综述性论文范文---生物法处理含油污泥的研究进展_商雪娇.pdf

第 43 卷第 4 期 当 代 化 工 Vol 43 No 4 2014 年 4 月 Contemporary Chemical Industry April 2014 收稿日期收稿日期 2013 09 12 作者简介作者简介 商雪娇 1992 女 辽宁锦州人 研究方向 环境影响评价 E mail 510094522 通讯作者通讯作者 张金辉 1963 男 辽宁大连人 教授 研究方向 石油及化工产品的应用研究 E mail zhangjinhui422 生物法处理含油污泥的研究进展 商雪娇 李 思 张金辉 辽宁石油化工大学 辽宁 抚顺 113001 摘 要 随着石油产业的不断发展 导致含油污泥产量越来越大 含油污泥成分复杂 乳化严重 难于处 理 直接排放对环境危害极大 生物法处理含油污泥具有成本低 无二次污染等优点 因此受到国内外学者的 广泛关注 主要介绍了几种含油污泥的生物处理方法 包括 生物堆肥法 联合生物法 生物反应器法 生物 修复法和生物浮选法 并对生物法处理含油污泥未来的发展提出了一些建议 以期为相关研究提供参考 关 键 词 含油污泥 生物法 堆肥法 生物反应器 浮选法 中图分类号 X 740 文献标识码 A 文章编号 1671 0460 2014 04 0622 03 Research Progress in Treatment of Oily Sludge by Biological Method SHANG Xue jiao LI Si ZHANG Jin hui Liaoning Shihua University Liaoning Fushun 113001 China Abstract With the development of petrol industry oily sludge yield increases quickly Oily sludge with complex components and serious emulsification is difficult to treat Biological treatment of oily sludge has received extensive attention of scholars because it has low cost and no secondary pollution In this paper research progress of several biological treatment methods were reviewed including composting method combined biological method bioreactor method bioremediation method and biological flotation method Finally some suggestions about the future development of the biological methods were put forward Key words Oily sludge Biological method Composting bioreactor Biological flotation 含油污泥是石油化工业的主要污染物之一 我 国每年产生近百万吨的含油污泥 含油污泥成分复 杂 含有大量有机物 以及重金属物质等有害物质 已经被列入国家危险废物名单中 若将其随意处置 不但违法 而且会严重危害周围环境 生物法是指 石油降解菌以石油烃类为碳源进行生物代谢 并将 石油烃类转化为水和二氧化碳等无机物的过程 生 物法节约能源 运行费用低 作用持久 具有广阔 的应用前景 本文主要介绍了生物堆肥法 联合生 物法 生物反应器法 生物修复法及生物浮选法在 含油污泥处理中的应用进展 并对生物法处理含油 污泥未来的发展提出了几点建议 以期为相关研究 提供参考 1 生物法处理含油污泥技术 1 1 生物堆肥法 生物堆肥法是一种将传统堆肥与生物处理结 合的含油污泥处理方法 主要利用污泥中的微生物 进行自然发酵 1 从而达到净化污泥的作用 余冬 梅 2 等人以某油田联合站含油污泥为研究对象 利 用堆肥生物降解法进行处理 在含油污泥中添加稻 草和有机肥 处理 115 d 后 含油污泥中的石油烃 含量从原来的 123 1 g kg 降低到 71 7 0 7 g kg 且生物毒性有所降低 EC50 从原来的 1 77 0 28 mg mL 提高至 2 76 038 mg mL 稻草和干猪粪 可 以改良油泥 C N P 比例 强化处理能力 王裴 3 等人 将油泥与农业废弃牛粪按 1 1 比例混合 制成 3 m 3 m 0 35 m 的大型肥堆和 1 m 0 5 m 0 35 m 的小型肥堆 C N 均为 26 4 115 d 后 小型堆肥 的 C N 为 18 4 大型堆肥的 C N 为 18 5 与大型 堆肥相比 小型堆肥对石油烃降解速度更快 堆制 115 d 后总石油烃降解率达到 22 96 王新新 4 等 人针对某油田污泥 采用生物堆肥工艺进行处理 90 d 后 石油烃降解率达 53 3 9 5 经 Biolog 分析后发现 处理后的含油污泥 AWCD 值明显提 高 表明土壤微生物活性增强 孙正贵 5 将外源石 油降解菌和生物刺激后的污泥土著菌相结合 对胜 利油田滨一污水处理站的含油污泥进行处理 230 d 后 相比于自然堆放和无外源添加菌的含油污泥相 比 添加外源石油降解菌的处理效果最好 外源石 油降解菌可激发土著菌的降解活性 从而使油泥中 石油烃类含量大幅下降 油泥生物毒性明显降低 第 43 卷第 4 期 商雪娇 等 生物法处理含油污泥的研究进展 623 添加外源石油降解菌或刺激土著菌的方法是处理油 泥的可行手段 欧阳威 6 等人采用微生物菌剂强化 和堆制强化技术对含油量为 12 68 的污泥进行处 理 56 d 后 含油量下降至 6 42 通过 GC MS 分 析得出微生物菌剂强化分解对碳原子数小于 21 的 直链烷烃有着良好的降解效果 对于碳原子数大于 26 的烷烃分解能力则一般 总的来说 堆肥的实质 是微生物在适宜条件下 以堆体中石油烃类为营养 源 进行生物代谢的过程 能够有效的降解含油污 泥 但不同种类的微生物 不同的处理方法及不同 规模的肥堆对石油烃的降解能力不同 其中小型肥 堆的处理效率较高 但无论何种方案都不能将石油 烃类彻底处理 且堆肥处理不能实现污泥中石油的 回收再利用 1 2 联合生物法 联合生物法是将生物法与其他污泥处理方法联 用 从而发挥两者各自的优势 由于生物堆肥法无 法处理复杂的芳香烃 且生物代谢会产生一定的毒 性物质 会抑制后续生物处理 因此 Ali Koolivand 等人 7 将 Fenton 氧化法作为生物堆肥法的后续处理 工艺 用来去除含油污泥中无法生物降解的组分 主要是芳香烃 实验确定出最佳堆肥率为 1 8 且 TPH 去除率主要受氧化剂浓度的影响 最佳烃去除 率可达 80 2 王誉霖 8 采用超声 生物降解复合工 艺对油田含油污泥进行处理 结果表明 当辐照时 间为 30 min 曝气时间为 4 h 超声强度为 200 V 时 除油率最大 可达 60 超声辐照可以大幅度提升 处理效率 COD 去除率提高 85 7 油去除率提高 66 7 超声辅助生物法的主要机理是超声波具有 空化作用和强化搅拌的作用 有助于污油从泥砂表 面剥离 降低油与固体间的粘附应力 从而提高油 去除率 张滨 9 在生物法处理含油污泥前 对含油 污泥进行了超声 药剂清洗预处理 以减轻生物处 理的负担 同时回收部分污油进行回用 经过频率 25 kHz 声压 74 144 Pa 的超声洗脱处理 60 min 后 含油污泥的油含量可以降低至 102 103 9 mg kg 然 后再进行堆肥处理 处理后含油量在 0 5 左右 再 经生物修复后 最终含油率可降至 0 3 处理效果 可观 总体来说 联合生物法改变了用单一生物法 处理油泥的传统方法 结合了多种处理工艺的优点 为含油污泥处理提供了一条新思路 但目前仍处于 实验研究阶段 离工业化应用还有一段距离 1 3 生物反应器法 生物反应器是指能够为微生物繁殖以及生化反 应提供适合环境条件的设备 可用于处理油污土壤 及含油污泥 周立辉 10 等人使用撬装式生物反应器 对长庆油田华池作业区 93 井场的修井油泥进行处 理 向反应器内添加工程菌剂 营养盐 膨松剂等 来强化降解反应 实验结果表明 当初始含油量为 7 24 时 处理 24 d 后 含油量可下降为 0 23 气相色谱分析结果显示 C11以及 C31 C35均被试验菌 剂完全降解 实验菌剂的制备技术较为简单 不会 对环境造成二次污染 具有广泛的应用前景 许世 芹 11 采用生物酶清洗技术 油泥砂处理的反应装置 对中原油田管辖的 6 个采油厂油泥进行处理 结果 表明 该生物反应器的洗油效果可达到 99 67 生 物酶的存在会促进原油与泥砂粒表面的分离 使平 均含油率在 10 35 的油泥得到清洗 分离出的砂 粒经水冲洗后测得含油量小于3 000 mg kg 达到 农 用污泥中污染物控制标准 GB4284 84 标准要 求 总体来说 生物反应器能人为的控制营养物质 温度 充氧等操作条件 加速生物降解烃类物质 同时处理后的液体部分可排入处置井再利用 固体 部分可施用农田 对于油田发展具有重大意义 定 会产生巨大的经济效益 生态学效益和社会效益 但生物反应器要求底物浓度不能过高 因此体积庞 大 且对反应器材质要求较高 此外 由于反应机 理复杂 不易于进行计量学计算和动力学研究 从 而导致反应器的设计与放大变得困难 1 4 微生物修复法 微生物修复是利用微生物使环境中的污染物 降解或转化为其它无害物质的过程 12 关明月 13 等 人以含油质量分数为9 0 和10 2 的油泥为研究对 象 在利用土著菌种的同时添加了外源菌剂 经过 120 d 修复后 含油 9 0 的土样中饱和石油烃的质 量分数由 59 1 降至 35 6 含油 10 2 的土样中 饱和石油烃质量分数由 59 1 降至 34 1 比含油 9 0 的土样处理效果显著 C17 C18也有所降解 外源菌剂在本实验中起主要降解作用 建议在生物 修复处理中引进外源菌种 闫毓霞 14 等人对胜利油 田滨一污水站的含油污泥采取强化土著微生物降解 活性的方式进行修复 初始含油量为 126 g kg 处 理 230 d 后 油去除率为 42 8 持水量明显增加 油泥的 EC50 值较处理前显著提高 但处理后污泥 油含量依然很高 作者建议可采用微生物 植物复 合法进行后续处理 卢桂兰 15 等人用草炭强化生物 修复 以某采油厂联合站陈化油泥为研究对象 经 过 26 个月的现场试验 陈化油泥中总石油烃 TPH 的降解率为 38 9 较自然衰减的降解率 14 9 提高了 24 其理化性质得到显著改善 pH 由 8 7 624 当 代 化 工 2014 年 4 月 降至 6 9 含盐量由 20 3 g kg 降至 7 3 g kg 有机质 浓度增加 17 3 陈化油泥的理化性质有明显改善 说明草木灰有利于提高土著微生物的降解活性 提 高石油烃类污染物的生物降解率 修复处理后的土 壤符合 GB15618 1995 土壤环境质量标准 二级 标准 刘五星 16 等人向含油污泥中添加有机肥 调理 剂 接种烃降解菌 并搭建温室 以提高油去除率 230 d 后 RCPG 有机肥 接种烃降解菌 调理剂 接 种烃降解菌 温室 的除油率最高 达 46 3 经过 修复处理的油泥中 油和脂的含量有所降低 油泥 中微生物的活性和多样性得到了增强 总之 生物修复可以通过天然过程将石油烃转化 为无害的土壤成份 节省能源 无需化学药剂 无二 次污染 运行费用低 具有广阔的应用前景 但修复 处理后油泥中含油量仍很高 需要进一步处理 1 5 生物浮选法 生物浮法是微生物及其代谢产物参与浮选的过 程 并作为各种微粒的选择性絮凝剂 李大平 17 等 人对胜利油田王家岗污水处理站含油污泥干化池的 污泥进行处理 将菌株与葡萄糖及玉米浆等营养液 混合在一起进行产气处理 最佳反应条件为 温度 为 40 稀释率为 98 投加糖和菌分别为反应有 效器容积的 0 25 和 3 75 此时 油去除率可达 到 95 以上 污泥含油量从 68 600 mg kg 降至 16 600 mg kg 该法方便实用 能高效的去除油泥中 的石油 但目前发现的 可用于生物浮选法的菌株 并不多 且筛选和驯化需要进行大量的研究工作 2 结 论 生物法处理含油污泥具有广阔的应用前景 本 文对近几年来生物法处理含油污泥的研究进行总 结 建议今后主要围绕以下几个方面展开工作 第 一 筛选高效的 可用于石油烃类降解的微生物 第二 可在生物法前进行其它处理 从而实现石油 产品的回收 第三 进行中试研究 使生物法处理 含油污泥早日实现工业化 第四 开发生物修复法 的后续处理工艺 对含油污泥进行进一步处理 总 体来说 国内对生物法的研究还处于发展阶段 要 想达到成熟还需要理论研究和实践的共同推进 参考文献 1 Fan Bai Xiaochang Wang Nitrogen retaining property of compost in an aerobic thermophilic composting reactor for the sanitary disposal of human feces J Frontiers of Environmental Science Engineering in China 2010 2 4 228 234 2 余冬梅 骆永明 刘五星 等 堆肥法处理含油污泥的研究 J 土 壤学报 2009 46 6 1019 1025 3 王斐 唐景春 林大明 牛粪强化高含油污泥堆肥生物处理及评价 J 生态学杂志 2013 32 1 164 170 4 王新新 韩祯 白志辉 等 含油污泥的堆肥处理对微生物群落结 构的影响 J 农业环境科学学报 2011 30 7 1413 1421 5 孙正贵 生物法处理胜利油田含油污泥的工业实验 J 环境工程 2008 26 3 88 91 6 欧阳威 刘红 于勇勇 等 微生物强化处理与堆制强化处理含油 污泥对比试验 J 环境科学 2006 27 1 160 164 7 Ali Koolivand Kazem Naddafi Ramin Nabizadeh et al Degradation of petroleum hydrocarbons from bottom sludge of crude oil storage tanks using in vessel composting followed by oxidation with hydrogen peroxide and Fenton J J Mater Cycles Waste Manag 2013 15 3 321 327 8 王誉霖 超声波预处理 生物降解复合工艺处理含油污泥 J 环境 科学与管理 2011 36 8 108 113 9 张滨 含油污泥物化 生物联合处理技术研究 J 化学工程与装 备 2009 11 180 182 10 周立辉 任建科 张海玲 等 使用撬装式生物反应器处理含油 污泥的现场试验 J 干旱环境监测 2011 2