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生物浮选法处理含油污泥 ＊ 李大平 何晓红 田崇民 王晓梅 中国科学院成都生物研究所, 四川 610041 摘要 利用从石油污染物中分离的一组微生物菌株对胜利油田含油污泥进行了生物浮选处理, 探讨了处理过程中温 度、稀释率、投加菌量及加糖量等因子对油去除率的影响及组合菌株与单一菌株处理效果的差异。 通过实验获得生物 浮选最佳运行参数为 温度40 ℃, 稀释率 98, 加菌量 3. 75, 加糖量 0. 25, 在该参数运行条件下, 原油去除率可达 95以上。 使用混合菌株进行生物浮选有利于回收原油中含油量的提高。 关键词 含油污泥 生物浮选 去除率 在石油开采过程中, 大量泥沙随采出液进入油水 分离设施 ,部分原油与泥沙吸附,在沉降罐,浮选装置 中形成含油污泥和含油浮渣等特征污染物 [ 1] 。此类 污染物除大量原油外 ,还含有多环芳烃等有害物质, 长期堆放过程中大量挥发性烃类散发到空气中,还将 随降水过程污染地表水和地下水系统, 使人类的健康 受到威胁 [ 2] , 对含油污泥中的原油资源也是极大的 浪费 。 目前国内外已开发出多种含油污泥处理方法 ,调 质 -机械分离是典型的传统含油污泥处理工艺 [ 3] , 脱 水后泥饼一般采用焚烧, 掩埋。此外还有溶剂萃取 法 [ 4] 、 热洗涤法、 药物破乳混凝法、盐析法、电解凝聚 法、 物理浮选工艺 [ 1,5] 等。近来, 含油污泥在回注调剖 方面的研究得到了油田的重视 ,以含油污泥为基本原 料,采用化学处理方法加入适量添加剂配制成乳化悬 浮液调剖剂,分别以国外部分油田和国内河南油田、 辽河油田等油田进行了试验 [ 6- 9] ,受污泥颗粒大小的 影响 ,该方法尽管缓解了部分含油污泥造成的污染压 力,但在应用范围上存在限制 。 ＊中国科学院知识创新工程重要方向项目 KSCX2- SW -114 在此通过对油田含油污泥的多种实验摸索,提出 了一种新的含油污泥的生物处理方法, 即利用微生物 产气与表面张力改变的生物浮选去除含油污泥中大 部分油并将其回收 ,既有效利用了资源 , 又减少了对 环境的污染。 1 材料与方法 1. 1 样品来源 试验样品采自胜利油田王家岗污水处理站含油 污泥干化池 ,分 4 批次取样 ,每个批次样品含水率和 含油率见表1。 表 1 含油污泥的特征 样品含水率油泥干重含油率油泥干重含泥率 183. 6357. 8642. 14 280. 5231. 4368. 57 383. 2425. 2574. 75 484. 6532. 9167. 09 平均值83. 0136. 8663. 14 1. 2 试验方法 1. 2. 1 样品分析 含水率和含油量的测定采用重量法 [ 10] 。因测定 误差 ,每次实验重复 1 次,取平均值。 1. 2. 2 菌种 使用本实验室筛选、纯化并保存的 1 株具有产气 功能的菌株 D2和 2 株协同 D2发生作用具明显表面 活性效果的 D1、D3菌株。 经初步鉴定 D2为酵母 Yeast ,D1和 D3均属芽孢杆菌属 Bacillus 。 1. 3 生物浮选方法 1. 3. 1 菌悬液的制备 培养基 1 L NaNO33 g , KH2PO41 g , MgSO4 7H2O 0. 5 g,KCl 0. 5 g ,FeSO4 7H2O 0. 01 g ,葡萄糖3 g , 玉米浆4 g 。 D1、 D2、 D3菌的液体培养物分别按 10接种于已 灭菌的液体培养基中 V V ,在40 ℃恒温振荡器中振 荡48 h,菌体浓度约 1. 0 10 8 ～ 1. 010 9 个 mL ,冷藏 保存 ,D2单独使用或 D1、 D2、 D3以 1∶ 2∶ 1 混合使用。 1. 3. 2 试验装置与运行 试验装置采用容积为 800 mL 的三角瓶, 其中上 部开一出液口, 用一玻璃管插入瓶底作为进液口, 放 置控温水槽保持恒温, 进液口和出液口连接流量为 58 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 3. 5 L min小型循环水泵形成闭路, 进行瓶内外循环搅 拌 见图 1 。 图 1 生物气浮装置 试验装置的运行是将不同参数配制的含油污泥 800 mL 加入三角瓶中, 此时液面离瓶口约 50 mm, 该 空间进行原油累积和回收 。在一定的温度条件下启 动循环水泵进行循环搅拌 ,D2菌进行糖发酵产气将 原油带至液面, 至产气结束,回收表层原油,测定剩余 污泥的含油量。在此装置中对温度 、 投加菌种量、稀 释率和加糖量分别进行了批次实验 。 2 结果与讨论 2. 1 温度对生物浮选效果的影响 温度对生物浮选效果的影响结果见图 2。从图 2 中可以看出,从30 ℃ 到40 ℃的温度区间 ,油去除率从 90. 16 增加到 95. 63,随着温度的升高去除率明显 增高。温度增加到45 ℃时, 油去除率没有明显变化, 保持在 95以上 。当温度升高到50 ℃时, 油去除率 开始降低 93. 68 。说明菌种在40 ℃具有较高的 活性 ,在此温度下可以节约能量的消耗 。但随着温度 的升高菌种活性降低 ,浮选效果变差。因此确定反应 器的最佳运行温度为40 ℃。 图 2 反应器的运行温度对原油去除效果的影响 2. 2 投加菌量对生物浮选效果的影响 生物浮选中菌种起着关键的作用, 实验过程中考 察了菌量对生物浮选效果的影响, 实验结果见图 3。 从图 3中可以看出, 在温度40 ℃, 稀释率 98, 投加 糖量 0. 3 条件下, 不投加菌种时脱油率仅 33, 当 投加量分别从 1. 25,2. 5到3. 75 时 ,油去除率呈 对数增长, 到 3. 75时达到平衡点, 继续增加菌量脱 油率变化不大。实验结果说明 ,投加菌种对油的去除 有很明显的效果 。加菌量以 3. 75为最佳 , 剩余污 泥含油量可降到16600 mg kg, 原油去除率达到96。 图 3 投加菌量对原油去除效果的影响 2. 3 稀释率对生物浮选效果的影响 稀释率是指含油污泥按一定比例稀释,配制混合 液的含水百分比。稀释率是含油污泥生物浮选的重 要参数,对不同稀释率的实验结果见图 4。从图中可 看出 ,在温度40 ℃,投加糖量0. 3,投加菌种 3. 75 条件下 ,稀释度提高与脱油率呈正相关 , 稀释率达到 98时, 油去除率增加幅度不大。97的稀释率时油 去除率为 93 左右,稀释率 99、98时脱油率都在 96左右 ,但是稀释率越高, 处理成本越高 ,因此确定 98稀释率是最佳参数 。 图 4 稀释率对原油去除率的影响 2. 4 投加糖量对生物浮选效果的影响 在相同的温度 、 稀释率和投加菌量的条件下, 对 不加糖和投加糖的量进行了对比实验, 其结果见 图5。从图中可见不投加糖时产气不明显, 可能仅仅 依赖培养物或油泥中某些有机物有极少量产气,油去 除率很低。当糖投加后脱油率明显增加 ,投加糖量达 到 0. 25时脱油率 95 增加幅度不大, 糖量在 0. 38、0. 5、 0. 75时绝大部分原油浮出液面后产 气仍然明显 ,还将部分泥也带到油层, 但脱油率没有 明显变化 分别为 95. 1、 95. 7,96. 1 。因此投 加糖量0. 25 时即达到了好的脱油效果 。 2. 5 单株 D2与混合菌株使用的效果对比 在整个试验期间, 均采用 3 株菌混合使用, 同时 59 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 图 5 投加蔗糖量对原油去除效果的影响 也单独使用产气菌 D2进行了生物浮选对照试验, 实 验结果分别见表 2。从表 2 中可看出, 由于没有 D1、 D3菌株活性产物对原油表面的改性作用, 浮选过程 中油与泥沙分离困难, 致使部分泥沙随油上浮 ,表层 的油含泥较多 , 含泥率 39. 01, 影响了回收油的品 质。而混合菌株使用可有效地利用 D1、D3菌株的表 面改性功能,回收油油含量高 ,含泥率仅 16. 47。因 此,3 株菌配合脱油效果优于单株菌。 表 2 D2菌与 D1D2D3混合菌株回收原油比较 菌株含水率含泥率含油率 D2 20. 7239. 0140. 27 D1D2D3 14. 8516. 4768. 68 3 结论 采用生物浮选方法处理含油污泥对油的去除具 有明显的效果。通过实验确定生物浮选装置的最佳 运行参数为 温度40 ℃, 稀释率 98, 菌和糖投加量 分别为反应器有效容积的 3. 75和 0. 25, 在此条 件下 , 油去除率可达 95以上, 含油污泥含油量从 368 600 mg kg 降至 16 600mg kg 。使用混合菌的生物 浮选有利于回收原油中含油量的提高。该项技术为 油田和炼厂废弃物的有效治理提供了一种可行的技 术方案。 参考文献 [ 1] 杨国圣, 吴新民, 杨和平. 含油污泥处理工艺研究. 环境科学与 技术,2004, 27 3 78 -80,97. 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Before it is used, hydrogen sulfide H2Sin methane must be removed inorder to avoid the corrosion of the devices and control the emission of sulfur dioxide SO2. PDS is applied to digestive methane desulfurization H2Sand its validity is also proved by doing a series of investigations and experiments in Gaobeidian Sewage Treatment Plant. The desulfurization rate reaches above 90 and the average level is 95. The concentration of hydrogen sulfide H2Sat exit is below 1 150 mg m3 which is the request of electric generator for methane. All these tests have played an important role in the next engineering and improvement of process. Keywords digestive methane, desulfurization, PDS and application ANALYSIS OF TECHNICAL CHARACTERISTIC OF FGD PROCESS FOR 600 MW UNIT IN TAISHAN POWER PLANTSong Jianke Wang Zhuliang 46 Abstract Main principle and characteristic of the first CT -121 FGD process for 600 MW unit in our country as well as testing result are presented;comparison of its SO2removing with conventional FGD process is also made. Meanwhile, several main factors influencing SO2removal efficiency are discussed and analyzed. Keywords CT -121 process, jet bubbling and SO2removal efficiency EXPERIMENT ON PHOTOCATALYSIS OF ODOR POLLUTANTS BY PLASMA Chen Gang Niu Bingye Liu Wei et al 49 Abstract A new technology of plasma -photocatalysis combination was proposed to remove stenchful gas from sewage pump station. It was showed that this combination technology had a quite notable synergistic effect. And the synergistic effect could be enchanced by adjusting the distance between plasma unit andphotocatalysis unit and setting some netsbetween them to eliminate the influence of negative charges producedby plasma unit. The mechanism of the synergistic effect of this combination technology was illustrated, and its purification efficiency for stenchful gas was valued by pilot test. Keywords plasma, photocatalysis, sewerage pump plant and odor pollutant UTILIZATION OF CFB BOILER ASH AS GROUTING MATERIAL Sheng Guanghong Zhai Jianping Li Qin et al 52 Abstract CFB boiler ash is not fit for utilization, for no ball glass -pearls, and high content of f-CaO and SO3.Research on the grouting material including CFB boiler ash showed that utilization of CFB boiler ash was beneficial for the stability and concretion rate of mortar, but was unbeneficial for fluidity of mortar and strength of concretion, while the perance of mortar was improved for grouting by additives. Keywords CFB boiler ash, high calcareous flue gas desulfurization ash, grouting material and additives DETOXICATION OF SLAGE CONTAINING CHROMIUM BY MICROWAVE IRRADIATION Ning Ping Liu Tiancheng Liang Bo et al 56 Abstract The temperature rising of lignite and slag containing chromium under microwave irradiation, and the detoxicated influences of slag containing chromium by using lignite as reducer were studied. Results showed that the temperature of slag containing chromium and lignite can be up to the reduction reaction temperature; as the increase of microwave power, the length of irradiation time, the increase of the rate of lignite to slag and the lignite content, the conversion of Cr6and the system temperature were also increased. Whenmicrowave power at 700 w, irradiation time 20 min, the lignite slag 20 100, lignite 20 g, the conversion of Cr6can be up to 99. 12, and the temperature of system reaches 1 050 ℃. Keywords lignite, slag containing chromium, microwave irradiation and detoxication THE TREATMENT OF OILY SLUDGE BY BIOLOGICAL FLOTATION Li Daping He Xiaohong Tian Chongmin et al 58 Abstract The oily sludge from Shengli Oil Field was treated by a consortium of microbes isolated from the oily contaminants with the technique of biological flotation in the oil field. The influence of the factors including the temperature, dilute rate, inoculums amount and the sugar percentage on the removal of oil were studied during the treatment processes. The effects of treatment with single bacteria and a mixed bacteria consortiumon the removal of oil were also studied. The results show that the optimal parameters in the reactor are listed as follows water temperature 40 ℃, dilute ratio 98, the microbes percentage 3. 75, and the sugar percentage 0. 25. And the oil removal can reach 95 under this condition. It can improve the content of the recycled oil by mixed microbes in this biological flotation system. Keywords oily sludge, biological flotation and removal rate 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 1,Feb. , 2006