生物处理技术实现油气田钻井固体废物土壤化利用的探索

徐炳科，徐 波

(西南油气田分公司安全环保与技术监督研究院，四川 成都 610041)

石油工业的发展，对我国的国民经济起了重要的推动作用，但在石油天然气的勘探开采过程中，不可避免地产生了大量钻井固体废物，它是油气田勘探开发过程中的主要污染源之一。以往钻井固体废物大多采用固化填埋方式处理，既占用大量宝贵的土地资源，又存在一定的环境污染隐患[1-3]。随着国家经济的发展和对环境保护重视程度的提高，改变传统的钻井固体废物处理方式，研究和探索一种无害化处理和资源化利用的新方法，对于保护区域环境，保障石油工业长期稳定发展，实现土地的可持续利用都具有非常重要的现实意义。

1 国外钻井固体废物生物处理技术发展

钻井固体废物生物处理技术主要是利用微生物或其它生物的生理活动，将钻井固体废物中有毒有害的石油烃类有机污染物降解成二氧化碳和水或转化成为无害物质[4]。同其他处理技术相比，生物处理技术因具有工艺简单、成本低、效果好、无二次污染等显著优点而备受国内外关注，如何利用生物技术解决石油污染及钻井固体废物的处理问题是各国政府所提倡的研究课题[5]。

早在20世纪五六十年代，发达国家就开始了对钻井固体废物的生物处理技术研究[6-7]，对各种钻井固体废物进行生物毒性实验及生物降解实验。针对钻井固体废物的生物处理较为常用的方法有：土地耕作法和堆肥法等[8-10]。

1.1 土地耕作法

土地耕作法是将钻井固体废物按一定的比例撒到土壤表面，再用耕作机械将其与土壤混合均匀，利用土壤自身的净化特性如吸收、吸附、生物降解钻井固体废物中的污染物，从而达到无害化处理的目的[11]。采用土地耕作法处理钻井固体废物需要投入肥料以平衡土壤中C、N、P三者的比例，并通过调节土壤湿度和pH值，以优化烃类生物的降解条件；同时还需翻耕土壤，使之充氧并使石油烃类在土壤中均匀混合。土地耕作法处理钻井固体废物最大优点是能通过廉价的天然过程将石油烃类等污染物转化成无害的土壤成分。缺点是占地面积较大，处理周期较长，不适用于冬季较长的地区，且会在土壤中产生生物难以降解的烃类(主要是高分子蜡及沥青质)，长期积累存在环境污染隐患。

1994年，美国HSR资源公司(HSR)在美国DJ盆地采用集中化土地耕作场对其拥有的100多口井的非防渗生产排污池中的废物进行处理：将挖掘出的含油污泥送往处理场，然后按0.3m左右的厚度摊开，每月进行1次土地翻耕来增加氧气，并浇水维持湿度在10%～15%，同时施入化肥来加速生物降解速度，当烃含量降至低于1000g/m3时完成处理过程，对水和土壤进行的周期性检测表明：处理过程没有对土壤和地下水产生负面影响[12]。

1.2 堆肥法

堆肥法是将钻井固体废物与适当的材料混合并成堆放置，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谢过程中产生的热量，有利于污染物的生物降解，采用的松散材料(如锯木屑、碎秸秆等)可增加保水性、透气性，有效加快钻井固体废物中烃类物质的生物降解速度，堆肥法是对土地耕作法的改良，应用于石油烃类含量较高的钻井固体废物的处理。

美国Newpark公司推出的生物堆肥处理工艺，将钻井固体废物与有机底质和养料按比例混合，通过提供有利环境，包括湿度、通风、营养元素及二次处理增强剂，形成长条形肥堆。该堆肥工艺可实现全年内持续降解作用的进行，即使在-45℃条件下也是如此。Newpark公司的堆肥处理工艺不仅能有效处理钻井固体废物，而且其产品是富有机养分的高附加值产品，可用于土壤侵蚀控制、提供养分、改良耕地并全面修复井场破坏的土地。

2 西南油气田对钻井固体废物生物处理技术的研究和应用

国内对于钻井固体废物的生物处理研究起步较晚，相关法律、法规及标准都还不够成熟，将生物处理技术进行规模化的现场应用案例更是鲜见。针对川渝地区土地资源紧张、环保形势严峻，改变传统的处理方法，研究和探索更为节能环保的钻井固体废物生物处理技术对于西南油气田分公司已迫在眉睫。多年来西南油气田分公司一直致力于钻井固体废弃物生物处理技术的研究与推广应用，我们借鉴国外先进的生物处理技术，通过消化吸收、自主创新，研发了一套适合川渝地区的钻井固体废物生物处理技术：微生物—植物联合处理技术。

2.1 技术原理

钻井固体废物的微生物—植物联合处理技术是利用人为投加的特效微生物的生命代谢活动，来降解固体废物中的污染物，将大分子物质转化为小分子甚至是无机物，再通过植物的吸收、转化作用来进一步降低或消除钻井固体废物中的污染物。在这一过程中，微生物起着主导作用。

微生物—植物联合处理技术将微生物和植物有机的结合在一起，充分发挥各自的优势，同时两者又相互协作降解污染物的过程。一方面植物的根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能源；另一方面，微生物的活动也促进了根系分泌物的释放。另外，植物还可为微生物提供生存场所和氧气，使根区对污染物的好氧转化作用得以正常进行[13]。

2.2 工艺流程

实际上，在钻井固体废物中由于微生物存在的广泛性会通过自然驯化作用而产生一定数量的本土降解微生物，我们在实验室内将那些适应能力强、繁殖速度快的优势降解菌种分离出来，再通过驯化进一步强化其对污染物的降解能力。往往单一微生物菌种的降解能力是有限的，我们通过正交试验研发了混合微生物复配菌剂，将微生物复配菌剂按比例接种至钻井固体废物中，再与自然土壤按一定比例混拌均匀，堆放于钻完井场上进行植物的栽种，利用微生物和植物的联合作用来降解钻井固体废物中的污染物，后期加强现场管理，持续跟踪钻井固体废物中污染物的降解情况。

2.3 效果跟踪

持续的跟踪监测结果表明，微生物—植物联合处理钻井固体废物效果显著：钻井固体废物经生物处理4个月，渗滤液的化学需氧量(COD)和石油类去除率分别能达到80%和70%以上，pH值、色度、COD、石油类的含量均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准；其基本项目可达到《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)的风险筛选值；生物降解后的钻井固体废物被转变为可栽种植物的土壤，且提高了原土壤的营养水平，改善了土壤的肥力状况，更有利于植物的生长。

3 结语

西南油气田分公司已在川渝地区的多个钻井现场开展了钻井固体废物微生物—植物联合处理技术的工程化推广应用，共处理钻井固体废物近万方，节约耕地面积近5000m2。生物处理技术的研究与应用拓展了钻井固体废物资源化处置利用技术和途径，缓解了企业的用地压力，降低了生产成本。其工艺简单，污染物降解效果好，无二次污染，处理后的钻井固体废物可作为土壤融入当地土地生态系统，变“废”为“宝”，真正实现资源化利用。