本篇生物化學論文采用裝填懸浮填料的2級曝氣塔處理煉油汽提廢水，在一級曝氣塔HRT≥10 h，DO的質量濃度≥3.0 mg/L時，硫化物去除率大于98%;在二級曝氣塔HRT≥8 h，DO的質量濃度≥2.5 mg/L時，氨氮去除率大于88%。《石油化工建設》(雙月刊)創刊于1979年，由中國化 學工程集團公司;中國石油化工集團公司施工企業管理協會主辦。 本刊主要內容：國家有關的政策法規、最新行業熱點，報道有關工程建設的項目管理、設備實踐、建筑施工、焊接、吊裝、電氣儀表安裝與調試、防腐與絕熱、IT 技術、設計與施工、焊標準與規范等方面技術與管理經驗成果、新技術、新設備、新材料的推廣應用等。

　　摘要 對經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級曝氣塔處理，研究了曝氣塔水力停留時間(HRT)和溶解氧(DO)含量對特征污染物硫化物和氨氮的去除效果影響。結果表明，在一級曝氣塔HRT ≥10.0 h，DO的質量濃度≥3.0 mg/L時，硫化物去除率大于98%;在二級曝氣塔HRT≥8.0 h，DO的質量濃度≥2.5 mg/L時，氨氮去除率大于88%。

　　關鍵詞 汽提廢水;懸浮填料;硫化物;氨氮

　　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NH3-N降解的硝化菌有較大的抑制作用。

　　本實驗采用2級生物曝氣塔，內裝懸浮填料處理含硫含氨汽提廢水，其中第1級生物曝氣塔主要承擔去除S2-及有機污染物的作用，第2級生物曝氣塔主要承擔降解NH3-N的作用，并通過實驗獲得合適的操作條件和對污染物的去除效果。

　　1　原理及影響因素

　　1.1　生物脫硫

　　硫化物生物氧化反應式為：

　　2HS-+O2 = 2S+2OH-，

　　2HS-+4O2 = 2SO42-+2H+。

　　由反應式可知，溶解氧(DO)充足時水中硫化物可氧化為SO42-，DO不足則氧化為單質硫。左劍惡等及Buisman等研究得出，DO對硫化物的生物氧化效果優于無催化劑存在的化學氧化效果[2-3]。自然界中能氧化硫化物的微生物主要分為3大類：絲狀硫細菌、光合硫細菌和無色硫細菌。無色硫細菌生活的環境條件較廣，在pH為1～10、溫度為4～99 ℃的環境中均發現有無色硫細菌生長活動[4];多數無色硫細菌是好氧菌，以O2作為電子受體，共同特點是能氧化還原態的硫化物并從中獲取生長和活動所需的能量。

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

　　1.2　生物硝化

　　硝化反應是在好氧條件下，將NH4+轉化為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種菌屬于化能自養型微生物[5]。其反應式如下：

　　NH4++2O2 = NO3-+2H++H2O。

　　硝化菌是化能自養菌，生長率低，對環境條件變化較為敏感。溫度、DO含量、污泥齡、pH、有機負荷等都會對它產生影響。硝化反應的適宜溫度為20～37 ℃，低于15 ℃時，反應速度迅速下降，5 ℃時反應幾乎完全停止。

　　硝化菌是自養菌，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。硝化菌的生長世代周期較長，為了保證硝化作用的進行，泥齡應取大于硝化菌最小世代時間2倍以上。硝化反應對溶解氧有較高的要求;另外，在硝化反應過程中，有H+釋放出來，使pH下降，所以應在廢水中保持足夠的堿度，以調節pH的變化。

　　2　實驗部分

　　2.1　進水

　　實驗進水為汽提廢水，水溫30～37 ℃，COD≤615 mg/L，NH3-N和S2-的質量濃度分別≤51、≤57 mg/L，pH為6.5～8.5。

　　2.2　裝置和材料

　　實驗裝置采用2級曝氣塔，有效高度3.5 m，總高4.0 m;一級曝氣塔(脫硫塔)主要承擔脫硫和降解有機物作用，直徑0.56 m，二級曝氣塔(硝化塔)主要承擔硝化作用，直徑0.5 m。曝氣塔內裝生物懸浮填料，該填料材質為聚氯乙烯塑料，呈餅狀，直徑25 mm，厚度8 mm。

　　2.3　微生物培養和填料掛膜

　　2.3.1　硫細菌的培養和馴化

　　汽提廢水仍含較高的硫化物，廢水系統在長期運行中容器和管線中都會產生少量的硫細菌等微生物，在實驗中沒有特別對脫硫塔進行微生物接種，直接實驗廢水引入培養和掛膜，1周時間就有很好的脫硫作用，表明微生物生長狀況良好，生物膜具有良好的活性。顯微鏡觀察，一級塔中的生物膜呈褐色，生物膜的菌膠團較分散，絮體較細小。

　　2.3.2　硝化菌的培養和馴化

　　在二級曝氣塔中微生物以培養硝化菌(為化能

　　自養菌)為主。取污水廠氧化溝的污泥50 L加入二級曝氣塔，曝氣培養。微生物初期培養和掛膜時，曝氣量較小，防止強烈沖刷，水中的DO的質量濃度在2 mg/L左右，并用Na2CO3調節溶液pH在7.0～8.0。定期考察氨氮降解情況和填料掛膜情況。經過3 d靜態培養之后，改為動態培養和馴化;開始只用1/4的水力負荷進水，然后用1/2的水力負荷進水;待填料掛膜較好時，用正常水力負荷進水繼續培養和馴化。由于化能自養菌生長繁殖緩慢，整個培養和馴化過程用了半個多月，生物膜生長細密，呈淺褐色。

　　3　結果與討論

　　3.1　HRT和DO含量的影響

　　為了研究主要工藝參數(水力停留時間HRT和DO含量)對脫硫和硝化的影響，通過改變進水量和曝氣量分別進行不同HRT和DO含量的實驗，其中脫硫塔(一級塔)HRT分別為4、6、8、10、12 h，硝化塔(二級塔)HRT為2、4、6、8、10 h，2級曝氣塔均研究了DO的質量濃度分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/L的實驗情況，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的延長而變好，但脫硫塔的HRT達到10 h、硝化塔的HRT達到8 h以上時，2種污染物的去除率則基本達到最大而不再增加。

　　由圖1還可知，廢水的硫化物在脫硫塔中的去除率可以達到98%以上，即硫化物基本在脫硫塔中已經得到去除，這說明脫硫塔中微生物除異養菌外有較多的硫細菌。在此基礎上，后續的硝化塔除了分解殘余的少量有機物外，主要發生充分的硝化作用，氨氮降解率達到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的質量濃度≤3.0、≤2.5 mg/L時，隨DO含量的增大而快速增加;而在DO的質量濃度分別達到3.0、2.5 mg/L時，硫化物和氨氮的去除率基本達到最大，繼續增大DO含量，去除效果則沒有明顯提高。

　　3.2　NH3-N降解動力學分析

　　根據廢水處理一般規律，當水中的基質含量較低時，基質的降解速度與其質量濃度呈1級關系[6]，即：

　　-dρ/dt=kρ。

　　式中，ρ為基質的質量濃度，t為反應時間，k為生物降解速度常數。

　　為求得k，以NH3-N降解速度r對進水NH3-N的質量濃度作圖，見圖3。

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