本发明属于石油天然气勘探钻井污染治理技术领域,具体来讲,涉及一种井场环保厕所降解物制备方法和处理水基固废的方法。
背景技术:
水基钻井固废是油气勘探常规钻井作业的必然产物,川渝地区产生量一般在0.35~0.4m3/米进尺。目前川渝地区对水基钻井固废少部分采用生物处理资源化土壤利用,大部分主要外送至当地砖厂进行制砖利用,不仅造成转运处置量大,处置费用高,而且增加了转运中的安全环保风险。而目前循环水冲型微生物降解环保厕所和免水冲生物降解环保厕所已在川庆公司川渝和长庆地区钻井井场推广应用,两种环保厕所使用后均产生一定量的生活固废,目前,该生活固废的处置方式有外运有机肥厂、交给城市环卫处理或就地掩埋,这些处理技术存在运输成本高,需要后处理费用,处理成本高,地域限制严重和环境安全风险较高等缺点。相关的研究显示,环保厕所固废的有机质、氮、磷、钾素含量较高,是作为有机肥和土壤培肥的优质原料。因此可以对环保厕所产生的生活固废进行降解和无害化处理,将得到的降解物作为有机营养剂,协作生物处理水基钻井固废资源化土壤利用,进而可实现环保厕所生活固废和钻井水基固废的协同处置与资源化土壤利用,达到双减排并利用的目的,不仅符合固废处置“减量化、无害化、资源化”原则,也符合国家节能减排政策和生态治理要求及集团公司有关加强生态环境保护的要求。
技术实现要素:
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如,本发明的目的在于提供一种井场环保厕所降解物的制备方法,以及使用该环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法。
为了实现上述目的,本发明的目的之一在于提供一种降解井场环保厕所产生生活废水和人粪便的方法。
本发明一方面提供了一种井场环保厕所降解物的制备方法,所述制备方法包括步骤:将井场环保厕所产生的生活废水和人粪便经生物制剂处理后,过滤干燥到含水量为30~55%,得到所述的井场环保厕所降解物;其中,所述生物制剂为贝莱斯芽孢杆菌b3-4或其菌悬液或其培养液或其发酵产物。
在本发明一方面的一个示例性实施例中,所述环保厕所可为免水冲型环保厕所。
在本发明一方面的一个示例性实施例中,所述贝莱斯芽孢杆菌为革兰氏阳性菌,有芽孢,菌体为杆状,有运动性,专性需氧。
在本发明一方面的一个示例性实施例中,所述贝莱斯芽孢杆菌的16srdna序列如seqidno.1所示。
在本发明一方面的一个示例性实施例中,所述贝莱斯芽孢杆菌在牛肉膏蛋白胨培养基上培养24h后形成的菌落为圆形或不规则形状,48h后菌落为圆形,白色,直径为0.5~1mm,边缘不整齐,扁平湿润。
在本发明一方面的一个示例性实施例中,所述贝莱斯芽孢杆菌的筛分培养方法包括以下步骤:采集样品并低温保存,所述样品包括人粪便、畜禽粪便、土壤、水、淤泥以及有机肥;采用梯度稀释法将所述样品的稀释液涂布在牛肉膏蛋白胨培养基上,15~50℃恒温培养;待所述培养基长出菌落后,从牛肉膏蛋白胨平板上挑选形态不同的菌落进行划线培养;随后,挑取一环菌落进行重复划线培养,并结合显微观察,直至获得纯化的菌株。
本发明的另一目的在于提供一种同时实现井场环保厕所降解物和水基钻井固废资源化利用的方法。
本发明另一方面提供了一种井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法,所述方法包括步骤:将待处理的水基钻井固废混合均匀,按重量比为0.1~0.3%接种具有降解作用的微生物降解菌种充分混均;加入待处理水基钻井固废量0.5~1%wt的环保厕所降解物并充分混均;加入待处理固废量0.1~1倍的较细新鲜土壤,混合均匀后堆放;在处理物表面覆一定厚度新鲜土,其上播撒种植观赏或薪柴植物,形成井场固废—微生物—植物联合降解体系。
在本发明另一方面的一个示例性实施例中,所述方法还可包括对井场环保厕所降解物进行无害化处理的步骤:将井场环保厕所降解物和食用菌菌渣按重量比为1:2~3混合均匀;加入井场环保厕所降解物10~20%wt的麸皮和0.5~1%wt的有机肥混合均匀;在55~70℃发酵处理48~72h后,常温堆放28~56天。
在本发明另一方面的一个示例性实施例中,所述处理后的水基钻井固废中cod≤35mg/l、oil含量≤0.8mg/l、cr6+含量≤0.08mg/l和氨氮含量≤1.6mg/l且镉含量≤2mg/kg、铅含量≤530mg/kg。
与现有技术相比,本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项:
(1)对钻井环保厕所产生的生活固废进行生物降解处理得到降解物,减少了井场生活固废的转运量;
(2)将降解物进行无害化处理后作为添加剂或营养剂协作生物处理资源化利用水基固废,减少了生物处理时其它生物营养添加剂的使用;
(3)对钻井固废可就地采用生物处理资源化土壤利用,从而可大大减少全井转运外送至当地制砖厂的固废处置利用量,最终可实现减少固废转运处置量和处置费用及转运中的安全环保风险。
附图说明
本发明所使用的贝莱斯芽孢杆菌已进行保藏,保藏单位:中国典型培养物保藏中心(cctcc),保藏地址:湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内,保藏日期:2020年5月29日,保藏编号为cctccno:m2020160。
通过下面结合附图进行的描述,本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1a示出了本发明的一个示例性实施例的贝莱斯芽孢杆菌在显微镜下的菌体形态;图1b示出了贝莱斯芽孢杆菌在牛肉膏蛋白胨培养基上菌落形态;
图2示出了本发明的一个示例性实施例的贝莱斯芽孢杆菌的16srdna序列的系统发育图。
具体实施方式
在下文中,将结合示例性实施例及附图来详细说本发明的井场环保厕所降解物的制备方法、以及井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法。
本发明的一个示例性实施例中,井场环保厕所降解物的制备方法包括步骤:将井场环保厕所产生的生活废水和人粪便经生物制剂处理后,过滤干燥到含水量为30~55%,得到所述的井场环保厕所降解物。其中,所述生物制剂为贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4或其菌悬液或其培养液或其发酵产物,井场环保厕所降解物可包括40~62%wt的有机质、0.5~1.0%wt的氮、1.2~1.5%wt的磷、0.8~1.2%wt的钾。井场环保厕所降解物中含有有机质、氮、磷、钾素等营养物质,是作有机肥和土壤培肥的优质原料,可以作为生物处理水基钻井固废中生物菌种培养发酵的有机营养剂或添加剂使用。
在本示例性实施例中,所述环保厕所可包括免水冲型环保厕所,所述生物制剂可为贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4或其菌悬液或其培养液或其发酵产物。
所述贝莱斯芽孢杆菌采用筛分培养方法制得。该菌株的分类命名为bacillusvelezensisb3-4,已于2020年5月29日保藏于中国典型培养物保藏中心,其保藏编号为cctccno:m2020160。贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4为革兰氏阳性菌,有芽孢,菌体为杆状,有运动性,专性需氧。提取菌株b3-4的总dna,扩增16srdna片段,测得的16s序列如seqidno.1所示。将所测得的16s序列在美国国立生物信息中心(ncbi)数据库进行比对,b3-4与genbank中的模式菌株贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)cr-502t的相似度最高(99.6%),从而确定了b3-4在分类上属于贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensisb3-4)。
贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4在牛肉膏蛋白胨培养基上培养24h后形成的菌落为圆形或不规则形状,48h后菌落为圆形,白色(乳白色),直径为0.5~1mm,边缘不整齐,扁平湿润。在本实施例中,贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4具有抗逆特性,能够在盐浓度为0.5~4%的培养基中生长。
贝莱斯芽孢杆菌的筛分培养方法包括以下步骤:
1)采集样品(例如,人粪便)并低温保存,所述样品包括人粪便、畜禽粪便、土壤、水、淤泥以及有机肥。
2)采用梯度稀释法将预定量(例如,3~8g)所述样品的稀释液涂布在牛肉膏蛋白胨培养基上,15~50℃恒温培养。这里,取用的样品宜适量,培养的温度可根据目标菌株应用环境的温度范围进行调整,例如,样品可取5g,若目标菌株应用于高温环境,培养的温度可以为50℃,若目标菌株应用于低温环境,培养的温度可以为15℃,若目标菌株应用于常温环境,培养的温度可以为30℃。
3)待所述培养基长出菌落后,从牛肉膏蛋白胨平板上挑选形态不同的菌落进行划线培养。
4)随后(例如,培养16~18h后),挑取一环菌落进行重复划线培养,并结合显微观察,直至获得纯化的菌株,将所述纯化后的菌株接入试管斜面培养基保存。本发明的贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4具有很强的降解能力,能够降解去除人粪便和生活废水中的有机质和cod(化学需氧量)。
优选地,本发明的贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4的菌悬液,或其培养液,或其发酵产物也具有很强的降解能力,能够有效降解去除人粪便和生活废水中的有机质和cod。
本发明的贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)b3-4或生物制剂具有良好的降解应用潜力,能够在生物降解型厕所中应用。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例,下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
(1)贝莱斯芽孢杆菌bacillusvelezensisb3-4(简称“菌株b3-4”)的分离、纯化和保存
采集的人粪便样品,低温保存带回实验室。取粪便样品5g,采用梯度稀释法,于牛肉膏蛋白胨培养基上涂布,30℃恒温培养。待长出菌落后,从平板上挑选形态不同的菌落在牛肉膏蛋白胨平板上进行划线培养。待培养16h,挑取一环进行重复划线培养,结合显微观察,直至纯化为止。纯化后的菌株接入牛肉膏蛋白胨培养基的试管斜面培养基保存。
如图1所示,本实施例的分离纯化得到的菌株b3-4在牛肉膏蛋白胨培养基上培养,培养48h后菌落为圆形,白色,直径为0.5~1mm,边缘不整齐,扁平湿润。其中图1a示出了菌落形态,图1b为菌落在牛肉膏蛋白胨平板上进行划线培养后的示意图。
(2)菌株b3-4的16srdna的扩增及系统发育分析
提取菌株总dna,以总dna为模板,用27f和1492r为引物扩增16s片段,pcr反应用bio-radmycyclertm仪器。
反应体系(50μl):2×pcrmix25μl,引物27f和1492r(10μm)各1μl,dna模板1μl,加超纯水补足至50μl;引物27f和1492r的核苷酸序列如seqidno.2和seqidno.3所示。
pcr反应条件:94℃预变性5min;94℃变性1min,54℃退火1min,72℃延伸2min,循环30次;72℃最终延伸8min。
pcr扩增产物在1.0%的琼脂糖凝胶电泳上检测后,送到上海生工生物工程有限公司进行序列测定。用软件dnaman6.0进行基因序列相似度的计算。所测序列结果如seqidno.1(序列表所示)。
将所得的序列结果在美国国立生物信息中心(ncbi)数据库中进行比对,发现b3-4的16srdna基因序列与数据库中的b3-4与genbank中的模式菌株贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)cr-502t的相似度最高,为99.6%。根据ncbi比对结果,选择相似性最高的模式菌株作为参比菌株,用mega6.0软件的邻接法(neighbor-joining)构建系统发育树(如图2所示),自展值(bootstrap)1000。
基于以上特征,将菌株b3-4鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)。该菌株已于2020年5月29日保存在中国典型培养物保藏中心,保藏编号为cctccno:m2020160。
(3)菌株b3-4降解人粪便有机质及cod能力实验
(4)菌株b3-4的抗性实验
菌株b3-4的耐盐能力测定:配制牛肉膏蛋白胨培养基,调节ph值为7;在基础牛肉膏蛋白胨培养基中添加nac1,分别配制盐浓度为0.5%、1%、2%、4%、8%和10%的培养基。121℃灭菌30min后,按1%(v:v)添加菌悬液至新配置的培养基,设三个重复,置于30℃恒温培养箱中以150r/min转速震荡培养48h,用紫外分光光度计在波长λ=600下测定菌的数量。
菌株b3-4的生长温度范围测定:配制牛肉膏蛋白胨培养基,调节ph值为7,121℃灭菌30min后,按1%(v:v)添加菌悬液至新配置的培养基,将接菌的培养基分别放置于10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃的恒温培养箱中以150r/min转速震荡培养48h,每个温度设3个重复,用紫外分光光度计在波长λ=600下测定菌的数量。
结果表明,贝莱斯芽孢杆菌b3-4有良好的抗逆特性,其耐盐能力较强,能在含4%nacl的牛肉膏蛋白胨培养基中生长;生长温度范围较广,能在15~50℃温度范围内生长。
(5)菌株b3-4应用于生物降解型厕所实验
将b3-4菌株接种于lb液体培养基,28℃振荡培养,培养24h,按5%接种至以竹渣为填充基质的生物降解型生态厕所,加适量水搅拌均匀,每天由2名学生把定时加入他们的排泄物。记录每周的排泄物加入量。每周测定总体重量。以不接菌处理为对照,实验周期为17周。
干物质减少率可以通过以下公式计算:r=(s+f+s0)/(s+f)×100%;式中,s为所加竹渣的于物质量;f为所投加粪便总的干物质量;s0为最终粪便和竹渣混合物的干物质量。
结果表明:使用17周,接菌处理共投入排泄物243.54kg,减少排泄物231.35kg,人类排泄物减少率95%,相比较于对照处理人排泄物减少率增加87.5%,表现出了良好的降解应用潜力。
在本发明的另一个示例性实施例中,井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法包括步骤:
将待处理的水基钻井固废混合均匀,按重量比为0.1~0.3%接种具有降解作用的微生物降解菌种充分混均;加入待处理水基钻井固废量0.5~1%wt的环保厕所降解物并充分混均;加入待处理固废量0.1~1倍的较细新鲜土壤,混合均匀后堆放;在处理物表面覆一定厚度新鲜土,其上播撒种植观赏或薪柴植物,形成井场固废—微生物—植物联合降解体系。所述水基钻井固废是指采用水基钻井液体系钻井产生的固废。所述处理后的水基钻井固废中cod≤35mg/l、oil含量≤0.8mg/l、cr6+含量≤0.08mg/l和氨氮含量≤1.6mg/l且镉含量≤2mg/kg、铅含量≤530mg/kg。所述微生物降解菌种可为盐单胞菌属中的halomonasventosae、halomonascampisalis中的一种或两种按任意比例的混合。然而,本发明不限于此,其它具有相同功能的微生物降解细菌也可以。所述降解物可起到添加剂或有机营养剂的作用。具体来讲,把筛选出的安全优势的液体或固体微生物降解菌种运至施工现场,先充分混均待处理的水基钻井固废,混均后按一定比例直接加入微生物降解菌种并充分混均,然后根据待处理固废的含水量情况加入待处理固废量0.1~1倍的较细土壤,充分混匀后堆放,并在其表面复新鲜土2~5cm厚,其上播撒种植观赏或薪柴植物,形成钻井固废—微生物—植物联合降解体系,使得最终产物中cod、oil、cr6+以及其它重金属等的含量达到作为耕植土利用的标准。
在本实施例中,井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法还可包括无害化处理步骤:将上一示例性实施例制得的井场环保厕所降解物和食用菌菌渣按重量比为1:2~3充分混合均匀。加入井场环保厕所降解物10~20%wt的麸皮和0.5~1%wt的有机肥混合均匀;在55~70℃温度范围内堆置发酵处理48~72h,然后在常温条件下堆放28~56天,去除井场环保厕所降解物中的有害成分。
综上所述,本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项:
(1)钻井环保厕所降解物得到了资源化处置利用;
(2)协作生物处理资源化利用水基固废,减少了生物处理时其它生物营养添加剂的使用;
(3)对钻井固废可就地采用生物处理资源化土壤利用,从而可大大减少全井转运外送至当地制砖厂的固废处置利用量,最终可实现减少固废转运处置量和处置费用及转运中的安全环保风险。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明,但是本领域普通技术人员应该清楚,在不脱离权利要求的精神和范围的情况下,可以对上述实施例进行各种修改。
序列表
<110>中国石油天然气集团有限公司;中国石油集团川庆钻探工程有限公司;四川科特检测技术有限公司
<120>井场环保厕所降解物制备方法和处理水基固废的方法
<160>3
<170>siposequencelisting1.0
<210>1
<211>1404
<212>dna
<213>贝莱斯芽孢杆菌(bacillusvelezensis)
<400>1
gctggcggcgtgcctaatacatgcaagtcgagcggacagatgggagcttgctccctgatg60
ttagcggcggacgggtgagtaacacgtgggtaacctgcctgtaagactgggataactccg120
ggaaaccggggctaataccggatggttgtttgaaccgcatggttcagacataaaaggtgg180
cttcggctaccacttacagatggacccgcggcgcattagctagttggtgaggtaacggct240
caccaaggcaacgatgcgtagccgacctgagagggtgatcggccacactgggactgagac300
acggcccagactcctacgggaggcagcagtagggaatcttccgcaatggacgaaagtctg360
acggagcaacgccgcgtgagtgatgaaggttttcggatcgtaaagctctgttgttaggga420
agaacaagtgccgttcaaatagggcggcaccttgacggtacctaaccagaaagccacggc480
taactacgtgccagcagccgcggtaatacgtaggtggcaagcgttgtccggaattattgg540
gcgtaaagggctcgcaggcggtttcttaagtctgatgtgaaagcccccggctcaaccggg600
gagggtcattggaaactggggaacttgagtgcagaagaggagagtggaattccacgtgta660
gcggtgaaatgcgtagagatgtggaggaacaccagtggcgaaggcgactctctggtctgt720
aactgacgctgaggagcgaaagcgtggggagcgaacaggattagataccctggtagtcca780
cgccgtaaacgatgagtgctaagtgttagggggtttccgccccttagtgctgcagctaac840
gcattaagcactccgcctggggagtacggtcgcaagactgaaactcaaaggaattgacgg900
gggcccgcacaagcggtggagcatgtggtttaattcgaagcaacgcgaagaaccttacca960
ggtcttgacatcctctgacaatcctagagataggacgtccccttcgggggcagagtgaca1020
ggtggtgcatggttgtcgtcagctcgtgtcgtgagatgttgggttaagtcccgcaacgag1080
cgcaacccttgatcttagttgccagcattcagttgggcactctaaggtgactgccggtga1140
caaaccggaggaaggtggggatgacgtcaaatcatcatgccccttatgacctgggctaca1200
cacgtgctacaatggncagaacaaagggcagcgaaaccgcgaggttaagccaatcccaca1260
aatctgttctcagttcggatcgcagtctgcaactcgactgcgtgaagctggaatcgctag1320
taatcgcggatcagcatgccgcggtgaatacgttcccgggccttgtacacaccgcccgtc1380
acaccacgagagtttgtaacaccc1404
<210>2
<211>19
<212>dna
<213>人工序列(27f)
<400>2
agagttgatcctggctcag19
<210>3
<211>20
<212>dna
<213>人工序列(1492r)
<400>3
cggttaccttgttacgactt20
技术特征:
1.一种井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括步骤:
将井场环保厕所产生的生活废水和人粪便经生物制剂处理后,过滤干燥到含水量为30~55%,得到所述的井场环保厕所降解物;
其中,所述生物制剂为贝莱斯芽孢杆菌b3-4或其菌悬液或其培养液或其发酵产物。
2.根据权利要求1所述的井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述环保厕所为免水冲型环保厕所。
3.根据权利要求1所述的井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述贝莱斯芽孢杆菌为革兰氏阳性菌,有芽孢,菌体为杆状,有运动性,专性需氧。
4.根据权利要求1所述的井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述贝莱斯芽孢杆菌的16srdna序列如seqidno.1所示。
5.根据权利要求1所述的井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述贝莱斯芽孢杆菌在牛肉膏蛋白胨培养基上培养24h后形成的菌落为圆形或不规则形状,48h后菌落为圆形,白色,直径为0.5~1mm,边缘不整齐,扁平湿润。
6.根据权利要求1所述的井场环保厕所降解物的制备方法,其特征在于,所述贝莱斯芽孢杆菌的筛分培养方法包括以下步骤:
采集样品并低温保存,所述样品包括人粪便、畜禽粪便、土壤、水、淤泥以及有机肥;
采用梯度稀释法将所述样品的稀释液涂布在牛肉膏蛋白胨培养基上,15~50℃恒温培养;
待所述培养基长出菌落后,从牛肉膏蛋白胨平板上挑选形态不同的菌落进行划线培养;
随后,挑取一环菌落进行重复划线培养,并结合显微观察,直至获得纯化的菌株。
7.一种井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
将待处理的水基钻井固废混合均匀,按重量比为0.1~0.3%接种具有降解作用的微生物降解菌种充分混均;
加入待处理水基钻井固废量0.5~1%wt的环保厕所降解物并充分混均;
加入待处理固废量0.1~1倍的较细新鲜土壤,混合均匀后堆放;
在处理物表面覆一定厚度新鲜土,其上播撒种植观赏或薪柴植物,形成井场固废—微生物—植物联合降解体系。
8.根据权利要求7所述的井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法,其特征在于,所述方法还包括对井场环保厕所降解物进行无害化处理的步骤:
将井场环保厕所降解物和食用菌菌渣按重量比为1:2~3混合均匀;
加入井场环保厕所降解物10~20%wt的麸皮和0.5~1%wt的有机肥混合均匀;
在55~70℃发酵处理48~72h后,常温堆放28~56天。
9.根据权利要求7所述的井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法,其特征在于,所述处理后的水基钻井固废中cod≤35mg/l、oil含量≤0.8mg/l、cr6+含量≤0.08mg/l和氨氮含量≤1.6mg/l且镉含量≤2mg/kg、铅含量≤530mg/kg。
技术总结
本发明提供了一种井场环保厕所降解物制备方法和处理水基固废的方法,所述井场环保厕所降解物协作生物处理水基钻井固废的方法包括步骤:将待处理的水基钻井固废混合均匀,按重量比为0.1~0.3%接种具有降解作用的微生物降解菌种充分混均;加入待处理水基钻井固废量0.5~1%wt的环保厕所降解物并充分混均;加入待处理固废量0.1~1倍的较细新鲜土壤,混合均匀后堆放;在处理物表面覆一定厚度新鲜土,其上播撒种植观赏或薪柴植物,形成井场固废—微生物—植物联合降解体系。本发明具有能够实现钻井生活固废和钻井水基固废的协同处置与资源化土壤利用,达到双减排并利用的目的,实现固废处置“减量化、无害化、资源化”原则,减少对外转运和处置量及费用等优点。
技术开发人、权利持有人:陈立荣;刘汉军;蒋学彬;张敏;干汉川;曾升泰;王荣;黄敏;舒畅;李辉;李盛林;文炜涛;尹江;杨永红;李绍坤;雷涛;陈雷;陈洪