高含硫-鹽混烴堿洗廢水生物處理研究

趙德銀，馬馨悅，石 銳，趙麗娜

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

中國石油化工股份有限公司西北油田分公司四號聯(lián)合站原油中硫化氫脫除采用負(fù)壓氣提法，氣提氣冷凝后混烴中硫化氫質(zhì)量濃度高達1.50 g/L，混烴采取堿洗脫硫工藝，從而產(chǎn)生高含硫堿洗廢水。堿洗廢水常用的處理方法有中和法、濕式氧化法和生物處理法［1］。中和法導(dǎo)致大量硫化氫生成，危險性高，對環(huán)境造成污染和對人員生命造成威脅［2］。濕式氧化法需要在高溫高壓條件下進行，能耗和處理成本較高［3］。生物處理法是目前研究最多的方法，但由于堿洗廢水堿含量高，通常需要在進入生物反應(yīng)池前加酸調(diào)節(jié)pH值后再進入生物反應(yīng)池［4］。在處理堿洗廢水中需要前端加酸，造成硫化氫逸出的風(fēng)險和常規(guī)菌種對高含鹽、高含硫廢水適應(yīng)性差的問題，為此開展了高效菌種優(yōu)選。利用高效菌種對混烴堿洗廢水進行直接生物處理，并研究了在不同堿洗廢水濃度、DO(溶解氧)質(zhì)量濃度、pH 值和溫度條件下高效菌種的活性，為后期工業(yè)處理提供運行參數(shù)參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑:硫酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、碘液、重鉻酸鉀和乙酸鋅，BMM 生物營養(yǎng)劑。

生物菌種:LT-1，LT-2，LT-3 和LT-4。

儀器:COD(化學(xué)需氧量)快速分析儀、TDS(溶解性固體總量)在線監(jiān)測儀、pH 值在線監(jiān)測儀、pH 計、DO 在線監(jiān)測儀、微生物光學(xué)顯微鏡、全自動生物試驗裝置。

1.2 實驗方法

混烴堿洗廢水通過自吸泵泵入生物反應(yīng)器中進行生物處理，在實驗過程中通過在線pH 值、DO在線監(jiān)測儀測試反應(yīng)器中的指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)反應(yīng)裝置自動補充酸/堿以及調(diào)整曝氣強度，經(jīng)反應(yīng)器處理后的廢水進入沉淀池，沉降后供實驗分析，實驗過程中需定期排放沉降池污泥。

1.3 測試方法

CODCr測定參照GB11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》;硫化物測定參照HJ/T 60—2000《水質(zhì) 硫化物的測定 碘量法》;氨氮測定參照GB7479—87《納氏試劑比色法》;pH 值采用pH 計直接測定;TDS 采用在線監(jiān)測儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿洗廢水分析

實驗所用的堿洗廢水外觀呈灰色，具有強烈的刺激性氣味，其基本性質(zhì)見表1。

表1 堿洗廢水基本物性(2014-11)

由分析可知，堿洗廢水呈強堿性，硫化物質(zhì)量濃度高達51.90 g/L，CODCr高達94.53 g/L，TDS為59.35 g/L，具有強堿性、有機物含量高、硫化物含量高、含鹽量高的特點。

2.2 生物菌種篩選

實驗在適合菌種生長的條件下對具有處理堿洗廢水功能的LT-1，LT-2，LT-3 和LT-4 四種高效嗜硫菌種進行篩選。實驗條件為:實驗廢水稀釋10 倍，反應(yīng)器溫度控制在(30 ±2)℃，pH 值穩(wěn)定在7～8，DO 穩(wěn)定在2.5～4 mg/L。實驗結(jié)果見圖1。

圖1 幾種不同菌種處理堿洗廢水效果

經(jīng)過菌種篩選，LT-3 號菌種對堿洗廢水適應(yīng)性及處理效果最好，為下述實驗菌種。

高效嗜硫菌氧化硫化物時不僅能氧化元素硫和還原態(tài)硫化物，從反應(yīng)中獲得能量，反應(yīng)中的最終產(chǎn)物為硫酸，從而與高堿度的進水發(fā)生中和反應(yīng)，從而避免在處理流程中前端加酸中和，從根本上避免了硫化氫的生成。

2.3 生物處理影響因素研究

(1)稀釋倍數(shù)對生物處理影響。實驗考察了稀釋10，8，6，5 和4 倍5 種條件，廢水稀釋后CODCr和硫化物質(zhì)量濃度見表2。反應(yīng)器溫度控制在(30 ±2)℃，pH 值穩(wěn)定在7～8，DO 穩(wěn)定在2.5～4 mg/L，實驗結(jié)果見圖2。

表2 堿洗廢水稀釋后水質(zhì)情況

圖2 稀釋倍數(shù)對生物處理的影響

實驗廢水在稀釋10 倍條件下CODCr，TDS 和硫化物質(zhì)量濃度分別為11.73 g/L，10.6 g/L 和7.24 g/L，稀釋后廢水污染物含量仍超過常規(guī)菌種處理極限，趙胤在煉油廠含硫高含鹽堿渣廢水的生物處理研究中指出，菌種在COD 和硫化物質(zhì)量濃度分別為5.75 g/L 和1.03 g/L 時其活性就嚴(yán)重受到抑制［5］，徐銳等在高鹽污水生物處理技術(shù)淺探指出，當(dāng)TDS 質(zhì)量濃度高于5 g/L 時，細(xì)菌活性要受到嚴(yán)重影響［6］。其主要原因是:①鹽含量升高導(dǎo)致滲透壓升高而使得微生物的細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離;②高含鹽阻礙微生物的酶活性，從而導(dǎo)致對污染物去除率降低。

由圖5 可知，在堿洗廢水稀釋倍數(shù)不小于5倍的條件下，通過高效菌種處理后，CODCr去除率均大于90%，出水硫化物不能檢出，當(dāng)堿洗廢水稀釋倍數(shù)為4 倍時細(xì)菌活性明顯受到嚴(yán)重影響，CODCr去除率迅速下降，出水硫化物質(zhì)量濃度為0.37 g/L。

(2)DO 質(zhì)量濃度對生物處理的影響。DO 質(zhì)量濃度過低時，容易滋生絲狀菌，引發(fā)低DO 質(zhì)量濃度型污泥膨脹;DO 質(zhì)量濃度過高則會加速污泥老化，導(dǎo)致其活性降低，影響污泥性能，影響處理效果［7］。實驗分別考察了DO 質(zhì)量濃度為0.5，2.0，4.0，6.0 和8.0 mg/L 條件下，反應(yīng)器溫度控制在(30 ±2)℃，pH 值穩(wěn)定在7～8，稀釋5 倍時的情況，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 DO 質(zhì)量濃度對生物處理的影響

通過實驗分析，DO 質(zhì)量濃度在2～6 mg/L時，COD 去除率均達到90%以上，出水硫化物未檢出，細(xì)菌活性較好，DO 質(zhì)量濃度低于2 mg/L和大于6 mg/L 時，細(xì)菌活性受到抑制。

(3)pH 值對生物處理的影響。pH 值是影響菌種活性的重要因素，大多數(shù)微生物都是在中性環(huán)境條件下保持最佳的活性，偏酸或者偏堿的環(huán)境都會影響大多數(shù)微生物的生長和代謝，從而抑制活性污泥的污染物去除率［8］。實驗考察了pH值為6.0，6.5，7.0，7.5，8.0，8.5 和9.0 七種條件下，反應(yīng)器溫度控制在(30 ±2)℃，DO 質(zhì)量濃度控制為2～4 mg/L，稀釋5 倍時的情況，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 pH 值對生物處理的影響

由圖4 可知，高效菌種在pH 值為6.5～8.5時，菌種活性較好，CODCr去除率大于90%，出水硫化物未能檢出，pH 值超過6.5～8.5 時，菌種活性受到較大抑制。

(4)溫度對生物處理的影響。在工業(yè)處理中由于季節(jié)氣候、生產(chǎn)波動、生物反應(yīng)都會造成廢水的溫度，因此需要考察高效菌種對溫度的適應(yīng)性，以便在實際處理中采取換熱或其它措施確保廢水進入反應(yīng)器溫度。實驗考察了5～40 ℃高效菌種的活性，實驗pH 值穩(wěn)定在7～8，DO 質(zhì)量濃度控制為2～4 mg/L，稀釋5 倍時的情況，實驗結(jié)果見圖5。

圖5 溫度對生物處理的影響

由實驗結(jié)果可以，溫度對高效菌種活性影響較大，高效菌種在25～35 ℃時保持很好活性，CODCr去除率大于90%，出水硫化物未檢出;在25～35 ℃之外時，高效菌種隨著溫度的升高或降低活性降低。

3 結(jié)束語

LT-3 高效菌種具有很強的抗鹽和硫化物轉(zhuǎn)化能力，在進水硫化物質(zhì)量濃度為12.50 g/L，TDS 為19.23 g/L 條件下仍能保持很好的活性。在廢水稀釋5 倍，DO 質(zhì)量濃度為2～6 mg/L，pH值為6.5～8.5，溫度為25～35 ℃條件下，菌種活性較高，CODCr去除率大于90%，出水硫化物不能檢出。

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