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(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)起了重要的推動(dòng)作用，但在石油天然氣的勘探開(kāi)采過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)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(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)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(wú)害化處理和資源化利用的新方法，對(duì)于保護(hù)區(qū)域環(huán)境，保障石油工業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)利用都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)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(dòng)，將鉆井固體廢物中有毒有害的石油烴類(lèi)有機(jī)污染物降解成二氧化碳和水或轉(zhuǎn)化成為無(wú)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(jiǎn)單、成本低、效果好、無(wú)二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而備受?chē)?guó)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(wèn)題是各國(guó)政府所提倡的研究課題[5]。

早在20世紀(jì)五六十年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始了對(duì)鉆井固體廢物的生物處理技術(shù)研究[6-7]，對(duì)各種鉆井固體廢物進(jìn)行生物毒性實(shí)驗(yàn)及生物降解實(shí)驗(yàn)。針對(duì)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(jī)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(dá)到無(wú)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(guò)調(diào)節(jié)土壤濕度和pH值，以?xún)?yōu)化烴類(lèi)生物的降解條件；同時(shí)還需翻耕土壤，使之充氧并使石油烴類(lèi)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(diǎn)是能通過(guò)廉價(jià)的天然過(guò)程將石油烴類(lèi)等污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的土壤成分。缺點(diǎn)是占地面積較大，處理周期較長(zhǎng)，不適用于冬季較長(zhǎng)的地區(qū)，且會(huì)在土壤中產(chǎn)生生物難以降解的烴類(lèi)(主要是高分子蠟及瀝青質(zhì))，長(zhǎng)期積累存在環(huán)境污染隱患。

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

1.2 堆肥法

堆肥法是將鉆井固體廢物與適當(dāng)?shù)牟牧匣旌喜⒊啥逊胖?，利用自然界的微生物降解其中的污染物。堆肥能保持微生物代謝過(guò)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(lèi)物質(zhì)的生物降解速度，堆肥法是對(duì)土地耕作法的改良，應(yīng)用于石油烴類(lèi)含量較高的鉆井固體廢物的處理。

美國(guó)Newpark公司推出的生物堆肥處理工藝，將鉆井固體廢物與有機(jī)底質(zhì)和養(yǎng)料按比例混合，通過(guò)提供有利環(huán)境，包括濕度、通風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)元素及二次處理增強(qiáng)劑，形成長(zhǎng)條形肥堆。該堆肥工藝可實(shí)現(xiàn)全年內(nèi)持續(xù)降解作用的進(jìn)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(jī)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(fù)井場(chǎng)破壞的土地。

2 西南油氣田對(duì)鉆井固體廢物生物處理技術(shù)的研究和應(yīng)用

國(guó)內(nèi)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)都還不夠成熟，將生物處理技術(shù)進(jìn)行規(guī)?；默F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例更是鮮見(jiàn)。針對(duì)川渝地區(qū)土地資源緊張、環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)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(duì)于西南油氣田分公司已迫在眉睫。多年來(lái)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(guó)外先進(jìn)的生物處理技術(shù)，通過(guò)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(dòng)，來(lái)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(wú)機(jī)物，再通過(guò)植物的吸收、轉(zhuǎn)化作用來(lái)進(jìn)一步降低或消除鉆井固體廢物中的污染物。在這一過(guò)程中，微生物起著主導(dǎo)作用。

微生物—植物聯(lián)合處理技術(shù)將微生物和植物有機(jī)的結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)兩者又相互協(xié)作降解污染物的過(guò)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(yíng)養(yǎng)和能源；另一方面，微生物的活動(dòng)也促進(jìn)了根系分泌物的釋放。另外，植物還可為微生物提供生存場(chǎng)所和氧氣，使根區(qū)對(duì)污染物的好氧轉(zhuǎn)化作用得以正常進(jìn)行[13]。

2.2 工藝流程

實(shí)際上，在鉆井固體廢物中由于微生物存在的廣泛性會(huì)通過(guò)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?cè)趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)將那些適應(yīng)能力強(qiáng)、繁殖速度快的優(yōu)勢(shì)降解菌種分離出來(lái)，再通過(guò)馴化進(jìn)一步強(qiáng)化其對(duì)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(guò)正交試驗(yàn)研發(fā)了混合微生物復(fù)配菌劑，將微生物復(fù)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(chǎng)上進(jìn)行植物的栽種，利用微生物和植物的聯(lián)合作用來(lái)降解鉆井固體廢物中的污染物，后期加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(gè)月，滲濾液的化學(xué)需氧量(COD)和石油類(lèi)去除率分別能達(dá)到80%和70%以上，pH值、色度、COD、石油類(lèi)的含量均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；其基本項(xiàng)目可達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)的風(fēng)險(xiǎn)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(yíng)養(yǎng)水平，改善了土壤的肥力狀況，更有利于植物的生長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

西南油氣田分公司已在川渝地區(qū)的多個(gè)鉆井現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)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(wàn)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(jiǎn)單，污染物降解效果好，無(wú)二次污染，處理后的鉆井固體廢物可作為土壤融入當(dāng)?shù)赝恋厣鷳B(tài)系統(tǒng)，變“廢”為“寶”，真正實(shí)現(xiàn)資源化利用。