两相厌氧消化在处理炼油厂含油剩余污泥中的应用基础研究

Biological sludge produced from wastewater treatment plant of oil-refinery with refractory organic contaminants and high calorific value is difficult to be biodegraded. Developing innocuous and recyclable technology becomes an important issue to be resolved. This project tries to apply two phase anaerobic digestion to treat biological sludge from oil refinery, because this method is easy control and can recover energy by methane production. Besides that, petroleum organics could be easy degraded by active hydrolytic and acidogenic bacteria. On the basis of analyzing the organic composition of petroleum contaminant, and acclimating high active hydrolytic and acidogenic bacteria, the study on physiology and ecology of hydrolytic and acidogenic bacteria and methanogen, the hydrolysis mechanism of sludge and the biodegradation of refractory organics will be carried out. Moreover, the theoretical basis for two phase anaerobic digestion of biological sludge from oil refinery will be established. This project could provide technical support and theoretical basis for the application of anaerobic digestion in the treatment of oily sludge from petrochemical industry.

炼厂含油剩余污泥是处理含油废水时产生的一种难生物降解组分含量高、处理难度大以及具有较高热值的环境污染物。开发"无害化"和"资源化"的含油剩余污泥处理技术是目前亟待解决的重大研究课题。本项目基于厌氧消化产甲烷回收能源、操作条件温和等优点，并通过强化水解酸化菌对石油类污染物的降解作用，建立两相厌氧消化产甲烷系统处理炼厂含油剩余污泥。在剖析含油剩余污泥中有机组成结构特征和开发高效水解酸化菌的基础上，开展产酸发酵和产甲烷相微生物生理生态特征、污泥水解和难降解有机物厌氧降解机理的研究，并初步建立含油剩余污泥的两相厌氧消化基础理论。为厌氧技术在石化企业含油剩余污泥处理的实际工程应用提供可靠的理论依据、技术方法和解决途径。

炼厂含油剩余污泥由于其含有石油污染物、成分复杂、具有生物毒性等特点是一种难处理的工业污泥。本项目在充分剖析含油剩余污泥特点的基础上，成功构建了水热预处理-高温水解酸化-中温产甲烷的两相厌氧系统，并完成了两相厌氧消化与单相厌氧消化的对比研究。含油剩余污泥泥质分析发现，污泥含油量在0.5~0.8g/g干泥，其中包括34.2%饱和分、27.3%芳香分、12.8%胶质和25.62%沥青质，其中烷烃中的二十一烷和芳烃中的苯基萘为含量较高的有机物。含有石油污染物的剩余污泥可以通过水热预处理实现有效的水解，预处理后污泥的溶解性有机物SCOD明显提高，VS去除率接近60%，且大分子石油污染物向小分子转化，有机酸类物质有所增加。通过水解酸化条件的优化，在55℃、pH=6.5、污泥投配率为8%、HRT=2天的条件下，水解酸化效率最高，VFA产量达到2907.5mg/L。此时，含油剩余污泥的水解酸化符合丁酸型混合发酵，乙酸和丁酸的含量分别为1023.4mg/L和1200mg/L。利用GC-MS对水解酸化前后的有机组成进行分析发现，烷烃为优先降解污染物，水解酸化后的烷烃含量下降了20%。加入二十一烷和苯基萘的特征污染物后，对含油剩余污泥水解酸化效率影响较大，但这两类物质生物毒性不高，通过微生物的驯化可以将其部分降解转化。通过宏基因组测序对微生物群落结构进行分析发现，两相厌氧消化反应器内形成了水解酸化和产甲烷的优势菌群，包括Caloramator，Ureibacillus，Dechloromonas，Petrobacter和T78的专性水解酸化菌和Methanosaeta和Methanosarcina产甲烷菌。此外，Coprothermobacter、Fervidobacterium和Caldisericum对二十一烷和苯基萘等石油污染物具有明显的降解作用。两相厌氧消化系统比传统单相厌氧消化系统有更高的有机物去除率、更快的启动时间和更多的甲烷产量，最终SCOD去除率达到73%，甲烷产量540.9L/kgCOD，在处理含油剩余污泥方面具有明显的优势。本研究首次对炼化含油剩余污泥进行了深入的分析和厌氧消化特性研究，已经得到了石油石化企业环保部分的广泛关注。