石化厂来自加氢裂化、加氢精制、铂重整等装置的废水中含有大量的H2S、NH3等污染物，目前采用汽提处理工艺，回收废水中大量的H2S和 NH3[1]。废水中残余的S2-和NH3-N等污染物可以采用生物方法去除，但水中S2-对NH3-N降解的硝化菌有较大的抑制作用。
《当代化工》成为中国科技核心期刊[2009-09-03]来源于：中国化工信息网以发展和推动中国石化工业科技进步为己任的石油和化工类权威科技期刊《当代化工》杂志，日前被收录为“中国科技论文统计源期刊”(中国科技核心期刊)。
对经汽提处理后仍有较高含量的硫化物和氨氮炼油汽提废水采用装填悬浮填料的2级曝气塔处理，研究了曝气塔水力停留时间(HRT)和溶解氧(DO)含量对特征污染物硫化物和氨氮的去除效果影响。结果表明，在一级曝气塔HRT ≥10.0 h，DO的质量浓度≥3.0 mg/L时，硫化物去除率大于98%;在二级曝气塔HRT≥8.0 h，DO的质量浓度≥2.5 mg/L时，氨氮去除率大于88%。
本实验采用2级生物曝气塔，内装悬浮填料处理含硫含氨汽提废水，其中第1级生物曝气塔主要承担去除S2-及有机污染物的作用，第2级生物曝气塔主要承担降解NH3-N的作用，并通过实验获得合适的操作条件和对污染物的去除效果。
1 原理及影响因素
1.1 生物脱硫
硫化物生物氧化反应式为：
2HS-+O2 = 2S+2OH-，
2HS-+4O2 = 2SO42-+2H+。
由反应式可知，溶解氧(DO)充足时水中硫化物可氧化为SO42-，DO不足则氧化为单质硫。左剑恶等及Buisman等研究得出，DO对硫化物的生物氧化效果优于无催化剂存在的化学氧化效果[2-3]。自然界中能氧化硫化物的微生物主要分为3大类：丝状硫细菌、光合硫细菌和无色硫细菌。无色硫细菌生活的环境条件较广，在pH为1～10、温度为4～99 ℃的环境中均发现有无色硫细菌生长活动[4];多数无色硫细菌是好氧菌，以O2作为电子受体，共同特点是能氧化还原态的硫化物并从中获取生长和活动所需的能量。
虽然硫细菌在pH为1～10时广泛存在，但这是单纯脱硫的情况。在研究综合污水脱硫及除碳时，综合考虑，pH为6.0～7.5较合适。因培养的无色硫细菌是好氧菌，DO不足会影响好氧菌的正常生理活动，因此DO是很关键的一个工艺因素。
1.2 生物硝化
硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌2种菌共同完成的。这2种菌属于化能自养型微生物[5]。其反应式如下：
NH4++2O2 = NO3-+2H++H2O。
硝化菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、DO含量、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。硝化反应的适宜温度为20～37 ℃，低于15 ℃时，反应速度迅速下降，5 ℃时反应几乎完全停止。
硝化菌是自养菌，若水中BOD5过高，将有助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间2倍以上。硝化反应对溶解氧有较高的要求;另外，在硝化反应过程中，有H+释放出来，使pH下降，所以应在废水中保持足够的碱度，以调节pH的变化。
2 实验部分
2.1 进水
实验进水为汽提废水，水温30～37 ℃，COD≤615 mg/L，NH3-N和S2-的质量浓度分别≤51、≤57 mg/L，pH为6.5～8.5。
2.2 装置和材料
实验装置采用2级曝气塔，有效高度3.5 m，总高4.0 m;一级曝气塔(脱硫塔)主要承担脱硫和降解有机物作用，直径0.56 m，二级曝气塔(硝化塔)主要承担硝化作用，直径0.5 m。曝气塔内装生物悬浮填料，该填料材质为聚氯乙烯塑料，呈饼状，直径25 mm，厚度8 mm。
2.3 微生物培养和填料挂膜
2.3.1 硫细菌的培养和驯化
汽提废水仍含较高的硫化物，废水系统在长期运行中容器和管线中都会产生少量的硫细菌等微生物，在实验中没有特别对脱硫塔进行微生物接种，直接实验废水引入培养和挂膜，1周时间就有很好的脱硫作用，表明微生物生长状况良好，生物膜具有良好的活性。显微镜观察，一级塔中的生物膜呈褐色，生物膜的菌胶团较分散，絮体较细小。
2.3.2 硝化菌的培养和驯化
在二级曝气塔中微生物以培养硝化菌(为化能
自养菌)为主。取污水厂氧化沟的污泥50 L加入二级曝气塔，曝气培养。微生物初期培养和挂膜时，曝气量较小，防止强烈冲刷，水中的DO的质量浓度在2 mg/L左右，并用Na2CO3调节溶液pH在7.0～8.0。定期考察氨氮降解情况和填料挂膜情况。经过3 d静态培养之后，改为动态培养和驯化;开始只用1/4的水力负荷进水，然后用1/2的水力负荷进水;待填料挂膜较好时，用正常水力负荷进水继续培养和驯化。由于化能自养菌生长繁殖缓慢，整个培养和驯化过程用了半个多月，生物膜生长细密，呈浅褐色。
3 结果与讨论
3.1 HRT和DO含量的影响
为了研究主要工艺参数(水力停留时间HRT和DO含量)对脱硫和硝化的影响，通过改变进水量和曝气量分别进行不同HRT和DO含量的实验，其中脱硫塔(一级塔)HRT分别为4、6、8、10、12 h，硝化塔(二级塔)HRT为2、4、6、8、10 h，2级曝气塔均研究了DO的质量浓度分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/L的实验情况，各特征污染物的去除效果如图1和图2所示。
由图1可见，脱硫塔的脱硫效果和硝化塔的降氨效果均随着HRT的延长而变好，但脱硫塔的HRT达到10 h、硝化塔的HRT达到8 h以上时，2种污染物的去除率则基本达到最大而不再增加。
由图1还可知，废水的硫化物在脱硫塔中的去除率可以达到98%以上，即硫化物基本在脱硫塔中已经得到去除，这说明脱硫塔中微生物除异养菌外有较多的硫细菌。在此基础上，后续的硝化塔除了分解残余的少量有机物外，主要发生充分的硝化作用，氨氮降解率达到88%以上。
由图2可见，生物脱硫作用和生物硝化作用均为充分好氧的过程，二者要获得好的去除率需要充足的DO。脱硫塔的脱硫效果和硝化塔的硝化效果分别在 DO的质量浓度≤3.0、≤2.5 mg/L时，随DO含量的增大而快速增加;而在DO的质量浓度分别达到3.0、2.5 mg/L时，硫化物和氨氮的去除率基本达到最大，继续增大DO含量，去除效果则没有明显提高。
3.2 NH3-N降解动力学分析
根据废水处理一般规律，当水中的基质含量较低时，基质的降解速度与其质量浓度呈1级关系[6]，即：
-dρ/dt=kρ。
式中，ρ为基质的质量浓度，t为反应时间，k为生物降解速度常数。
为求得k，以NH3-N降解速度r对进水NH3-N的质量浓度作图，见图3。
由图3可见，NH3-N降解速度与其浓度的关系基本为一过原点的直线，直线的斜率即为k，k=0.462 9 h-1。于是，在进水NH3-N含量较低时，NH3-N生物降解速度与其质量浓度的关系可用式dρ/dt=0.462 9 h-1ρ近似表达。
