摘要：为了解决目前废弃泥浆固化处理后占用大量土地资源且存在着环境污染隐患的实际问题，开展了钻井废弃泥浆土地资源化的研究。根据钻井废弃泥浆的特点和土壤环境质量标准(GB 15618—1995)的要求，将废弃泥浆中的污染物进行固定化处理，使其不向水环境转移；然后将处理后的泥浆与经过选定的富含微生物的土壤混合，泥浆中污染物降解后余下的固相成分(膨润土等)转化为土壤资源。对固定污染物药剂的用量、泥浆与土壤混合比例等条件进行了实验，并进行了大豆发芽实验。实验结果表明：泥浆中固定污染物药剂加量在20g/L以上时，可以有效固定其中的污染物，其浸出液中COD和SS浓度能达到GB 8978—1996中的一级标准，固相物可以达到土壤环境质量一级标准；处理后的泥浆与土壤比例等达到1:2时，对大豆发芽率没有明显不利影响。结论认为：通过该方法将钻井废弃泥浆转化为土壤资源是可行的，开发了一种废弃泥浆处理的新方法。
关键词：废弃泥浆；钻井；环境质量；土壤；固体废物
我国油气田每年钻井产生的废弃泥浆近100×104m3，约一半直接流失到周围环境中，对环境造成了很大的危害。钻井废弃泥浆具有点多、面广、污染物种类多的特点。其主要污染物是聚合物类、磺化物类、稀释剂、润滑剂等，具有黏度高、有机物(COD)浓度高、固相物含量高、色度高等特点。由于钻井过程中所用的泥浆材料不同，完钻后产生的钻井废弃泥浆性能也有较大差异。对于废弃钻井泥浆的处理目前尚无统一的标准和方法。
国外对于钻井废弃泥浆的处理主要采用固液分离后再处理的方案。目前，国外主要开发固结性好，又具有一定肥效的固化剂，使固化后的泥浆污染物不易流失，将固化产物分散到土壤中，利用土壤中微生物降解泥浆中的污染物后可进行耕植。国内对废弃钻井液的处理研究较多，主要有固化法、化学氧化法、固液分离及生物处理法等[1～5]，固化是目前国内处理废弃泥浆的主要方法，固化处理一般是向钻井废弃泥浆加入固化剂，使钻井废弃泥浆转化成固相，然后填埋，从而减轻对环境的污染和危害，但也存在一定的环境污染隐患和政策风险。本研究根据钻井废弃泥浆的特点，开发出相应的废弃泥浆污染物固定剂，对泥浆中的污染物进行固定，然后与选择的土壤混合，利用土壤中的微生物降解泥浆中的污染物后，将固相成分转化为土壤资源，从而有效消除废弃钻井泥浆对环境的污染，减少固化占用的土地资源，为解决废弃泥浆的污染寻找到了新的途径。
1 材料与实验方法
1.1 主要试剂
① 泥浆污染物固定剂PJNJ-3(自制，固体)；②PAM(非离子型，分子量1.0×107，工业品)。
1.2 药品配置
PAM配制为浓度1.0%的溶液；污染物固定剂PJNJ-3直接称量。
1.3 主要分析方法
1) 土壤及泥浆固相浸出液浸出方法：按HJ 557—2010。
2) COD分析方法：按GB 11914—89。
3) 色度分析方法：按GB 11903—89。
2 实验过程与结果
2.1 废弃泥浆来源及特性
随着井深的增加，钻井泥浆密度随之增大，所用泥浆材料的种类和数量也在增加，对完井后泥浆的处理难度也在增加。因此，本研究中取某油气田密度较大的深井泥浆作为实验对象，泥浆中主要污染物分析结果见表1。分析过程中，pH值直接测量，COD稀释50倍后进行测量，其余指标按方法标准进行分析。
由表1看出，该泥浆能满足土壤环境质量(GB 15618—1998)一级标准的要求，但不能满足污水综合排放标准(GB 8978—1996)一级标准的要求。泥浆中COD、色度、总Cr和Pb都超过了GB 8978—1996一级标准的规定值，如果排放到环境中，会对环境产生较大的污染。因此，进行土壤化转化过程中需要对污染物进行处理。
2.2 废弃泥浆土壤化技术路线
钻井废弃泥浆中虽然含有较多污染物质，但这些物质在土壤中容易被解降[6]。因此，只要其不向土壤环境中转移，就能被其中的微生物降解。根据泥浆中主要污染物磺化物、腐植酸盐、CMC等化学特性，研究出能与其产生化学反应并生成难溶于水的沉淀物和易与其中高分子PAM吸附的络合物，这样在与土壤混合后置放于自然环境，其中的污染物就不会被水溶解后转移到环境中，避免对环境产生污染。在对有关资料[7～8]分析的基础上，经过研究和实验，开发出了钻井废弃泥浆污染物固定剂PJNJ-3，以其作为关键药剂对废弃泥浆进行处理，处理后泥浆中的污染物的水溶性大幅度降低，然后与选定的富含微生物的土壤混合，经过土壤中微生物降解一段时间后进行种植。实验设计的工艺过程如图1。
2.3 固定剂PJNJ-3加量对处理效果的影响
取一定量的钻井废弃泥浆，加入污染物固定剂PJNJ-3，使其浓度分别为4g/L、6g/L、8g/L、10g/L、12g/L，搅拌(80r/min)3min，再加入分子量为1.0×107、浓度为0.5%的阳离子PAM溶液，使其在钻井废弃泥浆中浓度达到100mg/L，再以20r/min速度搅拌2min，静置1h，去掉上层液体，取下部固相物按HJ 557—2010标准制备浸出液，然后对浸出液中污染物的浓度进行测定，多次实验的平均结果见表2。
表2数据表明：随着固定剂PJNJ-3的加入，废弃泥浆分离出的固相物浸出液中主要污染物COD和色度在降低，总Cr和Pb的浓度略有增加，但不明显，当加量达到20g/L以上时，浸出液中各项污染物指标均能满足污水综合排放一级标准要求。
同时，取固相物进行分析，由于此时固相物较干，不能直接测量pH值和色度，且土壤环境质量中未对此2个指标作要求。因此，未对此2项进行分析，其他各项指标分析结果见表3。
从表3可以看出：经固定化处理后，固相中污染物浓度有所增加，但都能满足土壤环境质量一级标准的要求。污染物浓度增加的主要原因，一是泥浆中污染物固定后从上层液相中带走的量较少；二是浓度计量是按干重进行的。
综合表2和表3中的数据，污染物固定剂PJNJ-3加量选用20～22g/L，能保证处理后的泥浆固相物满足土壤环境质量一级标准，且其浸出液符合污水综合排放一级标准。以下实验中选用的加量为22g/L。
2.4 混合土壤样中发芽实验
选定对泥浆中主要污染物有较好吸附固定能力的黏壤土[9]与经处理后的废弃泥浆固相进行混合，由于处理后的废弃泥浆固相物已经满足土壤环境质量一级标准，因此，不再对混合样进行污染组成测定。在不同混合比例的土壤样中，进行大豆发芽实验，以观察废弃泥浆对大豆发芽的影响。
实验采用盆栽方法，将直径30cm的塑料盆底部打一个小孔用于排水，铺约5cm厚的卵石，卵石上再铺厚度约10cm土样，将100粒大豆均匀撒于土层上，然后再覆盖约2cm土样，轻轻均匀浇水。观察大豆第一芽发芽时间和7d时的出芽情况，实验结果见表4。
从表4可以看出：废弃泥浆处理后的固相物对大豆发芽有着明显的不利影响，可能主要是其中有较高浓度的Cl-所致；随着掺入土壤量的增加，大豆发芽率明显提高，当土壤量增大到泥浆固相物的2倍以后，大豆发芽基本没有影响。说明只要掺入量合适，废弃泥浆固相物是可以用作土壤的。
2.5 讨论
本研究提出了废弃泥浆中的固相物用作土壤资源的思路，参照土壤环境质量标准和污水综合排放标准进行了实验，下一步需要对泥浆固相物和黏壤土掺和后的新土壤的特性及其对植物生长的影响进行系统研究，并结合现场情况开展具体应用条件和工艺研究，以保证成果能在钻井废弃泥浆处理中得到有效应用。
3 结论
1) PJNJ-3加量在20～22g/L时，能有效地固定废弃泥浆中的污染物，浸出液中COD和SS浓度能达到GB 8978—1996一级标准。
2) 废弃泥浆中固相物能满足土壤环境质量一级标准(GB 15618—1995)的要求。
3) 处理后的泥浆与土壤比例等达到1:2时，对大豆发芽率没有明显不利影响。
4) 通过本方法将钻井废弃泥浆转化为土壤资源是可行的。
参考文献
[1] 兰霜，王兵，蒋万义.钻井废液的O3/H2O2深度氧化处理研究[J].环境科学与技术，2009(4)：163-165.
[2] 曾玉彬，黄锋，刘世海，等.钻井废弃物的生物处理技术研究进展[J].精细石油化工进展，2008(2)：42-45.
[3] 李莉，张永丽，刘慧，等.钻井废液同化治理技术在四川油气田的应用[J].天然气工业，2008，28(2)：142-144.
[4] 吕方，向兴金，舒福昌.废弃水基聚合物钻井液物化处理试验研究[J].长江大学学报：自然科学版理工卷，2007(2)：238-240.
[5] 邓皓，刘光全，马文臣，等.钻井废液废水处理一体化设备的研究及应用[J].油气田环境保护，2003(4)：25-27.
[6] 雷估明，杜同勇，李志平.用土壤处理钻井废水的研究[J].石油与天然气化工，2007(4)：341-343.
[7] 黄振东.废弃钻井液脱稳处理技术中破胶剂的研究[J].湖南农机，2009(5)：22-24.
[8] 张红岩，吕荣湖，郭绍辉.混凝-臭氧氧化法处理三磺泥浆体系钻井废水[J].过程工程学报，2007(4)：718-722.
[9] 杜国勇，雷估明.土壤对钻井废水巾有机污染物吸附作用研究[J].油气田环境保护，2009(1)：17-19.
(本文作者：杜国勇 西南石油大学化学化工学院)
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