含硫废碱液生物脱硫影响因素研究

【摘 要】 采用循环式生物曝气滤池工艺（CBAF），对含硫废碱液进行生物处理实验研究，通过监测研究了硫化物负荷、HRT、DO、温度和pH等因素对废水中硫化物生物处理效果的影响。监测结果表明：当硫化物容积负荷为2.5 kg /（m3·d），DO为2～4 mg/L，pH为6～8，温度为20～35℃时，硫化物的去除率达到95%以上。

【关键词】 循环曝气生物滤池 含硫废碱液 生物处理

含硫废碱液主要来自石油炼制过程汽油、柴油和液化气等产品碱洗精制时产生的一种含有大量的硫化物、硫醇等有毒有害污染物的碱性废液，并带有恶臭气味，其pH在12以上。目前对该污水的处理方法有中和法、焚烧法和湿式空气氧化法（WAO）等，其中最有代表的是。WAO法是一种成熟的炼油高浓度废碱液处理方法，该方法处理效率高，氧化彻底[1-3]，但该方法需要在较高压力和较高温度下运行，对设备的要求较高，投资较大，成本较高[4]。曝气生物滤池（BAF）是一种新型的好氧生物处理工艺，它将生物处理和过滤2种处理过程合并在同一单元中完成，具有负荷大、处理效率高、占地面积小等优点[5-7]。本文研究对曝气生物滤池工艺的曝气方式进行了改进，采用了循环曝气生物滤池（CBAF）新工艺对含硫废碱液进行生物处理试验研究。

1 材料与方法

1.1 试验装置

该工艺对传统的BAF反应器结构进行了改进，采用隔离曝气技术，即实验生物反应器由两个同心圆筒组成，内管的内径为40mm，壁厚为5mm，外管的内径是200mm，壁厚为8mm，填料的有效容积为：32L，填料底部垫层由碎石组成，厚度300mm，在垫层底部设置反冲洗水和反冲洗气系统。生物反应器分为填料区和曝气区，废水从底部进入，在内管安装曝气头，由曝气推动，形成内循环，充分提供氧气的过程。

1.2 试验方法

含硫废碱液经H2SO4稀释中和后进入生物反应器，与反应器内的循环水充分混合并充氧，经曝气充气后的废水穿过填料层，与填料上生长的微生物接触，并通过微生物的新陈代谢作用而降解。调试驯化1个月后，即进入正式运行试验。

1.3 分析方法

硫化物采用碘量法；pH采用电极法测定；水中溶解氧（DO）采用便捷式溶氧仪（JPB-607，上海雷磁仪器厂）测定。

2 监测结果与讨论

2.1 不同硫化物负荷对生物脱硫的处理效果影响

容积负荷反应器基质与生物量的平衡关系，但对于生物脱硫，容积负荷直接影响着无色硫细菌的生长和对硫化物的去除效果。较高的硫化物容积负荷，供细菌利用的基质较多，可促进生化反应速度的加快和细菌的生长，容积负荷较小，供细菌利用的基质较少，除影响无色硫的生长外，无色硫细菌在第一步中不能得到足够的能量，则将体内或体外的S进一步氧化为SO42-以弥补生长活动所需的能量。炼油企业的生产规模不断扩大，含硫原油加工量不断增长，生产过程中产生的含硫废碱液的浓度和排放量也将不断增加。在前期研究硫化物转化影响和参考有关文献之下，更进一步研究生物脱硫的影响因素。在装置稳定的运行下，研究CBAF工艺对不同负荷的处理效果的影响，获得最佳的处理负荷。实验研究了硫分物负荷分别为1.5kg/（m3·d），2.5kg/（m3·d），5.0kg/（m3·d）时，CBAF工艺对含硫废碱液的处理效果的影响。

2.2 不同负荷下生物脱硫情况

装置稳定运行的情况下，CBAF工艺硫化物的负荷分别为1.5kg/（m3·d），2.5kg/（m3·d），5.0kg/（m3·d）的处理情况统计见表1。

结果表明，当硫化物负荷为1.5～2.5kg/（m3·d），即HRT为16～32h时，CBAF工艺对含硫废碱液中硫化物的处理效果比较明显。在硫化物负荷为1.5kg/（m3·d）时，由于负荷小，HRT处理时间长，处理效果显著。但是当硫化物负荷为5.0kg/（m3·d），HRT处理时间短，处理量大，处理效果较低，硫化物的去除率只有74.18%。当硫化物负荷为2.5kg/（m3·d）以下时，去除率基本上都达到98%以上。由试验结果可知，硫化物的处理效果受负荷和HRT影响较大，而硫化物处理效果在负荷为2.5kg/（m3·d）以下比较理想，因为随着HRT的增加，废水与生物膜接触的时间较长，各污染物的去除效果也相应提高。但是，进一步延长HRT的实验可以看出，各污染物的处理效果提高不明显。因此，CBAF工艺对含硫废碱液处理适宜的硫化物负荷为2.5kg/（m3·d）以下。在该条件下，硫化物可获得较高的去除效果。

2.3 不同DO对生物脱硫的处理效果的影响

CBAF是一种好氧生物处理工艺，DO是影响污水处理效果的一个重要控制参数。理论上认为，对于好氧生物处理，在有氧条件下可将有机物分解成CO2和H2O，无色硫细菌则是通过好氧呼吸将硫化物氧化为单质硫和硫酸盐，因此反应对DO有一定的要求。试验反应器中的DO由曝气充氧提供，通过改变曝气量的大小来调节水中的DO质量浓度和循环量大小，即气水比问题。在装置稳定运行条件下，考察CBAF对不同DO的处理效果，确定最佳的DO值。研究DO值分别为DO4mg/L时CBAF工艺对含硫废碱液的处理效果，实验结果如下所述。

pH值6～8，温度为25℃左右，硫化物负荷为2.5kg/（m3·d），不同DO对含硫废碱液中硫化物处理情况统计见表2。

结果表明：在pH值6～8，温度为25℃左右，处理负荷为2.5kg/（m3·d），DO4mg/L时，硫化物的去除率为98.50%。理论上来说，由于生物处理中的微生物是好氧微生物，所以说越高的DO越有利于微生物的新陈代谢，从而分解更多的有机物，达到提高碱废水中硫化物去除率的效果。综合上述各个指标的去除效率来分析硫酸物的去除，DO起到重要的作用。在硫化物去除系统中，当处理量一定时，较高的DO可提高硫化物的去除率。理论上认为，对于好氧生物处理，只要保持反应器中的DO为2mg/L以上，就能满足微生物降解对DO的需求。

2.4 不同pH对生物脱硫的处理效果影响

CBAF工艺对含硫废碱液中硫化物的去除，起主要作用的是水中的微生物。而微生物的生长受pH和温度的影响较大。微生物酶的稳定性受pH值的影响。大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜pH为6.5～8.5。自然界中氧化硫化物的微生物可分为三类，即丝状硫细菌、光合硫细菌和无色硫细菌，大部分属于化能自养型，而无色硫细菌适合生物脱硫工艺。实验研究了不同pH值对生物处理有何影响，如下所述。

在温度为25℃左右，硫化物负荷为2.5kg/（m3·d），DO为2～4mg/L对含硫废碱液中硫化物处理情况见表3。

结果表明，当pH值较低时，处理效果仍然较好，那是因为无色硫细菌生长环境条件较广，在pH为1～10，温度4～95℃，DO高到饱和，低至完全厌氧的环境中均发现有无色硫细菌生长活动。而KUENEN研究发现，无色硫细菌在营养物质受限制，在有足够硫化物时，可在几乎无明显生长的情况下，高效地将硫化物甚至胞外单质硫氧化，每增长1g细菌细胞至少可产生20g单质硫。从以上的实验发现，当pH值较高时，硫细菌的脱硫能力会受到一定的抑制，当进行脱硫的CBAF反应器的pH为6～8时，硫化物的处理效果良好，硫化物的去除率均可达到95.15%，而当pH>8，硫化物降解状况明显恶化，出水出现黑色浑浊现象。当pH

2.5 不同温度对生物脱硫的处理效果影响

微生物的生长受温度的影响较大。一般好氧生物处理要求温度在40℃以下。微生物在适应温度范围内，随温度逐渐提高，其代谢活动加强，生长、增殖加快，但超过最适温度后，生长速率逐渐降低，生长周期也延长。试验期间温度主要在20～35℃之间，是一个比较适宜的温度范围。试验发现，当温度

结果表明：温度对硫化物的去除影响较大，当温度低于20℃时，硫化物的去除效果变差，在10℃以下时CBAF对硫化物的平均去除率只有63.65%，低于20℃时，硫化物的平均去除率为71.82%，处理效果很不理想。但当温度在20～35℃时，硫化物去除效果明显提高，其平均去除率达到93.33%，硫化物的去除效果较好。所以控制温度在20～35℃，有利于CBAF工艺对硫化物的去除。

3 结语

（1）随着硫化物负荷的增加，处理效果下降。CBAF生物处理含硫废碱液合适的硫化物负荷为2.5kg/（m3·d）以下。（2）DO浓度对含硫废碱液生物处理效果影响较大。当DO为2mg/L以上时，CBAF生物处理对硫化物有良好的去除效果，硫化物的平均去除率达到97.31%。（3）CBAF工艺处理含硫废碱液合适的pH值范围为6～8，温度范围为20～35℃。（4）CBAF工艺处理含硫废碱液具有良好的处理效。

参考文献：

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