DMAC回收及其廢水處理

徐曉建，肖楊柏，張 瓊

（1.浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.杭州泉基環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 310012；3.紹興眾昌化工股份有限公司，浙江 上虞 312369）

DMAC也稱之為N，N-二甲基乙酰胺，屬于一種重要的有機(jī)溶劑，現(xiàn)已在化工領(lǐng)域得到普及，該溶劑對部分油類物質(zhì)有著極強(qiáng)的溶解性，可適用于纖維合成、樹脂、橡膠等方面。企業(yè)在具體化工生產(chǎn)過程中，大多會選擇對有機(jī)溶劑進(jìn)行回收和循環(huán)利用，以此來降低生產(chǎn)消耗。然而，由于受到各種因素的影響，有機(jī)溶劑往往難以實(shí)現(xiàn)回收以及其廢水處理。因此，化工企業(yè)需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求和相關(guān)規(guī)范，尋找最為合適的DMAC回收及其廢水處理，以此來降低自身的生產(chǎn)成本。

1 DMAC概述

二甲基乙酰胺（DMAC）的化學(xué)公式是化學(xué)式為CH3CON（CH3）2，其作為一種強(qiáng)極性的非質(zhì)子溶劑熔點(diǎn)是-20 ℃，沸點(diǎn)是166 ℃，閃點(diǎn)是70 ℃，摩爾質(zhì)量為87.12 g/mol，折射率是1.4384，相對密度是0.9366，呈無色透明，能夠與水、酯、醚、醇等溶劑充分混溶，且對樹脂、塑料薄膜、合成纖維等多分子材料具有較佳的溶解性，是關(guān)鍵的化工原料。同時，二甲基乙酰胺具有較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、很低的腐蝕性，所以在制藥、涂料、萃取精餾等行業(yè)得到普及[1]。由于該化工原料具有可燃性，所以必須遠(yuǎn)離火源，密封保存，需要放置在干燥通風(fēng)的環(huán)境之中，不可受到陽光照射。另外，N，N-二甲基乙酰胺具有一定的毒性，在很大程度上會損害人體的皮膚和呼吸道，嚴(yán)重情況下會致癌，且具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，常壓加熱無法分解，但在酸堿性條件下水解速度會加快。

2 DMAC回收工藝及其廢水處理技術(shù)

現(xiàn)在，人們開始認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)的重要性。由于很多企業(yè)在化工生產(chǎn)中所需的能源都是不可再生的，所以需要借助回收技術(shù)來提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和綠色發(fā)展[2]。因此，化工生產(chǎn)中需注重對N，N-二甲基乙酰胺的回收及其廢水處理。

2.1 溶劑萃取回收工藝

溶劑萃取回收工藝的應(yīng)用原理為：由于溶質(zhì)在互不相溶的溶劑中具有不同的溶解度，通過將溶質(zhì)從一種溶劑中移動到另一種溶劑之中，實(shí)現(xiàn)對溶劑的回收。該工藝的主要優(yōu)勢在于：操作簡便，能耗低，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V和應(yīng)用。在當(dāng)前化工生產(chǎn)中，主要采用超臨界萃取、液-液萃取等工藝來進(jìn)行N，N-二甲基乙酰胺的回收。實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)：關(guān)于溶劑萃取回收工藝在N，N-二甲基乙酰胺回收中的應(yīng)用，可選擇CHCl3作為萃取回收溶劑，因?yàn)樵撊軇，N-二甲基乙酰胺具有良好的萃取性能，且在水中具有相對較低的溶解度低，方便分離，容易回收。同時，在回收過程中，溶劑萃取效果極易受到溫度、pH值和DMAC濃度的影響，當(dāng)pH值提高后，能夠有效提高DMAC的回收效果，若溫度升高將會影響到回收效果。所以在回收DMAC過程中應(yīng)選擇在常溫下進(jìn)行，還要將DMAC的濃度控制在10%-30%之間。

2.2 生物轉(zhuǎn)化技術(shù)

生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用原理是：微生物活性種群可對有機(jī)廢液進(jìn)行降解，從而使之轉(zhuǎn)變成綠色安全的無機(jī)物。該技術(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)是：綠色環(huán)保、無二次污染、良好的經(jīng)濟(jì)可行性。生物轉(zhuǎn)化技術(shù)對于不同領(lǐng)域、不同類型、不同濃度廢液的降解，需要采用不同類型的細(xì)菌加以處理。

2.2.1 好氧生物法

主要是借助好氧生物在有游離氧的情況下實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的降解，可適用于中、低濃度有機(jī)廢水的回收處理。好氧生物法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快、用時短、出水水質(zhì)好等，如：可采用深井曝氣法降解N，N-二甲基乙酰胺。

2.2.2 生物膜法

生物膜法是利用好氧微生物、原生動物和后生動物等附著在載體表面形成的生物膜對廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行吸附、降解，使其轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、氨氣和微生物細(xì)胞物質(zhì)等，達(dá)到廢水凈化的目的，可適用于中、低濃度有機(jī)廢水的回收處理。其優(yōu)點(diǎn)是安全環(huán)保，管理簡便，耐沖擊負(fù)荷等。生物膜法根據(jù)其所依附的構(gòu)筑物分為生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化法和生物流化床等四種。近年來，國內(nèi)外研究人員已在采用生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)、生物接觸氧化法處理廢水方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

2.2.3 厭氧生物法

厭氧生物法主要是基于無游離氧環(huán)境，厭氧生物能夠?qū)⒂袡C(jī)質(zhì)消化分解成二氧化碳和甲烷，可適用于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水的回收處理。厭氧生物法的優(yōu)點(diǎn)是能有效地降解有機(jī)物、可獲得氣體燃料，相關(guān)應(yīng)用實(shí)例為：采用膨脹顆粒污泥床技術(shù)、復(fù)合式厭氧流化床技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對N，N-二甲基乙酰胺的有效處理和回收。

2.3 化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用原理是：借助相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，可使廢水中的有害物轉(zhuǎn)變或降解成無毒無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了對污染的治理，并獲得較高的水質(zhì)。

2.3.1 沉淀法

1926年，毛姆在法國的費(fèi)拉角買下了心愛的房子——瑪萊斯科別墅，在此度過了39年時光。1929年的經(jīng)濟(jì)大蕭條，毛姆有如神助毫發(fā)無傷，他寫的戲劇繼續(xù)在英美乃至全球范圍上演，當(dāng)時《大都會》等雜志給他的短篇小說開出一字一美元（相當(dāng)于今天的二十美元左右）的稿酬，近乎天文數(shù)字。

沉淀法是在有機(jī)物廢水中加入一定量沉淀劑，使有害物質(zhì)在合適的環(huán)境下形成沉淀，析出難溶物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水的凈化。針對N，N-二甲基乙酰胺廢水的處理，可結(jié)合化工生產(chǎn)的實(shí)際需求，選擇硫化物、生石灰、鋇離子等沉淀劑，以確保處理效果。

2.3.2 氧化法

氧化法是借助氧化還原反應(yīng)，通過強(qiáng)氧化劑對廢水中無法降解的有機(jī)物進(jìn)行分解，使之轉(zhuǎn)變成綠色安全的有機(jī)廢水。氧化法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡便、迅速高效、廣泛應(yīng)用。針對N，N-二甲基乙酰胺廢水的處理，主要采用的氧化技術(shù)為Fenton氧化法與臭氧氧化法。Fenton氧化法作為一種高級氧化技術(shù)，可適用于難降解、有毒的廢水處理之中。在化工生產(chǎn)中所用的強(qiáng)氧化劑屬于一種以二價(jià)鐵離子、過氧化氫為混合液的反應(yīng)體系。實(shí)踐研究證明，通過有機(jī)結(jié)合Fenton氧化法與磁Fenton法，可實(shí)現(xiàn)對COD的有效去除。臭氧氧化法主要是借助氧化作用來大分子或是高分子的有機(jī)物降解成小分子。該方法中所用的臭氧可揮發(fā)且不會產(chǎn)生殘留，也不會污染水體和大氣。

2.3.3 中和法

中和法是先將酸或堿放入非中性的廢液中，經(jīng)初步處理后，再通過反應(yīng)法或沉淀法進(jìn)一步處理廢液，去除有害物質(zhì)。為確保處理效果，必須嚴(yán)格把控溫度、pH值等反應(yīng)條件。例如，阻聚劑生產(chǎn)廢液中回收N，N-二甲基乙酰胺的過程：因廢液中具有乙酸，需要先加入NaOH進(jìn)行中和，獲得乙酸鈉鹽，再進(jìn)行后續(xù)的處理。

2.3.4 內(nèi)電解法

內(nèi)電解法主要是通過鑄鐵屑、活性炭等構(gòu)建起的內(nèi)電解法反應(yīng)系統(tǒng)，能顯著提高廢水的可生化性，以便后面更好地進(jìn)行處理工作。這種方法應(yīng)用的優(yōu)勢在于有良好的處理效果、操作便捷、成本低。實(shí)踐研究證明：通過內(nèi)電解法處理含有N，N-二甲基乙酰胺的工業(yè)廢水，首先要對活性炭顆粒性質(zhì)、鐵炭比、pH值等影響因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，獲得最優(yōu)組合條件，然后再應(yīng)用到具體處理之中，提高廢水的可生化性，最后從中脫出95%左右的N，N-二甲基乙酰胺。此方法具有較高的脫出率。

2.4 物化分離技術(shù)

2.4.1 吸附法

吸附法是利用多孔性固體吸附劑處理氣態(tài)污染物，使其中的一種或幾種組分，在固體吸附劑表面利用分子引力或化學(xué)鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達(dá)到凈化廢水的目的。該方法主要適用于低濃度廢水的處理，要想確保處理效果，需保證吸附介質(zhì)與被吸附物質(zhì)相匹配。

2.4.2 膜處理方法

膜處理法作為一種全新的分離技術(shù)，具有節(jié)約能耗、分離過程沒有相變等優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對廢水的凈化，還能回收有用物質(zhì)。目前，針對廢水的處理，可采用納濾、微濾、反滲透、電滲析等方式來實(shí)現(xiàn)膜分離。

2.4.3 精餾法

精餾法是借助物系間相對揮發(fā)度的不同來達(dá)到分離的目的。因?yàn)镹，N-二甲基乙酰胺具有很高的沸點(diǎn)，屬于混合物中的重組分，而水是混合物的輕組分，所以可通過蒸出大量的水來獲得高純度的N，N-二甲基乙酰胺。實(shí)踐研究證明：通過差壓熱耦合法來對N，N-二甲基乙酰胺進(jìn)行分離，可獲得顯著的節(jié)能效果。另外，雖然精餾過程能把消耗的能力轉(zhuǎn)變成分離的動力，但是在傳質(zhì)、傳熱等環(huán)節(jié)往往會產(chǎn)生不可逆的有效能損失，為解決這一問題，需要在使用精餾法的過程中輔助一些節(jié)能技術(shù)，如：熱泵精餾、多效精餾、增設(shè)冷凝器或是混合系統(tǒng)等。

3 結(jié)論

綜上所述，由于N，N-二甲基乙酰胺廢水具有多樣性，所以在實(shí)際化工生產(chǎn)中需要結(jié)合廢水的濃度與不同的組成，采用最合適的回收處理方法，如：溶劑萃取回收工藝、化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、物理轉(zhuǎn)化技術(shù)、物化分離技術(shù)等，以此來降低能耗，減少對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，實(shí)現(xiàn)對DMAC廢水及其中部分成分的回收再利用，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，促進(jìn)化工生產(chǎn)的綠色可持續(xù)發(fā)展。