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CN110922011A - 一种用于降解含油污泥及cod的微生物菌剂及其应用方法 - Google Patents

一种用于降解含油污泥及cod的微生物菌剂及其应用方法 Download PDF

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CN110922011A
CN110922011A CN201911244769.7A CN201911244769A CN110922011A CN 110922011 A CN110922011 A CN 110922011A CN 201911244769 A CN201911244769 A CN 201911244769A CN 110922011 A CN110922011 A CN 110922011A
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Abstract

本发明公开了一种用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂及其应用方法，其中，该微生物菌剂是由藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌这四种菌株分别发酵后以1:1:1:1的体积比混合再进行放大发酵，得到的复合液体菌剂再与麸皮、玉米粉及水按质量比2:10:5:10混合、发酵、干燥制成的。本发明的有益之处在于：试验证明，本发明提供的微生物菌剂对废弃钻井泥浆中的残余油及COD去除率在90d内分别达到了90.0％及91.1％，同时重金属含量也都降低了75％以上，可见该微生物菌剂是一种具有高活性和高环境耐受能力的菌剂，其在废弃钻井泥浆修复方面具有广阔的应用前景。

Description

一种用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种微生物菌剂及其应用方法，具体涉及一种用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂及其应用方法，属于油气田固体废弃物生物无害化处理技术领域。
背景技术
废弃钻井泥浆是钻井过程中产生的泥-水-油的混合废弃物，它们与污油、污水共同组成了油田生产三大污染物。在2016年8月1日起施行的《国家危险废物名录》中，废弃钻井泥浆被列为HW08(071-002-08)T类(毒性)污染物。石化行业的发展伴随着废弃钻井泥浆年产量逐年增加，目前废弃钻井泥浆有效的处置技术及工程应用进程缓慢，废弃钻井泥浆大量堆置成为潜在的暴露性污染源。随着油田钻井深度的增加和难度的加大，废弃钻井泥浆中的添加剂和有毒有害成分更多也更复杂，这些物质对环境的危害非常严重。
近年来，世界各国针对废弃钻井泥浆的无害化处理方法都进行了大量的研究。目前，废弃钻井泥浆的无害化处理方法主要分为三类：
1、化学方法：焚烧、固化处理、回收利用；
2、物理方法：填埋、土地耕作、注入安全地层；
3、生物方法：微生物降解。
其中，化学方法和物理方法都存在成本高、有二次污染、受场地限制、会引入其他污染源、工艺繁琐等缺点。然而，生物方法却具有成本低廉、环境友好、工艺简单的优点，在这三种方法中具有显著的优势。
废弃钻井泥浆中不仅含有正构烃、异构烃、不饱和烃、酸类、酯类等有机物质，还含有重金属、盐类、多聚物、化学处理剂等无机物质。其中，微生物对正构烃、异构烃、不饱和烃、酸类、酯类等有机物质都具有明显的乳化、降解效果；但由于重金属、盐类、多聚物、化学处理剂等无机物质对细胞具有毒害和抑制作用，所以限制了微生物降解石油的活性和细胞自身的生长繁殖速率。也就是说，生物方法虽然具有显著的优势，但是也存在局限性，具体体现在菌剂适应性和广谱性差、修复周期长、石油降解效率低、泥浆性质波动冲击微生物降解的稳定性等。所以，从生物方法的核心——微生物菌剂的性能角度出发，研究具有高活性和高环境耐受能力的功能菌剂，成为一个重要且必要的突破口。
发明内容
本发明从生物方法的核心——微生物菌剂的性能角度出发，目的在于提供一种具有高活性和高环境耐受能力的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，以及该微生物菌剂的应用方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，采用如下方法制备而成：
步骤1：摇瓶培养
将藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌分别接种到肉汤培养基中进行摇瓶培养，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌摇瓶菌种；
步骤2：种子罐培养
将上述四种摇瓶菌种分别接种到种子培养基中进行种子罐培养，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌种子液；
步骤3：放大发酵培养
将上述四种种子液按体积比1:1:1:1混合，然后转移到种子培养基中进行放大发酵培养，当有效活菌数>109CFU/mL时停止发酵，得到复合液体菌剂；
步骤4：制备微生物菌剂
将上述得到的复合液体菌剂与麸皮、玉米粉及水按质量比2:10:5:10进行混合，然后进行二次发酵，当有效活菌数>108CFU/mL时停止发酵，将得到的发酵产物经流化床干燥，即得微生物菌剂。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，前述藤黄色单胞菌由油田采出液中分离得到，目前保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCCNO.6457。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤1和步骤2中，培养温度为30～40℃，培养时间为48h。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤2和步骤3中，前述种子培养基的组成为：葡萄糖6g/L、硫酸铵1g/L、酵母膏0.1g/L、K2HPO4 5g/L、KH2PO41.5g/L、MgSO4·7H2O 2g/L、CaCl2·2H2O 1g/L、柠檬酸钠0.5g/L，pH＝6～8。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤3中，培养温度为30～40℃。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤4中，二次发酵的发酵温度为30～38℃。
前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将前述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂与待处理的废弃钻井泥浆混合并搅拌均匀，微生物菌剂与废弃钻井泥浆的质量比为1:10～20；
步骤2：将混合物的总含水率调节至大于50％；
步骤3：将混合物在15～30℃的温度条件下发酵处理60～90d，在此期间，每隔1w对混合物进行搅拌或翻耕并适当补充水分保证总含水率大于50％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
本发明的有益之处在于：本发明提供的微生物菌剂涉及藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌，这四种菌株均为兼性厌氧菌，由它们发酵、混合制得的微生物菌剂既具有代谢生物表面活性剂及生物酶的功能，又能够以原油为唯一碳源来降解原油，而且这两种作用互相促进，同时对重金属也具有良好的处理效果，试验证明，本发明提供的微生物菌剂对废弃钻井泥浆中的残余油及COD去除率在90d内分别达到了90.0％及91.1％，同时重金属含量也都降低了75％以上，可见该微生物菌剂是一种具有高活性和高环境耐受能力的菌剂，其在废弃钻井泥浆修复方面具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
一、制备微生物菌剂
本发明提供的微生物菌剂是用于降解含油污泥及COD的，其涉及四种菌株——藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌、红球菌，其中，藤黄色单胞菌由油田采出液中分离得到，目前保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC NO.6457，铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌为市售商品，均从北京华工科创生物技术有限公司(地址：北京市房山区长阳万兴路86号-N442)购得，该微生物菌剂的制备方法具体如下：
步骤1：摇瓶培养
将藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌分别接种到肉汤培养基中进行摇瓶培养，培养温度均为35℃(这四种菌株在30～40℃这个温度范围内均可以较好的生长)，培养时间均为48h，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌摇瓶菌种。
步骤2：种子罐培养
准备种子培养基：葡萄糖6g/L、硫酸铵1g/L、酵母膏0.1g/L、K2HPO4 5g/L、KH2PO41.5g/L、MgSO4·7H2O 2g/L、CaCl2·2H2O 1g/L、柠檬酸钠0.5g/L，pH控制在6～8这个范围内即可。
将上述四种摇瓶菌种分别接种到种子培养基中进行种子罐培养，培养温度均为35℃(这四种菌株在30～40℃这个温度范围内均可以较好的生长)，培养时间均为48h，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌种子液。
步骤3：放大发酵培养
准备种子培养基：葡萄糖6g/L、硫酸铵1g/L、酵母膏0.1g/L、K2HPO4 5g/L、KH2PO41.5g/L、MgSO4·7H2O 2g/L、CaCl2·2H2O 1g/L、柠檬酸钠0.5g/L，pH控制在6～8这个范围内即可。
将上述四种种子液按体积比1:1:1:1混合，然后转移到种子培养基中进行放大发酵培养，培养温度为35℃(混合菌株在30～40℃这个温度范围内均可以较好的生长)，在培养的过程中采用镜检对发酵液中的活菌数进行监测，当有效活菌数>109CFU/mL时停止发酵，得到复合液体菌剂。
步骤4：制备微生物菌剂
将上述得到的复合液体菌剂与麸皮、玉米粉及水按质量比2:10:5:10进行混合，然后进行二次发酵，二次发酵的发酵温度为35℃(控制在30～38℃这个温度范围内即可)，在发酵的过程中采用镜检对固体培养物中的活菌数进行监测，当有效活菌数>108CFU/mL时停止发酵，然后将得到的发酵产物经流化床干燥，即得微生物菌剂。
在该微生物菌剂中，藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌这四种菌株均为兼性厌氧菌，它们对废弃钻井泥浆的处理作用分别如下：
(1)藤黄色单胞菌：该菌株以原油为唯一碳源，优先降解长链烃，并且能够代谢生物表面活性剂，起到对废弃钻井泥浆的破胶和乳化作用，从而进一步促进微生物对有机物的降解效果；
(2)铜绿假单胞菌：该菌株能够代谢生物酶，对废弃钻井泥浆中的COD具有良好的降解作用；
(3)地衣芽孢杆菌：该菌株能够降解废弃钻井泥浆中的有机物，并产生蛋白酶和抗活性物质，同时还具有独特的生物夺氧作用机制，能促进厌氧微生物的生长繁殖；
(4)红球菌：该菌株能够代谢生物表面活性剂，对废弃钻井泥浆具有良好的乳化和降解作用。
二、上述微生物菌剂的应用
废弃钻井泥浆样品来自新疆某油田，该废弃钻井泥浆样品的含油率为6.9％，含水率为25％，COD为875.2mg/L，pH为8.75，重金属铜、锌、镉、铅、铬和砷及苯并(a)芘的含量分别为52.84mg/kg、109.21mg/kg、2.58mg/kg、24.39mg/kg、47.52mg/kg、15.45mg/kg及0.87mg/kg。
案例1
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:20的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至60％，之后将混合物在15℃的温度条件下发酵处理90d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行翻耕并适当补充水分保证混合物的总含水率为60％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
案例2
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:20的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至60％，之后将混合物在20℃的温度条件下发酵处理90d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行翻耕并适当补充水分保证混合物的总含水率为60％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
案例3
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:20的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至80％，之后将混合物在20℃的温度条件下发酵处理90d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行搅拌并适当补充水分保证混合物的总含水率为80％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
案例4
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:20的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至80％，之后将混合物在30℃的温度条件下发酵处理90d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行搅拌并适当补充水分保证混合物的总含水率为80％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
案例5
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:10的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至80％，之后将混合物在30℃的温度条件下发酵处理60d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行搅拌并适当补充水分保证混合物的总含水率为80％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
案例6
将前面制备得到的微生物菌剂与上述废弃钻井泥浆样品按1:10的质量比混合并搅拌均匀，然后将混合物(微生物菌剂与废弃钻井泥浆的混合物)的总含水率调节至80％，之后将混合物在30℃的温度条件下发酵处理90d，在发酵处理期间，每隔1w对混合物进行搅拌并适当补充水分保证混合物的总含水率为80％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
分别依据以下标准对发酵处理前的废弃钻井泥浆和发酵处理后的废弃钻井泥浆中的重金属(铜、锌、镉、铅、铬和砷)、苯并(a)芘、含油率、COD及pH进行测定：
(1)GB/T 15555.12-1995固体废物腐蚀性测定玻璃电极法；
(2)HJ/T 399-2007水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法；
(3)HJ 613-2011土壤干物质和水分的测定重量法；
(4)HJ 702-2014固体废物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解原子荧光法；
(5)GB 5085.6-2007固体废物苯并(a)芘的测定，高效液相色谱法；
(6)HJ 687 2014固体废物六价铬的测定，碱消解火焰原子吸收分光光度法；
(7)HJ 751 2015固体废物镍和铜的测定，火焰原子吸收分光光度法；
(8)HJ 751 2015固体废物铅、锌和镉的测定，火焰原子吸收分光光度法。
测定结果见表1。
表1废弃钻井泥浆在不同处理方式下的处理效果
Figure BDA0002307226420000101
Figure BDA0002307226420000111
由表1可知：
(1)本发明提供的微生物菌剂对废弃钻井泥浆具有良好的处理效果，相对于发酵处理前(即对照组)，发酵处理后(即案例1至案例6)废弃钻井泥浆中的铜、锌、镉、铅、铬、砷、苯并(a)芘、含油率、COD及pH都显著降低，在最优条件下(即案例6)，铜、锌、镉、铅、铬、砷、苯并(a)芘、含油率、COD及pH分别降低了82.8％、76.4％、75.2％、84.8％、81.4％、90.2％、80.5％、90.0％、91.1％及21.6％；
(2)在发酵处理过程中，样品含水率、微生物菌剂加量及环境温度对处理效果有较大影响，在一定范围内，处理效果随样品含水率、微生物菌剂加量、环境温度及处理时间的增加而增加。
废弃钻井泥浆处理的无害化安全填埋的参照标准是土壤环境质量标准GB15618-2008，三级土壤标准。
由表1提供的测定结果可知，利用本发明提供的微生物菌剂对废弃钻井泥浆进行上述发酵处理后，得到的处理后的废弃钻井泥浆满足了土壤环境质量标准GB15618-2008中的三级土壤标准，可以实现无害化安全填埋。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，采用如下方法制备而成：
步骤1：摇瓶培养
将藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌分别接种到肉汤培养基中进行摇瓶培养，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌摇瓶菌种；
步骤2：种子罐培养
将上述四种摇瓶菌种分别接种到种子培养基中进行种子罐培养，分别获得藤黄色单胞菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌和红球菌种子液；
步骤3：放大发酵培养
将上述四种种子液按体积比1:1:1:1混合，然后转移到种子培养基中进行放大发酵培养，当有效活菌数>109CFU/mL时停止发酵，得到复合液体菌剂；
步骤4：制备微生物菌剂
将上述得到的复合液体菌剂与麸皮、玉米粉及水按质量比2:10:5:10进行混合，然后进行二次发酵，当有效活菌数>108CFU/mL时停止发酵，将得到的发酵产物经流化床干燥，即得微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，所述藤黄色单胞菌由油田采出液中分离得到，目前保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC NO.6457。
3.根据权利要求1所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤1和步骤2中，培养温度为30～40℃，培养时间为48h。
4.根据权利要求1所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤2和步骤3中，所述种子培养基的组成为：葡萄糖6g/L、硫酸铵1g/L、酵母膏0.1g/L、K2HPO45g/L、KH2PO41.5g/L、MgSO4·7H2O 2g/L、CaCl2·2H2O 1g/L、柠檬酸钠0.5g/L，pH＝6～8。
5.根据权利要求1所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤3中，培养温度为30～40℃。
6.根据权利要求1所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂，其特征在于，在步骤4中，二次发酵的发酵温度为30～38℃。
7.权利要求1至6任意一项所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将权利要求1至6任意一项所述的用于降解含油污泥及COD的微生物菌剂与待处理的废弃钻井泥浆混合并搅拌均匀，微生物菌剂与废弃钻井泥浆的质量比为1:10～20；
步骤2：将混合物的总含水率调节至大于50％；
步骤3：将混合物在15～30℃的温度条件下发酵处理60～90d，在此期间，每隔1w对混合物进行搅拌或翻耕并适当补充水分保证总含水率大于50％，每隔30d按初始加量补充微生物菌剂并搅拌混合均匀。
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