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 化學與化工學院，陜西 西安 710055；2.陜西煤業化工集團有限責任公司 蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 渭南 715500 )

含酚廢水主要來源于各類以煤炭和石油為原料的化工企業，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。未經處理的酚類物質難降解﹑毒性大，水體內含有微量的酚類物質都會給水體生物造成致命的傷害，含酚廢水的處理一直是相關化工企業面臨的一大難題。現有工業含酚廢水的處理方法有汽提法﹑萃取法﹑吸附法﹑離子交換法﹑化學混凝法﹑化學氧化法﹑化學還原法﹑生物法等[1-11]。本文以甲基異丁基甲酮(MIBK)為萃取劑，應用萃取法處理含酚廢水，廢水中的酚類進入了萃取相，對萃取相進行精餾，可以回收酚類，并使萃取劑再生。

1 實驗部分

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電動攪拌器；Alpha-1900S紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

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

1.3 測定方法

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

2 結果與討論

2.1 萃取級數的影響

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、萃取級數為1～7級的條件下進行萃取實驗；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、萃取級數為1～7級的條件下進行萃取實驗；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、萃取級數為1～7級的條件下進行萃取實驗，結果見圖1。

圖1 萃取級數對萃取效果的影響

由圖1可知，MIBK對酚類具有良好的萃取率，隨著萃取級數的增加，3種含酚廢水的萃取率均先迅速上升后基本保持恒定，萃取級數到5級時萃取率已基本穩定，MIBK對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數的增加而增加；在相同的萃取級數下，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、萃取級數為5、萃取相比為1∶1～1∶6的條件下進行萃取實驗，結果見圖2～圖4。

圖2 萃取相比對苯酚萃取效果的影響

圖3 萃取相比對間苯二酚萃取效果的影響

圖4 萃取相比對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數為1級，萃取相比為1∶4，溫度為30，40，50，60，70 ℃的條件下進行萃取實驗，結果見圖5。

圖5 萃取溫度對萃取效果的影響

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定，溫度對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遠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高于間苯二酚廢水的萃取率。

2.4 萃取正交實驗

分別以苯酚廢水、間苯二酚廢水為研究對象，設計以萃取級數、萃取相比、萃取溫度為考察因素的正交實驗，正交實驗因素水平表及實驗結果分別見表1～表4。

表1 苯酚廢水正交實驗因素水平

由表2可知，最優組合為A3B1C2，即萃取級數為6級，萃取相比為1∶3，萃取溫度為40 ℃為苯酚廢水萃取最優工藝條件。因素的主次影響順序A>B>C，所以對于苯酚廢水萃取實驗，萃取級數作用最大，萃取相比作用次之，萃取溫度作用最小。

表2 苯酚廢水正交實驗結果

表3 間苯二酚廢水正交實驗因素水平

表4 間苯二酚廢水正交實驗結果

由表4可知，最優組合為A1B1C2或A1B2C2，考慮到節省溶劑，相比選為1∶4，即間二苯酚廢水萃取的最優條件為：萃取級數為4級，萃取相比為1∶4，萃取溫度為30 ℃。因為RC>RB>RA，所以對于間二苯酚廢水萃取實驗，萃取溫度作用最大，萃取相比作用次之，萃取級數作用最小。

3 結論

(1)隨萃取級數增大，3種含酚廢水的萃取率均先迅速上升后基本保持恒定，萃取級數到5級時萃取率已基本穩定；在相同的萃取級數下，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，溫度對苯酚廢水的萃取率影響不大，但對間苯二酚廢水﹑苯酚-間苯二酚廢水萃取率的影響較大。

(4)對于苯酚廢水的最優萃取工藝條件為：萃取級數為6級,萃取相比為1∶3,萃取溫度為40 ℃；對于間苯二酚廢水的最優萃取工藝條件為：萃取級數為4級,萃取相比為1∶4,萃取溫度為30 ℃。