生物處理技術(shù)實現(xiàn)油氣田鉆井固體廢物土壤化利用的探索

徐炳科，徐 波

(西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川 成都 610041)

石油工業(yè)的發(fā)展，對我國的國民經(jīng)濟起了重要的推動作用，但在石油天然氣的勘探開采過程中，不可避免地產(chǎn)生了大量鉆井固體廢物，它是油氣田勘探開發(fā)過程中的主要污染源之一。以往鉆井固體廢物大多采用固化填埋方式處理，既占用大量寶貴的土地資源，又存在一定的環(huán)境污染隱患[1-3]。隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和對環(huán)境保護重視程度的提高，改變傳統(tǒng)的鉆井固體廢物處理方式，研究和探索一種無害化處理和資源化利用的新方法，對于保護區(qū)域環(huán)境，保障石油工業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展，實現(xiàn)土地的可持續(xù)利用都具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 國外鉆井固體廢物生物處理技術(shù)發(fā)展

鉆井固體廢物生物處理技術(shù)主要是利用微生物或其它生物的生理活動，將鉆井固體廢物中有毒有害的石油烴類有機污染物降解成二氧化碳和水或轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)[4]。同其他處理技術(shù)相比，生物處理技術(shù)因具有工藝簡單、成本低、效果好、無二次污染等顯著優(yōu)點而備受國內(nèi)外關(guān)注，如何利用生物技術(shù)解決石油污染及鉆井固體廢物的處理問題是各國政府所提倡的研究課題[5]。

早在20世紀五六十年代，發(fā)達國家就開始了對鉆井固體廢物的生物處理技術(shù)研究[6-7]，對各種鉆井固體廢物進行生物毒性實驗及生物降解實驗。針對鉆井固體廢物的生物處理較為常用的方法有：土地耕作法和堆肥法等[8-10]。

1.1 土地耕作法

土地耕作法是將鉆井固體廢物按一定的比例撒到土壤表面，再用耕作機械將其與土壤混合均勻，利用土壤自身的凈化特性如吸收、吸附、生物降解鉆井固體廢物中的污染物，從而達到無害化處理的目的[11]。采用土地耕作法處理鉆井固體廢物需要投入肥料以平衡土壤中C、N、P三者的比例，并通過調(diào)節(jié)土壤濕度和pH值，以優(yōu)化烴類生物的降解條件；同時還需翻耕土壤，使之充氧并使石油烴類在土壤中均勻混合。土地耕作法處理鉆井固體廢物最大優(yōu)點是能通過廉價的天然過程將石油烴類等污染物轉(zhuǎn)化成無害的土壤成分。缺點是占地面積較大，處理周期較長，不適用于冬季較長的地區(qū)，且會在土壤中產(chǎn)生生物難以降解的烴類(主要是高分子蠟及瀝青質(zhì))，長期積累存在環(huán)境污染隱患。

1994年，美國HSR資源公司(HSR)在美國DJ盆地采用集中化土地耕作場對其擁有的100多口井的非防滲生產(chǎn)排污池中的廢物進行處理：將挖掘出的含油污泥送往處理場，然后按0.3m左右的厚度攤開，每月進行1次土地翻耕來增加氧氣，并澆水維持濕度在10%～15%，同時施入化肥來加速生物降解速度，當烴含量降至低于1000g/m3時完成處理過程，對水和土壤進行的周期性檢測表明：處理過程沒有對土壤和地下水產(chǎn)生負面影響[12]。

1.2 堆肥法

堆肥法是將鉆井固體廢物與適當?shù)牟牧匣旌喜⒊啥逊胖茫米匀唤绲奈⑸锝到馄渲械奈廴疚铩６逊誓鼙３治⑸锎x過程中產(chǎn)生的熱量，有利于污染物的生物降解，采用的松散材料(如鋸木屑、碎秸稈等)可增加保水性、透氣性，有效加快鉆井固體廢物中烴類物質(zhì)的生物降解速度，堆肥法是對土地耕作法的改良，應(yīng)用于石油烴類含量較高的鉆井固體廢物的處理。

美國Newpark公司推出的生物堆肥處理工藝，將鉆井固體廢物與有機底質(zhì)和養(yǎng)料按比例混合，通過提供有利環(huán)境，包括濕度、通風、營養(yǎng)元素及二次處理增強劑，形成長條形肥堆。該堆肥工藝可實現(xiàn)全年內(nèi)持續(xù)降解作用的進行，即使在-45℃條件下也是如此。Newpark公司的堆肥處理工藝不僅能有效處理鉆井固體廢物，而且其產(chǎn)品是富有機養(yǎng)分的高附加值產(chǎn)品，可用于土壤侵蝕控制、提供養(yǎng)分、改良耕地并全面修復井場破壞的土地。

2 西南油氣田對鉆井固體廢物生物處理技術(shù)的研究和應(yīng)用

國內(nèi)對于鉆井固體廢物的生物處理研究起步較晚，相關(guān)法律、法規(guī)及標準都還不夠成熟，將生物處理技術(shù)進行規(guī)模化的現(xiàn)場應(yīng)用案例更是鮮見。針對川渝地區(qū)土地資源緊張、環(huán)保形勢嚴峻，改變傳統(tǒng)的處理方法，研究和探索更為節(jié)能環(huán)保的鉆井固體廢物生物處理技術(shù)對于西南油氣田分公司已迫在眉睫。多年來西南油氣田分公司一直致力于鉆井固體廢棄物生物處理技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用，我們借鑒國外先進的生物處理技術(shù)，通過消化吸收、自主創(chuàng)新，研發(fā)了一套適合川渝地區(qū)的鉆井固體廢物生物處理技術(shù)：微生物—植物聯(lián)合處理技術(shù)。

2.1 技術(shù)原理

鉆井固體廢物的微生物—植物聯(lián)合處理技術(shù)是利用人為投加的特效微生物的生命代謝活動，來降解固體廢物中的污染物，將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子甚至是無機物，再通過植物的吸收、轉(zhuǎn)化作用來進一步降低或消除鉆井固體廢物中的污染物。在這一過程中，微生物起著主導作用。

微生物—植物聯(lián)合處理技術(shù)將微生物和植物有機的結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，同時兩者又相互協(xié)作降解污染物的過程。一方面植物的根系分泌物為根際微生物提供了豐富的營養(yǎng)和能源；另一方面，微生物的活動也促進了根系分泌物的釋放。另外，植物還可為微生物提供生存場所和氧氣，使根區(qū)對污染物的好氧轉(zhuǎn)化作用得以正常進行[13]。

2.2 工藝流程

實際上，在鉆井固體廢物中由于微生物存在的廣泛性會通過自然馴化作用而產(chǎn)生一定數(shù)量的本土降解微生物，我們在實驗室內(nèi)將那些適應(yīng)能力強、繁殖速度快的優(yōu)勢降解菌種分離出來，再通過馴化進一步強化其對污染物的降解能力。往往單一微生物菌種的降解能力是有限的，我們通過正交試驗研發(fā)了混合微生物復配菌劑，將微生物復配菌劑按比例接種至鉆井固體廢物中，再與自然土壤按一定比例混拌均勻，堆放于鉆完井場上進行植物的栽種，利用微生物和植物的聯(lián)合作用來降解鉆井固體廢物中的污染物，后期加強現(xiàn)場管理，持續(xù)跟蹤鉆井固體廢物中污染物的降解情況。

2.3 效果跟蹤

持續(xù)的跟蹤監(jiān)測結(jié)果表明，微生物—植物聯(lián)合處理鉆井固體廢物效果顯著：鉆井固體廢物經(jīng)生物處理4個月，滲濾液的化學需氧量(COD)和石油類去除率分別能達到80%和70%以上，pH值、色度、COD、石油類的含量均達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準；其基本項目可達到《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)的風險篩選值；生物降解后的鉆井固體廢物被轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍苑N植物的土壤，且提高了原土壤的營養(yǎng)水平，改善了土壤的肥力狀況，更有利于植物的生長。

3 結(jié)語

西南油氣田分公司已在川渝地區(qū)的多個鉆井現(xiàn)場開展了鉆井固體廢物微生物—植物聯(lián)合處理技術(shù)的工程化推廣應(yīng)用，共處理鉆井固體廢物近萬方，節(jié)約耕地面積近5000m2。生物處理技術(shù)的研究與應(yīng)用拓展了鉆井固體廢物資源化處置利用技術(shù)和途徑，緩解了企業(yè)的用地壓力，降低了生產(chǎn)成本。其工藝簡單，污染物降解效果好，無二次污染，處理后的鉆井固體廢物可作為土壤融入當?shù)赝恋厣鷳B(tài)系統(tǒng)，變“廢”為“寶”，真正實現(xiàn)資源化利用。