乳化液膜连续处理含Cu2+废水的研究.pdf

第5 7 卷第4 期 2 0 05 年11 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V d5 7 ．N o ．4 N O V 锄b e r20 05 乳化液膜连续处理含C u 2 废水的研究 王文才1 一，黄万抚3 ，蔡嗣经2 1 ．内蒙古科技大学，内蒙古包头0 14 0 1 0 ；2 北京科技大学，北京10 0 0 8 3 3 ．江西理工大学，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘 要研究乳化液膜连续化处理含C u 2 废水的工艺过程以及提取转速、处理比和乳化液循环使用对C u 2 ’提取率的影响。 结果表明．乳化液膜连续提铜工艺系统运行稳定，C u 2 提取率在9 2 ％l 三【上，最佳提取转速为4 5 0 r ／m i n ，处理比越大，C u 2 提取率越 高．通过补加新鲜乳液可使破乳后乳液循环回用。 关键词环境工程；古铜废水；乳化液膜莲续处理工艺 中图分类号X 7 0 3l ；T Q 0 2 88 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 4 0 1 1 0 0 3 乳化液膜是一种高效、快速和经济的分离提取 技术，由制乳、提取和破乳三个工序组成。乳化液膜 用于处理含c u 2 废水具有提取效率高、成本低和环 境友好等优点。 1实验方法 I ．1 仪器、试剂与分析方法 试验所用仪器有自制的低压静电连续破乳器、 l O O g 挂槽浮选机制乳器、7 2 1 型分光光度计和数字 p H 计。化学试剂有分析纯硫酸铜、乙二胺四乙酸二 钠 E D T A 、氨水、酚酞试剂、二乙基二硫代氨基甲 酸钠、铜标准，化学纯浓硫酸，自制蒸馏水，工业级 M 6 4 0 1 、L 1 1 3 B 、磺化煤油、液体石蜡、硝酸、乙酸乙 酯。采用二乙基二硫代氨基甲酸钠比色法分析 C u 2 浓度。 1 ．2 膜相组成与操作条件 试验中除有关参数注明取值外，其余参数取值 如下。膜相组成膜溶剂为磺化煤油；表面活性剂 L 1 1 3 B ，5 ％；流动载体M 6 4 0 1 ，4 ％；膜增强剂为液体 石蜡，1 ％；内相试剂是3 m o l ／L 的H 2 S O , ；油内比 R 。． 2 1 。操作条件操作温度2 0 ℃ 室温 ；提取 转速3 5 0 r ／m i n ；外水相p H 5 左右；提取时间 1 5 r a i n ；制乳转速3 5 0 0 r ／r a i n ；制乳时间1 5 r a i n ；处理 比R 。 1 8 ；乳液流量6 0 0 m L ／h ，废水流量 5 2 0 0 m L A n 。破乳条件破乳电压2 5 0 V ，5 0 H z ；破乳 时间1 0 m i n ；极间距离8 ．5 r a m 。 1 ．3 试验步骤 收稿日期2 0 0 4 0 7 2 7 作者简介王文才 1 9 6 3 一 ，男。内蒙伊盟伊旗人．副教授．博士生 主要从事膜技术等方面的研究。 用硫酸铜配制模拟含铜废水，c u 2 浓度约 1 3 2 ．7 m g ／L ，贮人废水高位槽中。将膜相试剂放人 制乳器中，开启搅拌，缓慢加入内水相。打开废水进 口开关，将塔充满至规定高度。打开废水出口开关 和乳液进口开关，开启乳液人口的微型泵，并控制乳 液和废水以一定处理比进人提取塔，同时调节提取 转速至需要的转速。运行稳定后每隔一定时间从塔 底或其他部位取样分析铜离子浓度。 滞留率e 的测定。在连续提取过程中，先将旋 转搅拌浆关掉，然后关闭进出乳液与废水阀门，静置 片刻，等乳液与水相分层后，分别读出提取柱中的乳 液体积V 与废水体积V 。，按} U ／ Ⅵ U 。 计算。 液膜破损率口的测定。用硫酸铜与硫酸混合作 为内水相与载体、表面活性剂、磺化煤油等一起制取 乳化液，再将含铜废水槽中的含铜废水用去离子水代 替，然后按上述步骤进行连续处理，测定并计算一定 时间后从内水相中进入外水相的C u 2 总量m 。和内 水相起始的c 一总量m 。，则口 m 。／m 。。 1 ．4 试验装置设计 试验基本参数为废水处理量E 5 0 0 0 m L ／h ， 处理比R 。， 1 8 ，提取时间￡2 1 5 m i n 。 1 ．4 ．1 连续化制乳装置。采用高速搅拌制乳法。 利用1 0 0 9 浮选机作为制乳动力，采用帕5 有机玻璃 管作制乳器，其体高度为1 4 c m 。搅拌叶轮型式为船 用推进式，中心式安装，最高搅拌转速8 0 0 0 r ／r a i n ， 并装有转速显示表。乳液出口处装有一台微型泵和 转子流量计，以便在连续提取过程中能控制乳液的 流量并达到试验的处理比，见图1 。 1 ．4 ．2 连续化提取装置。确定仿照O l d s h u e R u s h 万方数据 第4 期王文才等乳化液膜连续处理含c d 废水的研究 t o n 塔⋯，自制试验用提取塔作为乳化液膜连续化 处理的提取设备，结构如图1 所示。选用十7 7 m m 4 ．5 m m 的有机玻璃管作塔体，为制作简单取消了隔 板，因而塔轴向混合强度较大。 l 一制乳设备；2 一膜相成分嬖， 槽；3 一内相溶液贮槽；4 一废水高 位槽；5 一微型泵；6 一转于流量计；7 一可调电源；8 一破乳后的膜 相成分出口；9 一静电破乳器；l o 一内相浓缩C u d l 溶液贮槽；1 1 一O l d s h u e R u s h t o n 提取塔；1 2 一处理后废水出口 图1 乳化液膜连续处理含c u 2 废水装置、 F 祀lE 1 u i p m e n t sf o rc o n t i n u o U Se x t r a c t i 。no fC u 2 f r o mw a s t ew a t e rb yl i q u i de m u l s i o nm e m b r a n e H 4 V t 2 ／ 6 0 n D ； 1 式中q 一塔体估算高度，需通过实测处理后废水中 C 舻 浓度是否达标进行核实，c r n jV待处理液体体 积，V 1 R 。 U ，m L ／h ；D r 一塔体直径，c m 。 代人各参数的值可得H 。为3 0 ．2 c m ，选择H 。 为4 0 c m 。采用六叶涡轮浆搅拌叶轮L 2J ，并使浆叶与 水平成4 5 。角。该叶轮W ／D ， 1 ／2 ～1 ／5 常为 l ／3 ．W ／B 5 ～8 。故选择叶轮直径W 2 ．5 c m ， 叶轮宽度B 0 ．5 c m 。提取柱上、下部的乳液与废 水澄清段的高度均取为1 0 c m 。 1 ．4 ．3 连续化破乳装置。采用低压静电破乳法，破 乳器选用们0 r a m 0 ．5 r a m 的有机玻璃管制成。采 用固液电极对的容器绝缘方法，其绝缘层的厚度就 是破乳器的器壁厚度。选用1 4 的铜柱体作为内电 极 正极 ，负极用饱和的K C I 溶液代替。 H v e t 。／[ 6 0 n R { 一R i ] 2 式中H 一破乳器高度，c m ；U 一待破乳的乳液体 积，V p R 。U ，m L ／h ；R l 一破乳器内半径，c m ；R 2 一破乳器内电极半径，c m ；t 。一破乳时间，m i n 。代人 各参数值得H 1 8 ．8 c m ，选取H 为1 9 c m 。 2 结果与讨论 2 ．1 提取率随塔体高度的变化 在制作O l d s h u e R u s h t o n 塔时，每隔5 c m 预留 一取液孔 柱体高4 0 c m ，共7 孔 。连续提取过程中 每隔1 0 r a i n 分别从各取液口取样化验计算提取率， 结果见表1 。塔高为4 0 c m 时，C 0 ．2 提取率在9 2 ％ 以上，且运行稳定。 表1C u 2 提取率随塔高增加的变化 T a b l e1 C h a n g eo fC u 2 e x t r a c t i n gr a t ew i t hi n c r e a s eo fe x t r a c t i n gc o l u m nh e i g h t 2 ．2 提取转速对提取率的影响 提取转速为3 5 0 ，4 5 0 和5 0 0 r ／m i n 时，测得乳液 滞流率分别为1 1 ．9 1 ％，1 5 ．7 6 ％和2 1 ．9 1 ％，液膜破 损率分别为2 ，5 1 ％，7 ．9 ％和1 8 ，3 1 ％。提取转速对 C u 2 提取率的影响如图2 所示。 连续提取的最佳提取转速为4 5 0 r ／r a i n 。一般 来说，提取转速提高，一方面因折叶角为4 5 。的六折 叶涡轮式叶轮减缓了乳液的上升速度，提高了乳液 的滞留率。在O l d s h u e R u s h t o n 提取塔处理系统 中，乳液滞留率越大，废水和乳液的接触面积就越 大，c u 2 的传质效果就越好，其提取率就越高，所以 巷 料 盛 鼎 图2 提取转速对C u 2 提取率的影响 P i g2 E f f e c to fe x t r a c t i n gs p e e d 。f 1C u 2 e x t r a c t i n gr a t e C u 2 提取率随着乳液滞留率的升高而提高。另一 万方数据 1 1 2有色金属 第5 7 卷 方面，随着提取转速的提高，折叶角为4 5 。的六折叶 涡轮式叶轮旋转时对液膜的割裂作用使液膜的破损 率在增大，从而又引起c u z 提取率的下降。所以， 在乳化液膜连续处理工艺系统中，存在着一个最佳 提取转速，此时C u 2 提取率最高。 2 ．3 处理比对提取率的影响 试验中，固定废水流量为5 1 9 0 m L ／h ，调节乳液 流量来改变处理比，结果见表2 。 寰2 处理比对C u 2 提取率的影响 T a b l e2E f f e c to ft r e a t i n gr a t i oo nc d e x t r a c t i n gr a t e 处理比越大，乳液的滞留率和C u 2 的提取率越 高，但乳液的消耗量也越大。考虑到处理成本，处理 参考文献 比在1 8 左右为宜，此时废水中C u ”的提取率达到 9 0 ％左右。 2 ．4 循环使用乳液对提取率的影响 电破乳进行时，温度升高与外加的电压不仅会 导致膜相的损失，而且也会改变油相的性质与成分。 为此，进行了通过补加新鲜乳液的方法使破乳后的 乳液可以循环回用的试验。结果表明，在每次破乳 后新鲜乳液补加量为乳液循环量的7 ．3 ％左右时， 乳液循环使用1 0 次，其c u 2 提取效率分别为 9 4 ．7 5 ％、9 5 ．5 2 ％、9 4 ．2 0 ％、9 3 ．6 1 ％、9 3 ．4 1 ％、 9 3 ．2 0 ％、9 2 ．8 6 ％、9 2 ．8 1 ％、9 1 ．7 5 ％和9 1 ．4 0 ％。 3 结论 采用的连续化乳化液膜提铜工艺系统运行稳 定，C u 2 提取率在9 2 ％以上，最佳提取转速为4 5 0 r ／m i n ，处理比越大，c u 2 提取率越高，通过补加新 鲜乳液可使破乳后乳液循环回用。 [ 1 ] 化学工程手册编辑委员会化学工程手册 第1 4 篇 [ M ] ．北京化学工业出版社，1 9 8 4 2 2 1 2 2 5 [ 2 ] 郭年祥．化工过程及设备[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 3 3 0 6 3 1 1 ． C o n t i n u o u sE x t r a c t i o no fC 一 f r o mW a s t eW a t e rb yL i q u i dE m u l s i o nM e m b r a n e W A N GW e n c a i l 一，H U A N GW a n A 3 ，C A IS i j i n 9 2 1 ．U n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT 自c h n o l o g y I n n e r M o n g g o l i a ，B a o t o u0 1 4 0 1 0 ，I n n e r M o n g g o l i a ，C h i n a 2 ．U n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y B e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 3 ．U n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g x i ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t t a c t T h ec o n t i n u o u s l yp r o p o s a lp r o c e s so fw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gC u 2 b ym ∞∞o fl i q u i de m t d s i o nm e m b r a n e a n dt h ee f f e c t so fe x t r a c t i n gs p e e d ，t r e a t m e n tr a t i oa n dr e c y c l e de m u l s i o no ne x t r a c t i o nr a t eo fC u 2 a r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sC u 2 1 c o n t i n u o u s l ye x t r a c t i n gs y s t e mi ss t a b l ei nr u n n i n ga n dC u 2 e x t r a c t i o n r a t ei so v e r9 2 ％．T h eo p t i m u me x t r a c t i n gs p e e di s4 5 0 r ／m i n ．T h el a r g e rt h et r e a t m e n tr a t i o ．t h eh i g h e rt h e e x t r a c t i o nr a t eo fC u ”．B ya d d i n gn e we m u l s i o n ，t h eu s e de m u l s i o nc a nb er e c y c l e d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；w a s t e w a t e rc o n t a i n i n gc o p p e r ；l i q u i de m u l s i o nm e m b r a n e ；c o n t i n u O U St r e a t i n gt e c h n o l o g y 万方数据