申请日20200308
公开(公告)日20200626
IPC分类号C02F9/14; C02F101/38; C02F103/36
摘要
本发明公开了一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法。所述方法是：一、将DMF废水输送至催化反应池，调节pH值至3‑6，加入催化剂和H2O2;二、调节池内废水pH值至7‑10，用气体吹脱法分离出废水中的二甲胺，并通过洗脱塔回收二甲胺;三、对废水进行厌氧处理;四、对废水进行好氧处理。五、将步骤四所得废水回流至催化反应池，并重复步骤一至四的操作，直至废水满足排放要求。催化分解方法可提高DMF废水的可生化性、降低DMF废水的毒性，并可回收DMF废水处理过程中产生的二甲胺，为后续厌氧‑好氧生化处理的高效进行提供保障，同时实现废水的资源化利用，大大提高了经济效益。
权利要求书
1.一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤一、将DMF废水输送至催化反应池，加入酸或碱，调节池内废水pH值至3-6，加入石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂，加入氧化剂，使废水中氧化剂浓度达到废水初始COD值的1-8倍，10℃-60℃下反应1-12h;石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂与DMF废水的料液比为0.5-5g/L;
步骤二、加入酸或碱，调节池内废水pH值至7-10，用气体吹脱法分离出步骤一所得废水中的二甲胺，并通过洗脱塔回收二甲胺;
步骤三、将步骤二所得废水输送至厌氧池，进行厌氧生物处理;
步骤四、将步骤三所得废水输送至内循环生物接触氧化反应器，进行好氧生物处理;
步骤五、将步骤四所得废水回流至催化反应池，并依次重复上述步骤一至四的操作，直至废水满足排放条件。
2.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤一中，所述的石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂通过将磺化金属酞菁吸附到石墨烯上获得，可回收循环使用;石墨烯：磺化金属酞菁的质量比范围为1:1-1:5;所述的磺化金属酞菁为四磺酸基金属酞菁，中心金属为锰、铁、钴、镍、铜或锌离子中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：所述的石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂具体制备方法为：将四磺酸基金属酞菁溶液加入到石墨烯分散液中，再经水浴超声处理2h，离心分离，即得石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤三中，所述的厌氧池内装有利于厌氧菌生长的聚乙烯生物活性填料，厌氧池内的反应温度范围为15℃-40℃。
5.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤三的厌氧生物处理前，向厌氧池中加入酸或碱调节废水pH值至6-9;厌氧生物处理的时长为12-48h;步骤四的好氧生物处理前，向内循环生物接触氧化反应器中加入酸或碱调节废水pH值至6-9;好氧生物处理6-48h;步骤三和四中，所述的酸为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸、草酸和醋酸中的一种;所述的碱为碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤一和二中，所述的酸为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸、草酸和醋酸中的一种;所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤一中，氧化剂采用H2O2;所述的DMF废水初始浓度为50-1000mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤二中，所述的气体吹脱法采用的吹脱气体为空气或水蒸气，气体流速为2L/min～20L/min。
9.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤四中，所述的内循环生物接触氧化反应器内安装有折流板，内循环生物接触氧化反应器内的反应温度范围为15℃-40℃，溶解氧范围为2mg/L-10mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，其特征在于：步骤五中，所述的排放条件具体为：COD含量低于50mg/L，总氮含量低于15mg/L，符合一级A排放标准。
说明书
一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法
技术领域
本发明涉及一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
N，N-二甲基甲酰胺(DMF)是一种用途极广的化工原料，是化学反应常见的有机溶剂，被广泛应用于农药、化纤、医药、染料和合成革等行业。在DMF的使用过程中，各种浓度的DMF工业废水也随之产生。DMF具有一定的毒性，若不经处理直接排入环境，将造成严重的环境污染并破坏生态，甚至对人类的健康构成威胁。由于DMF沸点高达153℃，能与水以任意比互溶，化学性质稳定，且难以生物降解，因此，DMF废水的处理一直是水环境净化行业的研究重、难点之一。
目前，国内外处理DMF废水的主要方法有化学法(包括催化氧化、超临界氧化等)、物化法(包括吸附、萃取等)和生物法，各类方法均存在明显的不足，化学法投资运行成本高，物化法需要用到特殊的吸附剂或有机溶剂，且不能真正去除污染物，生化法处理成本较低，但处理效率不够理想。若能综合不同方法的优势，通过催化分解技术对DMF进行预处理，提高其可生化性，后续联合生物处理技术，可达到低成本、高效率地去除DMF废水的目的，并能大规模地进行工业化应用推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高效率地处理DMF废水的方法，该处理方法结合了催化分解和生物处理技术的优势，通过催化分解方法提高DMF废水的可生化性，为后续厌氧-好氧生物处理提供便利，达到快速、高效、稳定、低成本地处理DMF废水的目的，同时能够回收处理过程中产生的二甲胺，大大提高了经济效益。
本发明涉及一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，通过石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂实现DMF废水的催化分解，提高废水的可生化性、降低废水的毒性，同时回收过程中产生的二甲胺。再经厌氧-好氧生物处理，出水COD和总氮浓度均达到一级A排放标准。石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂通过将四磺酸基金属酞菁吸附到石墨烯上获得，可以回收循环使用。
上述一种催化分解联合生物技术处理DMF废水的方法，具体步骤如下：
步骤一、将DMF废水输送至催化反应池，加入酸或碱，调节池内废水pH值至3-6，加入石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂，加入氧化剂，使废水中氧化剂浓度达到废水初始COD值的1-8倍，10℃-60℃下反应1-12h;石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂与DMF废水的料液比为0.5-5g/L。
步骤二、加入酸或碱，调节池内废水pH值至7-10，用气体吹脱法分离出步骤一所得废水中的二甲胺，并通过洗脱塔回收二甲胺;
步骤三、将步骤二所得废水输送至厌氧池，进行厌氧生物处理。
步骤四、将步骤三所得废水输送至内循环生物接触氧化反应器，进行好氧生物处理。
步骤五、将步骤四所得废水回流至催化反应池，并依次重复上述步骤一至四的操作，直至废水满足排放条件。
优选地，步骤一中，所述的石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂通过将磺化金属酞菁吸附到石墨烯上获得，可回收循环使用;石墨烯：磺化金属酞菁的质量比范围为1:1-1:5。所述的磺化金属酞菁为四磺酸基金属酞菁，中心金属为锰、铁、钴、镍、铜或锌离子中的一种。
优选地，所述的石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂具体制备方法为：将四磺酸基金属酞菁溶液加入到石墨烯分散液中，再经水浴超声处理2h，离心分离，即得石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂;
优选地，步骤三中，所述的厌氧池内装有利于厌氧菌生长的聚乙烯生物活性填料，厌氧池内的反应温度范围为15℃-40℃。
优选地，步骤三的厌氧生物处理前，向厌氧池中加入酸或碱调节废水pH值至6-9;厌氧生物处理的时长为12-48h;步骤四的好氧生物处理前，向内循环生物接触氧化反应器中加入酸或碱调节废水pH值至6-9;好氧生物处理6-48h;步骤三和四中，所述的酸为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸、草酸和醋酸中的一种;所述的碱为碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种。
优选地，步骤一和二中，所述的酸为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸、草酸和醋酸中的一种;所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种。
优选地，步骤一中，氧化剂采用H2O2;所述的DMF废水初始浓度为50-1000mg/L。
优选地，步骤二中，所述的气体吹脱法采用的吹脱气体为空气或水蒸气，气体流速为2L/min～20L/min。
优选地，步骤四中，所述的内循环生物接触氧化反应器内安装有折流板，内循环生物接触氧化反应器内的反应温度范围为15℃-40℃，溶解氧范围为2mg/L-10mg/L。
优选地，步骤五中，排放条件具体为：COD含量低于50mg/L，总氮含量低于15mg/L，符合一级A排放标准。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种催化分解-生物技术联合处理DMF废水的方法，通过催化分解方法提高了DMF废水的可生化性，降低了DMF废水的毒性和COD值，为后续厌氧-好氧生化处理的高效进行提供了保障，解决了DMF直接生化处理效率低的核心问题。
2、本发明使用的石墨烯-磺化金属酞菁非均相催化剂具有使用条件温和、催化效果优异等优点，且易于回收循环使用。
3、本发明能够回收DMF废水处理过程中产生的二甲胺，实现了废水的资源化利用，大大提高了经济效益。
4、本发明采用厌氧、好氧两种工艺串联使用的方式进行生化反应，大大提升了废水处理效率。
5、本发明提供的DMF废水处理方法具有处理效果好、运行条件温和的优点，出水COD和总氮水质指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级A排放标准。（发明人陈世良;谢文杰;洪秋林;傅楚云;黄嘉驰）
