空氣氧化是利用空氣中的氧氣氧化廢水中有機物和還原性物質的一種處理方法，是一種常規處理含硫廢水的方法。空氣氧化的能力較弱，為提高氧化效果，氧化要在一定條件下進行。如采用高溫、高壓條件，或使用催化劑。

目前，從經濟等方面考慮，國內多采用催化劑氧化法，即在催化劑作用下，利用空氣中的氧將硫化物氧化成硫代硫酸鹽或硫酸鹽。采用的催化劑有醌類化合物、錳、銅、鐵、鈷等金屬鹽類，以及活性炭等。處理工藝如圖l所示。一般認為，該處理方法反應時間長，能耗較大。

煉油廠廢水處理工藝所采用的空氣氧化法包括一段空氣氧化法、一段催化空氣氧化法和兩段催化空氣氧化法等。

一段空氣氧化法是較老的處理含硫廢水的一種方法。理論上氧化1kg硫化物生成硫代硫酸鹽需要1kg氧，相當于4。33kg空氣。由于其中一部分硫代硫酸鹽會進一步氧化成硫酸鹽，因此空氣用量還會增加。目前，該法已較少使用。

一段催化氧化法中，氧化塔填充銅和鐵族的金屬催化劑，pH值呈微堿性(7～9)，溫度100℃，水與充足的空氣接觸后，廢水中硫化物大部分氧化成硫酸鹽。

兩段催化空氣氧化法是一種含硫廢水制硫的方法。含硫廢水通過裝有催化劑的第一段空氣氧化后，廢水中的硫化鈉和硫化氨分別氧化成硫酸鈉、硫代硫酸鈉和硫酸銨，然后廢水進入第二段催化空氣氧化塔，生成元素硫和氨。