專利名稱：一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法。更具體地說，本發(fā)明涉及利用 微生物降解鉆井廢棄物中的烴類污染物來處理油田鉆井廢棄物。
背景技術(shù)：
在油田鉆井作業(yè)中鉆井液是十分重要的物質(zhì)，在石油鉆井中被大量使用。由于鉆 井液體系是一個復雜的多相分散體系，含有多種無機物、有機物以及固相顆粒，經(jīng)過鉆井作 業(yè)后還會帶入大量的地層鉆屑并混入原油，故廢鉆井液呈泥漿狀又叫廢鉆井泥漿，其中部 分成分含有對環(huán)境有害的物質(zhì)，長期堆放將使廢鉆井泥漿的化學組成復雜化，進而形成一 種由粘土、加重材料、各種化學助劑、污水、污油以及鉆屑等組成的多相分散體系。通常鉆井 廢棄物的主要污染物為石油烴、重金屬、有機化學添加劑、鉆屑和無機鹽等。隨意排放鉆井 廢棄物容易導致土壤板結(jié)，重金屬通過食物鏈富集危害人體健康，導致無機鹽類污染等環(huán) 境問題，所以鉆井廢棄物必須經(jīng)過無害化處理才能夠向環(huán)境排放。目前對于含油廢棄物的處理方法主要有直接排放法、分散處理法、循環(huán)使用法、 固液分離法(脫水法)、破乳法、回注地層、冷凍填埋、固化法、焚燒和微生物處理等。傳統(tǒng)的 處理方法處理效果一般，容易產(chǎn)生二次污染，一些方法工藝復雜，處理成本高，不適合大規(guī) 模應用。而微生物法具有成本低、簡單易行、對環(huán)境無害和不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，正越來 越受到國內(nèi)外研究的關(guān)注。但是，現(xiàn)有的微生物法存在一些缺陷，例如當鉆進廢棄物中的 含油量較高時，生物處理所需時間較長。微生物對于部分含有支鏈結(jié)構(gòu)的長鏈烴、雜環(huán)芳烴 等多環(huán)復雜結(jié)構(gòu)的有機物的降解效果有限，有的甚至較難生物降解。因此，需要一種改善的微生物法來處理油田鉆井廢棄物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法。本發(fā)明涉及一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法，其包括下述步驟1)將重量比為1 1-5的所述油田鉆井廢棄物與水混合成泥漿溶液；2)預處理所述泥漿溶液；3)對預處理過的泥漿溶液進行生物處理，所述生物處理依次包括缺氧處理和好氧 處理，其中在缺氧處理和好氧處理中加入馴化的活性污泥；以及4)經(jīng)過所述生物處理后，進行泥水分離。優(yōu)選地，所述活性污泥的馴化是經(jīng)過下述兩個階段進行的第一馴化階段以葡 萄糖和柴油作為模擬廢水對活性污泥進行馴化；第二馴化階段以鉆井廢棄物泥漿溶液作 為模擬廢水對活性污泥進行馴化，其中所述鉆井廢棄物泥漿溶液是由重量比為1 1到 1 10的所述油田鉆井廢棄物和水混合，并添加重量比為COD N P Mg Fe = 100 5 1 0.05 0.05的氮磷鎂鐵營養(yǎng)鹽形成的。其中所述第一馴化階段馴化時間為20-24天，在所述第一馴化階段中由柴油提供微生物生長所需的碳源，控制柴油濃度為20mg/L-80mg/L ；所述第二階段馴化時間為20-36 天，在所述第二階段中由所述鉆井廢棄物泥漿溶液提供微生物生長所需的碳源，控制所述 鉆井廢棄物泥漿溶液的濃度為2g/L-10g/L ；其中整個馴化期間的溫度維持在20°C -35°C之 間，所述模擬廢水的進水COD為500mg/L-1000mg/L。優(yōu)選地，在每一個馴化階段中，以24小時為一個周期，每個周期內(nèi)依次經(jīng)過靜置、 進水、曝氣、沉降和虹吸排水五個流程。優(yōu)選地，在所述缺氧處理中，另外加入5_50mL石油烴降解菌，所述石油烴降解菌 選自無色桿菌屬、不動桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌、色鹽桿菌屬、鹽單胞菌屬、沙雷氏菌屬、假單胞菌 屬和微球菌屬。優(yōu)選地，石油烴降解菌選自色鹽桿菌屬、鹽單胞菌屬和微球菌屬。優(yōu)選地，在所述預處理中，pH值被控制在8-9 ；在所述缺氧處理池中，pH值在 7. 0-7. 5 ；在所述好氧處理池中，pH值在7. 5-8. 0。馴化過程中每天觀察污泥性狀并對出水進行監(jiān)測，通過監(jiān)測出水COD、污泥沉降比 (SV3tl)、混合液污泥濃度(MLSS)、揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)以及污泥體積指數(shù)(SVI)來 了解活性污泥的馴化狀況。以出水的COD值為指標，至COD小于等于100mg/L且運行效果 穩(wěn)定時馴化結(jié)束。可以根據(jù)好氧處理池和缺氧處理池的容積來選擇馴化污泥的添加量。曝氣的同時進行攪拌和加熱，以提供良好的活性污泥馴化環(huán)境，防止污泥在反應 器內(nèi)局部堆積形成死角或生長緩慢。本發(fā)明中所使用的活性污泥的一般來源是廢水處理廠的曝氣池或者二沉池里面 的污泥。 本發(fā)明中加入的馴化后的活性污泥，其出水COD去除率達到70 % -80 %。運 用常規(guī)的基因文庫法分析馴化后的活性污泥，發(fā)現(xiàn)其生物相十分豐富，主要有無色桿菌 屬(Achromobacter sp·)、不動桿菌屬(Acinetobacter sp·)、產(chǎn)喊桿菌(Alcaligenes sp.)、色鹽桿菌屬(Chromohalobacter sp.)、鹽單胞菌屬(Halomonas sp·)、沙雷氏菌屬 (Serratia sp.)和假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)和微球菌屬(Micrococcus sp.)等。因 此馴化后的活性污泥增強了降解石油烴類污染物和有機物的能力。此外，可以在生物處理過程中另外再添加石油烴降解菌菌株，從而強化了鉆井廢 棄物的生物處理，提高了系統(tǒng)的處理能力。本發(fā)明的特點在于，采用三個處理池的生物處理單元串聯(lián)的方式強化生物處理的 效果。第一個池內(nèi)，污泥負荷最高，能夠成活的都是抗沖擊能力強的細菌，經(jīng)過此段生物處 理后泥漿溶液的可生化性得到了提高。后面兩個串聯(lián)的池內(nèi)污泥吸附能力強，由于前一個 池抗沖擊能力強，本池的水質(zhì)和水量相對穩(wěn)定，因此生物處理效能穩(wěn)定，污染物進一步被降 解，生物處理效果得到強化。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、操作簡便，處理成本低。入料階段采用物理混合的方式，不需要復雜的混合設 備，加水稀釋泥漿液即可。此外，無需添加化學助劑，微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源 于污染底物，溫度控制在30°C左右，無需大功率溫控裝置。2、生物處理單元一體化的結(jié)構(gòu)使得裝置布置緊湊，節(jié)約用地，有利于保溫。各處理池之間采用渠道配水，減少管道、間門和水泵等設備的數(shù)量，從而有利于節(jié)能。3、系統(tǒng)對環(huán)境沒有二次污染，其COD去除率達到90%-95%，除油率達到95%。經(jīng) 過48小時的微生物降解，水基泥漿中的各主要有機組分含量明顯下降，其中C19-C24這些長 鏈烷烴降解率都在90%左右。系統(tǒng)排泥中礦物油含量< 3000mg/kg干泥，重金屬含量均未 超過農(nóng)用污泥中污染物控制標準值的上限。附圖簡述

圖1是闡釋了本發(fā)明的生物處理方法的工藝流程示意圖；圖2是闡釋了污泥馴化階段曝氣時間分布。圖3闡釋了經(jīng)本發(fā)明的生物處理方法之后的油田鉆井廢棄物中長鏈烷烴的降解 率柱狀圖。
具體實施例方式下面以實施例來描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不受此限制。實施例1 (1)將45g取自平湖八角亭BOl號井的鉆井廢棄物(67. 23%的含水率；干樣中，含 灰分60. 56%，揮發(fā)性固體為32. 91%，固定碳為2. 14% )與IOOmL的水在玻璃容器中混合， 并按照重量比為COD N P Mg Fe = 100 5 1 0. 05 0.05的比例添加氮磷 鎂鐵營養(yǎng)鹽，制備馴化用的鉆井廢棄物泥漿溶液；(2)取2L來自上海水質(zhì)凈化廠污水處理系統(tǒng)的活性污泥(MLSS = 5. Og/L)分別在 實驗室序批式反應器(SBR)中進行馴化，SBR的有效容積為2L ；在馴化階段中，SBR的設計COD為500mg/L，其由葡萄糖和柴油或者鉆井廢棄物共 同提供；SBR工藝運行期間用定時器進行控制曝氣/攪拌/加熱時間。第一馴化階段采用市售的0#柴油并添加葡萄糖作為模擬廢水對活性污泥進行馴 化?？刂撇裼蜐舛葹?0mg/L，葡萄糖投加量為lg。依次經(jīng)歷靜置、進水、曝氣、沉降和虹吸 排水五個流程，活性污泥混合液濃度3g/L。待出水COD低于50mg/L時馴化結(jié)束，此時提高 柴油廢水濃度至30mg/L，其他同上一步驟繼續(xù)馴化直至出水COD低于50mg/L，最后將柴油 廢水提高至80mg/L進行活性污泥馴化，直至出水COD低于50mg/L，21天后結(jié)束第一階段的 馴化自此第一階段活性污泥馴化結(jié)束。第二馴化階段采用步驟(1)制得的鉆井廢棄物泥漿溶液并添加葡萄糖作為模擬 廢水對活性污泥進行馴化。控制鉆井廢棄物泥漿溶液的濃度為2g/L，通過排泥調(diào)節(jié)活性污 泥混合液污泥濃度為3g/L，葡萄糖lg。依次經(jīng)歷第一階段同樣的五個馴化操作流程，待出 水COD低于80mg/L時提高MA的濃度至0. 50g/L,繼續(xù)馴化至出水COD低于80mg/L為止。 以此方法依次提高MA的濃度至1. 0g/L、2. Og/L和2. 5g/L，直至出水COD低于80mg/L，26天 后結(jié)束第二階段的馴化。曝氣的方式整體采用間歇曝氣，在時間上采用漸減曝氣，即隨著反應的進行，曝氣 時間逐漸減少、靜置時間逐漸加長，其時間分布如圖2所示(圖中一小格代表15min的時間 間隔)，總共曝氣10小時，最后一次曝氣停止45min后排水，采用虹吸排水，靜置一段時間后 將提前配好的模擬廢水瞬間倒入，自然混合，進入下一個周期。SBR的曝氣裝置為隔膜式氣泵和砂芯曝氣頭，用帶加熱棒的溫控系統(tǒng)控制反應器內(nèi)溫度約為25 °C。馴化期間，采用磁力攪拌防止活性污泥在SBR反應器內(nèi)局部堆積形成死角；用 lmol/1的NaHCO3控制pH在7左右，SBR反應器內(nèi)MLSS控制在3g/L左右。(3)將1公斤的取自平湖八角亭BOl號井的鉆井廢棄物與5L水在預處理池中混合 形成待處理的泥漿溶液。(4)采用JJ-I精密增力電動攪拌器，以500r/min的攪拌速率持續(xù)攪拌24小時來 預處理步驟(3)形成的泥漿溶液，以確保泥漿溶液中的固體物質(zhì)不沉淀，其pH值被控制在 8 ；(5)經(jīng)由蠕動泵將預處理過的泥漿溶液輸送到包括一個1. 5L的缺氧處理池和兩 個串連的1. 5L的好氧處理池生物處理單元中，缺氧處理池與兩個串聯(lián)的好氧處理池通過 彼此之間擋板上部的孔洞相連。在缺氧處理池中加入0.5L步驟(2)中馴化后的活性污泥 (MLSS為4. lg/L)，以200r/min攪拌，缺氧處理池的水力停留時間為8h，pH值被控制在7. 5 左右；將缺氧處理過的泥漿溶液通過孔洞送入好氧處理池中，加入1. 5L馴化后的活性污泥 (MLSS為5. 2g/L)，好氧處理過程中采用持續(xù)曝氣的方式供氧，其曝氣方式采用隔膜式氣泵 和砂芯曝氣頭；好氧處理池的水力停留時間為16h，pH值被控制在8. 0左右；(6)將好氧處理之后的泥漿溶液經(jīng)由蠕動泵泵送入二沉池中進行泥水分離，收集 排水，沉降的污泥回流輸送入生物處理單元；在整個運行過程中，對排泥也進行收集；在整個系統(tǒng)中，進水流量為120 130ml/ h，進水COD在500mg/L 10000mg/L之間，水力停留時間(HRT)為24小時。處理效果當進水泥漿濃度為5. 183g/L，進水COD在800mg/L-1200mg/L時，在 30°C溫度，水力停留時間24小時的條件下，經(jīng)過20天的生物處理后出水COD去除率達 到90%以上，且低于100mg/L，pH值8左右，符合國家工業(yè)廢水第二類污染物最高允許排 放濃度中的一級標準(GB8978-1996)，此外其油含量去除率達到95%，排泥中礦物油含量 < 3000mg/kg干泥，未超過農(nóng)用污泥中污染物控制標準值的上限。實施例2 (1)將 0. 16g Κ2ΗΡ04、0· 08g NaH2P04、0. 04g 無水 MgS04、0. 02g 無水 CaCl2,0. 04g NaCl以及0. 4g NH4Cl在200ml水中均勻溶解，并在110°C的滅菌鍋內(nèi)滅菌2h，然后冷卻至
室溫得到無機鹽富集培養(yǎng)基，在冰箱內(nèi)冷藏貯備；在培養(yǎng)體系為50ml的上述無機鹽富集培養(yǎng)基中，按接種量為培養(yǎng)體系體積5%的 比例接種市售的假單胞菌屬、微球菌屬菌株，在30°C，120rpm條件下?lián)u瓶培養(yǎng)3天。富集所 得包含假單胞菌屬、微球菌屬的菌液，在4°C下低溫保存；(3)將5公斤的取自平湖八角亭BOl號井的鉆井廢棄物與5L水在預處理池中混合 形成待處理的泥漿溶液；(4)采用JJ-I精密增力電動攪拌器，以500r/min的攪拌速率持續(xù)攪拌24小時來 預處理步驟(3)形成的泥漿溶液，以確保泥漿溶液中的固體物質(zhì)不沉淀，其pH值被控制在 9左右；(5)經(jīng)由蠕動泵將預處理過的泥漿溶液輸送到包括一個1. 5L的缺氧處理池和兩 個串連的1. 5L的好氧處理池生物處理單元中，缺氧處理池與兩個串聯(lián)的好氧處理池通過 彼此之間擋板上部的孔洞相連。在缺氧處理池中加入1. OL按照實施例1的步驟(1)的方法馴化后的活性污泥(MLSS為4. lg/L)，再加入IOmL的步驟(1)形成的包含假單胞菌屬和 微球菌屬的菌液，以200r/min攪拌，缺氧處理池的水力停留時間為8h，pH值被控制在7. 0 左右；將缺氧處理過的泥漿溶液通過孔洞送入好氧處理池中，加入1. OL按照實施例1的步 驟(1)的方法馴化后的活性污泥(MLSS為5. 2g/L)，再加入40mL的步驟(1)形成的包含假 單胞菌屬和微球菌屬的菌液，好氧處理過程中采用持續(xù)曝氣的方式供氧，其曝氣方式采用 隔膜式氣泵和砂芯曝氣頭；好氧處理池的水力停留時間為16h，pH值被控制在8. 0左右；(6)將好氧處理之后的泥漿溶液經(jīng)由蠕動泵泵送入二沉池中進行泥水分離，收集 排水，沉降的污泥回流輸送入生物處理單元。處理效果當進水泥漿COD為500mg/L-800mg/L，通過GC-MS分析系統(tǒng)運行24小 時和48小時之后，各種有機物組分的降解情況，其結(jié)果為經(jīng)過24小時的微生物降解，鉆井 廢棄物泥漿溶液中各有機物組分的質(zhì)量百分比都有明顯變化，其中十九烷異構(gòu)體的降解率 達到66. 18%，正十九烷的降解率為42. 33%，其它碳原子數(shù)相近的正構(gòu)烷烴的降解率基本 在35%左右；十七烷異構(gòu)體，其降解率為59. 12%，正十七烷降解率為52. 18%，其他碳原子 數(shù)相近的正構(gòu)烷烴的降解率也都在50%左右。隨后經(jīng)過48小時的微生物降解，鉆井廢棄物泥漿溶液中的各主要有機組分含量 明顯下降。C19-C24長鏈烷烴降解率都在90%左右，其中正十九烷在24小時處理后降解率為 42. 33%，經(jīng)過48小時后降解率高達93. 36%，整整提高了 51個百分點。C16-C18烷烴在24 小時后降解率在21% -27%左右，經(jīng)過48小時的處理達到83%左右，提高了 62-56個百分 點。說明生物處理單元對于石油烴類污染物具有明顯的降解作用。實施例3 (1)將 0. 16g Κ2ΗΡ04、0· 08g NaH2P04、0. 04g 無水 MgS04、0. 02g 無水 CaCl2,0. 04g NaCl以及0. 4g NH4Cl在200ml水中均勻溶解，并在110°C的滅菌鍋內(nèi)滅菌2h，然后冷卻至
室溫得到無機鹽富集培養(yǎng)基，在冰箱內(nèi)冷藏貯備；在培養(yǎng)體系為IOOml的上述無機鹽富集培養(yǎng)基中，按接種量為體系體積5%的比 例接種市售的無色桿菌屬、色鹽桿菌屬和鹽單胞菌屬菌株，在30°C，120rpm條件下?lián)u瓶培 養(yǎng)3天。富集所得包含無色桿菌屬、色鹽桿菌屬和鹽單胞菌屬的菌液，在4°C下低溫保存；(3)將2公斤的取自平湖八角亭BOl號井的鉆井廢棄物與5L水在預處理池中混合 形成待處理的泥漿溶液；(4)采用JJ-I精密增力電動攪拌器，以500r/min的攪拌速率持續(xù)攪拌24小時來 預處理步驟(3)形成的泥漿溶液，以確保泥漿溶液中的固體物質(zhì)不沉淀，其pH值被控制在 9左右；(5)經(jīng)由蠕動泵將預處理過的泥漿溶液輸送到包括一個1. 5L的缺氧處理池和兩 個串連的1. 5L的好氧處理池生物處理單元中，缺氧處理池與兩個串聯(lián)的好氧處理池通過 彼此之間擋板上部的孔洞相連。在缺氧處理池中加入0. 5L按照實施例1的步驟(1)的方法 馴化后的活性污泥(MLSS為4. lg/L)，再加入20mL的步驟(1)形成的包含無色桿菌屬、色鹽 桿菌屬和鹽單胞菌屬的菌液，以200r/min攪拌，缺氧處理池的水力停留時間為8h，pH值被 控制在7. 0左右；將缺氧處理過的泥漿溶液通過孔洞送入好氧處理池中，加入1. 5L按照實 施例1的步驟(1)的方法馴化后的活性污泥(MLSS為5. 2g/L)，再加入30mL的步驟(1)形 成的包含無色桿菌屬、色鹽桿菌屬和鹽單胞菌屬的菌液，好氧處理過程中采用持續(xù)曝氣的
7方式供氧，其曝氣方式采用隔膜式氣泵和砂芯曝氣頭；好氧處理池的水力停留時間為16h， PH值被控制在8. 0左右；(6)將好氧處理之后的泥漿溶液經(jīng)由蠕動泵泵送入二沉池中進行泥水分離，收集 排水，沉降的污泥回流輸送入生物處理單元。處理效果當進水COD在400mg/L-1000mg/L時，在30°C溫度，水力停留時間24小 時的條件下，經(jīng)過15天的生物處理后，出水COD去除率達到94%，且低于100mg/L。整個系 統(tǒng)運行48小時后，出水中長鏈烷烴的降解率大部分在85% -90%之間，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法，其包括下述步驟1)將重量比為1 1-5的所述油田鉆井廢棄物與水混合成泥漿溶液；2)預處理所述泥漿溶液；3)對預處理過的泥漿溶液進行生物處理，所述生物處理依次包括缺氧處理和好氧處 理，其中在缺氧處理和好氧處理中分別加入馴化的活性污泥；以及4)經(jīng)過所述生物處理后，進行泥水分離。
2.如權(quán)利要求1所述的生物處理方法，其中所述活性污泥的馴化是經(jīng)過下述兩個階 段進行的第一馴化階段以葡萄糖和柴油作為模擬廢水對活性污泥進行馴化；第二馴化 階段以鉆井廢棄物泥漿溶液作為模擬廢水對活性污泥進行馴化，其中所述鉆井廢棄物泥 漿溶液是由重量比為1 1到1 10的所述油田鉆井廢棄物和水混合，并添加重量比為 COD N P Mg Fe = 100 5 1 0. 05 0. 05的氮磷鎂鐵營養(yǎng)鹽形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的生物處理方法，其中所述第一馴化階段馴化時間為20-24天，在 所述第一馴化階段中由柴油提供微生物生長所需的碳源，控制柴油濃度為20mg/L-80mg/L ； 所述第二階段馴化時間為20-36天，在所述第二階段中由所述鉆井廢棄物泥漿溶液提供微 生物生長所需的碳源，控制所述鉆井廢棄物泥漿溶液的濃度為2g/L-10g/L ；其中整個馴化 期間的溫度維持在20°C _35°C之間，所述模擬廢水的進水COD為500mg/L-1000mg/L。
4.如權(quán)利要求3所述的生物處理方法，其中在每一個馴化階段中，以24小時為一個周 期，每個周期內(nèi)依次經(jīng)過靜置、進水、曝氣、沉降和虹吸排水五個流程。
5.如權(quán)利要求1所述的生物處理方法，其中在所述缺氧處理中，另外加入5-50mL的石 油烴降解菌，所述石油烴降解菌選自無色桿菌屬、不動桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌、色鹽桿菌屬、鹽單 胞菌屬、沙雷氏菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬。
6.如權(quán)利要求5所述的生物處理方法，其中所述石油烴降解菌選自色鹽桿菌屬、鹽單 胞菌屬和微球菌屬。
7.如權(quán)利要求1所述的生物處理方法，其中在所述預處理中，pH值被控制在8-9。
8.如權(quán)利要求1所述的生物處理方法，其中在所述缺氧處理中，pH值被控制在 7. 0-7. 5 ；在所述好氧處理中，pH值被控制在7. 5-8. 0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油田鉆井廢棄物的生物處理方法，具體是利用微生物降解鉆井廢棄物中的烴類污染物來處理油田鉆井廢棄物。
文檔編號C02F3/30GK102108000SQ20111000591
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者劉志東, 劉自明, 劉金峰, 周彥波, 朱戰(zhàn)兵, 楊世忠, 楊丞磊, 牟伯中, 莫成孝, 項先忠, 魯軍 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司, 華東理工大學