二甲基甲酰胺废水处理.ppt

二甲基甲酰胺废水处理概述,2015210574陈思思,DMF是一种透明液体，能和水及大部分有机溶剂互溶，它是化学反应的常用溶剂。纯二甲基甲酰胺是没有气味的，但工业级或变质的二甲基甲酰胺则有鱼腥味，因其含有二甲基胺的不纯物。二甲基甲酰胺是高沸点的极性（亲水性）非质子性溶剂，能促进SN2反应机构的进行。二甲基甲酰胺是利用甲酸和二甲基胺制造的。二甲基甲酰胺在强碱如氢氧化钠或强酸如盐酸或硫酸的存在下是不稳定的（尤其在高温下），并水解为甲酸与二甲基胺。,二甲基甲酰胺（Dimethylformamide,DMF）概述,甲基甲酰胺用于芳烃抽提以及用于从C4馏分中分离回收丁二烯和从C5馏分中分离回收异戊二烯，还可用作从石蜡中分离非烃成分的有效试剂。它对间苯二甲酸和对苯二甲酸的溶解性有良好的选择性：间苯二甲酸在二甲基甲酰胺中的溶解度大于对苯二甲酸，在二甲酸甲酰胺中进行溶剂萃取或部分结晶，可将两者分离。（4）非水溶液滴定用试剂，乙烯树脂和乙炔的溶剂，有机合成，光度测定，气相色谱固定液（最高使用温度50，溶剂为甲醇），分离分析C2-C5烃，并能分离正、异丁烯-1及顺、反丁烯-2。还可用于农药残留量分析，有机合成，肽的合成，照相工业用等。,（1）用作分析试剂和乙烯树脂、乙炔的溶剂。（2）是优良的有机溶剂，用作聚氨酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯的溶剂，亦用作萃取剂、医药和农药杀虫脒的原料。（3）二甲基甲酰胺既是一种用途极广的化工原料，也是一种用途很广的优良的溶剂。二甲基甲酰胺对多种高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均为良好的溶剂，可用于聚丙烯腈纤维等合成纤维的湿纺丝、聚氨酯的合成；用于塑料制膜；也可作去除油漆的脱漆剂；它还能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带有染料的特点。,DMF主要用途,DMF废水概述,在农药、医药、石油化工和合成革等工生产排出的废水中含有大量DMF，每年仅制革行业排放的含DMF废水约1亿t。工业废水中DMF化学性质稳定，B/C为0.065，难生物降解，对废水生物处理过程产生抑制作用，影响处理效果。DMF可以经过呼吸道、消化道和皮肤进入人体内，具有一定的毒性。我国职业性接触毒物危害程度分级确定DMF为级(中度危害)，并为实验动物致癌物质，美国确定DMF为人体可能致癌物质，原苏联规定污水中DMF排放最高容许质量浓度标准为10mgL-1，我国地面水中最高容许质量浓度推荐值是25mgL-1。由于DMF仅作为有机溶剂而不发生化学反应，在量上几乎没有损耗，全部进入生产废水中，如不加以处理，将对环境造成很大污染。,演示目录,DMF废水常用的处理工艺,生物法,物化法(吸附、萃取),化学法(催化氧化、超临界水氧化、碱性水解),1,生物法,好氧降解法,好氧降解法,传统的好氧活性污泥法处理工业废水是一种经济、有效好方法。Ghisalba等在好氧条件下用DMF作唯一碳源和氮源来培养微生物，证明DMF是可生物降解的。Bromley-Challenor等研究微生物分别在好氧、发酵和硝化环境中，不同浓度、不同pH值条件下降解DMF废水，发现在好氧条件下DMF降解率最高，产物为NH3，由DMF降解速度快于NH3产生速度推断DMF降解过程中存在着中间产物，并通过气相色谱分析得出该中间产物为二甲胺(DMA)。用好氧生物法降解含DMF废水，DMF去除率达95.1%，在其活性污泥培养过程中，需加入磷酸氢二铵及尿素等。在仔细操作情况下，体积负荷可提高到1.44kgm-3d-1，而出水DMF质量浓度仍在10mgL-1以下，因此用生物法处理高浓度DMF废水是有效的。,另有一些学者认为用活性污泥法生物降解DMF废水是比较困难的。DMF分子端部是两个甲基，甲基是一种强憎水性基团，而二甲基的憎水作用更强。通常，微生物对有机物的降解都是从有机物分子端部开始的。微生物表面的水解酶先降解有机物所含的亲水性基团，使之转变成小分子后，再将其通过主动运输吸收进细胞内完成降解。,物化法,利用固体多孔介质将废水中一种或多种物质吸附在固体表面以净化废水，饱和的吸附介质需做进一步处理。废水中低浓度的DMF可用活性炭吸附，再将5%DMF的活性炭用大于1倍重量的CH2Cl2回收。如以20份min-1的速度将质量分数为0.3%的DMF水溶液通过100份活性炭柱，其流出液的BOD质量浓度为29mgL-1，CODCr质量浓度为49mgL-1。当用33份水及0.2MPa的空气将液体排空后，柱内活性炭可用300份CH2Cl2以20份min-1的速度处理，其淋洗液141份，经蒸馏可回收97%的DMF。DMF蒸馏回收时，中和剂采用碳酸钙，以免DMF分解。吸附法处理DMF废水具有工艺流程短、操作简单、处理效果好等特点。,吸附法,对较高浓度的DMF废水(特别是含CaCl2的水溶液)，可用CH2Cl2、氯仿、二氯苯、苯、环己酮或苯甲醚等作萃取剂对DMF进行回收。胡湖生等采用溶剂萃取-活性炭吸附处理某制革厂的质量浓度高达93.4gL-1的DMF废水，用三氯甲烷五级逆流萃取后，萃余液DMF质量浓度降到1.33gL-1，萃取率达98.6%。萃取法简单易行，适于处理有回收价值的有机物，但只能用于非极性有机物，被萃取的有机物和萃取后的废水需进一步处理，有机溶剂还可能造成二次污染。,萃取法,化学法,Fenton试剂法Fenton试剂是由H2O2和Fe2+按一定的摩尔比混合而得的强氧化剂，可降解许多有机物。刘志国利用Fenton试剂降解DMF废水，考察了H2O2用量、Fe2+用量、反应物初始浓度对DMF废水COD的影响。结果表明，增加H2O2用量和降低DMF初始浓度，均能提高COD去除率，且Fe2+最佳用量为n(Fe2+)n(H2O2)=401。Fenton试剂具有反应条件温和、氧化能力强、分解速率快、氧化速率高，无二次污染等优点，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水。Fenton试剂处理DMF废水费用很高，从资源回收角度看，造成了DMF的浪费，没有工业应用价值。此外还存在催化剂无法回收、容易引进杂质等缺点。,超临界水氧化法超临界水氧化法原理是利用超临界水的特性，使废水中的有机污染物与氧气在超临界水中充分互溶反应，并将其氧化成无毒无害的CO2，H2O和其他简单小分子化合物。徐明仙等采用超临界水氧化法处理DMF废水，当处理温度为360时CODCr质量浓度由28244mgL1降低到2198mgL-1，CODCr去除率达到92%。超临界水氧化法适合处理难生物降解的有机废水，反应速度快，但其工业化过程仍存在一些技术难题，如反应条件较为苛刻(高温、高压)，设备易腐蚀，很难大规模应用。,碱性水解法酰胺类物质在强碱溶液中可以分解为相应的胺和盐。在碱的作用下，DMF水解反应方程式如下：HCON(CH3)2+OH-HCOO-+NH(CH3)2向含DMF的废水中加入NaOH，使之发生碱性水解反应生成DMA和甲酸盐，用空气赶出DMA，并用富氧空气进行焚烧，使之转化为N2和CO2，而液相中的甲酸盐可直接通过生物法处理。刘志国利用该法处理质量分数为8%DMF废水，使废水中DMF转化为DMA，然后鼓空气将DMA夹带出反应体系，出口分别用水、盐酸吸收,冷凝回收。结果表明：60时DMF与NaOH反应，气脱30min，DMF已完全分解，鼓出的DMA用3种方法回收：水静态吸收，吸收率达到95%；冷凝回收，回收率达到81%；盐酸吸收，回收率达到100%，但生成的盐酸二甲胺需要精制，路线较长。3种方法比较得出，利用水吸收DMA是较好的方法，吸收后的DMA水溶液可以出售。碱性水解法处理DMF废水具有反应条件温和,分解彻底的优点。生成DMA采用水吸收工艺简单,更适合工业化应用。,DMF废水处理技术发展趋势,DMF可在环境中长期存在，造成水体污染。目前的处理方法中，对于较高浓度的DMF废水以回收为主，对于较低浓度的DMF废水以降解去除为主。因此组合处理工艺将是DMF废水处理工业化应用探索的重要方向。如吸附法、萃取法和化学法、生物法的组合，可通过吸附、萃取回收一部分副产物，不能被吸附的污染物用生物处理达标。还有碱性水解法、生物法和光催化氧化法的组合，光催化氧化法能改善废水可生化性，将光催化工艺作为生物处理的预处理或深度处理。如先用碱性水解法处理，回收DMA，再用光催化处理，进行彻底矿化，可实现废水的资源化利用和无害化处理。,DMF废水概况,废水处理工艺,由于废水的CODCr的质量浓度比较高，因此考虑采用厌氧-好氧联合工艺来处理该废水。本工程通过新型高效厌氧膨胀颗粒污泥床反应器去除废水中的大部分可降解有机污染物，然后再用新型BioAX生物接触氧化工艺对剩余有机物进行降解，使DMF废水处理后水质