微生物處理水基鉆井固廢技術應用＊

萬書宇 余思源 何天鵬 舒 暢 閆瑞景 李 輝

(1.中國石油川慶鉆探公司川西鉆探公司；2.中國石油川慶鉆探公司安全環保質量監督檢測研究院)

0 引 言

水基鉆井固廢通常指采用水基鉆井液鉆井產生的固體廢物，主要是清掏循環罐、廢水處理產生的泥渣以及鉆井過程產生的巖屑[1]，按照《國家危險廢物名錄》(2016年)規定，水基鉆井固廢不屬于危險廢物。一般水基鉆井固廢的特點為：pH值9～12，具有較高的含水率，COD在5 000～20 000 mg/L。以往各大鉆探公司主要采取固化填埋法、焚燒法等處置水基鉆井固廢，在特定時間段對污染防控起到積極作用。隨著新環境保護法的頒布，地方政府加大了對環境保護的管控，水基鉆井固廢的處置要求也進一步提高，傳統處理工藝已很難滿足現階段環保需求。早在20世紀90年代，發達國家為解決水基鉆井固廢處置的問題，已經開始研究使用微生物處理水基鉆井固廢，取得了較大進展，因微生物處置過程不會對環境產生二次污染，同時能有效降解水基鉆井固廢中的有害物質，對水基鉆井固廢處置有極大參考價值。

1 水基鉆井固廢處置技術現狀

1.1 直接填埋法

直接填埋法是指固體廢物未經處理直接堆放在井場預先挖好的儲存坑里，借助自然條件蒸發干燥，隨后用表層土壤覆蓋[2]。

該種方式成本低，工序簡單。但是該種方式僅將水基鉆井固廢中的水分蒸發，未對其中的有害物質進行處置。遇到地下水豐富、暴雨、儲存坑垮塌后，將對周邊水系、土壤造成重大污染，該種方法在主要鉆井區逐漸被國家明令禁止。

1.2 焚燒法

焚燒法是將水基鉆井固廢投入到焚燒爐或回轉爐中，利用高溫將固廢中的有害物質變為無害物質，同時對部分有害物質進行充分穩定、包裹。

這種方式雖然能快速處理部分有毒有害物質，但是將鉆井固廢運輸至處理廠存在一定的環保風險，且水基鉆井固廢中的部分無機物并不能通過焚燒的方式去除。如果焚燒溫度控制不合適、焚燒不完全，將排放大量有毒有害氣體。焚燒結束后，還需要對焚燒的殘留物進行二次處理，處理費用高，處理過程中也存在一定的安全環保風險。

1.3 固化填埋法

固化填埋法基于鉆井液中具有一定的固相，通過加入化學固化劑發生物理化學反應，降低其瀝濾性，防止有害成分的遷移擴展[3]，最后再將固化體填埋。

該種方式是目前較為常用和技術成熟的處理方式。通過調節pH值，加入脫色劑、固化劑等后形成固化體。通過浸泡試驗證明該種方式固化體浸出液主要污染物符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準，污染物被固定在固化體內，有效地減小了污染物對周邊環境的影響。但是固化體長期填埋地下，存在很多不可控因素。同時，固化過程消耗大量材料[4]。

1.4 微生物處置法

微生物處置法又叫生物修復法，是指利用微生物生命代謝活動降解或減少土壤和水體中的有機污染物或重金屬使其無害化，使受污染的環境區域部分或完全恢復到初始狀態的過程[5]。

該方法相比焚燒法，不產生二次污染，無廢氣排放；相比固化填埋法，對鉆井固廢中的有害物質進行了消解，轉化成無害的二氧化碳和水。在降解過程中，不需要大量人力物力投入，節省了資源。

2 X3井鉆井固廢微生物法應用情況

2.1 X3井基本情況

X3井所在地區年平均氣溫17.5～18.0 ℃，完井后現場殘留固體廢物1 014 m3，含水率80%～90%。井場內修建廢水池4個，巖屑池1個，池壁均采用條石堆砌，地基牢固。實地勘測后認為該井中后期均采用聚磺類體系鉆井液，且該地區晝夜溫差不大，全年氣溫變化較小，適合微生物菌種B的生長繁殖，決定采用微生物菌種B對X3井的鉆井固廢進行處置。微生物菌種B的篩選過程按照聚磺類體系鉆井液微生物降解菌篩選方式進行篩選[6]。

X3井巖屑池和廢水池位置示意見圖1。

為施工方便，在1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池，對X3井產生的水基鉆井固廢進行微生物處置。

注：1#池為巖屑池，2#、3#、4#池為廢水池，5#池為殘酸池。圖1 X3井巖屑池和廢水池位置

2.2 前期準備情況

2.2.1 鉆井固廢預處理

現場存放于巖屑池中的固體廢物含水率較高，含氧量低，不適合好氧微生物的生長，直接影響處理效果，需對鉆井固廢進行預處理。

1)加入破膠劑A，使用量為5～6 kg/m3，混合攪拌，同時對污泥進行充分曝氣，使其中的水分盡量游離出來，轉移儲存水分。

2)待鉆井固廢不再出現明顯滲水后，進行翻土，使其盡量分散。

鉆井固廢預處理工藝流程見圖2。

圖2 鉆井固廢預處理工藝流程

2.2.2 廢水池防滲

現場將使用1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池作為微生物處理技術的處理池。1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池采用條石堆砌，部分池壁出現損壞，直接使用存在垮塌風險。在進行微生物處理前對廢水池壁及池底進行防滲及加固處理。

1)先將池內鉆井固廢轉移至4#廢水池、5#殘酸池，對池底污物進行清理。清理池底后，池底采用10 cm C20混凝土澆筑，提高池底承壓能力，保證填裝鉆井固廢后池底不開裂；

2)清理池壁附著物，對破損開裂、滲漏池壁進行修復。在條石接口處開V形槽，采用防水砂漿勾縫，再做20 mm水泥砂漿抹面，候凝48 h后涂三層防滲涂料。

廢水池防滲工藝見圖3。

圖3 廢水池防滲工藝流程

3)完成1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池的防滲處理后，再將4#廢水池、5#殘酸池內暫存的水基鉆井固廢轉移至1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池內，每個池內水基鉆井固廢不超過單個池容積一半。

2.2.3 水基鉆井固廢檢測

對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池鉆井固廢進行取樣檢測。樣品顏色為黑褐色，有明顯油味，對其中鎘、鉻、砷、鉛、汞進行檢測。同時對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池中的鉆井固廢浸泡48 h后，對浸出液的pH值、COD、氯化物、石油類進行了檢測。檢測結果見表1、表2。

從檢測結果可以看出，鉆井固廢重金屬鎘、鉻、鉛、汞濃度達到GB 15618—2018 《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》，砷濃度超標。

表1 水基鉆井固廢重金屬檢測結果 mg/kg

*GB 15618—2018 《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)。

表2 水基鉆井固廢非重金屬檢測結果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。

從檢測結果可以看出，鉆井固廢浸出液pH值、COD、石油類均不能達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。

2.3 施工處理

1)將1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池內水基鉆井固廢進行疏松。

2)加入0.5%(質量比)菌種B。加入菌種B時，充分攪拌，使菌種均勻分散到鉆井固廢中。攪拌均勻后，加入池1/2容積的井場棄土土壤(使用前晾干)，邊加土壤邊攪拌，直至土壤和鉆井固廢攪拌均勻，控制“土壤-鉆井固廢”混合物的含水率為22%～25%。

3)鉆井固廢和土壤攪拌均勻后，在其最上層覆土5～10 cm。

4)對各處理池表面鋪設遮雨布，并疏通處理池周邊排水溝，杜絕雨水及山水進入生物處理池。

5)每周對遮雨布進行檢查，及時修復破損的遮雨布，疏通堵塞的排水溝。3個月后，檢測處理效果。

2.4 效果評價

挖土30 cm，發現1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池水基鉆井固廢顏色從原來的黑褐色變為泥黃色，外觀已看不出和土壤的區別，嗅覺上也無特殊氣味。鉆井固廢溶水后，浸出液無黑色，呈灰濁色。

對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池水基鉆井固廢中的鎘、鉻、砷、鉛、汞、鎳進行檢測；對水基鉆井固廢浸泡48 h后，對浸出液的pH值、COD、氯化物、石油類進行檢測。檢測結果見表3、表4。

從檢測結果可以看出，鉆井固廢重金屬鎘、鉻、砷、鉛、汞濃度符合GB 15618—2018 《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》，滿足耕作要求，說明砷被微生物有效降解。

從檢測結果可以看出，鉆井固廢浸出液pH值、COD、氯化物、石油類符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。證明水基鉆井固廢被微生物處置后，COD、氯化物、石油類得到有效降解。

表3 處理后水基鉆井固廢重金屬檢測結果 mg/kg

*GB 15618—2018 《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》。

表4 處理后水基鉆井固廢非重金屬檢測結果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。

3 結 論

1)X3井使用微生物處理水基鉆井固廢效果較好，處理后的土壤-鉆井固廢混合物的污染物指標達到GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》，浸出液符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。

2)微生物處理水基鉆井固廢可以對污染物進行有效降解，對砷、COD、氯化物、石油類去除效果明顯。同時該技術減少了材料消耗，較好地對鉆井固廢進行了無害化處理。

3)微生物處理水基鉆井固廢雖然有一定效果，但處理周期較長，微生物對周邊生態環境有一定要求，具有一定的局限性。需進一步研究污染物在植物內遷移規律，以及培育處理周期短，適應范圍廣的菌種。