湿式催化氧化法处理高浓度有机废水的现状与展望_陈彩云

收稿日期:2011-08-19

作者简介：陈彩云（1984-），女，辽宁兴城人，助理工程师，硕士，从事环境保护及环境监测方面的研究。

随着我国经济的迅猛发展，环境问题也日益凸显，尤其是高浓度有机废水的污染源日益增多，带来了严重的水污染问题。湿式催化氧化法（CWO ）是近20年来发展起来的一种高效处理高浓度有机废水的先进技术，是对传统化学氧化法的改进和强化，利用催化剂的催化作用，加快氧化反应速度，提高氧化反应效率。

1高浓度有机废水的来源与危害

随着现代工业生产规模的不断发展和扩大，高浓度有机废

水的污染问题也日益突出。高浓度有机废水是指水中COD 在

2000mg/L 以上，甚至高达几万至几十万，而且有些废水可生化

性较差，BOD 值较低，BOD 与COD 的比值小于0.3。高浓度有机废水主要来自化学工业、制药工业、农药生产、炼焦、造纸和印染工业等。

高浓度有机废水的危害主要有四个方面：①需氧性污染危害：很多工业废水中含有大量的耗氧有机物，耗氧有机物排入水体后，使被污染的水体缺氧甚至厌氧，水生物死亡，并产生恶臭，恶化水质和环境。氨和硫醇等难闻气体，使水质进一步恶化，呈现发黑发臭的性状。②致毒性污染危害：工业废水中含有大量不易被微生物降解的有毒有机物，这些难降解有机物进入水体后，能长时间残留在水体中，并通过食物链不断积累和富集，最终进入动物或人体内产生毒性或其他危害，严重影响人类的身体健康。③酸碱污染危害：一些工厂如化工厂、化纤厂、造纸厂、味精厂等排出含有大量有机酸和有机碱的废水，改变了水体的pH 值，恶化水体生态环境，干扰水体自净能力。④感官性污染：高浓

度有机废水可使水体变色，发臭，失去使用价值。

2湿式催化氧化法原理及研究现状

2.1

湿式催化氧化法处理高浓度有机废水原理

湿式催化氧化法(CWO)是一种治理高浓度有机废水的先进

环保技术，它是在湿式空气氧化法基础上发展起来的。湿式催化氧化法是在传统的湿式氧化体系中加入催化剂，这样就降低了苛刻的反应条件，提高了氧化剂的氧化能力，缩短了反应时间，从而降低了投资运行成本，其工艺流程见图1。

该技术主要原理是在一定压力（2～8MPa ）和温度（200～

280℃）条件下，将废水通过装有高效氧化性能催化剂的反应器，

在空气作用下，利用催化氧化原理，一次性地对高浓度有机废水的COD 、TOC 、氨、氰等污染物进行氧化分解的深度处理，使之转变为CO 2、H 2O 及N 2、SO 42-等无害成分。

2.2湿式催化氧化法研究现状

近些年来，随着湿式催化氧化法的发展，催化剂的研究是湿

湿式催化氧化法处理高浓度有机废水的现状与展望

陈彩云，

张

倩

（本溪市环境监测中心站，辽宁本溪

117021）

摘

要：为了解决高浓度有机废水污染日益严重的问题，分析了高浓度有机废水的危害，阐述了湿式催化氧化法的原理及其研究现状。通

过与其他有机废水处理方法的工艺及运行费用比较，可知湿式催化氧化法在提高去除效率的同时，有效地降低了运行成本，具有良好的发展前景。

关键词：湿式催化氧化；非均相催化剂；去除率中图分类号:X131.2

文献标识码:A

10.3969/j.jssn.1007-0907.2011.05.008文章编号:1007-0907(2011)05-0015-02

The Current Situation of High Concentration Organic Wastewater Treated by

Catalytic Wet Oxidation Method and it's Prospect

CHEN Cai －yun

（Benxi Environment Monitoring Center Station,Benxi

117021,China ）

Abstract ：In order to address the growing problem that the pollution of high concentrated organic wastewater,analyzing the dangers of high concentrations of organic wastewater.Elaborating the principle of wet catylystic oxidation and the research ；comparing with other treatment process of organic wastewater and operating costs,obtaining the result that wet catylystic oxidation can improve the removal efficiencies,and reduce the operational costs effectively,that the method will make good prospects for development.

Key words ：Wet catylystic oxidation;Heterogeneous catalyst;Removal efficiencies

内蒙古农业科技2011（5）：15~16

Inner Mongolia Agricultural Science And

Technology

式催化氧化高浓度有机废水处理的热点问题。湿式催化氧化法的催化剂包括均相催化剂和非均相催化剂两种。均相催化剂是以分子或离子水平独立起作用的，与反应物的作用过程比较容易实现现代检测方法加以研究与推测，与非均相催化剂相比有较好的活性和选择性。其中以过渡金属Cu、Fe、Ni、C、Mn等为代表的均相催化剂效果较好。但在废水处理过程中将造成用于催化剂的金属溶于水而流失，从而造成排放后的二次污染，需经后续处理回收，这样提高了废水处理成本。所以，在非均相催化剂出现后此催化剂的应用很少。

非均相催化剂多为固体而反应物为液体或者气体，它具有活性高、易分离且无二次污染的优点。从20世纪70年代后期，非均相催化剂的研究受到了普遍关注。目前，国内外关于非均相催化剂的研究主要有3类：过渡金属催化剂、贵金属催化剂、稀土系列催化剂。

杜鸿章等通过对焦化废水催化剂的研究，研制了高氧化活性及稳定性的贵金属催化剂处理焦化废水，NH3－N的去除率达99%以上。Qin等共同研制了Ru/Al2O3催化剂在503K，15MPa和pH=12的情况下对氨氮去除率达到99%。Okitsu等实验发现Pt/ Al2O3催化剂在150℃，反应30min，TOC的降解率可达到90%。张颖等对CuO/γ－A12O3、CeO2/γ－A12O3和CuO－CeO2/γ－A12O3三种非均相催化剂进行了大量的实验研究，得出负载量为10％的CuO/γ－A12O3、负载量为20％的CeO2/γ－A12O3及负载量为10％的CuO、20％的CeO2的CuO－CeO2/γ－A12O3催化剂，在300℃下焙烧3h催化效果最好。在160℃，过氧化氢(H2O2)氧化剂用量50mg/L，pH值为4，催化剂投加量为50g/L时，在反应釜中反应100min，COD去除率最高，可使有机废水COD的去除率大于89％。国内有公司研制的贵金属－稀土催化剂对CODcr及NH3－N的去除率可达到99.5%和99.9%，且贵金属含量比国外低50%。该技术处理染料厂含COD50000mg/L的高浓度H酸母液废水，对COD的去除率达到95%，对色度的去除率达到98%，具有良好的工业应用前景。

2.3湿式催化氧化法与传统工艺技术的比较

目前，高浓度有机废水的处理方法主要有生物法、一般化学氧化法、催化氧化法等，生物法虽然运行费用低，但是占地面积大，反应时间长，仅适用于低浓度含酚废水的处理。一般化学氧化法对一些难降解的有机物氧化效率低或者无效，且上面两种方法处理后的出水水质难以达到国家规定的排放标准。应用湿式催化氧化技术则可以有效地去除废水中的有机物，处理效果明显优于其他方法。对于焦化废水，三种处理技术的运行费用对比见表1。

表1三种处理技术处理焦化废水的运行费用

项目普通生化工艺A/O生物脱氮技术湿式催化氧化技术原材料消耗NaOH（30%）（元）376000374000350400

Na2CO3（元）588000

聚合硫酸铁（PFS）（元）5600047250

磷酸（85%）（元）6450053750

动力消耗工业水（元）210000140000

电耗量（元）2520001800001416080

蒸气（元）12771001252350

煤气量（元）1126350

循环水（元）13140013140059130工人工资及附加费（元）264000264000120000

催化剂更换费用（元）600000折旧（元）350000375000116500大中小修及其它（元）350000375000116500合计（元）333100037807503904960单位操作费用（元/m3）25.3528.7729.72

16内蒙古农业科技No.5

由表1可以看出，在运行费用上湿式催化氧化法和生物脱氮、普通生化法相比并没有显著差异，但出水水质却明显优于这两种方法。

3湿式催化氧化法处理高浓度有机废水的发展趋势与展望湿式催化氧化法处理高浓度有机废水具有很多优点：该工艺不产生污泥，只有少量装置内部的清洗废液需要单独处理。净化效率高，又可回收热能，流程简单，占地面积小等。但用于该工艺的设备需要耐高温高压、耐腐蚀，所以，运行费用相对较高，且现有的催化剂一般损耗较大，活性组分易流失。若使湿式催化氧化技术得到长足的发展，加强催化剂的研究具有极大的现实意义。通过研究催化剂的选择、优化、催化剂再生等，开发更高效、广谱、稳定的催化剂。

国内外研究与实践均证实，湿式催化氧化法是处理高浓度难降解有机废水、污泥的有效方法。随着越来越多新技术、新催化剂、新工艺不断被开发出来，湿式催化氧化法的应用前景将更加广阔。

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（责任编辑吴云霞）