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

炼厂含油剩余污泥中有机污染物的厌氧降解机理研究摘要：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。关键词：炼厂含油剩余污泥，两相厌氧消化，水解酸化菌，石油类污染物Applied basic research on two phase anaerobic digestion of biological sludge from oil refinery Abstract：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.Keywords：Biological sludge from oil refinery，Two phase anaerobic digestion，Hydrolytic and acidogenic bacteria，Petroleum pollutant1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）1.1项目的研究意义随着我国城镇化建设和工业化进程的不断加快，城市污水和工业废水的产生量越来越大, 导致我国的污水处理事业发展迅速。据建设部统计数据显示，截至2012年3月底，我国累计建成城市污水处理厂3198座，污水的日处理能力达1.38亿立方米1。同时各个工厂企业也普遍建立了相应的废水处理设施，工业废水达标排放率达到了95.3%2。为了实现废水的达标排放，几乎每个污水处理厂都采用了活性污泥法作为污水的生物处理工艺。该技术具有成熟、成本低廉、处理效果稳定等优点3。然而活性污泥法在处理污水的同时会产生大量的剩余污泥，其产量（以含水率 97%计）约占污水处理总量的0.3%0.5%4。以炼油厂为例，每加工l吨原油就会产生0.73.5吨含油废水5，按照污泥产量为水处理总量的0.30.5%，每年加工4.2亿吨原油进行计算，我国炼厂每年将产生8.873.5百万吨污泥。这些污泥如果处理不当，其中大量的有害物质会导致二次污染，影响整个生态环境。因此，污泥的处理与处置作为污水处理的后继工序，是污水处理过程中必不可少的重要环节。然而与污水处理相比，污泥的处理与处置受到技术、资金、受关注程度等因素的制约，发展十分缓慢，尤其在毒性更强、处理难度更高的工业污泥方面，至今仍缺少有效的处理方法和科学、深入的研究。炼厂含油剩余污泥就是难处理的一种工业污泥，是炼化企业污水处理厂在处理含油废水的生化处理工艺中产生的伴生品。与城市生活污泥相比，炼厂含油剩余污泥成分更复杂且有毒有害污染物种类更加繁多。除含有简单的有机化合物外，还含有油、酚、单环芳烃、多环芳烃、芳香胺类和杂环化合物等6。近年来，随着我国加工原油中重质油组分的不断加大，加工废水中产生的难降解有机污染物不断增加。这些大分子难降解有机物大多是环境优先控制污染物，残留在污泥中随污泥排放后极易造成二次污染并危害人类健康。由此看来，炼油厂产生的含油剩余污泥具有产生量大、难生物降解组分含量高、综合利用方式少、处理难度大等特点，是目前污泥处理领域亟待解决的重大难题。含油剩余污泥中除上述难降解有机污染组分外，也含有大量的死亡微生物细胞、微生物代谢产物，包括多糖、蛋白质、脂类等物质。使含油污泥又是很好的有机资源，具有较高的热值(1.71.9103 kJ/kg)7。按照我国炼厂每年产生8.873.5百万吨的含油剩余污泥计算，其累计的可利用能量为1.514.01016焦耳。如果能充分、有效的利用这部分焦耳热，其产生的能量将相当于燃烧近304万吨的汽油（按照汽油的燃烧热为4.6107 J/kg进行估算）。因此，通过科学、有效的处理技术将含油剩余污泥中的有机资源转移并利用，实现“变废为宝”，必将产生不容忽视的环境效益和经济效益。目前，我国石油炼厂含油剩余污泥的处理还停留在简单的脱水后焚烧，这种处理方式会造成污泥中的有机污染物随着烟尘的扩散而污染空气；还有部分企业因为缺少污泥处理技术，采取了简单的浓缩沉降处理后，将剩余污泥转给农民或乡镇企业，导致二次污染事件屡有发生。这些粗放的处理方式不但是对一种可以回收利用的资源与能源的浪费，而且不符合我国可持续发展的战略要求和建设“美丽中国”的发展目标。因此，开展含油剩余污泥处理的相关基础研究具有重要的理论意义和现实意义，是“美丽中国”目标对石油加工行业含油污泥的处理与处置提出的迫切要求。深入开展这一领域的基础研究，可以为进一步开发“资源化”和“无害化”的炼厂含油污泥处理工艺提供理论依据与技术支持，并对我国石油加工行业的健康和可持续发展具有重要的理论和现实意义。1.2 国内外研究进展目前相对于工业污泥的处理，市政污水厂剩余污泥的处理较为成熟，主要采用污泥焚烧8、卫生填埋9和土地利用10等处理方法。据统计，德国有36.2%的市政污泥经焚烧处理，2.9%的污泥被卫生填埋，32.7%的污泥被土地利用；在美国污泥焚烧、卫生填埋和土地利用的比例分别占16.1%、34.0%和33.3%11。我国污泥的处理虽起步较晚，但自“十一五”规划提出后，城市污水厂剩余污泥的处理与处置开始受到重视。全国超过30%的城市污泥得到集中处理，其中20%被土地利用，10%经卫生填埋最终处置，还有少部分被焚烧12。虽然这些方法具有投资少、见效快、处理容量大等优点，但是在实际操作过程中都存在一些问题。例如，污泥焚烧对污泥的含水率有较高要求，增加了污泥脱水设备的运行难度，而且焚烧时产生的有毒有害气体随着烟尘的扩散而污染空气；卫生填埋占用了大量的土地资源，而且一旦选址不利，产出的渗滤液就会污染地下水带来严重的二次污染；土地利用虽然利用了污泥中的氮磷等营养元素，但是其中的重金属会随着农作物的生长而富集，同时污泥中的病原微生物、寄生虫卵也会通过各种途径传播，危害人畜健康，因而限制了这一技术的全面推广利用。由于这些传统方法还存在弊端，近些年来，污泥的处理新工艺、新方法的开发和研究开始逐步深入。这些研究在基于“资源化”处理原则的基础上取得了一些成果，其中主要包括将污泥脱水后制备成吸附材料13, 14或在高温条件下煅烧制备成砖、陶瓷等建筑材料15-17；在污泥中添加一定量的镁离子以生成鸟粪石沉淀的方式回收其中的氮和磷18；污泥水解发酵产挥发性脂肪酸19, 20、产氢气21, 22；污泥厌氧消化产甲烷23, 24等。对于炼油厂的含油剩余污泥，国内外几乎没有有效的处理与处置措施，也缺少系统、深入的研究。多数石油炼厂采用粗放的处理方式，将含油剩余污泥与碱度很高的化学污泥和高含油率的储油罐底泥（炼厂“三泥”）混合脱水后转移。而现有的研究报道也都局限于炼厂“三泥”的混合处理，例如高温焚烧25, 26、土壤修复27, 28、低温热处理29、湿式氧化法30等。尽管这些方法能够实现污染物的有效去除，但处理成本较高，很难将其推广应用，而且这些方法并没有有效回收含油剩余污泥中的资源和能源。中国石油安全环保技术研究院对中石油炼化企业的“三泥”进行了大量应用技术研究，提出了“浓缩-絮凝-脱水-干化无害化”油泥处理工艺。该工艺虽然实现了污泥中石油资源的回收，但需要超热蒸汽以超高速方式喷出，不但能耗较大而且对处理设备也有较高要求。目前仅有少数学者提出了炼厂含油剩余污泥的单独处理方法，Molt等31研究了高温热解气化技术处理炼厂的含油剩余污泥，并调查了氧气量、接触时间对裂解气成分以及产气量的影响。李志东等32, 33设计了内循环泥浓缩消化反应器对含油剩余污泥的厌氧消化处理进行了尝试。但对炼厂含油剩余污泥的处理仍缺少深入的研究。综上所述，我国污泥处理的整体水平不高，炼厂含油剩余污泥的处理方法及相关研究更加滞后。因此，开展含油剩余污泥处理技术的研究已迫在眉睫。事实上，无论如何完善的污泥处理技术，其产物进入自然环境仍可能产生一定的不利影响。因此，只有当废物被最终作为资源利用时，才能期望整个污泥的处理过程对环境有利。炼厂含油剩余污泥与城市污水厂剩余污泥相比，有机物含量更高，更具有资源化的利用价值。分析目前各种资源化方法的优、缺点，发现污泥制备成吸附材料或建筑材料主要利用了其中的无机组分，鸟粪石沉淀侧重于回收其中的氮和磷，这两种方法并没有回收利用污泥中含量巨大的有机资源。从技术经济的角度来看，可通过厌氧技术产挥发酸、产氢和产甲烷的方式实现油泥中有机资源的回收利用。污泥水解发酵产挥发性脂肪酸，产生的脂肪酸仍然存在于液相中，较难将其有效的分离提纯；发酵产氢气不但对反应条件和污泥成分有严格要求，而且如何实现连续产氢是该技术的最大难点。厌氧消化产甲烷操作条件温和，可以在有效去除有机污染物的同时产生甲烷，甲烷又是一种绿色能源可作为燃料或直接发电，燃烧相同质量的甲烷与汽油相比，可以减少约11%的二氧化碳排放量。而且，与目前应用最为广泛的好养生物处理技术相比，厌氧微生物处理技术节省了曝气设备和能耗。因此无论从技术的可实施性上，还是从经济的可操作性上，厌氧消化产甲烷都体现出了更大的优越性。 然而，含油剩余污泥由于其颗粒表面吸附了很多大分子长链烷烃、多环芳烃、含O、N、S杂原子的非烃等难降解有机物，使其厌氧消化过程缓慢。这些大分子有机物在厌氧条件下必将经历水解酸化，转化为挥发性脂肪酸等小分子有机酸后才能被产甲烷菌利用产生甲烷。这些有机物分子结构上的稳定性决定了其具有较高的化学键能，使其水解酸化过程缓慢，很大程度上制约了其厌氧消化效率。Schink34等对厌氧微生物降解不饱和石油烃的能力进行了研究，发现十六碳烯和三十碳六烯（鲨烯）在经历了412周的富集培养之后才能产生甲烷。Zengler等35报道了长链烷烃厌氧降解生成甲烷的研究，结果发现十六烷需经过4个月的富集培养之后才能开始产生甲烷。因而提高水解酸化效率是厌氧消化处理含油剩余污泥的关键所在。1.3 两相厌氧消化处理含油剩余污泥本项目在分析前人研究的基础上，并结合厌氧消化的3阶段理论，提出采用两相厌氧消化技术处理含油剩余污泥。两相厌氧消化是将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个串联的反应器内并提供各自所需的最佳条件，通过水解酸化和产甲烷过程的分离，使这两类微生物菌群都能发挥其最大的活性36。虽然厌氧过程中的产酸菌群和产甲烷菌群在营养要求、生理代谢、繁殖速度和最适环境条件等方面，存在很大的差异，但由于产甲烷菌的世代周期更长、对生长环境的条件要求更严格，所以在传统的单相厌氧反应器中，都是首先按照产甲烷菌的要求来选择运行条件，这样就牺牲了水解酸化菌的部分功能，使得以水解酸化为主要限速步骤的难降解有机物的厌氧消化效率低下，产甲烷启动时间长。两相厌氧消化强化了产酸相的功能，不但通过产酸相提高消化底物的可生化性，为产甲烷相提供溶解性有机酸，而且对产酸相的独立控制也能起到缓冲水力负荷和水质波动的作用37, 38。与传统的单项厌氧消化相比，两项厌氧消化效率更高、效果更稳定、抗冲击负荷能力更强，在处理高浓度有机废水39, 40、工业污泥41、以及城市固体废物42等方面有着明显的优势。由此可见，两相厌氧消化在处理炼厂含油剩余污泥方面值得尝试和深入探索。该技术的关键是找到制约含油剩余污泥厌氧消化效率的主要影响因素，筛选出针对难降解有机物的高效水解酸化微生物，并探究出微生物间的协同作用机制和难降解有机物的水解酸化机理。上述关键问题的突破将填补厌氧微生物处理含油剩余污泥方面的科学空白。综上所述，本项目拟采用现代仪器分析手段对含油剩余污泥有机污染物组分进行深入的分析，针对含油污泥的复杂有机组成特征培养相应的高效水解酸化菌，并构建两相厌氧消化处理系统。通过对微生物群落结构、各微生物之间的协同作用、代谢特点的分析，研究微生物对大分子有机污染物的降解机理以及厌氧消化过程的运行机制，初步建立含油剩余污泥的两相厌氧消化基础理论。为进一步实现石化企业含油剩余污泥处理的无害化和资源化奠定科学的理论基础。参考文献1 中华人民共和国住房和城乡建设部. 关于全国城镇污水处理设施2012年第一季度建设和运行情况的通报. 2 中华人民共和国环境保护部. 工业污染物排放达标情况. 3 Liu Y. 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380-387.2.项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键科学问题。（此部分为重点阐述内容）2.1研究内容（1）含油污泥中有机组成剖析及高效水解酸化菌的开发含油剩余污泥中除含有大量的无机成分外，有机相成分复杂，含有大分子长链烷烃、多环芳烃、杂环化合物等有机物，拟采用ICP-MS、GC-MS、FT-ICR-MS等先进分析技术对油泥中的无机成分及有机组成结构特征进行深入的剖析。根据含油污泥有机组分的化学组成特点，通过对水解酸化菌的筛选、分离、富集培养等生物技术，培育/开发高效厌氧水解酸化微生物。（2）含油剩余污泥水解机理、石油烃类难降解有机物的厌氧生物降解机理研究深入研究含油剩余污泥的水解动力学、酸化转化过程和微生物的共代谢机理，探讨石油类有机物对污泥水解过程的影响以及水解产物的释放对难降解有机物产酸发酵过程的促进作用。（3）产酸发酵相和产甲烷相微生物生理生态特征研究水解酸化和产甲烷相都是由混合微生物菌群组成的复杂生物系统，水解酸化相优势菌群不同会导致不同的产酸发酵类型和发酵产物，产甲烷相优势菌群不同会影响水解酸化末端产物的选择和甲烷转化效率。通过对两相微生物形态的观察，并借助分子生物学手段，分析微生物群落结构及演替过程，以及不同菌种间的依存或竞争关系，可以揭示微生物间的协同作用规律，从微生物角度对含油剩余污泥两相厌氧消化系统中的产酸发酵和产甲烷过程做出解释。2.2研究目标深入研究含油剩余污泥中有机组成结构特征，开发高效含油剩余污泥水解酸化菌并建立两相厌氧消化产甲烷处理炼厂含油剩余污泥系统。通过对污泥水解机理、石油类难降解有机物厌氧酸化机理的研究以及产酸发酵和产甲烷相微生物生理生态特征研究，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。2.3拟解决的关键问题（1）含油剩余污泥中有机组成结构分析含油剩余污泥中的有机组分具有相对分子质量分布范围宽、结构复杂等特点，充分剖析石油类有机物的组成结构特征是开展水解酸化菌的开发和两相厌氧消化机理研究的基础和前提。（2）高效石油组分难降解有机物水解酸化菌的开发含油剩余污泥由于其吸附了大量石油烃类等难降解有机物，使其与市政污水厂剩余污泥相比处理难度更大。提高这类有机物的厌氧可生化降解性，尤其是开发高效的以石油烃类有机物为底物的水解酸化菌，使水解酸化作为厌氧消化产甲烷的第一步能够顺利进行，是解决厌氧消化技术处理含油剩余污泥的关键。（3）厌氧微生物菌群职能及协同作用机制研究不同种属厌氧微生物之间一般存在协同作用，因为一种酶或微生物的共代谢产物可以成为另一种酶或微生物的共代谢底物，所以微生物的共代谢作用对难降解有机物的分解起着重要作用。厌氧微生物菌群功能及协同作用规律是建立两相厌氧消化处理含油剩余污泥理论的基础。3. 拟采取的研究方案及可行性分析。（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明）3.1 拟采取的研究方案含油剩余污泥污染物成分分析，包括石油烃类特征污染物、营养组成等针对污泥C/N、pH、微量元素含量等对其进行前处理借助高分辨质谱等分析石油类污染物组成特征开发高效水解发酵菌，开展两相厌氧消化实验接种污泥后筛选、分离、富集培养出高效水解发酵菌确定水解酸化和产甲烷相的最佳操作参数产甲烷相物质转化规律产甲烷相水解发酵液末端产物产甲烷过程研究水解酸化相污泥水解及石油类厌氧酸化过程研究水解动力学微生物生理生态特征产酸发酵途径和机理碳平衡分析微生物生理生态特征两相厌氧消化系统连续运行，考察有机物降解、产气性能及资源能源回收效果（1）含油剩余污泥污染物组成成分分析：以辽河石化等石油炼厂含油剩余污泥为研究对象，通过常规分析COD、TOC、BOD、TS、VS、TN、NH3-N、TP、碱度、pH等，初步判断含油剩余污泥的可生化性，计算C/N/P比例是否满足厌氧微生物生长需要，考察pH和碱度是否符合微生物生长条件，如果不满足可以添加一部分营养物质，或添加酸碱调节pH。采用ICP、ICP-MS分析污泥中Na、K、Ca、Mg、Ni、Co、Zn、Cu等金属离子含量，考察是否满足厌氧微生物生长需要，如果不满足可以添加适量营养元素。采用GC-MS对非极性、弱极性石油烃类组分进行分析；采用LC-MS分析极性有机组分；采用红外光谱仪分析有机物基团和成键情况；利用最先进的傅里叶变换离子回旋共振高分辨质谱（FT-ICR-MS）分析含油剩余污泥中高相对分子质量、强极性有机组分。通过上述分析揭示污染物的组成结构特征。（2）两相厌氧消化反应装置的构建及高效水解酸化菌的开发：采用完全接触式反应器作为水解酸化和产甲烷相反应器进行批式实验，采用活性污泥接种水解酸化反应器、厌氧污泥接种产甲烷相反应器，按照不同相微生物的生长要求，分别培养水解发酵菌和产甲烷菌。通过保持水解发酵相pH在46、污泥停留时间在14h，梯度增加含油剩余污泥有机负荷及石油烃类特征污染物浓度，长期驯化水解酸化微生物，并开发高效的含油剩余污泥水解发酵菌。分别以含油剩余污泥和特征石油烃类有机污染物为研究底物，考察不同影响因素（pH，HRT，OLR，ORP、温度等）对厌氧消化效果的影响。（3）水解酸化相污泥水解及石油烃类厌氧酸化过程研究：a）水解机理研究：建立一级水解模型和Monod模型，通过在不同水解时间颗粒污泥粒径变化及溶解性有机物含量变化，求解污泥水解动力学速率常数，研究污泥的水解动力学。实验研究额外添加特征有机污染物的条件下，通过IUPAC标准方法测试纤维素、半纤维素水解酶活性的变化，以及蛋白质、碳水化合物、脂肪的浓度变化，考察污泥表面吸附的难降解石油烃类污染物对微生物水解酶的释放、对细胞壁的破壁作用以及整个水解过程的影响，进而对含油剩余污泥水解的微观现象进行理论上的解释。b）产酸发酵途径和机理研究：分别研究以石油烃类特征污染物和含油剩余污泥为底物条件下，不同初始pH值、容积负荷、氧化还原电位、接种污泥类型及浓度等，对产酸发酵类型的影响，通过测试产酸发酵末端产物包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乙醇以及中间产物环烷酸、高级脂肪酸等的浓度变化情况，并采用FT-ICR-MS技术，从中间产物的化学组成和结构出发，研究含油剩余污泥及石油烃类的产酸发酵途径和机理。实验研究不同浓度的多糖、蛋白质、脂肪等条件下，石油烃类特征污染的水解酸化过程，包括产酸类型、效率、酸化程度等。从微生物的共代谢角度，解释污泥中易降解有机物对难降解有机物厌氧降解过程的促进作用。c）产酸发酵微生物生理生态特征研究：通过显微镜、电子扫描电镜以及透射电镜直观观察微生物形态，通过ATP试剂盒和荧光显微镜测试产酸发酵相微生物的活性。借助分子生物学手段，包括DNA 长度多态性指纹图谱、变性/温度梯度凝胶电泳等分析系统中微生物群落结构及演替过程。进一步对水解酸化微生物进行分离、纯化，并通过16SrDNA、实时荧光定量PCR和克隆文库技术，构建优势种群的系统发育树，分析不同菌种间的依存关系或竞争关系，揭示其协同作用规律。（4）产甲烷相水解发酵液末端产物产甲烷过程研究：a）产甲烷相物质转化规律研究：研究产酸发酵液VFA浓度、组成成分变化、高级脂肪酸含量、pH对产甲烷相产气效果、气体成分、有机物去除率、微生物组成、产甲烷菌浓度及产甲烷菌活性的影响。b）产甲烷微生物生理生态特征研究：通过显微镜、电子扫描电镜以及透射电镜直观观察微生物形态，初步判断甲烷菌优势菌属。通过ATP试剂盒和荧光显微镜测试产甲烷相微生物的活性。借助厌氧操作台制备产甲烷菌培养基，借助厌氧培养箱对产甲烷菌进行分离、纯化，采用MPN计数法测试甲烷菌的数量。并利用分子生物学手段，16SrDNA和克隆文库技术对产甲烷相优势菌种进行鉴定。（5）两相厌氧消化处理炼厂含油剩余污泥的长期连续运行研究根据初始液相、处理后液相及气相总碳含量建立总碳平衡，考察有机碳向甲烷相和微生物细胞相的转化情况。根据总碳平衡和含油剩余污泥中有机组分的去除率，评价两相厌氧消化处理含油剩余污泥的污染物去除性能；根据总产气量及甲烷含量、维持中温消化所需的能量输入和反应器热能损失，评价两相厌氧消化处理含油剩余污泥的能源回收效果。3.2 可行性分析厌氧消化技术在处理工业有机废水以及城市污泥等方面都有较为理想的效果，但处理含油剩余污泥方面研究并不深入。研究者认为两相厌氧消化可以通过优化水解酸化微生物的生长条件、强化难降解有机物高效厌氧降解菌的功能，在含油剩余污泥的厌氧处理效能上取得突破，使得厌氧消化技术能够进一步深入到石化企业含油剩余污泥的处理上。申请者本人长期从事高效厌氧消化反应器的开发、厌氧消化处理技术的应用基础研究等工作，在厌氧微生物培养及群落结构分析等方面具有一定的实践经验，为本项目的顺利开展奠定了坚实的基础。中国石油大学（北京）环境工程研究中心、重质油国家重点实验室拥有常规水质分析、微生物生理生化分析、DGGE、GC-MS、SEM、TEM、高分辨质谱等仪器设备，为项目的顺利开展提供了良好的分析平台。项目的主要研究人员长期从事石油石化行业水污染治理、石油污染土壤/地下水的微生物修复等的研究工作，主持了多项石油烃类污水处理工程项目的研究和实施，首次将FT-ICR-MS分析技术应用于水中有机污染物剖析，成果已发表在2010年Electrochimica Acta期刊上，为本项目的顺利开展提供了良好的技术支持。4. 本项目的特色与创新之处。通过对炼厂含油剩余污泥难降解有机污染物组成结构特征的深入分析，开发高效石油烃类产酸发酵菌并首次提出构建两相厌氧消化系统处理炼厂含油剩余污泥。深入研究两相厌氧消化系统中两相微生物生理生态特征、协同作用机制以及有机物的厌氧消化途径，为构建以石油烃类为特征污染物的含油剩余污泥两相厌氧消化理论提供科学依据。相关研究成果和理论上的突破将为以厌氧生物处理技术为核心的含油剩余污泥“资源化”和“无害化”奠定基础。5. 年度研究计划及预期研究结果。（包括拟组织的重要学术交流活动、国际合作与交流计划等）5.1 年度研究计划2014年1月2014年12月（1）含油剩余污泥成分分析；（2）高效水解酸化菌培养驯化；（3）高效产乙酸产甲烷菌培养驯化；（4）完成石油烃类有机物高效水解酸化菌的开发。2015年1月2015年12月（1）构建两相厌氧消化装置并开展实验室小试批实验；（2）含油剩余污泥水解动力学及产酸发酵途径和机理研究；（3）产甲烷相物质转化规律研究；（4）水解酸化及产甲烷相微生物生理生态特征研究。2016年1月2016年12月（1）构建含油剩余污泥两相厌氧消化工艺；（2）两相厌氧消化工艺长期运行效果；（3）分析评价系统能源回收性能。5.2 预期研究成果（1）构建出高效水解酸化-产甲烷两相厌氧消化系统，揭示含油剩余污泥两相厌氧消化的运行机制。（2）发表高水平学术论文3篇。（二）研究基础与工作条件1、工作基础（与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩）中国石油大学（北京）化工学院环境工程系自1989年成立以来，长期从事环境污染治理工程及技术开发的研究，近年来利用微生物技术进行环境治理方面的研究获得了包括863项目（特殊环境微生物资源的开发利用技术：盐碱、厌氧环境下极端微生物功能基因的筛选（2007AA021306）在内的多项省部级以上科研资金的资助，并取得了一系列的科研成果，为本项目的顺利开展打下了扎实的研究基础。2、工作条件（包括已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径，包括利用国家实验室、国家重点实验室和部门开放实验室等研究基地的计划与落实情况）项目组成员均为中国石油大学（北京）环境工程系研究人员，研究领域主要集中在环境化学分析、水污染及固废治理、微生物技术等方面。中国石油大学（北京）化学工程学院环境工程系有教授6名，副教授2名，每年招收博士生4-6名，硕士生20-30人。课题组主要成员长期从事“石油石化行业污染控制”、“微生物技术处理含油污水”等方面的教学与科研工作。课题组依托重质油国家重点实验室、中国石油天然气集团公司重点实验室和油气污染防治北京市重点实验室，拥有完善的常规水质指标、有机污染组成、微生物生理生化特征等分析手段。如TOC仪、GC-MS、LC-MS、ICP-MS、FT-ICR-MS等有机、无机污染物成分分析仪器；显微镜、扫描电镜、透射电镜等微观表征分析仪器；以及PCR仪、DGGE电泳仪、凝胶成像系统等分子生物学仪器。实验研究与机理研究所涉及到的分析、测试主要在中国石油大学（北京）内部进行。涉及微生物优势菌种的鉴定可在中科院微生物所进行。本项目属于含油污泥处理的应用型基础研究，课题组的智力资源与分析测试条件为本课题的顺利开展提供了良好的工作条件。3、申请人简介（包括申请人的学历和研究工作简历，近期已发表与本项目有关的主要论著目录和获得学术奖励情况。论著目录要求详细列出所有作者、论著题目、期刊名或出版社名、年、卷（期）、起止页码等；奖励情况也须详细列出全部受奖人员、奖励名称等级、授奖年等）个人简介（应包含本项目中承担的任务）王庆宏，中国石油大学（北京），化学工程学院，讲师。2012年7月获得筑波大学（日本）可持续发展与持续环境学专业博士学位，博士学位论文题目为“高氨抑制型甲烷发酵厌氧消化反应器的开发研究”。并以高效厌氧和生化处理技术作为今后的重点研究方向。在本申请项目中，将承担总体实验设计、厌氧降解机理研究等关键任务。受教育经历:2009/09 2012/07， 筑波大学（日本）， 生命环境科学学院，博士2006/09 2009/07， 中国地质大学（北京）， 水资源与环境学院，硕士2002/092006/07， 中国地质大学（北京）， 水资源与环境学院，学士研究工作经历:2012/11今，中国石油大学（北京），化学工程学院，讲师主要论著：1.Qinghong Wang, Chuanping Feng*, Yingxin Zhao, Chunbo Hao. Denitrification of nitrate contaminated groundwater with a fiber-based biofilm reactor. Bioresource Technology, Volume 100, Issue 7, 2223-2227, 2009.2.Qinghong Wang, Yingnan Yang*, Cang Yu, He Huang, Mijung Kim, Chuanping Feng, Zhenya Zhang. Study on a fixed zeolite bioreactor for anaerobic digestion of ammonium-rich swine wastes.Bioresource technology,Volume 102, Issue 14, 7064-7068, 2011.3.Qinghong Wang, Yingnan Yang*, Dawei Li, Chuanping Feng, Zhenya Zhang. Treatment of ammonium-rich swine waste in modified porphyritic andesite fixed-bed anaerobic bioreactor, Bioresource Technology, Volume 111, Issue 70, 70-75, 2012.4.Qinghong Wang, Yingnan Yang, Dawei Li, Chuanping Feng, Zhenya Zhang*. Evaluation of a Ca-modified porphyritic andesite for ammonium removal in the anaerobic digestion process, Environmental Technology, 1-7, online 2012.5.Qinghong Wang, Chuanping Feng*, Yingxin Zhao, Chunbo Hao. Nitrate removal from groundwater by a biofilm reactor. Proceedings of the International Conference on Advances in Chemical Technologies for Water and Wastewater Treatment, 625-632, xian,20086.Chunguang Liu, Yingnan Yang*, Qinghong Wang, Mijung Kim, Qingrong Zhu, Dawei Li, Zhenya Zhang. Photocatalytic degradation of waste activated slud