陕北地区油气田钻井混合废弃物的微生物原位修复技术研究

摘要

钻井混合废弃物是指在油气开采过程中所有固液废弃物的混合体。主要由钻井废弃泥浆、废弃钻井液、钻井废水、钻屑及压裂作业返排液等组成，是一种含粘土、加重材料、各种化学试剂、污水、污油及钻屑等的多相稳定悬浮胶体体系，是石油天然气勘探开发过程中影响生态环境的主要废弃物之一。
　　 本研究采用现代微生物工程技术原理，针对陕北地区油气田钻井混合废弃物中有害成分，选育具有高效降解转化能力的微生物复合菌群，研究开发出复合固体菌剂对混合废弃物进行微生物原位修复。通过微生物菌群的生长代谢作用，创新的解决了混合废弃物的脱毒、脱胶、固液分离、降低酸碱度等难题，使钻井混合废弃物达到无害化处理的目的，保护了油气田井场的生态环境。
　　 从各类石油污染物和钻井混合废弃物样品中分离出30余种微生物菌株，通过分离筛选、培养驯化和激光诱变等技术手段，选育出5种在钻井混合废弃物中能够迅速生长的优良菌株，并对此5株菌株通过形态学、生理生化、分子鉴定等手段进行了分类鉴定(鉴定到属)。
　　 针对陕北地区油气田钻井混合废弃物的主要污染物成分，根据5种菌株各自的生理生化特征和作用特点，通过科学复配的方法开发出微生物复合固体菌剂。菌剂中各种微生物能够利用含不同有害成分的油气田钻井混合废弃物作为唯一营养源迅速繁殖、互利生长。
　　 将微生物复合固体菌剂按比例接入钻井混合废弃物中，在＞10℃的温度条件下，钻井混合废弃物中微生物能够迅速增殖至1010个/g以上，各类菌在钻井混合废弃物中互利生长，通过复合菌群的生长代谢作用可使钻井混合废弃物转化形成适宜各类生物生长的良好微生态环境。
　　 钻井混合废弃物经微生物复合固体菌剂作用后全方位高效降解转化了各类污染物成分，大大降低了钻井废弃物对自然生态环境的危害。经处理后钻井混合废弃物的破胶、分层、脱水效果极为显著，pH值可由强碱性恢复至中性，表面出现固化，深度龟裂，钻井混合废弃物中石油烃类物质降解率可以达到95％以上，六价铬的转化率可以达到99％，pH值降至6.5—7.5，活菌数达1010个/g以上，水分含量降至40—60％，有机质含量与周边土壤相比增加300％以上，达到脱毒、脱胶、固液分离、降低酸碱度的目的。
　　 通过58个不同地域、不同环境、不同类型油气田井场泥浆池原位修复示范应用实验，证明了在陕北自然条件下微生物复合固体菌剂可以对钻井混合废弃物进行有效的原位生物修复。在接种量0.3％—0.8％、温度＞10℃的条件下，复合菌剂中微生物能够以钻井混合废弃物作为唯一营养源迅速生长繁殖，有效地降解、利用、转化废弃物中各类有害成分。钻井混合废弃物的破胶、分层、脱水极为明显，pH值可由强碱性恢复至中性，使钻井混合废弃物迅速转化形成适宜各类生物生长的良好微生态环境，大大降低和消除钻井混合废弃物对自然生态环境的危害。实验所处理的58个油、气井场的泥浆池30—60天后完全达到生物修复处理效果，均通过当地环保部门和油田相关部门按国家环保标准和油田工程管理规定的现场达标验收。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1 油气田钻井混合废弃物的概念及研究现状

1.1油气田钻井混合废弃物的概念

1.2油气田钻井混合废弃物的处理研究现状

2 生物修复的概念及特点

2.1生物修复的概念

2.2生物修复的技术特点

2.3生物修复的方式

3 微生物技术在生物修复中的应用及原理

3.1用于生物修复的微生物种类

3.2生物修复中微生物的环境条件

3.3微生物在生物修复中的作用原理

第二章 油气田钻井混合废弃物的构成与特征研究

0 引言

1 材料

1.1样品

1.2试剂

1.3培养基

1.4主要仪器

2 方法

2.1样品的采集

2.2样品中微生物的富集培养

2.3样品的检测方法

3 结果与分析

3.1采样地点

3.2微生物检测结果

3.3石油烃类与重金属检测结果

3.4含水率检测结果

3.5酸碱度检测结果

4 结果与讨论

第三章 污染修复微生物的筛选与降解性能测试

0 引言

1 材料

1.1样品

1.2试剂

1.3培养基

1.4主要仪器

2 方法

2.1检测方法

2.2样品采集

2.3样品中微生物的富集培养

2.4菌株分离纯化

2.5菌株的初筛

2.6初筛菌株激光诱变

2.7菌株的复筛

2.8复筛菌株对石油烃类物质的降解实验

2.9复筛菌株对直链烃与环烷烃降解能力实验

2.10复筛菌株对芳香烃降解能力实验

2.11复筛菌株产生表面活性剂实验

2.12复筛菌株对重金属类物质的抗性实验

2.13复筛菌株对聚合物类物质的降解性实验

2.14复筛菌株耐碱性实验

2.15复筛菌株耐盐性实验

2.16菌株鉴定

3 结果与分析

3.1样品中微生物的富集培养

3.2富集菌株分离纯化

3.3富集菌株的初筛

3.4初筛菌株诱变

3.5菌株的复筛

3.6复筛菌株对石油烃类物质的降解实验

3.7复筛菌株产生表面活性剂实验

3.8复筛菌株对重金属类物质的抗性实验

3.9复筛菌株对聚合物类物质的降解实验

3.10复筛菌株耐碱性实验

3.11复筛菌株耐盐性实验

3.12菌株鉴定

4 结果与讨论

第四章 复合微生物修复剂的研制与初步修复效果研究

0 引言

1 材料

1.1样品

1.2试剂

1.3培养基

1.4主要仪器

2 方法

2.1检测方法

2.2固体菌剂的制备工艺

2.3复合固体菌剂复配

2.4培养工艺优化

2.5菌剂处理后混合废弃物检测分析

2.6植物栽培实验

3 结果与分析

3.1固体菌剂的制备工艺

3.2复合固体菌剂复配

3.3处理陈旧废弃物所使用的固体菌剂复配

3.4处理新鲜废弃物所使用的固体菌剂复配

3.5培养工艺优化

3.6陈旧废弃物工艺正交试验

3.7新鲜废弃物工艺正交试验

3.8复合菌剂培养处理后混合废弃物各类理化指标的分析

3.9植物栽培实验

4 结果与讨论

第五章 油气田钻井混合废弃物的微生物原位修复研究

0 引言

1 材料

1.1试剂

1.2实验地点

2 方法

2.1油气田废弃泥桨池的微生物原位修复

2.2微生物检测及鉴定

2.3石油烃类物质降解效果分析

2.4可溶性总盐、电导率EC值、pH值及有机质含量检测

3 结果与分析

3.1钻井混合废弃物井场原位修复实例

3.2原位修复后钻井混合废弃物的检测与分析

4 结果与讨论

第六章 总结与展望

1 主要结论

2 展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢