工业废水中难降解化合物的串联“多相催化/生物降解”协同优化处理研究

针对碱性亚硫酸盐制浆工业黑液中难降解有机物处理难题，研究人员开发了CuO/γ-Al2 O3 催化Fenton氧化-生物处理串联工艺。通过优化催化剂将Cu2+ 浸出量从8.2 mg/L降至1.0 mg/L，实现催化剂5次循环使用，使BOD/COD提升至0.23。联合工艺最终实现TOC去除率86%、COD去除率93%，满足阿根廷工业排放标准（COD≤250 mg/L），为高盐难降解废水处理提供新方案。

　　

在制浆造纸工业中，碱性亚硫酸盐法制浆产生的黑液含有大量难降解有机物（如木质素衍生物），其化学需氧量(COD)高达46,550 mg/L，生物降解性(BOD₅
/COD仅0.05)极差。传统蒸发焚烧处理成本高昂，而单独生物处理效率低下。面对阿根廷严格的工业排放标准（COD≤250 mg/L），开发经济高效的处理技术迫在眉睫。

针对这一挑战，阿根廷国家科学技术研究委员会(CONICET)的研究团队Laura G. Covinich等人创新性地提出串联多相催化Fenton氧化与生物处理工艺。研究采用2.5% CuO/γ-Al₂
O₃
催化剂，在80℃、3.23 g/L H₂
O₂
条件下进行预氧化，随后采用活性污泥生物处理。该成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，为解决工业废水处理难题提供了重要技术路径。

关键技术方法包括：1) 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征催化剂结构；2) 通过中心复合设计(CCD)优化反应条件；3) 使用真实工业废水（含61.1 g/L总溶解固体）进行实验；4) 测定呼吸抑制率(ISOUR%)评估生物毒性；5) 通过5次循环实验验证催化剂稳定性。

【Effluent characterization】
原水分析显示黑液含21,665 mg/L总有机碳(TOC)，芳香度1.44 L/mg·m，灰分52.3%，证实其高盐、高有机物特性。

【Catalysts characterization】
SEM-EDS显示铜在γ-Al₂
O₃
载体上均匀分布（实际载量2.44%）。XRD证实CuO晶相存在，BET比表面积为148 m²
/g，孔容0.38 cm³
/g，属典型介孔材料。

【Conclusions】

1. 优化后的催化剂将Cu²⁺
   浸出量从8.2 mg/L降至1.0 mg/L，5次循环后仍保持活性；
2. 预氧化使BOD/COD从0.05提升至0.23，微生物呼吸抑制率<10%，证实氧化产物生物相容性；
3. 串联工艺最终出水COD降至250 mg/L以下，TOC去除率86%，满足排放标准；
4. 浸出的Cu²⁺
   可能与氧化中间体络合，仍具催化活性。

该研究首次实现工业级碱性亚硫酸盐黑液的高效处理，突破传统工艺对高盐废水的处理瓶颈。催化剂稳定性设计（5次循环）和生物处理无需驯化的特点，显著降低运营成本。未来需重点解决放大过程中的混合传质问题，推动该技术向工程化应用迈进。研究为复杂工业废水处理提供了"化学氧化-生物降解"协同优化的典范，对实现循环经济具有重要意义。