CN105886433B - 复合微生物菌剂及其制备方法和在聚磺泥浆的无害化处理中的应用 - Google Patents

复合微生物菌剂及其制备方法和在聚磺泥浆的无害化处理中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合微生物菌剂及其制备方法和在聚磺泥浆的无害化处理中的应用。所述复合微生物菌剂包含嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)菌剂、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)菌剂、腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)菌剂、德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)菌剂和土生假丝酵母(Candida humicola)菌剂。所述方法包括所述方法包括独立固体菌剂的制备、原始复合菌剂的制备和复合微生物菌剂的制备。采用本发明方法处理的聚磺泥浆的有害物质成分含量显著降低，六价铬转化率达99％以上，实现了聚磺泥浆的脱水、破胶、脱毒，无害化处置的目的。

Description

复合微生物菌剂及其制备方法和在聚磺泥浆的无害化处理中 的应用
技术领域
本发明属于油田环境保护技术应用领域，具体涉及复合微生物菌剂及其制备方法和在聚磺泥浆的无害化处理中的应用
背景技术
聚磺钻井液是深井、超深井常用的一种抗高温钻井液体系，它是将聚合物钻井液和磺化钻井液结合在一起而形成的一类抗高温钻井液，耐高温能力可达200-250℃，抗盐可至饱和。其配方和性能是根据井温、所要求的矿化度和所钻地层的特点，在室内实验研究基础上加以确定。其主要成分一般包括：约40-80g/L的膨润土；0.1-1.0％高相对分子质量的聚丙烯酸盐如80A51，FA367，PAC141和KPAM等；0.3-1.0％的中等相对分子质量的聚合物处理剂如水解聚丙烯腈的盐类等；磺化类处理剂如磺化酚醛树脂(SKP)、磺化褐煤(SMC)和磺化烤胶(SMK)等。
使用聚磺钻井液形成的泥浆在本领域中一般称为聚磺泥浆，目前处理废弃聚磺泥浆的主要方法有：化学固化后就地掩埋处理，但随着有害物质的迁移仍会对周边土壤以及地下水造成严重污染；物理方法包括电絮凝、微波处理以及压缩制砖等皆难以克服高成本和操作极其复杂的缺陷。目前现有技术无法以低成本和操作简单的方式对废弃聚磺泥浆进行充分全面的无害化处理。
发明内容
针对废弃聚磺泥浆尤其是深井废弃聚磺泥浆危害环境的主要特点，本发明提供一种新型的复合微生物菌剂，利用该菌剂可以对废弃聚磺泥浆进行充分且全面的无害化处理。本发明利用微生物生长代谢活动，可有效降解、转化深井聚磺泥浆主要危害成分，实现聚磺泥浆脱水、脱毒、破胶以达到无害化处置的目的。
本发明在第一方面提供了一种复合微生物菌剂，所述复合微生物菌剂包含：
(a)嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)菌剂；
(b)短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)菌剂；
(c)腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)菌剂；
(d)德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)菌剂；和
(e)土生假丝酵母(Candida humicola)菌剂。
本发明在第二方面提供了一种制造本发明第一方面所述的复合微生物菌剂的方法，所述方法包括：
(1)独立固体菌剂的制备：
分别将所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母接种第一固体培养基基质，在30℃至40℃的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上，制得包含活菌数均为1010CFU/g的所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂；
(2)原始复合菌剂的制备：
将所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂按照3:2:2:1:1(固体菌剂质量比)混合均匀，制得原始复合菌剂；和
(3)复合微生物菌剂的制备：
将所述原始复合菌剂按照5重量％至10重量％的比例接入第二固体培养基基质质中并搅拌均匀，在30℃至40℃的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上，从而获得所述复合微生物菌剂。
本发明在第三方面提供了一种处理深井聚磺泥浆的方法，所述方法通过使用本发明第一方面所述的复合微生物菌剂来进行。
本发明利用复合微生物菌群对聚磺泥浆中的石油烃、聚合物以及磺化物类处理剂等危害物质进行降解、转化、吸收和利用，从而将它们转变为无毒无害的细胞物质，达到了聚磺泥浆的脱水、破胶、脱毒的目的。特别是，采用本发明的方法，所述聚磺泥浆中的六价铬的转化率可达99％以上，充分实现了深井聚磺泥浆的无害化处置。
具体实施方式
本发明在第一方面提供了一种复合微生物菌剂，所述复合微生物菌剂包含：
(a)嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)菌剂；
(b)短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)菌剂；
(c)腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)菌剂；
(d)德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)菌剂；和
(e)土生假丝酵母(Candida humicola)菌剂。
本发明使用的嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、德式乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)和土生假丝酵母(Candida humicola)都是已知的菌种，可通过已知方法、商业手段或其他途径得到，例如可以从西安紫瑞生物科技有限公司商购获得。
所述嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)对石油烃有较好的降解效果，能分泌多种生物絮凝剂和生物表面活性剂，促进原油乳化并将其从泥浆中剥离，使聚磺泥浆中的石油烃能够更好的被自身或其它菌株降解利用。
所述短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)对原油及其它聚磺泥浆配置过程中使用的聚丙烯酰胺、磺化物等大分子化合物有较好的降解特性，抗逆性强，能在复杂环境中快速生长。
所述腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)可降解石油烃及聚磺泥浆中大分子化合物且对重金属有较强吸附作用，可显著降低聚磺泥浆中重金属毒性，改善聚磺泥浆的生态环境。
所述德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)对聚磺泥浆中酚类物质的降解有显著效果，且该菌属兼性厌氧，对环境适应能力强。
所述土生假丝酵母(Candida humicola)通过产生脂蛋白类乳化剂，将采出水中的烃类化合物乳化成油水充分混合的小液滴，可直接供菌体生长和代谢所利用。
本发明人通过大量实施应用发现，添加嗜温鞘氨醇杆菌，并适当提高其在复合菌剂中比例不仅不会对其它菌株生长产生抑制作用，相反能够通过分泌多种表活剂等显著改善聚磺泥浆的微生态环境，促进其它菌株生长的同时加速了对聚磺泥浆中石油烃、聚合物及磺化物等的降解作用。
在一些优选的实施方式中，所述复合微生物菌剂中的所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母的活菌数大于或者等于1010/g，例如大于1X1010/g、5X1010/g、1X1011/g或5X1011/g以上。
在一些优选的实施方式中，所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂均为固体形式，并且重量比为3:2:2:1:1。
在一些优选的实施方式中，所述复合微生物菌剂还包括固体培养基基质，所述固体培养基基质选自由麦麸、稻糠和豆粕组成的组。
在一些优选的实施方式中，以所述复合微生物菌剂的总重量计，所述固体培养基基质的含量为90重量％至95重量％，例如为90、91、92、93、94或95重量％。
在一些优选的实施方式中，所述固体培养基基质的尺寸为1mm至20mm，例如为1、5、10、15或20mm。
本发明在第二方面提供了一种制造本发明第一方面所述的复合微生物菌剂的方法，所述方法包括：
(1)独立固体菌剂的制备：
分别将所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母接种第一固体培养基基质，在30℃至40℃的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上例如大于1X1010/g、5X1010/g、1X1011/g或5X1011/g以上，制得包含活菌数均为1010CFU/g(例如大于1X1010/g、5X1010/g、1X1011/g或5X1011/g以上)的独立固体菌剂，即所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂；
(2)原始复合菌剂的制备：
将所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂按照3:2:2:1:1(质量比)混合均匀，制得原始复合菌剂；和
(3)复合微生物菌剂的制备：
将所述原始复合菌剂按照5重量％至10重量％(例如5、6、7、8、9或10重量％)的比例接入第二固体培养基基质中并搅拌均匀，在30℃至40℃(例如30、32、34、36、38或40℃)的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上(例如大于1X1010/g、5X1010/g、1X1011/g或5X1011/g以上)，从而获得所述复合微生物菌剂。
在制备独立固体菌剂时，各种微生物菌种使用的所述第一固体培养基基质可以相同或者不同，在一些优选的实施方式中，所述固体培养基基质是相同的。在另外一些实施方式中，所述固体培养基基质可以是不同的。在一些实施方式中，所述第一固体培养基基质与所述第二固体培养基基质是相同的，但是也是可以不同的。在一些优选的实施方式中，所述第一固体培养基基质和/或所述第二固体培养基基质各自独立地选自由所述麦麸、稻糠和豆粕组成的组。在一些优选的实施方式中，所述固体培养基基质的尺寸为1mm至20mm，例如为1、5、10、15或20mm。
在一些更加具体的实施方式中，在制备复合微生物菌剂时，以麦麸或稻糠或豆粕为固体培养基基质，接入5重量％至10％所述原始复合菌剂，充分拌匀并调节水分至55％左右，堆积发酵至温度达40℃时，翻堆并摊开至30-50cm，使温度维持在30至40℃之间，持续培养48-72h，待菌体浓度达到1010CFU/g以上，从而制得复合微生物菌剂。
本发明在第三方面提供了一种处理深井聚磺泥浆的方法，所述方法通过使用本发明第一方面所述的复合微生物菌剂来进行。在一些实施方式中，将所述复合微生物菌剂以3重量％至5重量％(例如3、4或5重量％)的比例均匀接入所述聚磺泥浆中并搅拌均匀，然后堆积发酵60天至120天(例如60、70、80、90、100、110或120天)，从而完成所述聚磺泥浆的无害化处理。
在一些更为具体的实施方式中，将所述复合微生物菌剂以3重量％至5重量％的比例均匀接入聚磺泥浆中，利用搅拌机搅拌均匀后(约搅拌20分钟)堆积发酵60天至120天。
实施例
下文将通过实施例的方式对本发明进行进一步地说明，但是本发明并不限于这样的实施例。
本发明实施例中使用的菌种包括：嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacteriumthalpophilum)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)和土生假丝酵母(Candida humicola)从西安紫瑞生物科技有限公司商购获得。
使用的固体培养基基质为麦麸固体培养基基质、稻糠固体培养基基质或豆粕固体培养基基质，这些基质粉碎成5mm以下(过5mm孔径筛)的尺寸。
实施例1独立菌剂的制备
分别将所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母接种所述麦麸固体培养基基质中，充分拌匀并调节水分至55％左右，堆积发酵至温度达40℃时，翻堆并摊开至40cm，使温度维持在30-40℃左右，持续培养24-48小时，待菌体浓度达到1010CFU/g以上时，分别制得包含活菌数均为1010CFU/g的所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂。
实施例2西南油气田深井聚磺泥浆处理
材料：西南油气田深井聚磺泥浆10吨；麦麸固体培养基基质400kg；将实施例1中制得的所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂按照3:2:2:1:1的重量比混合均匀的原始复合菌剂100kg。
将100kg的所述原始复合菌剂接入400kg麦麸固体培养基基质中，充分拌匀并调节水分至55％，堆积发酵至温度达40℃时，翻堆并摊开至30cm，使温度维持在30-40℃左右，持续培养约48h至菌体浓度(本文有时称为活菌数)达到1010CFU/g以上，从而制得500kg复合微生物菌剂
将500kg所述复合微生物菌剂接入10吨聚磺泥浆中并充分搅拌20分钟至均匀，再堆积发酵60天。
对照组不做任何处理。
试验结果：
按照GB8978-1996测量经复合微生物菌剂处理的聚磺泥浆的浸出液石油烃等理化因子以及六价铬含量，结果如表1所示。
所有测量都重复3次，表1中的结果为3次独立测量的平均数。
表1西南油气田某深井聚磺泥浆浸出液理化因子检测数据
由表1可知：经过处理后的聚磺泥浆的pH从明显偏碱的有害pH向可以利用的有益pH转变；本发明的有益菌群不仅能够存活于聚磺泥浆中，而且还能够利用其中的有机物质进行明显的增殖；CODCr(重铬酸盐需氧量)显著降低；氨氮被消耗至原来的30％以上；硫化物和挥发酚被完全清除，石油类物质和六价铬几乎被彻底无害化，远远低于GB8978-1996的一级标准。由此可见，采用本发明的方法使得经处理的深井聚磺泥浆石油烃及其它有害物质含量均显著降低，六价铬转化率甚至接近100％，基本实现了聚磺泥浆的无害化处理,使经处理的聚磺泥浆达到了国家Ⅱ类土壤标准。
实施例3普光气田深井聚磺泥浆处理
材料：普光气田某深井聚磺泥浆20吨；麦麸固体培养基基质1吨；将实施例1中制得的所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂按照3:2:2:1:1的重量比混合均匀的原始复合菌剂100kg。
将100kg的所述原始复合菌剂接入1吨麦麸中，充分拌匀并调节水分至55％，堆积发酵至温度达40℃时，翻堆并摊开至30cm，使温度维持在30-40℃，持续培养约48小时，从而制得1100kg的复合微生物菌剂。
将1100kg的所述复合微生物菌剂接入20吨所述聚磺泥浆中并充分搅拌20分钟至均匀，堆积发酵60天。
对照组为取自该井的不经任何处理聚磺泥浆。
试验结果
表2普光气田某深井聚磺泥浆浸出液理化因子检测数据
由表2可知：经过处理后的聚磺泥浆的pH从明显偏碱的有害pH向可以利用的有益pH转变；本发明的有益菌群不仅能够存活于聚磺泥浆中，而且还能够利用其中的有机物质进行明显的增值；CODCr(重铬酸盐需氧量)显著降低；氨氮被消耗至原来的30％以上；硫化物和挥发酚基本被完全清除，石油类物质和六价铬几乎被彻底无害化，远远低于GB8978-1996的一级标准。检测结果表明，利用本发明的复合微生物菌剂处理的深井聚磺泥浆其理化因子及相关重金属含量指标已恢复到国家Ⅱ类土壤标准。

Claims (10)

1.一种复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂由以下菌剂组成：
(a)嗜温鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium thalpophilum)菌剂；
(b)短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)菌剂；
(c)腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus)菌剂；
(d)德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)菌剂；和
(e)土生假丝酵母(Candida humicola)菌剂。
2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂中的所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母的活菌数大于或者等于1010CFU/g。
3.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂均为固体形式，并且重量比为3:2:2:1:1。
4.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂还包括固体培养基基质，所述固体培养基基质选自由麦麸、稻糠和豆粕组成的组。
5.根据权利要求4所述的复合微生物菌剂，其特征在于，以所述复合微生物菌剂的总重量计，所述固体培养基基质的含量为90重量％至95重量％。
6.根据权利要求4所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述固体培养基基质的尺寸为1mm至20mm。
7.一种制造权利要求1至6中任一项所述的复合微生物菌剂的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)独立固体菌剂的制备：
分别将所述嗜温鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、德式乳杆菌，土生假丝酵母接种第一固体培养基基质，在30℃至40℃的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上，制得包含活菌数均为1010CFU/g以上的所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂；
(2)原始复合菌剂的制备：
将所述嗜温鞘氨醇杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂、腊状芽孢杆菌菌剂、德式乳杆菌菌剂和土生假丝酵母菌剂按照3:2:2:1:1混合均匀，制得原始复合菌剂；和
(3)复合微生物菌剂的制备：
将所述原始复合菌剂按照5重量％至10重量％的比例接入第二固体培养基基质中并搅拌均匀，在30℃至40℃的温度下培养至活菌数为1010CFU/g以上，从而获得所述复合微生物菌剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一固体培养基基质和/或所述第二固体培养基基质各自独立地选自由麦麸、稻糠和豆粕组成的组。
9.一种处理深井聚磺泥浆的方法，其特征在于，所述方法通过使用权利要求1至6中任一项所述的复合微生物菌剂来进行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述复合微生物菌剂以3重量％至5重量％的比例均匀接入所述聚磺泥浆中并搅拌均匀，然后堆积发酵60天至120天。
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