石化行业废弃物微生物治理技术初探1

石化行业废弃物微生物治理技术初探摘要石化产品(包括原油、天然气、成品油、石油化工产品)本身是一种不可再生的污染物，容易造成大气、地下水、海洋的污染，容易对野外环境、周边环境造成破坏。在整个石油供应链中，石油化工废弃物的处理显得尤为重要。随着人们环保意识的增强，越来越多的人开始意识到，应该注重环境污染问题的研究。因此，研究石化行业中废弃物微生物的处理，并由此带来良好的环境效益和社会效益，增强竞争优势，实现资源环境的可持续发展是一个重要课题。关键词：石化行业废弃物微生物低碳技术技术创新引言随着经济的增长和对能源需求的日益提高，中国石化能源的消费持续增长。在2030年全球一次能源消费构成中，石化能源仍要占80%左右。中国的发展阶段和能源利用趋势，决定了石化产品是中国中长期能源消费的主要资源。石油石化行业的废弃物治理将是一个非常大的难题。因此，一方面石油石化行业仍要加强勘探开发，提高炼油能力，保障供应安全；另一方而，要加强在勘探、生产、工艺和炼化等各个环节的能源节约、高效与清洁化利用，研究高效、清洁的废弃物处理方法。1石化行业废弃物处理的重要性1.1石化行业废弃物主要成分在石油开采和冶炼过程中添加了各种化学处理剂，一般都含有重金属、油类、膨润土、碱和化合物(包括有机物)等，如铁铬盐、磺化沥青、磺化拷胶、磺化褐煤等都是对人、畜和环境有害的物质。废弃物产生于油田勘探和开发过程中，如作业设备的清洗液、井液、污水(雨水冲洗井场携带部分泥浆及油类物质而形成)，其有害物质主要是油类物质，也有少量的有机处理剂、重金属及碱类物质等。在钻井过程中泥浆循环于钻头中润滑钻头的同时也把钻屑携带到地面，钻屑多为固体颗粒状，少部分以泥砂的形式混在钻井液中，约占总废弃物的20%[1]。1.2废弃物对环境的影响钻井废弃物对环境的影响是多方面的，主要表现在以下几个方面：(1)钻井生产的流动性、分散性及废泥浆沥滤性等特点导致污染面积大、区域广。(2)过高的pH值、高浓度的可溶性盐及石油类物质等影响土壤的结构，导致土壤板结，使土壤无法返耕，危害植物的正常生长。(3)有害的重金属离子及不易被降解的有机物、高分子聚合物容易进入食物链，并在环境或动植物体内蓄积，危害人类的身体健康和生命安全。(4)钻井废泥浆冲入河流、海洋或渗入地层，使水体的色度、悬浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子含量等严重超标，影响水生生物的正常生长，污染地表水和地下水源等[2]。1.3石化行业废弃物处理的原因低碳经济是以低能耗、低排放为基础的经济模式。其实质是提高能源利用效率和创建清洁能源结构，核心是技术创新、制度创新和发展观的转变。中国石油石化企业未来要面对增加油气供应和减少废弃物排放的双重压力，石化行业应强化节能增效减排；积极研发废弃物处理相关技术，因地制宜，有效开发和利用新能源[3]。在石油勘探、开发和炼化过程中持续应用环境策略，以节能、降耗、减污为目标，以技术、管理为手段，通过对生产全过程进行排污审计，筛选、实施污染防治措施，以减少对人类和生态环境的风险，从而最大限度地防止污染，提高经济效益。1.4废弃物处理带给石化行业的机遇石油石化行业的废弃物处理，必将促进中国能源利用和经济的可持续发展。越早越快研究石化行业废弃物处理，将越有利于在将来的全球化竞争中占据主动地位，促使资源的二次利用。同时，有利于企业响应国家政策，做好环保工作，在企业和社会发展过程中，不给环境带来污染与危害。2微生物处理技术优点2.1微生物的特征微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。（但有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”，但是它的生存必须依赖于活细胞。根据存在的不同环境分为原核微生物、空间微生物、真菌微生物、酵母微生物、海洋微生物等。涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域[4]。2.2微生物处理技术的优点采用现代微生物工程技术，针对油气田钻井废弃物中有害成分，选育具有高效降解转化能力的微生物复合菌群，通过微生物在废弃物中的生长繁殖，经过复杂的生物、化学过程对废弃物中危害生态环境的有害成分进行高效的降解、转化、利用，使其脱毒、脱胶、脱盐碱、脱水，达到生物无害化处理的目的，使油气田钻井废弃物污染的土壤环境得到生物修复和生态环境的恢复。该技术先进、合理，操作方便易行，处理成本低，无害化处理效果好，适合油气田钻井废弃物的无害化处理，具有大规模推广应用的前景和显著的社会、经济效益。微生物处理技术能够从根本上消除油气田钻井废弃物所造成的环境污染、修复被污染的土壤，恢复生态环境，保护和利用土地资源，大大提高了油气资源生产行业污染控制水平和可持续发展能力，项目技术先进、绿色环保、安全长效、处理成本低廉，操作方便易行。3废弃物的微生物处理技术微生物处理石化行业废弃物的方法有许多种，主要方法是引进降解菌和营养物质，通过细菌的生长、繁殖和内呼吸，使钻井废弃物中的污染物分解、矿化；其他还有利用生物液、固处理工艺、添加微生物絮凝剂等。石化行业的废弃物主要是外排水和废钻井液[5]。3.1生物技术处理条件的研究微生物种、营养条件、废弃物的处理负荷、环境等因素对生物技术处理的效果影响很大。(1)微生物种“土著”微生物目前应用较多，它经济性较好，但效果较差。因此，可从污染的土壤中选育优势菌种若干种，经扩大培养接种到土壤中。(2)营养因子微生物需要从外界环境中不断获取营养物质进行新陈代谢活动。废弃物是石油作业的废物，某些营养成分的缺乏会影响微生物的生长和代谢。适宜微生物生长所需营养物的加入将促使微生物数量的增加。调整各种必需的营养物质比例(主要是C,N,P之比)，是降解过程顺利进行的必要条件[6]。(3)温度温度与微生物的生长繁殖和对有机污染物的代谢速率有密切的关系。石化行业废弃物的最低温度在15摄氏度左右，最适温度在30摄氏度。(4)pH值在生物处理过程中，微生物的生长、繁殖和代谢活动与环境的pH值密切相关。(5)溶解氧微生物降解污染物需要足够的溶解氧，除利用各种方式供氧外，投加适量的H20(100^200mg/L)有增氧作用，可为微生物提供更多的电子受体，促进微生物生长，加速污染物分角军。3.2生物处理技术实施及其特点目前，国内外在处理油污土壤和含油污泥方面，主要有土地耕作法、堆肥处理法和生物反应器法。在处理含油污水方面，主要有微生物絮凝剂法、活性污泥法、生物膜法、厌氧好氧处理法与自然净化处理系统等[7]。3.2.1土地耕作法土地耕作法常用于处理油污土壤，也可用于处理含油污泥及含油钻屑。采用土地耕作法处理含油废弃物都要投加肥料以平衡土壤中的CN,P三者的比例，并调节土壤湿度及pH值，以优化烃类生物的降解条件；同时还需翻耕土壤，使之充氧并使烃类在土壤中均匀混合。土地耕作法处理含油污泥的最大优点在于:它是通过天然过程将石油烃转化为无害的土壤成分，且运行费用低。影响土地法处理石化行业废弃物微生物降解环境的因素主要有盐类、pH值、氧气、营养物质、温度等。采用土地法处理钻井废弃物，土壤降解环境有利于微生物生长繁殖且对土壤的破坏极小，还可有效解决钻井废弃泥浆的处理问题。但地耕法净化过程缓慢，不适用于冬季较长的地区，且会在农田中产生生物难以降解的烃类(主要是高分子蜡及沥青质)积累。3.2.2堆肥处理法堆肥法是将含油废弃物与适当的材料相混合并成堆放置，使天然微生物降解石油烃类。堆肥法能保持微生物代谢过程中产生的热量，有利于石油烃类的生物降解。采用的松散材料(如锯木屑、碎稻草等)能增加保水性、透气性，可有效加快含油废弃物中烃类物质的生物降解速度[8]。也可在堆里设置管道，提供降解用水和稳定氧的补给。堆肥法是对土地耕作法的改良，应用于较高烃类含量的含油污泥，适用于冬季较长的地区，而且系统可以是完全封闭的，使系统的温度更稳定，二次污染更少，处理效率更高。3.2.3生物反应器法生物反应器法是将含油污泥稀释于营养介质中，使之成为泥浆状后装入生物反应器内，控制一些生物的降解条件，增强营养物质、电子受体及其他添加物的效力，从而达到最大降解速率和降解效率[9]。生物反应器法与其他方法中微生物的相互作用和污染物的降解途径相同，但生物反应器法是最灵活的方法，它可以提供最大程度的控制，达到最理想的降解条件。生物反应器法适用于含油污泥，也适用于油污土壤及含油钻屑。含油废弃物经生物反应器处理后，液体部分可直接排入处置井(坑、池)或另作他用(如回用)；固体部分可施用于农田。生物反应器法也可用于石油工业废弃物的预处理以减少烃类含量，然后进行其他处理。3.2.4厌氧生物处理石化行业废弃物中的有机污染物有一部分属于难以生物降解的多环芳烃类高分子物质，对于这类物质一般先进行厌氧处理，使高分子有机物质降解为低分子的酸和醇类，提高好氧可生化性。应用厌一好氧交替工艺处理油田废水，将CO2质量浓度为360=370mg/L的废水降解至130^160mg/L，再通过好氧接触氧化法二级处理，出水CO2质量浓度可以在100mg/L以下[10]。3结论近年来微生物处理技术受到重视的原因在于与其他方法相比有明显优势。处理成本低，只为焚烧法的1/2~1/3；处理效果好，生化处理后，污染物残留量可达到很低水平；对环境影响小，无二次污染，最终产物为CO2、H2O和脂肪酸，对人体无害，可以就地处理，避免了集输过程的二次污染，节省了处理费用[11]。微生物处理技术在我国油气田大规模推广应用，将从源头消除油气田钻井废弃物所造成的环境污染、修复已被污染的土壤，恢复生态环境，有效保护了生态环境和土地资源，并解决了阻碍油气生产行业发展的环保关键难题，对促进该行业的技术进步和可持续发展具有重要的意义和作用，并具有显著的社会效益和经济效益。参考文献[1]车雄伟，易绍金.油污土壤的生物材料技术及其影响因素分析.油气田环境保护，2003,13(2):31}-34[2]赵雄虎，王风春.废弃钻井液处理研究进展.钻井液与完井液，2004,21(2):43}-50[3]张安.生化处理油田污水的新趋势.安全与环境工程,2003,10(1):19}-22[4]易绍金，康群.钻井废弃物的毒性、危害及其处理处置方法.环境科学与技术，2001,(11):48}-50[5]李颖，伍丹丹，彭园.土地法处理钻井废弃泥浆的生物降解环墉分析_能源片环墉2001一(51:63}-65[6]周迅.废钻井液的处理技术综述.油气田环境保护，2001,11(4):10-12[7]李建政，任南琪.环境工程微生物学.北京:化学工业出版，2004.86-97[8]徐长君.油田采出水絮凝菌的筛选及絮凝性研究.大庆师范学院学报，2006,26(2):63}-67[9]deJaneiroR.BiologicalTreatmentofOilFieldWastewaterinaSe-quencingBatchReactor.EnvironmentalTechnology,2001,22(10):1125}-1135[10]黄廷林，杨利伟.采油废水同注处理技术.工业用水与废水，2000,31(4):1}3[11]伊向艺，卢渊.钻井废弃物的处理.油气田地面工程,2006,25(8):68