离心萃取法处理高浓度DMF废水

高艳芳  李瑞琛  杨鹏飞  王利军   张书锋

（郑州天一萃取科技有限公司，郑州 450000）

摘要：利用离心萃取法处理高浓度DMF废水，考察了相比、级数及流量对DMF萃取效果的影响，确定该DMF废水处理的最佳条件。由结果可知，较佳的操作条件是，相比O/A=1:1（体积比），三级逆流，进料总流量在600ml/min内，萃余液中的DMF含量均低于1%。同时解决了现有工艺存在的一系列问题，大大减少了废水的处理成本。

关键词：DMF废水；离心萃取机；萃余液

中图分类号：         文献标志码：A        

Treatment on High Concentration DMF Wastewater by Centrifugal Extraction

GAO Yan-fang, LI Rui-chen, YANG Peng-fei, WANG Li-jun, ZHANG Shu-feng

（Zhengzhou TiEi Extraction Technology Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China）

Abstract: Centrifugal extraction was used to treat high concentration DMF wastewater. The influence of phase ratio, extraction stages and flow on the treatment effect were investigated. The results indicated that the optimum operating parameters were as follows: the phase ratio(O/A) was 1:1, extraction stages was three stage counter current and the total flow rate was within 600ml/min. Under the above conditions, the content of DMF in the raffinate was less than 1%. At the same time, it solved a series of problems existing in the existing process and greatly reduced the cost of wastewater treatment.

Keywords: DMF wastewater; centrifugal extraction; raffinate

N,N-二甲基甲酰胺，简称DMF，是一种无色、透明的液体，极性较强，可与水、醚、酮、酯、不饱和烃和芳香烃等混溶，有“万有溶剂”之称，被广泛应用于石油化工、有机合成、无机化工、农药、制药等领域^[1,2]。DMF可以通过呼吸、皮肤接触损坏人体健康，刺激损害眼睛，人体长期接触或吸入会阻碍血机能并造成肝脏阻碍。在水中会导致生物化学耗氧量和氮含量增加，使水质迅速恶化，而且极难生物降解^[3]。

当前DMF废水处理方法主要有精馏、萃取法^[4]、生化法^[5,6]、超临界水氧化法^[7]、物化法、化学法^[8]等。工业上对于高浓度DMF废水常采用多段精馏的方法进行处理，然而，有些工业生产过程产生的废水中往往含有盐，采用精馏法处理时容易造成设备损害严重，处理功耗高、且DMF的收率较低。萃取法针对不同浓度的DMF含盐废水，选用合适的萃取溶剂及设备，可以大幅度提高DMF的回收率，同时降低后续处理工段的压力。

本文以高浓度DMF废水为研究对象，对河南某生物科技有限公司原有处理工艺进行改进，采用离心萃取的方法进行处理，不仅使工艺处理连续化，同时减少了溶剂的投入量，提高了DMF的回收率，降低了后续蒸馏回收溶剂及废水深度处理（生化段）的压力。

1  离心萃取工艺概述

1.1 原有工艺说明

采用三氯甲烷做萃取溶剂，在反应釜内进行搅拌，静置分层。具体如下：三氯甲烷分三次加入，每次与废水量等体积加入，混合搅拌30min，静置30min，然后分层，将三氯甲烷相分出；继续加入等体积的新三氯甲烷进行混合。混合三次后，将分出的三氯甲烷相进行混合，通入精馏工段，回收溶剂及DMF。处理后的低浓度的DMF废水进入生化处理段进行深度处理，处理后的水进行回用。

该工艺中存在问题如下：萃取操作属于间歇式，每处理一批废水耗时较长；三氯甲烷加入量较大，增加精馏工段的压力；萃取后分相过程中易出现乳化层，造成有机溶剂的损失；萃取后的废水进入生化段DMF含量有波动（要求DMF含量低于1%），增加生化处理的压力。

1.2 离心萃取工艺说明

本试验中采用CWL-M型离心萃取机替代原有的反应釜，进行DMF废水的处理。该设备是一种新型、快速、高效的液液萃取分离设备，与传统萃取设备如搅拌釜、混合澄清槽、萃取塔等在工作原理上有本质的区别。将废水与萃取溶剂分别通入设备内，按照一定的相比和流量，进行多级逆流萃取，分别获得含DMF的萃取相和低浓度的DMF废水。低浓度的DMF废水（含量低于1%）进入生化段进行深度处理，而含DMF的萃取相则进入精馏段，进行溶剂与DMF的分离。

2 材料与方法

2.1 试验设备

试验用萃取设备为CWL50-M型离心萃取机，材质为高分子杂化复合材料，进料设备为BT-300FJ型蠕动泵。

2.2 试验用水

试验用高浓度DMF废水取自河南某生物科技有限公司，废水为随机取样，废水pH约为9，DMF含量24~27%，盐分含量为10~13%，深棕色略浑，废水产生量50m³/d。该废水不需要进行预处理，可直接进入离心萃取机内。

2.3 试验方法

实验主要针对原有工艺中存在的问题，分别考察萃取相比、进料流量、萃取级数等条件对废水中DMF的处理效果的影响。固定离心萃取机电机转速，按照一定的相比（O/A，体积比）和流量进入离心萃取机内，稳定平衡后观察两相的分离情况，检测两相出料流量及萃余液中DMF含量。

2.4 检测方法

原料液及萃余液中DMF含量采用分光光度法测定，根据萃取前后水相中DMF含量，计算萃取效率。计算公式如下：

3  结果与讨论

3.1 相比对DMF萃取效果的影响

在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，pH约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750r/min，两相进料总流量为300ml/min，三级逆流萃取的操作条件下，改变两相的相比（O/A，体积比），试验结果如下：

表1  相比对DMF萃取效果的影响

Tab. 1  Influence of phase ratio on experimental results

由表1可以看出，相比的改变对废水中DMF萃取效果有很大的影响。随着相比的降低，即三氯甲烷使用量的减少，DMF的萃取效率逐渐降低，在三级逆流的情况下，相比控制在O/A=1:1时即可满足后续生化段的处理要求。同时可以看出，采用离心萃取机处理该废水时，两相分离效果均良好，未出现乳化或者三相物等现象，进一步降低了三氯甲烷的损失量。后续试验中将萃取相比定为O/A=1:1，考察其他条件对DMF萃取效果的影响。

3.2 级数对DMF萃取效果的影响

在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，pH约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750r/min，两相进料总流量为300ml/min，相比O/A=1:1的操作条件下，改变萃取级数，试验结果如下：

表2  级数对DMF萃取效果的影响

Tab. 2  Influence of extraction stages on experimental results

由表2可以看出，萃取级数增加，DMF的萃取效率逐渐增加，萃取级数增加至6级时，废水中的DMF含量可降低至0.1%以下，可进一步降低后续生化段的处理压力。考虑后续生产投入成本，萃取级数暂定为3级，若后续生化段处理要求改变时，可适当调整萃取级数。

3.3 进料总流量对DMF萃取效果的影响

在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，pH约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750r/min，相比O/A=1:1，三级逆流萃取的操作条件下，改变两相进料流量，试验结果如下：

表3  进料总流量对DMF萃取效果的影响

Tab. 2  Influence of total flow rate on experimental results

由表3可以看出，进料总流量从400增加至600ml/min时，DMF的萃取效率有所降低，但均可满足后续进后续生化段的要求。总流量增加至700ml/min时，两相分离效果均良好，继续增加至800ml/min时，两相分离效果较差。因此，试验进料总流量控制在600ml/min内均可满足要求。

4  两种工艺比较

与原有工艺比较，改进工艺具有以下几方面的优点：

（1）原有工艺中，设备体积庞大，并且数量较多，占用厂房空间大；改进工艺中选用CWL-M型离心萃取机，占地面积只要5m²左右即可。

（2）CWL-M型离心萃取机内物料充分接触，使得三氯甲烷的用量比原有工艺减少65%左右。

（3）改进工艺处理后的废水中DMF含量比较稳定，均低于1%，降低了生化段的处理压力。

（4）CWL-M型离心萃取设备内积存料液较少，密封操作，大大降低了安全隐患。

（5）改进工艺中设备操作简单，自动化程度高，大大降低了人工成本。

5  结论

（1）选用CWL50-M型离心萃取机进行DMF废水处理时，分相效果良好，均无明显夹带。最佳操作工艺条件为：相比O/A=1:1，三级逆流萃取，进料总流量为600ml/min以内，均可满足进生化处理的要求。

（2）选用离心萃取法处理高浓度DMF废水，解决了原有工艺存在的溶剂投入量及损失量大、处理效率低、能耗高、出水质量不稳定等问题，大大减少了DMF废水处理成本，具有较好的市场前景。

参考文献：

[1] 李殿卿，刘大壮，王福安. 对羧基苯甲醛、对甲基苯甲酸、苯甲酸、对苯二甲酸和间苯二甲酸在N,N-二甲基甲酰胺中的溶解度[J]. 高校化学工程学报，2001,15（3）:258-261.

[2] 刘兴泉，唐毅，戴汉松，等. N,N-二甲基甲酰胺的生产与应用[J]. 化工科技，2002,10（1）:46-49.

[3] 刘治国. DMF废水资源化无害化处理研究[D]. 南京工业大学，2005.

[4] 谢菊冲，王卫标，孙常磊，等. 盐酸克林霉素低浓度DMF废水回收工艺改进[J]. 广州化工，2014，42（3）:67-68

[5] Bromley-Challenor K C A, Caggiano N, Knapp J S. Bacterila grow on dimethylformamide: implication for the biotreatment of industrial wastewater[J]. Indus Microbiol Biotech-nol, 2000,25(1):8-16.

[6] Okazaki M, Hamada T, Fujii H. Development of poly(vinyl alcohol) hydrogel for wastewater for cleaning treatment of N,N-dimethylformamide in wastewater with poly(vinyl alcohol) gel with immobilized microorganisms[J]. Appl Poly Sci, 1995,58(12):2243-2249

[7] 徐明仙，林春绵，周红艺. 超临界水氧化改善有机污染物可生化性的研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2002，3（3）: 24-26

[8] 乌锡康. 有机化工废水治理技术[M]. 北京：化学工业出版社，1999, 211-218