CN103359876A

CN103359876A - 二甲基乙酰胺废水无害化处理方法

Info

Publication number: CN103359876A
Application number: CN2013101745623A
Authority: CN
Inventors: 柴续斌; 吴子平; 黄游; 黄臣勇; 李贵军; 赵解杨
Original assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明涉及二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，1）调节池，调节废水的pH；2）铁碳-芬顿氧化池进行预处理；3）混凝沉淀处理；4）添加碳源进行水解酸化处理；5）一级UASB反应器进行厌氧生化处理；6）二级UASB进行厌氧处理；7）好氧池处理；8）二沉池泥水分离即得到排水。结合了曝气微电解法、芬顿氧化法和生物法；保持较好的废水处理效果的同时，降低处理成本，具有有机物去除效率高、出水水质稳定、工程投资少、能耗低等显著特点，易于推广应用。

Description

二甲基乙酰胺废水无害化处理方法

技术领域

本发明涉及一种二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，属于废水处理技术领域。

背景技术

二甲基乙酰胺（DMAc），无色透明液体，可燃，能与水、醇、醚、酯、苯、三氯甲烷和芳香化合物等有机溶剂任意混合。二甲基乙酰胺是一种强极性非质子化溶剂，在纺织、化妆品、膜材料制备等行业被广泛应用。据统计，我国二甲基乙酰胺年消耗量达数万吨，但是，含二甲基乙酰胺的生产废水至今仍无合适的处理方法。如果采用常规的生物处理工艺，由于二甲基乙酰胺的毒性作用，会在处理工程中对微生物活动产生抑制作用，造成活性污泥解体流失，严重影响处理效果。未达标的废水进入水环境后，破坏生态，危害人身健康。然而，萃取和精馏工艺由于设备投资费用高且在运行过程中需要蒸发掉大量水分，耗能巨大，仅有那些生产废水中二甲基乙酰胺含量非常高（>10%）且资金实力雄厚的大型企业才能采纳。

随着我国环保形势的严峻和环保压力的增大，许多产生二甲基乙酰胺废水的企业不得已而关、停、并、转，环境问题成了此类化工企业可持续发展的障碍。对含二甲基乙酰胺废水的处理一直是倍受关注的研究课题，这类废水的性质如下：

(a)有机物浓度高，由于二甲基乙酰胺能与水混溶，因而这类废水中有机物浓度高，不同行业中二甲基乙酰胺浓度0.5 %～30%，CODcr值在10000-300000mg/L；

(b)氮含量高，碳氮比低，可生化性差，难以被生物降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，以解决难降解、高浓度的二甲基乙酰胺废水处理问题，经处理后能够达标排放，降低其环境风险。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，包括以下步骤：

（1）将废水pH值调整至2.0～3.5；

（2）将pH值为2.5～3.0的废水以0.8～1.2米/小时的流速通过铁炭反应器，进行微电解反应，同时铁炭反应器中进行曝气，气水体积比为5：1~8:1；

（3）步骤（2）产生的废水中加入30％的双氧水，双氧水投加比例为5~6mL/L，搅拌均匀进行芬顿氧化反应；

（4）经芬顿氧化处理后的废水中加入石灰水，废水的pH值调整为8.5～9，然后加入助凝剂聚丙烯酰胺，进行混凝沉淀反应，得到上清液；

（5）步骤（4）中得到的上清液输至水解酸化池，并加入碳源，使废水中的碳氮比BOD：N在30:1~50:1；水力停留时间为 6~8h，出水进入第一上升流厌氧反应器；

（6）废水在第一上升流厌氧反应器中水力停留时间为 24~30h，污泥浓度为20000~30000mg/L，出水进入第二上升流厌氧反应器；

（7）废水在第二上升流厌氧反应器中水力停留时间为 20~24h，出水进入好氧反应器；

（8）好氧反应器水力停留时间为8~12h，曝气气水比为15~20:1，污泥浓度为3000~5000mg/L，经过好氧处理后的出水进入二沉池进行泥水分离，二沉池底部污泥回流到好氧池，回流比为80~100%，二沉池上清液出水达排放标准。

进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，步骤（1）中，通过加入工业硫酸将废水pH值调整至2.0～3.5。

更进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，步骤（2）中，所述铁炭反应器中的铁为工业废料铁屑，所述工业废料铁屑先用碱溶液浸泡，然后用清水反复冲洗，再用酸溶液浸泡，以去除铁屑表面的灰尘、油渍及锈渍，最后用清水反复清洗。

更进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，步骤（2）中，所述铁炭反应器中的铁炭体积比为1：1，其中铁颗粒的粒径＜40目，炭颗粒的粒径＜100目。

更进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，步骤（2）中，所述铁炭反应器中加入有质量比为6~18％的铜屑，以加速铁炭微电解反应。

再进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，步骤（5）中，所述水解酸化池中加入维持微生物生长的碳源。

再进一步地，上述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，所述碳源是生活污水或化粪池上清液，或食品生产过程中产生的含碳量较高的废水。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明废水处理方法结合了曝气微电解法、芬顿氧化法和生物法；铁屑电解反应后产生的Fe²⁺可供后续的芬顿氧化法使用，可有效降低废水生物毒性并提高废水的可生化性；水解酸化工艺进一步分解部分难降解的有机物为后续工艺创造条件；添加碳源维持厌氧微生物的正常生长，确保后续生物反应的正常运行。针对二甲基乙酰胺废水浓度高、低碳氮比、可生化性差的性质，优化组合预处理单元、生化单元，能够将二甲基乙酰胺废水处理至污水综合排放标准（GB8978-1996）规定的二级标准。保持较好的废水处理效果的同时，降低处理成本。具有有机物去除效率高、出水水质稳定、工程投资少、能耗低等显著特点，易于推广应用。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明方法工艺流程示意图。

具体实施方式

二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，如图1所示，具体工艺步骤为：

（1）通过加入工业硫酸将废水pH值调整至2.0～3.5；

（2）将pH值为2.5～3.0的废水以0.8～1.2米/小时的流速通过铁炭反应器，进行微电解反应，同时铁炭反应器中进行曝气，气水体积比为5：1~8:1；其中，铁炭反应器中的铁为工业废料铁屑，工业废料铁屑先用碱溶液浸泡，然后用清水反复冲洗，再用酸溶液浸泡，以去除铁屑表面的灰尘、油渍及锈渍，最后用清水反复清洗即可；铁炭反应器中的铁炭体积比为1：1~1:1.2，其中铁颗粒的粒径＜40目，炭颗粒的粒径＜100目；另外，铁炭反应器中可加入质量比为6~18％的铜屑，以加速铁炭微电解反应。

（5）步骤（4）中得到的上清液输至水解酸化池，并加入碳源，使废水中的碳氮比BOD：N在30:1~50:1，这是由于废水在后续的厌氧和好氧处理工艺中需要消耗大量的BOD，而原水中二甲基乙酰胺含量较高，碳氮比非常低，碳源严重不足，无法满足后续处理工艺中微生物的正常生长；水力停留时间为 6~8h，出水进入第一上升流厌氧反应器；其中，水解酸化池中加入维持微生物生长的碳源，碳源是生活污水或化粪池上清液，或食品生产过程中产生的含碳量较高的废水；

（8）好氧反应器水力停留时间为8~12h，曝气气水比为15~20:1，污泥浓度为3000~5000mg/L，经过好氧处理后的出水进入二沉池进行泥水分离，二沉池底部污泥回流到好氧池，回流比为80~100%，二沉池上清液出水可达《污水综合排放标准》中二级排放标准。

以某超滤膜制备公司生产废水为例，该废水主要成分为二甲基乙酰胺，含少量聚乙烯吡咯烷酮和甘油，COD浓度为11000~23000mg/L之间，pH为7~8，BOD₅/COD_Cr在0.05到0.15之间，废水产生量为56m³/d。处理方法如下：将二甲基乙酰胺废水流入调节池中，调节废水pH至2.0～3.5，水力停留时间为1h，将出水以0.8～1.2m/h的流速通过铁炭反应器，出水进入芬顿氧化池，加入30％的双氧水，双氧水投加比例为5mL/L，水力停留时间为1.0~1.5h。

当铁颗粒和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成许多微小的原电池，其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性条件下发生电化学反应，微电解反应产生了Fe²⁺和原子[H]，原子[H]具有高化学活性，能改变废水中有些有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，降解有机物，提高废水的可生化性。

利用铁碳反应生成的Fe²⁺，在芬顿池中加入双氧水，发生芬顿反应。通过Fe²⁺的激发和传递作用，H₂O₂被亚铁离子催化生成羟基自由基（▪OH），并引发更多的自由基，如HO₂▪、O₂▪。羟基自由基是一种很强的氧化剂，其氧化电极电位（E）为2.80v，在▪OH的作用下，二甲基乙酰胺结构中发生C-N、C-C键断裂，生成易降解的小分子物质，再进一步降解为CO₂，使得废水中COD浓度得到大幅降低。

芬顿氧化后的废水中加入石灰水，调整pH值到8.5~9，搅拌机以86 r／min的转速搅拌，混和反应0.5h，生成胶体絮凝剂Fe(OH)₃，然后加入助凝剂0.1%的PAM，投加量为5mg/L，搅拌机以16 r/min的转速搅拌，絮凝反应0.5h，Fe(OH)₃有效地吸附、凝聚水中的污染物，最后废水进入斜管沉淀池进行沉淀，固液容易分离，并且在水体中不会引入新的污染物。

水解酸化工艺是在兼氧或者厌氧的条件下，在水解细菌的作用下，DMAc废水中的难降解物质二甲胺水解酸化成氨氮，其生化性提高，有利于微生物对基质的摄取，加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。为了增加污泥与废水的接触面积，提高酸化效果，在水解池放置软性填料，水解酸化池的溶解氧维持在0.2～0.5mg/L。

UASB厌氧工艺是利用培养的高浓度厌氧污泥，分解废水中的有机污染物。废水由池底布水装置均匀的向上流经污泥床，厌氧菌吸附分解废水中有机物，产生含甲烷与二氧化碳混合气体，少部分有机物则作为厌氧菌的食物，以形成新细胞并聚集成具有良好沉降性的粒状污泥。在反应器上部设置三相分离器，在甲烷菌反应产生的微小气泡向上流动时，提供自然的搅拌效果，到达池顶时，通过三相分离器，固、液，气三相得到分离，甲烷排出后由集气罩收集排出，处理后的出水则经由溢流槽收集排出。

经过厌氧处理后的废水，大分子有机物以及长链断裂，其可生化性大大增强，因此考虑在厌氧工艺后增加好氧处理设施，进一步的削减废水中的有机污染物。经过厌氧处理后的废水进入好氧池，然后对废水进行充氧曝气，此时水中好氧菌落占绝对优势，并具有较好的活性，各种微生物在好氧条件下，充分利用废水中有机物质，在溶解氧值2～4mg/L条件下，进行好氧生化反应（自身的新陈代谢作用），将污水中大量有有机物质转化为CO₂、N₂，和H₂0以达到降低BOD₅和COD_Cr的目的。曝气池活性污泥浓度维持在2500～4000mg/l。好氧曝气池分为多个单元，在每个处理单元内，废水与活性污泥充分混合，呈完全混合式，在整体上属于推流式，完全混合式和推流式工艺相结合，达到良好的处理效果。

经好氧处理后的废水进入二次沉淀池进行固液分离，部分污泥回流，部分排放进入污泥池,上层清液达标排放。

经本发明方法处理后的结果如下表1所示：

表1 不同工况条件下二甲基乙酰胺废水各处理单元污染物去除效果

单位：COD_Crmg/L

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将废水pH值调整至2.0～3.5；

2.根据权利要求1所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：步骤（1）中，通过加入工业硫酸将废水pH值调整至2.0～3.5。

3.根据权利要求1所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：步骤（2）中，所述铁炭反应器中的铁为工业废料铁屑，所述工业废料铁屑先用碱溶液浸泡，然后用清水反复冲洗，再用酸溶液浸泡，以去除铁屑表面的灰尘、油渍及锈渍，最后用清水反复清洗。

4.根据权利要求1所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：步骤（2）中，所述铁炭反应器中的铁炭体积比为1：1，其中铁颗粒的粒径＜40目，炭颗粒的粒径＜100目。

5.根据权利要求1所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：步骤（2）中，所述铁炭反应器中加入有质量比为6~18％的铜屑，以加速铁炭微电解反应。

6.根据权利要求1所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：步骤（5）中，所述水解酸化池中加入维持微生物生长的碳源。

7.根据权利要求6所述的二甲基乙酰胺废水无害化处理方法，其特征在于：所述碳源是生活污水或化粪池上清液，或食品生产过程中产生的含碳量较高的废水。