液膜萃取分离技术处理工业废水的原理、现状与前景

液膜萃取分离技术处理工业废水的原理、现状与前景

工业废水处理液膜萃取分离技术

概述

液膜萃取分离技术处理工业废水（文献综述）

2011 年 6 月 13 日

液膜萃取分离技术处理工业废水

梁佳

摘要：介绍了工业发展对环境的危害和液膜萃取分离的应用。

工业废水处理技术的原理及相关知识，以及该技术的现状和未来发展前景

场景预测。

关键词：液膜萃取、工业废水、清洁能源、自动化

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人类文明的进步离不开工业革命的快速发展。工业的发展带来了

便利和物质享受推动了世界现代化的进程。然而，随着工业的快速发展，

这必然会引发一系列的环境问题。工业“三废”：废气、废水、废渣

大规模的排放、各类工业产品的使用、废弃产品的回收都会带来各种类型的污染。

这使得我们的环境变得越来越糟糕。

雷切尔·卡森 1962 年出版的《寂静的春天》[1] 是一部备受争议的

这是第一本引起人们关注环境问题的书。这本书令人震惊地讲述了农药对人类环境的危害

这一预测不仅遭到了与其密切相关的生产和经济部门的猛烈批评，而且也受到了强烈的震动

这让世人震惊不已。

“三废”治理迫在眉睫，其中废水处理是最为棘手的问题。

由于废水中的污染物不仅数量多而且成分复杂，不易分离，不易处理，不易回收，而且危害性大，

其耗氧量、酸碱度、富营养化、油覆盖、高温等特点对技术提出了很高的要求。

废水处理技术很多，如：物理法、化学法、物化法、生化法等。

工业废水的产生方式很多，如工艺反应不完全产生的废水、副反应产生的废水、

应用产生的废弃物、工业物料的泄漏和冷却水污染。工业废水处理的原理

1.优先采用无毒生产工艺替代或改造落后生产工艺，争取

消除或减少有毒有害废水的产生。2.使用有毒原料、生产有毒中间体时

生产过程中应严格操作和监督，消除滴漏，减少损失，尽可能采用合理的流量。

3.含有剧毒物质的废水，如某些重金属、放射性物质、浓度较高的

含苯酚、氰化物废水应与其他废水分开处理，回收有用物质。

污染较小的废水要进行妥善处理、回收利用，不得排入下水道，避免增加城市污水量。

5.与城市污水类似的有机废水，如食品加工废水、

制糖废水、造纸废水可排入城市污水系统进行处理。

含有苯酚、氰化物等有毒废水应经处理后，按照允许的排放标准排入城市下水道。

7、难以生物降解的有毒废水应单独处理，不得外排。

进入城市下水道。工业废水处理的发展趋势是将废水和污染物作为有用资源进行回收利用

利用或实现闭环。[2]

液膜萃取技术是物理和化学方法中比较实用的方法。

萃取法是由美籍华人李NN[3]于1968年提出的。萃取又称溶剂萃取或液-液萃取（以区别于

固液萃取，也称为浸出（常用于石油精炼工业），是一种利用液体

萃取剂处理与其不混溶的双组份或多组份溶液，实现组份分离的传质分离过程。

它是广泛应用的单元操作，利用同类相溶的原理实现分离。

在这些技术中，最常用的方法之一是液膜分离来处理废水中的污染物。

1.液膜萃取的原理及过程

膜分离技术是将液相膜溶液与反萃取剂在表面活性剂作用下进行反萃取

该药剂被液膜溶液包裹，形成球形的油包水（WOW）或水包油（OWO）乳剂。

非常薄，且表面积很大，处理能力强。

液膜具有较高的选择性。

液膜分离的传质过程是将乳状液在搅拌下加入到外相中，分离出的物质选择性地

被分离的物质由移动载体转移到内相中，再由移动载体返回到膜相和外相中。

该循环重复进行，直到外相中分离的大多数成分迁移到内相。

乳状液破乳后回收内相，膜相重复利用，外相循环使用。

还可以回收利用。这样通过物理化学方法，不仅处理了废水中的废物，

并可实现循环利用，达到处理要求，不污染环境，并可不断再生处理废水中的污染物。

染料。

2 影响液膜萃取的因素

影响液膜分离效果的因素主要有：膜溶剂、表面活性剂、流动载体

选择、液膜稳定性、破乳电压、搅拌速率、乳化液-水比Rew、传质驱动力、静电

电压、交直流电场及波形、电极间距、油液比、表面活性剂含量、膜粘度、内相

电解质浓度、制乳速度、温度、乳液老化时间等。

3.液膜萃取的特点及应用领域

乳化液膜的特点是萃取和反萃取同时进行，具有巨大的传质比。

液膜液滴直径范围为0.1~2mm，乳液液滴直径范围为1~100mm，膜具有

有效厚度为1-10mm，传质速率高、选择性好，大大提高了提取率。

经过长期的探索，液膜分离技术已广泛应用于石油化工、冶金化工、海洋

海水淡化、废水处理及综合回收、医药、生物等。

4、液膜萃取技术在废水处理中的应用

液膜萃取在废水处理中有着广泛的应用：1、可用于处理含有金属离子的废水。

处理：朱宪[4]等从二厂塑化溢流水中分离回收了锌。

工艺开发研究采用乳化液膜分离法，经过第一级液膜分离后，锌浓度降低至5E-6

以下均符合排放标准。等 [5] 和王诗柱等 [6] 也基于

尝试了工业化应用乳液膜分离处理含锌废水。2.含有机物废水的处理。

其中多数采用有机溶剂萃取，但处理后的废水仍含有较高浓度的有机物。

采用液膜法可以对废水进行彻底处理，例如含苯酚、苯胺、氯仿、NTS、COD的废水。

原因。

近三年来，液膜分离技术也得到了相应的发展。

在水处理方面已经取得了一些成果。

4.1液膜分离技术处理无机废水

）含铜废水

在湿法炼锌过程中，浸出液中含有铜、镉等杂质。王祥德等采用DIPSA(3，

5-二异丙基水杨酸）、TIBPS（三烷基磷化物）、煤油、硫酸乳化液膜体系

去除渗滤液中的铜杂质。实验结果表明，处理后的渗滤液中铜离子浓度小于

0.5mg/L，锌损失率小于0.5%，能够满足湿法炼锌的工艺要求。

采用以LIX98为流动载体的乳化液膜从低品位蓝铜矿浸出液中提取Cu2+。

在此条件下Cu2+的提取率接近100%，纯度可达99%以上，富集浓度为8~9mg/L。

另外，在电路板蚀刻废液处理中，铜回收率高达99%以上，处理后的废水中的铜

浓度小于0.5毫克/升，满足排放标准。[8]

）含锌废水

液膜法处理含锌废水及工业应用的研究。王诗柱等

在低浓度情况下，T54、T20稀硫酸液膜系统，处理能力50m3/d，可处理

将浓度550mg/L的废水降低到5mg/L左右，基本达到排放标准，处理回收锌30kg。

所需费用

使用少于1kg的锌。

3）含铅、镉废水

梁树平等[9]采用LMS-2(R—SO3H，R为C4烯烃共聚物)、P507

(2-乙基己基甲基磷酸酯)、柠檬酸、煤油组成液膜体系，处理含Pb2+mg/L

水样中Pb2+的去除率可达94%。

该系统用于处理含氰镀镉废水，处理后的废水中氰化物和镉含量降低至排放标准以下。

另外，采用以Span-80和P204为盐酸的液膜系统处理含100mg/L镉工业废水。

处理后的废水中镉含量降至0.mg/L以下。[10]近年来，唐兵等。

以DIPSA（3.5-二异丙基水杨酸）和TIBPS（三烷基膦硫化物）为载体，以(NH4)2S为

该沉淀剂形成液膜体系，采用液膜内相结晶技术处理湿法精炼氧化锌酸性浸出液。

镉的回收率达到98%，在高锌低镉体系中实现了锌、镉的分离。

直接得到镉盐产品。

4）含铅废水

前期研究人员采用二苯并-8-冠-6-（冠醚）作为含铅废水的萃取剂。

该载体进行了研究并取得了理想的结果，但是这种液膜结构相对昂贵，且难以推广应用。

工业生产过程中。最近，Rania Sabry 等人使用 span-80 作为表面活性剂。

在最佳条件下铅离子的萃取率可达1.5%。

99%~99.5%。[11]

）含铬废水

李思娅等采用液膜处理高浓度六价铬废水（500mg/L）[12]

处理后的水中六价铬含量小于0.5mg/L，达到排放标准，液体破乳后回收。

Cr6+浓度可达20g/L。

6）含铀废水

采用煤油作为膜溶剂,span-80作为表面活性剂,TOPO作为载体。

采用碳酸钠作为进水溶液，处理铀离子浓度为600mg/L的废水（含Ca2+、Fe3+、

采用高效液相色谱法分离铀精矿（其中铀离子含量≤Mg2+），使萃余液中铀离子含量低于50mg/L，有效提高铀精矿的纯度。

这具有重要的研究意义。[13]

7）电镀废水

陆月红、陈彩萍等 [14] 利用两级膜分离技术实现分离、浓缩和电镀

装置冲洗水。设计浓缩倍数为100倍，处理流量为500m3/min（250℃）。

离心后的浓缩液通过专门研制的萃取剂自动萃取，将浓缩后的重金属返回电解槽进行进一步处理。

本装置适用于各类电镀系统，处理后的电镀废水污染物含量优于国家最新《电镀废水污染控制系统》标准。

该技术可实现电镀废水零排放。

8) 过渡金属离子

等[15]还研究了5种金属(Ag+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Ni2+)浓度之间的关系

进行了对比萃取实验，发现只有Ag+从水相经离子交换器萃取到吡啶杯烃中。

在离子液体中，吡啶杯烷能与银形成稳定的1:1配合物，重复使用5次后，杯烷

一系列疏水功能离子液体（TSIL）可用于萃取Hg2+和

Cd2+、Hg2+和Cd2+在含有硫脲和脲基团的离子液体中具有较高的分配比。

此外，Hg2+在离子液体中的分配率高于Cd2+，且pH值对结果没有明显影响。

9）

氨氮污染废水

王静对乳化液膜法处理氨氮废水进行了研究，总结了其中最重要的

最佳净化条件：温度可保持室温；pH值以10-12为宜；乳化液与水的比例为1：10-1：

12;内部水相中H2SO4浓度为5%~15%;液膜与废水混合搅拌时间为15~20min。

进一步证明了乳化液膜法是处理氨氮废水的优良而理想的方法。

4.2液膜分离技术处理有机废水

) 酚类

付新梅、王玲、戴树桂等 [15] 研究了离子液体 1-甲基-3-丁基

使用咪唑六氟磷酸盐（[B/dIM][PF6]）作为膜溶剂。

采用0.1 mol/L氢氧化钠溶液作为萃取液，萃取壬基酚、辛基苯酚、

结果表明，支撑液膜分离技术对双酚A具有有效的萃取效果。

其中辛基酚最好，壬基酚次之，该技术可以对这三种混合物进行选择性萃取。

提取分离应顺利进行，但提取时间不宜超过46小时。

2）乙醇

开发新能源是应对当前资源短缺的必要手段，液膜萃取分离技术是

采用生物发酵法生产燃料乙醇，解决了乙醇抑制微生物发酵和脱水生产高纯度燃料的难题。

在发酵液处理及废水处理回用中起着重要作用。

将该燃料乙醇生产工艺与其他改进的发酵生产燃料乙醇工艺进行了比较。

申屠佩兰, 幸伟红 [16] 液膜萃取分离技术在生产乙醇中的应用, 膜分离

连续乙醇发酵。

3）污泥

等[18]研究了采用三醋酸纤维素进行污泥消化液的FO膜浓缩。

采用纤维素(CTA)FO膜作为提取液,以50g/L NaCl溶液为萃取液对污泥消化液及其预处理进行处理。

结果表明，FO工艺可以有效拦截氮、磷污染物。

当氨氮、凯氏氮和磷酸盐初始浓度分别为1 300、1 400和240 mg/L时，

拦截率分别为92.1%、91.0%和99.9%。

4）苯胺废水

石忠良等 [19] 也采用煤油-磷酸三丁酯-HCl乳化液膜体系处理

苯胺废水最适宜运行条件为：表面活性剂（Span-80）用量

分数为3%，外相初始pH值为7.0~9.0，Roi为1:1，Rew为1:10，处理

搅拌速度为200 r/min,处理时间为20 min,在此条件下苯胺去除率可达

超过 96%。

5）含氰废水

孙亚明等[20]研究了采用乳化液膜法去除含酚废水。

含苯酚、氰化物废水经液膜处理后，苯酚、氰化物的去除率均可大于99.5%，并能去除有用物质。

产品回收率大于90%，本方法运行成本低，占地面积小，操作简单，易于管理。

也为解决高浓度废水处理，回收有用物质开辟了一条有效途径。

6)含磷废水王玉新等[21]采用伯胺N1923作为移动载体。

以N206为表面活性剂,煤油为膜溶剂,CaCl2和NH3·H2O为内相试剂,形成乳化

液膜可将150mg/L废水中的磷酸盐含量降低至5mg/L以下。

乳化过程中内相为Ca(PO4)2沉淀，易吸附在有机相中，造成破乳分离困难。

利用乳化液膜技术处理含磷废水的工艺尚不成熟，需要进一步研究。

7）含乙酸废水

倪邦庆等[22]采用煤油、磷酸三丁酯作为载体、二丁二醇作为表面活性剂组成的膜相。

酰亚胺与内相NaOH溶液组成的乳化液膜体系连续处理高质量浓度(5

g/L)醋酸废水去除率达到65%以上，讨论了连续操作过程中传质的主要影响因素。

综合考虑各因素，选定一组理想条件：cI=4.0 mol/L，Roi=2，Rew=1/7，qe=

1.0 L/h, n=800 r/min。在此最佳条件下，由于本体系乙酸浓度较高，塔

有效高度不够高，去除率不高，但综合考虑各方面因素，这个状态还是比较理想的。