楊博麗 徐迎新 張冕

中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司

含油污泥是指在油田采油及運(yùn)輸途中，由于不正常的操作或其他事故等造成的落地原油與土壤或其他雜質(zhì)形成的含油固體廢物[1]。針對(duì)含油污泥，國內(nèi)外提出了較多的處理方法及工藝流程，但因含油污泥成分和性質(zhì)較為復(fù)雜，每種處理方法都存在一定的局限性[2-6]。微生物降解技術(shù)因其成本較低、操作簡便、無二次污染、效果好等特點(diǎn)而被廣泛采用[7-9]。

目前，油泥微生物修復(fù)中試及現(xiàn)場工程實(shí)施案例多在自然條件下進(jìn)行[10-11]。本研究構(gòu)建了多菌種復(fù)合的修復(fù)菌劑，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)考查生物修復(fù)控制參數(shù)，構(gòu)建高效生物修復(fù)工藝，之后通過固定床式油泥修復(fù)裝置，在長慶油田隴東華HXX井場進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，處理后油泥中w(石油類物質(zhì))降到10 mg/g以下，滿足陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 61/T 1025-2016《含油污泥處置利用控制限值》的要求，達(dá)到了預(yù)期效果，驗(yàn)證了多菌種復(fù)合修復(fù)菌劑處理油泥工藝的可行性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

蛋白胨購自北京奧博星生物公司，葡萄糖、KH2PO4、MgSO4、FeSO4化學(xué)試劑均為國產(chǎn)，分析純；TECANInfinite200 pro全波長酶標(biāo)儀； UV1800紫外分光光度計(jì)，日本島津；SH220N石墨消解儀，浙江海能實(shí)驗(yàn)儀器；ZHWY-2102自控發(fā)酵搖床，江蘇太倉實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；GH500隔水式培養(yǎng)箱，北京科偉實(shí)驗(yàn)儀器公司；Dl100發(fā)酵系統(tǒng)，上海百倫。

1.2 微生物修復(fù)工藝試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室前期篩選出具有應(yīng)用潛力的5種不同功能石油降解菌菌種(見表1)，將其復(fù)配制得微生物修復(fù)菌劑，其降解石油能力較強(qiáng)，用于進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)。

表1 微生物菌種特性菌株編號(hào)種屬功能降解率/%RS23銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)降解瀝青86.62RS42食烷烴戈登氏菌(Gordoniaalkanivorans)降解烷烴95.71RS53枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)降解烷烴、產(chǎn)生表面活性劑97.64RS64紅平紅球菌(Rhodococcuserythropolis)降解芳香烴94.54RS52藤黃微球菌(Micrococcus luteus)降解石蠟87.70

1.2.2菌劑發(fā)酵制備

用營養(yǎng)瓊脂固體培養(yǎng)基活化修復(fù)菌種培養(yǎng)18 h，用無菌水將菌體制成108個(gè)/mL的菌體懸浮液。取2 mL菌體懸浮液接種于含100 mL營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基的500 mL三角瓶中，在轉(zhuǎn)速為180 r/min的搖床中于35 ℃下連續(xù)振蕩培養(yǎng)24～48 h，當(dāng)發(fā)酵液微生物菌落總數(shù)為5.0×1011cfu/g時(shí)，發(fā)酵液停止發(fā)酵。

將各菌種發(fā)酵液等比例混合之后，按質(zhì)量比1∶5加入硅藻土中，同時(shí)按照合適比例加入甘油、維生素C等輔料，混合均勻，室溫風(fēng)干至w(水)約為10%，微生物菌落總數(shù)為5.0×1011cfu/g的修復(fù)菌劑。

1.2.3微生物室內(nèi)修復(fù)條件研究

采用長慶隴東區(qū)域的油泥，裝于試驗(yàn)槽，裝樣深度35 cm左右，使用表1中的5種菌種制備的固體微生物修復(fù)菌劑進(jìn)行室內(nèi)模擬修復(fù)實(shí)驗(yàn)。利用單因素變化考查溫度、通氣、水分等環(huán)境條件，修復(fù)劑添加量、含油率、鹽含量等限值性因素，以及營養(yǎng)劑尿素、KH2PO4質(zhì)量比值(N/P)對(duì)微生物修復(fù)效果的影響[10-11]，確定修復(fù)菌劑最佳生物修復(fù)工藝參數(shù)。

“聽到這些錄音，我就知道自己完了?！泵鎸?duì)審查調(diào)查人員提取到的自己與他人訂立攻守同盟的證據(jù)，吉林省洮南市政協(xié)原黨組副書記、副主席李青海再也掩飾不住慌亂神色。心存的最后一絲僥幸破滅后，他對(duì)自己違紀(jì)違法問題供認(rèn)不諱，成為又一個(gè)倒在了貪腐路上、警醒他人的“鮮活標(biāo)本”。

1.3 微生物修復(fù)現(xiàn)場試驗(yàn)

1.3.1實(shí)驗(yàn)裝置

現(xiàn)場試驗(yàn)采用固定式生物修復(fù)床，裝置試驗(yàn)槽尺寸為6.0 m×2.0 m×0.6 m(長×寬×高)。設(shè)計(jì)滿足微生物修復(fù)保溫、保濕、通風(fēng)的要求。槽底鋪設(shè)通氣管道，使用空壓機(jī)供氣，空氣流量為60 L/min；槽頂部排設(shè)淋水裝置，由水泵連接儲(chǔ)液罐。使用時(shí)按照需要調(diào)節(jié)閥門以控制流速。配置溫度、濕度電極，監(jiān)測試驗(yàn)槽物料指標(biāo)，置于可控溫恒溫室中。

1.3.2生物修復(fù)試驗(yàn)方案

現(xiàn)場試驗(yàn)在長慶油田隴東華HXX井場，收集井場內(nèi)落地油泥、罐底油泥、排污渠沉淀油泥等3類樣品。去除大塊石頭，晾干混合均勻，裝入實(shí)驗(yàn)床。采用上述特制的固體微生物修復(fù)菌劑，按照2.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)加入油泥中。營養(yǎng)劑按細(xì)菌培養(yǎng)基元素成分(均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))選擇麩皮2%、草炭1.5%、有機(jī)質(zhì)及尿素0.9%、KH2PO40.4%組成。各試驗(yàn)組加入物料并混合均勻，溫度為30 ℃左右。之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥中w(水)為20%。

試驗(yàn)20天后取樣檢測降解效果，重點(diǎn)測試油泥樣本中pH值、總鹽、全磷、全氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量、石油含量指標(biāo)。所采樣置于無菌密封袋，送至實(shí)驗(yàn)室在低溫4 ℃條件下保存，盡量在24 h內(nèi)完成測試分析。對(duì)油泥樣本中pH值、總鹽、全磷、全氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量、石油含量進(jìn)行檢測，總鹽的測試依據(jù)NY/T 1121.16-2006《土壤檢測 第16部分 土壤水溶性鹽總量的測定》進(jìn)行，pH值、全磷、全氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量、石油含量的測試依據(jù)CJ/T 221-2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 微生物修復(fù)相關(guān)因素影響研究

2.1.1環(huán)境溫度對(duì)修復(fù)效果的影響

將修復(fù)菌劑按照2%的比例加入油泥中，充分翻動(dòng)保證均勻混合。調(diào)整油泥的含水率為20%。設(shè)置不同溫度的實(shí)驗(yàn)組，置于恒溫培養(yǎng)箱中，每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率為20%，20天后測降解率。

從圖2可以看出，隨著溫度的增加，降解率明顯增加，在35 ℃時(shí)降解效果最好，達(dá)到98%，而在35 ℃以上時(shí)降解率明顯下降。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，溫度對(duì)石油降解率有影響。因此，進(jìn)行微生物石油修復(fù)時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)谋卮胧﹣肀ＷC降解效果。通過調(diào)控可使油泥溫度保持在25～35 ℃，達(dá)到良好的修復(fù)效果。

2.1.2氧氣對(duì)微生物降解效果的影響

將修復(fù)菌劑按照2%的比例加入其中，充分翻動(dòng)油泥保證各物質(zhì)混合均勻，設(shè)置溫度為30 ℃恒溫。按照不同間隔時(shí)間定期通氣1 h， 20天以后測試油泥降解率，考查不同間隔時(shí)間對(duì)石油修復(fù)效果的影響。實(shí)驗(yàn)期間根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率為20%。

依據(jù)通氣間隔時(shí)間設(shè)為5組，間隔時(shí)間分別為6 h、12 h、24 h、36 h、48 h。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出(見圖3)，通氣油泥對(duì)石油修復(fù)產(chǎn)生良好效果。隨著通氣間隔時(shí)間縮短、次數(shù)增多，油泥供氧增加，油泥石油降解效率也顯著提高。通氣間隔時(shí)間為24 h時(shí)，油泥石油降解率達(dá)到80.7%，間隔 6 h的降解率最高為93.2%，說明定期通氣可增強(qiáng)微生物石油修復(fù)效果。

2.1.3水分對(duì)修復(fù)效果的影響

調(diào)整不同實(shí)驗(yàn)區(qū)塊油泥的含水率，將修復(fù)菌劑按照2%的比例加入石油污染油泥中，充分翻動(dòng)油泥以保證混合均勻，設(shè)置溫度為30 ℃恒溫。之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率為10%、20%、30%、40%，20天后測定石油降解率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(見圖4)，油泥含水率對(duì)石油的降解可起到一定的促進(jìn)作用。當(dāng)油泥含水率為10%時(shí)，微生物修復(fù)率為56.7%，隨著油泥含水率的增加，微生物修復(fù)石油的效果明顯增強(qiáng)，油泥含水率在20%～30%之間時(shí)，石油降解率基本在90%以上，但是當(dāng)油泥含水率超過30%后，油泥水分過飽和，可能反而影響了油泥通氣性，微生物并沒有起到足夠的降解作用，石油降解率降至76.4%。因此在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使油泥保持一定的水量，以維持油泥中微生物的生長及代謝反應(yīng)，發(fā)揮其石油降解效果。

2.1.4石油類物質(zhì)含量對(duì)修復(fù)效果的影響

將不同量石油拌入油泥中混合均勻，得到6組不同樣本，w(石油類物質(zhì))分別為2%、4%、6%、8%、10%、12%。隨后將修復(fù)菌劑按照2%比例加入油泥中，保持室內(nèi)溫度為30 ℃。加入后充分翻動(dòng)，以保證混合均勻，之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水保持油泥含水率20%，20天后取樣檢測石油降解率。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出(見圖5)，w(石油類物質(zhì))在8%以下時(shí)，修復(fù)菌劑對(duì)石油修復(fù)產(chǎn)生良好效果。隨著石油類物質(zhì)含量的增大，石油降解效率也顯著降低，當(dāng)w(石油類物質(zhì))為12%時(shí)，石油降解率僅為43.5%，說明高含量石油對(duì)微生物修復(fù)產(chǎn)生了抑制效果。所以，現(xiàn)場應(yīng)采取其他措施進(jìn)行前處理，將w(石油類物質(zhì))降低到8%以下，較低的石油類物質(zhì)含量有利于微生物降解。

2.1.5鹽含量對(duì)微生物修復(fù)效果的影響

將20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl溶液拌入油泥中，得到6組不同的樣本，w(鹽)分別為5 000 mg/kg、10 000 mg/kg、20 000 mg/kg、30 000 mg/kg、40 000 mg/kg、50 000 mg/kg。再將修復(fù)菌劑按照2%比例加入油泥中，保持室內(nèi)溫度為30 ℃左右。加入后充分翻動(dòng)，以保證混合均勻，再覆蓋0.08 mm厚的塑料薄膜。之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率20%，20天后取樣檢測石油降解率。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出(見圖6)，w(鹽)在30 000 mg/kg以下時(shí)，菌劑對(duì)石油修復(fù)產(chǎn)生良好效果。隨著鹽含量的增大，石油降解效率也顯著降低，w(鹽)高于50 000 mg/kg時(shí)，石油降解率僅為60.7%，說明高含量鹽對(duì)微生物修復(fù)產(chǎn)生了抑制效果。

2.1.6微生物修復(fù)劑施用量對(duì)修復(fù)效果的影響

將修復(fù)菌劑按照不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例加入到油泥中，置于恒溫培養(yǎng)箱，溫度為30 ℃左右。加入后充分翻動(dòng)油泥保證混合均勻。之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率20%，20天后測定石油降解率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(見圖7)，隨著微生物修復(fù)劑施用比例的增大，油泥石油降解效率也在提高。修復(fù)菌劑加入比例為2%時(shí)，石油降解率達(dá)到87.3%，而當(dāng)修復(fù)菌劑添加比例10%時(shí)，石油降解率可達(dá)到98.1%，修復(fù)效率明顯提高。說明以微生物細(xì)胞生物量為基礎(chǔ)的修復(fù)劑，其修復(fù)效果隨施用量的增加而提高，符合微生物菌劑效能的一般規(guī)律。所以，在現(xiàn)場石油污染油泥修復(fù)實(shí)施過程中，綜合考慮施用成本與效率之間的平衡，可選擇修復(fù)菌劑施用比例為2%～4%。

2.1.7N/P對(duì)微生物修復(fù)效果的影響

將尿素和KH2PO4按照質(zhì)量比(簡稱N/P值，下同)為12∶1、10∶1、8∶1、6∶1、4∶1、2∶1混合，二者總量按照油泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%添加至油泥中，再加入2%的修復(fù)菌劑。保持室內(nèi)溫度為30 ℃左右。加入后充分翻動(dòng)，保證混合均勻，再覆蓋厚度為0.08 mm塑料薄膜。之后每12 h通風(fēng)1次，每次通風(fēng)1 h，根據(jù)情況澆水，保持油泥含水率20%，20天后取樣檢測石油降解率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(見圖8)，當(dāng)N/P值分別為10∶1、8∶1、6∶1時(shí)，菌劑對(duì)石油修復(fù)效果良好；當(dāng)N/P值高于12∶1或低于4∶1時(shí)，石油降解率僅為79.2%和74.8%，說明N/P值過高或過低都會(huì)抑制微生物修復(fù)效果。

2.2 微生物修復(fù)現(xiàn)場試驗(yàn)效果

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的方法對(duì)樣本中全磷、全氮、全鉀、總鹽、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、油含量、鹽含量及細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行檢測分析。理化指標(biāo)檢測結(jié)果表明(見表2)，未處理的油泥中w(石油類物質(zhì))為83.1 g/kg，w(鹽)為1 316 mg/kg，pH值為8.6，偏堿性。總體營養(yǎng)含量較低，微生物菌落總數(shù)極低為2.55×104cfu/g，w(氮)為25.4 mg/kg、w(磷)為67.7 mg/kg、w(鉀)為13.2 mg/kg。氮、磷、鉀含量不能滿足微生物的生長需要，需要加入營養(yǎng)劑，以保障微生物的降解修復(fù)。

表2 油泥的基本理化性質(zhì)檢測項(xiàng)目樣本組處理組w(氮)/(mg·kg-1)25.4454.0w(磷)/(mg·kg-1)67.7362.5w(鉀)/(mg·kg-1)13.287.1w(總鹽)/(mg·kg-1)1 316.0864.0pH值8.67.3w(有機(jī)質(zhì))/%8.518.3w(石油類物質(zhì))/(g·kg-1)83.13.7微生物菌落總數(shù)/(cfu·g-1)2.55×1049.42×108

在石油污染修復(fù)現(xiàn)場試驗(yàn)中，根據(jù)油泥營養(yǎng)情況，參考一般細(xì)菌培養(yǎng)基配方補(bǔ)充麩皮、草炭、有機(jī)質(zhì)及尿素、KH2PO4等營養(yǎng)劑，促進(jìn)微生物代謝活性，提高石油降解轉(zhuǎn)化的效率。由表2可知，現(xiàn)場試驗(yàn)采取微生物修復(fù)劑+營養(yǎng)劑的組合，加入修復(fù)劑可保證油泥中的石油降解微生物有較高生物量，營養(yǎng)劑的補(bǔ)充則明顯促進(jìn)了其增殖，微生物菌落總數(shù)高達(dá)9.42×108cfu/g，比對(duì)照組提高了3萬倍。同時(shí)，降解后w(石油類物質(zhì))為3.7 g/kg，降解率為95.5%，處理后油泥滿足DB 61/T 1025-2016的要求。處理后油泥的營養(yǎng)成分顯著提高，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.3%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為454.0 mg/kg、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為362.5 mg/kg、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.1 mg/kg，pH值降至7.3，處理后的油泥可作為井場綠化植物種植的營養(yǎng)基質(zhì)使用。

3 結(jié)論

(1) 本研究利用高效石油降解菌種復(fù)配制備微生物修復(fù)菌劑，通過油泥微生物修復(fù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，考查修復(fù)過程中限制性因素及添加營養(yǎng)劑對(duì)微生物修復(fù)效果的影響。油泥修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在w(石油類物質(zhì))低于8%、w(鹽)低于20 000 mg/kg時(shí)，微生物可以發(fā)揮較好的降解效果，確定了微生物復(fù)合修復(fù)菌劑修復(fù)油泥的可行性。

(2) 長慶油田現(xiàn)場試驗(yàn)表明，保持油泥含水率20%～30%，空氣流量60 L/min，每隔12 h通氣1次，每次1 h，溫度為30 ℃左右，經(jīng)過20天的現(xiàn)場微生物生態(tài)修復(fù)，微生物菌落總數(shù)高達(dá)9.42×108cfu/g。同時(shí)，油泥中w(石油類物質(zhì))由83.1 g/kg下降為3.7 g/kg，石油降解率達(dá)95.5%。處理后油泥滿足陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 61/T 1025-2016的要求，可以用于鋪設(shè)服務(wù)生產(chǎn)的各種內(nèi)部道路、井場綠化用土，或作為鋪墊井場等的用土材料等綜合利用。

(3) 本研究驗(yàn)證了微生物修復(fù)工藝條件參數(shù)，確定了5種微生物復(fù)合菌劑應(yīng)用在長慶油泥修復(fù)的可行性。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，確定了固定床式微生物修復(fù)法的工藝參數(shù)。促進(jìn)生物技術(shù)應(yīng)用于石油修復(fù)具有的高效性、科學(xué)性，為后續(xù)現(xiàn)場油泥微生物修復(fù)設(shè)備的開發(fā)及應(yīng)用工程工藝提供了依據(jù)。