申请日2015.12.30
公开(公告)日2016.03.23
IPC分类号C02F11/00; C02F11/02
摘要
一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，本发明涉及含油污泥电化学生物耦合深度处理方法。本发明的目的是为了解决目前我国的油田含油污泥的处理中还没有形成一套有效的针对含油污泥进行深度处理方法的问题。具体过程为：步骤一、采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎，挑出石头，瓦块以及塑料，得到处理后的含油污泥;步骤二、将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，直至含油污泥含油量≤3‰;步骤三、将步骤二中含油污泥含油量≤3‰的含油污泥直接排放到农田或者用于铺路。本发明应用于含油污泥处理领域。
摘要附图
权利要求书
1.一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法具体是按照以下步骤进行的：
步骤一、采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎，挑出石头，瓦块以及塑料，得到处理后的含油污泥;
步骤二、将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，直至含油污泥含油量≤3‰;
步骤三、将步骤二中含油污泥含油量≤3‰的含油污泥直接排放到农田或者用于铺路。
2.根据权利要求1所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述步骤一中含油污泥湿度控制在50～80%。
3.根据权利要求2所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述步骤一中采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎;具体过程为：
采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎，将含油污泥颗粒粉碎至直径大于等于0.5mm，小于等于5mm。
4.根据权利要求3所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述步骤一中采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎;具体过程为：
采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎的过程中加入固态生物菌剂和固态营养盐类物质;
生物菌剂的投加量为含油污泥的5～10%;生物菌剂由购买的优势菌种分别单独发酵后，然后在等体积1:1混合使用，优势菌种为购买的短波单胞菌(Brevundimonassp.)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、漠海威芽孢杆菌(Bacillusmojavensis)、苍白杆菌(Ochrobactrumsp.)和产碱杆菌(Alcaligenessp.)。
5.根据权利要求4所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述固态营养盐类物质浓度为60～100mg/L;
营养盐类物质为磷酸盐、硝酸盐、硫酸盐、尿素、有机质、石油类和有机碳，其中，营养盐类物质中C：N：P：S=40：10：1：2;N指的是硝酸盐和尿素，p指的是磷酸盐，磷酸盐为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾，S指的是硫酸盐，C指的是含油污泥中的有机质、石油类和有机碳，根据含油污泥中所含的C对营养盐类物质中的N、P、S添加量进行限定。
6.根据权利要求5所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，直至含油污泥含油量≤3‰;具体过程为：
将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，向含油污泥电化学生物耦合处理装置中加入液态生物菌剂和液态营养盐类物质;
生物菌剂的投加量为含油污泥的5～10%;生物菌剂由购买的优势菌种分别单独发酵后，然后在等体积1:1混合使用，优势菌种为购买的短波单胞菌(Brevundimonassp.)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、漠海威芽孢杆菌(Bacillusmojavensis)、苍白杆菌(Ochrobactrumsp.)和产碱杆菌(Alcaligenessp.)。
7.根据权利要求6所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述液态营养盐类物质浓度为60～100mg/L;
营养盐类物质为磷酸盐、硝酸盐、硫酸盐、尿素、有机质、石油类和有机碳，其中，营养盐类物质中C：N：P：S=40：10：1：2;N指的是硝酸盐和尿素，p指的是磷酸盐，磷酸盐为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾，S指的是硫酸盐，C指的是含油污泥中的有机质、石油类和有机碳，根据含油污泥中所含的C对营养盐类物质中的N、P、S添加量进行限定。
8.根据权利要求7所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述步骤二中将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，直至含油污泥含油量≤3‰;具体过程为：
含油污泥电化学生物耦合处理装置，该装置是实现含油污泥电化学和生物处理实验的装置，主要包括电极、直流稳压控制电源、温度计、湿度计以及电流控制监测系统、反应器和数据传输系统;打开直流稳压控制电源控制电压，利用电流控制监测系统控制电流，将温度计、湿度计放入装有含油污泥的反应器中，利用数据传输系统获得含油污泥含油量。
9.根据权利要求8所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述数据传输系统包括数据采集器、探头、数据控制面板;探头插在反应器中，数据采集器通过收集探头的数据，通过控制面板获得数据。
10.根据权利要求9所述一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，其特征在于：所述电极为钢管、铁管、铜管或石墨烯电极，电流控制在10～16A，电压控制在2～8V/cm。
说明书
一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法
技术领域
本发明涉及含油污泥电化学生物耦合深度处理方法。
背景技术
电泳现象是于19世纪初当Reuss在一个粘土-水的混合物中施加直流电场时首次被所发现的。简而言之，电化学力学处理(以下简称电化学处理)是一个发生在电极间的电迁移、电渗透、电化学反应的受控过程。土壤的电化学力学处理技术就是在受污染土壤中通入电流，是土壤中的污染物在直流电场的作用下进行定向迁移，最终达到去除污染物的目的。其原理可以解释为在通电过程中，带正电的离子移向阴极，带负电的离子移向阳极，而不带电的粒子则随着电渗透作用产生的水流方向从阳极向阴极进行移动。
根据选择的电极不同，还会出现电极与污染物发生反应来去除污染物的现象。土壤电化学修复是一项新兴的环境处理技术，对于饱和与非饱和的土壤都是适用的。电化学修复的主要供能方式包括控制电压法和控制电流法两种，控制电压法就是不考虑电场中的电阻大小，通电过程中只保持电压不变，一般采用电场强度或电势梯度(V/m)来表征，其特点是电势梯度稳定均匀;而控制电流法就是保持通电过程中电流恒定，一般采用电流密度(mA/cm2)来表征，其特点是可以根据电势的变化来指示修复的终点。
根据电化学处理描述，其处理机制主要包括电迁移、电渗透及电泳三种方式，其中电泳是指带电粒子或胶体在电场中的运动方式，与其它两种方式相比，在实际污染物去除过程中，电泳作用的贡献较小，甚至可以忽略不计，因此，主要介绍电化学处理过程中的电迁移和电渗透机制。
①电迁移电迁移是带电离子或离子团在直流电场中的移动方式，其移动方向是朝与其本身所带的电荷相反的电极方向。Probstein提出的电迁移速率的表达式如式(1-1)所示：
uem-=v×z×F×E(1-1)
式中uem—带点离子在土壤中的迁移速率(m2/s·V);
v—离子迁移率(m2/v);
z—离子电荷数(个);
F—法拉第常数(C/mol);
E—电场强度(V/m)。
根据式(1-1)可以看出，电迁移速率与离子电荷数和电场强度呈正比关系，这对于一种已知离子污染物，提高电场强度可以提高该污染物的电迁移速率。
②电渗透土壤中不带电粒子一般采用电渗透作用移动，其实质是描述土壤孔隙水本身的移动过程，由于土壤表面带有电荷可以形成双电层结构，而双电层中的带电溶液在电场作用下就会迁移，而土壤孔隙中的粘性剪切力会平衡电渗透作用力将中性溶液移出双电层。Helmholtz和Smoluchowski是最早提出关于电场强度存在条件下的电渗流速和zeta电位理论，一般称之为Helmholtz和Smoluchowski公式，其表达式如式(1-2)所示：
式中ε—孔隙水的介电常数(F/m);
ζ—土壤表面的zeta电位(mV);
E—平均电场强度(V/m);
μ—孔隙水的粘度(Pa·s)。
实际修复中为了控制阳极pH的酸化，往往对阳极pH进行控制，以达到提高电渗流的目的。
电化学处理工艺实质上是由被污染的土壤和放入的电极共同构成一个典型的电解反应室，来进行土壤的原位处理，而这种电解室由电极之间的物质流动所组成，在电化学修复过程中常常加入处理液来强化污染物的去除。
电化学自从1809年就开始在科学和工业上应用，至今已有200年左右的历史。在应用上，主要有两种方式，一种是合成反应，即将一种化学物质转化为其他的物质，另一种则属于动力学方面的应用，即将离子物质从土壤中迁移出来。电化学工艺技术就是利用电化学原理，利用大地电场和低电压、低电流技术，在有机物和无机物之间引入氧化还原反应，将土壤中复杂的碳氢化合物分解为二氧化碳和水，并通过电化学力去除重金属和小颗粒物质及水。
该方法的技术要点为通过破坏分子的尺寸进行液化(氧化还原反应)，利用电化学原理使油迁移并利用电渗析原理去除水。该法可有效的去除土壤中的有机污染物如TPH、PAH、cVOCs、半挥发性氯化物、BTEX、氰化物、PCBs、杀虫剂、DF(二氧吲哚，呋喃)、MTBE、重金属等，另外，此法目前在采油上也有应用。
微生物处理技术是指利用微生物来降解土壤中的石油烃类污染物，使其最终转化为CO2和H2O或者其他无害物质的过程，根据微生物的种类可以分为细菌处理和真菌处理，比较而言，细菌具有容易培养、容易进行分子生物学技术改造、代谢底物广泛、容易实现烃类污染无矿化等优点，因此在土壤处理中细菌比真菌的应用广泛。
微生物对石油的降解的研究，由于石油烃分子难溶于水，而微生物的代谢过程需要在 水环境中完成，因此，可以把微生物代谢石油烃的过程分成两个部分，即石油烃的摄取和石油烃的降解。在烃类微生物降解的过程中，关于微生物摄取烃类的机制还尚未明确，目前的研究仍然处于探索阶段。Rosenberg的研究也证实了这一点，有效的接触可以提高微生物对烃类污染物的利用。主动运输的过程需要表面活性剂的支持，外源表面活性剂和微生物自身产生的表面活性剂都可以在微生物代谢过程进行主动运输过程，根据Pena的研究可知，对于离子型表面活性剂而言，其胶体分子难以接近油的分子颗粒。土壤的微生物处理过程实质就是微生物在以石油烃为碳源生长代谢过程中逐渐去除土壤中的石油烃类污染物。与物理化学处理技术相比，微生物的生长代谢过程容易受环境条件等因素的干扰，因此，如果想提高微生物的处理效率，就需要在实际的处理过程中采取一定强化手段，为微生物的生长代谢创造有利环境。根据已有的研究成果，可以将土壤的微生物处理过程中存在的关键因素及相关的解决方案概括为以下几个方面进行描述。
(1)石油烃的组成及性质
作为目标污染物，石油烃化学组成、水溶性、浓度及毒性等都可以对微生物的代谢过程产生影响。微生物对石油烃中的主要组分的降解的能力的顺序为烷烃最高，芳香烃次之，胶质和沥青等物质很难被微生物降解，然而对于一个给定的需要处理的土壤而言，这些石油烃的组分是无法改变的。石油烃的存在浓度及毒性也可以影响微生物的代谢，某些石油烃本身就是微生物生长的抑制剂，但毕竟这是极少的一部分，更多的是由于高浓度的底物浓度给微生物生长带来的底物抑制效应，这就要求微生物本身应该具有较高的耐受性。
(2)微生物对石油烃的降解能力
微生物对石油烃的降解能力是进行土壤微生物处理技术的决定因素，目前的微生物处理技术更倾向于采用投加外源微生物，这就要求所投加的外源微生物对石油烃必须具有较高的代谢能力，围绕筛选高效石油降解菌的研究已经有很多报道，这些报道的菌株不仅在降解石油烃方面是有效的，而且均具有自身产生生物表面活性剂的能力。Charkrabarty将降解基因位于质粒上的四种细菌的质粒构建到一种细菌体内，获得了能够同时降解四种原油组分的“超级细菌”，但是这种基因工程菌的缺点在于其繁殖过程中的遗传不稳定性和环境应用过程中的突变性，并没有实现大规模的应用。因此，构建石油降解的混合菌群是目前解决这一问题的最佳方案，Rahman的研究也证实了混合菌群复配后可以有效进行石油降解。
事实上在我国的油田含油污泥的处理中，还没有形成一套有效的针对含油污泥进行深度处理方法，很多的研究都是针对含油土壤开展的研究，都处于实验室的研究，并没有真正的去应用，没有经过现场的验证，我国油田急需该方面的使用技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前我国的油田含油污泥的处理中还没有形成一套有效的针对含油污泥进行深度处理方法的问题，而提出了一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法。
上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
步骤一、采用农用的秸秆废碎机或建筑用的搅拌机对含油污泥进行粉碎，挑出石头，瓦块以及塑料，得到处理后的含油污泥;
步骤二、将步骤一中得到的处理后的含油污泥添加到含油污泥电化学生物耦合处理装置，直至含油污泥含油量≤3‰;
步骤三、将步骤二中含油污泥含油量≤3‰的含油污泥直接排放到农田或者用于铺路。
发明效果
采用本发明的一种含油污泥电化学生物耦合深度处理方法，开发出了一种电化学生物耦合处理技术(ElectrochemicalBiologicalCouplingTechnology,EBCT)，是一种新型的含油污泥深度处理技术，生物强化去除与电场耦合进行含油污泥处理的新技术。该技术有效综合和优化了电化学-生物浸滤技术联合、石油降解菌或微生物生长刺激营养底物、电化学技术刺激分解石油类物质，同时强化降解菌代谢的方法。实现含油污泥深度处理，含油量≤3‰，达到了《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)标准，要求其在土壤中的最高容许含量≤3000mg/kg(3‰)。同时满足重金属等指标达到排放标准。