页岩气是一种产自极低孔隙、从富有机质暗色页岩地层系统中开采出来的非常规天然气,具有清洁、高效、储量丰富的特点。自2010年以来,我国大力发展页岩气的勘探开发工作,已探明页岩气可开采储量居全球第一,页岩气产量排全球第三。与此同时,页岩气开采也带来了一系列钻井废弃物的治理难题。为满足开采的技术需要,不同的钻井液被广泛应用于页岩气的开采过程,包括水基钻井液、油基钻井液等。油基钻井液的大规模使用,产生了大量的油基钻井泥浆和含油钻屑。常规处理技术常采用焚烧、热解、固化填埋等手段,但这些方法仍具有局限性。为此,从钻井废弃物减量化、资源化和无害化处理的角度出发,本研究拟采取微生物处理技术对页岩气开采产生的含油钻屑进行降解处理。本研究选取西南某页岩气田产生的钻井岩屑(水基钻屑和含油钻屑)对其进行理化性质及成分的测定,衡量其受污染程度。以含油钻屑中提取的原油筛选具有降解能力的功能菌;对筛选出的降解菌进行生理生化和分子学鉴定;并以单一环境因素为变量研究降解功能菌的降解性能和最佳降解条件;在最适降解条件下,利用筛选的降解功能菌处理含油钻屑,验证其降解性能;通过添加生物质材料强化降解功能菌对含油钻屑的降解,最终进行现场小试,考察该技术手段的可行性。本研究取得如下结果:(1)该页岩气田产生的水基钻屑经压滤后呈灰褐色泥饼状,含油钻屑经过热解技术预处理后呈黑色,散发浓重油泥味。经测定,水基钻屑pH为8.47,含水率4.12%,有机质含量3.21%,含油量为2680 mg/kg;含油钻屑pH为7.94,偏碱性,含水率6.69%,有机质含量5.74%,含油量为13879 mg/kg。按照《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》,水基钻屑含油量超过一类用地环境筛选值2.24倍;含油钻屑作为危险废物其含油量超过建设用地风险管控值二类标准2倍,需进行严格把控并提出一定的修复治理措施。(2)从含油钻屑中最终筛选出3株降解功能菌,命名为ZX-2,ZX-3和ZX-5。3种菌均为革兰氏阴性菌,通过观察菌落形态、生理生化鉴定和16S rDNA鉴定,ZX-2和ZX-3均属铜绿假单胞菌属(Pseudomonas aeruginosa),ZX-5属粪产碱菌属(Alcaligenes faecalis)。(3)筛选的3株降解功能菌在降解原油实验中,在接种量为10%,pH范围在7~8之间,盐浓度为0.5%的条件下能够最大程度降解原油。通过提供高浓度盐环境,考察3株降解菌对盐的耐受性,当盐浓度大于7%时降解菌基本无法存活,在3%盐浓度条件下还能保证一定活性,基本可以满足对钻井岩屑高盐浓度的耐受要求。单一菌株在最适条件下对含油钻屑进行降解,降解效果不佳,ZX-2、ZX-3、ZX-5的降解率分别为:24.8%、37.61%和34.58%。将3株降解功能菌进行等量复配,在适宜降解条件下,经15 d处理,含油钻屑降解率达52.1%。(4)为强化微生物对含油钻屑的降解能力,在进行含油钻屑降解时通过添加10%质量比的牛粪有机肥或腐熟污泥强化修复过程;将室内试验放大,进行现场小试实验,经过126天处理,添加牛粪有机肥和腐熟污泥的两组实验,石油类降解率分别为64.5%和64.8%。通过GC-MS检测添加了牛粪有机肥的实验组在降解前后有机成分的变化,一定程度上说明微生物利用了钻屑中一部分直链烷烃及芳香烃等有机物,该法可以有效降低含油钻屑中石油类物质的含量。