厌氧—好氧生物法处理高浓度聚丙烯酰胺污水效能研究

【摘要】：部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)由于其优越的物理化学性质被广泛地应用于油田三次采油过程中,它随着油田采出水进入水环境中,具有粘度大、生物抗性强等特点,会给动植物的安全带来长期的潜在的威胁。在众多处理方法中,生物方法显示出越来越多的优越性,且随着不同氧环境下生物方法的不断深入研究,单一氧环境逐渐显示出了其局限性。本研究中,将厌氧和好氧生物过程结合起来,利用两株HPAM降解菌(PAM-2,PAM-F1)和活性污泥处理HPAM浓度为500mg·L-1的模拟污水；初步探究了降解过程中厌氧与好氧生物反应器中微生物群落结构特征及生物量,探讨了HPAM模拟污水的依时性及生物降解过程中各因素对HPAM降解的贡献度。实验结论如下：(1)静置时间对HPAM水溶液剪切粘度和pH有影响,静置时间在20h之内时HPAM水溶液剪切粘度变化很小,当静置时间大于20h时剪切粘度有很明显的损失；静置时间在24h之内时pH变化不明显,当静置时间大于24h时pH有很明显的降低。静置时间小于7天时,氧化还原电位(ORP)几乎没有变化,即在短时间内氧化还原电位几乎不受静置影响；在7000r/min转速时,当搅拌时间大于10h后对HPAM水溶液剪切粘度有明显的损失。(2)利用活性污泥及HPAM降解混合菌进行摇瓶实验,结果显示在全部的降解效果中活性污泥对HPAM吸附作用占32.9%,活性污泥对HPAM降解作用占19.9%, HPAM降解混合菌的协同降解作用占47.2%。(3)在最佳降解参数下运行反应器,根据淀粉碘化镉法HPAM去除率可达86%; HPAM污水降解过程中,剪切粘度下降可达75%：根据总有机碳的变化HPAM去除率只有32.93%。(4)由多重检测手段得到的降解效果的显著差异可以得知,HPAM的酰胺基团在生物降解过程中较碳链更容易被降解利用。.根据HPLC、GPC及扫描电镜法等生物降解前后检测结果可知,HPAM由相对分子质量约为2.2×107的超长分子链被生物降解成为相对分子质量约为3.5×103的小分子片段。(5)由检测得模拟污水降解前后参数例如pH、氧化还原电位、挥发性脂肪酸等的变化规律发现,待生物反应器启动后能够达到一个稳定的状态。(6)在厌氧反应器ABR中。第二个隔室内微生物浓度有所下降,第三、四个隔室又逐渐恢复最后超过第一个隔室。根据扫描电镜法结果可知,经过驯化后的活性污泥在生物反应过程中熟化,变为疏松多孔的熟化污泥,可以为微生物提供更多的附着点,有利用HPAM的降解。(7)扫描电镜结果和DGGE结果都表明,在不同氧环境生物过程中,接种HPAM降解菌PAM-2、PAM-F1始终为优势菌种,且降解过程中,活性污泥和接种菌产生一定的协同作用。 【关键词】：聚丙烯酰胺 生物降解 活性污泥 微生物群落 降解率
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-13
• 0 前言13-14
• 1 绪论14-23
• 1.1 聚丙烯酰胺及其在采油中的应用14-16
• 1.1.1 聚丙烯酰胺简介14
• 1.1.2 聚丙烯酰胺的应用14-15
• 1.1.3 聚合物驱油15-16
• 1.1.4 聚合物驱油对环境的危害16
• 1.2 聚合物驱油产出污水的处理16-18
• 1.2.1 生物方法16-17
• 1.2.2 化学方法17-18
• 1.2.3 物理方法18
• 1.3 生物法降解含聚丙烯酰胺污水的研究发展18-20
• 1.3.1 活性污泥的应用19
• 1.3.2 复合菌的降解优势19-20
• 1.4 PCR-DGGE在探究微生物群落结构的应用20-21
• 1.4.1 PCR-DGGE简介20
• 1.4.2 PCR-DGGE在生物法处理污水中的应用20-21
• 1.5 论文研究内容及实验技术路线框图21-23
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 研究内容21-23
• 2 实验装置、材料、测定参数与方法23-29
• 2.1 实验仪器与装置23-24
• 2.1.1 实验仪器23-24
• 2.1.2 生物反应器24
• 2.2 实验材料与试剂24-27
• 2.2.1 实验用菌株24
• 2.2.2 实验用培养基24-25
• 2.2.3 实验用活性污泥25
• 2.2.4 实验用模拟含聚丙烯酰胺污水25-26
• 2.2.5 实验用药品26-27
• 2.3 实验检测方法和指标27-29
• 3 HPAM污水的依时性和摇瓶实验29-38
• 3.1 研究内容29-32
• 3.1.1 HPAM污水的参数依时性研究29-30
• 3.1.1.1 污水的配制29
• 3.1.1.2 污水的粘度随着静置时间的变化29
• 3.1.1.3 污水的pH值随着静置时间的变化29
• 3.1.1.4 污水的氧化还原电位(ORP)随着静置时间的变化29-30
• 3.1.1.5 污水的粘度随着搅拌时间的变化30
• 3.1.2 摇瓶实验30-32
• 3.1.2.1 摇瓶实验的设计30-31
• 3.1.2.2 各因素对HPAM的降解贡献度的研究31-32
• 3.2 实验结果与讨论32-37
• 3.2.1 静置时间对模拟污水粘度的影响32-33
• 3.2.2 静置时间对模拟污水pH的影响33
• 3.2.3 静置时间对模拟污水氧化还原电位的影响33-34
• 3.2.4 搅拌时间对模拟污水粘度的影响34-35
• 3.2.5 摇瓶实验结果35-36
• 3.2.6 各因素对HPAM降解的贡献度36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 厌氧与好氧技术联用对高浓度聚丙烯酰胺污水降解效果的评价及降解机理的初探38-57
• 4.1 研究内容38-39
• 4.1.1 厌氧及好氧联用处理含聚污水的启动38
• 4.1.2 厌氧及好氧联用处理含聚污水的效能研究38-39
• 4.1.3 厌氧及好氧联用处理含聚污水的机理研究39
• 4.1.4 厌氧及好氧联用处理含聚污水的热力学初探39
• 4.2 厌氧及好氧联用处理含聚污水的启动实验结果39-41
• 4.2.1 ABR启动过程的实验结果39-40
• 4.2.2 好氧池启动过程的实验结果40-41
• 4.3 HPAM模拟污水的降解效果评价41-46
• 4.3.1 淀粉碘化镉法评价HPAM的降解效果41-43
• 4.3.2 HPAM的降解中总有机碳(TOC)的变化43-45
• 4.3.3 降解过程中剪切粘度的去除率研究45-46
• 4.4 生物降解前后HPAM的结构变化46-51
• 4.4.1 生物降解前后的HPAM高效液相色谱图(HPLC)分析46-48
• 4.4.2 生物降解前后的HPAM凝胶渗透色谱图(GPC)分析48-50
• 4.4.3 生物降解前后的HPAM扫描电镜50-51
• 4.5 生物降解前后模拟污水性能参数变化51-54
• 4.5.1 HPAM模拟污水氧化还原电位(ORP)的变化51-52
• 4.5.2 HPAM模拟污水中挥发性脂肪酸的变化52
• 4.5.3 HPAM模拟污水pH的变化52-54
• 4.6 生物法降解HPAM的机理初探54-55
• 4.7 生物法降解HPAM的热力学初探55-56
• 4.8 本章小结56-57
• 5 生物降解过程中微生物群落结构特征的探究57-65
• 5.1 研究内容57-60
• 5.1.1 平板计数法探究生物过程中的生物量57
• 5.1.2 扫描电镜法探究生物过程中的菌落分布57
• 5.1.3 PCR-DGGE法探究生物过程中微生物群落结构特征57-60
• 5.1.3.1 遗传物质(DNA)的提取57-58
• 5.1.3.2 特征片段胞外扩增(PCR)58-59
• 5.1.3.3 琼脂糖凝胶电泳(AGE)59
• 5.1.3.4 变性梯度凝胶电泳(DGGE)59-60
• 5.2 平板计数法结果与分析60-61
• 5.3 扫描电镜结果与分析61-62
• 5.4 PCR-DGGE法结果与分析62-65
• 5.5 本章小结65
• 6 结论与展望65-68
• 6.1 结论65-66
• 6.2 存在问题及展望66-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

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