二甲基甲酰胺廢水處理課件

1、二甲基甲酰胺廢水處理,1,二甲基甲酰胺廢水處理概述,2015210574 陳思思,二甲基甲酰胺廢水處理,2,DMF 是一種透明液體，能和水及大部分有機(jī)溶劑互溶，它是化學(xué)反應(yīng)的常用溶劑。純二甲基甲酰胺是沒有氣味的，但工業(yè)級(jí)或變質(zhì)的二甲基甲酰胺則有魚腥味，因其含有二甲基胺的不純物。 二甲基甲酰胺是高沸點(diǎn)的極性（親水性）非質(zhì)子性溶劑，能促進(jìn) SN2 反應(yīng)機(jī)構(gòu)的進(jìn)行。 二甲基甲酰胺是利用甲酸和二甲基胺制造的。二甲基甲酰胺在強(qiáng)堿如氫氧化鈉或強(qiáng)酸如鹽酸或硫酸的存在下是不穩(wěn)定的（尤其在高溫下），并水解為甲酸與二甲基胺。,二甲基甲酰胺（Dimethylformamide, DMF）概述,二甲基甲酰胺廢水處理,

2、3,甲基甲酰胺用于芳烴抽提以及用于從 C4 餾分中分離回收丁二烯和從C5 餾分中分離回收異戊二烯，還可用作從石蠟中分離非烴成分的有效試劑。它對(duì)間苯二甲酸和對(duì)苯二甲酸的溶解性有良好的選擇性：間苯二甲酸在二甲基甲酰胺中的溶解度大于對(duì)苯二甲酸，在二甲酸甲酰胺中進(jìn)行溶劑萃取或部分結(jié)晶，可將兩者分離。 （4）非水溶液滴定用試劑，乙烯樹脂和乙炔的溶劑，有機(jī)合成，光度測定，氣相色譜固定液（最高使用溫度 50，溶劑為甲醇），分離分析 C2-C5 烴，并能分離正、異丁烯-1及順、反丁烯-2。還可用于農(nóng)藥殘留量分析，有機(jī)合成，肽的合成，照相工業(yè)用等。,（1）用作分析試劑和乙烯樹脂、乙炔的溶劑。 （2）是優(yōu)良的有機(jī)

3、溶劑，用作聚氨酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯的溶劑，亦用作萃取劑、醫(yī)藥和農(nóng)藥殺蟲脒的原料。 （3）二甲基甲酰胺既是一種用途極廣的化工原料，也是一種用途很廣的優(yōu)良的溶劑。二甲基甲酰胺對(duì)多種高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均為良好的溶劑，可用于聚丙烯腈纖維等合成纖維的濕紡絲、聚氨酯的合成；用于塑料制膜；也可作去除油漆的脫漆劑；它還能溶解某些低溶解度的顏料，使顏料帶有染料的特點(diǎn)。,DMF 主要用途,二甲基甲酰胺廢水處理,4,DMF 廢水概述,在農(nóng)藥、醫(yī)藥、石油化工和合成革等工生產(chǎn)排出的廢水中含有大量 DMF，每年僅制革行業(yè)排放的含 DMF 廢水約 1 億 t。 工業(yè)廢水中 DMF 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，

4、B/C 為 0.065，難生物降解，對(duì)廢水生物處理過程產(chǎn)生抑制作用，影響處理效果。 DMF 可以經(jīng)過呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體內(nèi)，具有一定的毒性。我國職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)確定 DMF 為級(jí)( 中度危害)，并為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致癌物質(zhì)，美國確定 DMF 為人 體可能致癌物質(zhì)，原蘇聯(lián)規(guī)定污水中 DMF 排放最高容許質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為 10mgL-1，我國地面 水中最高容許質(zhì)量濃度推薦值是 25 mgL-1。由于 DMF 僅作為有機(jī)溶劑而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在量上幾乎沒有損耗，全部進(jìn)入生產(chǎn)廢水中，如不加以處理，將對(duì)環(huán)境造成很大污染。,二甲基甲酰胺廢水處理,5,演示目錄,DMF 廢水常用的處理工藝,生物法,物

5、化法(吸附、萃取),化學(xué)法(催化氧化、超臨界水氧化、堿性水解),二甲基甲酰胺廢水處理,6,1,生物法,好氧降解法,二甲基甲酰胺廢水處理,7,好氧降解法,傳統(tǒng)的好氧活性污泥法處理工業(yè)廢水是一種經(jīng)濟(jì)、有效好方法。 Ghisalba 等在好氧條件下用 DMF 作唯一碳源和氮源來培養(yǎng)微生物，證明 DMF 是可生物降解的。 Bromley- Challenor 等研究微生物分別在好氧、發(fā)酵和硝化環(huán)境中，不同濃度、不同 pH 值條件下降解 DMF 廢水，發(fā)現(xiàn)在好氧條件下 DMF 降解率最高，產(chǎn)物為NH3，由 DMF 降解速度快于 NH3 產(chǎn)生速度推斷DMF 降解過程中存在著中間產(chǎn)物，并通過氣相色譜分析得出

6、該中間產(chǎn)物為二甲胺(DMA)。 用好氧生物法降解含 DMF 廢水，DMF 去除率達(dá) 95.1%，在其活性污泥培養(yǎng)過程中，需加入磷酸氫二銨及尿素等。 在仔細(xì)操作情況下，體積負(fù)荷可提高到 1.44 kgm-3 d -1，而出水 DMF 質(zhì)量濃度仍在 10 mgL-1 以下，因此用生物法處理高濃度 DMF 廢水是有效的。,另有一些學(xué)者認(rèn)為用活性污泥法生物降解 DMF 廢水是比較困難的。DMF 分子端部是兩個(gè)甲基，甲基是一種強(qiáng)憎水性基團(tuán)，而二甲基的憎水作用更強(qiáng)。 通常，微生物對(duì)有機(jī)物的降解都是從有機(jī)物分子端部開始的。微生物表面的水解酶先降解有機(jī)物所含的親水性基團(tuán)，使之轉(zhuǎn)變成小分子后，再將其通過主動(dòng)運(yùn)輸

7、吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)完成降解。,二甲基甲酰胺廢水處理,8,物化法,利用固體多孔介質(zhì)將廢水中一種或多種物質(zhì)吸附在固體表面以凈化廢水，飽和的吸附介質(zhì)需做進(jìn)一步處理。廢水中低濃度的DMF 可用活性炭吸附，再將5%DMF 的活性炭用大 于 1 倍重量的 CH2Cl2回收。如以 20 份m in-1的速度將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3%的 DMF 水溶液通過 100 份活性炭柱，其流出液的 BOD 質(zhì)量濃度為 29mgL-1，CODCr質(zhì)量濃度為49mgL-1。當(dāng)用33 份水及0.2 MPa 的空氣將液體排空后，柱內(nèi)活性炭可用 300 份 CH2Cl2以 20 份m in-1 的速度處理，其淋洗液 141 份，經(jīng)蒸餾可回

8、收97%的 DMF。DMF 蒸餾回收時(shí)，中和劑采用碳酸鈣，以免 DMF 分解。 吸附法處理 DMF 廢水具有工藝流程短、操作簡單、處理效果好等特點(diǎn)。,吸附法,對(duì)較高濃度的 DMF 廢水(特別是含CaCl2 的水溶液)，可用CH2Cl2、氯仿、二氯苯、苯、環(huán)己酮或苯甲醚等作萃取劑對(duì) DMF 進(jìn)行回收。胡湖生等采用溶劑萃取-活性炭吸附處理某制革廠的質(zhì)量濃度高達(dá) 93.4 gL-1 的 DMF 廢水，用三氯甲烷五級(jí)逆流萃取后，萃余液 DMF 質(zhì)量濃度降到 1.33 gL-1，萃取率達(dá)98.6%。萃取法簡單易行，適于處理有回收價(jià)值的有機(jī)物，但只能用于非極性有機(jī)物，被萃取的有機(jī)物和萃取后的廢水需進(jìn)一步處

9、理，有機(jī)溶劑還可能造成二次污染。,萃取法,二甲基甲酰胺廢水處理,9,化學(xué)法,Fenton 試劑法 Fenton 試劑是由 H2O2 和 Fe2+ 按一 定 的 摩 爾 比 混 合而 得 的 強(qiáng) 氧 化 劑 ， 可降 解許多有機(jī)物。劉志國利用 Fenton 試劑降解 DMF 廢水，考察了 H2O2 用量、Fe2+用量、反應(yīng)物初始濃度對(duì) DMF 廢水 COD 的影響。結(jié)果表明，增加 H2O2 用量和降低 DMF 初始濃度，均能提 高 COD 去除率，且 Fe2+最佳用量為 n(Fe2+)n(H2O2) =401。Fenton 試劑具有反應(yīng)條件溫和、氧化能力強(qiáng)、分解速率快、氧化速率高，無二次污染等優(yōu)

10、點(diǎn)，特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水。Fenton 試劑處理 DMF廢水費(fèi)用很高，從資源回收角度看，造成了 DMF 的浪費(fèi)，沒有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。此外還存在催化劑無法回收、容易引進(jìn)雜質(zhì)等缺點(diǎn)。,超臨界水氧化法 超臨界水氧化法原理是利用超臨界水的特性，使廢水中的有機(jī)污染物與氧氣在超臨界水中充分互溶反應(yīng)，并將其氧化成無毒無害的 CO2，H2O 和其他簡單小分子化合物。徐明仙等 采用超臨界水氧化法處理 DMF 廢水，當(dāng)處理溫度為 360時(shí) CODCr質(zhì)量濃度由 28244 mgL1 降低到 2198 mgL-1，CODCr去除率達(dá)到 92%。超臨界水氧化法適合處理難生物降解的有機(jī)廢水

11、，反應(yīng)速度快，但其工業(yè)化過程仍存在一些技術(shù)難題，如反應(yīng)條件較為苛刻( 高溫、高壓)，設(shè)備易腐蝕，很難大規(guī)模應(yīng)用。,二甲基甲酰胺廢水處理,10,堿性水解法 酰胺類物質(zhì)在強(qiáng)堿溶液中可以分解為相應(yīng)的胺和鹽。在堿的作用下，DMF 水解反應(yīng)方程式如下： HCON(CH3)2 + OH- HCOO- + NH(CH3)2 向含 DMF 的廢水中加入 NaOH，使之發(fā)生堿性水解反應(yīng)生成 DMA 和甲酸鹽，用空氣趕出 DMA，并用富氧空氣進(jìn)行焚燒，使之轉(zhuǎn)化為 N2 和 CO2，而液相中的甲酸鹽可直接通過生物法處理。劉志國利用該法處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8% DMF 廢水，使廢水中 DMF 轉(zhuǎn)化為 DMA，然后鼓空氣將

12、 DMA 夾帶出反應(yīng)體系，出口分別用水、鹽酸吸收, 冷凝回收。結(jié)果表明：60時(shí) DMF 與 NaOH 反應(yīng)，氣脫 30 min，DMF 已完全分解，鼓出的 DMA 用 3 種方法回收：水靜態(tài)吸收，吸收率達(dá)到 95%；冷凝回收，回收率達(dá)到 81%；鹽酸吸收，回收率達(dá)到 100%，但生成的鹽酸二甲胺需要精制，路線較長。3 種方法比較得出，利用水吸收 DMA 是較好的方法，吸收后的 DMA 水溶液可以出售。 堿性水解法處理 DMF 廢水具有反應(yīng)條件溫和,分解徹底的優(yōu)點(diǎn)。生成DMA 采用水吸收工藝簡單, 更適合工業(yè)化應(yīng)用。,二甲基甲酰胺廢水處理,11,DMF 廢水處理技術(shù)發(fā)展趨勢,DMF 可在環(huán)境中長

13、期存在，造成水體污染。目前的處理方法中，對(duì)于較高濃度的 DMF廢水以回收為主，對(duì)于較低濃度的 DMF 廢水以降解去除為主。因此組合處理工藝將是 DMF廢水處理工業(yè)化應(yīng)用探索的重要方向。如吸附法、萃取法和化學(xué)法、生物法的組合，可通過吸附、萃取回收一部分副產(chǎn)物，不能被吸附的污染物用生物處理達(dá)標(biāo)。還有堿性水解法、生物法和光催化氧化法的組合，光催化氧化法能改善廢水可生化性，將光催化工藝作為生物處理的預(yù)處理或深度處理。如先用堿性水解法處理，回收 DMA，再用光催化處理，進(jìn)行徹底礦化，可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用和無害化處理。,二甲基甲酰胺廢水處理,12,DMF 廢水概況,廢水處理工藝,由于廢水的 CODCr 的質(zhì)量濃度比較高，因此考慮采用厭氧-好氧聯(lián)合工藝來處理該廢水。 本工程通過新型高效厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器去除廢水中的大部分可降解有機(jī)污染物，然后再用新型 BioAX 生物接觸氧化工藝對(duì)剩余有機(jī)物進(jìn)行降解，使 DMF 廢水處理后水質(zhì)達(dá)到 GB8978 -