ABR处理含高浓度聚丙烯酰胺污水的效能研究

【摘要】：随着石油的大规模开采，聚合物驱作为有效的三次采油技术得到了大规模的应用，同时也产生了大量的含聚丙烯酰胺（Hydrolyzed Polyacrylamide，简称HPAM）采出水。由于含聚污水粘度大，难生物降解，长期累积易造成环境的污染。因此亟需对油田含聚污水进行有效的处理。 本论文选取实验室低温保存的功能降解菌对高浓度的含聚污水进行处理，优化功能降解菌的降解条件，考察功能菌的降解效果，并进行扩大化试验。将功能降解菌与从青岛沙子口污水处理厂取出的活性污泥共同作用，采用ABR对含聚污水进行处理研究，并通过芬顿氧化提高ABR的处理效能，得到以下结论： （1）实验对功能降解菌PM-2、PAM-F1、以及PM-2和PAM-F1混合菌的生长条件进行了优化并考察了单独厌氧活性污泥以及混合菌和厌氧活性污泥降共存对HPAM的降解效果。研究结果如下：功能降解菌的最佳降解条件为：活化次数为3次，接种体积分数为5%，生长温度为35-40℃，pH为6.5-8.0，降解时间为7天。此时，混合菌的降解效果最好，降解效率可达37.39%。厌氧活性污泥的最佳降解率最高可达46%以上；PM-2和PAM-F1混合菌和厌氧活性污泥共存条件下，HPAM的降解率可达58.46%。由此可知污泥中的菌株和功能菌共存的条件下，对聚丙烯酰胺的降解效果更好。 （2）考察了出水回流比和水力停留时间（Hydraulic Retention Time，简称HRT）对ABR处理500mg·L-1的HPAM污水的效果影响。随着回流比的增加或HRT的缩短，HPAM和CODCr的去除率均有不同程度的提高，pH值和挥发性脂肪酸（Volatile FattyAcid，简称VFA）的含量也随之变化。综合考虑，确定回流比10:1和HRT为24h为反应器运行的最佳降解条件。而高回流比或长HRT下，第一、二隔室的去除效果占主导地位；回流比降低或HRT缩短，反应器会出现去除效果后移现象，第三、四隔室的降解作用为主。 （3）研究了ABR反应器处理含高浓度HPAM污水的效能，探讨反应器中CODCr的去除率、HPAM的去除率、以及ORP和pH值等各指标的变化情况。结果表明：经过ABR处理的含500mg·L-1HPAM污水，CODCr去除率和HPAM降解率最高分别可达85%和75.48%，说明ABR反应器能够有效地处理含高浓度HPAM污水；反应器内VFA含量和pH值得变化显示ABR具有很强的自我恢复能力。 （4）生物降解前后HPAM的傅里叶-红外光谱分析显示，细菌能够降解并利用HPAM的部分胺基和碳作为生长所需的氮源和碳源，并且推断出HPAM降解过程发生在水解阶段。扫描电子显微镜和高效液相色谱分析显示反应器中的微生物把大分子的HPAM降解成了小分子化合物。污泥扫描电镜分析显示，ABR反应器内形成了适宜微生物生长的环境，并形成了成熟的颗粒污泥。它们能有效地降解HPAM，并为菌株的生长繁殖提供有利的条件。 （5）ABR反应器处理含聚污水过程的动力学特性分级研究表明：聚丙烯酰胺的降解符合一级动力学特性。实验得到Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个级别的降解动力学参数分别为：Vmax1=2.463d-1，KS1=12132.3mg·L-1；Vmax2=1.2016d-1，KS2=3081.6mg·L-1；Vmax3=0.9476d-1，KS3=3078.38mg·L-1。 （6）Fenton氧化处理500mg·L-1含HPAM污水的最佳条件为：[H2O2]5.3mg·L-1，[Fe2+]1.44mg·L-1，pH值3.0，温度为30°C。此时，CODCr去除率为71.93%，HPAM的去除率为71.81%。各个因素对降解效果的影响权重大小依次为[H2O2][Fe2+] pH温度。 （7） Fenton氧化-ABR生物处理过程中，Fenton氧化能够提高HPAM的可生化性，使CODCr和HPAM总去除率都有所增加；而傅里叶-红外光谱分析、电子显微镜分析以及高效液相色谱分析显示，与单独的ABR生物处理相比，它能更加彻底有效的将大分子HPAM降解成更小分子量的化合物。 【关键词】：含聚丙烯酰胺污水 厌氧折流板反应器 CODCr去除率 污泥 动力学特性
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 0 前言14-15
• 1 绪论15-24
• 1.1 油田含聚污水的危害及处理方法15-18
• 1.1.1 油田含聚污水的特点及其危害15
• 1.1.2 油田含聚污水的处理方法进展15-18
• 1.2 厌氧生物处理技术概述18-20
• 1.2.1 厌氧生物技术的研究进展18-19
• 1.2.2 厌氧生物处理技术的原理及特点19-20
• 1.3 ABR 反应器的性能特征及研究现状20-21
• 1.3.1 ABR 反应器的性能特征20-21
• 1.3.2 ABR 反应器的研究现状21
• 1.4 研究的目的、内容及实验技术路线框图21-24
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 1.4.3 实验技术路线框图23-24
• 2 实验装置、材料、测定项目与方法24-30
• 2.1 实验仪器与装置24-25
• 2.1.1 实验仪器24-25
• 2.1.2 实验装置25
• 2.2 实验材料与试剂25-28
• 2.2.1 实验用培养基25-26
• 2.2.2 实验用菌株和接种污泥26
• 2.2.3 实验用模拟污水26-27
• 2.2.4 实验试剂27-28
• 2.3 实验检测指标及分析方法28-30
• 3 厌氧瓶室内模拟实验30-39
• 3.1 研究内容30-32
• 3.1.1 菌种的驯化30
• 3.1.2 功能降解菌的生长条件优化30-31
• 3.1.2.1 连续活化次数对功能菌降解效果的影响30
• 3.1.2.2 接种量对功能菌降解效果的影响30
• 3.1.2.3 温度对功能菌降解效果的影响30-31
• 3.1.2.4 初始 pH 对功能菌降解效果的影响31
• 3.1.2.5 降解时间对功能菌降解效果的影响31
• 3.1.3 最佳条件下功能菌的降解效果31
• 3.1.4 活性污泥的降解效果研究31
• 3.1.5 污泥与功能菌共存的降解效果研究31-32
• 3.2 实验结果与讨论32-37
• 3.2.1 功能降解菌的生长条件优化结果32-35
• 3.2.1.1 连续活化次数对聚丙烯酰胺降解效果的影响32-33
• 3.2.1.2 接种量对功能菌降解效果的影响33
• 3.2.1.3 温度对功能菌降解效果的影响33-34
• 3.2.1.4 初始 pH 对功能菌降解效果的影响34
• 3.2.1.5 降解时间对功能菌讲解效果的影响34-35
• 3.2.2 功能菌的降解效果研究35-36
• 3.2.3 厌氧活性污泥的降解效果研究36-37
• 3.2.4 污泥与功能菌的降解效果研究37
• 3.3 本章小结37-39
• 4 ABR 反应器室内模拟实验39-63
• 4.1 实验内容39-40
• 4.1.1 ABR 反应器启动实验39
• 4.1.2 ABR 反应器处理高浓度含聚污水的影响因素研究39
• 4.1.3 ABR 反应器处理含聚污水的效能研究39-40
• 4.1.4 ABR 反应器中厌氧动力学研究40
• 4.2 ABR 反应器启动试验结果40-42
• 4.3 ABR 反应器处理高浓度含聚污水的影响因素研究及结果分析42-51
• 4.3.1 出水回流比对 ABR 反应器处理效能的影响42-45
• 4.3.1.1 出水回流比对 HPAM 和 CODCr去除率的影响42-43
• 4.3.1.2 出水回流比对出水 VFA 含量的影响43-44
• 4.3.1.3 出水回流比对 pH 的影响44-45
• 4.3.2 水力停留时间对 ABR 反应器处理效能的影响45-48
• 4.3.2.1 水力停留时间对 HPAM 和 CODCr去除率的影响45-46
• 4.3.2.2 水力停留时间对 VFA 含量的影响46-47
• 4.3.2.3 水力停留时间对 pH 的影响47-48
• 4.3.3 不同条件下各隔室的处理效果分析48-51
• 4.3.3.1 不同出水回流比对各隔室处理效果的影响48-49
• 4.3.3.2 不同水力停留时间对各隔室处理效果的影响49-51
• 4.4 ABR 反应器处理高浓度含聚污水的效果分析51-54
• 4.4.1 HPAM 和 CODCr随时间的变化51-52
• 4.4.2 挥发性脂肪酸的变化52-53
• 4.4.3 pH 值的变化53
• 4.4.4 氧化还原电位（ORP）的变化53-54
• 4.5 聚丙烯酰胺反应前后结构变化分析54-58
• 4.5.1 傅里叶-红外光谱分析54-55
• 4.5.2 扫描电子显微镜（SEM）分析55-56
• 4.5.3 高效液相色谱分析56-58
• 4.6 ABR 中反应前后污泥外观形态的 SEM 分析58-59
• 4.7 ABR 反应器厌氧动力学研究结果59-62
• 4.8 本章小结62-63
• 5 芬顿预处理与 ABR 生物方法联用室内模拟实验63-72
• 5.1 实验内容63
• 5.2 芬顿氧化的条件优化63-65
• 5.3 芬顿预处理-ABR 生物处理组合工艺处理含聚污水性能研究65-66
• 5.4 芬顿氧化-ABR 生物组合工艺处理前后 HPAM 结构变化66-70
• 5.4.1 傅里叶-红外光谱分析66-68
• 5.4.2 扫描电子显微镜分析68-69
• 5.4.3 高效液相色谱分析69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 实验中存在的问题与展望73-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 个人简历81
• 发表的学术论文81-82

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