（环境工程专业论文）炼油废水处理中“三泥”的生物处理技术探索性研究.pdf

炼油废水处理中“三泥”的生物处理技术探索性研究 周蕾( 环境工程) 指导教师：张秀霞副教授 摘要 通过对炼油废水处理中产尘的含油污泥即“三泥”的处理现状 及存在问题进行的调研分析，丌展了生物处理炼厂“三泥”的研究。 本研究以降低处理成本、提高生物处理效率、不产生二次污染为目 标，筛选商效烃类降解菌，确定了菌株在摇瓶培养下的最适宜发酵 条件，考察了菌株降解能力的影响因素，并在此基础上对炼厂“三 泥”进行了一次好氧发酵处理，为以后的工业化处理进行了初步探 索。 经过初筛、复筛，确定菌株h j 1 为实验用菌株，初步鉴定为 芽胞杆菌属( b a c i l l u s ) ，并通过摇瓶实验，从p h ，接种量，葡萄糖 浓度、无机盐浓度、转速以及温度等方面，考察了单因素对菌株 h j i 的发酵影响，并通过正交实验找到最适宜发酵条件。然后在原 油培养基中考察了种龄、含油量、菌株接种量、时问p h 对菌株 降解能力的影响。将适宜发酵条件下的菌液加入到炼厂“三泥”中， 用木屑、稻草作为调理剂和膨胀剂，鸡粪作为氮源，在强制通风量 o 2 r n 3 h j 下成功地对含油污泥堆料进行了一次好氧发酵。含油率从 18 7 7 降至8 8 7 ，油降解率达5 2 7 。含油污泥处理前后油分的 四组分分析结果表明“三泥”经发酵后油中饱和分含肇大幅度降低。 将发酵后的成品污泥作为菌源加入到“三泥”中，发酵后，油降解 率达4 8 5 9 。发酵后堆料颜色由黑色变为黄褐色，臭味大幅度减 少，其性状出粘稠状变为松散的小颗粒状 关键词：炼厂“三泥”，筛选，一次好氧发酵，油降解率 t h ep r e l i m i n a r yi n v e s t i g a t i o no nm i c r o b i a lt r e a t m e n to f r e f i n e r ys l u d g e z h o ul e i ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o 诧s s o rz h a n gx i u - x i 8 a b s t r a c t t h em i c r o b i a ld i s p o s a lo f r e f i n e r ys l u d g ew a si n v e s t i g a t e da c c o r d i n gt ot h e d i a g n o s e so ft h ea c t u a lp r o c e s sa n dp r o b l e m so fr e f i n e r ys l u d g et r e a t m e n ti n t h i st h e s i s i no r d e rt or e d u c et h ec o s t ，i m p r o v em i c r o b i o l o g i ct r e a t m e n t e f f i c i e n c ya n da v o i ds e c o n d a r yp o l l u t i o n , e f f i c i e n tp e t r o l e u m d e g r a d i n g b a c t e r i aw a ss c r e e n e do u t m e a n w h i l e ，t h eb e s tf e a s i b l ef e r m e n t a t i o n c o n d i t i o nw a sd e t e r m i n e du n d e rr o c k e rc o n d i t i o n , a n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r s w e r es t u d i e d m o r e o v e r , t h em a i na e r o b i cf e r m e n t a t i o nf o rt h et r e a t m e n to f r e f i n e r ys l u d g ew a s s t u d i e d p r e l i m i n a r y , w h i c h m a k ei t e a s y t o i n d u s t r i a l i z a t i o n ab a c t e r i a ls t r a i nl - l j 一1w a sc o n f i r m e df r o mt h ee x p e r i m e n tb yi n i t i a la n d d u p l i c a t es e l e c t i o n a n d i tw a gi d e n t i f i e da sb a c i l l u ss p t h ee f f e c t s 幻 f e r m e n t a t i o ni nr o c k i n gb o t t l e s ( s u c ha sp h ，t h es i z eo fi n o c u l u m s ，t h e c o n c e n t r a t i o no fg l u c o s e ，t h ec 6 n c e n t r a t i o no fi n o r g a n i cs a l t ，t h er o t a t i o n s p e e da n dt e m p e r a t u r e ) w e r es t u d i e d ，a n dt h em o s tf e a s i b l ef e r m e n t a t i o n c o n d i t i o nw a sc h o s e nf r o mt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a f t e r w a r d ，t h ee f f e c t s o fb a c t e r i u ma g e ，o i lc o n t e n t ，t h es i z eo fi n o c u l u m s ，t i m ea n dp ht ot h e p e t r o l e u m d e g r a d i n ga b i l i t yw a si n v e s t i g a t e di nt h ec r u d eo i lc u l t u r em e d i u m a d d i n gt h es t r a i no b t a i n e du n d e rt h em o s tf e a s i b l ef e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n i n t o r e f i n e r ys l u d g e ，t h er e f i n e r ys l u d g ew a sd i s p o s e ds u c c e s s f u l l y i nt h e m a i na e r o b i cf e r m e n t a t i o n ，t h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w ：t h e s a w d u s tw a su s i n ga st h ea m e n d m e n t ，t h eh a u l ma st h ep l u m p i n ga g e n t t h e c h i c k e nm a n u r ea st h en i t r o g e ns o u r c e ，a n du n d e rf o r c i n gv e n t i l a t i o no f0 2 m j h 一。r e s p e c t i v e l y a f t e rt h i sv e a t m e n t t h eo i l i n e s sr a t er e d u c e df r o m i8 7 7 t o8 8 7 a n dt h e o i l - d e g r a d i n g r a t ew a s u p t o5 2 7 t h e c o m p o n e n t i a la n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e dt h ea m o u n to fs a t u r a t e so fo i li nt h e r e f i n e r ys l u d g ew a sd e c r e a s e dr e m a r k a b l ya f t e rf e r m e n t a t i o n t h ep r o d u c to f r e f i n e r ys l u d g ea f t e rf e r m e n t a t i o nw a sa d d e dt ot h eu n t r e a t e dr e f i n e r ys l u d g e a st h eb a c t e r i u ms o u r c e ，a n dt h eo i l d e g r a d i n gr a t ew a su pt o4 8 5 9 a f t e r f e r m e n t a t i o n s i m u l t a n e i t y , t h ec o l o ro f o i l ys l u d g ec h a n g e df r o mb l a c kt ot a n t h ef e t i do d o rw a sd i s a p p e a r e d ，a n di t c h a n g e sf r o ms t i c k ys l u d g et ol o o s e p a r t i c l e s k e yw o r d s ：r e f i n e r ys l u d g e ，s c r e e n i n g ，m a i na e r o b i cf e r m e n t a t i o n ， o i l d e g r a d i n gr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的论文足我个人在导师指导下进行的磺究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以杯江和致谢的地方外，沦 史中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中闷 行油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的几 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 酣意。 签名： ! 虱查 珈5 年莎月功同 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的舰定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被奇阅和借阅：学 校u r 以公和论文的全部或部分内容，可以采用影印，缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：! 垫皇 二。6 年f 月节几 锄嗽：监耻州年f 月7 h 中国i 油人学( f # 自、) 硕十论文第1 章前言 第1 章前言 随着生活节奏的加快和生活水平的提高，工业化和有乍族的加 入，石油产品的需求进一步加大；但足随着石油炼制工业的发展，芷 7 k 产过程中，含油污泥的产尘量同益增多，造成的污染程度也在不断 的加大，给人们的生活带来了很大的麻烦，更重要的足给环境带来了 极大危害。含油污泥在现有污染物中已经扮演着一个不可忽视的角 色，所以对含油污泥的处理已经成为当今固体废物处理的当务之急。 石油炼化企业中的含油污泥由于残油及有机物含量高，足一种严 重的污染源。含油污泥具有含水率高、迁移扩散快、污染面大，自然 降解缓慢等特点，若直接排入自然环境中，会对周围土壤、水体和植 被造成严重污染。随着国家环保法规的不断完善，含油污泥已被列入 国家危险废物目录中的含油废物类；国家清洁生产促进法和 固体废物环境污染防治法也要求必须对含油污泥进行无害化处 理；而根掘囡家四部委联合制定的新的排污收费标准：未经处理的含 油污泥的收费标准为1 0 0 0 元t 。因此，无论是从环境保护和回收能 源的角度出发，还是从国家法律法规要求的角度考虑，都必须对污泥 进行无害化处理。 目前含油污泥的处理与处置方法很多，主要采用焚烧、填埋和堆 放等几种方法束处理含油污泥。但焚烧处理设备投资费用高，致使推 广使用受到限制：填埋法或堆放处理，实际都是污染物的转嫁：而尘 物法主要原理是微生物利用石油烃类作为碳源进行同化降解，使其最 终完全矿化，转变为无害的无机物质的过程。采用生物法处理的优点 在丁= ：( 1 ) 对环境影响小，生物处理是自然过程的强化，其最终产物是 二氧化碳、水和脂肪酸等，不形成二次污染或导致污染物转移；( 2 ) 中田f i 油人中( 华尔) 硕十论文第l 蕈前言 费用低，其费用约为焚烧处理费用的1 4 一i 3 ：( 3 ) 处理效果好，经过 ，上化处理，污染物残留量可以大幅度降低【2j 。 新型、高效的尘物处理含油污泥的技术足在处理固体废物领域中 的一个崭新的课题。本研究主要足通过对细菌的驯化、培养从实验中 筛选出优质菌种，再把它接种到含油污泥中进行高温好氯发酵( 其中 三要足一次好氧发酵) ，从而使含油污泥资源化，减量化、无告化。 ，卜物技术在本研究中的应用成为处理含油污泥领域的新突破。 1 1 含油污泥的概况 1 1 1 含油污泥的来源及性质 含油污泥是在石油行业和炼油行业的污水处理过程中产! e 的，本 文芑要研究的足炼厂含油污泥，包括沉砂池和隔油池产生的含油泥 沙、浮选过程中产生的浮渣以及生物处理过程中产尘的剩余活性污 泥，简称“三泥”。它随生产工艺、生产规模不同而不同，而且其产 壁较大，通常占污水总量的0 5 一l o 。 炼厂“三泥”的成分极其复杂，一般由水、乳化油及悬浮固体杂 质组成，足一种极其稳定的悬浮乳状液体系，其固体颗粒多在 0 卜7 6 9 m 范围，“三泥”中的大多数颗粒是相互排斥而作相互吸引。 由f ：其固体含量较低含水；摹高，因而体积庞大。污泥中油的成分也 较复杂，有浮油、分散油、乳化油、溶解油等，致使含油污泥粘度大， 难于脱水1 3 4 1 。石油类、重金属、c o d 、b o d 、无机毓等有害物质多 数存在于污泥的水分中，直接排放会造成环境的严重污染。 i 1 2 含油污泥的污染 含油污泥目前基本采用露天堆放或外运掩埋，无防渗层。禽油污 泥露天堆放对当地环境的影响： 中国4 i 油人中( 华尔) 硕十论文第1 蕈前言 ( 1 ) 污染大气环境 露天堆放，不加任何覆盖层，污泥中含油的轻质组分会散发到大 气中，造成大气污染；随着时间的推移，污泥中的含水垦会减少，一 遇到大风天气势必会造成大量扬尘，使当地环境空气中的悬浮颗粒物 的浓度增加，造成环境空气质量的恶化。 ( 2 ) 污染土壤环境 露天堆放，不加任何防渗层，污泥的渗滤液会使堆放场周围的土 壤坏境遭受严重污染，污泥中的有害成分会随渗滤液进入土壤环境， 并且随着时问的推移，其影响范围和深度也会不断增大，以至于影响 周围农作物的生长和发育。 ( 3 ) 污染地面水及地下水环境 在阿水淋溶和地面径流的作用下会使有毒有害物质进入地面水 及地下水环境，使当地灌溉用水，养殖用水甚至饮用水受到污染。 ( 4 ) 造成土壤盐碱化加剧，使土壤退化 污泥中矿化度过高，浸出液含有大量无机盐，如果这种污水渗入 周围土壤，造成土壤发生次生盐碱化。 1 2 含油污泥处理研究现状与发展方向 在选择污泥处理方法时，应按照以下的优先级：( 1 ) 尽量避免污泥 产，上( 无污染尘产) ；( 2 ) 污泥产量极小化：( 3 ) 污泥回用；( 4 ) 污泥焚烧： ( 5 ) 污泥填埋。应对污泥进行减量化、资源化、无害化。污泥处理包括 两个过程：污泥预处理和污泥处置。污泥预处理包括浓缩稳定、调 节、脱水，消毒等过程，污泥处置则根据污泥的最终去向可分为污泥 利用和污泥无害化，在许多情况下两者是联合使用的。在目前的研究 中，对含油污泥的处理方法也多种多样，归纳起束有三种，即：物理 f i 啁f i 油人中( 华尔) 硕十论文第l 章前言 法、化学法和生物法。 1 2 i 物理法 处理含油污泥的物理方法主要有吸附法和萃取法。 吸附法即通过一些器械或添加物对石油污染进行吸附、撇油收集 等，这些装置已经发展了许多类型，去除效果较好，但昂贵的设备费 用限制了其广泛使用，且在寒冷的季节效果较低。另外，还可以投加 一些埘石油污染有一定的净化能力、本身对动植物没有损害的物质进 行吸附，普遍使用的投加剂为锯末、粉碎的浮石粉和玉米粉等。 萃取法是住含油污泥中加入一种轻质烃( 石脑油、轻质油等) 崔 耿后，离心分离油、沙，再采用减压蒸馏的方法进行原油与萃取剂的 分离，萃取剂循环利用，具体的工艺包括多次萃取和浮选。溶剂摹耿 t 艺采用超临界流体萃取技术，是去除含油污泥中的油和其它有机物 的有效手段。含油污泥溶刺萃取工艺足国外九十年代中期丌发出求的 新t 艺，由于其工艺复杂、投资大，目前国内还未建成工业装置。 1 2 2 化学法 处理含油污泥的化学方法主要有焚烧、热分解、湿式氧化等。 污泥焚烧可以迅速将污泥矿物化并释放出一定的能量，但由于焚 烧过程耗能多，氧化反应放出的能量不能自给，需另外补充能量，闪 此造成大量能源消耗。就r 本而占，焚烧处理占7 2 ，每年耗藿油迭 3 9 x 1 0 5m3 。另外，污泥焚烧会产生大量尾气，若不，格处理会造成 一：次污染。随着环保型无二次污染的焚烧炉和焚烧工艺的出现及应 用。污泥焚烧更显示出其应用前景。 污泥热分解指污泥在无氧或低于理论氧气量的条件下加热到一 定温度( 高温：5 0 0 1 0 0 0 ，低温： k 。，方程可简化为如下形式： 一d s d t = k b x( 1 3 ) 征这种情况下，生物降解速率是一级的。并仅与生物量大小仃关。 ( 2 ) 侄污染物浓度较低的条件下，s ( 外碳源添加对难降解有机污染物的作用 目前微生物处理技术对高分子有机污染物的作用不明显，找到合 适的微尘物外源碳物质，实现共代谢，可加速降解过程。 ( 5 ) 发酵装置的设计优化 1 4 研究目的与内容 1 4 1 研究目的 本课题正是针对自然堆肥过程缓慢，而且处理效果不是很理想等 问题，建立快速筛选微尘物的模式，获得高效稳定降解原油的微生物， 在实验室对其进行条件优化，并在摇瓶条件下探寻处理炼油厂“：二泥” 的最佳条件。在自行设计的反应器中，对炼油厂含油污泥进行实验室 规模的一次好氧发酵处理的研究初探通过投加高效降解菌，添加有 机氮源，调整含水率、p h 值，仞步达到污泥稳定化、无害化，减量 化和资源化的目的。 p 阳f i 油人中( 毕尔) 硕十论文第1 审前言 1 4 2 研究内容 圈绕研究目鹩，本课题矮开了以下凡方面的工作： ( 1 ) 通过大量仞筛复筛，获得高效稳定降解原油的微! e 物； ( 2 ) 绘制细菌的生长曲线，誊握该微生物的尘长特点；通过袒 太l 豢实验及正交试验优化该微生物的最佳生长发酵条件：在摇瓶条件 下考察该微生物对炼油厂“三泥”的降解情况； ( 3 ) 自行设计可用于实验室规模的发酵反应装置； ( 4 ) 仍步考察油泥所含油的成分、含量：考察影响优势种群降 解能力的环境因子；添加有机氮源，初步对发酵过程所需的氮源种类 及其含量进行优化，并寻找最佳的碳氮比例：考察投加高效降解菌后 一次好氧发酵处理炼厂“三泥”的处理效果，探讨一次好氧发酵处理 含油污泥工业化的可行性。 中国f i 油人中( 华尔) 硕十论文第2 章高效好类降解龋的筛选及切步苍定 第2 章高效烃类降解菌的筛选及初步鉴定 2 1 实验试剂及仪器 2 1 ，l 实验试剂 表2 - 1 主要实验试剂 p 国l i 油人中【华尔) 硕十论文第2 章高效好类降解凶的筛选及仞步鉴定 结品紫分忻纯中国陕约集团上虑化学试刑公n 】 草酸铵分析纯中国医约集团上海化学试州公司 碘分析纯中国甚约集团上旖化7 试制公川 碘化钾分忻纯中国医药集团上毒化学试删公司 丙酮分析纯中国医约集团上晦化宁试剂公司 舔红 分析纯中国医约集团上海化予试剂公司 酤襄水解物分析纯 中国医约集团上毒化学试剂公司 琉基醋酸讷分析纯中国医药集团上海化学试删公司 甲醉次硫酸钠分析纯中国医约集团上薄化学试剂公司 盐酸一二甲基对苯撑二胺分析纯中国医药集团上海化学试剂公司 3 过氧化氢分析纯中国医约集团上海化中试剂公司 k n o 、分析纯中国医约集团上海化学试剂公h 对氰基苯磺酸分析纯中国医约集团上海化学试制公司 醋酸分析纯 中国医药集团上海化宁试剂公司 _ 二_ e l - 奈胺分析纯中国医药集团上海化学试制公司 “ _ 二苯胺分析纯中国医药集团上海化学试剂公司 可溶性淀粉分析纯中国医药集团上惠化学试削公司 ( n h 。) 2 h p 0 4 分忻纯中国医药集团上瘴化学试刺公司 k c l 分析纯中国医约集团上蓐化学试剂公司 柠檬酸铁铵分析纯 中国医约集团上海化试制公司 n 8 2 s 2 0 15 h 2 0 分析纯中国医约集团上海化学试剂公司 溴甲酚紫分析纯中国医药集团上海化子试利公司 甲肇红分析纯中国医药集团上海化学试剂公司 9 5 乙醇 分析纯 天津化学试剂有限公司 肌酸分析纯中国医药集团上海化节试剂公司 对_ 二甲基氩基苯甲酶分析纯中国医约集团上寿化学试制公司 盐酸 分析纯济南试剂总厂 明胶 分析纯中国医约集团上海化中试制公司 2 4 中国f i 油人1 f ( 华自、) 硕十论文 第2 章高敛好类降解断的筛选及 刀步鉴定 电子大半 分光光皮计 精密p h 计 生化培养箱 冰箱 高斥蒸汽灭菌器 振荡蠕养箱 b p2 l o s u v 一2 1 0 0 p h s 3 b 耻 s p x 2 5 0 犁 雪贵族 l d z x - 4 0 a h z q x 1 0 0 德国s a r t o r i u s 上海第二分析仪器厂 上海精密仪器仪表仃限公司 上海跃进医疗器械厂 海尔集团 上海中安医疗器械厂 哈尔滨尔联电子技术开发公司 2 2 高效烃类降解菌的筛选 2 2 1 样品采集 中国石油大学( 华东) 校园内钻井机旁土壤，胜华炼厂厂内上壤， 胜华炼厂污水处理站活性污泥、胜华炼厂污水处理站处理后排水。 2 2 2 培养基配制 2 2 2 1 基础培养基 ( 1 ) 基础无机箍溶液 n a c i o 5 9 ，( n h 4 ) 2 s 0 40 1 9 ，m g s 0 4 7 h 2 0o 0 2 5 9 ，n a n 0 3 o 2 9 ，k h x p 0 40 4 9 ，k z h p 0 4 3 h 2 01 o g ，蒸馏水1 0 0 m l ( 2 ) 2 0 的葡萄糖溶液 葡萄糖2 0 9 ，蒸馏水9 0 m l ，自然p h 值，1 1 5 灭菌2 0 分钟 ( 3 ) 葡萄糖培养基 基础无机盐溶液1 0 0 m l ，酵母膏0 1 9 ，2 0 葡萄糖溶液5 0 m l ， 中国彳i 油人中( 华尔) 硕 论文第2 章高效肝类跻解曲的筛选及移j 步鉴定 自然p h 值，1 2 l 灭菌2 0 分钟 ( 4 ) 肉雷蛋自胨固体培养基 蛋自胨1 o g ，牛肉胄0 5 9 ， n a c io 5 9 ，蒸馏水1 0 0 m l ，琼脂 1 5 9 ，p h 值7 2 ，1 2 l 灭菌2 0 分钟 ( 5 ) 原油培养基 基础无机盐溶液1 0 0 m l ，原油( 胜利原油，下同) 2 ，o g ，自然p h 值，1 2 l 灭菌2 0 分钟 ( 6 ) 以原油为碳源的固体选择性培养基( 油平板) 基础无机於溶液1 0 0 m l ，原油( 胜利原油，下同) 2 o g ，酵母霄 0 1 9 ，琼脂1 5 9 ，自然p h 值，1 2 1 灭菌2 0 分钟，倾江乎板 ( 7 ) 炼厂“浮渣”培养基 炼厂“浮渣”5 0 9 ，基础无机盐溶液5 0 m l ，加水至5 0 0 m l ， 自然p h 值，1 2 l ，灭菌2 0 分钟 ( 8 ) 炼厂“剩余活性污泥”培养基 炼厂“剩余活性污泥”5 o g ，基础无机盐溶液5 0 0 m l ，自然p h 值，1 2 l ，灭菌2 0 分钟 ( 9 ) 炼厂“三泥”培养基 炼厂“三泥”5 o g ，基础无机盐溶液5 0 0 m l ，自然p h 值，1 2 l ， 灭菌2 0 分钟 2 2 2 2 ，上理生化鉴别培养基 ( 1 ) 需氧性测定培养基 酪素水解物2 9 ，n a c io ，5 9 ，蔬基醋酸钠o 2 9 ，甲醛次硫酸钠 0 1 9 ，琼脂1 5 9 ，蒸馏水l0 0 m l ，1 2 l 灭菌2 0 r a i n ( 2 ) 硝酸盐还原培养荩 蛋白胨1 9 ，n a c lo 5 9 ，牛肉雷0 5 9 ，琼脂1 5 2 9 ，蒸馏水 中固i i 油人学( 华自、) 硕十论文第2 章高设妤类降斛曲的筛选及初步鉴定 1 0 0 m l ，k n 0 30 1 9 ，p h7 0 - 7 ，6 ， ( 3 ) 糖发酵培养基 f n h 4 ) 2 h p 0 40 1 9 ，k c io 0 2 9 ， o 5 9 ，葡萄糖1 9 ，蒸馏水1 0 0 m l ， 1 1 2 灭菌3 0 m i n ( 4 ) 淀粉培养摹 1 2 1 灭菌2 0 r a i n m g s 0 4 0 0 2 9 ，酵母音o 0 2 9 ，琼脂 溴甲酚紫( 0 0 4 ) 1 5 m l ，p h7 2 ， 蛋白胨l g ，n a c io 5 9 ，牛肉音0 5 9 ，可溶性淀粉 1 5 2 9 ，蒸馏水1 0 0 m l ，p h 值7 2 ，1 2 l 灭菌2 0 m i n ( 5 ) 葡萄糖蛋白胨培养基( 甲基红和v - p 试验用) 葡萄糖o 5 9 ，蛋白胨o 5 9 ，n a c io 5 9 ，蒸馏水 7 0 7 2 ，1 1 5 灭菌3 0 m i n ( 6 ) 蛋白胨水培养基( 吲哚实验用) o 2 9 ，琼脂 1 0 0 m l ，p h 蛋白胨l g ，n a c io 5 9 ，蒸馏水l o o m l ，p h7 6 ，1 1 5 灭菌3 0 m i n ( 7 ) 明胶液化培养基 蛋白胨o 5 9 ，明胶1 0 1 5 9 ，蒸馏水1 0 0 m l ，p h7 2 7 4 ，1 1 5 c 灭菌2 0 m i n 2 2 3 菌种的初筛及复筛 经查阅文献，为在有限的时间内筛出高效降解菌，结合本实验室 实际条件，采用如下的筛选模型： 中国i i 油人中( 。芦尔) 硕十论文 第2 章离效好类降解菌的筛选及初步鉴定 匿h 醇戤圈 图2 - 1 实验模型 2 2 3 1 菌种的仞筛 ( 1 ) 将药匙土样( 钻井机旁) ，水样( 胜华炼厂排出水) ，泥样加 入到原油培养基中，3 0 忙 鉴 遨 丑 曙 0 51 01 52 02 5 原油含量g l 。 图4 3 不同油含量对原油降解率的影响曲线 从图4 3 可以看出：在原油含量较低的范围内( 5 0 g l 。) 时，菌种的降解能力随着油含量的增加没有明显的增加。由 ( m i c h a e l e s m e n t e n ) 方程： 一d s d t = k b s x ( 1 ( s 十s )( 4 - 1 ) k 。一降解速率为最大值一半时的基质浓度； s 污染物浓度： k b - - - k 物降解速率常数。 r 叮知当污染物浓度即油介质浓度增加时，生物的降解速度也随之 增加；f 迥是当油介质浓度增加到一定的程度，增长速率接近并保待极 限增长速率而与基质的浓度无关，面增长速率直接影响油的降解速 s 踟 们 加 0 t # 田i 油人中( 华4 、) 硕十论文第4 章菌株h j i 陪解能力影响冈素的研究 率，所以原油降解率没有明显变化。 4 4 原油降解率与时间的关系 理论上，随着时间的增长，原油降解卒是增加的。但足，受实验 时问限制，只在有限的时间内做了原油降解率与时l 日j 的变化关系。以 = f 略确定合适的实验时1 日j 。 分别移取1 0 m l 葡萄塘发酵液加入到相同的装有5 0 m l 的原油培 养基中，1 2 0 r m i n 一，3 0 ，摇床培养7 天，每天测一次原油降解率。 原油降解率随时间的变化见图4 4 。 1 0 0 8 0 鋈 譬6 0 篓 1 0 晤2 0 0 ol 2 345678 时问d 图4 - 4 时间对原油降解率的影响曲线 从图4 - 4 可以看出：在4 6 天之间原油降解率增长幅度最大。在 起始l 4 天罩原油降解率很低，基本没有太大的变化。由降解机理可 知。这时石油中所含的烃类中的烷烃的末端甲基被氧化，征经历醇， 醛的氧化，而烯烃则是在双链处加氧氧化，对于芳香烃则是刚丌始从 侧链丌始氧化：当到降解后期( 4 6 天) 。烷烃、烯烃发生了d 一氧化 而进入了t c a 循环，所以，原油降解率明显升高。6 7 天原油降解率 增长缓慢，这是由于原油中易降解的烷烃和烯烃已被降解完成，而艿 烃及多环芳烃较难降解，被降解过程缓慢，降解时问较长。 5 6 中国f i 油人中( 华尔) 硕十论文 第4 章菌株h j 1 阡解能力影响冈素的研究 4 5p h 值对原油降解率的影响 本实验由于考虑到炼厂“三泥”p h 中性偏碱性，在实验过程中， 在p h 值6 1 0 日j 取值。 移耿1 0 m l 葡萄糖培养液加入到已调好p h 值( 6 、7 ，8 、9 、1 0 ) 的5 0 m l 原油培养基中，1 2 0 r m i n 一，3 0 c ，摇床培养7 天后，测原油 降解串。p h 值对原油降解率的影响见图4 - 5 。 1 0 0 8 0 透 鎏6 0 簧4 0 隧 2 0 o b67891 01 l d h 图4 - 5p i t 值对原油降解率的影响曲线 由图4 5 可以看出：原油培养基的p h 值在9 时的油降解率最大。 这与发酵培养基中的最适宜p h 值结果相同。 4 7 本章小结 影响h j - 1 降解能力的因素有：菌株的种龄、接种量、油含黾、 p h 值，时问等。通过实验发现，当在5 0 m l 、p h 值为9 、含油量5 9 l 一 的原油培养基中，接种1 2 m l 种龄为1 6 小时的菌株h j 1 ，处理时问 6 天时，处理效果最好。 中国f i 油人中( 华尔) 硕士论文第5 章一次蚶氧发酵处理炼厂“一泥” 第5 章一次好氧发酵处理炼厂“三泥” 高效烃类降解菌h j 。l 已经筛选出，并确定了它的最适宜发酵条 件，在摇瓶条件下达到了对炼厂“三泥”较好的处理效果。为了探索 对炼厂“三泥”的工业化处理，进行了一次好氧发酵处理的初步研究。 5 1 实验装置及设计 5 1 1 实验装置 好氧发酵工艺过程包括通风、温度控制、水分控制、翻堆、无害 化控制等几个方面，实际的发酵设备应尽可能地满足这些工艺要求。 本次实验限于经费和场地条件的因素，采用简单的圆筒式发酵，见图 5 1 。 h 气 v 气“钿机渗届液 图5 i 一次好氧发酵反应装置 其e 要的设备装黄有发酵反应器、空气压缩机、空气流量计和活 性炭吸附装置。以及一些辅助设备如管线、三通伐，温度计和保温棉 等。 如图5 1 所示，经过莳处理的含油污泥放入反应器内，由通风装 5 8 中固f i 油人学( 华自i ) 硕十论文第5 章一次好氧发酵处理炼厂“二泥” 胃( 空气压缩机) 产生的空气经转子流量计后从反应器底部通入进行 通风供氧，从而进行发酵。为了防止发酵热量散失，我们在反应器外 壁和上盖部位加了一层保温棉。出气因为有臭味所以要经活性炭纤维 吸附后排出，渗漏液由反应器底部孑l 渗出，收集单独处理。 表5 1 发酵系统设备型号参数 设备参数 空气压缩机 空气流肇计 反应器高度 测温孔直径 测温孔间距 反府器直移 布气扳孔径 渗溜i l 直径 布气空高度 y 2 k i ，功率：l5 0 0 w i , z b 4 ，茸拌：o 4 m j h 。 4 0 c m l o m m 1 5 c m 3 0 c m 1 0 m m 1 0 m m 7 c m 5 1 2 反应器通风量的计算 发酵丌始之前先要进行通风量的计算，污泥好氧稳定的理论需氧 鼍可按下列公式计算： c a h b o c n a + o 5 ( n y + 2 s + r c ) 0 2 - - n c w h x o y n z + r h 2 0 + s c 0 2 + ( d n x ) n h 3 ( 5 一1 ) 式中：r = o 5 ( b + 2 n x - 3 d 1 s = a - n w c 。h b o 。n d 和c 。h 。o ，n ：表示有机物再了f 始时和结束时以实验为根 掘的各分子量成分。如果全部转化，相应的表达式为： c a h b o c n d + ( 4 a + b 一2 c 一3 d ) 1 4 0 2 一a c 0 2 + ( b - 3 d ) 2 h 2 0 + d n h ， ( 5 - 2 ) 如果将氨氧化成硝酸盐，其需氧量可按下列公式计算： 中国4 i 油人中( 华尔) 硕十论文第5 章一次女r 氧发酵处理炼厂“二溅” n h 3 + i 5 0 r h n 0 2 + h 2 0 h n 0 2 + 0 5 0 2 i n 0 3 + h 2 0 总反应式为：n h 3 十2o r _ 矾0 3 + h 2 0 在污泥发酵周期中，微生物的种类、繁殖速度和代谢快慢程度不 ，耗氧速率也不同。本实验采用强制通风，为了满足发酵过f t 中最 大需氧量，根掘最大耗氧速率r 0 2 m a x ，求供氧所需的风量q ， q = r 0 2 m a x a b e v c d ( 5 - 3 ) 式中：q 供氧所需的风量，m 3 m i n 。 r 0 2 m a x 一发酵物料的最大耗氧速率，m o l 氧气( c m 3 堆层h ) a 一标准状况下，l m o l 气体的体积，a = 2 2 4 l m o l “ b 一升与立方米换算，b = 0 0 0 1 m 3 u 1 c 一标准状况下，空气中氧的体积百分含量，e = 0 2 1 d 一小时与分钟的换算，d = 6 0 m i n h 1 e 一立方米与立方厘米换算，e = 1 0 m 3 m 。3 v 一发酵物料的体积，i n 带入e 式 q = 1 7 7 8 r 0 2 m a x v( m r a i n 。) ( 5 - 4 ) 每消耗l m o l 氧气的反应热为1 0 6 k c a l g v s ，含l t o o l 氧气的空 气鼍为4 7 8 m o l 水的蒸发潜热为0 5 6 2 k c a l g 一。由表可以奁出，6 0 c 时 空气的饱和水蒸气含量为1 5 4 9 m 一，则4 7 8 m o l 被水蒸气饱和的空气 向装置外排放所带走的蒸发水量为，4 7 8 x 2 2 4 x 0 0 0 1 1 5 4 = 1 7 9 。 由于蒸发水带走的热量为1 7 9 x 0 5 6 2 k c a l g 。= 1 0 k c a l 远小f 消耗 l m o l 氧气的反应热为1 0 6 k c a l g v s ，两者相差1 0 倍。即水蒸气所 带走的热量比发酵反应所放出的热量要小得多，若耍保持温度，必须 以所需空气奄的9 1 0 倍供气，4 。能维持堆科的适宜温度。因此污泥 中l 目7 i 油人中( 华尔) 硕十论文 第5 章一次盘，氧发酵处理炼厂“二泥” 好氧发酵所需的风量为：q ，= 1 7 7 8 r 0 2 m a xv ( m3 r a i n 一) ，工业上通 常用o 0 5 0 2 m 3 r a i n m 3 。本实验所用的反应器为3 0 0 m m ( 直径) 4 0 0 r a m ( 高) ，如果堆料高度取3 0 c m ，则堆肥体积大约为3 1 4 x r 2 h = 3 1 4 x 0 15 2 o 3 0 = 0 0 2 1 m 3 ：所以通风量为o 0 0 1 0 5 0 0 0 4 2 m 3 - m i n 一， 即o 0 6 3 0 2 5 2 m 3 h 。 本实验中，通风量取0 2 m 3 h o 左右。 5 2 实验材料及堆料的制备 实验中取胜华炼厂污水处理车问的“三泥”作为实验原料( 见图 5 2 ) ，次含油污泥含水率、含油率较高不能直接进行发酵，必须进行 前处理。所以必须添加调理剂和膨胀剂进行含水率的调整和空隙度的 调整，同时还需要添加氮源和菌源等营养元素调理剂和膨胀剂选用 的是木屑和稻草( 见图5 3 ) 。稻草来自市场，木屑束自建安公司；实 验前要将稻草剪成3 5 e r a 长，木屑宣径一般在2 m m 左右氦源选用鸡 粪，豆渣，尿素。菌源选用筛选出的高效降解菌h j 1 在最佳发酵条件 f 的发酵液( 后面的叙述中部直接简称为发酵液) 。含油污泥及木屑 稻草的原始数掘见表5 2 。 表5 - 2 含油污泥及木屑稻草的原始物料性质 图5 2 含油污泥图5 - 3 稻草 中国4 i 油人7 ( 华尔) 硕+ 论文 第5 章一次女r 氧发酵处理炼厂“二泥” 5 2 1 含水率的调整 首先要对堆料进行调整是堆料的含水率，需要向含油污泥中添加 木屑和稻草。根掘木屑和稻草的含水率以及含油污泥的含水牢就可以 计算出木屑和稻草的添加量即配比。 计算配比方法： 设调理削的质量为m 含水率为h 。：脱水污泥的质肇为m 。含 水率为h 混合物料的质量为m 。，含水率为h 。 所以：m _ + m ，= m ( 5 5 ) m h _ + m 矿h ，= m 矿h m ( 5 - 6 ) 设调理剂添加比为k = m * m 。 ( 5 7 ) 则h = ( h 。+ k h ) ( k + 1 )( 5 - 8 ) 图5 _ 4 水分的平衡 由公式5 8 计算出的配比是质量比，所以根据含油污泥和木屑、稻 草的密度可以计算出体积比。但是由于测量过程的误差以及各种理 化性质的影响，此配比只能作为添加调理剂的参考值。实际堆料的含 水率是在各种添加辅料添加完毕后进行实际测量的。 堆料的含水率在6 0 6 5 时适合发酵，根据上述方法和数掘，设h m 为6 5 ，计算出的配比约为l ，即木屑和稻草与含油污泥以体积比1 ：l 的比例混合。但是，由于还要往堆料中n a 发酵液，这会增加堆科的 含水率，因此，应适当增加木屑和稻草的投加比例。 中国t i 油人学( 华尔) 颈十论文第5 章一次，氧发酵处理炼厂“二泥” 5 ，2 2 氮源及菌源的补充 在进行含水率调整的同时也要进行氮源等营养物质的补充以及 微尘物数量的补充。本实验共分为三部分，实验初期、实验中期和实 验后期，三个时期分别的考察情况见表5 3 、表5 4 及表5 - 5 。 表5 3 实验初期考察情况简介 实睑 发酵挈望组成含水率c 比 发酵大数 说明 编号( 体积) d # 7 5 l 污泥，7 5 l 木屑稻草 6 4 2 5 1 7 2 6 ：l1 6 空白 2 # 7 5 l 污泥8 5 l 木屑稻草， 6 9 41 0 3 5 ：11 3 8 0 0 m l 发酵液 3 # 7 5 l 污泥t7 5 l 爪屑稻草t 6 5 3 82 4 8 ：i i 5 l 鸡粪 1 0 4 # 7 5 l 黝d 8 5 l 本届稻草， 6 8 5 11 5 6 ：12 4 g o o m l 发酵液，1 5 l 鸡粪 只加凶源， 不加氯源 只加氮源， 不加菌源 既加菌源， 义加氮源 备注：四个发酵系统考察了氮源与菌源的补充与否对一次空f 氧发酵的影响 中国4 - 油人中( 毕尔) 硕十论文第5 章一次女r 氧发衅处珲炼厂“= 掘” 5 ，2 3p h 值的调整 含油污泥的p h 值一般在7 8 之问，由于调理剂的添加基本保持中 性，所以不必专门调整。 5 3 分析方法 在整个发酵实验过程中主要测定了含油污泥的油含量。同时每天 定时监测温度、含水率以及挥发有机质的变化。并每隔五天测定污泥 的p h 值、总有机碳、总氮，以使污泥处在营养丰富的好氧状态下。 最后对处理6 口后的含油污泥进行了石油的四组分分析，以分析污泥中 油的各组分变化。 ( 1 ) 温度的测定 每天在8 点，l l 点、1 4 点和1 8 点四个时间定时测定堆料各部位 的温度，求平均温度。 ( 2 ) 含水率的测定 中国f i 油人中( 华尔) 硕十论文第5 章一次盘r 氧发酵处理练厂“= 泥” 每天定时取鲜样2 5 9 称重后放入烘箱中，在1 0 5 下烘2 4 小时， 驳出后在f 燥器中冷却、称重，即可计算出含水率。 ( 3 ) 挥发有机质的测定 每天定时取鲜样1 2 9 称重后放入坩锅内，再把坩锅放入马福炉 内，在6 5 0 下烧8 h r ，待冷却后称重，即可计算出挥发有机质。 ( 4 ) 含油率的测定 采用索氏抽提法，将前一天用于测定含水率后不含水的f 样称重 后放入用滤纸折成的小桶内，再放入索氏抽提器中以三氯甲烷为萃耿 剂进行萃取，萃取8 h r 后的萃取液放到水浴锅中浓缩至干，再放入烘 箱中烘四小时，然后放入干燥器中冷却半小时后称油重。用于样测定 含油率较含有水的样品易萃取，且萃取效果好；但是用此方法计算的 含油率只是于样的含油率，所以还应