文 献 综 述

1. 课题研究背景

在最近的几年中，人们热衷于处理现代社会产生的废弃物。例如，生物处理后的污水污泥、农家肥、有机工业废料和有机家庭垃圾可以回收并在农田中用作肥料和土壤改良组分，这是非常有利的。因此，对废水、废料和污泥的有效处理具有重大的经济和环境价值。然而，这种类型的废弃物可能含有大量的有害组分，防止其再循环并使其最终处理成问题。具体来说，人们在城市污水处理厂产生的污泥中发现了许多人为有毒有机化合物。

精对苯二甲酸，英文名purified terephthalic acid，缩写PTA。PTA属于二元芳香羧酸，常温下为白色晶体或粉末，低毒，易燃^[1,2]。到目前为止，中国PTA的年产量一直占据全世界PTA年产量的25%以上^[3]。PTA的应用领域非常广泛，例如，它可以用于生产聚对苯二甲酸乙二酯和对苯二甲酸二辛酯。因此，PTA在化学工业有着举足轻重的地位。

近年来，全球PTA的产量快速并且持续增长。2007年PTA的产量为3700万吨，到了2014年，增长到7528万吨，年平均增长率为11%。中国PTA的产量在2014年为2655万吨，与2007年相比增长了171%。2014年，我国PTA的需求量为2707万吨，约占全球总需求量的35%^[4]。2014年，全世界PTA的总产能即将突破9000万吨，其中，一个亚洲就占据了全球总产能的83%。而中国作为亚洲最大的发展中国家之一，其PTA的产能更是位于榜首。现在我国PTA绝大部分用于生产聚对苯二甲酸乙二酯，往后聚对苯二甲酸乙二酯的需求量还会增加，一定会带动PTA行业的蓬勃发展^[5]。相应的，每生产1吨PTA，会产生3~10m³的PTA废水，这些含有高浓度PTA的废水的处理也是我们急需解决的问题，应该予以高度关注。

2. PTA废水的水质特征

和普通的工业废水不同，PTA废水包含下列水质特征：（1）废水温度高于常温，普遍大于45℃；（2）废水中含有大量的重金属元素；（3）废水的pH值极其不稳定；（4）废水中悬浮的PTA颗粒含量高；（5）废水中由有机污染物引起的较高的COD浓度^[6]。

因为PTA废水中的污染物大部分是高浓度的有机化合物，其COD和BOD的比值为5~10，不容易生物降解^[6-10]，这导致PTA废水的生化处理结果不太理想。

在美国和英国，水质特征比较经典的企业主要有Amoco公司和ICI公司。Amoco公司PTA废水的COD浓度大多数情况下为6000~9000mg/L，其中PTA浓度为2000~3000mg/L，较高。ICI公司PTA废水的COD浓度大多数情况下为4000~6000mg/L，其中PTA浓度大约为1000mg/L，较低。在中国，企业一般会先进行预处理，去除PTA沉淀来降低PTA浓度。经预处理后PTA废水的COD浓度大多数情况下为4000~6000mg/L，其中PTA浓度大约为1000mg/L^[6]。

存在于PTA废水中，可在一定条件下反应生成酞酸酯的有机物，是目前为止自然界中最为普遍的污染源。在自然界中，排放包含高达数千毫克每升PTA的PTA废水会严重影响到鱼类的生存^[11]，而且会抑制水体中微生物的再生。20世纪80年代初，美国科学家实验证明，长时间摄入酞酸酯化合物，会导致小白鼠与大白鼠患上肝癌^[11-12]。PTA废水中可在一定条件下反应生成酞酸酯的有机物为芳香族化合物，比较难降解。绝大部分天然芳香族化合物和人工芳香族化合物在组成上都不尽相同，又由于组成的特异性，自然环境中往往缺乏可使这样的有机物快速降解的微生物菌落，从而致使这样的有机物在自然界中长期留存^[7,13]。许多研究证明，大多数芳香族化合物对于人体而言具有很高的毒性，而且会致突变、致畸以及致癌，严重威胁着人们的健康安全。所以，许多科学家，如环境学家、微生物学家和药学家们已经从各个方面探讨了这样的有机物在自然界中发生的变化^[7]。

3. 目前PTA废水的处理方式

3.1 酸析

在处理高浓度PTA废水的时候，人们普遍采用酸析作为预处理手段，来减少后续过程生化处理时的操作步骤。郑荣惠^[14]、李刚、王国庆以及王菊思^[15]等人用实验证明，调节PTA废水的pH在2-4范围内，COD的去除率能达到50%-90%，PTA的去除率则可至70%-99%^[16]。

尽管酸析处理技术能使PTA废水中的COD和PTA浓度下降到一定程度，但使用该技术处理PTA废水时必须投入大量的酸来调节PTA废水的pH，从而极大地增加了PTA废水的处理成本。为了减少投入酸的量，在使用酸析处理方式对PTA废水进行预处理的前半阶段，可采用金属的硫化物和硝酸盐溶液来替代硫酸、盐酸等强酸，调节PTA废水的pH至7。这类调节PTA废水pH的方法不但能够降低30%以上投入强酸的量，而且所加入的金属氯硫化物和硝酸盐溶液还可使PTA废水中的悬浮颗粒脱水，从而起到沉降的效果^[17]。

3.2 絮凝、过滤

根据田华、王颖^[18]等人的研究，在酸沉池出水中投入铁盐可以减少大于20%的COD，同时，这个方法对PTA的去除也起到效果。结合后续实验，絮凝后的PTA废水没有对接下来的生化处理产生较大的不利影响。另外，国外MOTT公司也研发出一套絮凝过滤设备，来尽可能去除PTA废水中的PTA悬浮颗粒，以达到净化工业废水与再生工业原料的目的 ^[19]。