The Study and Application of Microbial Degradation Technology for Oily Sludge

Wenlai Zhang, Ting Gao, Tianli Rao, Weihua Wang, Boping Dai

The 3rd Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company, PetroChina, Yinchuan Ningxia

Abstract

Keywords

1.引言

含油污泥是指在原油开采、集输、炼制等过程中产生的大量含油固体废物，含油污泥处理最终的目的是以减量化、资源化、无害化为原则。含油污泥常用的处理方法有焚烧法、溶剂萃取法、生物法、焦化法、注水井调剖、含油污泥综合利用等。苏洪敏等[1]分析了超声波对污泥粒径、脱水性能和厌氧消化的影响。但超声波功率过大，处理时间太长，可能会改变污泥的内部结构，增加污泥黏度，使污泥脱水性能变差。王鹏等[2]从污泥的种类、固化剂种类、主要技术指标、关键影响因素及固化/稳定化机理等进行研究和总结，但固化后的污泥堆放占用了大面积土地，造成了资金的浪费，且加入有机固化剂可能带来二次污染。舒政等[3]总结了在国内油田开展的含油污泥调剖技术，该技术为含油污泥的无害化处理与资源化利用开辟了新途径，同时也为油田综合治理、降低生产成本提供了可靠的技术支撑。但由于污泥调剖剂封堵强度较低、粒径分布较窄，限制了在不同渗透率油藏中的应用。笔者利用微生物降解技术对含油污泥进行有效处理，可大规模、短周期、无害化治理，试验效果较为可靠。

2.室内菌种培养及筛选

2.1.污油微生物含量分析

通过取样分析，检测了污油泥池内微生物的含量、速效氮、磷、钾、pH值、水分、总石油烃的质量浓度(表1)。通过分析可知，被污染的土壤中微生物含量极低，速效氮、磷、钾含量为0，说明土壤极度的贫瘠。

Table 1.The analysis of microbial content in oily sludges表1.污油微生物含量分析

2.2.菌种培养

将采集的3个土样(标号为A、B、C)分别取5 g加入到50 mL以石油烃为唯一碳源的无机盐中，在30℃、150 r/min的条件下，恒温培养4 d后取1 mL培养液至原油无机盐培养基中，继续培养5 d，重复3～4次，吸取培养液在加富培养基平板上涂布，挑取单菌划线分离，将纯化后的单菌在斜面培养基划线保存，得到43株石油降解菌CQ-Y-01～CQ-Y-43及17株多环芳烃降解菌CQ-F-44～CQ-F-60。

2.3.降解率试验

向6个10 mL容量瓶中分别加入0、0.5、1、2、3、4 mL的标准油溶液，用石油醚(60℃)稀释至标线。将制得的标液在紫外分光光度225 nm处测定其吸光度(图1)。

Figure 1.The curve of absorbance changing with oil mass concentration图1.吸光度随原有质量浓度变化的曲线

将需要检验的石油烃降解菌株接种到50 mL牛肉膏蛋白胨液体培养基摇瓶中，在恒温30℃下培养24 h，采用磷酸缓冲液对其进行3次洗涤，添加无菌水混合均匀配制成一定浓度的菌悬液，取菌悬液培养制得种子液。以5%的菌液量接入到定量原油无机盐培养基中，在30℃、120 r/min条件下分别培养7、14、21 d，培养完成后用石油醚完全萃取培养基中未被降解的石油烃，测其吸光度。

根据试验结果，筛选出31株高效降解菌，其中原油降解菌23株、多环芳烃降解菌8株。单菌7d降解率在18%～26%，14 d降解率达到24%～45%。

2.4.16S rDNA鉴定试验

以CQ-Y-22为例，将CQ-Y-22菌株的基因组DNA作为模板，利用细菌16S rDNA扩增通用引物进行PCR扩增，获得一条长度约为1400 bp的基因片段。

由图2可以看出，PCR扩增产物在1.4 kb处有特异性条带，与预先估计的扩增产物长度一致。根据PCR产物测序结果，将基因序列通过Blast在Genback/EMBL/DDBJ中进行相似性分析，发现CQ-Y-22菌株与不动杆菌属sp.S248 (HQ704716.1)的核苷酸序列同源性达到 99%，采用 MEGA4.1软件包中的Neighbor-joining方法构建了系统发育树[4][5]。结果显示 CQ-Y-22菌株与不动杆菌属sp.S248(HQ704716.1)具有相隔最近的亲缘关系，结合菌落的形态对比初步鉴定CQ-Y-22为不动杆菌属细菌。

Figure 2.16s rDNA PCR amplification electrophoresis of CQ-Y-22 strain图2.CQ-Y-22菌株16S rDNA PCR扩增电泳图

经16SrDNA测序鉴定，CQ-Y-02、CQ-Y-25、CQ-Y-28、CQ-Y-29、CQ-Y-37、CQ-Y-43为芽孢杆菌属，CQ-Y-07、CQ-Y-13、CQ-Y-15、CQ-Y-31、CQ-Y-39为假单胞菌属，CQ-Y-10、CQ-Y-05、CQ-Y-09为微杆菌属，CQ-Y-33、CQ-Y-01、CQ-Y-03为酵母菌属，CQ-Y-22 、CQ-Y-11、CQ-Y-16、CQ-Y-18为不动杆菌属，CQ-Y-23、CQ-Y-40为黄杆菌属，CQ-F-46、CQ-F-52、CQ-F-47为分枝杆菌属，CQ-F-48、CQ-F-51、CQ-F-55为红球菌属，CQ-F-44、CQ-F-60为类芽孢杆菌属。其中 CQ-Y-10、CQ-Y-13、CQ-Y-31、CQ-Y-39降解菌能使原油变成细小油滴。图3为CQ-Y-10降解菌对原油作用的照片。可以看出，CQ-Y-10降解菌使原油分散成小油滴悬浮于培养基液面上，说明这4株菌能产生表面活性剂。

Figure 3.The effect of CQ-Y-10 degradation bacteria on the dispersion of crude oil图3.CQ-Y-10降解菌对原油的分散作用

3.现场试验及评价

利用筛选出的微生物菌种，对现场500 t含油污泥进行了处理。其中，含油率大于10%的油泥采用机械清洗+微生物降解，含油率小于10%的油泥直接采用微生物降解。

3.1.对含油率大于10%油泥的处理

采集3个土样。测得其中1#土样含油率18.6%、2#土样含油率15.2%、3#土样含油率17.4%。首先对170 t含油率大于10%油泥进行了机械清洗，主要包括：油泥清洗、浮油收集、压滤机压滤、油泥晾晒等过程；然后加入微生物菌种。测试结果如表2所示，含油率都下降到5%以下。

Table 2.The cleaning effect of sludge with oil content over 10%表2.含油率大于10%的油泥清洗效果

3.2.对含油率小于10%油泥的处理

将170 t清洗后的油泥和330 t含油率小于10%油泥进行混合生物堆的堆建处理。每两周补充一次营养，确保碳氮磷质量比例为100:10:1，含水率控制在40%～60%之间，大棚温度控制在20～40℃之间。微生物降解检测结果见表3，可以看出，利用微生物降解后含油率从6.3%下降到0.26%。

Table 3.The results of microbial degradation test表3.微生物降解检测结果

4.结论

1)通过检测污油泥池内微生物的含量、速效氮、磷、钾、pH值、水分、总石油烃的质量浓度。可知该检测土壤极度的贫瘠。

2)通过降解率试验，筛选出31株高效降解菌，其中原油降解菌23株、多环芳烃降解菌8株。单菌7 d降解率在18%～26%，14 d降解率达到24%～45%。

3)通过细菌16S rDNA试验检测出CQ-Y-10、CQ-Y-13、CQ-Y-31、CQ-Y-39降解菌能产生表面活性剂，使原油变成细小油滴。

4)对现场500 t含油污泥进行了处理。其中含油率大于10%的油泥采用机械清洗 + 微生物降解，含油率下降到5%以下；含油率小于10%的油泥直接采用微生物降解，含油率从6.3%下降到0.26%。