生物法处理胜利油田含油污泥的工业实验.pdf

生物法处理胜利油田含油污泥的工业实验 孙正贵 中石化胜利石油管理局科技处, 山东 东营 257000 摘要 为经济有效的处理胜利油田滨一污水站产生的含油污泥, 采用了生物处理技术。 在面积为2 400m2的预制床 中, 采取了添加外源石油降解菌剂和生物刺激污泥中土著菌两种手段处理含油污泥。 对初始含油量为126 g/ kg的污 泥, 经过230 d处理, 测定了不同处理阶段含油污泥中石油烃总量、不同种类微生物数量和污泥基本理化性质的变化情 况, 结果表明, 添加外源石油降解菌和采取适当措施刺激污泥中土著微生物均能大幅降低污泥中的石油污染物含量、 改善污泥的理化性质、降低其生物毒性。 关键词 含油污泥 生物处理 外加菌剂 土著菌 0 引言 在石油开采 、 集输、 加工过程中 ,由于各种原因会 产生石油污染土壤或含油污泥 。近年来 ,胜利油田含 油污泥 以下简称为油泥 产生量有所增加 。油泥中 的石油类物质, 尤其是苯 、 多环芳烃类对环境十分有 害,我国已将油泥列入国家危险废物名录 ,对其排放 有严格的限制。目前 ,胜利油田集输过程中产生油泥 的普遍处置方式就是露天堆放在建有防渗设施的水 泥堆放池中,但现有的部分堆放池已接近堆放极限。 另外, 堆放池一般都位于油田联合站内或联合站附 近,油泥中石油组分的挥发及含油粉尘随风扩散都会 对周围环境和工人的健康产生严重影响 。因此,需对 原有和新产生的油泥进行及时处理 。 油泥的处理方法主要有两种, 即物理化学法和生 物法 ,物理化学法主要应用于含油量较高的油泥的处 理,但也存在处理费用高、易产生二次污染等缺点。 生物法主要应用于含油量较低的油泥, 且以费用低 廉、 处理效果好 、 不引起二次污染等优点而日益受到 各国环保人士的重视 [ 1-2] 。国外从 20 世纪 80 年代起 即开始了油泥的生物法处理的研究和应用工作,已取 得丰硕的研究成果和良好的应用效果 。我国在此领 域的研究起步较晚 ,目前仍停留在室内研究阶段, 也 有少量小规模中试的报道 [ 3- 4] ,但尚缺少大规模应用 的实例。 本实验在胜利油田滨一污水站建立了面积为 2 400 m 2的预制床处理场 ,用生物法处理此站含油污 水处理过程中产生的油泥 。处理过程中进行了外加 菌剂和生物刺激土著菌活性的对比实验 ,本实验结果 可为油泥生物处理技术的推广应用奠定基础 。 1 材料和方法 1. 1 石油降解菌剂 包含 2 种红球菌 Rhodococcus sp. 的石油降解菌 剂购自俄罗斯莫斯科大学 。 1. 2 油泥生物处理实验设计 用于处理油泥的预制床床底采用复合土工膜做 防渗层以护底, 防渗层上铺设透水管作为排水系统, 排水管端连接渗滤液收集池。排水管上铺10 cm厚石 子和砂子, 其上再铺约40 cm厚油泥 。处理场周围用 水泥砂浆砌砖 。整个处理工程设计有 A、B 、C 三个 区,具体设计如下 A 区 油泥 菌剂 调理剂 肥 料; B 区 油泥 调理剂 肥料; C 区 对照 。 其中A 、 B 区的油泥经过加入有机肥短暂堆肥的 预处理操作 。C 区为不作任何处理的对照地块。实 验在2005 年 10 月下旬开始, A、B 区域 3 天翻耕、浇 水一次以保持通气和湿润, 在 11 月底处理进行40 d 后因为气温较低而暂停, 在 2006 年 3 月初恢复操作。 各处理的分布见图 1。 图 1 不同处理的场地分布 88 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 1. 3 油泥基本理化性质的分析 在处理开始前以及处理过程中动态采集各实验 小区的油泥 ,采集方法为多点蛇形取样 ,A、B 处理各 采15 个样 ,C 处理 3 个样, 在室温下阴凉处风干, 过 2 mm尼龙筛。采用常规农业化学方法分析油泥 pH、 持水量、 水解氮 、 速效磷、速效钾等基本理化性质 [ 5] 。 1. 4 油泥中含油量分析 以三氯甲烷为萃取剂 ,采用索氏提取重量法测定 油泥中的含油量 [ 6] 。 1. 5 油泥中微生物数量分析 油泥中细菌及放线菌数量的测定均采用稀释平 板法 ; 油泥中总烃降解菌菌数和芳烃降解菌菌数的测 定,采用MPN 法 [ 7] 。 1. 6 油泥的生物毒性分析 油泥生物毒性测定与计算 , 采用明亮发光细菌 T3 Photobacterium phosphoreum T3 spp. 法测定 [ 8] , 用 样品的 EC50 抑制发光细菌 50发光强度的油溶液 浓度 表征样品的毒性。首先用三氯甲烷将油泥中石 油污染物萃取出来, 蒸干三氯甲烷, 用二甲基亚砜 DMSO 溶解制得溶液 。以 DMSO 为对照, 以不同浓 度的 DMSO 溶液进行毒性实验。所用菌种和测光仪 器 DXY22 型生物毒性测试仪 均由中国科学院南京 土壤研究所提供 。 2 结果与讨论 2. 1 预处理对油泥基本理化性质的影响 油田生产过程中, 采出液中含有一定量的泥砂, 在采油污水处理过程中沉降产生了含油污泥, 因此, 油泥的基本理化性质与地表土壤有一定的差别,其含 油量高 滨一污泥石油含量达到126 g/kg干泥 ,亲水 性弱 ,而氮 、 磷等营养物质含量严重缺乏 ,需对其进行 适当的预处理, 使其能够适于微生物大量生长 。预处 理过程为 在油泥中加入适量的有机肥和调理剂等, 进行短期的堆肥处理 ,预处理前后油泥的基本理化性 质对比如表1 所示。由表中数据可以看到 ,经过预处 理后, 油泥中的氮、磷 、 钾等营养物质含量大幅增加, 这是加入有机肥的结果 。油泥持水量增加幅度达到 8 倍 ,这是由于加入的有机肥和有机调理剂改善了油 泥的亲水性。预处理过程中加入一定量的有机肥和 调理剂,因此预处理后油泥的含油量降至110. 2 g/kg 。 2. 2 油泥中石油含量的变化情况分析 经过预处理后, 处理 A 中加入外源微生物制剂, 处理 B 中未加菌剂, 对处理 A 和 B 进行翻耕、浇水等 操作以保持油泥中适宜的氧浓度和湿度 ,经过一段时 间后检测油泥中的石油含量, 结果见图 2。 表 1 预处理前后油泥基本理化性质对比 pH 全氮 g kg- 1 水解氮 mgkg- 1 速效磷 mgkg- 1 速效钾 mgkg- 1 持水量 预处理7. 23 0. 042. 05 0. 3086. 318. 852. 911. 676414745. 08.5 对照7. 30 0. 041. 10 0. 0944. 04. 30. 870. 20175215. 20.6 图 2 不同处理阶段油泥中石油含量变化情况 由图 2 可以看出, 在前40 d处理 A 和 B 的油泥中 的油含量下降都较快 ,说明处理开始时油泥中易被微 生物降解的组分含量相对较高, 降解速度快 。40 ～ 160 d油的降解率明显放慢 ,其原因有二 ,一是40 d后 油泥中易被降解的石油组分含量大幅减少,难降解组 分的百分数增大 ; 二是此阶段处于冬季 , 气温和地温 均较低, 生物处理过程暂停。在160 ～ 230 d , 各处理 中的油含量降低幅度更小。虽然此阶段气温已回升 至适于微生物生长的范围 ,但由于油泥中易被微生物 降解的石油组分含量进一步低 ,导致石油污染物的整 体降解速率较低。相比较而言, 处理 B 的降低幅度 稍大一些, 这与此阶段处理 B 的石油含量较高 、 可被 降解的物质含量相对较高有关。对照样处理 C 未进 行任何处理 ,各阶段的石油降解率均不高 。就各处理 中油的降解率而言 ,修复进行到230 d时, 处理A 处 理 B 处理 C。 2. 3 油泥基本理化性质变化情况分析 在油泥的生物处理过程中 ,油泥中疏水的石油污 染物逐渐被微生物降解, 生成含有羟基 、羰基或羧基 的中间产物及CO2和水等终产物, 因而油泥的亲水性 逐渐增强、疏水性逐渐减弱 ,表观上表现为油泥的持 水量会有所增加 。表 2 为不同处理时间油泥的基本 理化性质变化情况。 比较表 1 和表 2 可知, 经过40 d的生物处理后, 各处理的持水量均比处理前有显著增加 ,说明经过一 89 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 段时间的处理油泥中的疏水性物质如石油烃类等减 少,使之更易被水浸润。比较不同阶段油泥的持水量 数据可以发现, 随着时间的增加, 油泥的持水量增加 速度逐渐变小, 230 d时的持水量与160 d时的持水量 相比基本没有变化 ,这是由于到生物处理后期 ,油泥 中残留的主要是难以生物降解的有机物 ,污染物降解 速度已非常缓慢 。各处理的其他理化性质变化不大, 160 d时发现油泥中速效磷含量下降较多 , 补充了部 分磷肥 。水解氮和速效钾在处理 A 、 B 中均保持较高 的水平,基本能够满足烃降解微生物的营养需求。对 照样 C 由于未进行预处理 ,其营养物质含量均较低 。 表 2 生物处理过程中油泥基本理化性质 处 理 时间 d pH 全氮 gkg-1 水解氮 mgkg - 1 速效磷 mgkg- 1 速效钾 mgkg - 1 持水量 A407. 430 . 082. 010. 3582. 521. 151 . 112. 07693959 . 2 6. 7 1607. 560 . 081. 980. 3181. 011. 235. 05. 37823762 . 5 5. 0 2307. 480 . 082. 070. 31106. 417. 8100 . 319. 27616162 . 2 3. 1 B407. 460 . 041. 890. 2680. 615. 142 . 511. 17255257. 313. 4 1607. 590 . 041. 920. 2879. 514. 213. 35. 26037259. 010. 6 2307. 620 . 051. 990. 2881 . 6 8. 042. 59. 961411259 . 2 3. 7 C407. 480 . 041. 120. 1245 . 5 4. 11. 10. 3195127 . 8 1. 7 1607. 590 . 031. 280. 1644 . 2 2. 51. 20. 3264159 . 2 2. 3 2307. 640 . 071. 070. 0536 . 7 6. 40. 40. 06273319 . 7 1. 3 对比处理A 和 B 的数据可以发现 , 处理 A 的油 泥持水量较处理 B 更高一些, 说明外加石油降解菌 对改善油泥的理化性质有更大的作用 。对比处理 B 和处理 C 的数据 , 未经任何处理的对照样的持水量 虽较工程开始时有所增加 ,但比经过处理但未外加菌 剂的处理 B 仍然小很多 ,同样说明采取措施刺激污 泥中土著菌的活性可以起到改善油泥理化性质的 作用 。 2. 4 油泥中微生物数量变化情况分析 油泥的生物处理 ,实际上就是微生物降解石油污 染物的过程 ,因此, 油泥中各类微生物数量的变化情 况能够反映出不同阶段石油污染物的降解状况。 表3 是不同处理时间下不同处理区域中油泥里的各 类微生物数量。 从表 3 中数据可以看到 ,在生物处理工程进行到 第40天时,3 种处理中各种微生物数量均最多, 进行 到160 d时 ,微生物数量已大幅减少 。其原因可能是 在生物处理的初期, 油泥中易被微生物利用作为碳源 的直链烷烃类较多, 微生物生长旺盛。随着油泥中易 降解烃类的减少 ,且时间已进入冬季, 油泥温度降至 0 ℃ 以下, 微生物进入休眠状态 ,第160 天为第 2年的 3 月底 ,气温和油泥温度仍不高 ,因此 ,油泥中各类微 生物数量均较少。到第230天 ,虽然气温已升至有利 于微生物生长的状态 ,但由于油泥中易被生物降解的 烃类比例的降低 ,导致能够降解石油烃类的微生物数 量进一步降低。 对比不同处理的油泥中微生物数量可以发现 ,在 前40 d外加菌剂的处理 A 中各种微生物数量均最多, 但在160 d后处理A 中微生物数量与处理 B 中已经非 常接近。这说明外加的菌剂对石油污染物有较强的 降解作用, 在相对较短的时间内即可将污染物大量降 解,同时自身也大量繁殖。处理 B 中未加菌剂, 但其 整个处理工艺同处理 A 相同 , 也添加了肥料、调理 剂,同时定期翻耕、 浇水, 以上措施可以有效激发油泥 中土著微生物的降解活性 ,使其以石油污染物为碳源 而生长。土著微生物的降解能力较外加菌剂稍差 ,表 现为40 d时微生物数量较处理A 中少。处理 C 未进 行任何处理 ,土著菌的数量及活性都与自然状态下相 同,因而数量最少。 表 3 生物修复过程中油泥中微生物数量变化情况 处 理 时间 d 细菌 106cfu 放线菌 103cfu 烃降解菌 105cfug - 1 芳烃降解菌 105cfug - 1 A4025233149 201 920 238148 36 160197461331815 4 23025482201 . 2 0. 20. 70 . 1 B40218456212298665717 160141. 1431129810 2 23030679171 . 7 0. 10. 90 . 2 C408. 02. 21. 30 . 355 172. 91 . 0 1601. 10. 31. 20 . 35 . 0 1. 21. 60 . 2 2309. 21. 80. 40 . 21 . 8 0. 21. 30 . 1 2. 5 生物修复后油泥生物毒性评价 目前对于土壤受石油烃污染程度的评价标准 ,许 90 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 多国家以土壤中总石油烃为依据。但是由于石油是 由多种物质组成的复合物, 各组分毒性相差很大, 有 些组分甚至具有强烈的致癌 、 致畸 、 致突变作用。土 壤中总石油烃含量不足以反映土壤的真实毒性。因 此在评价油泥的处理效果时, 本实验除检测油泥中石 油含量外 ,同时采用生态毒理评价方法 。使用发光细 菌检测不同处理的生物毒性结果见图 3。 由图 3 可知 ,3 个处理中油泥的 EC50 值较处理 前都有所提高, 其中处理 A、 B 与处理前差异显著 ,说 明经过一段时间的生物处理, 油泥的生物毒性明显降 低。处理C 由于油泥中石油污染物的降解率低, 其 生物毒性相对较高。 图 3 处理前后油泥生物毒性对比 3 结论 对胜利油田滨一污水站产生的油泥进行工业规 模的生物处理实验, 结果表明 ,通过添加有机肥料 、 加 入调理剂等预处理措施可增加油泥中氮、磷 、 钾等微 生物生长所需的营养物质 ,并改善油泥的持水能力 。 不同处理阶段的检测结果表明 ,在处理的前期, 油泥中微生物生长旺盛, 石油污染物降解速率快, 油 泥持水量大幅增加。随着处理时间的增加,石油烃类 降解速率下降, 油泥中微生物数量减少, 160 d后油泥 中污染物含量下降缓慢。 对比不同处理的油泥中石油降解量及微生物数 量等指标, 可发现添加外源石油降解菌的处理效果最 好,激发土著菌的降解活性也可使油泥中石油烃类含 量大幅下降 ,油泥生物毒性也有明显下降 ,而不做处 理仅自然堆放的样品中石油含量下降很少 。说明添 加外源石油降解菌或刺激土著菌的降解活性 ,是处理 油泥的可行手段。经生物处理后油泥中油含量仍然 较高 ,还需结合植物修复等方法进一步处理。 参考文献 [ 1] Jackson A W,Pardue J H,AraujoR.Monitoringcrudeoil mineralization in salt marshes Use of stable carbon isotope ratios. Environ. Sci . Technol. , 1996 30 1139 -1144 [ 2] Venosa A D, Suidan M T, Wrenn B A , et al. Bioremediation of an experimental oil spill on the shoreline of delaware bay . Environ. Sci. Technol. , 1996 30 1764 -1775 [ 3] 张海荣, 李培军, 孙铁珩, 等. 四种石油污染土壤生物修复技术 研究. 农业环境保护, 2001, 20 2 78 -80 [ 4] 姜昌亮, 孙铁珩, 李培军, 等. 石油污染土壤长料堆式异位生物 修复技术研究. 应用生态学报,2001, 12 2 279 -282 [ 5] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 南京 中国农业科技出版社, 1999 13 -165 [ 6] 谢重阁. 环境中石油污染物的分析技术. 北京 中国环境科学出 版社, 1987 82 -83 [ 7] 俞毓馨, 吴国庆, 孟宪庭. 环境工程微生物检验手册. 北京 中国 环境科学出版社, 1990 138 -142 [ 8] 居荫诚, 解世文, 吕刚. 应用发光细菌检测润滑油急性生物毒性 评定方法的研究. 润滑与密封,2005 5 129 -132 作者通信处 史德青 257026 山东东营济南路 49 号 胜利工程设 计咨询有限责任公司科研所 2007- 09-14 收稿 简讯九江石化污水恶臭处理装置建成投用 一套处理能力为3 000 m 3 h的新型工业污水隔油浮选恶臭处理装置,日前在中国石化股份公司九江石化分 公司污水处理场建成并投入使用。 该污水恶臭处理项目总投资 600 多万元 。投入使用后, 可以有效处理炼化工业污水中散发的恶臭气体 ,改 善九江城区环境质量 ,促进企业清洁生产和可持续发展 ,具有良好的环境效益和社会效益 。 炼油恶臭气体成分比较复杂, 主要恶臭污染物不但有毒,而且臭阈浓度低, 少量的排放就会引起严重的恶 臭污染 。其生化性不太好 ,很难治理 ,成为石油炼化行业环保治理的难题。该套污水恶臭处理装置将隔油池、 浮选池封闭聚集的恶臭气体, 通过风机和管道输送 ,经过除臭工艺处理,最后采用催化燃烧法进行无害化处理。 该项目投资少、设备维护简单、操作条件温和 、 能源消耗低、污水处理效率高, 是目前国内较为先进的工业污水 恶臭处理技术。 汪学峰 江西省九江石化总厂建安公司 91 环 境 工 程 2008年 6 月第26 卷第3 期 ENVIRONMENTAL COMPREHENSIVE TREATMENTLiu Jiping 82 Abstract This article introduced the specific practices that Chengdu City has carried out in its long -term water environment control works and analyzed the general features and existing major problems in this field.It further gives the suggestions on deepening the water environment comprehensive treatment task. Keywords water environment comprehensive treatment practice countermeasure ANALYSIS OF RESOURCE UTILIZATION IN THE USE OF SLUDGE FOR AGRICULTURE Cao Xiuqin Tan Jingjing 84 Abstract The valuable ingredients of sludge, such as organics, nitrogen and phosphorus etc inAustria was quantitatively analyzed, and the economical benefit and ecological safety in the use of sludge in agriculture were also discussed. Considering the actuality of sludge treatment and disposal in China, the correlative issues were discussed along with the above analysis, in order to use for reference to achieve the sustainable development and utilization of sludge in our country. Keywords use of sludge in agriculture resource utilization economic benefit ecological safety INDUSTRIAL EXPERIMENTS ON BIOTREATMENT OF THE OILY SLUDGE IN SHENGLI OILFIELDSun Zhenggui 88 Abstract Biodegradation technology of petroleum was used to treat the oily sludge in Binyi Oil-Containing Sewage Disposal Station, Shengli oilfield. Two different treatments, i. e. adding extraneous microorganisms and biostimulating the degradation activity of indigenous organisms, were made to treat the oil sludge in a 2 400 m2prepared bed.The initial content of oil in sludge is 126 g kg. The content of total petroleum hydrocarbon, the amount of different kinds of microorganisms and the physical and chemical properties of oily sludge were measured in the 230 d treatment course. The results indicates that adding extraneous oil -degradation microorganisms or biostimulating is an effective to decrease the oil content of sludge, improve the physical and chemical properties and reduce the biotoxicity of oily sludge. Keywords oily sludge biotreatment extraneousmicroorganisms indigenous organisms RESEARCH ON PREPARATION OF LOW -CLINKER CEMENTITIOUS MATERIAL VIA HEAT TREATMENT OF RED MUD AND FLY ASHDong Lumin Ni Wen Zheng Yongchao et al 92 Abstract According to the composition of red mud and fly ash, a low-clinker cementitious material has been made in our experiment via heat treatment of their mixture. The strength influencing factors and the hydration capability of the low-clinker cementitious material have been studied. The results are as follows The choice of mixture ratio is 47. 5 of red mud, 47. 5 of fly ash, 5of gypsum, which then is calcined at 700℃for 5 hours. The high -strength cementitious material can be made by adding 70 of the calcined material, 30 of cement clinker, 0. 5 of water reducing agent. The flexural and strengths compressive of 28 d are 7. 8MPa. and 45. 2 MPa respectively. Keywords redmud fly ash heat treatment strength THE DESIGN AND EXPERIMENT ON A NEW TYPE NATURAL VENTILATION WINDOW WITH HIGH SOUND INSULATIONYu Wuzhou Wang Zuomin 96 Abstract A new type natural ventilation window with high sound insulation using double -layer transparent micro -perforated panels is put forward to abate the effect of traffic noise. The design and theoretical calculation of the window are introduced in detail as well as experiment results in laboratory and in-situ.It is shown that the new type window has high sound insulation with sound insulation index of 28 dB and noise reduction of 31 dB in situ, as well aswith satisfactory ventilation to meet indoor air quality requirement. Keywords micro -perforated panel natural ventilation sound insulationwindow A FEASIBILITY STUDY ON NOISE CONTROL FOR NORTH FACTORY AREA OF TANGSHAN STEEL COMPANYWang Xiaopeng Wang Yupeng Li Shende et al 100 Abstract It was investigated that all the sound sourcesin a factory area. Itwas also selected the sound sourceswhichwouldprobably affect borderline of the yardfactory area on the basisof primary calculation. The acousticalmodelswere made by simplifying these noisy instruments. The radiation of sound of these instruments for the sensitive points on borderline of the factory area was calculated by programme.Estimated the correcteness and integrity of the calculationwere judgedby contrasting the calculationwith actualmeasurement. After they were affirmed, made the noise control scheme was made and calculationswere also done to see if the goalwould be reached. Keywords noise control sound source sensitive points of noise on borderline of factory Manager China Iron and Steel Association SponsorCentral Research Institute of Building and Construction of MCC Group PublisherIndustrial Construction Magazine Agency EditorThe Editorial Department of Environmental Engineering 33,Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 01082227638 82227678 Chief EditorBai Yun Vice Chief EditorShen Guiqiu Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O . Box 399, Beijing China China Standard Serial Numbering ISSN1000-8942 CN 11-2097 X E -mailhjgcpublic . yj. cn. net hjgctg 163. com http www. hjgc . com. cn http www. hjgc . net . cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 3, June ,2008