微生物處理水基鉆井固廢技術(shù)應(yīng)用＊

萬書宇 余思源 何天鵬 舒 暢 閆瑞景 李 輝

(1.中國石油川慶鉆探公司川西鉆探公司；2.中國石油川慶鉆探公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院)

0 引 言

水基鉆井固廢通常指采用水基鉆井液鉆井產(chǎn)生的固體廢物，主要是清掏循環(huán)罐、廢水處理產(chǎn)生的泥渣以及鉆井過程產(chǎn)生的巖屑[1]，按照《國家危險廢物名錄》(2016年)規(guī)定，水基鉆井固廢不屬于危險廢物。一般水基鉆井固廢的特點(diǎn)為：pH值9～12，具有較高的含水率，COD在5 000～20 000 mg/L。以往各大鉆探公司主要采取固化填埋法、焚燒法等處置水基鉆井固廢，在特定時間段對污染防控起到積極作用。隨著新環(huán)境保護(hù)法的頒布，地方政府加大了對環(huán)境保護(hù)的管控，水基鉆井固廢的處置要求也進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)處理工藝已很難滿足現(xiàn)階段環(huán)保需求。早在20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)國家為解決水基鉆井固廢處置的問題，已經(jīng)開始研究使用微生物處理水基鉆井固廢，取得了較大進(jìn)展，因微生物處置過程不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，同時能有效降解水基鉆井固廢中的有害物質(zhì)，對水基鉆井固廢處置有極大參考價值。

1 水基鉆井固廢處置技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 直接填埋法

直接填埋法是指固體廢物未經(jīng)處理直接堆放在井場預(yù)先挖好的儲存坑里，借助自然條件蒸發(fā)干燥，隨后用表層土壤覆蓋[2]。

該種方式成本低，工序簡單。但是該種方式僅將水基鉆井固廢中的水分蒸發(fā)，未對其中的有害物質(zhì)進(jìn)行處置。遇到地下水豐富、暴雨、儲存坑垮塌后，將對周邊水系、土壤造成重大污染，該種方法在主要鉆井區(qū)逐漸被國家明令禁止。

1.2 焚燒法

焚燒法是將水基鉆井固廢投入到焚燒爐或回轉(zhuǎn)爐中，利用高溫將固廢中的有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)，同時對部分有害物質(zhì)進(jìn)行充分穩(wěn)定、包裹。

這種方式雖然能快速處理部分有毒有害物質(zhì)，但是將鉆井固廢運(yùn)輸至處理廠存在一定的環(huán)保風(fēng)險，且水基鉆井固廢中的部分無機(jī)物并不能通過焚燒的方式去除。如果焚燒溫度控制不合適、焚燒不完全，將排放大量有毒有害氣體。焚燒結(jié)束后，還需要對焚燒的殘留物進(jìn)行二次處理，處理費(fèi)用高，處理過程中也存在一定的安全環(huán)保風(fēng)險。

1.3 固化填埋法

固化填埋法基于鉆井液中具有一定的固相，通過加入化學(xué)固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，降低其瀝濾性，防止有害成分的遷移擴(kuò)展[3]，最后再將固化體填埋。

該種方式是目前較為常用和技術(shù)成熟的處理方式。通過調(diào)節(jié)pH值，加入脫色劑、固化劑等后形成固化體。通過浸泡試驗(yàn)證明該種方式固化體浸出液主要污染物符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，污染物被固定在固化體內(nèi)，有效地減小了污染物對周邊環(huán)境的影響。但是固化體長期填埋地下，存在很多不可控因素。同時，固化過程消耗大量材料[4]。

1.4 微生物處置法

微生物處置法又叫生物修復(fù)法，是指利用微生物生命代謝活動降解或減少土壤和水體中的有機(jī)污染物或重金屬使其無害化，使受污染的環(huán)境區(qū)域部分或完全恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程[5]。

該方法相比焚燒法，不產(chǎn)生二次污染，無廢氣排放；相比固化填埋法，對鉆井固廢中的有害物質(zhì)進(jìn)行了消解，轉(zhuǎn)化成無害的二氧化碳和水。在降解過程中，不需要大量人力物力投入，節(jié)省了資源。

2 X3井鉆井固廢微生物法應(yīng)用情況

2.1 X3井基本情況

X3井所在地區(qū)年平均氣溫17.5～18.0 ℃，完井后現(xiàn)場殘留固體廢物1 014 m3，含水率80%～90%。井場內(nèi)修建廢水池4個，巖屑池1個，池壁均采用條石堆砌，地基牢固。實(shí)地勘測后認(rèn)為該井中后期均采用聚磺類體系鉆井液，且該地區(qū)晝夜溫差不大，全年氣溫變化較小，適合微生物菌種B的生長繁殖，決定采用微生物菌種B對X3井的鉆井固廢進(jìn)行處置。微生物菌種B的篩選過程按照聚磺類體系鉆井液微生物降解菌篩選方式進(jìn)行篩選[6]。

X3井巖屑池和廢水池位置示意見圖1。

為施工方便，在1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池，對X3井產(chǎn)生的水基鉆井固廢進(jìn)行微生物處置。

注：1#池為巖屑池，2#、3#、4#池為廢水池，5#池為殘酸池。圖1 X3井巖屑池和廢水池位置

2.2 前期準(zhǔn)備情況

2.2.1 鉆井固廢預(yù)處理

現(xiàn)場存放于巖屑池中的固體廢物含水率較高，含氧量低，不適合好氧微生物的生長，直接影響處理效果，需對鉆井固廢進(jìn)行預(yù)處理。

1)加入破膠劑A，使用量為5～6 kg/m3，混合攪拌，同時對污泥進(jìn)行充分曝氣，使其中的水分盡量游離出來，轉(zhuǎn)移儲存水分。

2)待鉆井固廢不再出現(xiàn)明顯滲水后，進(jìn)行翻土，使其盡量分散。

鉆井固廢預(yù)處理工藝流程見圖2。

圖2 鉆井固廢預(yù)處理工藝流程

2.2.2 廢水池防滲

現(xiàn)場將使用1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池作為微生物處理技術(shù)的處理池。1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池采用條石堆砌，部分池壁出現(xiàn)損壞，直接使用存在垮塌風(fēng)險。在進(jìn)行微生物處理前對廢水池壁及池底進(jìn)行防滲及加固處理。

1)先將池內(nèi)鉆井固廢轉(zhuǎn)移至4#廢水池、5#殘酸池，對池底污物進(jìn)行清理。清理池底后，池底采用10 cm C20混凝土澆筑，提高池底承壓能力，保證填裝鉆井固廢后池底不開裂；

2)清理池壁附著物，對破損開裂、滲漏池壁進(jìn)行修復(fù)。在條石接口處開V形槽，采用防水砂漿勾縫，再做20 mm水泥砂漿抹面，候凝48 h后涂三層防滲涂料。

廢水池防滲工藝見圖3。

圖3 廢水池防滲工藝流程

3)完成1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池的防滲處理后，再將4#廢水池、5#殘酸池內(nèi)暫存的水基鉆井固廢轉(zhuǎn)移至1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池內(nèi)，每個池內(nèi)水基鉆井固廢不超過單個池容積一半。

2.2.3 水基鉆井固廢檢測

對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池鉆井固廢進(jìn)行取樣檢測。樣品顏色為黑褐色，有明顯油味，對其中鎘、鉻、砷、鉛、汞進(jìn)行檢測。同時對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池中的鉆井固廢浸泡48 h后，對浸出液的pH值、COD、氯化物、石油類進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果見表1、表2。

從檢測結(jié)果可以看出，鉆井固廢重金屬鎘、鉻、鉛、汞濃度達(dá)到GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，砷濃度超標(biāo)。

表1 水基鉆井固廢重金屬檢測結(jié)果 mg/kg

*GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)。

表2 水基鉆井固廢非重金屬檢測結(jié)果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。

從檢測結(jié)果可以看出，鉆井固廢浸出液pH值、COD、石油類均不能達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 施工處理

1)將1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池內(nèi)水基鉆井固廢進(jìn)行疏松。

2)加入0.5%(質(zhì)量比)菌種B。加入菌種B時，充分?jǐn)嚢瑁咕N均勻分散到鉆井固廢中。攪拌均勻后，加入池1/2容積的井場棄土土壤(使用前晾干)，邊加土壤邊攪拌，直至土壤和鉆井固廢攪拌均勻，控制“土壤-鉆井固廢”混合物的含水率為22%～25%。

3)鉆井固廢和土壤攪拌均勻后，在其最上層覆土5～10 cm。

4)對各處理池表面鋪設(shè)遮雨布，并疏通處理池周邊排水溝，杜絕雨水及山水進(jìn)入生物處理池。

5)每周對遮雨布進(jìn)行檢查，及時修復(fù)破損的遮雨布，疏通堵塞的排水溝。3個月后，檢測處理效果。

2.4 效果評價

挖土30 cm，發(fā)現(xiàn)1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池水基鉆井固廢顏色從原來的黑褐色變?yōu)槟帱S色，外觀已看不出和土壤的區(qū)別，嗅覺上也無特殊氣味。鉆井固廢溶水后，浸出液無黑色，呈灰濁色。

對1#巖屑池、2#廢水池、3#廢水池水基鉆井固廢中的鎘、鉻、砷、鉛、汞、鎳進(jìn)行檢測；對水基鉆井固廢浸泡48 h后，對浸出液的pH值、COD、氯化物、石油類進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果見表3、表4。

從檢測結(jié)果可以看出，鉆井固廢重金屬鎘、鉻、砷、鉛、汞濃度符合GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，滿足耕作要求，說明砷被微生物有效降解。

從檢測結(jié)果可以看出，鉆井固廢浸出液pH值、COD、氯化物、石油類符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。證明水基鉆井固廢被微生物處置后，COD、氯化物、石油類得到有效降解。

表3 處理后水基鉆井固廢重金屬檢測結(jié)果 mg/kg

*GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》。

表4 處理后水基鉆井固廢非重金屬檢測結(jié)果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

1)X3井使用微生物處理水基鉆井固廢效果較好，處理后的土壤-鉆井固廢混合物的污染物指標(biāo)達(dá)到GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，浸出液符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。

2)微生物處理水基鉆井固廢可以對污染物進(jìn)行有效降解，對砷、COD、氯化物、石油類去除效果明顯。同時該技術(shù)減少了材料消耗，較好地對鉆井固廢進(jìn)行了無害化處理。

3)微生物處理水基鉆井固廢雖然有一定效果，但處理周期較長，微生物對周邊生態(tài)環(huán)境有一定要求，具有一定的局限性。需進(jìn)一步研究污染物在植物內(nèi)遷移規(guī)律，以及培育處理周期短，適應(yīng)范圍廣的菌種。