孟祥娟，陳德飛，曹獻(xiàn)平，徐海霞，陳箐，趙靜（中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫(kù)爾勒 84000；大連知微生物科技有限公司，遼寧 大連 603）

綜述與專論

生物技術(shù)在老化油處理中的研究與應(yīng)用進(jìn)展

孟祥娟1，陳德飛1，曹獻(xiàn)平1，徐海霞1，陳箐2，趙靜2
（1中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2大連知微生物科技有限公司，遼寧 大連 116023）

隨著國(guó)內(nèi)各主力油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，聯(lián)合站和儲(chǔ)油罐中產(chǎn)生的老化油大幅增加，不僅造成資源浪費(fèi)且增加了集輸系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，還成為環(huán)境污染和安全生產(chǎn)的重要隱患。本文基于國(guó)內(nèi)外老化油處理的技術(shù)現(xiàn)狀及礦場(chǎng)實(shí)踐，從乳狀液和油泥兩種形態(tài)的老化油處理入手，歸納了老化油常用的處理工藝，如外加電場(chǎng)處理、熱重力沉降、離心分離、超聲波處理、生物處理和氧化破乳-三相分離等，綜述了生物處理技術(shù)在老化油乳狀液破乳中，通過(guò)微生物細(xì)胞破乳和生物表面活性劑破乳機(jī)制可實(shí)現(xiàn)油水分離；在老化油脫硫中，通過(guò)微生物直接消耗硫化物來(lái)降低硫化物含量從而降低導(dǎo)電性，使原油易于脫水處理和回收凈化；在含油污泥降解中，通過(guò)生物堆肥法處理高烴類的老化油；在含油土壤修復(fù)中，通過(guò)微生物降解總石油烴來(lái)實(shí)現(xiàn)污染土壤修復(fù)后達(dá)到填埋處理標(biāo)準(zhǔn)等最新進(jìn)展。與傳統(tǒng)物理和化學(xué)處理方法相比，生物技術(shù)具有處理效果好、綜合成本低、單位能耗小、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景。提出老化油處理新的研究思路和發(fā)展方向，并積極探索油田集輸系統(tǒng)的創(chuàng)新策略。

老化油；生物技術(shù)；破乳；脫硫；環(huán)境修復(fù)

原油開(kāi)采、運(yùn)輸、加工處理過(guò)程中，來(lái)源于鉆完井廢液、油井作業(yè)、儲(chǔ)罐罐底、原油處理、污水處理、污水事故池、油管外漏等［1］落地原油，受細(xì)菌、雜質(zhì)、采油助劑、外部環(huán)境及原油自身膠質(zhì)瀝青質(zhì)的影響，逐漸形成大量穩(wěn)定性強(qiáng)、用普通藥劑和常規(guī)方法無(wú)法處理的老化油，存在的物理狀態(tài)主要為原油乳狀液及含油污泥［2］。老化油含有重質(zhì)化原油、多種采油措施后的化學(xué)殘液、采出液攜帶的礦物質(zhì)、泥沙等，成分非常復(fù)雜，具有高膠質(zhì)、高瀝青質(zhì)、高鹽分、高乳化程度、高雜質(zhì)含量等特點(diǎn)［3］。隨著各油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，原油重質(zhì)化程度加劇及三次采油技術(shù)廣泛應(yīng)用，老化油產(chǎn)量急劇增加。大慶油田2014年的老化油產(chǎn)量達(dá)42×104t，現(xiàn)有處理設(shè)備和工藝措施已無(wú)法滿足老化油處理需求［4］。

老化油若不及時(shí)處理，不僅造成資源浪費(fèi)，而且對(duì)整個(gè)集輸系統(tǒng)危害重大：①油-水乳狀液過(guò)渡層導(dǎo)電性強(qiáng)，用電脫水裝置處理，易發(fā)生垮電場(chǎng)現(xiàn)象，縮短設(shè)備使用壽命；②沉積在罐底、管路中的老化油泥占用原油處理設(shè)備的有效空間，降低設(shè)備利用率；③老化油回?fù)郊哟蟛沙鲆禾幚黼y度，導(dǎo)致脫水溫度升高和處理劑用量增加，提高處理成本；④乳狀液中所含的原油，難以利用，造成能源浪費(fèi)［5］。老化油的及時(shí)回收與高效處理，一方面節(jié)約能源、減輕后續(xù)污水處理和集輸系統(tǒng)的壓力，另一方面可以解決污水水質(zhì)惡化、超標(biāo)等問(wèn)題，具有重要的環(huán)境和社會(huì)效益。

目前科學(xué)環(huán)保的老化油處理方法是將其收集后進(jìn)入老化油處理系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)深度處理。國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理方式主要有外加電場(chǎng)處理、熱重力沉降、離心分離、超聲波處理、生物處理和氧化破乳-三相分離等［6］，圖1所示為常用的老化油乳狀液處理工藝。老化油泥由于黏度大，泥沙多，處理困難，直接填埋會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

生物處理技術(shù)因具有開(kāi)發(fā)效率高、過(guò)程控制簡(jiǎn)單、處理過(guò)程中無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)［7］，有望解決上述老化油破乳、脫水及油泥處理中的問(wèn)題，已逐漸成為研究熱點(diǎn)。

圖1　老化油乳狀液處理工藝示意圖

1　老化油乳狀液的生物處理

老化油乳狀液含水率高、破乳困難，進(jìn)入脫水電場(chǎng)后，油水分離速度較慢，同時(shí)乳狀液中的硫化物，吸附在油水界面上難于分層，且易造成強(qiáng)烈放電。常用的化學(xué)破乳劑對(duì)原油有較強(qiáng)的選擇性，破乳效果受油品物性、溶質(zhì)、水質(zhì)、乳化狀態(tài)及各種添加劑的影響，因此應(yīng)用具有局限性，尤其在處理乳化嚴(yán)重、成分復(fù)雜的老化油時(shí)，往往工藝復(fù)雜，成本較高，且難以達(dá)到理想效果。利用生物技術(shù)進(jìn)行老化油乳狀液的破乳和脫硫，有望實(shí)現(xiàn)高效油水分離并降低導(dǎo)電性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)原油回收和污水凈化。

1.1生物破乳

生物破乳是利用微生物細(xì)胞自身或其代謝產(chǎn)物來(lái)降低油水界面膜的穩(wěn)定性，使乳狀液的分散相小液滴聚集成團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)油水兩相分層析出的過(guò)程［8］。與化學(xué)破乳劑殘余產(chǎn)物易造成環(huán)境污染的危害相比，生物破乳劑具有成本低、效率高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在原油脫水、油污分離、含油廢水處理等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)、應(yīng)用前景十分廣闊。截至目前報(bào)道的具有生物破乳活性潛力的微生物有：Nocardia屬、Corynebacterium屬、Micrococcus屬、Streptoomyces屬以及混合培養(yǎng)物等［9-12］。

生物破乳主要有兩種機(jī)制［13］：①微生物細(xì)胞破乳。微生物細(xì)胞被原油乳狀液潤(rùn)濕后，最終會(huì)在相界面占據(jù)一個(gè)平衡位置。乳狀液液滴在細(xì)胞表面濕潤(rùn)、鋪展并相互接觸，乳狀液穩(wěn)定性被破壞［14］，從而造成油水分離（如圖2所示）［15］。②生物表面活性劑破乳：微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑具有良好的表界面活性，可以吸附于油/水界面，部分取代原有乳化劑，使新的界面膜強(qiáng)度大大降低、保護(hù)作用減弱。此外，生物表面活性劑可以改變界面潤(rùn)濕性，有修飾菌體細(xì)胞表面和固體粒子使其更適于破乳的作用，以達(dá)到油水分離的目的［16］。另外，微生物代謝過(guò)程中也可破乳，但因其機(jī)制較復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求高，目前研究較少，機(jī)理尚不明確。

圖2　微生物細(xì)胞原油破乳示意圖［15］

1982年，CAIRNS和KOSARIC等［17］最早發(fā)現(xiàn)并報(bào)道微生物發(fā)酵液對(duì)于不同類型乳狀液具有破乳作用的現(xiàn)象，微生物發(fā)酵液可作為一種新型破乳劑使用。隨后GRAY等［9］報(bào)道菌株Nocardia amarae對(duì)原油乳狀液具有優(yōu)于化學(xué)破乳劑Tretolite E-3453的作用，菌體細(xì)胞本身有較強(qiáng)的破乳作用，發(fā)酵液滅菌后，仍具有很高的破乳活性。DUVNJAK和GERSON等［18-19］進(jìn)一步證實(shí)了酵母細(xì)胞具有破乳能力。1996年，STEWART等［10］對(duì)Corynebacterium petrophilum 的破乳能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn) C. petrophilum具有使各種復(fù)雜的原油乳狀液破乳的作用。對(duì)于W/O型乳狀液，破乳能力的強(qiáng)弱與菌體細(xì)胞表面的性質(zhì)有較大的關(guān)系。2000年，PARK等［12］報(bào)道 Streptoomyces sp.的孢子對(duì)于以煤油和汽油配制的乳狀液具有破乳效果。2002年，NADARAJAH等［20］從石油污染區(qū)域分離的混合菌群，具有較高的破乳活性，其起始破乳速率為44%/h，24h的最高破乳程度高達(dá)96%。2011年，LIU等［21］分別在偏堿石蠟環(huán)境和中性廢油環(huán)境中通過(guò)顯微鏡觀察和穩(wěn)定分析儀監(jiān)測(cè)生物破乳過(guò)程：基于破乳菌的兩親特性，由于其具有表面活性，破乳菌吸附在油水界面并與乳狀液反應(yīng)，導(dǎo)致分散相液滴表面上的薄液膜被移除發(fā)生聚凝；最終分散相液滴沉降，連續(xù)相澄清，實(shí)現(xiàn)破乳過(guò)程。2013年，LONG等［22］將微生物發(fā)酵產(chǎn)物鼠李糖脂用于廢棄原油破乳，廢棄原油回收率最高達(dá)到98%以上，回收的原油含水率低于0.3%，可直接進(jìn)入煉廠，表明鼠李糖脂類生物破乳劑具有大規(guī)模處理廢棄原油的潛力。室內(nèi)諸多的研究表明，多種微生物發(fā)酵液及其代謝產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)乳狀液的高效破乳，同時(shí)在微觀水平上監(jiān)測(cè)到破乳的過(guò)程，對(duì)于深入明晰微生物破乳的機(jī)制提供了直接的證據(jù)。

近幾年，隨著生物技術(shù)處理老化油的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的生物破乳成果進(jìn)入到油田礦場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從大港油田現(xiàn)場(chǎng)樣品中篩選菌株。經(jīng)定向培養(yǎng)獲得可用于O/W型乳狀液破乳的優(yōu)勢(shì)菌群，破乳性能試驗(yàn)表明：48h的破乳率高達(dá)90%，破乳性能受菌株濃度、pH、菌齡等影響，受菌體活性程度影響不大，滅菌處理后破乳性能無(wú)明顯影響［23］。韋良霞等［24］報(bào)道了生物破乳劑 HRB-4對(duì)純梁首站、純西站、正理莊站含水原油的破乳作用，100mg/L破乳劑處理 90min三處乳狀液的脫水率分別為 99.0% （55℃）、95.0%（50℃）、91.1%（50℃），均高于現(xiàn)有油溶性化學(xué)破乳劑 BSH-06相同加量的脫水率，而且脫出污水的含油量降低27%～49%，顯示出生物破乳劑高效的優(yōu)勢(shì)。付亞榮等［25］通過(guò)室內(nèi)篩選，選擇對(duì)含油10%的老化油有較好脫水效果的成品生物破乳劑投入現(xiàn)場(chǎng)使用，加量為80mg/L時(shí)，分離出的原油含水率小于0.2%，脫出污水含油小于50mg/L，達(dá)到外輸優(yōu)質(zhì)原油標(biāo)準(zhǔn)。李芳［26］綜述了原油生物破乳劑的研究與應(yīng)用，歸納了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，可以通過(guò)無(wú)限制生長(zhǎng)細(xì)胞法、有限代謝控制法、休止細(xì)胞法和酶促反應(yīng)法實(shí)現(xiàn)菌株富集，再將其注入聯(lián)合站中，實(shí)現(xiàn)油相與水相分離，便于原油回收和底水后續(xù)處理。

上述研究表明，可應(yīng)用于乳狀液破乳的生物資源豐富，微生物細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物均具有較高的破乳活性，具備大規(guī)模處理老化油乳狀液的潛力。雖然生物破乳可實(shí)現(xiàn)廢棄原油的高效快速回收再利用，但是其破乳機(jī)制仍需深入研究，以期進(jìn)一步提高老化油處理效率，促進(jìn)工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模。

1.2生物脫硫

老化油硫化物含量高是造成脫水困難和電脫水器跳閘的根本原因，其硫化物主要包括硫化亞鐵和硫化氫，這兩種物質(zhì)產(chǎn)生的主要原因是硫酸鹽還原菌在油田污水中大量繁殖，將硫酸鹽還原進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕性硫化物。由于此類硫化物本身呈親油性，且相對(duì)密度介于油水之間，在含水事故罐、污水沉降罐的沉降過(guò)程中上浮并吸附在油水界面上，經(jīng)過(guò)不斷循環(huán)積累而形成具有一定厚度的油水過(guò)渡帶中間層，該過(guò)渡帶直接影響了正常的脫水處理，從而導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂，因此去除硫化物是實(shí)現(xiàn)高效脫水至關(guān)重要的工藝措施［27］。

生物脫硫主要通過(guò)化能自養(yǎng)型脫硫微生物將硫化物氧化成硫單質(zhì)或高價(jià)硫酸鹽，作為自身繁殖的能量來(lái)源，以此直接消耗水體中的硫化物來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，加入的有益菌群與老化油中的硫酸鹽還原菌爭(zhēng)奪生長(zhǎng)空間，抑制硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)和代謝，減少硫化物的生成。已有研究報(bào)道老化油經(jīng)生物脫硫技術(shù)處理（工藝流程見(jiàn)圖3），硫化物含量明顯降低，保證后續(xù)脫水處理正常進(jìn)行［28］。

圖3　微生物處理老化油脫硫工藝圖［28］

張廣福［29］針對(duì)大慶油田聯(lián)合站系統(tǒng)硫化物的產(chǎn)生和分布規(guī)律，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)作用實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)作用實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇在硫化物問(wèn)題最為嚴(yán)重的杏一聯(lián)合站進(jìn)行擴(kuò)大應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。投加微生物菌劑MW2000（60 mg/L）沖擊9天，油相中硫化物含量由 60.7mg/L降至 1.5mg/L，水相中硫化物含量由7.5mg/L降至0.004mg/L。隨著硫化物的去除，電脫水跳閘次數(shù)逐漸減少，直至平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)污水沉降罐、污水處理站兩處老化油全天24 h連續(xù)回收。經(jīng)過(guò)在杏一聯(lián)合站39天應(yīng)用MW2000生化產(chǎn)品動(dòng)態(tài)作用處理后，污水沉降罐出水、污水處理站出水水質(zhì)明顯改善，后續(xù)污水處理系統(tǒng)恢復(fù)正常處理能力，從而形成油水處理的良性循環(huán)。

在考察華北油田老化油分布規(guī)律和硫化物對(duì)老化油脫水、擊穿電壓及界面張力影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行生物破乳劑脫硫的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，向2000m3老化油沉降罐中投加生化制劑，第二天硫化物濃度由45.8mg/L降至1.7mg/L，硫酸鹽還原菌由2.0×106個(gè)/mL降至220個(gè)/mL，從而使后續(xù)脫水正常進(jìn)行，效果優(yōu)于室內(nèi)試驗(yàn)［30］。

劉宏芳和秦雙［28，31］發(fā)明一種老化油生物脫硫菌劑及利用該菌劑處理老化油的方法，由紫色硫細(xì)菌（Ectothiorhodospira sp. PSE）和脫氮硫桿菌（Thiobacillus denitrificans AJ243244）以及無(wú)機(jī)鹽制成的生物脫硫菌劑加入活化罐中活化后，與含水54%的老化油充分混合。靜態(tài)處理近5天，可見(jiàn)油水分離；處理6天，老化油中FeS含量由150mg/L降低至20mg/L，污水中FeS含量由125mg/L降低至0。該生物脫硫菌劑生產(chǎn)簡(jiǎn)單，成本低廉，解決了老化油中硫化物帶來(lái)的生產(chǎn)問(wèn)題及環(huán)境污染，提高老化油回收與處理的效率。

生物脫硫菌劑在室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)施工中均能夠有效去除硫化物和硫酸鹽還原菌，改善污水沉降罐和處理站出水指標(biāo)，使后續(xù)脫水正常進(jìn)行，提高老化油處理與回收效率。此外，生物脫硫可以解決老化油硫化物帶來(lái)的環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2　老化油泥的生物處理

油泥是石油工業(yè)中多種作業(yè)措施伴生的一種黏性物質(zhì)，其成分復(fù)雜，包括油、水、礦物質(zhì)和固體顆粒等，沉積在管道和罐底后，不僅減少設(shè)備有效容積，降低系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)載量，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和安全隱患，危及民眾正常的健康和生活。因此老化油泥及時(shí)清理問(wèn)題亟待高效解決［32］。目前老化油泥的處理工藝中主要涉及物理、化學(xué)和生物學(xué)等方法，隨著場(chǎng)地生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，生物技術(shù)處理工藝逐漸顯示出其環(huán)境擾動(dòng)小、修復(fù)成本低且能夠治理大面積污染的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外廣泛使用［33-34］。生物技術(shù)處理老化油泥中烴類主要原理是功能微生物以石油烴類為碳源、可以通過(guò)同化降解，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的有機(jī)物質(zhì)，最終將烴類組分轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O。

2.1生物堆肥處理老化油泥

自 1997年第四屆國(guó)際場(chǎng)地生物修復(fù)會(huì)議召開(kāi)以來(lái)，生物堆肥技術(shù)作為一項(xiàng)重要的生物修復(fù)技術(shù)逐漸發(fā)展完善。該技術(shù)是將待處理物集中堆置，通過(guò)生物刺激或生物強(qiáng)化措施，去除待處理物中有害成分，促進(jìn)修復(fù)目標(biāo)的達(dá)成［35］。迄今為止，生物堆肥研究包括初期的生物堆工程構(gòu)建，堆體中微生物的特性研究和特殊氣候條件下的應(yīng)用［36］。堆肥法適用于處理高烴類的含油污泥，而且操作簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，處理費(fèi)用低，能夠最大限度的降低污染物濃度，逐漸受到研究者的關(guān)注。生物堆肥是傳統(tǒng)堆肥和生物技術(shù)的結(jié)合，依靠自然界存在的微生物，促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化。

在評(píng)價(jià)堆肥法降解老化油泥效率的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)添加稻草和有機(jī)肥對(duì)含油污泥進(jìn)行了115天的堆肥處理，油泥中的總石油烴含量從123g/kg±1g/kg降低至71.7g/kg±0.5g/kg，降解率達(dá)42%。含油污泥經(jīng)堆肥處理后生物毒性降低，EC50從1.77mg/mL±0.28mg/mL提高至2.76mg/mL±0.38mg/mL［37］。WANG等［38］在勝利油田進(jìn)行生物堆肥降解老化油泥研究的礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，在油田中構(gòu)建4個(gè)老化油泥生物堆，每個(gè)生物堆采用不同的生物刺激策略，以微生物菌落水平生理剖面反應(yīng)和老化油泥的生物降解效率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)生物堆肥處理，微生物代謝活性和多樣性以及兩層之間的細(xì)菌數(shù)明顯增強(qiáng)。220天后，中間的填充劑層中 49.62%的總石油烴被去除。勝利油田的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為規(guī)?；瘧?yīng)用生物堆肥法去除老化油泥提供了理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.2老化油泥污染土壤的生物修復(fù)

含油固體或液體物質(zhì)直接填埋或泄漏至土壤中（包括儲(chǔ)罐泄漏、運(yùn)輸及裝卸過(guò)程中泄漏，管道泄漏等），均會(huì)造成不同程度的土壤污染。由于污染物通過(guò)土壤層不斷下移擴(kuò)散，有可能累及地下水及深部土壤，而造成飲用水及耕地污染的嚴(yán)重后果，因此及時(shí)迅速地清理、降解污染物是有效阻止污染物向周圍擴(kuò)散的重要措施。生物處理技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)有效、性能優(yōu)異的優(yōu)勢(shì)，在處理土壤污染問(wèn)題等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，已有多地將生物修復(fù)應(yīng)用于老化油污染土壤的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中。

郝清穎［6］考察不同微生物產(chǎn)品對(duì)大慶油田污染土壤中落地污油的降解效果：使用GATOR污油降解素的土壤污油去除率為84.57%；使用QX型微生物制劑的土壤污油去除率為79.90%；將兩種產(chǎn)品聯(lián)合使用，土壤污油去除率為90.75%，可達(dá)到較好的除油效果。MALETI?等［39］考察實(shí)地條件下利用生物堆處理老化油及其衍生物污染的土壤的石油烴降解情況，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了總烷烴和礦物油降解動(dòng)力學(xué)以及多環(huán)芳烴（PAHs）降解動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明礦物油和總石油烴降解率為42%，PAHs降解率為77%。構(gòu)建的動(dòng)力學(xué)模型指導(dǎo)生物修復(fù)過(guò)程所需要的時(shí)間、最終礦物油濃度，可跟蹤實(shí)驗(yàn)全過(guò)程直至降解過(guò)程完成；另外，他提出，利用升級(jí)的復(fù)合模型來(lái)獲取更準(zhǔn)確的關(guān)于土壤修復(fù)至期望值的評(píng)估是非常必要的。HELMY等［40］報(bào)道印度尼西亞某處老化油污染的土壤的生物修復(fù)過(guò)程。利用原油降解菌群，總石油烴降解率為46%，在此基礎(chǔ)上，添加由維氏固氮菌（Azotobacter vinelandii）產(chǎn)生的生物表面活性劑，總石油烴降解率提高至85%。大幅度提高降解效率的機(jī)制是生物表面活性劑一方面能夠提高污染物中不混溶部分的假溶活性和乳化性，增強(qiáng)降解微生物的生物有效性；另一方面，通過(guò)提供輔因子、提高利用疏水化合物的能力而促進(jìn)原油降解菌株的生長(zhǎng)，因而顯著提高生物修復(fù)效率。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，利用該技術(shù)處理 4883m3油泥污染土壤16個(gè)月，總石油烴去除量為46g/kg土壤。這一結(jié)果證實(shí)原油降解菌群和生物表面活性劑提高降解效率并可克服油泥污染土壤降解過(guò)程的限制因素。BEZZA等［41］報(bào)道利用Bacillus stratosphericus、Bacillus subtilis、Bacillus megaterium和Pseudomonas aeruginosa組成的菌群降解雜酚油污染土壤的老化PAHs，結(jié)果顯示45天降解率為57%，添加生物表面活性劑降解率提高至 86.5%。ADETUTU等［42］報(bào)道用生物刺激和生物強(qiáng)化手段處理罐底油泥污染的土壤，用于烷烴降解的微生物菌群以真菌Scedosporium屬為主，該菌群能夠降低油罐底的老化油黏度（44%）和土壤殘余烴含量。后續(xù)的實(shí)地實(shí)驗(yàn)顯示49天總石油烴降解率為54%，處理后的土壤達(dá)到填埋處理標(biāo)準(zhǔn)。

老化油泥的生物堆肥處理及污染土壤的生物修復(fù)均通過(guò)微生物自身降解及其代謝產(chǎn)物（主要為表面活性劑）的協(xié)助，將石油污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒且相對(duì)穩(wěn)定的終產(chǎn)物，很大程度上解決石油污染問(wèn)題。目前生物技術(shù)處理油泥污染土壤主要的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方式為原位修復(fù)，降解效果顯著，處理后土壤達(dá)到填埋標(biāo)準(zhǔn)，但如何提高野生環(huán)境中微生物活性和污染物處理能力仍需要進(jìn)一步的研究。

3　結(jié)　語(yǔ)

近年來(lái)，由于全球?qū)υ托枨罅吭黾?，原油開(kāi)發(fā)、集輸?shù)倪M(jìn)程也大幅度提高，因此老化油產(chǎn)生量猛增，對(duì)于油田行業(yè)及環(huán)保領(lǐng)域的危害日益凸顯。隨著社會(huì)各界對(duì)于環(huán)境污染及其有效治理措施重視程度的提高，使得生物技術(shù)在老化油處理方面的研究成為熱點(diǎn)。老化油生物技術(shù)處理過(guò)程中具有效率高、成本低、清潔環(huán)保、無(wú)毒害且不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在原油脫水、油污分離、含油廢水處理等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但還有很大的提升空間。針對(duì)目前老化油的生物處理技術(shù)現(xiàn)狀和存在的瓶頸問(wèn)題，未來(lái)生物處理老化油的潛在熱點(diǎn)方向可能集中在以下方面。

（1）精準(zhǔn)、個(gè)性工程菌株的構(gòu)建。在“組”學(xué)等先進(jìn)生物學(xué)手段的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)代謝通路和降解機(jī)制的詳細(xì)研究，利用分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建性能優(yōu)良的基因工程菌株，將可高效、特異降解不同底物的酶基因克隆并導(dǎo)入到高效表達(dá)載體中，通過(guò)高效率的發(fā)酵技術(shù)，獲得能同時(shí)降解多個(gè)污染物的工程菌株。

（2）多種有效措施聯(lián)合應(yīng)用。生物技術(shù)與其他老化油處理手段相結(jié)合，包括微生物-酶聯(lián)合技術(shù)、生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、物理-生物-化學(xué)三元復(fù)合技術(shù)等，將有效降低污染土壤中瀝青質(zhì)組分含量，提高老化油處理效率。

（3）新型生物破乳劑，尤其是低溫破乳劑的開(kāi)發(fā)。來(lái)源于不同工藝措施的老化油物性差異大，需要結(jié)合油品特性，充分發(fā)揮生物處理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)能力強(qiáng)、作用范圍廣、處理效率高的生物破乳劑。

（4）生物處理工藝的簡(jiǎn)化。利用已有基礎(chǔ)工藝設(shè)備，設(shè)計(jì)個(gè)性化、精細(xì)化的處理工藝，提升老化油處理效率，降低綜合能耗和處理成本，加速油田集輸系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新。

致謝：感謝本論文完成過(guò)程中，知微生物研發(fā)中心的付娜、魏清娟和袁胥博士等人給予的熱情幫助和大力支持，在此表示誠(chéng)摯謝意。

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Progress on aged oil treatment by biological technology

MENG Xiangjuan1，CHEN Defei1，CAO Xianping1，XU Haixia1，CHEN Qing2，ZHAO Jing2
（1Institute of Oil and Gas Engineering，Traim Oilfield Company，PetroChina，Korla 841000，Xinjiang，China；2Dalian Chivy Biotechnology Limited Company，Dalian 116023，Liaoning，China）

The aged oil in treatment station and oil tank has increased dramatically as the exploitation of main domestic oilfields has entered their middle and late periods. It has become not only a waste resource and huge burden for the gathering system，but also one key factor in potential environmental pollution and safety risks if not timely treated. In this paper，we start with emulsion and sludge，the two main physical forms of aged oil，and conclude with the commonly used processes in aging oil treatment including extra electric treatment，thermal gravity settling，centrifugation separation，ultrasonic treatment，biological treatment and oxidative emulsion-three phases separation processes. We review the biological technology in aging oil demulsification through the mechanism of microbial cells and biosurfactant to achieve oil-water separation. In aging oil desulfurization，microbes directly consume sulfide compounds to reduce the sulphide content and thereby reduce the electrical conductivity，making the dehydration treatment and recovery and purification of crude oil easier. In oil sludgedegradation，high hydrocarbon oils are treated by biological compost method. In oiled soil remediation，microbes degrade total petroleum hydrocarbons and PAHs to meet the landfill disposal standards after remediation of contaminated soils. Biotechnology has the advantages of low cost，low power consumption，remarkable effect and no secondary pollution，compared with some traditional physical and chemical methods，and therefore has a broad and promising development and application future. Moreover，we propose new research ideas and development directions for the oil aging process，and positively explore innovative strategies for oilfield gathering system.

aged oil；biotechnology；demulsification；desulfurization；environmental remediation

X 74

A

1000-6613（2016）08-2406-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.16

2016-01-06；修改稿日期：2016-03-02。

大連“海創(chuàng)工程”、中國(guó)留學(xué)人員回國(guó)創(chuàng)業(yè)啟動(dòng)扶持計(jì)劃和遼寧省“百千萬(wàn)人才工程”項(xiàng)目。

孟祥娟（1982—），女，雙學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)

工程與工藝。E-mail mengxj-tlm@petrochina.com.cn。聯(lián)系人：趙靜，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事提高采收率和環(huán)境生物修復(fù)工作。E-mail zhaoj@dl-opus.com。