油氣田鉆井廢棄泥漿污染的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)效果顯著
行走在廣袤的陜北黃土高原，滿眼是經(jīng)過現(xiàn)代溝壑分割后留存下來的塬、梁、峁、溝，更有分外醒目的排排紅色豎式采油機(jī)散落其間，日夜不停地“磕頭”抽取著大地深處的黑色石油。
陜甘寧是中國革命的紅色圣地，黃土地養(yǎng)育中國共產(chǎn)黨人從這里走向北京。
延安是我國石油工業(yè)的發(fā)祥地，1907年打成了中國陸上第一口油井。今天，油氣產(chǎn)量位居中國石油集團(tuán)第二位、全國第三位的中國石油長慶油田公司和年產(chǎn)值過千億元的陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的主要采油區(qū)分布在陜甘寧黃土高原區(qū)域，如同安塞一樣，陜北黃土高原上一些縣曾經(jīng)以水土流失、生態(tài)環(huán)境極其脆弱而貧窮落后聞名全國，在20世紀(jì)90年代末，因石油開發(fā)神話般變成一座座洋溢著現(xiàn)代文明氣息的石油城。
伴隨油田開發(fā)帶來嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染
隨著大規(guī)模油田的勘探和開發(fā)，每年都有大量的鉆井作業(yè)，因廢棄鉆井泥漿污染嚴(yán)重，植被長期無法生長，致使土地資源不能恢復(fù)利用，帶來生態(tài)災(zāi)難，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境及脆弱的黃土高原區(qū)域經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
長慶油田2008年勘探和采油鉆井就有6000余口、氣井500口左右，每口油井平均廢棄鉆井泥漿池占地面積約200平方米，占用土地面積達(dá)2000余畝，氣井每口廢棄泥漿池1000平方米，占地面積達(dá)1000畝。延長油田2009年勘探和采油鉆井8000余口，每口油井鉆井廢棄泥漿池平均占地面積約200平方米，占用土地面積達(dá)4400余畝，氣井每口鉆井廢棄泥漿池1000平方米，占地面積達(dá)1000余畝。陜北油氣田每年僅鉆井廢棄泥漿池所占用土地達(dá)5000多畝。不僅每個廢棄鉆井泥漿池所產(chǎn)生的廢棄鉆井泥漿固化深埋費(fèi)用約5萬～10萬元，而且由于固化處理后污染物仍然存在、未被降解，嚴(yán)重污染土壤和地下水源。
目前在實(shí)際生產(chǎn)中，廢棄鉆井泥漿均未作相應(yīng)的無害化處理。
對廢棄鉆井泥漿污染源進(jìn)行生物無害化處理，治理和恢復(fù)土壤功能已勢在必行。
科技創(chuàng)新成為大地綠色永駐的希望
近期，在中科院西安分院和陜西省科學(xué)院的長期、持續(xù)支持下，陜西省科學(xué)院酶工程所與西北大學(xué)生命學(xué)院以及陜西源一生物科技有限公司等組成十余人的科研團(tuán)隊，通過查閱國內(nèi)外大量相關(guān)資料、文獻(xiàn)，在對前人的研究工作進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)目前國內(nèi)外油田鉆井開采中主要污染源鉆井廢棄泥漿的處理方法及對環(huán)境嚴(yán)重污染的現(xiàn)狀廣泛調(diào)研，及題目已有相關(guān)研究積累的基礎(chǔ)上，確定了鉆井廢棄泥漿微生物無害化原位處理技術(shù)及機(jī)理的研究實(shí)驗(yàn)方案及步驟。經(jīng)過4年多的科技攻關(guān)，油氣田鉆井廢棄泥漿污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)已取得突破性進(jìn)展，成為黃土高原既要油氣票子富裕、又要綠色永駐澤福子孫的希望之光點(diǎn)。
課題負(fù)責(zé)人介紹，油氣田鉆井廢棄泥漿污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)是依據(jù)生物修復(fù)原理，采用現(xiàn)代微生物工程技術(shù)，針對廢棄泥漿中的有害成分，選育具有高效降解能力的微生物復(fù)合菌群，通過微生物在廢棄泥漿中的生長繁殖，經(jīng)過復(fù)雜的生物、化學(xué)過程，對廢棄泥漿中危害生態(tài)環(huán)境的有害成分進(jìn)行高效的降解轉(zhuǎn)化，使其脫毒、脫膠、脫鹽堿、脫水，達(dá)到生物無害化處理的目的，使被污染的土壤環(huán)境得到生物修復(fù)、生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)的創(chuàng)新技術(shù)方法。
記者了解到，尤其是此項(xiàng)技術(shù)的處理工藝不需另外添加任何設(shè)備，操作方便簡潔，易于大規(guī)模推廣應(yīng)用，處理成本較現(xiàn)有的廢棄鉆井泥漿固化處理成本降低20%左右，污染物能夠得到徹底降解轉(zhuǎn)化，土地資源得以保護(hù)，生態(tài)環(huán)境得到修復(fù)，因而具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益以及廣闊的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景。
2006年，課題研究團(tuán)隊在從陜西延長油田、長慶油田、上海煉油廠等單位的鉆井廢棄泥漿、石油污染土壤、污水池及污泥中采集了數(shù)十份樣品，通過對樣品的分離、純化，初步歸類獲得30余種微生物菌株后，又通過激光誘變，在鉆井廢棄泥漿中培養(yǎng)馴化，通過初篩、復(fù)篩，選育得到了5株能夠利用鉆井廢棄泥漿作為唯一營養(yǎng)源迅速生長繁殖并降解轉(zhuǎn)化各類有害成分的優(yōu)良菌株。
緊接著，他們根據(jù)長慶油田鉆井廢棄泥漿中的有害成分和物理狀態(tài)，以及各菌株在鉆井廢棄泥漿中的繁殖生長狀況，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案，確定了長慶油田鉆井廢棄泥漿專用復(fù)合固體菌劑中菌株的組成及配比；并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所篩選菌株各自的生理生化特征和作用特點(diǎn)優(yōu)化了各菌株液體、固體的培養(yǎng)工藝參數(shù)，建立了日產(chǎn)10噸規(guī)模的固體菌劑生產(chǎn)廠房和相應(yīng)的生產(chǎn)線。
令人激動的示范應(yīng)用效果
歷經(jīng)四載春秋，研究團(tuán)隊通過在長慶油田58個不同地域、不同環(huán)境、不同類型油氣田鉆井廢棄泥漿池的無害化原位處理示范應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化完善了現(xiàn)場施工操作方案，及專用固體復(fù)合菌劑在廢棄泥漿池中的接種量、處理溫度、處理時間等工藝條件。在接種量0.3％～0.8％、溫度＞10℃的條件下，復(fù)合菌劑中微生物能夠以鉆井廢棄泥漿作為唯一營養(yǎng)源迅速生長繁殖，有效地降解、利用、轉(zhuǎn)化其中各類有害成分，鉆井廢棄泥漿的破膠、分層、脫水極為明顯，pH值可由強(qiáng)堿性恢復(fù)至中性，使鉆井廢棄泥漿迅速轉(zhuǎn)化形成適宜各類生物生長的良好微生態(tài)環(huán)境，大大降低和消除鉆井廢棄泥漿對自然生態(tài)環(huán)境的危害。
試驗(yàn)處理的58個油、氣井場的鉆井廢棄泥漿池30～60天后完全達(dá)到生物無害化處理效果，均通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門和油田相關(guān)部門按國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和油田工程管理規(guī)定的現(xiàn)場達(dá)標(biāo)驗(yàn)收。
據(jù)中石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院試驗(yàn)分析中心、鄂爾多斯市環(huán)境保護(hù)中心監(jiān)測站、核工業(yè)部203研究所、西北大學(xué)分析測試中心、陜西省微生物研究所微生物分析測試中心、陜西省科學(xué)院酶工程研究所分析檢測，結(jié)果表明經(jīng)本技術(shù)處理30～60天的鉆井廢棄泥漿中石油烴類物質(zhì)降解率可以達(dá)到95%以上，6價鉻的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%，pH值降至6.5～7.5，活菌數(shù)達(dá)1010個/克以上，水分含量降至40%～60%，可溶性總鹽降低80%，有機(jī)質(zhì)含量與周邊土壤相比增加300%以上。其效果基本使鉆井廢棄泥漿達(dá)到脫毒、脫膠、脫鹽堿、脫水的目的。據(jù)悉，該項(xiàng)成果已獲國家發(fā)明專利，專利號為2007101955522，具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)、屬于原創(chuàng)性成果。
2008年1月19日，項(xiàng)目成果通過陜西省科技廳組織、主持的技術(shù)鑒定，專家組一致通過鑒定意見為：該項(xiàng)目總體技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。
2008年12月20日，項(xiàng)目通過陜西省科技廳組織、主持的應(yīng)用示范鑒定，由中國工程院院士和中石油、中石化、中海油等單位相關(guān)專家組成的專家組一致認(rèn)為：該項(xiàng)目創(chuàng)新地提出了解決鉆井廢棄泥漿無害化處理問題的一種新方法。該技術(shù)先進(jìn)、合理，操作方便易行，處理成本低，無害化處理效果好，適合油氣田鉆井廢棄泥漿的無害化處理，具有大規(guī)模推廣應(yīng)用的前景和顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目總體技術(shù)水平處于國際先進(jìn)水平。
2009年，課題研究團(tuán)隊建成日產(chǎn)10噸規(guī)模的固體菌劑生產(chǎn)廠房和相應(yīng)的生產(chǎn)線，共生產(chǎn)專用固體菌劑1300余噸，完成了國內(nèi)長慶油田、大慶油田3000余口各類鉆井的廢棄泥漿池的微生物無害化處理應(yīng)用推廣，及2010年在中海油海上鉆井廢棄泥漿、四川普光含高硫泥漿及遼河油田、勝利油田、新疆油田等國內(nèi)主要油田的各類泥漿進(jìn)行的無害化處理研究試驗(yàn)與示范工作。
期待科技創(chuàng)新之花在井架之地盛開
自20世紀(jì)70年代以來，美國、前蘇聯(lián)、加拿大、德國和中國的許多研究部門圍繞如何處理鉆井廢棄泥漿進(jìn)行了大量研究工作。綜合處理成本、技術(shù)難度和處理效果，目前世界上通用的鉆井廢棄泥漿處理方法主要有填埋、固化、注入地下安全層和土地耕作法。但是這4種鉆井廢棄泥漿的處理方法，均未能有效解決鉆井廢棄泥漿中有害成分對環(huán)境的長期嚴(yán)重污染，使被污染的土壤不能得到有效修復(fù)，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重受損。近年來，隨著人類對環(huán)保的重視，原位固化、填埋方式在國內(nèi)外大多數(shù)油田也已被嚴(yán)格限制使用。
而陜西省科學(xué)院酶工程研究所、西北大學(xué)研發(fā)的鉆井廢棄泥漿微生物無害化原位處理技術(shù)，一是具有無害化及資源化特點(diǎn)，即在油氣田鉆井廢棄泥漿池中接入復(fù)合固體菌劑后，在各類微生物生長代謝的協(xié)同作用下，原位改變廢棄物的理化性質(zhì)，將廢棄物中的有害成分轉(zhuǎn)化成各類生物生長可以利用的碳源、氮源、腐殖酸類物質(zhì)，補(bǔ)充土壤中各類營養(yǎng)元素，促進(jìn)植物吸收、生長，肥效顯著；二是具有成本低，易于大規(guī)模推廣應(yīng)用的特點(diǎn)，經(jīng)上述試驗(yàn)及示范證明其操作方便易行，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
記者相信，在陜西省科學(xué)院的大力支持和推進(jìn)下，項(xiàng)目研究團(tuán)隊繼續(xù)發(fā)揚(yáng)勇于在艱苦環(huán)境中以解決生產(chǎn)實(shí)際難題為己任的科研創(chuàng)新文化傳統(tǒng)，進(jìn)一步攻克或優(yōu)化技術(shù)路徑的同時，加大推廣示范區(qū)域的應(yīng)用點(diǎn)，以盡快有效解決新開發(fā)油氣田過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，以及早年開發(fā)油氣田或已經(jīng)廢棄礦區(qū)等歷史遺留的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，為國家可持續(xù)發(fā)展過程中的生態(tài)環(huán)境和土地資源保護(hù)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
山丹丹花開紅艷艷。創(chuàng)新成果之花必將在油氣井架之處盛開，廣袤的大地永駐綠色。
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