生物法處理含油污泥研究進(jìn)展

朱雨晴，佟樂, 2，劉薔薇，楊榮，喬雪飛

生物法處理含油污泥研究進(jìn)展

朱雨晴1，佟樂1, 2，劉薔薇1，楊榮1，喬雪飛1

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

隨著石油和天然氣的大規(guī)模開發(fā)，開采過程中會產(chǎn)生大量有機(jī)物含量高、組分復(fù)雜的含油污泥，含油污泥嚴(yán)重污染油田周邊的水、土壤及生態(tài)環(huán)境，處理石油開采過程中產(chǎn)生的含油污泥已刻不容緩。生物法處理含油污泥因其運(yùn)行費(fèi)用低、投資少、環(huán)境友好的特點(diǎn)已成為近年來研究的熱點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。本文在研究國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對處理含油污泥的生物法按單一法和聯(lián)合法分類，分別評述了這兩種方法處理含油污泥的特點(diǎn)，并對這些方法的發(fā)展提出了建議。

生物法；含油污泥；污染；生態(tài)環(huán)境

石油資源開發(fā)與使用過程對生態(tài)環(huán)境造成了巨大的污染，含油污泥就是其中的一種主要污染物，簡稱油泥。油泥是一種成分復(fù)雜的混合物，多呈懸浮乳狀液狀態(tài)，主要組分包括重質(zhì)石油烴類的組分（石蠟、瀝青、膠體、老化原油）、固體懸浮物、細(xì)菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產(chǎn)物和生產(chǎn)過程中投加的各種化學(xué)藥劑等。伴隨油田生產(chǎn)，大量的油泥被產(chǎn)出堆放在油田周邊，油泥占用大量的土地資源，同時對油田周邊的生態(tài)環(huán)境會造成嚴(yán)重的污染，油泥攜帶的毒性物質(zhì)還會伴隨食物鏈進(jìn)入到人體，后果十分嚴(yán)重。因此，油泥必須在短時間內(nèi)被處理，不可以長期露天堆放[1]。

國內(nèi)外對油泥的主要處理方法包括焚燒、生物處理、熱洗、固液分離、焦化等，其中生物處理方法是近年來的研究熱點(diǎn)，科研工作者已將生物法用于油田環(huán)境修復(fù)中。本文將處理油泥的生物法分為單一生物法和聯(lián)合生物法，論述了它們的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了它們各自具有的特點(diǎn)和不足，并提出了生物法處理油泥的發(fā)展建議，希望能為國內(nèi)外科研技術(shù)人員開展此類研究提供參考。

1 單一生物法

1.1 地耕法

油田生產(chǎn)的過程中會有大量的油泥、鉆井巖屑等散落于地表，地耕法普遍用于處理這部分油泥。處理過程中需要添加一定肥料來調(diào)節(jié)土壤的C、N、P元素的濃度比，調(diào)節(jié)土壤的pH值和濕度從而優(yōu)化烴類生物降解的條件，同時要對土壤進(jìn)行翻耕使其充分含氧。地耕法處理含油污泥過程中可以將石油烴轉(zhuǎn)化為無害的土壤成分，二次污染程度低、運(yùn)行費(fèi)用低，但該方法占用耕地面積較大，處理速度慢，溫度條件也限制其在寒冷地區(qū)的油田應(yīng)用，微生物降解不充分時還會遺留污染。

1.2 堆肥法

堆肥法是將肥料與油泥充分混合，露天堆放并用人工強(qiáng)化生物降解處理。在微生物代謝的過程中堆體溫度逐漸升高，高溫的條件下有利于烴類物質(zhì)的分解。肥料要具有透氣性、持水性等特點(diǎn)，常見的鋸木屑、碎稻草等都可作為廉價的肥料處理油泥。

余冬梅等[2]利用稻草和有機(jī)肥作為肥料混合油泥，堆放115 d后，堆體中的油去除率達(dá)到42%，較未堆肥處理提高24%，油泥經(jīng)堆肥法處理后生物毒性也有所降低。該方法的研究重點(diǎn)是如何選擇適宜的肥料，有學(xué)者以此為研究內(nèi)容繼續(xù)深入研究。王斐等[3]選取農(nóng)業(yè)廢棄物牛糞作為肥料混合油泥進(jìn)行堆放處理，堆肥115 d 后堆體都達(dá)到腐熟狀態(tài)后，石油烴降解率為22.96%。

堆肥處理占地小，成本低，處理量大，與地耕法相比更環(huán)保，更容易控制，適于處理毒性較大的化合物，但處理時間長且對環(huán)境要求較高，而且堆肥處理不能實(shí)現(xiàn)污泥中石油的回收再利用，雖然能夠修復(fù)環(huán)境，卻損耗了大量的油品。

1.3 生物表面活性劑法

常見的生物表面活性劑包括脂肽、多糖蛋白質(zhì)絡(luò)合物、糖脂、磷脂和脂肪酸，具有無毒或低毒、可生物降解、生態(tài)安全的特點(diǎn)，所以采用生物表面活性劑處理油泥對環(huán)境二次污染程度更低。

王殿璽[4]等利用生物表面活性劑法處理含油污泥，振蕩培養(yǎng)24 h后油泥中含油量降低，去除率達(dá)到20%以上，72 h后去除率高達(dá)到81.69%。Ivshina[5]選取紅球菌系列的菌種和該菌生成的表面活性劑對石油污染的土壤和沙石進(jìn)行處理，去除率達(dá)到82.6%。微生物在烴類環(huán)境下產(chǎn)生生物表面活性劑，利于烴基質(zhì)的乳化，促進(jìn)微生物對烴類物質(zhì)的攝取，加速菌體生產(chǎn)，提高污染物去除率[6]。

生物表面活性劑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子量大，對油泥的處理效果好，材料來源廣泛，但生物表面活性劑活性強(qiáng)，保存難度大，對環(huán)境條件要求高。

1.4 微生物降解法

近年來中外科研工作者在逐漸培養(yǎng)和選取各種不同微生物用于環(huán)境修復(fù)中，在油田的油泥處理中也有應(yīng)用。Mahdi A M E采用微生物降解法處理油泥研究過程中發(fā)現(xiàn)，該方法較操作簡便、成本較低。Dhote M利用從罐底油泥中分離出的個別菌株及其配制的復(fù)合處理劑處理油泥，去除率較高，同時發(fā)現(xiàn)了一種潛在的細(xì)菌制劑，可用于油泥/多環(huán)芳烴污染場地的礦場處理[7]。

微生物降解法雖然處理成本低，但微生物的生物活性容易受到環(huán)境條件影響，為提高處理效率和穩(wěn)定運(yùn)行，必須頻繁添加藥劑，控制pH值、溫度等，這樣運(yùn)行費(fèi)用增加，投入人工也比較多，而且生物一旦死亡將需要較長時間重新培養(yǎng)，以上缺點(diǎn)都限制了微生物降解法在礦場的大規(guī)模應(yīng)用。

1.5 生物強(qiáng)化法

生物強(qiáng)化法主要是通過向傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中添加具有一定功能的微生物，增加微生物的總濃度，從而提高降解速度和對污染物的去除率。

王建剛等用生物刺激和生物強(qiáng)化的方法處理煉油廠的污染物，在生物表面活性劑中加入芽孢桿菌菌株進(jìn)行強(qiáng)化，加強(qiáng)生物降解能力。通過實(shí)驗研究了生物修復(fù)過程中土壤pH、溫度、含水量、生物量等理化參數(shù)的變化。結(jié)果表明，混合培養(yǎng)生物強(qiáng)化法在含油污泥的處理方面比單獨(dú)使用某微生物效果好[8]。

生物強(qiáng)化法處理油泥的去除率相對較低，需要開發(fā)高效新菌種，同時還需要對操作條件進(jìn)行優(yōu)化和并逐漸縮短處理周期。

2 聯(lián)合法

2.1 植物表面活性劑聯(lián)合微生物技術(shù)

用植物－微生物聯(lián)合修復(fù)法處理油泥，總石油烴降解率比自然修復(fù)提高了30.49%。實(shí)驗結(jié)果表明，植物－微生物聯(lián)合修復(fù)的生物毒性濃度減少了5 102 mg/kg。和晶亮處理油泥的過程中發(fā)現(xiàn)，植物與微生物之間存在一種互利共存的關(guān)系，這也進(jìn)一步的證明了該聯(lián)合技術(shù)優(yōu)于單一技術(shù)的使用。韓靈通選取了5種高效土著菌和植物表面活性劑聯(lián)合處理油泥，實(shí)驗結(jié)果表明，溫度對降解效率影響較小，最優(yōu)溫度為30 ℃，菌液投加量對降解效率影響很大，隨著投加量的增加其降解效率最高達(dá)到93.6%，該方法實(shí)現(xiàn)油田油泥變?yōu)檗r(nóng)耕土地，將化工廢棄物變?yōu)閮?yōu)質(zhì)耕地資源[9]。

活性劑聯(lián)合微生物技術(shù)在處理的過程中無二次污染，修復(fù)方法簡便，快速高效，表面活性劑的存在為微生物提供了生存環(huán)境，提高了單一微生物法的油去除率。

2.2 化學(xué)生物聯(lián)合技術(shù)

化學(xué)生物聯(lián)合處理技術(shù)主要是把傳統(tǒng)的化學(xué)處理法與現(xiàn)代各種生物處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改造后的組合技術(shù)。任鵬等[10]采用溫和化學(xué)處理方法和生物強(qiáng)化法聯(lián)合處理高含油污泥，并在現(xiàn)場進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明，處理時間比單一生物降解法提前一個月達(dá)到預(yù)期處理效果。

該方法與單一的化學(xué)或生物法相比，費(fèi)用相對更低，適用范圍也更加廣泛，而且化學(xué)生物聯(lián)合技術(shù)在處理含重金屬、有機(jī)物的復(fù)合土壤方面更加適用，當(dāng)前礦場的油泥環(huán)境中污染物比較復(fù)雜，該項技術(shù)也是一個研究的熱點(diǎn)。

2.3 電化學(xué)生物耦合技術(shù)

電化學(xué)生物耦合技術(shù)利用電場氧化污染物，利用生物強(qiáng)化降解污染物，協(xié)同處理提高了污染物的去除效率。劉奕彤采用電化學(xué)生物耦合技術(shù)處理含油污泥，在反應(yīng)器投加發(fā)酵沼液縮短了處理時間。有些學(xué)者研究微生物燃料電池與油基泥漿的實(shí)驗，實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)電微生物將油基泥漿中有機(jī)污染物代謝轉(zhuǎn)換為電能。該方法不僅能夠處理油泥，同時為環(huán)保節(jié)能提供了一個新的研究方向[11]。

3 結(jié)束語

油田生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的油泥嚴(yán)重污染耕地、破壞生態(tài)環(huán)境，高效快速地處理油泥是當(dāng)前環(huán)保工作者面臨的棘手問題。礦場目前使用的處理方法中，生物法相比于非生物法，具有處理有費(fèi)用低、處理效果好、環(huán)境友好、二次污染率低、不破壞植物生長的土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但生物法的修復(fù)周期長、占地面積大也在某種程度上限制其應(yīng)用。建議研發(fā)繁殖速度高、對環(huán)境依賴程度低的新型微生物，研發(fā)毒性低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的表明活性劑用于油田環(huán)境修復(fù)中。在油泥的處理過程中應(yīng)盡量縮短處理周期，提高處理效率。我國的原油消耗量非常高，需要從國外大量進(jìn)口，所以從油泥中進(jìn)行原油的回收也將是在環(huán)境修復(fù)過程中著重考慮的問題。

［1］李星蓉，佟樂，王璐，等.聚合物驅(qū)油技術(shù)綜述[J].當(dāng)代化工，2017，46（6）：1228-1230+1234.

［2］余冬梅，駱永明，劉五星，等. 堆肥法處理含油污泥的研究[J]. 土壤學(xué)報，2009（6）：1019-1025.

［3］王斐，唐景春，林大明，等. 牛糞強(qiáng)化高含油污泥堆肥生物處理及評價[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（1）：164-170.

［4］王殿璽. 油泥的生物表面活性劑洗脫與植物修復(fù)研究[D]. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，2010.

［5］N Christofi, I.B. Ivshina. Microbial surfactants and their use in field studies of soil remediation[J]., 2002, 93(6):915-929.

［6］佟樂，雒旭，楊雙春.鉆井液聚合物降濾失劑研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2018，47（7）：1523-1527.

［7］Dhote M, Kumar A, Juwarkar A. Petroleum contaminated oil sludge degradation by defined consortium: Influence of biosurfactant production[J]., 2018, 88(2): 517-523.

［8］李長平，李沼萱，張金輝，等.高活性兩性Gemini表面活性劑的研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用化工，2019，48（9）：2235-2241.

［9］和晶亮.植物——微生物聯(lián)合修復(fù)含油污泥污染土壤中的多環(huán)芳烴分析[J]. 科技視界，2018（30）：103-104.

［10］任鵬，趙敏，范婧，等.化學(xué)/生物聯(lián)合處理含油污泥技術(shù)研究[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2019，29（5）：50-53+77.

［11］劉奕彤. 含油污泥電化學(xué)生物耦合處理技術(shù)及效能研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2017.

Research Progress in Treatment of Oily Sludge With Biological Methods

-1,1, 2,1,1,1

（1. College of Petroleum and Natural Gas Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Liaoning Technical University, Liaoning Fuxin 123000, China）

With the large-scale development of oil and natural gas, a large number of oily sludge with high organic content and complex components were produced in the process of oil exploitation. Oily sludge seriously pollutes the water, soil and ecological environment around the oilfield, so it is urgent to treat the oily sludge produced in the process of oil exploitation. Biological treatment of oily sludge has become a hot research topic in recent years because of its low operating cost, low investment and environmental friendliness. In this paper, based on the study of domestic and foreign literatures, the biological methods of treating oily sludge was classified into single method and combined method, and then the characteristics of the two methods were discussed, and suggestions for the development of the methods were put forward.

biological method; oily sludge; pollution; ecological environment

盤錦遼東灣新區(qū)石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)簡介

盤錦遼東灣新區(qū)石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)（以下簡稱“園區(qū)”）成立于2005年12月，是國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)—盤錦遼東灣新區(qū)重要組成部分，是盤錦市發(fā)展石化及精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的重要載體，也是遼寧省“十三五”規(guī)劃確定的按照世界級石化基地的目標(biāo)開發(fā)建設(shè)的兩大基地之一。2012年被國家工信部評為“國家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地（石油化工產(chǎn)業(yè)），同年盤錦石化和精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)成為遼寧第一個超千億的產(chǎn)業(yè)集群。園區(qū)始終堅持綠色、環(huán)保、循環(huán)、可持續(xù)的發(fā)展理念，按照終端產(chǎn)品拉動中上游產(chǎn)品，不斷拉長拓寬產(chǎn)業(yè)鏈條的思路，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)差異化、規(guī)?；⒓夯陌l(fā)展格局。經(jīng)過十多年的發(fā)展，園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都取得了令人矚目成績，實(shí)現(xiàn)了在遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶的率先崛起，是盤錦市乃至遼寧省對外開放的平臺與前沿陣地，是環(huán)渤海地區(qū)最具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)集群集聚區(qū)。

更正啟事

《遼寧化工》2020年第49卷第3期第279頁作者朱艷的單位是：中國石油大港油田公司對外合作項目部。特此更正。

《遼寧化工》編輯部

X741

A

1004-0935（2020）04-0393-03

2019-12-27

朱雨晴（1999-），女，遼寧省昌圖縣人，研究方向：提高采收率。

佟樂（1981-），男，講師，博士研究生，研究方向：水資源與水污染控制理論及技術(shù)。