油气田微生物腐蚀与防护研究进展

结合笔者近年来所做的油气田微生物腐蚀领域的工作,以硫酸盐还原菌和铁氧化菌为代表性腐蚀性微生物,系统分析了油气田环境中微生物腐蚀机制及其影响因素。微生物腐蚀行为和机制与微生物的种类、材料、环境因素等密切相关,系统地统计和分析油气田腐蚀性微生物的种类和种群结构是微生物腐蚀研究基础。同时还探讨了缓蚀剂、杀菌剂及缓蚀杀菌剂在油田微生物腐蚀控制过程中存在的问题,最后针对油气田微生物腐蚀与防护研究现状,提出了一些思考和建议。     

发酵稻壳对亚铁离子和硫离子的吸附-解吸附特性

为了解发酵稻壳对Fe2+和S2-离子的固定潜力,采用静态批式法研究了发酵稻壳对Fe2+和S2-离子的吸附行为,探讨了反应时间、溶液中Fe2+和S2-浓度、溶液p H、吸附反应环境温度及溶液离子强度对发酵稻壳吸附Fe2+和S2-特性的影响,并进一步通过解吸附试验了解发酵稻壳吸附态Fe2+和S2-的稳定性.结果表明,发酵稻壳吸附Fe2+(r=0.912 1)和S2-(r=0.901 1)的动力学过程均符合Elovich动力学模型,且Fe2+(R2=0.965 1)和S2-(R2=0.936 6)的等温吸附特征可较好地用Freundlich等温吸附模型描述.发酵稻壳对Fe2+和S2-的吸附为非优惠型吸附,其中对Fe2+的吸附为非自发反应,对S2-的吸附为自发反应.发酵稻壳对Fe2+和S2-的吸附过程是一吸热过程,升温有利于吸附作用的进行,发酵稻壳对Fe2+的吸附主要为配位吸附,而对S2-的吸附主要为阴离子交换吸附.一定p H范围内(1.50~11.50)发酵稻壳吸附Fe2+和S2-具有较强的适应性.同时随着离子强度的增加发酵稻壳对Fe2+的吸附量有所增加,而对S2-的吸附量略有减少,进一步证明发酵稻壳对Fe2+的吸附以内层配位为主,对S2-的吸附以外层络合为主.此外,不同p H条件及离子强度下发酵稻壳吸附的Fe2+和S2-解吸率很低,解吸率均小于10.00%.上述结果说明,发酵稻壳对Fe2+和S2-具有较好的吸附能力和环境适应性,吸附态Fe2+和S2-稳定性好,不易再释放.     

苯甲酸盐厌氧驯化体系中三氯乙烯的还原脱氯特性

采用气相色谱法实时监测了厌氧条件下,以苯甲酸盐为唯一碳源的驯化活性污泥体系对三氯乙烯(TCE)的还原脱氯情况;同时,结合454焦磷酸测序和实时荧光定量PCR技术对该体系中的微生物群落结构及脱卤拟球菌(DHC)的数量进行分析.结果表明,该驯化体系在94 d内能将TCE完全去除,最终转化产物为一氯乙烯(VC),同时伴随大量的甲烷产生;体系中微生物的多样性很高,涵盖了16个门、33个纲、52个目、88个科和129个属,而且体系中约有51.2%的微生物的分类地位尚未明确,说明体系中还存在很多未知的功能菌;体系对TCE的降解过程其实就是还原脱氯菌与其它功能菌相互作用的结果,且起主要还原脱氯作用的是携带tce A功能基因的DHC.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

活化过硫酸盐对市政污泥调理效果的影响

常规污泥脱水技术只能将市政污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处理处置要求.活化过硫酸盐产生硫酸根自由基SO4·-具有强氧化性,可用于破坏污泥的絮体结构.本研究利用Fe2+活化过硫酸钠(SPS)的方法进行污泥调理,以到达改善污泥的脱水性能的目的.结果表明,当Fe2+与S2O2-8投加量(以绝干污泥计)分别为25.88 mg·g-1、80 mg·g-1(Fe2+与S2O2-8摩尔比为1.1∶1)时,污泥毛细吸水时间CST和污泥比阻SRF降低率最大,滤液中蛋白质和多糖浓度达到最大.进一步的研究表明,污泥Zeta电位值由负向正变化,颗粒比表面积增大,絮体由密集的团状变成结构松散的层状结构,污泥脱水性能提高.     

单级和两级串联臭氧-生物活性炭深度处理垃圾渗滤液的比较研究

使用单级和两级串联臭氧-生物活性炭(O3-BAC)处理垃圾焚烧渗滤液的二级生物处理尾水,比较研究了污染物去除效果.结果表明,臭氧投加量为200 mg·L-1时,两级串联O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为75.9%±2.1%、78.8%±2.9%和96.8%±0.9%,处理出水COD基本保持在100 mg·L-1以下,色度低于40倍,满足GB 16889-2008排放要求;而单级O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为68.2%±1.3%、69.7%±0.5%和92.5%±1.1%,处理出水COD和色度分别为150 mg·L-1和60倍,不能达到排放要求.单级O3-BAC在290 mg·L-1臭氧投加量下,才能达到两级串联O3-BAC在200mg·L-1臭氧投加量下的污染物去除效果.此外,两级串联O3-BAC在臭氧投加量200 mg·L-1时的总磷去除率为63.5%±4.4%,出水总磷浓度稳定在1 mg·L-1以下,直接满足GB 16889-2008排放要求.     

高指数晶面TiO2对铬的吸附及光催化去除

由工业生产引起的铬污染是环境领域面临的一大挑战.二氧化钛(TiO_2)材料因其吸附催化的双重作用在铬的去除方面具有潜在应用前景.利用溶剂热法合成高指数晶面TiO_2{201},对其进行SEM、TEM、XRD及XPS表征,并用于Cr(Ⅲ/Ⅵ)的吸附及Cr(Ⅵ)的光催化还原,以达到从水体中去除铬的目的.所合成的TiO_2{201}为锐钛矿相,呈蒲公英状的层级结构. Langmuir吸附等温线结果表明,TiO_2{201}对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为22. 7 mg·g-1和13. 2 mg·g-1,Freundlich模型拟合结果表明TiO_2{201}对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附均易于进行,其1/n均小于0. 5.在紫外光照条件下,TiO_2{201}作为光催化剂可将毒性较强且吸附去除效果较差的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),并以Cr(OH)3及Cr2O3的形式沉淀在TiO_2表面,XPS表征结果进一步证实了表面沉淀的存在.为探明TiO_2{201}光催化还原Cr(Ⅵ)的机制,分别研究光生空穴淬灭剂(EDTA-2Na)和光生电子淬灭剂(KBr O3)对Cr(Ⅵ)还原效率的影响,证明Cr(Ⅵ)的还原是由光生电子引起.     

Fe-NaA分子筛膜的制备及催化湿式H2O2氧化甲基橙溶液

采用湿法造纸、二次生长和湿法浸渍法合成了一种新型微纤复合Fe-NaA分子筛膜催化剂,并将其用于催化湿式H_2O_2氧化甲基橙溶液.首先通过湿法造纸和烧结工艺制备纸状烧结不锈钢微纤(PSSF)载体,然后采用二次生长法在PSSF上合成NaA分子筛膜,最后以九水硝酸铁(Fe(NO_3)_3·9H_2O)和微纤复合NaA分子筛膜为原料,利用湿法浸渍法制备微纤复合Fe-NaA分子筛膜催化剂.考察了连续固定床反应器中温度、床层高度、进料液流量和甲基橙入口浓度对甲基橙降解性能的影响,并测定了催化剂重复使用3次后的稳定性.结果表明,随温度及床层高度增加,甲基橙转化率先增加然后趋于稳定;随进料液流量增加,甲基橙转化率均大于95%,但COD脱除率略有降低,当流量分别为2、3和4 mL·min~(-1),固定床连续运转5 h时COD脱除率分别为81.9%、76.4%和69.8%;随甲基橙入口浓度增加,其转化率变化幅度很小.在pH=2、催化剂床层高度2.0 cm、温度70℃、进料液流量4 mL·min~(-1)、甲基橙浓度50～200 mg·L~(-1)、固定床连续运转5 h的条件下,甲基橙转化率超过96%,COD转化率大于67%,铁浸出浓度低于4 mg·L~(-1).催化剂被重复使用3次后,甲基橙转化率基本保持不变.     

钛基改性DSA电极氧化法去除水中全氟化合物

为了提高金属氧化物电极(DSA电极)的稳定性及催化活性,实现全氟化合物(PFCs)的高效降解,分别以溶胶涂覆法和电沉积法制备了改性DSA(Ti/SnO_2-ZnO)电极,并用于全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)的电化学降解过程研究.实验分别考察了电流密度、溶液初始pH、 PFOA与PFOS初始浓度对PFCs降解效果的影响.结果表明:两种方法制备的改性DSA电极表面均匀负载了SnO_2-ZnO复合涂层.在二维电极体系中,极板面积约为65.0 cm~2,电流密度为20.0 mA·cm~(-2),极板间距为15.0 mm,电解质为1.30 g·L~(-1)次氯酸钠溶液以及电解时间为150 min时,溶胶涂覆法和电沉积法所制备的Ti/SnO_2-ZnO电极对初始浓度为100 mg·L~(-1)的PFOA和PFOS分别在pH为3.50和6.50时去除效果最佳,分别达到了90.6%、94.6%和91.0%、93.7%;循环使用电极3次,其降解过程均符合准一级反应动力学,且电沉积法制备的电极效果优于溶胶涂敷法,表现出对PFCs类污染物稳定、高效的去除能力.