湿式催化氧化法对高COD废水的处理

陈仁光

摘要：湿式均项催化氧化法通过使用过渡金属盐类作为催化剂，具有反应温度低、性能稳定、处理成本相对低等优点。后续阶段需要对离子态的催化剂进行回收利用，避免产生二次污染。能够处理高盐污水和含有高有机物的有机废水。

关键字：湿式催化氧化法 化学需氧量 均相催化剂

化学需氧量（chemicaloxygendemand）在中文一般称之为确定化学物质产生耗用量的需氧量，简称COD，单位是mg/l。COD值的程度大小，可以在一定程度上直接反映了排出水中水体受到各种有机物物质污染的程度大小严重程度。监控排放工业废水的主要水质质量指标，我们一般会用COD数据作为控制标准。因此对于高COD废水研究的处理对周围的生态环境拥有着巨大重要的意义。

湿式催化氧化处理废水用于氧化生物处理的方法，这种方法是在传统的湿式氧化基础上演变出来的高级氧化污水处理技术。湿式空气催化废水氧化法主要是在现代湿式废水氧化的传统工艺技术基础上通过加入多种催化剂来有效降低氧化反应所使用的工作温度和环境压力，从而可以达到同时提高其对氧化废水分解的反应能力，进而以此来有效缩短氧化反应时间。这样不仅不但可以有效防止净化设备受到腐蚀并且还不仅可以大大降低净化处理时的成本，同时对于高浓度的含有毒且有害水体废水的净化处理中也具有非常好的处理效果。同时在一定的使用温度和一定环境压力下，通过不断使用正确的作用量的湿式催化剂，让有毒空气与净化废水同时进行发生二次氧化分解反应，并把净化废水废气中的无毒有机物、氨等多种有害物质分别进行氧化后再分解成N2、CO2、H2O等多种无害化学物质，从而可以达到同时净化所有水体与尽量避免水体二次污染的处理目的。湿式氧化循环反应催化剂对氨基氧化酶的循环反应主要用的成分属于自由基式的氧化循环反应，通常我们可以再细分为链式的连续反应引发，链的连续反应传递和链的连续反应终止这三个主要反应阶段。

（1）链的有机催化反应引发在硫酸水和其他氧气有机催化剂的作用下，通过链在液体中的高温离解，诱发最初自由基，或由已被氧化过的双氧水与其他有机催化剂直接相互作用后再分解产生一个新的羟基自由基，反应机理过程概述如下：

（2）链的交替传递自由基链是分子相互作用的一个交替传递过程，此交替过程很容易重复进行

（3）链的传递终止会使自由基相互之间碰撞不能生成稳定的活性分子，使链的分子传递过程中断

通过上式实例分析我们可以明显性地看出，催化剂M的广泛应用存在不仅大大促进了自由基的大量氧化产生，而且也大大提高了其在高温湿式干燥室和空气环境中的活性氧化剂和温度降解催化剂对其他有机物的综合利用效率。濕式催化氧化反应按照催化剂在化学反应中主要存在的氧化方式不同可以细分为两种：均相湿式催化氧化反应以及非均项湿式催化氧化反应。其中均相湿式催化氧化反应使用具有过渡性的金属盐类作为反应催化剂，均相湿式催化氧化反应主要具有催化反应快和温度低、性能稳定、处理成本相对低等优点。近年来的相关研究发现，均相湿式催化氧化法在不同类型废水的处理中得到了广泛应用，其中主要采用a+CU2+均相湿式催化剂，它具有热处理法的效果好、价格低廉，原材料容易经过加工即可获得，是目前氧化应用领域研究最多且实际处理应用最广的均相氧化湿式有机催化剂。

均相催化剂能够完全溶解于水溶液中，每一个催化剂活性位都能够得到很好利用，催化剂的利用率最大，且降解废水中有机物所需的最佳催化剂配方易获得。均相催化剂的种类以过渡态金属为主。相对湿式空气氧化而言，部分均相催化湿式空气氧化处理有机废水所需的反应条件明显温和很多，同时在试验过程中也能够快速的寻找出针对某一种废水合适的催化剂。

均相催化湿式氧化对于湿式氧化有如下诸多优点：

（1）均相催化剂相对非均相催化剂而言，可以提高反应速率，降低反应所需的温度和压力，延长设备寿命;

（2）均相催化剂可以保证催化剂每一个活性位得到利用，其催化剂利用率最高，成本最低;

（3）均相催化剂用于固定床反应器中时，既能提高反应效率，也能避免因催化剂失活而带来催化剂更换的麻烦;

（4）均相催化剂的反应易于优化，各助催化剂的成分和浓度易于调配，且催化剂微观原理和动力学因素很容易掌握。

均相湿式催化氧化实际应用存在的缺点：

（1）由于使用的催化剂金属离子属于重金属，因此废水COD在值降低达标后仍然无法达到直接排放的标准，还需要对金属离子进行二次回收。因此在使用工艺流程上需要再增加一步回收金属离子;

（2）由于一般情况下均相催化剂的离子态需要保持酸性或者中性，因此反应过程中必须考虑废水的PH酸碱性，以保持催化剂的活性，然而酸性和氯离子存在时，遇到高温环境会对不锈钢设备造成一定的腐蚀。氯离子浓度较高时，设备需定期更换，或考虑采用内衬钛材作为防腐材料[1]，所以初期投入上会很大程度上增加成本。

（3）均相催化剂的回收：以铜盐作为催化剂时，CuS在水中的溶解度很低，可以通过添加适当的S2-来沉降Cu2+;以铁盐、钴盐和锰盐为催化剂时，加入碱性溶液将溶液pH值调至9左右进行沉降，可以回收金属离子[2]。

湿式催化氧化法废水处理方法相关技术研究是目前处理难度可溶和不易降解有机废水的重要关键技术应用方法，应进一步研究不断扩大它的应用领域涉及范围，开展研究利用湿式催化氧化法与其他废水处理工艺技术有机结合的新一代技术应用工艺，使这一废水处理工艺方法在当前我国确保环境治理中能够充分发挥重要技术作用。随着环保环境治理技术要求的不断提高，高浓度有机废水处理已经发展成为当前我国环境治理技术研究的一个技术热点和一大技术创新难点，湿式催化氧化法应用氧化处理法的相关技术将是一个很好的技术选择。高效稳定广谱的催化剂以及广泛应用于新型原材料废水氧化处理方面的相关技术应用研究将是目前限制我国湿式废水处理应用技术产业发展的一个重要限制性因素。

参考文献

[1]Portela Miguelez J R，Lopez Bemal J，Nebot Sanz E，et al.Kinetics of wet air oxidation of pheno[J].Chemical Engineering Joural，1997，67（2）：115-121.

[2]LUCK F.Areview of industtrial catalytic wet air oxidaton processes[J].Catalysis Today，1996，27（1）：195-202.