N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一種化學性質穩定、沸點高、性能優良的有機溶劑,除鹵代烴以外,能與水及多數有機溶劑以任意比互溶,由于其良好的溶解能力有“*溶劑”之稱〔1〕。且DMF 又是一種重要的好好醫藥中間體,多種氣體的吸收劑。在化工產品生產過程排出的廢水中含有大量DMF,每年僅制革行業排放的含DMF 廢水約1 億t〔2〕。DMF 可以通過呼吸、皮膚接觸損壞人體健康,刺激損害眼睛,人體*接觸或吸入會阻礙造血機能并造成肝臟障礙。且在水中會導致BOD 和氮含量增加,使水質迅速惡化,而且極難生物降解。中國醫學院衛生學研究所經研究指出國內地表水中DMF zui高容許的質量濃度*值為25 mg/L〔3〕,因此對含有DMF 的廢水進行處理是十分必要的。
目前國內外處理含DMF 廢水的主要方法有生物法、物化法(吸附、萃取)、化學法(催化氧化、超臨界水氧化、堿性水解)等〔4〕。生物法處理DMF 廢水存在處理時間長,降解不*的缺點,DMF 會使微生物中毒,對生物處理造成*沖擊;物化法中吸附法的可再生性差、萃取中使用的有機物存在二次污染的可能性;化學法處理DMF 廢水具有反應快,操作簡單的優點,相對于氧化法,堿性水解法處理DMF廢水具有反應條件溫和、分解*的優點,更適合工業化應用〔5〕。在堿的作用下,DMF 水解反應方程式如下:
向含DMF 的廢水中加入NaOH,使之發生堿性水解反應生成DMA 和甲酸鹽,用空氣趕出DMA,并對DMA 進行收集。筆者對采用此方法處理DMF 廢水進行了實驗研究。
1 廢水水質與實驗方法
1.1 廢水來源
DMF 廢水取自揚子石化烯烴廠,烯烴廠的丁二烯抽提裝置采用GPB 工藝,以DMF 作為萃取劑,從乙烯裂解的C4 中抽提出聚合級丁二烯產品。其中產生DMF 廢水的主要來源包括C4 原料中的水分、停車時設備水洗廢水以及部分設備泄露的水分等,廢水中含油量嚴重超標,其中含有二氯甲烷、糠醛等有機物,廢水成黃色,主要水質指標:pH 為9~10、TOC為28 000 mg/L、COD 為38 600、DMF 為34 800、B/C為0.10。
1.2 實驗方法
取適量廢水置于吹脫容器中,加入NaOH,用水浴加熱控制溫度同時控制氣液比、吹脫時間等條件,進行單因素實驗,并對處理后廢水中的DMF 含量、COD、TOC、BOD5進行測量,zui終確定好好實驗條件。處理后產生的二甲胺用30%硫酸進行吸收。
1.3 測量方法
DMF:紫外分光光度法〔6〕。TOC:島津TOC-VCSN總有機碳分析儀。COD:GB 11914—1989 重鉻酸鉀法。BOD5:HJ 505-2009 稀釋與接種法。
2 實驗結果與討論
2.1 加堿量對DMF 廢水吹脫效果的影響
取定量DMF 廢水,在室溫(25 ℃)條件下控制氣液比為3 000∶1,吹脫時間5 h,用不同NaOH 的投加量進行吹脫實驗,實驗結果如圖 1 所示。
圖 1 NaOH 投加量對DMF 廢水吹脫效果的影響
由圖 1可見,NaOH 的投加量對DMF 的去除效果有顯著影響,當投加量小于40 g/L 時,TOC 和DMF 的去除率成平穩上升趨勢; 達到40 g/L 時,TOC 去除率可達60%,而DMF 去除率達到96%。此時DMF 基本上*分解,繼續加大堿的用量,對TOC 與DMF 的去除效果影響不大,因此好好的投加量應控制在40 g/L 左右。
2.2 溫度對DMF 廢水吹脫效果的影響
取定量DMF 廢水,控制NaOH 投加量為40 g/L,氣液比為3 000∶1,吹脫時間5 h,選取不同溫度進行吹脫實驗,實驗結果如圖 2 所示。
容氣氣浮機處理量尺寸設計
圖 2 溫度對DMF 廢水吹脫效果的影響
由圖 2 可見,不同溫度下進行的DMF 吹脫實驗,zui終吹脫結果變化不大,TOC 去除率在58%~60%,DMF 去除率在92%~99%,實驗過程中發現,溫度影響實驗的速率,但對TOC 與DMF 的zui終去除率并無多大影響,因此,為降低能耗,好好的吹脫溫度選取室溫。
2.3 吹脫時間對DMF 廢水吹脫效果的影響
取定量DMF 廢水,室溫(25 ℃)條件下,控制NaOH 投加量為40 g/L,氣液比為3 000∶1,選取不同吹脫時間進行吹脫實驗,實驗結果如圖 3 所示。
容氣氣浮機處理量尺寸設計
圖 3 吹脫時間對DMF 廢水吹脫效果的影響
由圖 3 可見,TOC 與DMF 的去除率隨著時間的增加而增大,反應5 h 以后,兩者的去除率幾乎沒有變化,而反應5 h 時,TOC 去除率達60%,DMF 去除率可達95%,因此的反應時間選取在5 h。
2.4 氣液比對DMF 廢水吹脫效果的影響
為確定好好氣液比,在室溫(25 ℃)條件下,控制NaOH 投加量為40 g/L,吹脫時間5 h,選取不同試驗研究工業水處理2013-09,33(9)64氣液比進行吹脫實驗,實驗結果如圖 4 所示。
圖 4 氣液比對DMF 廢水吹脫效果的影響
由圖 4 可見,氣液比為3 000∶1 以下時,TOC 與DMF 去除率隨著氣液比增大而增大,當氣液比超過3 000 時,兩者的去除率幾乎沒有變化,zui高TOC 去除率達60.1%,DMF 去除率達98%,因此合理的氣液比為3 000∶1。
3 結論
實驗以DMF 為例驗證了吹脫工藝的可行性,并對DMF 廢水中TOC 及DMF 的去除進行了研究,實驗結果表明:在室溫下,加堿量為40 g/L,氣液比為3 000∶1,吹脫反應5 h,TOC 去除率達到60.1%,DMF去除率可達95%以上,此時DMF 廢水的BOD5提高到了0.39,可生化性明顯提高,說明DMF 廢水經加堿吹脫處理后可以滿足生化降解要求,可直接稀釋后進入生化系統。