CN111620531A - 一种降解油泥的喷洒剂 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种降解油泥的喷洒剂，属于石油工业油泥治理技术领域。该降解油泥的喷洒剂原料组分包括：氮源、磷源、无机盐、生长因子、可降解颗粒和水。本发明实施例利用油泥中含有原油(碳源)的泥质土作培养基骨架，通过向泥质土中添加微生物需要的营养源方法，使石油烃降解菌群大量繁殖，从而实现对油泥的生物降解，解决了地面油泥污染的问题。其原理为：碳源+氮源+磷源+无机盐+生长因子+菌种+水→石油烃降解菌群+碳源→小分子化合物(包括二氧化碳、水、甲烷等)。该方法简单易行、成本低，且不会污染环境。

Description

一种降解油泥的喷洒剂

技术领域

本申请涉及石油工业油泥治理技术领域，特别涉及一种降解油泥的喷洒剂。

背景技术

在油田开采过程中，作业现场常会因为各种原因而使原油落在井口地面上，造成地面油泥污染，为了保持工作环境清洁，需要对该地面油泥污染进行清理。

现有技术中，通常将地面油泥污染打包，然后运送至指定地点，再由专业队伍进行处理。该处理方法主要包括两种：一种是焚烧油泥，另一种是采用高温水对油泥进行清洗，清洗后的油泥通过晾晒再填埋处理。

在实现本申请的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下问题：

在指定地点焚烧油泥时，产生的气体会对大气环境造成污染；而高温清洗油泥时，需要大量高温水资源，治理成本较高。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种降解油泥的喷洒剂。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，提供了一种降解油泥的喷洒剂，所述喷洒剂的原料组分包括：氮源、磷源、无机盐、生长因子、可降解颗粒和水。

在一种可能的实施方式中，所述氮源包括植物蛋白和/或尿素。

在一种可能的实施方式中，所述无机盐包括磷盐、硫盐、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐中的一种或几种。

在一种可能的实施方式中，所述可降解颗粒包括：淀粉颗粒、植物蛋白颗粒、纤维素颗粒和木质素颗粒中的一种或几种。

在一种可能的实施方式中，所述可降解颗粒的平均粒径为50-5000μm。

在一种可能的实施方式中，所述可降解颗粒的平均粒径为2000-3000μm。

在一种可能的实施方式中，所述喷洒剂的原料组分还包括菌种。

在一种可能的实施方式中，所述喷洒剂的原料组分还包括碳源。

第二方面，提供了一种对第一方面所提及的任一项所述的降解油泥的喷洒剂的应用，所述应用包括：

将所述喷洒剂喷洒到油泥上。

在一种可能的实施方式中，当所述油泥的含油浓度不大于50g/kg时，所述喷洒剂的浓度不大于50g/L；

当所述油泥的含油浓度为(50g/kg-200g/kg)时，所述喷洒剂的浓度为(50g/L-150g/L)；

当所述油泥的含油浓度不小于200g/kg时，所述喷洒剂的浓度不小于150g/L。

本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例利用油泥中的含有原油的泥质土作培养基骨架(碳源)，通过向泥质土中添加微生物需要的营养源的方法，使石油烃降解菌群大量繁殖，从而实现对油泥的生物降解，解决了地面油泥污染的问题。其原理为：碳源+氮源+磷源+无机盐+生长因子+菌种+水→石油烃降解菌群+碳源→小分子化合物(包括二氧化碳、水、甲烷等)。该方法简单易行、成本低，且不会污染环境。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供一种降解油泥的喷洒剂的作用原理示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1-油泥；

2-木质素颗粒；

3-毛细管；

41-第一石油烃类；42-第二石油烃类；43-第三石油烃类；

51-第一石油烃降解菌群；52-第二石油烃降解菌群；53-第三石油烃降解菌群。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

需要说明的是，本发明中所涉及的“油泥”是指被原油污染的泥土。油泥中原油的主要成分为石油烃，即烃类碳氢化合物，主要包括饱和与不饱和烃类，芳烃类化合物、沥青质、树脂类等，可提供微生物生长繁殖的碳源。而众所周知，碳源、氮源、磷源、无机盐、生长因子和水是微生物生长繁殖的基本要素，因此，采用微生物降解原油，能有效消除油泥污染。

基于此，第一方面，本发明实施例提供了一种降解油泥的喷洒剂，该喷洒剂的原料组分包括：氮源、磷源、无机盐、生长因子、可降解颗粒和水。

应用时，将由氮源、磷源、无机盐、生长因子、可降解颗粒和水制备得到的喷洒剂喷洒到油泥上，由于水的湿润作用，其携带的微生物生长繁殖的基本要素通过油泥中的毛细管进入油泥深处，形成以油泥为本体的培养基，可降解颗粒作为颗粒状物质保留在油泥表面，由于可降解颗粒的保湿性和黏连性，形成以可降解颗粒为天然屏障的油泥培养基，可以把油泥裹住并保持油泥的湿润性和表层透气性，有利于油泥内部的微生物有氧和无氧的生长繁殖，从而实现对油泥中原油的降解。

在本发明实施例中，微生物生长繁殖过程如下：

碳源+氮源+磷源+无机盐+生长因子+菌种+水→石油烃降解菌群；

其中，碳源可来自油泥中石油烃；氮源、磷源、无机盐、生长因子和水可来自喷洒剂，反应所需的能量可来自碳源和氮源；菌种可以为空气中野生菌群的自然降落，也可人为添加。

大量的石油烃降解菌群，以油泥为培养基，对油泥中的石油烃类有机物进行快速且大量降解，其机理包括：

(1)部分石油烃降解菌群通过分泌特定的细胞外酶，使得部分石油烃类作为营养物质被石油烃降解菌所吸收，并且转化为石油烃降解菌体内的有机成分或增殖成新的微生物；

(2)部分石油烃降解菌群长出菌丝，穿入难以处理的石油烃类中,破坏其较弱的氢键，从而将石油烃类分解成简单的无机物或有机物，如CO₂、CH₄、N₂等；

(3)部分石油烃降解菌群将油泥中的石油烃类有机物氧化分解为无污染的CO₂和H₂O。

在降解油泥过程中，沉积在油泥表面的可降解颗粒会自然降解，而富余的有机氮源也能在自然界中氧化消失。

本发明实施例利用油泥中的含有原油的泥质土作培养基骨架(碳源)，通过向泥质土中添加微生物需要的营养源的方法，使石油烃降解菌群大量繁殖，从而实现对油泥的生物降解，解决了地面油泥污染的问题。其原理为：碳源+氮源+磷源+无机盐+生长因子+菌种+水→石油烃降解菌群+碳源→小分子化合物(包括二氧化碳、水、甲烷等)。该方法简单易行、成本低，且不会污染环境。

本发明实施例旨在利用微生物降解的方法实现对油泥的清理。为了更好地说明本发明实施例的作用效果，下面结合微生物的生长繁殖需要的营养要素对本发明实施例的作用机理做进一步详细描述。

微生物的营养物质主要包括水、碳源、氮源、磷源、无机盐和生长因子。

对于水。水是微生物的重要组成部分，在代谢中占有重要地位。水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水，结合水与溶质或其他分子结合在一起,很难加以利用；而游离水(或称为非结合水)则可以被微生物利用。在本发明实施例中，微生物生长繁殖所需要的游离水主要来自喷洒剂中的水分。喷洒剂中水分的含量可以根据实际要降解的油泥的含油浓度(每千克油泥中原油的质量)来确定，当含油浓度高时，可使喷洒剂中水分含量较少，以为微生物提供足够多的氮源、无机盐等营养物；反之，当含油浓度低时，可使喷洒剂中的水分含量较高，避免氮源、无机盐等营养物的浪费。

对于碳源，含有碳元素且能被微生物生长繁殖所利用的一类营养物质统称为碳源。碳源对微生物生长代谢的作用主要为提供细胞的碳架，提供细胞生命活动所需的能量，以及提供合成产物的碳架。碳在细胞的干物质中约占50％，微生物对碳的需求最大。

常用的碳源有糖类、油脂、有机酸及有机酸酯和小分子醇。根据微生物所能产生的酶系不同，不同的微生物可利用不同的碳源。大多数微生物是异养型,能够利用的碳源种类很多，其中糖类是最好的碳源。异养微生物将碳源在体内经一系列复杂的化学反应，最终用于构成细胞物质，或为机体提供生理活动所需的能量，因此，碳源往往也是能源物质。

在本发明实施例中，油泥中的石油烃包括饱和与不饱和烃、芳烃类化合物、沥青质、树脂类等，可提供微生物生长繁殖所需的碳源和能量。进一步地，对于污染厚度大、浓度高的油泥污染，为了促进微生物的生长繁殖，还可在喷洒剂中添加其它碳源，该碳源可以为糖类，例如，淀粉。淀粉是一种多糖，可看作是葡萄糖的高聚体，结构简式为(C₆H₁₀O₅)_n。淀粉可由小麦、玉米、谷子、黍子、高粱、薯类、胡萝卜等含淀粉的物质中提取而得到，也可直接用以上食物或熟化后食物作为碳源。

对于氮源，凡是构成微生物细胞或代谢产物中氮元素来源的营养物质，称为氮源。细胞干物质中氮的含量仅次于碳和氧，氮是组成核酸和蛋白质的重要元素，氮对微生物的生长发育有着重要作用。从分子态的氮气到复杂的含氮化合物都能够被不同微生物所利用，而不同类型的微生物能够利用的氮源差异较大。

为了控制成本，工业生产中，通常采用有机氮作为氮源，例如植物蛋白。植物蛋白是蛋白质的一种，包括完全蛋白质和不完全蛋白质，可由豆类(包括干豆渣)、高粱、燕麦、酒糟等含植物蛋白的物质中提取而得到。在本发明的实际应用中，植物蛋白可直接通过研磨大豆、高粱、燕麦而得到，也可直接用以上食物或熟化后食物作为氮源。

由于微生物生长繁殖过程中所需要的氮源远远多于无机盐，因此，可以以喷洒剂中氮源的质量浓度来表示喷洒剂的浓度，示例地，当油泥的含油浓度不大于50g/kg时，喷洒剂的浓度可不大于50g/L；当油泥的含油浓度为(50g/kg-200g/kg)时，喷洒剂的浓度可以为(50g/L-150g/L)；当油泥的含油浓度不小于200g/kg时，喷洒剂的浓度可不小于150g/L。

对于磷源，一般微生物生长繁殖对三者需求比为，碳源：氮源：磷源＝100:5:1，磷源需要不大，而一般植物蛋白质中均含有一定磷源，因此不用特意添加。

对于无机盐，无机盐即无机化合物中的盐类，是微生物生长所不可缺少的营养物质，其主要功能包括构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；维持酶的活性；调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等等。

在无机盐中，磷、硫、钾、钠、钙、镁等盐参与细胞结构组成，并与能量转移、细胞膜通透性的调节功能有关，微生物对它们的需求量相对较大，称为“宏量元素”。而铁、锰、铜、钴、锌、钼等盐一般是酶的辅因子，需求量相对较小，被称为“微量元素”。不同微生物对以上各种元素的需求量各不相同，铁元素介于宏量和微量元素之间。

在配制培养基时，可通过添加有关化学试剂来补充宏量元素，其中首选是K₂HPO₄和MgSO₄,它们可提供需要量很大的元素：K、P、S和Mg。微量元素在一些化学试剂、天然水和天然培养基组分中都以杂质等状态存在，在玻璃器皿等实验用品上也有少量存在，所以不必另行加入。

基于此，在本发明实施例中，无机盐可包括磷盐、硫盐、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐中的一种或几种。

此外，一些异养型微生物在一般碳源、氮源和无机盐的培养基中培养或不能生长或生长较差，当在培养基中加入某些组织(或细胞)提取液时，这些微生物就生长良好，说明这些组织或细胞中含有这些微生物生长所必须的营养因子,这些因子称为生长因子。生长因子为某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成，需要额外少量加入才能满足需要的有机物质，包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分。

在本发明实施例中，为了促进微生物的生长繁殖，还可使喷洒剂的原料组分包括生长因子，示例地，生长因子可包括氨基酸、脂肪酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物中的一种或几种。

在本发明实施例中，应用喷洒剂降解原油时，菌种主要来自空气中野生菌种的自然降落，为了加快降解反应，还可使喷洒剂的原料组分包括菌种。例如，活性污泥，人畜粪便等等。

另外，由于富余的营养物质会被自然氧化分解，且不对环境造成污染，本发明实施例对上述各营养物质的比例不作严格限定。

在本发明实施例中，可降解颗粒是指能够自然降解的有机颗粒，示例地，可降解颗粒可以为淀粉颗粒、植物蛋白颗粒、纤维素颗粒和木质素颗粒中任意一种，也可以是其中两种或两种以上的组合。

其中，粒淀粉是一种多糖，可看作是葡萄糖的高聚体，结构简式为(C₆H₁₀O₅)_n。淀粉可由小麦、玉米、谷子、黍子、高粱等含淀粉的物质中提取而得到。淀粉颗粒是指含有淀粉的颗粒物。在本发明的实际应用中，淀粉颗粒可直接通过研磨小麦、玉米、谷子、黍子、高粱而得到。

植物蛋白是蛋白质的一种，包括完全蛋白质和不完全蛋白质，可由豆类、高粱、燕麦等含植物蛋白的物质中提取而得到。植物蛋白颗粒是指含有植物蛋白的颗粒物。在本发明的实际应用中，植物蛋白颗粒可直接通过研磨大豆、高粱、燕麦而得到，也可用酒糟、禽畜粪。

纤维素是一种由葡萄糖组成的大分子多糖，其可由植物秸秆、植物叶片、植物根茎中提取得到。纤维素颗粒是指含有纤维素的颗粒物。在本发明的实际应用中，纤维素颗粒可直接通过研磨植物秸秆、叶片或根茎而得到，也可用米糠、麸皮、甘蔗渣。

木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的分子结构中含氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。在木材的硬组织中含量较多，一般存在于植物的茎干及种子的果壳之中。木质素颗粒是包含木质素的颗粒物。在本发明的实际应用中，木质素颗粒可直接通过研磨枝干、木屑、麦麸或核桃壳粉末而得到。

应用时，可降解颗粒作为颗粒状物质保留在油泥表面，起到天然屏障的作用。为了保证喷洒和屏障效果，可使可降解颗粒的平均粒径在50-5000μm之间，进一步地，可降解颗粒的平均粒径在1000-4000μm之间；更进一步地，可降解颗粒的平均粒径为2000-3000μm。

可以理解是，平均粒径是表示分散固体颗粒群几何尺寸的一种尺度。对于一个由大小和形状不相同的颗粒组成的实际颗粒群，与一个由均一的球形颗粒组成的假想颗粒群相比，如果两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际颗粒的平均粒径。

第二方面，本发明实施例还提供一种对上述任一种降解油泥的喷洒剂的应用，该应用包括：将喷洒剂喷洒到油泥上。由于该喷洒剂含有固体颗粒物，喷洒时一定要混合均匀。

应用时，喷洒剂中水分的含量可以根据实际要降解的油泥的含油浓度(每千克油泥中原油的质量)来确定，当含油浓度高时，可使喷洒剂中水分含量较少，以为微生物提供足够多的氮源、无机盐等营养物；反之，当含油浓度低时，可使喷洒剂中的水分含量较高，避免氮源、无机盐等营养物的浪费。且如果一次喷洒没有降解完成，可以进行第二次、第三次喷洒降解。

以喷洒剂中氮源的质量浓度表示喷洒剂的浓度，示例地，当油泥的含油浓度不大于50g/kg时，喷洒剂的浓度可不大于50g/L，间隔3-5天，喷洒1-3次即可消除油泥污染；当油泥的含油浓度为(50g/kg-200g/kg)时，喷洒剂的浓度可以为(50g/L-150g/L)，间隔4-6天，喷洒2-4次即可消除油泥污染；当油泥的含油浓度不小于200g/kg时，喷洒剂的浓度可不小于150g/L，间隔5-7天，喷洒3-5次即可消除油泥污染。

此外，对于基质比较坚硬的油泥污染现场，由于土质致密，毛细管作用力弱，土层的渗透性差，对石油烃类和降解油泥的喷洒剂的渗透作用相同，因此也可以起到降解效果；而对于基质比较松软的原油污染现场，原油污染渗透到土层深处，喷洒的喷洒剂也渗透到土层深处，同样可以起到较好的降解效果。

对于污染厚度大、浓度高的油泥污染，需要高浓度喷洒剂在一定间隔时期内反复喷洒外，还需要适当疏松油泥，以加速微生物繁殖才能更好完成石油烃类的降解，也可以根据情况追加一些高氮或高碳的尿素或葡萄糖液体。

此外，该喷洒剂还可以喷洒在水面漂浮的油面上，用于降解水面油污。

为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，在油田作业现场，有一处油泥1污染环境，油泥含油浓度测定为45g/Kg。在制备喷洒剂时，取一个可以盛装清洁水的干净容器，加入清洁水，配制一定量的质量浓度50g/L植物蛋白质(干豆粉或豆渣)或熟化后的植物蛋白质，再加入少许淀粉或面粉，也可是熟化后的淀粉或面粉，适量K₂HPO₄和MgSO₄及一定量木质素2，也可辅助添加些许人畜粪便或活性污泥作为菌种，以及尿素、葡萄糖等高氮或高碳水溶性物质，构成微生物生长繁殖基本营养源。

由于本实施例所用组分均取自天然，富余营养组分可在自然界快速降解，且不对环境造成污染，所以对其组分间比例不做严格要求。

使用时，将降解油泥1的喷洒剂喷洒到被原油污染泥土上后，因为水的湿润作用，其携带的微生物生长繁殖的基本要素通过油泥1中毛细管3进入油泥1深处，形成以油泥1为本体的培养基，木质素2作为颗粒状物质保留在油泥1表面，由于木质素2的保湿性和黏连性，形成以木质素2为天然屏障的油泥培养基，可以把油泥1裹住并保持油泥1的水湿性和浅层通气性，有利于油泥1内部微生物有氧和无氧的生长繁殖，微生物生长繁殖过程如下：

碳源+氮源+磷源+无机盐+生长因子+菌种+水→石油烃降解菌群

碳源来自油泥中原油和淀粉，氮源来自植物蛋白质，磷源来自碳源和氮源，无机盐来自K₂HPO₄和MgSO₄，菌种来自空气中野生菌群的自然降落和人为添加，能量来自碳源和氮源。

大量的石油烃降解菌群和其它菌群，以油泥1为培养基，对油泥1中的不同分子结构的石油烃类有机物进行快速且大量降解，如图1所示，其机理如下：

第一石油烃降解菌群51通过分泌特定的细胞外酶，使得第一石油烃类41作为营养物质被石油烃降解菌群51所吸收，并且转化为第一石油烃降解菌群51体内的有机成分或增殖成新的微生物。

第二石油烃降解菌群52长出菌丝，穿入难以处理的第二石油烃类42中，破坏其较弱的氢键，从而将第二石油烃类42分解成简单的无机物或有机物，如CO₂、CH₄、N₂等。

第三石油烃降解菌群53将油泥1中的第三石油烃类43有机物氧化分解为无污染的CO₂和H₂O。

富余的淀粉或植物蛋白质在自然界中氧化消失，其中，淀粉被氧化为CO₂和H₂O，蛋白质被氧化为氨或尿素、CO₂和H₂O。

在降解油泥1过程中，沉积在油泥1表面的木质素2会被天然的白腐真菌大量繁殖后降解完成。

每间隔3天喷洒一次，喷洒3次即消除了油泥污染。该实施例利用油泥中的泥质土作培养基骨架，通过向油泥中添加微生物需要的营养源的方法，使石油烃降解菌群大量繁殖，从而实现对油泥的生物降解，解决了地面油泥污染的问题。该方法简单易行、成本低，且不会污染环境。

在本申请中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案，并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降解油泥的喷洒剂，其特征在于，所述喷洒剂的原料组分包括：氮源、磷源、无机盐、生长因子、可降解颗粒和水。

2.根据权利要求1所述的喷洒剂，其特征在于，所述氮源包括植物蛋白和/或尿素。

3.根据权利要求1所述的喷洒剂，其特征在于，所述无机盐包括磷盐、硫盐、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的喷洒剂，其特征在于，所述可降解颗粒包括：淀粉颗粒、植物蛋白颗粒、纤维素颗粒和木质素颗粒中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的喷洒剂，其特征在于，所述可降解颗粒的平均粒径为50-5000μm。

6.根据权利要求5所述的喷洒剂，其特征在于，所述可降解颗粒的平均粒径为2000-3000μm。

7.根据权利要求1所述的喷洒剂，其特征在于，所述喷洒剂的原料组分还包括菌种。

8.根据权利要求1所述的喷洒剂，其特征在于，所述喷洒剂的原料组分还包括碳源。

9.一种对权利要求1-8任一项所述的降解油泥的喷洒剂的应用，其特征在于，所述应用包括：

将所述喷洒剂喷洒到油泥上。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，当所述油泥的含油浓度不大于50g/kg时，所述喷洒剂的浓度不大于50g/L；

当所述油泥的含油浓度为(50g/kg-200g/kg)时，所述喷洒剂的浓度为(50g/L-150g/L)；

当所述油泥的含油浓度不小于200g/kg时，所述喷洒剂的浓度不小于150g/L。

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