含油污泥电化学生物耦合处理技术及效能研究

摘要

油田含油污泥作为油田生产中主要的固体废弃物，由于存在处理难度大、毒性大等特点已被列入危险废弃物名录中。对于含油污泥的处理一直都是一个技术难题，主要因为含油污泥的种类多、组成复杂、处理难度大、环境污染严重等问题。油田含油污泥包括勘探钻井过程中应用的大量钻井泥浆;原油运输、储存以及采出液处理形成的油泥;炼油化工厂精炼化工过程中产生大量炼化污水，污水处理过程使用大量化学絮凝剂等药剂，形成大量污泥，其中丁苯橡胶污泥就是利用芬顿方法处理丁苯橡胶污水时形成的污泥，污泥里含油苯并(a)芘等强烈致癌物质。现在油田含油危险废弃物（主要是含油污泥类）使用的处理方法有生物法和非生物法，生物法主要是堆肥和耕地法以及反应器法，效果好、成本低，但周期比较长;非生物法中最常用的就是固化法和焚烧法以及一些电化学法，其中固化法和焚烧法分别存在处理不充分、资源浪费等问题，尤其在焚烧法中会产生一定量毒物质。
　　本研究采用电化学生物耦合技术深度处理油基泥浆、含油污泥、丁苯橡胶污泥，并对比生物法和电化学法阐述电化学生物耦合技术的优越性。在60d实验周期内，电化学微生物耦合技术在处理三种污泥中含油量的去除率最高，对油基泥浆、含油污泥、丁苯橡胶污泥的去除率依次为86.26％、88.62％、93.73％。为一步优化反应条件，以含油污泥为实验样品，在保证原有三组反应器条件下，分别向其中投加等量的发酵沼液，发现在达到同样处理效果时所需要的时间缩短到35d。
　　电化学生物耦合技术在含油量处理效果处于优越性的条件上，为了更加深入了解其工作原理，采用GC-MS分析有机成分变化情况，再以电子扫描显微镜和EDX能谱分析污泥形态和成分的变化。宏观污染物去除效果结合现代分子生物分析方法和物质成分分析方法全面阐述电化学微生物耦合技术的优越性和可用性。
　　本研究考虑的油田含油废弃物中存在大量有机成分，从能源回收的角度尝试采用微生物燃料电池对流动性较好的油基泥浆进行实验，实验发现产电微生物能够以油基泥浆中有机污染物为碳源进行代谢活动并转化为电能。在连续运行300h达到最高产电效果，外输电压达到240mV，并稳定一段时间。这说明油田含油污泥中的能源是可以实现回收利用，符合当代可持续发展的主题。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 油田／炼化含油危险废弃物来源危害

1．2．1 油田钻井泥浆主要来源和处理现状

1．2．2 含油污泥的来源以及处理现状

1．2．3 炼化的含油废弃物的研究现状

1．2．4 油田／炼化含油污泥危害

1．3 油田含油危险废弃物的处理

1．3．2 国内外含油污泥主要处理装置简介

1．4 微生物在含油危险废弃物深度处理中的作用

1．5 电化学修复技术

1．6 微生物电化学耦合系统简介

1．6．1 MFC利用电子转移实现污染物的深度处理

1．6．2 电化学生物耦合处理技术

1．7 研究目的和意义

1．7．1 研究目的

1．7．2 技术路线

2 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验药品

2．4．1 含油量测量标准曲线绘制

2．4．2 pH、温度值测定

2．4．4 电子扫描电镜样品预处理

3 含油污泥电化学生物耦合系统处理技术分析

3．1 含油污泥反应器的启动以及运行

3．2 高效石油降解菌剂解析

3．2．1 两种菌剂理化性质分析

3．2．2 两种菌剂生物组成分析

3．3 三种处理方式对含油污泥含油量去除效果比较分析

3．3．1 1号电化学反应装置对含油污泥中含油量去除效果分析

3．3．2 2号微生物反应装置对含油污泥中含油量去除效果分析

3．3．3 3号电化学微生物耦合反应装置对含油污泥含油量去除效能分析

3．3．4 电化学、微生物、电化学生物耦合三种方法对含油量处理效能比较分析

3．4 牛粪发酵沼液作为营养物质对含油污泥中含油量效能研究

3．4．1 1号电化学反应装置加入沼液后处理效能评价

3．4．2 2号微生物反应装置加入沼液后处理效能评价

3．4．3 3号电化学微生物反应装置加入沼液处理效能评价

3．4．4 三种处理方式加入沼液后对污泥中含油量处理效能评价

3．5 三种处理方式对PH值的影响

3．6 三种处理方式对含水率的影响

3．6．1 第一实验周期内三种处理方式对含水率的影响

3．6．2 第二实验周期内三种处理方式对含水率的影响

3．7 三种处理方式对形态以及能谱的变化分析

3．7．1 含油污泥处理前组成及形态分析

3．7．2 1号电化学反应器处理后污泥形态及组成分析

3．7．3 2号生物反应器处理后污泥形态及组成分析

3．7．4 3号电化学生物隅合反应器处理后污泥形态及组成分析

3．8 不同处理方式的GC-MS物质的组成的差异

3．8．1 第一周期下不同处理方式的GC-MS物质的组成差异

3．8．2 第二周期下不同处理方式的GC-MS物质的组成差异

3．9 本章小结

4 油基钻井泥浆电化学生物耦合系统处理技术分析

4．1．2 三种处理方式对油基泥浆含量的去除效果比较分析

4．1．3 三种处理方式对pH值的影响

4．1．4 三种处理方式对含水率的影响

4．1．5 三种处理方式对形态以及能谱的变化分析

4．1．6 不同处理方式的GC-MS物质的组成的差异

4．2 基于内生电子转移微生物燃料电池技术对油基泥浆的处理技术分析

4．2．1 反应器设计与原理

4．2．2 MFC反应器的启动运行

4．2．3 MFC反应器的产电效能

4．2．4 MFC反应器的含油去除效果研究

4．2．5 电导率等常规参数

4．2．6 微生物燃料电池电镜扫描图片及分析

4．2．7 微生物燃料电池处理油基泥浆阴、阳极有机物分析

4．3 本章小结

5 丁苯橡胶芬顿污泥电化学生物耦合处理技术分析

5．1 丁苯橡胶污泥反应器的启动以及运行

5．2 三种处理方式对含油污泥含量的去除效果比较分析

5．2．1 7号反应器对丁苯橡胶污泥中含油量的出去效能分析

5．2．2 8号反应器对丁苯橡胶污泥中含油量的出去效能分析

5．2．3 9号反应器对丁苯橡胶污泥中含油量的出去效能分析

5．2．4 电化学、微生物、电化学生物耦合三种处理方式含油量去除效能比较分析

5．3 三种处理方式对pH值的影响

5．4 三种处理方式对含水率的影响

5．5 三种处理方式对GC-MS

5．6 三种处理方式对苯并[a]芘的影响

5．7 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明