СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ ОТ НЕФТИ И ПОЛИМЕРНЫХ РЕАГЕНТОВ Российский патент 2008 года по МПК C09K8/20 B09B3/00 C12N1/14 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при утилизации отработанного бурового раствора.

При бурении нефтяных и газовых скважин наибольшую опасность для объектов окружающей среды представляют твердые и жидкие отходы, т.к. они аккумулируют в себе основной объем загрязнителей. Загрязняющие свойства образующихся буровых отходов обусловлены минералогическим составом выбуренной породы, пластовых флюидов и остатками бурового раствора. За счет адсорбции на поверхности частиц бурового шлама химреагентов, используемых для обработки буровых растворов, они проявляют токсичные свойства. В их составе отмечается значительное содержание нефти, нефтепродуктов и других опасных для природной среды химических веществ (например: полиакриламида, конденсированной сульфитспиртовой барды, карбоксиметилцеллюлозы, гарбозы EHV, крахмала fito-R, ActiVator II, Aphronizer В, КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Финфикс, КМЦ-Selpol-RX СЖК, ВЖС, dk-drill, DKS-extender, sypan, T-80), растворимых минеральных солей, токсичных для почвенно-растительного покрова [Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М., Барахнина В.Б. Биотехнологический способ утилизации нефтешламов и буровых отходов. // Горный вестник. - №4. - 1998. - С.43-47.; Король В.В., Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин. Экология и промышленность России, №1, 2005. - с.40-42.].

Известен способ утилизации буровых отходов, который включает рытье котлована в минеральном грунте. Извлеченный грунт используется для обвалования котлована и гидроизоляции полости котлована слоем глины. Затем котлован заполняется отходами бурения, проходит процесс расслоения отходов бурения на загущенную и жидкую фазы. Вода из жидкой фазы удаляется путем ее испарения. Затем загущенные отходы бурения засыпают грунтом [Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М., Барахнина В.Б. Биотехнологический способ утилизации нефтешламов и буровых отходов. // Горный вестник. - №4. - 1998. - С.40.]. Недостаток данного способа в том, что не достигается обезвреживания бурового шлама, и глинистый экран не обеспечивает необходимой защиты грунтовых вод от токсичных химических веществ, используемых для приготовления буровых растворов и вымываемых из захороненных отходов бурения талыми и ливневыми водами.

Известен способ обезвреживания буровых отходов, заключающийся в обработке жидкой фазы флокулянтом (полиакриамидом) и коагулянтом (сернокислым алюминием) с последующим осаждением в амбарах взвешенных частиц. Осветленная жидкая фаза вывозится и закачивается в специальные депонирующие скважины или в поглощающие горизонты и засыпается минеральным грунтом из амбара с загущенными отходами бурения. Недостатком данного способа являются высокие затраты на очистку и утилизацию осветленных буровых растворов. Кроме того, при сооружении амбаров-накопителей отходов бурения в качестве водоизолирующего экрана предусмотрено нанесение по дну и периметру котлована слоя глинистой пасты, что не обеспечивает надлежащей защиты подземных вод от загрязнения токсичными веществами, содержащимися в буровых отходах [Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М., Барахнина В.Б. Биотехнологический способ утилизации нефтешламов и буровых отходов. // Горный вестник. - №4. - 1998. - С.41].

Известен способ [Пат. РФ №899840 от 23.01.82. Ягафаров Р.Г., Абдуллин В.Р., Артамонов М.М., Аберкон В.П., Байраков М.Н., Зеликин С.И., Мавлютов М.Р., Магадеев Р.А. и др. Устройство для регенерации компонентов бурового раствора, БИ №3. - 1982. - С.12.], который включает очистку бурового раствора от твердых частиц размером более 0,1-1,5 мм на сите и от частиц размером более 0,04 мм на гидроциклонном пескоотделителе и далее от оставшихся твердых частиц на распылительной сушилке. Полученный таким способом твердый буровой шлам накапливают в накопительной емкости, а жидкую фазу возвращают в процесс бурения скважины. Недостатком способа является низкая эффективность утилизации твердой фазы (бурового шлама), обусловленная невозможностью полного удаления из него буровых реагентов, адсорбированных на поверхности твердых частиц.

Известны способы очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов с использованием бактерий [Патент РФ №2126041 от 15.12.1997. Ягафарова Г.Г., Барахнина В.Б., Мавлютов М.Р. и др. Штамм микромицета Fusarium sp. №56 для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов. // Изобретения, №12, - 1997. - С.34.; Пат. РФ №1805097 от 20.12.93. Ягафарова Г.Г., Скворцова И.Н. и др. Штамм бактерий Rhodococcus erythropolis, используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов.// Изобретения, №12, - 1993. - С.52.; Пат. РФ №2093478 от 05.01.95. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М. Способ очистки воды и почвы от нефти, нефтепродуктов и полимерных добавок в буровой раствор, БИ №10. - 1997. - С.12.];

Наиболее близким является способ очистки отработанных буровых растворов от нефти и полимерных реагентов, включающий обезвреживание активной ассоциацией микроорганизмов-деструкторов нефти и органических добавок в буровой раствор Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. №56 в соотношении 1:1 в присутствии диаммофоса и пламилона [Барахнина В.Б. Автореферат на соискание ученой степени кандидата техн. наук «Усовершенствование методов очистки почвы и воды от нефти, нефтепродуктов и отработанных буровых реагентов». - Уфа, 1999. - 18 с.].

Задачей данного изобретения является повышение эффективности утилизации отработанных буровых отходов.

Указанная задача решается тем, что в способе очистки отработанных буровых растворов от нефти и полимерных реагентов, включающем обезвреживание активной ассоциацией микроорганизмов-деструкторов нефти и органических добавок в буровой раствор Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. №56 в соотношении 1:1 в присутствии диаммофоса и пламилона, производят разделение бурового раствора на буровой шлам и промывочную жидкость, возвращение последней в процесс бурения, подачу бурового шлама в биореактор с послойным расположением в следующей последовательности: пламилон, дополнительно почвогрунт, буровой шлам, затем производят аэрирование, добавление диаммофоса в количестве 0,1-0,3 мас.% и указанной ассоциации.

Совместно с указанной ассоциацией добавляют пламилон в качестве структурообразователя.

Признаками способа являются:

1) проводят доочистку бурового шлама биологическим методом на локальной установке;

2) пламилон, почвогрунт, буровой шлам послойно располагают в биореакторе;

3) минеральные добавки N:P:K (диаммофос) вносят в количестве 0,1-0,3 мас.% (от массы почвогрунта и бурового шлама);

4) производят аэрирование и обработку ассоциацией микроорганизмов-деструкторов нефти и полимерных буровых добавок Rhodococcus erythropolis AC-1339 Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1;

5) совместно с ассоциацией вносят пламилон в качестве структурообразователя.

Затем проводят ряд агротехнических мероприятий (регулярный полив, рыхление).

На фигуре 1 представлена схема локальной установки для очистки буровых отходов, которая состоит из ферментатора для активации микроорганизмов-деструкторов 1, снабженного термометром 2; центробежного насоса 3; биореактора 4 с гидроизоляцией; шламосборника 5; емкостей для биодобавок 6, пламилона 7 и почвогрунта 8, винтового транспортера 9.

На фигуре 2 показана степень биодеструкции буровых реагентов на основе крахмала и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) ассоциацией микроорганизмов Rhodococcus erythropolis AC-1339Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1.

На фигуре 3 представлена схема модельной установки.

На фигуре 4 представлена динамика содержания нефти и органических реагентов в буровом шламе на протяжении всего процесса биоочистки.

На фигуре 5 представлена биодеградация нефти и органических буровых реагентов при биоочистке бурового шлама ассоциацией микроорганизмов Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1.

На фигуре 6 представлена фитотоксическая активность дериватов КМЦ-Selpol-RX после биоочистки бурового шлама ассоциацией микроорганизмов Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Производят разделение бурового раствора на буровой шлам и промывочную жидкость, возвращение последней в процесс бурения. Биореактор 4 послойно заполняют пламилоном из емкости 7, почвогрунтом из емкости 8, буровым шламом из шламосборника 5 посредством винтового транспортера 9. Диаммофос 0,1 мас.% и ассоциацию микроорганизмов-деструкторов нефти и полимерных буровых добавок Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1 подают центробежным насосом 3 в биореактор из ферментатора 1. Расход суспензии микроорганизмов Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. 56 в соотношении 1:1 на 1 кг бурового шлама (содержание нефти до 13 мас.%, содержание полимерных буровых добавок - до 10 мас.%) составляет 0,1 л. Биоочистка происходит в течение одного вегетационного периода.

Глубинное культивирование для наращивания необходимого количества биомассы ассоциации микроорганизмов Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Pusarium sp. 56 (далее - «Ассоциация») проводят в полной минеральной среде Маккланга в ферментаторе, снабженном компрессором и мешалкой (например, 114.207.012.01.00.00. Ферментатор объемом 1 м³, материал 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-73 с перемешивающим устройством). В качестве источника углерода используют жидкие парафины, а при их отсутствии дизельное топливо или сырую нефть не менее 1 мас.%. Процесс проводится при температуре t=25-30°C и рН=7 в течение 1-3 суток до достижения биомассы 0,3-0,5 мас.%. При этом численность микроорганизмов-деструкторов в готовой суспензии должна составлять не менее 10⁹ клеток/мл. В процессе культивирования контролируют температуру ведения ферментации, накопление биомассы (методом КОЕ на 12 час культивирования и далее через каждые 6 часов), микрокопирование препарата ферментационной жидкости, рН.

Пластмассовые микросферы (пламилон) получают методом распылительной сушки композиций на основе мочевино- или фенолформальдегидных смол. Размеры частиц пламилона от 0,01 до 0,4 мм; насыпная плотность - 0,03-0,25 г/см³.

Пример 2. Минеральную среду состава, г/л воды водопроводной: NaNO₃ - 2,0; K₂HPO₄ - 1,0; MnSO₄ - 0,013; MgSO₄×7H₂O - 0,5; ZnSO₄ - 0,002; Fe₂(SO₄)₃ - 0,001; рН - 6,7-7,0 [Практикум по микробиологии / Под ред. Н.С.Егорова. - М.: Московский ун-т, 1976. - 307 с.] разливали по 100 мл в качалочные колбы объемом 250 мл и стерилизовали при 1 атм в течение 30 мин. В качестве единственного источника углерода и энергии добавляли следующие буровые реагенты в количестве 1,0 мас.%: гарбоза EHV, кукурузный крахмал, крахмал fito-R, ActiVator II, Aphronizer В, КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Финфикс, КМЦ-Selpol-RX. Ввод КМЦ осуществляли в виде 10%-ного раствора, полученного при растворении КМЦ в горячей дистиллированной воде. Крахмальные реагенты добавляли в сухом виде непосредственно в минеральную среду.

Для биодеградации исследуемых реагентов в среду вносили «Ассоциацию» в количестве 1,5 об.%, от объема обрабатываемой среды.

Культивирование производили на термостатированной качалке при температуре 30°С и частоте вращения 100 мин^-1 в течение 8 ч в сутки, в течение 16 ч в сут колбы содержались в термостате при 30°С.

Колбы с минеральной средой, содержащие соответствующие буровые добавки, но не инокулированные бактериями, являлись контролем.

О степени биодеградации полимерных добавок на основе крахмала судили по уменьшению его количества, которое определяли по известной методике с раствором Фелинга после гидролитического расщепления остаточного крахмала [Практикум по микробиологии. / Под ред. Н.С.Егорова. - М.: Моск. ун-т, 1976. - 307 с.; Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. - М.: Химия, 1973. - 215 с.; Шарипов А.У., Долганская С.И. Методика количественного анализа акриловых полимеров. / Изд. Тюмень НИПИнефть. - 1981. - 46 с.].

Результаты исследований представлены на фигуре 2.

Из результатов исследования следует, что «Ассоциация» способна биодеструктировать как буровые реагенты на основе крахмала, так и модификации КМЦ.

Так, при начальной концентрации 1 мас.% степень биодеградации на 8 сутки КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Финфикс, КМЦ-Selpol-RX «Ассоциацией» составила 96,8; 92,0 и 84,6% соответственно. При тех же условиях биодеструкция модификаций КМЦ этой «Ассоциацией» составила более 80%.

Пример 3. Буровой шлам после вибросита инокулировали «Ассоциацией» в количестве 3 об.%, от объема шлама.

Культивирование проводили при температуре 30°С в течение 30 суток. О биодеструкции органических компонентов бурового шлама судили по их остаточному количеству, которое определяли известным весовым методом [Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. - М.: Химия, 1973. - 215 с.], предварительно экстрагировав их четыреххлористым углеродом.

Результаты исследований по биоочистке бурового шлама под действием «Ассоциации» представлены в таблице 1.

Таблица 1Результаты биоочистки бурового шлама биопрепаратом «Ассоциация»Состав бурового шламаСтепень биодеструкции, %Раствор 1: глинистый раствор + 0,05% DK-drill + 0,089% saypan45,3Раствор 1 + 1,43% Go Devil II76,3Раствор 1 + 0,57% Activator I + 1,43% Activator II88,4Раствор 1 + 0,57% Activator I + 1,43% Activator II + 0,1% диаммофос98,7

Представленные составы бурового шлама обладают способностью к биоочистке под действием «Ассоциации»; на степень биодеструкции существенное влияние оказывают компоненты шлама. Степень очистки бурового шлама, содержащего только акриловые полимеры, DK-drill и saypan, составила 45%. Наличие в буровом шламе реагентов на основе крахмала усиливает степень его очистки на 31-43%. Это можно объяснить явлением диауксии, т.е. использованием микроорганизмами, в первую очередь, в качестве наиболее легкого (в отличие от акриловых полимеров) и доступного источника углерода и энергии крахмала, за счет которого происходит наращивание биомассы и увеличение титра микробных клеток, «атакующих» впоследствии молекулы полимеров. Внесение диаммофоса в качестве стимулятора биодеструкции позволило увеличить ее еще на 10,3%.

Пример 4. Объектом очистки служил буровой шлам после вибросита, отобранный из амбара для буровых отходов ОАО НГДУ «Южарланнефть». Влажность бурового шлама составляла 30,5%. Содержание органических буровых реагентов в буровом шламе - 11,0 мас.%.

Биоочистку проводили с помощью «Ассоциации». Для стимулирования жизнедеятельности и деструктирующей активности ассоциации в буровой шлам вводили диаммофос в количестве 0,3 мас.%. Схема модельной установки представлена на фигуре 3.

«Ассоциацией» (титр микробных клеток - приблизительно 10⁹ кл/мл) обрабатывали непосредственно буровой шлам, после чего вносили пламилон (1 часть на 10 частей бурового шлама по массе) и перемешивали. Аэрация осуществлялась путем применения перфорированных трубок диаметром 5 см, которые располагались на уровне нижнего слоя нефтешлама.

В качестве контроля по схеме (фигура 3) были заложены: опыт без аэрации и внесения «Ассоциации» (контроль) и опыт без аэрации с применением «Ассоциации».

Эксперимент проводился при температуре 22-24°С. Отбор проб производился из верхнего слоя на глубине 10 см и из нижнего слоя на глубине 20 см каждые 30 сут до конца исследований (360 сут).

В ходе очистки бурового шлама от нефти и органических реагентов осуществляли периодическое рыхление без перемешивания слоев с целью дополнительного аэрирования и орошение почвы для поддержания влажности на уровне 60% от полной влагоемкости.

Проводили мониторинг динамики биодеградации углеводородов нефти и полимерных органических добавок в буровой раствор, определяли ферментативную активность почвы (каталазную, дегидрогеназную и инвертазную), а также изменение количества аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов, гетеротрофных и нитрифицирующих бактерий.

Во всех опытах с внесением «Ассоциации» наблюдался устойчивый прирост гетеротрофных микроорганизмов как в верхних, так и в нижних слоях бурового шлама. Так, уже на 90 сут во всех опытах с «Ассоциацией» численность гетеротрофных бактерий возросла на два порядка и составила в среднем 10 кл/г грунта. В то время как в контроле численность гетеротрофных бактерий увеличилась с 0,4×10³ только до 2,0×10³ кл/г грунта за 90 сут. В дальнейшем их максимальное количество составило всего 6,0×10³ кл/г грунта при резких колебаниях численности на протяжении всего времени культивирования (таблица 2).

Таблица 2Численность гетеротрофных бактерий при биоочистке бурового шлама от нефти и буровых реагентов «Ассоциацией»ВариантЧисленность гетеротрофных бактерий, ×10⁶ кл/г грунта0 сут90 сут150 сут180 сут210 сут240 сут270 сут360 сутв верхнем слое Буровой шлам без «Ассоциации» и системы аэрации (контроль)0,0004±0,00010,002±0,00020,002±0,00020,002±0,00020,003±0,00030,005±0,00120,006±0,00020,006±0,0013Буровой шлам + «Ассоциация»2,3±0,2360,0±98,0733,3±139,8606,7±127,2673,3±134,0547,2±120,8380,0±100,7293,3±88,4Буровой шлам + «Ассоциация + система аэрации2,0±0,2397,3±32,6746,6±141,1710,0±128,6700,0±136,6520,0±117,8420,0±105,8306,7±90,4в нижнем слоеБуровой шлам без «Ассоциации» и системы аэрации (контроль)0,0004±0,00010,001±0,00020,001±0,00020,002±0,00020,001±0,00020,003±0,00030,003+0,00030,004±0,0010Буровой шлам + «Ассоциация»2,3±0,2100,4±16,4316,0±29,0400,0±103,3473,3±112,3506,7±116,2446,7±109,1413,3±105,0Буровой шлам + «Ассоциация» + система аэрации2,0±0,2127,0±18,4433,3±107,5513,3±117,0567,3±122,9600,0±126,5573,3±123,6480,0±113,1

Известно, что активности дегидрогеназы и каталазы значительно коррелируют с дыханием почвы. Из-за отсутствия растений, почвенных организмов и многих характерных для почвы микроорганизмов по дегидрогеназной и каталазной активностям можно приближенно судить об деструктирующей активности микроорганизмов.

Анализ данных таблиц 2 и 3 показал, что внесение «Ассоциации» позволило повысить каталазную и дегидрогеназную активности как нижнего, так и верхнего слоев бурового шлама. При очистке бурового шлама с помощью «Ассоциации» без системы аэрирования на 270 сут дегидрогеназная активность нижнего и верхнего слоев составляла 0,16 и 0,21 мг формазана/(1 г грунта за 24 ч) соответственно по сравнению с 0,07 и 0,09 мг формазана/(1 г грунта за 24 ч) контроля (таблица 4).

Таблица 3Активность каталазы в верхнем и нижнем слоях бурового шламаВариантАктивность каталазы, мл 0,1 н KMnO₄ на 1 г почвы за 2,5 часа0 сут30 сут90 сут150 сут180 сут270 сут360 сутЧистая почва (контроль)10,61±0,0210,31+0,0410,21±0,0410,20±0,0410,20±0,0410,20±0,0410,15±0,02в верхнем слоеБуровой шлам без «Ассоциации» и системы аэрации (контроль)0,45±0,021,50±0,021,40±0,041,40±0,041,60±0,021,10±0,051,10±0,02Буровой шлам + «Ассоциация»0,45±0,004,20±0,0 28,10±0,079,00±0,057,25±0,028,90±0,049,20±0,05Буровой шлам + «Ассоциация» + система аэрации0,45±0,025,70±0,028,50±0,069,00±0,047,15±0,049,15±0,059,30±0,02в нижнем слоеБуровой шлам без «Ассоциации» и системы аэрации (контроль)0,45±0,020,90±0,020,90±0,020,95±0,041,20±0,021,20±0,051,05±0,02Буровой шлам + «Ассоциация»0,45±0,022,30±0,024,95±0,056,10±0,046,35±0,026,20±0,026,20±0,05Буровой шлам + «Ассоциация» + система аэрации0,45±0,023,95±0,026,40±0,046,85±0,046,80±0,057,05±0,027,30±0,02

Введение системы аэрирования позволило дополнительно повысить дегидрогеназную активность на 0,01-0,02 мг формазана/(1 г грунта за 24 ч) для верхнего слоя и на 0,01-0,08 мг формазана/(1 г грунта за 24 ч) для нижнего (таблица 4) по сравнению с опытом с «Ассоциацией». Наибольшая каталазная активность как в верхнем, так и нижнем слое бурового шлама на протяжении всего времени очистки наблюдалась также при использовании «Ассоциации» и системы аэрирования (таблица 3).

В опыте с «Ассоциацией» без системы аэрирования и в опыте с «Ассоциацией» и системой аэрирования при высокой численности и активности гетеротрофных бактерий, значительную часть которых на протяжении всего эксперимента составляли интродуцированные Rhodococcus erythropolis АС-1339Д, наблюдалось повышение степени биодеградации нефти и буровых реагентов как в верхнем, так и нижнем слоях бурового шлама по сравнению с контролем.

На 360 сут степень биодеградации нефти и органических буровых реагентов в верхнем слое составила 87,0% для опыта с «Ассоциацией» без системы аэрирования и 91,0% для опыта с «Ассоциацией» и системой аэрирования, что на 67,0 и 71,0% соответственно больше, чем в контроле. В нижнем слое нефтешлама биодеградация нефти и буровых реагентов происходила несколько труднее: на 360 сут применение «Ассоциации» без системы аэрирования позволило разложить 56,6% нефти и нефтепродуктов, а применение «Ассоциации» и системы аэрирования - 87,0%, что только на 42,2 и 72,6% соответственно больше контроля (фигура 5).

Таким образом, биодеградация нефти и полимерных реагентов в верхних слоях бурового шлама происходила интенсивнее, чем в нижних. Различная степень биоочистки верхних и нижних слоев нефтешлама от нефти и нефтепродуктов, вероятно, обусловлена неодинаковым доступом кислорода, так как известно, что аэрация почвы уменьшается при увеличении глубины слоя почвы [Король В.В., Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин. Экология и промышленность России, №1, 2005. - с.40-42.], а родококки способны метаболизировать углеводороды нефти только при наличии кислорода [Пат. РФ №2093478 от 05.01.95. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М. Способ очистки воды и почвы от нефти, нефтепродуктов и полимерных добавок в буровой раствор, БИ №10. - 1997. - С.12.]. Например, если в верхнем слое в опыте с «Ассоциацией» и системой аэрирования численность гетеротрофных бактерий на 90 сут равнялась 497,4×10⁶ кл/г, то для нижнего - только 127,0×10⁶ кл/г (таблица 2).

Таблица 4Динамика активности дегидрогеназы в верхнем и нижнем слоях бурового шламаВариантАктивность дегидрогеназы, мг формазана/1 г почвы за 24 ч0 сут30 сут60 сут90 сут120 сут150 сут180 сут270 сут360 сутЧистая почва (контроль)0,230,210,240,210,180,200,210,170,20в верхнем слоеБуровой шлам без «Ассоциации» (контроль)0,070,070,090,090,070,100,080,090,10Бурвой шлам + «Ассоциация»0,070,120,180,220,210,200,150,210,19Буровой шлам + «Ассоциация» + система аэрации0,070,130,180,230,210,210,130,230,20в нижнем слоеБуровой шлам без «Ассоциации» (контроль)0,070,070,080,090,070,090,080,070,08Буровой шлам + «Ассоциация»0,070,110,110,120,110,130,140,160,18Буровой шлам + «Ассоциация» + система аэрации0,070,120,150,170,190,200,190,200,21

Аналогичные результаты наблюдались в опыте с «Ассоциацией» без системы аэрирования. Можно предположить, что именно лимитирование кислорода в нижних слоях приводило к уменьшению численности и окисляющей активности бактерий. Сравнивая процессы очистки бурового шлама в опыте с «Ассоциацией» без системы аэрирования и в опыте с «Ассоциацией» и системой аэрирования, следует отметить, что степень биодеградации нефти и органических буровых реагентов при введении системы аэрирования была больше, чем в ее отсутствие, на протяжении всего эксперимента (фигуры 4 и 5). Позитивное действие введения системы аэрирования проявлялось наиболее заметно для нижнего слоя. Например, в нижнем слое шлама в опыте с «Ассоциацией» и системой аэрации степень биодеградации нефти и органических буровых реагентов составила 53,7% за 180 сут, что больше на 35,7%, чем в опыте с «Ассоциация» без системы аэрирования, и на 44,6%, чем в контроле (фигура 5). Введение системы перфорированных трубок для дополнительной аэрации позволило за 540 сут снизить содержание нефти и нефтепродуктов в нижнем слое бурового шлама (0,9 мг/г почвы) до нормативного требования (1 мг/г почвы) [Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. - М.: Химия, 1973. - 215 с.], в то время как при ее отсутствии содержание нефти и органических буровых реагентов составило 14,7 мг/г почвы (фигура 4), что намного выше требуемого.

Таким образом, обработка бурового шлама «Ассоциацией» и введение системы аэрирования интенсифицировало процесс биоочистки бурового шлама от нефти и органических реагентов на 71,0-72,6% за 360 сут и в верхнем, и в нижнем слоях.

Фитотоксическую активность продуктов микробиологической деструкции КМЦ-Selpol-RX ассоциацией микроорганизмов Rhodococcus erythropolis AC-1339Д и Fusarium sp. №56 в жидкой среде определяли по следующей схеме [Пат. РФ №2093478 от 05.01.95. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р., Гатауллина Э.М. Способ очистки воды и почвы от нефти, нефтепродуктов и полимерных добавок в буровой раствор, Б.И. №10. - 1997. - С.12.].

Проростки кукурузы линии ВИР-38 проращивали в течение 3-х суток при 25-26°С. Отбирали проростки, имеющие одинаковую длину центрального корешка, средняя длина которого была не менее 3,0±0,2 см. Отобранные проростки помещали в чашки Петри по 10 шт. в каждую. Предварительно на дно чашек помещали фильтровальную бумагу.

Посевной материал получали выращиванием микроорганизмов в пробирках с мясо-пептонным бульоном при 30°С. Полученный посевной материал в количестве 10 мл засевали в жидкую минеральную среду следующего состава, г/л дистиллированной воды: NH₄Cl - 1 г; K₂HPO₄ - 5 г; MgCl₂·4H₂O - 0,3 г; MgSO₄·7H₂O - 50 мг; FeSO₄·7H₂O - 5 мг; CuSO₄·7H₂O - 1 мг; ZnSO₄ - 0,8 мг; объем воды доводили до 1000 мл, рН=6,8-7,0. В среду в качестве единственного источника углерода и энергии вносили КМЦ-Selpol-RX в количестве 1 мас.%. Культивирование проводили при 30°С.

Для проведения тестирования культуральную жидкость отделяли от биомассы центрифугированием 5-7 мл среды при 5000 об/мин в течение 15 минут, после чего вносили в чашки с проростками кукурузы. Чашки с проростками инкубировали при 25-26°С в течение 41 суток. Контролем являлось среднее значение длины центрального корешка кукурузы, инкубированной в чистой воде.

Через 5 суток определяли среднее значение прироста центрального корешка проростков кукурузы для каждого варианта и подсчитывали процентное отношение увеличения средней длины центрального корешка проростков в опытах с метаболитами к увеличению средней длины корешков в контроле Х по формуле (I):

где L_n - средняя длина центрального корешка проростка кукурузы для опыта с метаболитами, мм;

L_K - средняя длина центрального корешка проростка кукурузы в контроле, мм;

L₀ - средняя длина центрального корешка проростка кукурузы в начале опыта, мм.

Результаты исследований представлены на фигуре 6.

В результате изучения фитотоксической активности дериватов КМЦ-Selpol-RX на проростках кукурузы установлено, что КМЦ-Selpol-RX оказывает ингибирующее влияние на проростки кукурузы, угнетая их рост на 90% в сравнении с контролем. Первоначально наблюдаемый ингибирующий эффект ощутимо снижается лишь после 16 суток культивирования, при этом прирост центрального корешка кукурузы составляет 23%. Далее прирост корешков увеличивался, составляя при этом на 21 и 26 сутки - 60-75%. После 36 суток культивирования ингибирующий эффект практически не наблюдался.

Полученные результаты исследований позволяют сделать следующий вывод: ингибирующее влияние КМЦ-Selpol-RX 0,5 мас.% на проростки кукурузы уменьшается через 16 суток, а накапливаемые продукты метаболизма не являются токсичными для проростков.

Таким образом: для очистки буровых отходов, характеризующихся высоким содержанием КМЦ-Selpol-RX (0,5% и выше), а также в целях интенсификации утилизации КМЦ-Selpol-RX можно рекомендовать обработку буровых отходов биопрепаратом на основе ассоциации микроорганизмов Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp.56 в соотношении 1:1.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при утилизации отработанного бурового раствора. Технический результат - повышение эффективности утилизации буровых отходов. В способе очистки отработанных буровых растворов от нефти и полимерных реагентов производят разделение бурового раствора на буровой шлам и промывочную жидкость, возвращение последней в процесс бурения, подачу бурового шлама в биореактор с послойным расположением в следующей последовательности: пламилон, дополнительно почвогрунт, буровой шлам, затем производят аэрирование, добавление диаммофоса в количестве 0,1-0,3 мас.% и ассоциации микроорганизмов-деструкторов нефти и органических добавок в буровой раствор Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. №56 в соотношении 1:1. Совместно с указанной ассоциацией добавляют пламилон в качестве структурообразователя. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 6 ил.

1. Способ очистки отработанных буровых растворов от нефти и полимерных реагентов, включающий обезвреживание активной ассоциацией микроорганизмов-деструкторов нефти и органических добавок в буровой раствор Rhodococcus erythropolis АС-1339Д и Fusarium sp. №56 в соотношении 1:1 в присутствии диаммофоса и пламилона, отличающийся тем, что производят разделение бурового раствора на буровой шлам и промывочную жидкость, возвращение последней в процесс бурения, подачу бурового шлама в биореактор с послойным расположением в следующей последовательности: пламилон, дополнительно почвогрунт, буровой шлам, затем производят аэрирование, добавление диаммофоса в количестве 0,1-0,3 мас.% и указанной ассоциации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместно с указанной ассоциацией добавляют пламилон в качестве структурообразователя.