ABR處理含高濃度聚丙烯酰胺污水的效能研究

【摘要】：隨著石油的大規(guī)模開采，聚合物驅作為有效的三次采油技術得到了大規(guī)模的應用，同時也產(chǎn)生了大量的含聚丙烯酰胺（Hydrolyzed Polyacrylamide，簡稱HPAM）采出水。由于含聚污水粘度大，難生物降解，長期累積易造成環(huán)境的污染。因此亟需對油田含聚污水進行有效的處理。 本論文選取實驗室低溫保存的功能降解菌對高濃度的含聚污水進行處理，優(yōu)化功能降解菌的降解條件，考察功能菌的降解效果，并進行擴大化試驗。將功能降解菌與從青島沙子口污水處理廠取出的活性污泥共同作用，采用ABR對含聚污水進行處理研究，并通過芬頓氧化提高ABR的處理效能，得到以下結論： （1）實驗對功能降解菌PM-2、PAM-F1、以及PM-2和PAM-F1混合菌的生長條件進行了優(yōu)化并考察了單獨厭氧活性污泥以及混合菌和厭氧活性污泥降共存對HPAM的降解效果。研究結果如下：功能降解菌的最佳降解條件為：活化次數(shù)為3次，接種體積分數(shù)為5%，生長溫度為35-40℃，pH為6.5-8.0，降解時間為7天。此時，混合菌的降解效果最好，降解效率可達37.39%。厭氧活性污泥的最佳降解率最高可達46%以上；PM-2和PAM-F1混合菌和厭氧活性污泥共存條件下，HPAM的降解率可達58.46%。由此可知污泥中的菌株和功能菌共存的條件下，對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時間（Hydraulic Retention Time，簡稱HRT）對ABR處理500mg·L-1的HPAM污水的效果影響。隨著回流比的增加或HRT的縮短，HPAM和CODCr的去除率均有不同程度的提高，pH值和揮發(fā)性脂肪酸（Volatile FattyAcid，簡稱VFA）的含量也隨之變化。綜合考慮，確定回流比10:1和HRT為24h為反應器運行的最佳降解條件。而高回流比或長HRT下，第一、二隔室的去除效果占主導地位；回流比降低或HRT縮短，反應器會出現(xiàn)去除效果后移現(xiàn)象，第三、四隔室的降解作用為主。 （3）研究了ABR反應器處理含高濃度HPAM污水的效能，探討反應器中CODCr的去除率、HPAM的去除率、以及ORP和pH值等各指標的變化情況。結果表明：經(jīng)過ABR處理的含500mg·L-1HPAM污水，CODCr去除率和HPAM降解率最高分別可達85%和75.48%，說明ABR反應器能夠有效地處理含高濃度HPAM污水；反應器內(nèi)VFA含量和pH值得變化顯示ABR具有很強的自我恢復能力。 （4）生物降解前后HPAM的傅里葉-紅外光譜分析顯示，細菌能夠降解并利用HPAM的部分胺基和碳作為生長所需的氮源和碳源，并且推斷出HPAM降解過程發(fā)生在水解階段。掃描電子顯微鏡和高效液相色譜分析顯示反應器中的微生物把大分子的HPAM降解成了小分子化合物。污泥掃描電鏡分析顯示，ABR反應器內(nèi)形成了適宜微生物生長的環(huán)境，并形成了成熟的顆粒污泥。它們能有效地降解HPAM，并為菌株的生長繁殖提供有利的條件。 （5）ABR反應器處理含聚污水過程的動力學特性分級研究表明：聚丙烯酰胺的降解符合一級動力學特性。實驗得到Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級三個級別的降解動力學參數(shù)分別為：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氧化處理500mg·L-1含HPAM污水的最佳條件為：[H2O2]5.3mg·L-1，[Fe2+]1.44mg·L-1，pH值3.0，溫度為30°C。此時，CODCr去除率為71.93%，HPAM的去除率為71.81%。各個因素對降解效果的影響權重大小依次為[H2O2][Fe2+] pH溫度。 （7） Fenton氧化-ABR生物處理過程中，F(xiàn)enton氧化能夠提高HPAM的可生化性，使CODCr和HPAM總去除率都有所增加；而傅里葉-紅外光譜分析、電子顯微鏡分析以及高效液相色譜分析顯示，與單獨的ABR生物處理相比，它能更加徹底有效的將大分子HPAM降解成更小分子量的化合物。 【關鍵詞】：含聚丙烯酰胺污水 厭氧折流板反應器 CODCr去除率 污泥 動力學特性
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X741
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 0 前言14-15
• 1 緒論15-24
• 1.1 油田含聚污水的危害及處理方法15-18
• 1.1.1 油田含聚污水的特點及其危害15
• 1.1.2 油田含聚污水的處理方法進展15-18
• 1.2 厭氧生物處理技術概述18-20
• 1.2.1 厭氧生物技術的研究進展18-19
• 1.2.2 厭氧生物處理技術的原理及特點19-20
• 1.3 ABR 反應器的性能特征及研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.1 ABR 反應器的性能特征20-21
• 1.3.2 ABR 反應器的研究現(xiàn)狀21
• 1.4 研究的目的、內(nèi)容及實驗技術路線框圖21-24
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.4.3 實驗技術路線框圖23-24
• 2 實驗裝置、材料、測定項目與方法24-30
• 2.1 實驗儀器與裝置24-25
• 2.1.1 實驗儀器24-25
• 2.1.2 實驗裝置25
• 2.2 實驗材料與試劑25-28
• 2.2.1 實驗用培養(yǎng)基25-26
• 2.2.2 實驗用菌株和接種污泥26
• 2.2.3 實驗用模擬污水26-27
• 2.2.4 實驗試劑27-28
• 2.3 實驗檢測指標及分析方法28-30
• 3 厭氧瓶室內(nèi)模擬實驗30-39
• 3.1 研究內(nèi)容30-32
• 3.1.1 菌種的馴化30
• 3.1.2 功能降解菌的生長條件優(yōu)化30-31
• 3.1.2.1 連續(xù)活化次數(shù)對功能菌降解效果的影響30
• 3.1.2.2 接種量對功能菌降解效果的影響30
• 3.1.2.3 溫度對功能菌降解效果的影響30-31
• 3.1.2.4 初始 pH 對功能菌降解效果的影響31
• 3.1.2.5 降解時間對功能菌降解效果的影響31
• 3.1.3 最佳條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 污泥與功能菌共存的降解效果研究31-32
• 3.2 實驗結果與討論32-37
• 3.2.1 功能降解菌的生長條件優(yōu)化結果32-35
• 3.2.1.1 連續(xù)活化次數(shù)對聚丙烯酰胺降解效果的影響32-33
• 3.2.1.2 接種量對功能菌降解效果的影響33
• 3.2.1.3 溫度對功能菌降解效果的影響33-34
• 3.2.1.4 初始 pH 對功能菌降解效果的影響34
• 3.2.1.5 降解時間對功能菌講解效果的影響34-35
• 3.2.2 功能菌的降解效果研究35-36
• 3.2.3 厭氧活性污泥的降解效果研究36-37
• 3.2.4 污泥與功能菌的降解效果研究37
• 3.3 本章小結37-39
• 4 ABR 反應器室內(nèi)模擬實驗39-63
• 4.1 實驗內(nèi)容39-40
• 4.1.1 ABR 反應器啟動實驗39
• 4.1.2 ABR 反應器處理高濃度含聚污水的影響因素研究39
• 4.1.3 ABR 反應器處理含聚污水的效能研究39-40
• 4.1.4 ABR 反應器中厭氧動力學研究40
• 4.2 ABR 反應器啟動試驗結果40-42
• 4.3 ABR 反應器處理高濃度含聚污水的影響因素研究及結果分析42-51
• 4.3.1 出水回流比對 ABR 反應器處理效能的影響42-45
• 4.3.1.1 出水回流比對 HPAM 和 CODCr去除率的影響42-43
• 4.3.1.2 出水回流比對出水 VFA 含量的影響43-44
• 4.3.1.3 出水回流比對 pH 的影響44-45
• 4.3.2 水力停留時間對 ABR 反應器處理效能的影響45-48
• 4.3.2.1 水力停留時間對 HPAM 和 CODCr去除率的影響45-46
• 4.3.2.2 水力停留時間對 VFA 含量的影響46-47
• 4.3.2.3 水力停留時間對 pH 的影響47-48
• 4.3.3 不同條件下各隔室的處理效果分析48-51
• 4.3.3.1 不同出水回流比對各隔室處理效果的影響48-49
• 4.3.3.2 不同水力停留時間對各隔室處理效果的影響49-51
• 4.4 ABR 反應器處理高濃度含聚污水的效果分析51-54
• 4.4.1 HPAM 和 CODCr隨時間的變化51-52
• 4.4.2 揮發(fā)性脂肪酸的變化52-53
• 4.4.3 pH 值的變化53
• 4.4.4 氧化還原電位（ORP）的變化53-54
• 4.5 聚丙烯酰胺反應前后結構變化分析54-58
• 4.5.1 傅里葉-紅外光譜分析54-55
• 4.5.2 掃描電子顯微鏡（SEM）分析55-56
• 4.5.3 高效液相色譜分析56-58
• 4.6 ABR 中反應前后污泥外觀形態(tài)的 SEM 分析58-59
• 4.7 ABR 反應器厭氧動力學研究結果59-62
• 4.8 本章小結62-63
• 5 芬頓預處理與 ABR 生物方法聯(lián)用室內(nèi)模擬實驗63-72
• 5.1 實驗內(nèi)容63
• 5.2 芬頓氧化的條件優(yōu)化63-65
• 5.3 芬頓預處理-ABR 生物處理組合工藝處理含聚污水性能研究65-66
• 5.4 芬頓氧化-ABR 生物組合工藝處理前后 HPAM 結構變化66-70
• 5.4.1 傅里葉-紅外光譜分析66-68
• 5.4.2 掃描電子顯微鏡分析68-69
• 5.4.3 高效液相色譜分析69-70
• 5.5 本章小結70-72
• 6 結論與展望72-74
• 6.1 結論72-73
• 6.2 實驗中存在的問題與展望73-74
• 參考文獻74-80
• 致謝80-81
• 個人簡歷81
• 發(fā)表的學術論文81-82

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