电动力耦合生物技术处理船舶含油污水的研究

作     者：王祝龙 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：马强;周碧池

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：生物技术 含油污水 电动力技术 响应曲面法 

摘      要：船舶含油污水是造成海洋生态环境污染的主要源头之一,为了减少船舶含油污水对海洋生态环境的污染,不仅需要减少非必要的船舶含油污水产生而且需要高效的船舶含油污水处理技术,单一处理工艺难以快速并彻底降解船舶含油污水中的石油物质。本文以电动力耦合生物技术处理船舶含油污水为研究对象,设计船舶含油污水处理试验台三维Solid Works模型、搭建试验台、构建复配噬油菌群、制备固定化载体、探究影响处理效果的因素、利用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)优化分析试验台处理条件。主要研究内容如下: (1)设计了一种基于电动力耦合生物技术处理船舶含油污水的试验台。首先,明确了电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台的设计目标,通过船舶运动姿态分析、试验台工艺流程、电极排布方式确定了试验台的关键技术参数,完成了电动力耦合生物技术处理含油污水试验台总体方案设计;其次,对试验台各部分进行结构设计,包括船舶含油污水储存舱设计、船舶含油污水处理罐设计、试验台供电单元选择以及其他设备的确定与选型。最后,使用Solid Works完成了试验台的三维建模与虚拟装配,确定了电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台设计的合理性和可装配性,依照三维模型完成了试验台安装并调试。 (2)构建复配噬油菌群,解决单株菌油污降解效果差的问题;制备一种新型甘蔗渣基生物炭固定化载体,提升菌群聚集和抗逆能力。通过对实验室前期从渤海滩涂含油土壤和船舶含油污水中筛选得到的十株菌株进行牛津杯抑菌实验,发现001#、003#、007#、009#和010#两两之间菌株无拮抗可以共生,因此选用这五株菌株按照1:1:1:1:1菌株比例进行构建菌群,复配菌群通过7 d降解实验石油烃降解率达到49.52%。对农业废料中的甘蔗渣进行炭化处理,制得甘蔗渣基生物炭。以甘蔗渣基生物炭为碳源,辅以生物相容性较好的海藻酸钠(SA)和聚乙烯醇(PVA)制得包埋液,将包埋液与含有柠檬酸(CA)和氯化钙的交联剂低温交联数小时,制得甘蔗渣基生物炭固定化载体。当PVA浓度为10 g/L,CA浓度为15 g/L,SA浓度为20 g/L,甘蔗渣基生物炭浓度为4 g/L,低温交联24 h时,得到的甘蔗渣基生物炭固定化载体各项性能最佳,具有可漂浮,形状规则,良好的机械强度,能够有效地固定微生物。采用包埋法将菌群固定化后处理效果达到了57.91%,其处理效果提升了8.39%。 (3)通过单因素实验研究不同电极排布、电极材料、电场强度对电动力耦合生物技术处理船舶含油污水的影响。设计了四种电极排布方式,通过对比相同条件的7 d石油烃降解率发现,正六边形电极排布方式得到的试验台处理含油污水效果最佳。选取不同的材料为试验台的电极材料,对船舶含油污水进行7 d石油烃降解实验,对比实验结果和考虑环境因素发现,石墨作为试验台的电极材料为最佳。通过控制试验台的电场强度进行7 d石油烃降解实验,发现当电场强度为1.0 V/cm时,石油烃降解率为81.07%,其处理效果最佳。 (4)利用RSM优化分析试验台处理条件。通过单因素实验研究含油污水的温度、p H、盐度对试验台处理含油污水效率的影响,研究结果发现当温度为30℃、p H为7、盐度为3 g/L时,其处理效果最佳。利用RSM中Box-Behnken设计法,对污水的温度、p H、盐度的建立三因素三水平实验,构建一个回归模型。回归模型预测试验台7 d石油烃降解率为83.25%,实验测得真实石油烃降解率为81.79%,误差小于2%,证明该模型可靠,可用于试验台7 d石油烃降解率的优化分析。并通过对取自贵池轮污水柜的含油污水进行处理,验证了电动力耦合生物技术处理实船含油污水有着高效的油污去除效果。电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台的设计为生物技术处理含油污水在船舶上的应用提供了技术支持,为解决船舶含油污水污染问题提供了一条新途径。