活性炭吸附法处理废水毕业论文VIP

本 科 毕 业 论 文题目：活性炭吸附法处理二甲基乙酰胺废水研究学生姓名：杜朋辉学 号：08036204专业班级：环境工程 08-2 班指导教师：刘广东2012 年 6 月 10 日中国石油大学（华东）本科毕业论文摘 要本论文以一定浓度二甲基乙酰胺废水（COD约1600mg/L ）为对象，系统地研究活性炭投加量、操作温度、反应时间、原水pH及原水浓度对吸附效果的影响，确定最佳反应条件，并对该吸附过程进行热力学和动力学模拟。研究结果表明：活性炭投加量40g/L，操作温度298K，反应时间2h，原水pH=7为最佳反应条件，且该条件下原水COD去除率达85.30%；随原水浓度的增加，活性炭对COD的吸附量增加，COD去除率降低。活性炭对二甲基乙酰胺废水的吸附过程适合用Freundlich方程描述，吸附动力学符合伪二级动力学模型。关键词：活性炭；吸附；二甲基乙酰胺废水；有机污染物中国石油大学（华东）本科毕业论文ABSTRACTThe DMAC wastewater whose concentration of COD was about 1600 mg/L was studied in this paper. This study examined the influence of AC does, temperature, time, pH and the initial concentration during the adsorption process, and thus determined the best operate conditions. Then the study focused on the sorption kinetics and equilibrium sorption isotherms of the process. The results showed that when the dose of AC is 40g/L, the initial pH is 7, 85.30% of COD could be removed after 2h of agitation at 298K. Further more, the adsorption of COD onto AC was enhanced with an increase of initial DMAC concentration，however ， the COD removal rate decreased. The Freundlich gave a better fit to all adsorption isotherms than Langmuir, and the kinetics of adsorption of COD from DMAC wastewater onto AC was fit to the pseudo-second order model.Keyword：Activated carbon; Adsorption; DMAC wastewater; Organic pollutants中国石油大学（华东）本科毕业论文目 录第 1 章 前言 .11.1 课题的来源及背景 .11.1.1 二甲基乙酰胺的性质 .11.1.2 二甲基乙酰胺的用途 .21.2 国内外研究现状 .21.2.1 生物法 .21.2.2 化学法 .31.2.3 物理化学法 .41.3 研究的目的及意义 .81.4 主要研究内容及技术路线 .81.4.1 研究内容 .81.4.2 技术路线 .91.4.3 技术路线 .9第 2 章 实验部分 .102.1 实验材料 .102.1.1 实验药品 .102.1.2 实验仪器 .102.2 实验原理 .102.3 实验方法 .102.3.1 活性炭预处理 .102.3.2 模拟废水的制备 .112.3.3 水样 COD 的测定 .11第 3 章 实验结果及讨论 .123.1 活性炭投加量对废水处理效果的影响 .123.2 温度对废水处理效果的影响 .133.3 吸附时间对废水处理效果的影响 .143.4 原水 pH 对废水处理效果的影响 .143.5 原水 COD 浓度对废水处理效果的影响 .15中国石油大学（华东）本科毕业论文3.6 热力学吸附等温线参数模拟 .163.7 吸附动力学参数模拟 .173.8 本章小结 .19第 4 章 实验结论与建议 .20致 谢 .21参考文献 .22第 1 章 前言1第 1 章 前言1.1 课题的来源及背景中空纤维膜具有比表面积大，装填密度高，耐压性好等优点，广泛应用于膜分离领域：如处理含油回注水和印染行业的退浆废水、中水回用、海水淡化 1、提纯食品、医药以及环境保护等方面。中空纤维膜主要采用干-湿法纺丝工艺 2制备，其主要生产流程为溶剂溶解-脱泡-纺丝-脱溶剂 -溶剂回收。其中，二甲基乙酰胺（DMAC ）是生产中空纤维膜的重要反应溶剂，它具有溶解度高、沸点高、产品性能好的特点。二甲基乙酰胺作为反应过程的优良有机溶剂，产生大量的含二甲基乙酰胺废水，质量分数一般在 20%35%，COD 值较高，且与水以任意比例互溶，同时，二甲基乙酰胺毒性大，且在工业生产中用量大 3，因而在生产、使用和处置过程中，任意排入水体会对水质环境造成很大的影响，危害人类健康。因此，进行中空纤维膜生产中二甲基乙酰胺废液的回收和处理研究对于进行环境保护及降低企业的生产成本等方面都具有重要的意义。在二甲基乙酰胺废液进行回收时，如果有一部分二甲基乙酰胺未回收完全，形成二甲基乙酰胺废液，这些废液回收难度大，直接排放会造成环境污染。因而，需要对其进行进一步处理，从而达到保护环境，废水减量化资源化的目的。1.1.1 二甲基乙酰胺的性质二甲基乙酰胺，即 N,N-二甲基乙酰胺。英文名称为 N,N-Dimethylacetamide（缩写为：DMAC 或 DMA），又名醋酸二甲基胺、乙酰二甲胺 4，分子式为 CH3CON(CH3)2，分子量为 87.12，熔点为-20，沸点为 164166（760mmHg ），闪点（开）为70，燃点为 490，比重为 0.9429(20/4)，折射率为 1.43734。二甲基乙酰胺是一种无色透明液体，可以与多种有机溶剂混合，如醇、酮、醚、酯等。相对于“万能溶剂”二甲基甲酰胺而言，由于二甲基乙酰胺在分子结构中引入乙基，它具有更好的热稳定性和化学稳定性。二甲基乙酰胺在沸点不分解，在水溶液中比较稳定，但有时会因酸和碱的存在而分解。二甲基乙酰胺生理毒性显著，可经皮肤吸入人体，可强烈刺激人的皮肤，眼睛，呼吸道粘膜，长期接触二甲基乙酰胺会危害人的心、肝、肾脏、血管、神经系统等。所以，在使用二甲基乙酰胺时必须穿戴好防护用品，如果不慎接触皮肤，应用大量清水冲洗 5。二甲基乙酰胺具有很强的毒性，鼠类口服 LD 为 5.4mg/kg，各国都限定了工第 1 章 前言2作场所空气中的二甲基乙酰胺含量，我国规定车间空气中二甲基乙酰胺的最高允许浓度为 10mg/m3。二甲基乙酰胺可燃，要远离火源，应密闭存放在干燥、通风的避光处。在使用时应注意轻取轻放。1.1.2 二甲基乙酰胺的用途二甲基乙酰胺是一种优良的极性溶剂。相对于二甲基甲酰胺，它具有热稳定性高，毒性小，腐蚀性低等特点，可以代替二甲基甲酰胺。同传统有机溶剂相比，它作为溶剂或催化剂，可提高产品的质量和收率，它的用途非常广泛 6，主要有以下几方面：（1）高分子有机合成：二甲基乙酰胺作为溶剂广泛的应用于橡胶、树脂、纤维生产中。（2）医药和农药生产：二甲基乙酰胺已广泛用于多种抗菌素药品的生产，目前更是应用于多种新药品的合成，例如生产奈非西坦、乙丙昔罗、雷诺嗪等药物，是重要的医药原料。在农药上应用于合成农药杀虫剂等。（3）石油化工：二甲基乙酰胺作为催化剂的一种，广泛应用于石油化工中，它可以有效提高反应过程中卤化、氰化、烷基化、环化和脱氢的速度，提高产物收率。（4）腈纶生产：腈纶的生产方法主要有二甲基甲酰胺一步法、硫氰酸钠二步法以及二甲基乙酰胺有机湿法，其中以二甲基乙酰胺为溶剂的湿法工艺比较具有发展前景。（5）有机颜料：二甲基乙酰胺常作为溶剂用于有机颜料的生产中，可以取得令人满意的生产效果。（6）其他方面：二甲基乙酰胺可作为萃取蒸馏溶剂用于分离 C8 馏分中的苯乙烯，可作为溶剂用于抽提 C4 中的丁二烯，作为溶剂制作细菌纤维素纳米棒阵列等 7。1.2 国内外研究现状目前处理高浓度、难降解有机废水的方法很多，总体可以分类为：生物处理法、物理处理法、物理化学处理法和化学处理法。由于各类方法的作用机理不同，因此，在处理成本、效果和应用范围上存在一定差异。针对不同高浓度、难降解有机废水的特性，采用不同的处理方法就成为有效控制水污染的前提之一。1.2.1 生物法生物处理法是利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质。生物处理是废水净化的主要工艺，其具有经济可行、无二次污染等特点，主要用于处理农药、印染、制药等行业的有机废水。生物处理高浓度第 1 章 前言3难降解有机废水的主要方法有好氧生物、厌氧生物、生物膜法、酶生物处理技术以及发酵工程等。王国威 8等研究发现，组合填料膜A/O工艺对含DMAC的腈纶废水具有较好的处理效果，随着停留时间的延长，COD去除率逐渐提高，并能达到60%以上，对TOC的去除率也可到60%以上，对BOD 5的去除率可到90%以上，对特征污染物DMAC和丙烯腈的去除率接近100%。生化法工艺成熟，运行成本低，是废水处理中应用最广的方法。以生化处理为主体的高浓度难降解有机废水综合处理具有应用范围广、设备简单、处理能力高、比较经济等特点。但是，由于工业废水污染物组成复杂，高浓度难降解有机废水中的有害物质使得微生物无法正常工作，甚至中毒死亡。因此，生化法常常难以直接运用，需要经济快速的预处理方法。1.2.2 化学法化学处理法是利用化学原理和化学作用使废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的方法。其单元操作过程有焚烧法、化学氧化法和高级氧化法等。焚烧法是利用燃料油、煤等助燃剂将有机废水单独或者和其它废物混合燃烧，将其中的有机物转化为水、二氧化碳、碳酸盐等无害物的方法。焚烧法的优点是效率高、速度快，可以一步将废水中有机物主体彻底转化为二氧化碳和水；缺点是设备一次投资大、能耗大和处理成本高，且有机物焚烧后产生的烟气和飞灰会对环境造成二次污染，需进一步处理。化学氧化法是通过氧化还原反应，将废水中的有机物分解为小分子有机物以及无机物的方法。化学氧化法分为两大类，一类是在常温常压下利用强氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸盐、臭氧等)将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水；另一类是在高温高压下分解废水中有机物，包括超临界水氧化和湿空气氧化工艺，所用的氧化剂通常为氧气或过氧化氢，一般采用催化剂降低反应条件，加快反应速率 9。化学氧化法既可作为单独的处理方法，也可与其它处理方法结合联用，以达到最佳处理效果。目前高浓度有机废水的化学处理是一个非常活跃的研究领域，针对不同类型的废水处理新方法不断涌现，其中尤其以高级氧化技术最为引人注目。高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称 AOPs)，又称深度氧化技术，是指通过化学和物理化学(光照、电、声、催化剂、氧化剂等)的方法使污水中的污染物直接矿化为 CO2、H 2O 或无机矿物盐等无机物，或将其转化为低毒、易生物降解的中第 1 章 前言4间产物。目前国内外主要采用高级氧化法进行深度处理或生物预处理。祁萍等 10利用Fenton法对印制线路板高浓度废水进行了处理，实验表明在合适的条件下，COD的去除率达到99%以上，可以实现对该种废水的彻底无害化处理，且该方法具有工艺简单、易于操作的优点。1.2.3 物理化学法物理处理法是指应用物理作用改变废水成分的处理方法，如沉降、过滤、均化、气浮等单元操作。物理处理法设备简单、操作简便，但它仅能去除废水中粒径较大的悬浮颗粒，不能去除废水中的溶解性污染物。物理化学处理法是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到去除目的的处理技术。常用的处理方法有:萃取、精馏、吸附、膜技术、离子交换、混凝等11。1.2.3.1 萃取法萃取法一般分为物理萃取和化学萃取两种。利用污染物质在水中或与水不互溶的溶剂中有不同的溶解度进行分离，通常称为物理萃取；但若溶剂和废水中的某些组分形成络合物而进行分离，常称为化学萃取或络合萃取。萃取法处理高浓度有机废水，不仅具有设备投资少、操作简便等优点，而且能使主要污染物有效回收利用；萃取法的缺点是萃取只是一个污染物的物理转移过程，而非真正的降解，被萃取的有机物和萃取后废水需要进一步处理，而且有机溶剂还可能造成二次污染。因此，这种方法主要适用于处理有回收价值的有机物。朴香兰等 12采用萃取法处理化纤废水中的DMAC，结果表明：经六级错流萃取萃取率可达到99%以上，经8级逆流萃取后废水中的DMAC浓度可降到200mg/L以下。林泉等 13对低沸点萃取剂处理和回收含二甲基乙酰胺（DMAC）废水的可行性及工艺条件进行了研究，经研究表明，在常温2035时，用氯仿萃取二甲基乙酰胺，当溶剂与水相体积比为21时，经六级逆流萃取，可将废水中20%的二甲基乙酰胺含量降至300mg/L以下。同时发现，废水的pH值对萃取效率有明显的影响，当废水的pH值较大，即偏碱性时对萃取有利。 高杰 14对聚醚砜中空纤维膜生产中DMAC废液进行回收与处理研究发现，多级逆流萃取法适合于回收10%30%的DMAC废液，间歇精馏法适合于回收浓度高于30%的DMAC废液，而 Fenton试剂氧化法适合处理浓度低于0.5%的DMAC废液。1.2.3.2 精馏法第 1 章 前言5精馏法是化工生产中分离两种沸点不同物质组成的混合液体的常用方法，它是利用气液两相的传质和传热来达到分离的目的。其缺点是精馏法耗时长，耗能高。刘明晶 15对比了萃取和精馏两种方法回收二甲基乙酰胺，指出精馏法费时长，耗能高，而且在长时间的蒸馏中，少量的DMAC分解成二甲胺，造成浪费。因此，提出了一种萃取-分馏的方法，试验发现四级错流萃取和五级逆流萃取的萃取率在99%以上；采用五级逆流萃取，可将萃余液中的DMAC的浓度降 300mg/L以下。但是，此方法仍然存在成本过高的问题。在纤维成型的过程中产生大量的含二甲基乙酰胺的废液，其中含3545%DMAC，目前的处理方法是蒸发+精馏，通过此工艺过程将高浓度废水中的二甲基乙酰胺(DMA