谈谈离心萃取法处理高浓度DMF废水

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高艳芳 李瑞琛 杨鹏飞 王利军 张书锋
（我们萃取科技有限， 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废水处理的比较佳条件。由结果可知，较佳的操作条件是，相比OA=1:1（体积比），级逆流，进料总流量在600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

T H C DMF W  C E
GAO Y-, LI R-, YANG P-, WANG L-, ZHANG S-
（Z TE E T C, L, Z 450000, C）
A:CDMF  T    ,   T  :   (OA)  1:1,    600 U   ,    DMF  1% A   ,   
KMF ; ;

N,N-二甲基甲酰胺，简称DMF，是一种色、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、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
11 原有工艺说明
采用氯甲烷做萃取溶剂，在反应釜内进行搅拌，静置分层。具体如下：氯甲烷分次加入，每次与废水量等体积加入，混合搅拌30，静置30，然后分层，将氯甲烷相分出；继续加入等体积的新氯甲烷进行混合。混合次后，将分出的氯甲烷相进行混合，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；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。
12 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
21 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。
22 试验用水
试验用高浓度DMF废水取自河南某生物科技有限，废水为随机取样，废水H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503。该废水不需要进行预处理，可直接进入离心萃取机内。
23 试验方法
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（OA，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。
24 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
31 相比对DMF萃取效果的影响
在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，两相进料总流量为300，级逆流萃取的操作条件下，改变两相的相比（OA，体积比），试验结果如下：

表1 相比对DMF萃取效果的影响
T 1 I
检测项目
相比（OA体积比）
2:1
15:1
1:1
05:1
萃余液DMF含量（%）
026%
065%
087%
256%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清

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，即氯甲烷使用量的减少，DMF的萃取效率逐渐降低，在级逆流的情况下，相比控制在OA=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，未出现乳化或者相物等现象，进一步降低了氯甲烷的损失量。后续试验中将萃取相比定为OA=1:1，考察其他条件对DMF萃取效果的影响。
32 级数对DMF萃取效果的影响
在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，两相进料总流量为300，相比OA=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
T 2 I
检测项目
级数
3
4
5
6
萃余液DMF含量（%）
087%
054%
019%
008%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清

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01%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。
33 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%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，相比OA=1:1，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
T 2 I  
检测项目
总流量（）
400
500
600
700
800
萃余液DMF含量（%）
091%
095%
097%
112%
234%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相稍浑浊

由表3可以看出，进料总流量从400增加至600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700时，两相分离效果均良好，继续增加至800时，两相分离效果较差。因此，试验进料总流量控制在600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52左右即可。
（2）CWL-M型离心萃取机内物料充分接触，使得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，均明显夹带。比较佳操作工艺条件为：相比OA=1:1，级逆流萃取，进料总流量为600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，2022,15（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，2022,10（1）:46-49
[3]刘治国 DMF废水资源化害化处理研究[D] 南京工业大学，2022
[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，2022，42（3）:67-68
[5]B-C K C A, C N, K J S B   :  [J] I M B-, 2000,25(1):8-16
[6]O M, H T, F H D  ( )N,N  ( )    [J] A P S, 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，2022，3（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

   

   
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
（我们萃取科技有限， 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废水处理的比较佳条件。由结果可知，较佳的操作条件是，相比OA=1:1（体积比），级逆流，进料总流量在600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

T H C DMF W  C E
GAO Y-, LI R-, YANG P-, WANG L-, ZHANG S-
（Z TE E T C, L, Z 450000, C）
A:CDMF  T    ,   T  :   (OA)  1:1,    600 U   ,    DMF  1% A   ,   
KMF ; ;

N,N-二甲基甲酰胺，简称DMF，是一种色、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、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
11 原有工艺说明
采用氯甲烷做萃取溶剂，在反应釜内进行搅拌，静置分层。具体如下：氯甲烷分次加入，每次与废水量等体积加入，混合搅拌30，静置30，然后分层，将氯甲烷相分出；继续加入等体积的新氯甲烷进行混合。混合次后，将分出的氯甲烷相进行混合，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；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。
12 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
21 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。
22 试验用水
试验用高浓度DMF废水取自河南某生物科技有限，废水为随机取样，废水H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503。该废水不需要进行预处理，可直接进入离心萃取机内。
23 试验方法
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（OA，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。
24 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
31 相比对DMF萃取效果的影响
在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，两相进料总流量为300，级逆流萃取的操作条件下，改变两相的相比（OA，体积比），试验结果如下：

表1 相比对DMF萃取效果的影响
T 1 I
检测项目
相比（OA体积比）
2:1
15:1
1:1
05:1
萃余液DMF含量（%）
026%
065%
087%
256%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清

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，即氯甲烷使用量的减少，DMF的萃取效率逐渐降低，在级逆流的情况下，相比控制在OA=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，未出现乳化或者相物等现象，进一步降低了氯甲烷的损失量。后续试验中将萃取相比定为OA=1:1，考察其他条件对DMF萃取效果的影响。
32 级数对DMF萃取效果的影响
在废水中DMF含量26%，盐分含量12%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，两相进料总流量为300，相比OA=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
T 2 I
检测项目
级数
3
4
5
6
萃余液DMF含量（%）
087%
054%
019%
008%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清

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01%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。
33 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%，H约为9的条件下，固定离心萃取机电机转速为2750，相比OA=1:1，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
T 2 I  
检测项目
总流量（）
400
500
600
700
800
萃余液DMF含量（%）
091%
095%
097%
112%
234%
两相分离情况
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相均澄清
两相稍浑浊

由表3可以看出，进料总流量从400增加至600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700时，两相分离效果均良好，继续增加至800时，两相分离效果较差。因此，试验进料总流量控制在600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52左右即可。
（2）CWL-M型离心萃取机内物料充分接触，使得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，均明显夹带。比较佳操作工艺条件为：相比OA=1:1，级逆流萃取，进料总流量为600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，2022,15（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，2022,10（1）:46-49
[3]刘治国 DMF废水资源化害化处理研究[D] 南京工业大学，2022
[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，2022，42（3）:67-68
[5]B-C K C A, C N, K J S B   :  [J] I M B-, 2000,25(1):8-16
[6]O M, H T, F H D  ( )N,N  ( )    [J] A P S, 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，2022，3（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