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摘 要

精对苯二甲酸（PTA）在工业生产中作为重要的原材料之一，广泛用于制造纤维、树脂、薄膜、绝缘漆、工程塑料等化工产品。而直接排放PTA的生产废水会对大气和水体造成严重的污染，危害人类的健康。本课题主要研究PTA在高温厌氧条件下的发酵技术，降解PTA废水，生产生物甲烷。利用上流式厌氧污泥床反应器，采用半连续的方式，进料量2L，进料周期24h。在52℃、pH=7、COD:N:P=117:5:1的条件下，随着时间的推移，PTA废水厌氧发酵的产气量逐步上升，日产气量可以达到2400mL，甲烷浓度先快速上升到70%，然后稳定在70%左右，COD去除率先快速上升到60%，然后稳定在60%左右。

关键词：PTA 高温 厌氧 生物发酵

Research on Thermophilic Fermentation of Waste Water of PTA

Abstract

Purified terephthalic acid (PTA) is one of the important raw materials in industrial production, widely used in the manufacture of fiber, resin, film, insulating paint, engineering plastics and other chemical products. Direct emission of industrial waste water of PTA will cause serious pollution of the atmosphere and water, endangering human health. In this paper, the fermentation of PTA under thermophilic anaerobic condition is studied. Waste water of PTA is degraded to produce bio-methane. Semi-continuous way is used in the up-flow anaerobic sludge bed reactor . The feed volume is 2L. The feed period is 24 hours. Under the condition of 52 ℃, pH = 7 and COD: N: P = 117: 5: 1, with the passage of time, the gas production of anaerobic fermentation of waste water of PTA will gradually increase. The daily gas production can reach 2400mL. The concentration of methane will first rise to 70% and then stabilize at about 70%. The removal rate of COD will first rise to 60% and then stabilize at about 60%.

Key words: PTA; Thermophilic; Anaerobic; Biological fermentation

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 PTA废水的水质特征 1

1.3 目前PTA废水的处理方式 2

1.3.1 酸析 2

1.3.2 絮凝、过滤 3

1.3.3 厌氧生物处理 3

1.3.4 好氧生物处理 4

1.3.5 厌氧与好氧相结合的生物处理 5

1.4 PTA的微生物降解机理 6

1.5 本论文所探讨的内容与目的 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验原理 8

2.2 实验试剂及仪器 8

2.2.1 实验试剂 8

2.2.2 实验仪器 8

2.3 实验过程 9

2.3.1 PTA废水的厌氧降解 9

2.3.2 气相色谱 10

2.3.3 COD的测定 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 产气量 12

3.2 甲烷浓度 13

3.3 COD去除率 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致 谢 20

第一章 绪论

1.1 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。

1.2 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。

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