石化廠來自加氫裂化、加氫精制、鉑重整等裝置的廢水中含有大量的H2S、NH3等污染物，目前采用汽提處理工藝，回收廢水中大量的H2S和 NH3[1]。廢水中殘余的S2-和NH3-N等污染物可以采用生物方法去除，但水中S2-對(duì)NH3-N降解的硝化菌有較大的抑制作用。

　　《當(dāng)代化工》成為中國(guó)科技核心期刊[2009-09-03]來源于：中國(guó)化工信息網(wǎng)以發(fā)展和推動(dòng)中國(guó)石化工業(yè)科技進(jìn)步為己任的石油和化工類權(quán)威科技期刊《當(dāng)代化工》雜志，日前被收錄為“中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊”(中國(guó)科技核心期刊)。

　　對(duì)經(jīng)汽提處理后仍有較高含量的硫化物和氨氮煉油汽提廢水采用裝填懸浮填料的2級(jí)曝氣塔處理，研究了曝氣塔水力停留時(shí)間(HRT)和溶解氧(DO)含量對(duì)特征污染物硫化物和氨氮的去除效果影響。結(jié)果表明，在一級(jí)曝氣塔HRT ≥10.0 h，DO的質(zhì)量濃度≥3.0 mg/L時(shí)，硫化物去除率大于98%;在二級(jí)曝氣塔HRT≥8.0 h，DO的質(zhì)量濃度≥2.5 mg/L時(shí)，氨氮去除率大于88%。

　　本實(shí)驗(yàn)采用2級(jí)生物曝氣塔，內(nèi)裝懸浮填料處理含硫含氨汽提廢水，其中第1級(jí)生物曝氣塔主要承擔(dān)去除S2-及有機(jī)污染物的作用，第2級(jí)生物曝氣塔主要承擔(dān)降解NH3-N的作用，并通過實(shí)驗(yàn)獲得合適的操作條件和對(duì)污染物的去除效果。

　　1　原理及影響因素

　　1.1　生物脫硫

　　硫化物生物氧化反應(yīng)式為：

　　2HS-+O2 = 2S+2OH-，

　　2HS-+4O2 = 2SO42-+2H+。

　　由反應(yīng)式可知，溶解氧(DO)充足時(shí)水中硫化物可氧化為SO42-，DO不足則氧化為單質(zhì)硫。左劍惡等及Buisman等研究得出，DO對(duì)硫化物的生物氧化效果優(yōu)于無催化劑存在的化學(xué)氧化效果[2-3]。自然界中能氧化硫化物的微生物主要分為3大類：絲狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無色硫細(xì)菌。無色硫細(xì)菌生活的環(huán)境條件較廣，在pH為1～10、溫度為4～99 ℃的環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)有無色硫細(xì)菌生長(zhǎng)活動(dòng)[4];多數(shù)無色硫細(xì)菌是好氧菌，以O(shè)2作為電子受體，共同特點(diǎn)是能氧化還原態(tài)的硫化物并從中獲取生長(zhǎng)和活動(dòng)所需的能量。

　　雖然硫細(xì)菌在pH為1～10時(shí)廣泛存在，但這是單純脫硫的情況。在研究綜合污水脫硫及除碳時(shí)，綜合考慮，pH為6.0～7.5較合適。因培養(yǎng)的無色硫細(xì)菌是好氧菌，DO不足會(huì)影響好氧菌的正常生理活動(dòng)，因此DO是很關(guān)鍵的一個(gè)工藝因素。

　　1.2　生物硝化

　　硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。此作用是由亞硝酸菌和硝酸菌2種菌共同完成的。這2種菌屬于化能自養(yǎng)型微生物[5]。其反應(yīng)式如下：

　　NH4++2O2 = NO3-+2H++H2O。

　　硝化菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、DO含量、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。硝化反應(yīng)的適宜溫度為20～37 ℃，低于15 ℃時(shí)，反應(yīng)速度迅速下降，5 ℃時(shí)反應(yīng)幾乎完全停止。

　　硝化菌是自養(yǎng)菌，若水中BOD5過高，將有助于異氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。硝化菌的生長(zhǎng)世代周期較長(zhǎng)，為了保證硝化作用的進(jìn)行，泥齡應(yīng)取大于硝化菌最小世代時(shí)間2倍以上。硝化反應(yīng)對(duì)溶解氧有較高的要求;另外，在硝化反應(yīng)過程中，有H+釋放出來，使pH下降，所以應(yīng)在廢水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化。

　　2　實(shí)驗(yàn)部分

　　2.1　進(jìn)水

　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)水為汽提廢水，水溫30～37 ℃，COD≤615 mg/L，NH3-N和S2-的質(zhì)量濃度分別≤51、≤57 mg/L，pH為6.5～8.5。

　　2.2　裝置和材料

　　實(shí)驗(yàn)裝置采用2級(jí)曝氣塔，有效高度3.5 m，總高4.0 m;一級(jí)曝氣塔(脫硫塔)主要承擔(dān)脫硫和降解有機(jī)物作用，直徑0.56 m，二級(jí)曝氣塔(硝化塔)主要承擔(dān)硝化作用，直徑0.5 m。曝氣塔內(nèi)裝生物懸浮填料，該填料材質(zhì)為聚氯乙烯塑料，呈餅狀，直徑25 mm，厚度8 mm。

　　2.3　微生物培養(yǎng)和填料掛膜

　　2.3.1　硫細(xì)菌的培養(yǎng)和馴化

　　汽提廢水仍含較高的硫化物，廢水系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中容器和管線中都會(huì)產(chǎn)生少量的硫細(xì)菌等微生物，在實(shí)驗(yàn)中沒有特別對(duì)脫硫塔進(jìn)行微生物接種，直接實(shí)驗(yàn)廢水引入培養(yǎng)和掛膜，1周時(shí)間就有很好的脫硫作用，表明微生物生長(zhǎng)狀況良好，生物膜具有良好的活性。顯微鏡觀察，一級(jí)塔中的生物膜呈褐色，生物膜的菌膠團(tuán)較分散，絮體較細(xì)小。

　　2.3.2　硝化菌的培養(yǎng)和馴化

　　在二級(jí)曝氣塔中微生物以培養(yǎng)硝化菌(為化能

　　自養(yǎng)菌)為主。取污水廠氧化溝的污泥50 L加入二級(jí)曝氣塔，曝氣培養(yǎng)。微生物初期培養(yǎng)和掛膜時(shí)，曝氣量較小，防止強(qiáng)烈沖刷，水中的DO的質(zhì)量濃度在2 mg/L左右，并用Na2CO3調(diào)節(jié)溶液pH在7.0～8.0。定期考察氨氮降解情況和填料掛膜情況。經(jīng)過3 d靜態(tài)培養(yǎng)之后，改為動(dòng)態(tài)培養(yǎng)和馴化;開始只用1/4的水力負(fù)荷進(jìn)水，然后用1/2的水力負(fù)荷進(jìn)水;待填料掛膜較好時(shí)，用正常水力負(fù)荷進(jìn)水繼續(xù)培養(yǎng)和馴化。由于化能自養(yǎng)菌生長(zhǎng)繁殖緩慢，整個(gè)培養(yǎng)和馴化過程用了半個(gè)多月，生物膜生長(zhǎng)細(xì)密，呈淺褐色。

　　3　結(jié)果與討論

　　3.1　HRT和DO含量的影響

　　為了研究主要工藝參數(shù)(水力停留時(shí)間HRT和DO含量)對(duì)脫硫和硝化的影響，通過改變進(jìn)水量和曝氣量分別進(jìn)行不同HRT和DO含量的實(shí)驗(yàn)，其中脫硫塔(一級(jí)塔)HRT分別為4、6、8、10、12 h，硝化塔(二級(jí)塔)HRT為2、4、6、8、10 h，2級(jí)曝氣塔均研究了DO的質(zhì)量濃度分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/L的實(shí)驗(yàn)情況，各特征污染物的去除效果如圖1和圖2所示。

　　由圖1可見，脫硫塔的脫硫效果和硝化塔的降氨效果均隨著HRT的延長(zhǎng)而變好，但脫硫塔的HRT達(dá)到10 h、硝化塔的HRT達(dá)到8 h以上時(shí)，2種污染物的去除率則基本達(dá)到最大而不再增加。

　　由圖1還可知，廢水的硫化物在脫硫塔中的去除率可以達(dá)到98%以上，即硫化物基本在脫硫塔中已經(jīng)得到去除，這說明脫硫塔中微生物除異養(yǎng)菌外有較多的硫細(xì)菌。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)的硝化塔除了分解殘余的少量有機(jī)物外，主要發(fā)生充分的硝化作用，氨氮降解率達(dá)到88%以上。

　　由圖2可見，生物脫硫作用和生物硝化作用均為充分好氧的過程，二者要獲得好的去除率需要充足的DO。脫硫塔的脫硫效果和硝化塔的硝化效果分別在 DO的質(zhì)量濃度≤3.0、≤2.5 mg/L時(shí)，隨DO含量的增大而快速增加;而在DO的質(zhì)量濃度分別達(dá)到3.0、2.5 mg/L時(shí)，硫化物和氨氮的去除率基本達(dá)到最大，繼續(xù)增大DO含量，去除效果則沒有明顯提高。

　　3.2　NH3-N降解動(dòng)力學(xué)分析

　　根據(jù)廢水處理一般規(guī)律，當(dāng)水中的基質(zhì)含量較低時(shí)，基質(zhì)的降解速度與其質(zhì)量濃度呈1級(jí)關(guān)系[6]，即：

　　-dρ/dt=kρ。

　　式中，ρ為基質(zhì)的質(zhì)量濃度，t為反應(yīng)時(shí)間，k為生物降解速度常數(shù)。

　　為求得k，以NH3-N降解速度r對(duì)進(jìn)水NH3-N的質(zhì)量濃度作圖，見圖3。

　　由圖3可見，NH3-N降解速度與其濃度的關(guān)系基本為一過原點(diǎn)的直線，直線的斜率即為k，k=0.462 9 h-1。于是，在進(jìn)水NH3-N含量較低時(shí)，NH3-N生物降解速度與其質(zhì)量濃度的關(guān)系可用式dρ/dt=0.462 9 h-1ρ近似表達(dá)。