页岩气压裂返排液生物处理技术研究进展

页岩气作为国家新能源战略的重要组成部分,其开采一般采用水力压裂技术实现,生产过程中伴生数量较大的压裂返排液(采出水)。在国家“双碳”战略下,高盐度、高COD值的压裂返排液达标处置成为一个重要的行业性绿色技术命题。聚焦页岩气压裂返排液生物处理技术,总结了活性污泥、生物膜、膜生物反应器(MBR)、好氧颗粒污泥等技术的研究进展,根据压裂返排液水质特性比较了不同工艺方法的优势与短板,并分析了生物强化技术在压裂返排液处理过程中的应用前景,为页岩气压裂返排液绿色高效处理处置决策提供参考。

电催化氧化脱除气田采出水中硫化物

采用污染小、效率高的电化学氧化法对高盐度、高硬度气田采出水的脱硫过程进行研究。选用Ti/RuO_(2)-SnO_(2)-IrO_(2)阳极材料,在极板间距为5 cm、电流密度为200 A/m^(2)、曝气量为1 L/min、初始pH为9~10的条件下,对模拟气田采出水(硫化物质量浓度为300 mg/L,NaCl质量分数为2.50%)处理35 min后,脱硫率高达99.2%以上,平均单位能耗为55.2 kW·h/kg(以每千克S^(2−)计,全文同)。研究还发现,针对高硬度体系下的阴极结垢问题,利用倒极方法可有效去除结垢物,保证装置稳定运行。

煤化工反渗透浓水的高效降解菌株筛选、鉴定及应用研究

一般煤化工废水经过多级氧化处理后,反渗透淡水回用、浓水经蒸发产生难处理的“危废”,有机物的存在对“危废”循环利用有显著制约作用。以煤化工反渗透浓水为底物(TOC为233.4 mg/L,TDS为50.9 g/L,BOD5/COD仅为0.05),从不同菌源中筛选得到9株高效耐盐菌,经16S rDNA测序表明,这些菌株属于假单胞菌属、芽孢杆菌属及嗜盐单胞菌属。将9株耐盐菌配制成复合耐盐菌剂连续式运行处理实际废水,有机物去除率可达30%,为进一步提高去除率,经臭氧氧化预处理,有机物去除率可提高至40%,达到国内外较先进水平。根据气质联用分析,臭氧氧化预处理会破坏废水中环状物质的结构,提高复合耐盐菌剂对难降解有机物的去除效果。本研究为煤化工反渗透浓水中有机物的生物降解提供了可行性方案。

不同碳源对微生物反硝化性能的影响

采用序批式反应器,研究了甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和葡萄糖这5种碳源对不同电子受体反硝化性能的影响。结果表明,以NO_(3)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比(溶液中化学需氧量(COD)和总氮(TN)质量浓度之比)分别为5.0、5.0、7.0、7.0、8.0,比反硝化速率从快到慢依次是乙酸钠、甲醇、乙二醇、丙三醇、葡萄糖;以NO_(2)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比分别为3.0、3.0、3.5、4.0、4.0,比反硝化速率从快到慢依次是甲醇、乙酸钠、乙二醇、葡萄糖、丙三醇。经成本计算可得,当处理相同质量浓度的NO_(3)^(−)-N和NO_(2)^(−)-N时,分别需要投加的碳源成本从低到高依次为甲醇、葡萄糖、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和甲醇、葡萄糖、乙二醇、乙酸钠、丙三醇。

高盐废水体系运行模式对活性污泥颗粒化过程的影响

好氧颗粒污泥(AGS)技术在高盐废水处理领域具有广阔应用潜力,高盐胁迫条件下运行模式对造粒过程影响尚不清晰。采用3个序批式反应器(SBR),探究好氧模式(R1)、厌氧/好氧模式(R2为厌氧推流进水30 min;R3为厌氧推流进水120 min)对活性污泥颗粒化过程及高盐废水处理效能的影响。结果发现,R1、R2和R3造粒时间无显著差异(分别在第13、13、10 d实现完全颗粒化),而R3培养的颗粒结构更致密、胞外蛋白/胞外多糖(PN/PS)含量较高。3个SBR均可在高盐废水体系实现高TOC去除率(>97%);R1和R2的NH_(4)^(+)-N去除率大于96%,而R3在50%~70%波动,可能是硫酸盐还原菌(Desulfovibrio和Fusibacter)在长厌氧推流进水过程产生的S^(2-)抑制了硝化反应。本研究结果可为高盐废水体系活性污泥造粒过程提供参考。