CN108085313A - 一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法 - Google Patents

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Abstract

一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法，第一阶段混合微藻、活性炭粉、海藻酸钠溶液，用滴定管滴入氯化钙溶液中得到半固化微藻碳胶球；第二阶段混养培养微藻碳胶球，用于处理酶解后的压裂返排液；该方法将微藻和活性炭包埋于海藻酸钠凝胶中，一方面胶球可以缓冲返排液对微藻生长的影响，另一方面微藻可随胶球自由移动同时又有较好的沉降性利于分离回收，利用β‑甘露聚糖酶降解压裂返排液中的多糖为单糖，作为异养碳源，微藻同时进行自养和异养，互相促进代谢，并且微藻碳胶球中活性炭可以对有机物进行富集，供微藻快速生长、增殖，微藻对有机物的吸收转化又使活性炭长期保持良好的吸附性，从而提高微藻细胞密度和污染物去除效率。

Description

一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法
技术领域
本发明属于油田污水的生物处理方法，特别涉及一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法。
背景技术
我国低渗透油气藏资源非常丰富，在全国油气资源评价中，低渗透油气储量分别占石油储量的49％，天然气储量的64％。压裂工艺可以有效改善油气层导流能力，是低渗透、特低渗透油气井增产的主要措施。压裂液通常由水(98-99.2％)、多种化学添加剂(0.5-2％)和支撑剂组成，压裂完成后返排至地表即为压裂返排液。压裂返排液成分复杂，含有大量的杂质，包括原油、盐类、悬浮物、有机物、重金属、特殊微生物以及生产过程中残留的化学添加剂等，排放呈间歇性，污染物浓度高且难降解，如果不加以处理就直接外排，会严重污染环境，对土壤、生物、人体健康和农作物生长造成极大的危害。压裂返排液中81种常见化合物中55种为有机化学物，27种易于生物降解，绝大多数化合物无毒或低毒，并且压裂液中的增粘剂主要使用的是中性多糖胍胶，所以返排液适于生物降解。
微藻是一类单细胞生物，具有种类繁多、生长速度快、油脂及蛋白质含量丰富、适应性强等特点，微藻可以利用光能和二氧化碳自养生长，也可以利用有机碳源异养生长。近年来，有关藻类培养处理污水、环境调控及其净化机理方面的研究逐渐成为热点。国内外开展了大量有关微藻处理污水的研究，包括超浓度培养、固定化藻类、渗析培养、藻垫以及光生物反应器等，以进一步提高净化效率，但微藻处理污水存在占地面积大，停留时间长，藻类收获难等缺陷。并且目前有关能源微藻处理污水的研究大多是针对氮、磷等元素含量较高的污水(如味精废水、啤酒废水等)，针对油田污水的相关研究极少。利用微藻处理污水效率较高且无二次污染，因此是处理压裂返排液的理想技术手段，但由于压裂返排液污染物成分复杂，微藻处理油田污水效率低、难收集，利用微藻规模化处理油田污水目前还未能取得显著成效。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法，研发半固化藻碳胶球，并通过两段混养处理压裂返排液，第一阶段混合微藻、活性炭粉、海藻酸钠溶液，用滴定管滴入氯化钙溶液中得到半固化藻碳胶球；第二阶段混养培养藻碳胶球，用于处理酶解后的压裂返排液；处理效果优良、安全环保，并且成本低廉，工艺简单。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法，包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球：取适量微藻溶液，微藻接种量为1×102-1×106cells/mL，加入占微藻溶液质量百分数0.05％-0.2％的活性炭粉和2％-4％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以1-4ml/min的速度滴入2％-4％氯化钙溶液中，得到3-6mm的微藻碳胶球接种于培养基中，于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度2000-6000lux，光暗周期为16h:8h，每天摇动3-5次；所述培养基包括但不限于Basal培养基、BG11培养基、F/2培养基或其他经改良的微藻培养基，所述微藻包括但不限于小球藻Chlorella，硅藻Diatom，杜氏藻Dunaliella，栅藻Scenedesmus，衣藻Chlamydomonas或其变异藻株，所述活性炭包括但不限于木质活性炭或矿物质活性炭；
(2)收集微藻碳胶球，培养12-72h后，微藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集微藻碳胶球；
(3)混养培养微藻碳胶球处理压裂返排液，以50wt％-100wt％的压裂返排液代替清水配制无糖培养基，并加入10-200mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加步骤(2)中收集的微藻碳胶球，投加量300-800个/L，搅拌速度10-30r/min，温度25±5℃，光照强度2000-6000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间24h-120h。
步骤一所述的光照强度为3000-5000lux。
本发明通过半固化混养微藻处理压裂返排液，将微藻和活性炭包埋于海藻酸钠凝胶中，缓冲返排液对微藻生长的影响，并且微藻可随胶球自由移动，而凝胶中的活性炭可以对有机物进行富集，提高光能利用率和污染物去除效率，混养培养过程中加入β-甘露聚糖酶，将返排液中主要污染物中性多糖胍胶降解为单糖作为微藻生长碳源，微藻同时进行自养和异养，互相促进代谢，从而提高微藻细胞密度和污染物去除率。该方法可以显著提高能源微藻处理压裂返排液的效率，满足微藻工业化处理污水的要求、降低处理成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细叙述。
实施例一
本实施例包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球。取适量小球藻溶液，藻接种量为1×103cells/mL，加入占小球藻溶液质量分数0.1％的木质活性炭粉和3％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以2ml/min的速度缓慢滴入3％氯化钙溶液中，得到4mm的藻碳胶球接种于BG11培养基中。于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，每天摇动3次；
(2)收集藻碳胶球，培养24h后，小球藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集藻碳胶球；
(3)混养培养藻碳胶球处理压裂返排液，以80wt％的压裂返排液代替清水配制无糖培养基，并加入150mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加步骤(2)中收集的藻碳胶球，投加量600个/L，搅拌速度30r/min，温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间48h。
本实施例的出水COD去除率为49％，色度去除率为90％，粘度降低45％。
实施例二
本实施例包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球。取适量小球藻溶液，藻接种量为1×104cells/mL，加入占小球藻溶液质量分数0.1％的木质活性炭粉和2％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以3ml/min的速度缓慢滴入3％氯化钙溶液中，得到3mm的藻碳胶球接种于BG11培养基中。于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，每天摇动5次；
(2)收集藻碳胶球，培养24h后，小球藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集藻碳胶球；
(3)混养培养藻碳胶球处理压裂返排液，以50wt％的压裂返排液代替清水配制无糖培养基，并加入80mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加(2)步骤中收集的微藻碳胶球，投加量800个/L，搅拌速度20r/min，温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间72h。
本实施例的出水COD去除率为52％，色度去除率为95％，粘度降低50％。
实施例三
本实施例包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球。取适量小球藻溶液，藻接种量为1×106cells/mL，加入占小球藻溶液质量分数0.2％的木质活性炭粉和2.5％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以1ml/min的速度缓慢滴入3％氯化钙溶液中，得到5mm的藻碳胶球接种于Basal培养基中。于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，每天摇动5次；
(2)收集藻碳胶球，培养20h后，小球藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集藻碳胶球；
(3)混养培养藻碳胶球处理压裂返排液，以100wt％的压裂返排液代替清水配制无糖培养基，并加入200mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加步骤中(2)收集的藻碳胶球，投加量600个/L，搅拌速度30r/min，温度25±5℃，光照强度5000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间48h。
本实施例的出水COD去除率为49％，色度去除率为95％，粘度降低60％。
实施例四
本实施例包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球。取适量盐生杜氏藻溶液，藻接种量为1×105cells/mL，加入占盐生杜氏藻溶液质量分数0.1％的煤质活性炭粉和3％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以2ml/min的速度缓慢滴入3％氯化钙溶液中，得到4mm的藻碳胶球接种于Basal培养基中。于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，每天摇动5次；
(2)收集藻碳胶球，培养48h后，盐生杜氏藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集藻碳胶球；
(3)混养培养藻碳胶球处理压裂返排液，以60wt％压裂返排液代替清水配制培养基，并加入100mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加步骤(2)中收集的藻碳胶球，投加量400个/L，搅拌速度10r/min，温度25±5℃，光照强度4000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间96h。
本实施例的处理出水COD去除率为40％，色度去除率为80％，粘度降低30％。

Claims (2)

1.一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备微藻碳胶球：取适量微藻溶液，微藻接种量为1×102-1×106cells/mL，加入占微藻溶液质量百分数0.05％-0.2％的活性炭粉和2％-4％的海藻酸钠混合均匀，用滴定管以1-4ml/min的速度滴入2％-4％氯化钙溶液中，得到3-6mm的微藻碳胶球接种于培养基中，于恒温光照培养箱培养，培养温度25±5℃，光照强度2000-6000lux，光暗周期为16h:8h，每天摇动3-5次；所述培养基包括但不限于Basal培养基、BG11培养基、F/2培养基或其他经改良的微藻培养基，所述微藻包括但不限于小球藻Chlorella，硅藻Diatom，杜氏藻Dunaliella，栅藻Scenedesmus，衣藻Chlamydomonas或其变异藻株，所述活性炭包括但不限于木质活性炭或矿物质活性炭；
(2)收集微藻碳胶球，培养12-72h后，微藻在营养充足的条件下增殖进入对数生长期，过滤收集微藻碳胶球；
(3)混养培养微藻碳胶球处理压裂返排液，以50wt％-100wt％的压裂返排液代替清水配制无糖培养基，并加入10-200mg/Lβ-甘露聚糖酶，在搅拌条件下投加步骤(2)中收集的微藻碳胶球，投加量300-800个/L，搅拌速度10-30r/min，温度25±5℃，光照强度2000-6000lux，光暗周期16h:8h，水利停留时间24h-120h。
2.根据权利要求1所述的一种微藻半固化混养处理压裂返排液的方法，其特征在于，步骤一所述的光照强度为3000-5000lux。
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