国外对污水湿式催化氧化处理的研究进展_杨琦

收稿日期:1997-01-14第一作者:男,1966年生,博士生,讲师国外对污水湿式催化氧化处理的研究进展杨琦单立志钱易(清华大学环境工程系环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100084)摘要湿式催化氧化(CWAO)法处理高浓度、有毒、有害和非生物降解的有机物。文中综述了国外WAO发展过程,机理以及动力学模型等研究领域的发展动向和应用前景。关键词湿式氧化机理动力学AdvanceinCatalyticWetAirOxidationofWastewaterAbroadYANGQiSHANLizhiQianYi(EnvironmentalEngineeringDepartmentStateKeyLadonEnviromentSimulatorandPollutionControl,TsinghuaUniversity,Beijing100084;)AbstractWetairoxidation(WAO)involvingoxidationathightemperatureandpressureconditionsisusefulforthetreatmentofhazardoustoxicandnon-biodegradablewastewater.Thispaperreviewstheresearchadvancesinthemechanism,kineticsandapplica-tioninthisfield.TheKineticmodelisproposedforthetreatmentofvariouskindsofwastewater,thusconfirmingtheproposedreactionmechanisms.ItisbelievedthatWAOwillfindmoreapplicationsinthefuture.KeywordsWetairoxidation;Mechanism;Kinetics湿式催化氧化工艺最近几年来取得显著进展。在70年代和80年代,废水生物处理工艺风靡一时。自80年代,生物处理工艺受到高浓度、有毒、有害以及生物难降解有机工业废水挑战。近几年来,世界上发达国家都十分重视开发革新的替代技术,以图提高处理效率和降低处理费用。于是湿式催化氧化很快以新的活力出现,从而在美国、日本、欧共体等国进行广泛而深入的研究与开发。1湿式氧化技术的发展湿式氧化是在高温、高压下,利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水。1958年Zim-merman[1]首次采用湿式氧化法处理造纸黑液,其工作条件是控制反应温度150~350e,压力5~20MPa,使黑液中有机物氧化降解,处理后废水COD去除率达90%以上。温度是湿式催化氧化过程的主要影响因素。压力的作用主要是保证呈液相反应。在高温高压下,氧的物理性质发生改变。当温度高于150e时,氧的溶解度随温度的升高而增大,传质系数也增大,水的粘度变小,同时有低表面张力。所有这些特点有利氧化反应进行。在国外,WAO技术已实现工业化。主要应用于活性炭再生、含氰废水、煤气化废水、造纸黑液以及城市污泥及垃圾渗出液处理。至1992年仅美国Zimpro公司设计开发出CWAO装置200多套,分布于世界160多个国家和地区,处理能力从200L/h到200t/h。2WAO反应机理211WAO去除有机物的机理由于WAO反应比较复杂,包括传质过程和化学反应2个阶段。根据已有的研究,国外学者[2]提出氧化反应主要属于自由基反应。通常分为3个阶段,即链的引发、链的发展或传递和链的终止。a1链的引发。由反应物分子生成最初自由基,这个过程因为断裂分子中的键需要一定能量,常加入引发剂,如双氧水、热离解等方法诱发。反应如下:RH+O2yR#+HOO#(RH为有机物)(1)2RH+O2y2R#+H2O2(2)H2O2+My2OH#(M为催化剂)(3)第11卷第4期环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesVol.11,No.4,1998DOI：10.13198/j.res.1998.04.64.yangq.017b1链发展或传递,即自由基与分子相互作用的交替过程。此过程易于进行。RH+HO#yR#+H2O(4)R#+O2yROO#(5)ROO#+RHyROOH+R#(6)c1链的终止。若自由基经过碰撞生成稳定分子,则链被终断。R#+R#yR)R(7)ROO#+R#yROOR(8)ROO#+ROO#yROH+RCOR2+O2(9)212WAO去除含氰化合物反应机理主要分为2步进行,第一步水解,第二步氧化。CN-+2H2OyHCOO-+NH3(10)或CN-+H2OyOH-+HCN(11)CN-+O2yCNO-(12)CNO-+115O2yCO2-3+N2+CO2{