大庆油田含油污泥超声波预处理—厌氧产甲烷的研究

【摘要】：含油污泥的资源化处理是制约油田可持续发展的瓶颈之一,同时油泥污染也是全球性重大环境问题之一。全球每年会产生千百万吨含油污泥,除少部分易回收的进行处理外绝大部分含油污泥被直接露天堆放,这不仅占用大量的土地资源,而且还会造成严重的二次污染。含油污泥成分复杂,其中含有一定比例的原油是非常宝贵的能源。但是到目前为止还没有出现一种完全令人满意的油泥资源化处理技术,单一的处理技术难以实现该目标,超声波预处理-厌氧产甲烷处理技术不仅能够在超声波处理阶段实现油泥的分离,也可以在厌氧产甲烷阶段以甲烷形式回收流失的石油烃,因此该处理技术具有巨大的优势。超声波可以使油和泥分离,同时其空化作用产生的高温高压能打碎石油烃的碳链生成短链小分子物质,这有利于下一阶段的厌氧发酵处理。基于厌氧发酵可以降解复杂难降解物质回收甲烷的优势,本课题采用超声波预处理-厌氧产甲烷处理技术处理大庆油田含油污泥,探索油泥资源化新出路。本课题将从以下几个方面入手进行研究:首先,对油田油泥预处理条件进行优化。为此,选择预处理方式、时间、温度、能量密度、泥水比作为变量因素以SCOD、p H、TN、TP作为评价指标,通过试验确定最佳条件为:方式超声波、时间15min、温度35℃、能量密度2.50W/ml、泥水比1:3。其次,以厌氧反应器为依托,以哈尔滨某炼油厂厌氧污泥作为接种菌源,考察含油污泥超声预处理-厌氧产甲烷工艺的可行性。通过检测反应器运行过程中COD、SCOD、VFA的变化以及测定产生气体体积和成分,结合石油烃组分变化,得知,超声波预处理能够提高厌氧反应器产甲烷的效率,超声组甲烷体积是对照组的9倍。最后,采用Illumina高通量测序技术考察超声波预处理对厌氧反应器中微生物群落结构的影响。试验结果表明,两组反应器中细菌的优势菌门均是能够水解酸化产生挥发酸的Proteobacteria和Bacteroidetes,超声组中Fervidobacterium sp.、Caldisericum sp.、Bacteroidetes sp.等细菌属在反应器中的比例高于对照组;反应器中古菌的优势菌门是Euryarchaeota,其中包含多个产甲烷菌属,主要的产甲烷菌有Methanospirillum sp.、Methanosaeta sp.等。 【关键词】：含油污泥 超声波 厌氧产甲烷 高通量测序 资源化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.1.1 油田油泥的来源及危害10-11
• 1.1.2 油田油泥处理技术现状11-12
• 1.1.3 油田油泥处理中存在的问题12-13
• 1.2 超声波强化油泥洗脱的研究13-14
• 1.2.1 超声波与洗脱原理13
• 1.2.2 超声在油泥处理中的应用13-14
• 1.3 厌氧反应器处理污泥研究14-15
• 1.3.1 主要厌氧生物反应器简介14-15
• 1.3.2 厌氧反应器在油泥处理中应用现状15
• 1.4 分子生物学技术在微生物群落演替中的应用15-18
• 1.4.1 DGGE和高通量测序简介15-17
• 1.4.2 DGGE技术在微生物群落演替中的应用17-18
• 1.4.3 高通量测序在微生物群落演替中的应用18
• 1.5 本文的主要研究内容及技术路线18-20
• 1.5.1 主要研究内容18-19
• 1.5.2 技术路线19-20
• 第2章 实验材料与方法20-29
• 2.1 材料与试剂20-21
• 2.1.1 样品来源20
• 2.1.2 主要试剂20-21
• 2.1.3 主要仪器21
• 2.2 实验方法21-29
• 2.2.1 预处理条件优化方法21-22
• 2.2.2 接种样品优化方法22-23
• 2.2.3 厌氧发酵反应器启动和运行23-24
• 2.2.4 分析检测方法24-26
• 2.2.5 PCR-DGGE技术方法26-28
• 2.2.6 高通量测序方法28-29
• 第3章 超声波预处理条件优化结果分析29-41
• 3.1 含油污泥含油率结果分析29-30
• 3.2 预处理效果分析30-36
• 3.2.1 处理方式的影响30-31
• 3.2.2 辐照时间的影响31-32
• 3.2.3 起始温度的影响32-34
• 3.2.4 能量密度的影响34-35
• 3.2.5 泥水比的影响35-36
• 3.3 超声波对含油污泥含油率的影响分析36
• 3.4 超声波对含油污泥石油烃组分的影响分析36-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 大庆油田含油污泥厌氧产甲烷研究分析41-53
• 4.1 接种样品对含油污泥除油率及甲烷体积的影响分析41-46
• 4.1.1 接种样品阴阳离子结果分析41-42
• 4.1.2 接种样品对油泥除油率及甲烷体积的影响分析42-44
• 4.1.3 接种样品菌群群落结构分析44-46
• 4.2 大庆油田含油污泥厌氧产甲烷研究结果分析46-50
• 4.2.1 反应器中COD与SCOD的变化46-48
• 4.2.2 反应器中挥发酸的变化48-49
• 4.2.3 反应器中气体的变化49-50
• 4.3 厌氧发酵对含油污泥石油烃组分的影响50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 厌氧发酵产甲烷微生物群落结构分析53-67
• 5.1 细菌微生物群落分析53-60
• 5.1.1 细菌丰度及多样性分析53-56
• 5.1.2 细菌微生物群落结构及功能分析56-60
• 5.2 古菌微生物群落分析60-66
• 5.2.1 古菌种群丰度及多样性分析60-63
• 5.2.2 古菌微生物群落结构及功能分析63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-75
• 附录75-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果77-79
• 致谢79

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