1 绪 论
1.1 混合酸废水污染现状与治理
1.1.1 水资源现状
地球上的水资源总量约为13.8亿立方公里（1立方公里=1km3），其中97.5%是海水（13.45亿立方公里）。淡水只占2.5%，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用的仅为0.01%。世界水论坛最新提供的评估报告显示，全世界每天约有200万吨垃圾倒进了河流，湖泊，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条差强人意。20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有近400万人死于和水有关的疾病。到2025年，水危机将蔓延到48个国家，35亿人为水所困。水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性的破坏，也将严重威胁人类生存和社会经济的可持续发展，全球缺水状况见表1-1。
表1-1 全球缺水状况一览
我国水资源总量为2.8142×1012m3/a（万亿立方米每年），其中河川年径流量2.7115×1012m3/a，居世界第六位。虽然我国水资源总量不算少，但如以12亿人口计，人均水资源占有量仅约2300m3/a，耕地亩均水资源占有量约为1770m3/a，为世界平均值的四分之一左右[1]。以上数字说明我国是贫水国家。因此合理有效地使用淡水资源，防止水源污染，加强废水治理，实现水的循环利用具有十分重要的意义。
1.1.2 我国混合酸废水污染现状
目前我国工业用水重复利用率只有30%左右，远低于发达国家75%的水平，单位GDP用水量是发达国家的15倍到100倍，一些重要产品单位耗水量比国外先进水平高几倍，甚至几十倍。近年来中国废水、污水排放量以每年18亿吨的速度增加，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿吨（含酸废水约占1/5），其中约80%未经处理直接排入水域。水污染带来巨大的经济损失，世界银行的一项测算表明，中国每年水和空气污染造成的损失约占当年GDP的8%左右，环境污染使中国发展成本比世界平均水平高7%。中国的水问题正经历前所未有的转型和多种危机并存的局面，水污染已经成为对社会经济发展有重大影响并亟待解决的首要问题。自松花江水污染事故以来，中国共发生130多起与水有关的污染事故，达到平均每两至三天一起。“十一五”期间，我国要着重水污染防治工作，2007年已投入数十亿元资金，全面启动“水体污染控制与治理”项目，全面推进水污染防治工作。
我国含酸废水每天排放量近0.328亿吨，主要包括化学工业、机械制造工业、冶金、采矿及选矿、钢铁工业、造纸、纺织印染工业、制革工业、造纸工业、金属表面处理、电子及仪器仪表工业等大宗含酸废水。该类废水含有机、无机酸，大分子酸、小分子酸，高价酸、低价酸，强酸、弱酸等，废水成分复杂，pH极低，COD值（化学需氧量）高，可生化性极差，属难处理的工业液态危险废物之一。
染料厂作为用水大户，在染料生产过程中产生大量废水，该废水是造成我国水环境污染的主要源之一。在重要的染料中间体——β-萘磺酸钠（β-盐）和5-氨基-2-氯甲苯-4-磺酸（CLT酸）生产过程中产生大量的废水。β-盐母液废水量大，色度深，且含一定量的β-萘磺酸，其含量约在6%左右，母液COD指标达到10000mg/L以上。CLT酸主要用于制造金光红C、橡胶大红和塑料大红等颜料。一般以甲苯为原料，经过磺化、氯化、硝化、盐析、还原，最后经压滤、干燥而成。废水主要来自压滤工序，生产1吨CLT酸约产生40吨废水，对于一个年产CLT酸3千吨的企业来说，以7200小时/年计，每小时约产18吨废水。该废水成分复杂，除含3%左右的CLT酸，尚含少量盐酸等，pH值1~1.5，色度2000~3000稀释倍，COD 9000~50000mg/L，BOD5（五天生化需氧量）/COD比值仅为0.03，可生化性极低，属极难生物降解的高浓度有机废水。
β-萘磺酸和CLT酸既是重要的有机化工原料，有极高的经济价值；同时，因带有磺酸基团对微生物有强烈毒性，对人、畜也有一定的危害。因此废水在排放前必须进行处理，降低其β-萘磺酸和CLT酸含量。由于带有磺酸基团的芳香族化合物易溶于水，使传统物理、化学处理效率很低。而且由于萘环结构稳定，采用生化法或氧化法也难以开环分解。致使该废水处理困难，属极难处理的有机废水之一[2，3]。目前对于含有萘环化合物的染料中间体生产废水至今尚无有效的处理办法，国外对β-盐母液中β-萘磺酸分离工艺路线研究报道很少，国内处理方法归纳起来主要有两种方式，一种是分离回收，另一种是将其转化成无害物质后排放。比较起来前一种方式更具有现实意义和发展前景，实现了废弃物的再利用，减少了生产过程萘磺酸和CLT酸的损耗，降低了成本，提高了市场的竞争力。同时，废水经处理后可循环使用，大大降低了生产过程中的用水量。
1.1.3 混合酸废水处理的意义
在工业生产过程中，往往产生大量的、种类繁多、成分复杂的含酸废水或含酸目的产物水溶液。含酸废水具有来源广、废水量大、腐蚀性强、污染性强、COD值高的特点，属工业危险液态废弃物，是水环境污染主要源之一。直接排放将对水环境和人类健康造成极大污染和损害，排放前必须进行处理。
此外，含酸水溶液中高附加值酸产品浓度一般较低，需进一步浓缩、提纯、分离，以提高酸产品的收率。例如，在发酵生产氨基酸、柠檬酸、乳酸、丙酸等时，从天然植物果、茎、叶中提取重要食用或药用多功能活性酸组分等过程中同时产生大量含酸水溶液或稀溶液。该含酸溶液具有水量大、组成复杂、酸含量低、产物分离提纯困难等特点，现有生产制备技术还存在耗费较大，投资巨大等缺点，尤其提纯分离费用一般占整个产品成本的一半。为提高酸产品收率和纯度，降低产品的生产成本，过程用水可以循环使用，研究开发新型节能、减排、低成本、高效的浓缩、提纯、分离技术，实现产品的提纯分离和水的再生回用对于我国经济发展具有十分重要的意义。