生物技术在油气田环境污染治理中的应用

1996年 第 6卷 第 3期 油 气 田 环 境 保 护 、 s= 睡噩 金文彪 李 秀珍 宋 莉晖 (中国 石油 天 然气 总 公 司环 境 监铡 总站 摘 要 介 绍 了生物技 术及其在 环境 污 染治理 中的应 用状 况 ，根据 我 国油 气田环境 污染治理现状 ，提 出了生物技术在我国油气田环境 污染治理 中重点研究的方 向和步骤 以 及应 用前景 。 主题词 生物 防治 油 气田 污染治理 Application of biological technique in environmental pollution treatment of oil and gas fields Jin Wenbiao Li Xiuzhen Song Lihui (Environmental M onitoring Center Station，CN PC) ABSTRACT The application of biological technique tO environmental pollution treatment is introduced．According to present situation of environmental pollution treat ment in our country’S oil and gas fields the maior research direction，procedure，and ap plieation prospect of biological technique are put forward． SUBJECT HEADING biotic control，oil and gas fields，pollution control 一 、 概 况 生物技术 ．是指利用生命物质来参与改造 自然现象或以生物为对象 ，人为地改造生命现象的方 法或手段。现代的生物技术主要 由基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程等四大方面组成。 (1)基 因工程 在分子 生物学 的基础上 发展起来 的通过 人 工转 移和 重组 DNA，以增 加生命 体 的基因种类，从而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和重新安排生命过程 。 (2)细胞工程 采用细胞融合或核移植等方法 ，直接把外来基因转移到受体细胞内，以产生兼 有双亲细胞性状的新细胞 ，培养 出生物新品种。 (3)酶工程 在允许生命活动的环境条件下 ，借助活细胞或其所产生的酶的催化作用，使一种 物质转化为另一种物质。酶的固定化技术的产生和发展 ，可使微生物或酶的使用时间提高。 (4)微生物工程 利用微生物的某种特定功能 ，通过现代工程技术手段 ，把微生物应用于工业 叠丈彪 ，1989年哈尔滨建筑工程学院环境工程系研究生毕业。现在中国石油天然气总公司环监总站工作 通讯地址：河北省曦坊万 庄 44号信箱环监总站。邮编 Il02801 维普资讯 http://www.cqvip.com 油 气 田 环 境 保 护 化 生产 的一 种技术体 系 。 早期人们对 自然生长的微生物混合群体加以瓢化、繁殖 ，以用于废水处理。其工程形式有活性 污泥法、生物转盘法、生物滤池法等，这些方法现在已广泛应用于工业废水和生活废水的处理。七十 年代以来，有人采用分离选育具有较高降解活性的菌种进行纯培养后，用于处理某些特定的有毒废 水或浓度高但成分单纯的有机废水 ，显示了一定的优越性 ，成为近年来废水生物处理的主要方法。 目前的研究热点 已从一般筛选降解污染物的微生物转人对微生物降解代谢途径、降解酶系组成的 研究及其遗传调控机制的探讨上。在此基础上应用微生物诱变育种技术、基 因工程及细胞工程技术 定向选育、定向翩备降解能力极高的工程菌株 ，使生物降解过程更加科学而高效。 二、生物技术在我国油气田环境污染治理中的应用 目前，生物技术在我国主要应用于油气炼化废水的处理。炼化废水经沉淀、混凝、气浮之后 ，进 行生化处理。未来，生物技术将广泛应用于我国油气 田钻采废水治理及土壤污染治理。 (一 )采油及钻 井废水 治理 中生物技术 的应用 废水来 自钻井、井下作业、油气开发、石油炼制、加工等过程。以采油废水、钻井废水为代表。 目前，该废水治理中存在的主要问题是 ：(1)化学混凝 、浮选法处理后的大量残渣造成二次污 染；(2)混凝剂、浮选剂 品种少，不成系列 ，效力不够，尚不能满足生产 的需要 ；(3)处理费用较高， 采油废水处理费用约 1．O0元／m。，钻井废水处理费用约 2．0O元／m。。 生物技术的应用将有利于上述问题的解决。根据国内外现状 ，生物技术应用于治理我国采油与 钻井污水 ，应重点开发以下三种技术 ： 1，采油 、钻 井污水 高效 生物 降解 技 术 利用生物技术选育出对石油具有特殊降解能力的优势菌种 ，再利用细胞固定化技术将该菌株 固定于合适的载体上，借助废水处理工程进行采油、钻井废水的净化处理 。国外在此方面开展了一 些研究工作。七十年代，美国科学家 Chakrabayty Eli率先利用基 因工程 ，把降解萘、甲苯、辛烷和樟 脑的 4种质粒组合到同一菌株上，构成新的菌株 ．使新菌株具有降解芳烃、萜烃和多环芳烃的多种 功能。这种超级细菌，降解石油的速度快、效率高，在几小时内能“吃掉”浮油中 2／3的烃类，而 自然 菌种消除浮油烃要花一年多时间。Rojo，F． 等利用基因工程技术将 降解氯化芳香化合物和甲基 芳香化合物的基因组合在一起 ，获得的工程菌株可以同时降解上述两种污染物。我国学者张素琴等 在利用基因工程、细胞工程技术组建高教降解菌方面也开展 了一定工作 。 此项生物降解技术将克服采油 、钻井废水现行的化学处理产生二次污染的问题，降低处理费 用，净化效果比化学处理好 。但是在利用生物技术的研究中，应注重工程菌株应用的安全性。 2，采油 、钻井废水微生物絮凝技术 通过 自然筛选或诱变选育及现代基因工程 、细胞工程技术，获得特种微生物 ，利用该微生物进 行发酵培养以产生生物有机高分子絮凝物质、甩此生物有机高分子絮凝物质逐步替代人工合成的 化学絮凝剂，用于采油、钻井废水的处理。 近年来国外开展 了一般工业废水微生物絮凝技术的研究。1985年 Takagi，H．[· 等人研究出了 PFIO1微生物絮凝剂 。1 986年，日本通产省工业技术院微生物工业技术研究所仓根等人 ，采用从 自然界分离出来的红球菌属微生物 Rhodocoecus erythropolis的 s一1菌株 ，用特定的培养基及培养 条件制成微生物絮凝剂 NOG1，实验应用于畜牧产业废水、瓦场废水的处理，净化效果较好 ，且具 ! 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6卷 第 3期 金文彪等 ：生物拄术在油气1t3环 境污染治理中的应用 较强的脱色性能 微生物絮凝技术既能克服化学处理产生二次荇染的问题 ，提高净化效果，降低处理费用，又能 保持化学处理时间短、运行稳定、便于管理的优点 ．适合于油气 田勘探开发流动作业。 3，从采油 、钻 井废水或 其 它油气 田废水中去 除酚 、胺等难 降解 有机物 的酶工程技 术 酶工程技术研究工作分下列几个方面：(1)特殊功能酶类的开发和生产用到基因工程、细胞工 程、微生物工程等项技术，及酶分子的修饰技术 分离提纯技术等 ；(2)功能酶的固定化技术研究提 高酶的利用率并实现净化过程的连续化 ；(3)新型固定化酶的废水净化处理装置研究。 酶工程应用于环境污染治理 ，国内外进行 了大量研究和应用 ，有许多经验可供借鉴 Bettman 等人 用聚丙烯凝胶固定假单胞菌(Pseudomonasputida)P8，能在短时间内降解高浓度苯酚，亦能 降解邻、对、间苯酚与 4．氯苯酚。我国学者黄武华等’ 利用固定化的热带假丝酵母菌 314号净化含 酚废 水等 (= )土壤原 油污染治 理 中生物技术 的应用 我国油气 田土壤原油污染的治理工作刚刚起步 ．土壤原油污染治理一方面是通过物理化学方 法进行原油的回收 ，另一方面是利用微生物工程技术加以净化。 国外较早开始利用微生物工程技术进行土壤原油污染净化的研究 ，已开发出土壤原油污染生 物处理技术，投入实际应用效果较理想。具体作法是将被污染的土壤集中堆存后 ，向其中鼓风通氧、 加温 、添加 N、P等无机营养物质 ，在这样的条件下，土壤中固有的微生物(主要是细菌)将降解土壤 中 的污油 ，达到 治理污 染 的 目的 我国油气田土壤原油污染治理首先应 引进国外成熟的生物治理技术，其次应根据各油气 田的 气候、土壤类型及落地原油的成分相应地选育适宜的微生物 (主要是细菌)，并摸索确定适宜的工艺 参数进 行实地处理 。 参 考 文 献 1 Chakrabayty，A．M ．}Genetic basis of the biodegradatioa of salicylate in pseudomonas、 ，．B ． ac~eriot，1 972、 12 (2)81 5～ 81 9． 2 张蔚文 ：微生物育种技术在废水处理工程菌株研制 中的应用 ，城市环境 与生态 ，1993，6(1)23~29。 3 张淑琴 ：假单胞菌 P1 2对菲的降解 ．环境科学学报，1 989，9(1)80~84。 4 Takagi—H．et al}Floeculant production by paecilomyces sp．taxonomic studies and culture condition，Agric． 成 ．Chem．，1995，49(¨ )3151～ 3154． 5 龚竹如等 ：与环境科学有关 的生物工程 ，上海环境 科学 ．1991，10(5)22～26。 6 Bettm en，H ． Genetic engineering far wastewater treatment， ． ．~licrobiologic Biot~chnotog'~一 1 984，20(3) 285～ 290． 7 黄武华 ：热带候丝酵母 314号固定化细胞分解苯酚的研究．环境科学学报，1 982，2(4)293--297。 (收稿 日期 1996-03 05) (编 辑 刘 捷 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com