厌氧折流板反应器结合膜生物反应器处理油田含聚废水

摘要

石油是关乎我国国计民生的重要化石能源，且不可再生。因此，为提高采收率，在油田开采过程中，我国目前普遍应用是聚合物驱油技术。该技术相对成熟，采油效率高，但同时产生了大量的含聚采出水。含聚污水具有粘度大、矿物质含量高、难生物降解等特点，且聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称HPAM）的单体具有较强的神经毒性与致癌性，外排废水中的聚丙烯酰胺在环境中不断积累，对生态环境及人体健康产生了很大的威胁。因而，对含聚废水的处理已经成为一亟待解决的重要问题。
　　针对油田含聚废水的处珲问题，本论文开展了厌氧折流板反应器（Anaerobic BaffledReactor，简称ABR）与膜生物反应器（Membrane Bioreactor，简称MBR）组合工艺研究。以大庆油田南四区油田含聚污水水质特征为依据，配制了模拟含聚废水，进行了组合工艺的启动、运行和处理效果的研究;对组合工艺存在的HPAM膜污染问题，采用施加微电场的办法，提高MBR处理含聚废水的膜通量和抗污染性能;还考察对比了Fenton氧化和电芬顿氧化降解HPAM的效果和经济性。主要研究结果和结论如下:
　　(1)对ABR+MBR组合工艺中污泥经过两个阶段约84天的驯化培养后成功启动，采用梯度递增方式改变进水水质，使微生物逐步适应了模拟含聚废水营养贫乏、矿物质含量高的恶劣条件，最终COD去除率达到89％，HPAM去除率达到90％，实现了模拟含聚废水的达标处理。MBR去除HPAM的途径，主要是膜的截留作用，膜表面截留下来的HPAM对膜污染有很大影响。
　　(2)厌氧ABR部分HPAM去除率较低，为提高效果，在ABR反应器隔室中，使用炭毡作电极，构建沉积型微生物燃料电池，不仅获得了额外产电，而且增强了体系中微生物的多样性，使ABR对COD及HPAM的去除率均有较大提高。
　　(3)针对MBR对HPAM的截留及造成的膜污染问题，进行了在膜上施加外电场的研究，显著的减缓了膜污染。
　　(4)对Fenton氧化降解HPAM进行了化学法和电化学法的对比实验及研究。考察了化学法及电化学法Fenton氧化HPAM的效果，并对氧化条件进行了优化。最优条件下，化学Fenton法对100mg/L HPAM的降解率达到80％，电Fenton法的降解率达到55％。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 油田含聚废水概况

1．1．1 油田含聚废水现状

1．1．2 油田含聚废水特征

1．2 聚合物的环境特征及废水常规处理法

1．2．1 聚丙烯酰胺的环境行为

1．2．2 含聚废水的常规处理方法

1．3 厌氧生物处理技术概述

1．3．1 厌氧生物处理技术及其理论基础

1．3．2 厌氧生物处理技术的特点

1．3．3 厌氧折流板反应器及其特点

1．4 好氧膜生物反应器技术概述

1．4．1 膜生物反应器分类及其特点

1．4．2 膜污染特征及分类

1．4．3 膜污染的控制方法

1．5 论文的研究目的、研究内容及拟解决的问题

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 拟解决的问题

2 实验设计及监测方法

2．1 实验反应器的设计

2．2 反应器装置系统介绍

2．3 实验所需材料

2．3．1 实验仪器与实验试剂

2．3．2 实验水质及处理标准

2．4 试验检测参数及分析方法

2．4．1 聚丙烯酰胺浓度的测定方法

2．4．2 其他参数指标的测定方法

2．4．3 常规计算公式

3 ABR与MBR组合工艺的启动及处理效果研究

3．1 工艺反应器的启动过程

3．1．1 污泥的选用与接种

3．1．2 反应器的启动方式及初始条件

3．2 实验结果分析与讨论

3．2．1 聚丙烯酰胺标准曲线的绘制

3．2．2 反应器启动第一阶段

3．2．3 反应器启动第二阶段

3．3 本章小结

4 ABR+MBR组合工艺的问题分析及改进方案

4．1 组合工艺出现的问题分析

4．2 ABR部分耦合沉积性微生物燃料电池的研究

4．2．1 沉积性微生物燃料电池及实验装置介绍

4．2．2 实验结果分析与讨论

4．3 MBR减缓膜污染的实验研究

4．3．1 膜污染的数学模型

4．3．2 MBR部分膜污染的实验研究

4．4 本章小结

5 Fenton氧化法降解聚丙烯酰胺的研究

5．1 化学Fenton氧化法降解聚丙烯酰胺

5．1．1 HPAM溶液的配制及HPAM氧化降解机理

5．1．2 化学Fenton氧化的实验步骤

5．1．3 氧化反应的结果分析与讨论

5．2 电Fenton氧化阴极制备及处理效果研究

5．2．1 电Fenton氧化阴极的制备

5．2．2 实验结果分析与讨论

5．3 两种Fenton法氧化降解HPAM的对比分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 存在问题及展望

参考文献

致谢