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摘要：本文首先簡單介紹了液膜萃取法的機理、優(yōu)點以及應(yīng)用，然后針對冶金工業(yè)廢水的主要特點以及常用處理方法進(jìn)行說明，最后結(jié)合氨氮廢水具體試驗研究液膜萃取法處理冶金工業(yè)廢水。

關(guān)鍵詞：液膜萃取法；冶金；工業(yè)廢水

1液膜萃取法的概述

1.1液膜萃取法的機理

液膜分為乳化液膜和支撐液膜，其中乳化液膜又可進(jìn)一步分為有載體和無載體兩種。現(xiàn)以乳化液膜為例，分析其溶質(zhì)傳遞機理，有載體液膜是指在膜相內(nèi)增加可以和滲透物發(fā)生可逆反應(yīng)的載體，無載體液膜是利用其密閉相內(nèi)發(fā)生的不可逆的選擇性反應(yīng)。

1.2液膜萃取法的優(yōu)點

液膜萃取法與溶劑萃取存在很大的相似，都包括兩個過程，即萃取和反萃取。但二者的不同之處是溶劑萃取法的萃取過程和反萃取過程不同時進(jìn)行，耦合時需要借助管線和泵等外部設(shè)備；而液膜萃取法的萃取過程和反萃取過程在膜的兩側(cè)同時發(fā)生。液膜萃取法與溶劑萃取相比，優(yōu)點是較大的傳質(zhì)動力、較少的分離級數(shù)、較少的試劑損耗；“逆濃度梯度”效應(yīng)。

1.3液膜萃取法的應(yīng)用

液膜萃取法從研究到應(yīng)用發(fā)展非常迅速，如今應(yīng)用在化工生產(chǎn)、環(huán)境保護、廢水處理、濕法冶金、生物醫(yī)藥等方面。廢水又分為有金屬離子廢水、酸離子廢水、弱堿離子廢水以及其他工業(yè)廢水，液膜萃取在冶金工業(yè)廢水方面的應(yīng)用愈來愈強。

2冶金工業(yè)廢水的特點及處理方法

2.1特點

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可將冶金工業(yè)廢水分成不同類型，若根據(jù)其生產(chǎn)的性質(zhì)分為煉鋼廢水、高爐廢水、焦炭廠廢水和軋鋼廢水；若根據(jù)廢水來源又分為煉焦廢水、沖渣廢水、粉塵和煙氣廢水、冷卻水以及酸洗廢水。冶金工業(yè)廢水的特點如下：廢水的組成多而復(fù)雜，凈化處理比較困難；廢水的產(chǎn)生量比較多；廢水常有異味、臭味、顏色等；廢水污染水體或土壤的方式主要是地表水流擴散。

2.2處理方法

冶金工業(yè)廢水常見的處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法以及生物法。（1）物理法。廢水內(nèi)以懸浮形式存在且不溶解的污染物采用物理作用進(jìn)行處理。物理法又進(jìn)一步分為離心分離法、重力離心法以及篩率截流法。（2）化學(xué)法。廢水內(nèi)以膠體形式存在、且可以溶解的污染物采用傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等作用進(jìn)行分離、去除，其中通過傳質(zhì)作用處理廢水的方式有萃取、吸附、吹脫、離子交換、反滲透以及電滲析等，通過化學(xué)反應(yīng)處理廢水的方式有中和、混凝、氧化還原等。（3）物理化學(xué)法。該方法是利用物理法和化學(xué)法相結(jié)合將廢水內(nèi)的污染物去除，如萃取法、吸附分離法等。（4）生物法。該方法是指廢水內(nèi)以微小懸浮、膠體、以及溶液形式存在的有機污染物采用微生物的代謝作用轉(zhuǎn)化成沒有危害、狀態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)的過程。

3液膜萃取法處理冶金氨氮廢水的研究

以某亞鎳廠的氨氮廢水為例，研究液膜萃取體系。

3.1處理原理

銨態(tài)氮比較容易溶于膜相，從較高濃度的膜外相擴散到膜內(nèi)相，然后通過與膜內(nèi)相的酸解脫反應(yīng)，形成銨根離子，即NH3+H+→NH4+。因為NH4+在膜的內(nèi)外兩側(cè)的濃度不一樣，促進(jìn)解脫反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，去除掉可以穩(wěn)定存在膜內(nèi)相而不溶于油相的NH4+，實現(xiàn)氨氮的分離。

3.2實驗過程

（1）試劑、儀器。試劑：市場銷售的工業(yè)品煤油，市場銷售的、級別為化學(xué)純工業(yè)品-表面活性劑，級別為分析純的膜增強劑-石蠟，級別為分析純的氫氧化鈉、濃硫酸。廢水是某個亞鎳廠的氨氮廢水。儀器：可調(diào)高速制乳器、大功率晶體管高壓發(fā)生器（型號：FG-1型）、強力電動攪拌機（型號：JB90-D）、PHS-25pH/mV計。

（2）操作流程。液膜萃取法處理氨氮廢水的過程有制備乳液、處理廢水、破乳和重新制備乳液。

（3）計算方法。氨氮含量測量可使用簡易法，該方法操作簡單，且與滴定法、蒸餾法以及國標(biāo)法有相同的效果；計算廢水內(nèi)去除氨氮的含量時可使用去除率。氨氮離子在乳化液膜的內(nèi)外水相的濃度高低不同，液膜出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，使得分離萃取效率降低，所以需要考慮溶脹率的計算。

（4）結(jié)果和討論。

①選擇合適的膜相體系。實驗結(jié)果表明，當(dāng)乳液制備條件相同時，表面活性劑環(huán)烷酸環(huán)醇酰胺、Span-80、聚異丁烯胺、ME處理氨氮廢水時的溶脹率分別是34%、41%、49%、12%，去除率分別是54%、74%、38%、94.2%。因而，表面活性劑ME處理氨氮廢水的效果最佳。從表面活性劑ME條件試驗結(jié)果可知，ME處理氨氮廢水的效果隨著其使用量的改變而呈現(xiàn)為“凸”形拋物線，ME質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～4%，氨氮去除率比較高，在3%時去除率最高。分析其原因，較低濃度的表面活性劑，形成較薄的液膜，對應(yīng)液膜的穩(wěn)定性也比較差，極易破裂，但高濃度的表面活性劑形成的液膜穩(wěn)定性比較好，使得破乳時難度增加，影響溶質(zhì)傳遞速度。因而，試驗選用ME的濃度為2%～4%。

②工藝條件摸索。第一，溫度的影響。混合乳液與廢水時，如果溫度過低，有機相的粘度增大，降低氨氮分離效果；如果溫度過高，雖然有機相的粘度降低，但乳液的小滴易聚結(jié)，降低了液膜的穩(wěn)定性，也降低分離萃取效果。本次試驗的溫度條件范圍是15～40℃，對應(yīng)的氨氮廢水去除率在95%左右，上下波動不大。因此，試驗可以選擇在室溫條件進(jìn)行；第二，外相水pH的影響。冶金廢水的pH在近中性條件時，氨氮的存在形式是NH3、NH4+，且以NH4+形式為主。隨pH值增大超過11時，NH4+轉(zhuǎn)化成NH3，使得氨的萃取效率增加，但如果pH值過大，萃取后的廢水堿性太強，不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗的pH值在10～11，氨氮廢水的去除率增加的速率最快，pH大于11后，氨氮廢水的去除率增加速率變緩。因而，試驗的pH值控制在11～12，對應(yīng)廢水氨氮去除率在75%～85%。第三，油內(nèi)比的影響。油內(nèi)比是一個對膜穩(wěn)定性影響比較大的重要因素，隨著油內(nèi)比的升高，液膜變厚，其對應(yīng)的穩(wěn)定性變強，因而溶質(zhì)的傳遞速率變慢，破乳難度增大；但如果油內(nèi)比降低，液膜厚度減小，對應(yīng)穩(wěn)定性變差，易破裂，同樣降低氨氮去除率。本次試驗的油內(nèi)比在1∶1時效果最佳；第四，乳水比的影響。乳水比對廢水內(nèi)氨氮的去除率有重要影響。相同濃度和pH值的氨氮廢水經(jīng)過不同乳水比處理后的結(jié)果顯示，乳水比變大，其氨氮去除率卻降低。因此，試驗的乳水比選用1∶8，此時的去除率比較好，成本相對比較低。

③破乳。作為液膜萃取的重要環(huán)節(jié)，破乳對離子的富集、乳液的再次使用影響極大。現(xiàn)如今，常用的破乳方法如下：離心破乳法：將乳液放置在離心力場內(nèi)，通過各物質(zhì)的密度差將水、油分層，實現(xiàn)破乳；化學(xué)破乳法：在乳液內(nèi)添加破乳劑，破乳劑通過吸附作用吸附在乳液界面，將乳液界面的表面活性劑排斥掉，乳液的穩(wěn)定性降低，達(dá)到破乳的目的；加熱破乳法：對乳液進(jìn)行加熱處理，提高乳液內(nèi)各分子的運動速率，使得膜粘度降低，實現(xiàn)破乳；高壓靜電破乳法：把乳液放置高壓靜電場內(nèi)，通過靜電作用力進(jìn)行破乳。本次試驗通過分析對比可知，高壓靜電破乳法效果最佳。

4結(jié)束語

液膜萃取法作為一種新方法在處理冶金工業(yè)廢水時，需要合理選擇液膜的種類、載體、表面活性劑以及膜溶劑等。液膜萃取法處理工業(yè)廢水的優(yōu)點有操作簡單、效率高、速度快、成本低等，該方法的工藝流程雖比較成熟，但仍然沒有廣泛應(yīng)用。

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作者:劉瑜 單位:寶鋼工程技術(shù)集團有限公司