空氣氧化

空氣氧化是將空氣通入污水中，利用空氣中的氧來氧化污水中可被氧化的有害物質。空氣因氧化能力較弱，主要用於含有還原性較強物質的污水處理。例如，用於地下水除鐵除錳。在缺氧的地下水中常出現二價鐵和錳，通過曝氣處理，可以將它們分別氧化為Fe(OH)₃和MnO₂沉澱物。當原水含鐵錳量更大時，可採用多級曝氣和多級過濾組合流程處理。

基本介紹

• 中文名：空氣氧化
• 外文名：atmospheric oxidation
• 套用：污水處理
• 目的：氧化污水中可被氧化的有害物質
• 包含：濕式氧化、焚燒
• 舉例：空氣氧化脫硫

簡介

空氣氧化用得較多的是工業廢水脫硫。石油化工廠、皮革廠、製藥廠等都排出大量含硫廢水。廢水中的硫化物一般都是以鈉鹽或銨鹽形式存在於污水中，如Na₂S、NaHS、(NH₄)₂S、NH₄HS。當廢水中含硫量不很大，無回收價值時，可採用空氣氧化脫硫。向廢水中注入空氣和蒸氣，硫化物轉化為無毒的硫代硫酸鹽或硫酸鹽。空氣氧化脫硫在密閉的塔器如空塔、板式塔、填料塔中進行。下圖為某煉油廠的空氣氧化法處理含硫廢水氧化裝置。

氧化裝置

空氣氧化脫硫在密閉的塔器（空塔、板式塔、填料塔）中進行。含硫廢水經隔油沉渣後與壓縮空氣及水蒸氣混合，升溫至80~90℃，進入氧化塔，塔徑一般不大於2.5m，分四段，每段高3m。每段進口處設噴嘴，霧化進料。塔內氣水體積比不小於15。增大氣水比則氣液的接觸面積加大，有利於空氣中的氧向水中擴散，加快氧化速度。污水在塔內平均停留時間1.5~2.5h。

氧化反應過程

石油煉廠含硫廢水中的硫化物，一般以鈉鹽（NaHS或Na₂S）或銨鹽[NH₄HS或(NH₄)₂S]的形式存在。廢水中的硫化物與空氣中的氧發生的氧化反應如下：

2HS^-+O2→S₂O₃^2-+H₂O

2S^2-+2O₂+H₂O→S₂O₃^2-+2OH^-

S₂O₃^2-+O₂+OH^-→2SO₄^2-+H₂O

從上述反應可知，在處理過程中，廢水中有毒的硫化物和硫氫化物被氧化為無毒的硫代硫酸鹽和硫酸鹽。上述第三個反應進行得比較緩慢。當反應溫度為80~90℃，接觸時間為1.5h時，廢水中的HS和S₂約有90%被氧化為S₂O₃^2-；其中約有10%的S₂O₃^2-能進一步被氧化為SO₄^2-。如果向廢水中投加少量的氯化銅或氯化鈷作催化劑，則幾乎全部的S₂O₃^2-被氧化為SO₄^2-。

濕式氧化

濕式氧化（WAO）是指在較高溫度和壓力下。用空氣中的氧來氧化污水中溶解或懸浮的有機物和還原性無機物的一種方法。因氧化過程在液相中進行。故稱濕式氧化。濕式氧化與一般方法相比。具有適用範圍廣（包括對污染物種類和濃度的適應性），處理效率高，二次污染低，氧化速度快，裝置小，可回收能量和有用物料等優點。

濕式氧化基本流程

目前濕式氧化法在國外已廣泛用於各類高濃度污水及污泥處理。尤其是毒性大，難以用生化方法處理的農藥污水染料污水、製藥污水、煤氣洗滌污水、造紙污水、合成纖維污水及其他有機合成工業污水的處理。也用於還原性無機物（如CN^-、SCN^-、S^2-）和放射性廢物的處理。下圖濕式氧化基本流程。

濕式氧化

污水和空氣分別由高壓泵和壓縮機打入熱交換器。與已氧化液體換熱。使溫度上升到接近反應溫度。進入反應器後。污水有機物與空氣中氧氣反應。反應熱使溫度升高。並維持在較高的溫度下反應。反應後。液相和氣相經分離器分離。液相進熱交換器預熱進料。廢氣排放。在反應器中維持液相是該工藝的特徵。因此需要控制合適的操作壓力。濕式氧化系統的主體設備是反應器。除了要求其耐壓、防腐、保溫和安全可靠以外。同時要求器內氣液接觸充分。並有較高的反應速率。通常採用不鏽鋼鼓泡塔。反應器的尺寸及材質主要取決於污水性質、流量、反應溫度、壓力及時間。

濕式氧化過程

濕式氧化過程大致可以分為兩個速度段。前半小時內。因反應物濃度高。氧化速度快。去除率增加快。此後。因反應物濃度降低或中間產物更難以氧化。致使氧化速度趨緩。去除率增加不多。由此分析。若將濕式氧化作為生物氧化的預處理。則控制濕式氧化時間以半小時為宜。催化劑的運用大大提高了濕式氧化的速度和程度。有關濕式氧化催化劑的研究。對有機物濕式氧化。多種金屬具有催化活性。其中貴金屬系（如Pd、Pt、Ru）催化劑的活性高、壽命長、適應廣，但價格昂貴。套用受到限制。目前多致力於非金屬催化劑的開發。已獲得套用的主要是過渡金屬和稀土元素（如Cu、Mn、Co、Ce）的鹽和氧化物。

濕式氧化可以作為完整的處理階段，將污染物濃度一步處理到排放標準值以下。但是為了降低處理成本，也可以作為其他方法的預處理或輔助處理。常見的組合流程是濕式氧化後進行生物氧化。

焚燒

焚燒也是利用空氣中的氧來氧化污水的一種方法。與濕式氧化不同，焚燒是在高溫下用空氣氧化處理污水的一種比較有效的方法。有機污水不能用其他方法有效處理時，常採用焚燒的方法。焚燒就是使污水呈霧狀噴入800℃高溫燃燒爐中，使水霧完全汽化，讓污水中的有機物在爐內氧化，分解成完全燃燒產物CO₂、H₂O。而污水中的礦物質、無機鹽則生成固體或熔融的粒子，可收集。因此，焚燒的實質是對污水進行高溫空氣氧化。

污水焚燒處理使用的設備是焚燒爐。焚燒爐形式很多，一般分立式和臥式兩種。焚燒的缺點是燃料消耗大，如污水中可燃物濃度很高，則燃燒可自動進行。燃料消耗量較少，只需消耗少量燃料來預熱焚燒室和點火。如污水中的可燃物濃度較低，燃料油消耗則較大，對於低熱值污水可以用蒸發、蒸餾等方法進行預處理後再行焚燒，也可藉助於催化劑進行有效的焚燒處理。