CN110560479A - 一种井场油污土壤原位生物修复材料及使用方法 - Google Patents

一种井场油污土壤原位生物修复材料及使用方法 Download PDF

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CN110560479A CN201910897815.7A CN201910897815A CN110560479A CN 110560479 A CN110560479 A CN 110560479A CN 201910897815 A CN201910897815 A CN 201910897815A CN 110560479 A CN110560479 A CN 110560479A
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王冠
杨怀杰
岳胜辉
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耿雪丽
曹嫣镔
林军章
张守献
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Abstract

本发明涉及一种土壤修复方法，尤其涉及一种井场油污土壤原位生物修复材料及其使用方法。所述的材料组成和组分(质量百分比)如下：生物质载体70‑80％；微小杆菌属发酵液1‑3％；无机盐15‑20％；生长因子5‑10μg/kg；余量为水分。生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为1.5～2.0∶1。生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶6～8。本发明修复后油污土壤的含油量低于0.3％，达到国家环保法规要求，且修复期较短，由原来的9个月以上降低至3个月以内，大幅度地降低了修复周期。

Description

一种井场油污土壤原位生物修复材料及使用方法
技术领域
本发明涉及一种土壤修复方法，尤其涉及一种井场油污土壤原位生物修复材料及其使用方法。
背景技术
在油田开发过程，井口产出液溢出或井场作业过程撒落到井场地面后形成含油土壤，会造成环境污染。目前，这类污染物主要通过收集后转移至缓存点后集中处理，采用的工艺有焚烧、热解、热水洗或生物修复等方法。污染土壤一经转移后，其性质将发生根本性变化，成为危险废物，其转移、缓存和处置都将受到严格的管控。此外，在采用焚烧、热解或热水洗处理后，土壤的性质发生了不可逆的变化，不适于再次回填至原处。因此，开发绿色经济的原位修复将是今后井场污染土壤治理的必然发展方向。
原位生物修复是利用生物法在污染场地就地处理污染物的技术，主要应用于有机物、重金属等污染治理。生物修复的作用原理是生物(主要指微生物)在代谢过程吸收、降解、转化环境中的污染物，从而使污染了的环境部分或全部的恢复至原始状态的过程。井场污染土壤的原位生物修复在国外有较大规模应用，而国内仍处于起步阶段，以室内实验研究为主，现场应用鲜有报道。生物修复技术在井场土壤修复应用中存在的主要问题是修复周期长，需要较大规模的修复场地。井场生物修复通常采用原位处理，因此具备场地条件。而修复周期长等问题，可通过研制针对性强的高效降解菌和营养体系，以及高质量的维护和管理，实现污染土壤的快速达标治理。
专利“一种假单胞菌属降油菌L-1及其微生物混合菌剂和石油污染土壤原位修复方法”(公告号CN109482638A)发布了一种低含油污泥生物降解用混合菌剂及其使用方法，这种混合菌剂是从污染土壤中分离获得，包括假单胞菌属、芽孢杆菌属等6种细菌，在使用时将上述细菌发酵液按同等比例配制后掺入污染土壤，加入比例为4％-6％，30天后含油量由3.0％降至0.69％。文中使用的6种微生物联合使用具有较强的降解石油烃功能，但上述菌株均见于油污土壤中，因此加入的外源菌与内源的土著烃降解功能菌间存在功能重叠的问题。
专利“用于污染土壤修复的微生物固定化材料的制备及使用方法”(公告号CN101372688A)公开了一种污染土壤修复的微生物固定化材料制备及使用方法，这种固定化材料以大豆秆等农作物秸秆为载体用于吸附细菌菌悬液，在使用时按照1-250吨每公顷投加，用于处置多环芳烃、多氯联苯和有机氯农药等污染土壤，处置土壤深度为0-30cm。文中使用的微生物固定化材料对低含量的多环芳烃等有机污染物有较好的处置效果，但对于污染土壤深度大于30cm、污染物含量大于10000mg/kg、污染物成分更复杂的油污土壤，上述专利不适用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种井场油污土壤原位生物修复材料及其使用方法，本发明的生物修复材料的所有成分均为环境友好型，制备和使用过程不会造成环境污染，同时使用方法或工艺简单，不涉及复杂的仪器设备，处理成本低。
本发明公开了一种井场油污土壤原位生物修复材料，所述的材料组成和组分(质量百分比)如下：
所述的生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。
所述的微小杆菌属为以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物，所述的微小杆菌属发酵液的菌浓不低于2×109个/mL。
所述的无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为1.5～2.0∶1。
所述的生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶6～8。
本发明另一个目的公开了一种井场油污土壤原位生物修复材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将生物质载体放入高压锅炉中在115-121℃的温度条件下进行灭菌30-60min，获得灭菌后的生物质载体；
(2)将无机盐和生长因子加入到灭菌后的生物质载体中，其次加入微小杆菌属发酵液，搅拌均匀得到混合物，搅拌速度为100-200rpm；
(3)采用鼓风干燥方法将上述混合物干燥至恒重，得到生物修复材料；
(4)将干燥后的生物修复材料密封包装，置于阴凉、干燥和避光处储存。
本发明的第三个目的在于提供一种井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，所述的使用方法具体包括以下步骤：
(1)试验井场的筛选
从试验井场钻取土壤，分析土壤中的菌群结构和测试含油量，若土壤中存在嗜烃微生物且菌浓大于1.0×102个/mL，同时，含油量低于10％，则井场符合筛选的标准。
所述的嗜烃微生物为假单胞菌属、芽孢菌属、红球菌属或不动杆菌属中的一种或几种。
(2)防渗围堰的制作
使用挖掘机将井场油污土壤全部清挖后转移至场地外，然后在场地周围设置高为60-80cm、宽为50-70cm的围堰，其次在围堰内铺设厚度为0.8-1.2mm的防渗布，防渗布上面覆盖10-20cm厚度的干净土壤。
(3)生物修复材料的投加
将试验井场油污土壤转移至防渗围堰内，其次加入生物修复材料，利用深耕机将油污土壤和生物修复材料混合均匀，混合均匀后，补充清水，使油污土壤的含水率维持在35-60％。
所述的油污土壤和生物修复材料的总厚度不超过60cm。
(4)油污土壤的翻耕
每3-5d使用深耕机对围堰内油污土壤进行翻耕一次，以提高油污土壤的溶氧量及微小杆菌属发酵液与石油烃的接触效率。
(5)油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整
每10-15d从油污土壤中取样检测含水率、总N和总P的含量，当含水率低于25％后，补充清水以维持含水率在35-60％。当总N低于0.05％时，补充无机盐尿素，使土壤中总N含量不低于0.1％。当总P的含量低于0.01％时，补充无机盐K2HPO4，使土壤中总P含量不低于0.02％。
所述的生物修复材料的投加量Q与油污土壤中的含油量有关，具体关系如下：
①含油量大于5％，Q为油污土壤质量的5％；
②含油量为2～5％，Q为油污土壤质量的3％；
③含油量小于2％，Q为油污土壤质量的2％。
井场油污土壤，特别是长时间未处理形成的老化油污土壤，处理难度极大。而在这类土壤中，已经形成了以嗜烃功能为主的微生物群落结构，且菌群间以协同作用为主、竞争较小。加入的无机盐类激活剂激活上述嗜烃微生物菌群，加入生长因子的目的是加快嗜烃微生物的生长代谢速率，使其菌浓增加2～3个数量级以上，达到1.0×108个/mL以上，从而加速石油烃的降解。同时，相比于微米级的微生物，油污土壤泥砂表面的石油烃通常以致密的块状或片状存在，微生物摄取难度极大，加入以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物微小杆菌属，可有效乳化分散土壤中的油污，将油污分散为粒径更小的油滴，提高嗜烃微生物与石油烃的接触面积，从而提高对石油烃的摄取与降解速率。并且，内源嗜烃微生物降解油污的中间产物又极易被微小杆菌属代谢利用，促进微小杆菌属快速生长及代谢生物乳化剂，形成对油污的加速乳化和降解。本发明通过激活油污土壤内源嗜烃微生物，以及投加外源产乳化剂的微小杆菌属，利用两者间协同增效作用，加速对油污的生物降解，能有效提高修复效率。将井场油污土壤的生物原位修复周期由9个月以上降低至3个月以内。
本发明与现有相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的生物修复材料包括无机盐和生长因子，加入到油污土壤后能有效激活土壤中的土著嗜烃微生物菌群，并调节微生物的生长代谢速率，从而加速对油污土壤中石油烃的降解；
(2)本发明的微小杆菌属利用石油烃代谢产生生物乳化剂，将油污土壤表面的石油烃乳化分散为粒径更小的油滴，更有利于微生物的摄取和降解；
(3)本发明的生物修复材料的所有成分均为环境友好型，制备和使用过程不会造成环境污染，同时使用方法或工艺简单，不涉及复杂的仪器设备，处理成本低；
(4)本发明修复后油污土壤的含油量低于0.3％，达到国家环保法规要求(GB36600-2018中二类用地)，且修复期较短，由原来的9个月以上降低至3个月以内，大幅度地降低了修复周期。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此：
实施例1：生物修复材料A1的制备
(1)将生物质载体放入高压锅炉中在115℃的温度条件下进行灭菌60min，获得灭菌后的生物质载体；
(2)将无机盐和生长因子加入到灭菌后的生物质载体中，其次加入微小杆菌属发酵液，搅拌均匀得到混合物，搅拌速度为100rpm；
(3)采用鼓风干燥方法将上述混合物干燥至恒重，得到生物修复材料；
(4)将干燥后的生物修复材料A1密封包装，置于阴凉、干燥和避光处储存。
生物修复材料的具体配方A1组成如下：(质量百分比)
所述的生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。
所述的微小杆菌属为以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物，所述的微小杆菌属发酵液的菌浓为3.0×109个/mL。
所述的无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为1.5∶1。
所述的生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶6。
实施例2：生物修复材料A2的制备
(1)将生物质载体放入高压锅炉中在121℃的温度条件下进行灭菌50min，获得灭菌后的生物质载体；
(2)将无机盐和生长因子加入到灭菌后的生物质载体中，其次加入微小杆菌属发酵液，搅拌均匀得到混合物，搅拌速度为150rpm；
(3)采用鼓风干燥方法将上述混合物干燥至恒重，得到生物修复材料；
(4)将干燥后的生物修复材料A2密封包装，置于阴凉、干燥和避光处储存。
生物修复材料的具体配方A2组成如下：(质量百分比)
所述的生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。
所述的微小杆菌属为以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物，所述的微小杆菌属发酵液的菌浓为5.0×109个/mL。
所述的无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为1.6∶1。
所述的生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶7。
实施例3：生物修复材料A3的制备
(1)将生物质载体放入高压锅炉中在115℃的温度条件下进行灭菌60min，获得灭菌后的生物质载体；
(2)将无机盐和生长因子加入到灭菌后的生物质载体中，其次加入微小杆菌属发酵液，搅拌均匀得到混合物，搅拌速度为200rpm；
(3)采用鼓风干燥方法将上述混合物干燥至恒重，得到生物修复材料；
(4)将干燥后的生物修复材料A3密封包装，置于阴凉、干燥和避光处储存。
生物修复材料的具体配方A3组成如下：(质量百分比)
所述的生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。
所述的微小杆菌属为以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物，所述的微小杆菌属发酵液的菌浓为3.0×109个/mL。
所述的无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为2.0∶1。
所述的生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶8。
实施例4
胜利油田某油污土壤井场G1，油污土壤中存在假单胞菌属，菌浓为1.0×103个/mL和含油量为4.6％。计划利用本发明的方法进行现场修复，具体步骤如下：
(1)试验井场的筛选
从试验井场钻取土壤，分析土壤中的菌群结构和测试含油量，若土壤中存在嗜烃微生物且菌浓大于1.0×102个/mL，同时，含油量低于10％，则井场符合筛选的标准。
试验井场G1油污土壤中存在假单胞菌属，菌浓为1.0×103个/mL和含油量为4.6％，符合本发明的筛选标准。
(2)防渗围堰的制作
使用挖掘机将井场油污土壤全部清挖后转移至场地外，然后在场地周围设置高为60cm、宽为50cm的围堰，其次在围堰内铺设厚度为0.8mm的防渗布，防渗布上面覆盖10cm厚度的干净土壤。
(3)生物修复材料的投加
将试验井场油污土壤转移至防渗围堰内，其次加入生物修复材料A1，利用深耕机将油污土壤和生物修复材料混合均匀，混合均匀后，补充清水，使油污土壤的含水率维持在35％。
所述的生物修复材料的投加量为油污土壤质量的3％；所述的油污土壤和生物修复材料的总厚度为45cm。
(4)油污土壤的翻耕
每3d使用深耕机对围堰内油污土壤进行翻耕一次，以提高油污土壤的溶氧量及微小杆菌属发酵液与石油烃的接触效率。
(5)油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整
每10d从油污土壤中取样检测含水率、总N和总P的含量，当含水率低于25％后，补充清水以维持含水率在35％。当总N低于0.05％时，补充无机盐尿素，使土壤中总N含量不低于0.1％。当总P的含量低于0.01％时，补充无机盐K2HPO4，使土壤中总P含量不低于0.02％。
现场实施85d后，油污土壤的含油量由4.6％降低至0.25％，达到国家环保标准要求。现场实施效果良好。
实施例5
胜利油田某油污土壤井场G2，油污土壤中存在芽孢菌属，菌浓为3.0×103个/mL和含油量为7.5％。计划利用本发明的方法进行现场修复，具体步骤如下：
(1)试验井场的筛选
从试验井场钻取土壤，分析土壤中的菌群结构和测试含油量，若土壤中存在嗜烃微生物且菌浓大于1.0×102个/mL，同时，含油量低于10％，则井场符合筛选的标准。
试验井场G2油污土壤中的存在假单胞菌属、芽孢菌属、红球菌属，菌浓为3.0×103个/mL和含油量为7.5％，符合本发明的筛选标准。
(2)防渗围堰的制作
使用挖掘机将井场油污土壤全部清挖后转移至场地外，然后在场地周围设置高为70cm、宽为60cm的围堰，其次在围堰内铺设厚度为1.0mm的防渗布，防渗布上面覆盖15cm厚度的干净土壤。
(3)生物修复材料的投加
将试验井场油污土壤转移至防渗围堰内，其次加入生物修复材料A2，利用深耕机将油污土壤和生物修复材料混合均匀，混合均匀后，补充清水，使油污土壤的含水率维持在45％。
所述的生物修复材料的投加量为油污土壤质量的5％；所述的油污土壤和生物修复材料的总厚度为55cm。
(4)油污土壤的翻耕
每4d使用深耕机对围堰内油污土壤进行翻耕一次，以提高油污土壤的溶氧量及微小杆菌属发酵液与石油烃的接触效率。
(5)油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整
每12d从油污土壤中取样检测含水率、总N和总P的含量，当含水率低于25％后，补充清水以维持含水率在45％。当总N低于0.05％时，补充无机盐尿素，使土壤中总N含量不低于0.1％。当总P的含量低于0.01％时，补充无机盐K2HPO4，使土壤中总P含量不低于0.02％。
现场实施70d后，油污土壤的含油量由7.5％降低至0.23％，达到国家环保标准要求。现场实施效果良好。
实施例6
胜利油田某油污土壤井场G3，油污土壤中存在红球菌属，菌浓为5.0×103个/mL和含油量为1.5％。计划利用本发明的方法进行现场修复，具体步骤如下：
(1)试验井场的筛选
从试验井场钻取土壤，分析土壤中的菌群结构和测试含油量，若土壤中存在嗜烃微生物且菌浓大于1.0×102个/mL，同时，含油量低于10％，则井场符合筛选的标准。
试验井场G3油污土壤中的存在红球菌属，菌浓为5.0×103个/mL和含油量为1.5％，符合本发明的筛选标准。
(2)防渗围堰的制作
使用挖掘机将井场油污土壤全部清挖后转移至场地外，然后在场地周围设置高为80cm、宽为70cm的围堰，其次在围堰内铺设厚度为1.2mm的防渗布，防渗布上面覆盖20cm厚度的干净土壤。
(3)生物修复材料的投加
将试验井场油污土壤转移至防渗围堰内，其次加入生物修复材料A3，利用深耕机将油污土壤和生物修复材料混合均匀，混合均匀后，补充清水，使油污土壤的含水率维持在60％。
所述的生物修复材料的投加量为油污土壤质量的2％；所述的油污土壤和生物修复材料的总厚度为50cm。
(4)油污土壤的翻耕
每5d使用深耕机对围堰内油污土壤进行翻耕一次，以提高油污土壤的溶氧量及微小杆菌属发酵液与石油烃的接触效率。
(5)油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整
每15d从油污土壤中取样检测含水率、总N和总P的含量，当含水率低于25％后，补充清水以维持含水率在60％。当总N低于0.05％时，补充无机盐尿素，使土壤中总N含量不低于0.1％。当总P的含量低于0.01％时，补充无机盐K2HPO4，使土壤中总P含量不低于0.02％。
现场实施80d后，油污土壤的含油量由1.5％降低至0.12％，达到国家环保标准要求。现场实施效果良好。

Claims (15)

1.一种井场油污土壤原位生物修复材料，其特征在于，所述的材料组成和组分(质量百分比)如下：
2.根据权利要求1所述的井场油污土壤原位生物修复材料，其特征在于，所述的生物质载体由锯末、牛粪和沼渣按照质量比为1∶1∶1的比例组成。
3.根据权利要求1所述的井场油污土壤原位生物修复材料，其特征在于，所述的微小杆菌属为以石油烃作碳源代谢产生生物乳化剂的微生物，所述的微小杆菌属发酵液的菌浓不低于2×109个/mL。
4.根据权利要求1所述的井场油污土壤原位生物修复材料，其特征在于，所述的无机盐为尿素和K2HPO4的混合物，尿素和K2HPO4质量比为1.5～2.0∶1。
5.根据权利要求1所述的井场油污土壤原位生物修复材料，其特征在于，所述的生长因子为氨基酸和维生素的混合物，氨基酸和微生素的质量比为1∶6～8。
6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的井场油污土壤原位生物修复材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将生物质载体放入高压锅炉中在115-121℃的温度条件下进行灭菌30-60min，获得灭菌后的生物质载体；
(2)将无机盐和生长因子加入到灭菌后的生物质载体中，其次加入微小杆菌属发酵液，搅拌均匀得到混合物，搅拌速度为100-200rpm；
(3)采用鼓风干燥方法将上述混合物干燥至恒重，得到生物修复材料；
(4)将干燥后的生物修复材料密封包装，置于阴凉、干燥和避光处储存。
7.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的使用方法具体包括以下步骤：
(1)试验井场的筛选；
(2)防渗围堰的制作；
(3)生物修复材料的投加；
(4)油污土壤的翻耕；
(5)油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整。
8.根据权利要求7所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述试验井场的筛选，具体步骤如下：从试验井场钻取土壤，分析土壤中的菌群结构和测试含油量，若土壤中存在嗜烃微生物且菌浓大于1.0×102个/mL，同时，含油量低于10％，则井场符合筛选的标准。
9.根据权利要求8所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的嗜烃微生物为假单胞菌属、芽孢菌属、红球菌属或不动杆菌属中的一种或几种。
10.根据权利要求7所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的防渗围堰的制作，具体步骤如下：使用挖掘机将井场油污土壤全部清挖后转移至场地外，然后在场地周围设置高为60-80cm、宽为50-70cm的围堰，其次在围堰内铺设厚度为0.8-1.2mm的防渗布，防渗布上面覆盖10-20cm厚度的干净土壤。
11.根据权利要求7所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的生物修复材料的投加，具体步骤如下：将试验井场油污土壤转移至防渗围堰内，其次加入生物修复材料，利用深耕机将油污土壤和生物修复材料混合均匀，混合均匀后，补充清水，使油污土壤的含水率维持在35-60％。
12.根据权利要求11所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的油污土壤和生物修复材料的总厚度不超过60cm。
13.根据权利要求11所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的生物修复材料的投加量Q与油污土壤中的含油量有关，具体关系如下：
①含油量大于5％，Q为油污土壤质量的5％；
②含油量为2～5％，Q为油污土壤质量的3％；
③含油量小于2％，Q为油污土壤质量的2％。
14.根据权利要求7所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的油污土壤的翻耕，具体步骤如下：每3-5d使用深耕机对围堰内油污土壤进行翻耕一次，以提高油污土壤的溶氧量及微小杆菌属发酵液与石油烃的接触效率。
15.根据权利要求7所述的井场油污土壤原位生物修复材料的使用方法，其特征在于，所述的油污土壤中含水率、总N和总P的动态调整，具体方法如下：每10-15d从油污土壤中取样检测含水率、总N和总P的含量，当含水率低于25％后，补充清水以维持含水率在35-60％；当总N低于0.05％时，补充无机盐尿素，使土壤中总N含量不低于0.1％；当总P的含量低于0.01％时，补充无机盐K2HPO4，使土壤中总P含量不低于0.02％。
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