反萃取 , 生成的化合物浓缩于内相中 , 从 而使待分离的物质得到分离 . 由图 1可知 , 载体 TOA 对 COD 去除率有明显的影响 , 当 TOA 为 3mL/100mL 煤油时 ,COD 去除率最
8、高 , 达 62%, 进 一步增加 TOA 的含量 ,COD 去除率反而降低 , 主要 是 TOA 含量过高时 , 液膜增厚 , 阻碍了萃取过程溶 质的传质过程 . 2. 2 内相试剂 N aOH 的浓度对 COD 去除率的影响由图 2可以看出 ,NaOH 溶液作为内相试剂时 , 当 OH -浓度较低时 (015%1% , 随 OH -浓度的 增加 ,COD 去除率增加 , 而当 OH -浓度超过某一值 后 ,COD 去除率反而下降 , 如图 2中的 2%和 4%的 NaOH 溶液 . 这是由于 OH -浓度较低时 OH -浓度 的增加有利于界面内反萃取反应的进行 , 当 OH -浓 度过高时
9、 , 表面活性剂稳定性降低 , 膜破损率增加而 造成的 . 由图 2还可证实 , 当内水相 NaOH 溶液浓 度为 015%和 1%时 , 在 25min 内其萃取过程比较稳定 , 而 NaOH 溶液浓度为 2%和 4%时 ,15min 后 其萃取过程不稳定 , 分离效率明显下降 .R oi =1 015, =R ew =1 1,pH =2=3m L/100m L 煤油 ,-806g/,FSN -100= 015g/=mL/100mL 煤油COD 去除率 与萃取时间 t 的关系 Removal rate of COD depending on extraction timewith diffe
10、rent NaOH concentration213 油内比 R oi 对 COD 去除率的影响从图 3可以看出 , 在萃取时间 15min 或以后 , 当油内比 R oi 由 1 015变化到 1 115时 , 内相水团包 容溶质的能力增强 ,COD 去除率随之提高 , 在萃取 后期 (25min 内 , 稳定性仍然较好 . 但过小的油内 比如 1 2, 其 COD 去除率却较上述油内比为低 , 可 能是液膜过薄导致稳定性破坏所致 .C NaOH =1%, R ew =1 1,pH =2,TOA =3mL/100mL 煤油 ,Span -80=6g/100mL 煤油 ,FSN -100=01
11、5g/100mL 煤油 , 异辛醇 =5mL/100mL 煤油图 3 不同 R oi 下 COD 去除率 与萃取时间 t 的关系Fig. 3 Removal rate of COD depending on extractiontime with different R oi2. 4 废水 pH 值对 COD 去除率的影响液膜法处理废水的工艺中 , 将溶质传输至内相 的推动力是内外相废水的 H +浓度差异 , 因此外相 废水的 p H 值的改变对 COD 的去除率有明显的影 响 , 实验结果如图 4所示 . 86 膜 科 学 与 技 术 第 27卷 C NaOH =1%, R oi =1 11
12、5, R ew =1 1,TOA =3mL/100mL 煤油 ,Span -80=6g/100mL 煤油 , FSN -100=015g/100m L 煤油 , 异辛醇 =5m L/100m L 煤油 图 4 不同废水 p H 值下 COD 去除率 与萃取时间 t 的关系Fig. 4 Removal rate of COD depending on extraction time with different p H外水相 p H 值对 COD. 实验体系中 H 酸与流动载体 , 反应产物在内相试剂 NaOH 的作用下生成磺酸盐而留在内水相内 , 致使 外水相中的 H 酸不断向内水相迁移 ,
13、随萃取时间的 进行外水相中的 H 酸浓度逐渐降低 , 其化学平衡反 应过程如式 (1 和式 (2 所示 .R 3N org +A -aq +H +=R 3N H A org (1 R 3N H A org +OH -aq =R 3N org +H 2O aq +A -aq (2式中 A -为 :H 2SO 3-NaO 3S.理论上 , 酸度越强 COD 去除率越高 , 但液膜中 表面活性剂在酸度较大时液膜表现为不稳定 , 因此 在增加溶质的迁移速率和减少膜的破裂之间必定存 在一个最佳的 p H 值范围 . 从图 4可知 , 在萃取时间 小于 20min 时酸度越强 COD 去除率越高 , 但在
14、萃 取后期 COD 去除率在 p H =015时要低于 p H =2时 的 COD 去除率 , 而在整个萃取期间 (小于 25min , p H =6时的 COD 去除率均比 p H =015和 p H =2时 要低得多 .215 乳水比 R ew 对 COD 去除率的影响在乳状液组成和操作条件一定的情况下 , 实验 选取不同的乳水比 R ew (1 1,1 2,1 4 分别进行实 验 , 乳水比 R ew 对 COD 去除率的影响如图 5所示 . 从图 5可知 , 在实验范围内 , 随着乳水比 R ew 的C NaOH =1%, R oi =1 115,pH =2,TOA =3mL/100m
15、L 煤油 , Span -80=6g/100mL , FSN -100=015g/100mL 煤油 , mL/100mL 煤油 图 5 R ew t 的关系 depending on extraction with different R ew去除率提高 , 当乳水比为 1 1时较好 , 其 COD 去除率与 R ew 为 1 4时相比 ,COD 去除率提高 了近 84%, 从经济实用性考虑 , 实验未考察过大的 乳水比的情况 .2. 6 萃取搅拌强度对 COD 去除率的影响在乳状液组成和萃取时间一定下 (15min , 萃 取搅拌强度 (速度 对 COD 去除率的影响见图 6.C NaOH
16、=1%, R oi =1 115, R ew =1 1,pH =2,TOA =3mL/100mL 煤油 ,S pan -80=6g/100mL 煤油 , FSN -100=015g/100m L 煤油 , 异辛醇 =5m L/100m L 煤油 图 6 不同搅拌强度对 COD 去除率 的影响Fig. 6 Influence of stirring strength on removal rate of COD 从图 6可以看出 , 适当的搅拌速度应在 250 300r/min 之间 , 此时搅拌强度适中 , 有利于外水相 中萃取物质通过外扩散向乳化油滴内传递 . 实验过 程中还对萃取用搅拌桨的
17、型式进行了考察 , 采用两 种搅拌桨型式 , 单层平直浆叶 (垂直安装 和单层薄 片桨叶 (水平安装 , 在其它条件一定时 , 发现单层平 直浆叶比单层薄片桨叶所得到的 COD 去除率高 23%左右 , 说明单层薄片桨叶产生了较大的剪切力 第 1期 张 莉等 :乳状液膜法处理 H 酸废水的实验研究 87 作用 , 使得萃取过程中乳状液滴破碎加剧 .3 结论在实验研究的基础上 , 本文通过对液膜萃取分 离条件等影响因素的探讨 , 得出如下结论 :1 针对 H 酸废水 , 以 Span 280、 FSN 2100为复合 表面活性剂 , TOA 为流动载体的液膜体系可用于实 验体系 .2 外水相中氢
18、离子的浓度是实现液膜萃取分 离的重要影响因素 , 酸度越强 COD 去除率越高 , 但 酸度过大会导致 Span -80水解 , 在增加溶质的迁移 速率和减少膜的破裂之间存在一个最佳的 p H 值范 围 . 而乳水比 R ew 决定了分离过程中料液与乳液接 触面积的大小 , 随着乳水比 R ew 的增加 , COD 去除 率提高 .3 实验通过搅拌强度的考察 , 认为存在表面活性剂的液膜萃取分离体系外扩散对 COD 去除率具 有一定的影响 , 适宜的搅拌速度在 250300r/min , 萃取时间在 15min 为宜 .参考文献1李树德 , 赵东斌 , 程侣柏 . 用三氧化硫磺化制备 1,3,
19、6-萘三磺酸 -H 酸的工艺改进 J.染料工业 , 1992, 29(2 :24-28.2唐国生 . 浅谈碱熔反应对 H 酸收率的影响 J.广东化工 ,1991, (4 :33-34.3龙 超 , 张全兴 , J,2002,3(4 :. 液膜法在处理工业废水中的研究和应.工业水处理 ,1999,19(5 :6-7.to H acid w aste w ater treatmentZHA N G L i 1, L U Xiaohua2(1. Department of Environmental Science and Engineering , Wuhan Institute of Techn
20、ology , Wuhan 430073, China ; 2. Department of Environmental Science and Engineering , HuazhongUniversity of Science and Technology , Wuhan 430074, China Abstract :The effects of TOA concentration , NaOH concentration of inside phase , R oi , R ew , p H of outside phase , and stirring condition on t
21、he removal of COD from H acid wastewater treated by emulsion liquid mem 2brane using Span -80and FSN -100as the co -surfactant and TOA as the flow support were studied. The ex 2perimemtal results show the well prospect of the method applied to H acid waster treatment. K ey w ords :H acid wastewater
22、; emulsion liquid membrane ; wastewater treatment (上接第 84页 U ltraf iltration process of cephalosporin C sodium solutionB A O Jianz hi , L I Jie , Zhang Xiaoyan , CH EN Yao , CA O Y unf eng , L U Hua(Shijiazhuang Pharmaceutical Group Co. ,Ltd. , Shijiazhuang 050051, China Abstract :The declines of bo
23、th the U F membrane flux and solute permeation coefficient , and the influence of sodium ions on the membrane performance during the ultrafiltration process of cephalosprin C sodium solution were studied. It is shown that the main reasons of the declines are the adsorption of sodium ions and concent
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