CA1054268A - Traitement d'assainissement des effluents de forages petroliers - Google Patents

Abstract

Assainissement des effluents des forages pétroliers, effectués en terre, pour permettre le rejet des eaux résiduaires dans la nature. On cultive d'abord des microorganismes sur un volume de l'effluent, afin de les rendre capables de digérer les impuretés de l'effluent. La culture, ainsi obtenue, est ensuite développée dans la masse de l'effluent à traiter jusqu'à l'abaissement de la DBO à la limite exigée. De préférence, ce traitement est suivi d'une floculation par agents chimiques à la manière connue. Ce traitement antipollution permet d'appliquer les réglements en vigueur en tous lieux où sont effectués les forages, quels que soient les fluides auxiliaires employés dans le forage.

Description

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l,'inver~-t;on eo~ccl~nc un procede pOllr rendre ~,~,.on pol-luants les cfr.~u~nt; pro~-cnant des :for~ges pc-troliers.
~ arls ].a rec~lerche d'hydrocalb~lres, par fora~e en terre, on produit de ~randes quantites de boues fluides, qui con-clcnnent aes substances nuisibles à la flore et à la faune; ces effluents doivent donc Btre soumis à un traiternen-t d'axsainissement, avc~lt d'être rejetés dans la nature, en particulier dans les cou~s ou plans d'eau. Les volumes de boues, devant être ainsi traitées, peuvent être de l'ordre de 6 000 à 15 000 m3 par forage, sui.vant la profondeur à atteindre, les condi-tions climatiques et la natu-re des fluides de forage utilisés. Ce sont surtout les produi.-ts chimiques, utili.scs dans les fluides de forage, qui rendent les boues polluantes.
~ a législation en vigueur irnpose des conditions strictes au rejet des liquides de forage dans les milieux naturelsO On exi~e en effet que la température de ce liquide ne dépasse pas 30C que le pH soit compris e-ntre 5,5 et 8,5, les natières en suspensions soient, tout au plus, à la concentration de 30 mg par litre et les hydrocarbures à 5 ng par litre; la de~ande biochirnique en oxygène (DBO) de ces liquides ne doit pas dépasser 40 rog/l et la demande chimique en oxy~ène (~0) 120 mg/].~ Aussi, afin de satisfaire au réglelnent en vigueur, les ef~luents de ~orage sont txaités dans des bassins, appelés "bourbi.exs", par des floculalts, tels que chlorure fe~rique ou sulfate d'alurnine, par de la challx et par un polyelectroly-te orgc~lique. ~a simple acldi~ica-ti.on, ~ui~1ie d'une décantation, pratiquée autrefois, n'est plus suffisante ac-tuellement. ~e trai-tement physico-chirni.que aux floculants, sus-indiqués, pexmet d'élimlner les matières en suspension, d'abaisser convenablernent la dernar.de 33 chimique en o.xygè~ey et corriger la couleur et l'odeur. Ce trai tement est donc utilisé actue]le~ent, ~vec succès, dans de non-breux eas. Cependant, l'expérience a rnontré ~ue les effluents, ~ 054Z~8 ainsi trai-tes, presentetlt encoLe une dc;llande biochin!:ique en o~Jgane t-op ~`or-te et cela surtout lorsque les efflucnts pro-~iennent des fora~es Oil :l'on utilise des fluides à base de li~
O~nosulfonates ou de biopolymères tres appréciés, à l'heure actue].-le, par les techniciens des forages.
L'assainissement des effluents de forage se heurte donc à llinsuffisance des procédés physicochimiques existants, lorsqu'il s'agit de boues présentant une D~0 élevée et,en parti-culier, de celles qui contiennent des lignosulfonates ou des bio-polymères utilisés pour faciliter le forage.
~ a présente invention apporte un perfectionnement au traitement anti-pollution des ef~luents de forages pétroliers.
~lle permet de supprimer la majeure partie de la D~0 des ef:Fluents qui ne peuvent pas atre assainis suffisamment par les traitements physicochimiques connus. Combiné avec un ou plusieurs traite-ments classiques, le nouveau procédé, suivant l'invention, rend possible un assainissement des effluents) qui répond largement aux prescriptions légales.
~ e procédé de l'invention consiste à soumettre l'e ~luent d'un forage pétrolier à action de microorgani3mes obtenus par l'ensemencement d'une portion de cet effluent avec une souche prélevée dans un milieu d'épuration microbiologique des eaux d'égo~t, puis culture aérobie avec apport de seulement ceux des éléments nutritifs qui ne se trou~ent pas dans l'effluent.
hn particulier, lorsqu'il s~agit d'effluents formés par des boues renfermant des adjuvants dont la molécule comporte des atomes de carbone, comme c~est le cas des lignosulfonates ou des polysaccharides connus sous la dénomination de "biopolymères", ~-on fournit à la culture Aes matières nu-tritives azotées et phos-phorées~ ainsi ~ue des oligoél~ments~ à l'exclusion de toute substance carbonée. Ce mod~ de culture est donc tr~s différent de ce qui se fait usuellemen-t, puisque - dans les procédés connus

- 2 --1054~8 la cu]ture dcs souclles voulues est toujo~rs r~alisée avec addi-tion à la fois d'hydrate: de carbone et de cor.3posés azotés. En privant le milieu de tou-te substance carbonée, normalement con-sommable par les ~nicroorganismes, on oblige ceux-c.i à 5 ~ attaquer au~ substances carbonées présen-tes (lignosulfonates en parti~u-lier), plus difficiles à utiliser. Gr~ce à cette particularité
de l'invention on arrive à rendre les bactéries des boues acti-vées dlégoût aptes à dégrader des lignosulfonates, chose inatten-due, puisque ces bactéries sont normalement incapables de le faire.
Ainsi, malgré la composition chimique particulière des boues de ~orage, très différente de celle des eaux d'égo~ts et des effluents de raffineries, il est tout de m~me possible d'obtenir la dégradation biologique de ses matièreæ polluantes, conformément à l'invention, par l'action de microorganislDes, à
condition l'd'élever" les microorganismes particuliers, de façon ~ .
à ce qu'ils deviennent capables d'assumer C9 r~le. ~ -~'invention comprend ainsi également l'obtention de : souches microbiennes, susceptibles de se développer dans les effluents de forage pétxolier et de dégrader les rnatières qui ysont contenues, qui sont la cause d'une forte DB0 de ces effluents.
Suivant un des traits de l'invention, cette préparation des souches consiste à ensemencer l'effluent avec des rni0rO0rgani3-mes prélevés d~ns des bassins de traitement classique, et dl"élever" des générations de ces microorganiso~es, en rnilieu aéré, au~uel sont ajoutés les éléments nutritifs, man~uant dan3 l'effluent, notammen-t des composés de l'azote et du phosphore.
Après le temps nécessaire au développement des microorganismes utiles, temps qui peut être de plusieurs jours, éventuellèment avec des réensemencements su.ccessifs7 le milieu, renfermant les souches ainsi "formées", est a~ou-té au. volume total de l'effluent à traiter. Après plusieurs heures, pen.d~n.t les~uelles on d.isperse ~ .

1054~i8 de l'ail~ ~lans le :Liquide traité, celui-ci presente une D~0 i.n~é~
rieure ~ 40 mg/l, sat.isfaisant aillsi à la réglementati.on en vi-gucur. Bien en-tendu, s'il y a lieu, l'effluent ainsi as~aini est ensuite sou~is à la dec~tation ou/et à un traitemeIlt phy3ico-chimique, avant d'être rejeté dans la nature.
Dans l'application du nouveau procédé au traitement de l'effluent d'un forage donné, on commence par cultiver les micro-organismes appropriés, comme indiqué ci-de.ssus, dans une portion de cet effluent, dont le pH a été ajusté à une valeur de 6 à 8, de préférence voisin de 7, et, d1une façon générale, au pH con-venant le mieux à ces microorganismes utiles. ~e milieu est additionné de substances nu-tritives. Dans le cas le plus cou-rant, où le polluant à dégrader biologiquement est une matière organique, comme c'est le cas des lignosulfonates, biopolymères et adjuvants similaires, utilisés dans les forages, les seules substances nutritives sont des composés azotés et ce~ du phos-phore, accompagnés d'oligoéléments. Ces composés peuvent etre avantageusement pris sous la forme d'engrais renfermant des nitrates, des sels d'ammonium et des phosphates. De préférence, l'azote est fourni à raison de 40 à 60% sous la forme ammonia-cale avec 60 à 40% d~azote nitrique. ~es quan-l;ltés preferées de substances nutritives sont telles qu'environ 5 rng d~azote et 1 mg de phosphore soien-t apportés par li-tre du milieu de culture, pour 100 DB0.
~ a culture est effectuée dans les conditions aérobies.
A partir de la culture ainsi obtenue, on peut isole.r les souches utiles, les mettant par exemple sous une forme lyophilisée, à la manière connue, pour s'en servir chaque fois qu'on est en présen-ce d'un effluent de même nature, ou de nature similaire, conte-~0 nant les m~mes adjuvants de forage.
Ainsi, par e{empleJ peut~on preparer d'avance des sou-ches de microorg~nismes élevés dans des boues r~nfermant de~s ~.oS4'~

ll~nosulfonates ou des biopolylnères; Ce3 souches sont ensuite utiJ.isés pour le traitement des effluen-ts contenant ces substan-ces.
Que les souches u~iles soient préparées d'avance ~
l'état pulvérulent, ou bien 80US la :~orrne d'un volume aqueux de l'effluent lui-m~me, elles sont mélangées avec l'effluent de forage à traiter, après l'ajustement du pH de ce dernier à la valeur la plus propice au développement de ces microorgani.smes.
~es effluents de forage renferment des argiles qu'il est pré~érable d'éliminer, au moins 0n grande partie, avant le ~ ~
traitement biologique. D'autre part - en particulier avec a.es :. :
lignosulfonates - ils sont souvent alcalins; on procède alors à
leur acidification qui a pour effet la précipitation des argiles~
Cette floculation des argiles peut etre réalisée par un pH de l'ordre de 5, réalisable par l'addition d'une quantité convena-ble d'acide sulfurique. Après séparation des argiles, l'effluent est soumis à l'ensemencement et la culture, comme indiqué plus haut. On laisse la souche se développer pendant le temps néces-saire ~ la biodégradation des polluants présents, c'est-~-dire en moyenne 5 à 10 heures. Pendant ce développement, de l'air .:
est continuellement dispersé dans le liquide, par exemple au ~ moyen d'une turbine, et l'on veille à ce que le m.i.lieu contienne ; toujours les matière nutritives nécessa.ires, qui peuvent être du nitrate d'ammonium, du sulfate et phosphate d'ammonium, etc.;
s'il le faut, ces matières sont ajoutées périodiquement au milieu traité.
I.orsque la DBO du milieu a baissé jusqu'à la limite voulue, on arrête l'aération et on laisse décan-ter; l'eau assai-nie, surnageante, est envoyee dans un bassin de traitement physi-oo-chimique, s'il y a lieu, ou bien est rejetée dans la nature~
Les boues restantes, qui contiennent les m.icroorganismes utiles, sont alors complé-tées avec un nouveau volume d'e~fluent a traiter~

~.

.. . .

:, . . .

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prcalabler.!cnt .ral.~c!r~c ;.u pl{ voulu. Une nouvell~ pcriode de déve-loppen1ent est ainsi coMMenc~e, et l'op~ration est répetée pend~nt tout le tcmps où ll y a de l'eftluen-t à assai.lli.r. ~ien en-tendu, p~riodiquement une partie des boues est ~liulinée.
Pour l'adaptation à la biodegradation des matières polluantes, coatenues dans les effluents de forage, on peut pro-céder à l"'éleva~e", ~ la r.,~lière décrite plus haut, des diffé-rentes bactéries et moisissures, coml~.e par exemple des ~lternaria, Aspergillus, Cephalo porium, ~lsari.um, ~richoderma, Pseudomonas, Corynebacterium, ~lavobacteriurn, Micrococus, Mycobacterium, Achromobacter, Chromobacter, ~actériurn; pour les effluents con-tenant des hydrocarbures, les Corynebacterium, ~ocardi.a, Candida, Pseudomonas9 Actinomyces, Aspergillus, Peaicillium glaucum, Monilia, etc., sont particulièrement indi~ués. ~e temps d'adap-tation varie d'ailleurs avec la nature du ou des microorganismes.
~e moyen le plus pratique, cependan-t, consiste ~ prendre en bloc l'ensemble des microorganismes présents dans les boues "activées"
d'une installation d'épuration classique travaillaat sur des eaux d'égouts.
~'invention est illus-trée par les exemples non limita-tifs suivants.
EXEMP~E 1 Préparatioa d'uae culture de microorganismes capable.s de de~rader juvaats des f:l.uides de forage.
Dans un bassin de 200 m3, on introdui-t 100 m3 d'eau propre, 20 m3 de boues activées, issues d'une installation d'épuration voisine, c'est-à-dire des boues qui contiennent un enserr.ble de microorganismes ut.iles à la biodégradation de déchets orgc~ni~ues. D'autre part~ à de l'effluent de forage, contenant des blopolymères ay~lt servi de collo~de protec-tellr (hétéropoly-saccharides du type connu sous la marque de fabrique "KE~7,AN XC") ~-au cours du forage, on ajoute de l'acide sulfurique jusqu'a pH

lOS~
d'enviroll 5. Il ~e p~oduit aJors une floculatioll des ar~iles presentes d~ns l'effll~ent: on en sépare le liquide surnageant par décantation.
80 m3 de ce liquide sont ramenes à pH 6,8 et introduits dans le bassin susmentionne; leur DB0 s'élève à 300 mg 02/litre.
~e mélange est additionné de phosphate d'ammonium, de façon à ce qu'il y ait 15 mg d'azote par litre. A l'aide d'une turbine, on fait disperser de l'air, de façon discontinue, dans le liquide du bassin; la te~pérature est de 21C.
Deux fois par jour, on d~termine la DB0 du liquide prélevé dans le bassin. Après 5 jours, cette grandeur est tombée à 10 mg/l, et un mycelium assez abondant s'est formé dans le liquide. ~'épura-tion a donc été très poussée et les microorganismes, bien adaptés à l'effluent utilisé, se sont développés.
~e contenu du bassin est ainsi prêt à fonctionner comme souche pour le traitement de nouvelles portions d'effluent de forage.
Il est appliqué dans les exemples 3 à 7, donnés plus loin.
~XEMPIæ 2 ~a préparation dlune souche utile de microorganismes est effectuée comme dans l'eXemple 1, mais avec un effluent ren-fermant des ligno-sulfonates. Sa DB0 est de 500 mg/l. L'adapta-tion des microorganismes demande 7 jours; après ce temps, la D~0 du contenu du bassin es-t de 38. ~a culture ainsi obtenue convient à l'assainissement d'effluents chargés en lignosulfona-tes; elle est utilisée dans les exemples 9 à 11.
XEMP~FS_3_à 7 Sur les boues déposées dans le bassin, dans l'exemple 1, on verse 100 m3 d'ef~luent de forage contenant des biopolymères, le pH de ce liquide ayant été préalablement amené à environ 7, après l'acidification à l'acide sulfurique et séparation des argiles, comme décrit dans l'exemple 1. ~e mélange est additionné
de nitrate d'ammonium, à raison de 5 mg d'azote par litre pour 100 7 _ .. . ~ . ~ . .

~054'~

unites de Dl~O.
De l'air est dispersé continuelle~lent dans le liquide, au moyen d~une turbine, pendant 6 heures. On détermine alors la DBO du milieu; lorsqu'elle devient inférieure à 40, on arrête le fonc-tionnement de la turbine et on laisse décanter, ce qui prend, en général, 1 heure. Un volume de l'ordre de 75 m3 de surnageant est alors soutiré, pour être traité physicochimiquement.
Aux boues restantes, on ajoute à nouveau 100 m3 dleffluent et l'on recommence les opérations décrites ci-dessus. On peut ainsi traiter, par jour, 3 fois 100 m3 d'un effluent de DBO
initiale 120, qui est abaissée à la suite du traitement à une valeur de 8, ce qui représente une épuration de 93~0.
~es exemples 4 à 7 sont effectués dans les mêmes conditions, mais :
en partant d'effluents de DBO et DCO variables. Dans chaque cas, on détermine en même temps des D~O initiale et finale, pour les comparer aux DBO.
Dans les exemples 6 et 7, on a également déterminé les teneurs en hydrocarbures avant et après le traitement suivant 1'inven-tion: cela a permis de constater que ce traitement permet d'abais-ser cette teneur au-dessous de la limite permise par les règle-ments. ~e tableau ci-après donne les résultats des e~emples 3 ~ 7.

,: . . :

~,oS4'~8 l~,xernples

3 ~ 5 ~ 7 _ DBO initiale 120 17~ 145 300 220 D~O finale ~ 13 9 10 18 Epuration ~0 9~ 93 94 97 92 .
DCO initiale 218 260 220 244 348 DCO finale 40 20 20 50 100 Epuration % 82 92 91 80 71 Hydrocarbures initiaux - - - 20 6 Hydrocarbures finals - - - 4 2 ~-Epuration % - - - 80 67 On voit que le traitement, suivant l'invention, excellent en ce qui concerne la DBO, est encore très convenable pour l'élimina-tion de la demande chimique en o~ygène et pour l'épuration des hydrocarbures.
~XEMP~E 8 A titre de comparaison, on a soumis au seul traitement physico-chimique, classique, un effluent contenant des biopoly-mères. Pour cela l'effluent fut traité avec 1 m~/l de J!`eCl3, 1,5 mg/l de chaux et l mg/l de polyacrylamide ("NA~CO") en tant que polyélectrol~te organique. ~es résul-tats suivants ont été
enregistrés.
Avant traitement Après ~ at on %
DBO 145 125 1~%
DCO 220 180 18%
On voit que, sans traitement biologique préalable, l'épuration physico-chimique est tout-à-fait insuffisante. Si l'on rapproche ~0 ces chiffres de l'exemple 5 concernant le mê~e effluent, on peut constater la supériorité du traite~ent biologique, suivant l'in-vention, sur le procédé classique.

_ g _ , . . :
:- .

1054'~
r~ s 9 à
Sur trois c:~:tluents différents, contenant des li~osu].
fo~ates, on expérimente l7cpurati.on par le procedc suivant l~in-vention, d'une part, et par la méthode physicochimique, classique, d'~utre part. Pour cela, sur un volu~e de chaque effluent, on effectue le traitemen-t biologique, comme dans les exemples précé-dents (~B) et à un autre volu~ae du même effluent, on applique le traitement connu, physicochimique (~PC), qui consiste à mélanger au liquide du ~eCl3 à raison de 1 mg/l, de la chaux à la concen-tration de 1,5 mg/l, ainsi que 1 mg/l de polyacrylamide "NALC0"(polyélectrolyte organique).
~e tableau ci-après donne les résultats de ces traitements.
Exemple _ 10 11 DB0 de l'eau avant 500 230 145 traitement . .
TB TPC ~B ~PC ~B ~PC
DB0 après traitement 100 200 58 141 29 83 d1épuration 80 60 75 39 ~0 43 _ i Il ressort de ces essais que le procédé suivant l'invention per-met de pousser l'épuration jusqu'~ 80%, en présence de ligno- 20 sulfonates, alor~q qu'il n'est guère possible de dépasser 60%
avec le traitement physicochirnique seul.
3XEMP~S 12 à 15 Dans cette série d'essa.is, portant également sur d~s effluents de forage qui renfermaient des lignosulfonates, on appliquait sur chaque volume ~ traiter d'abord la méthode sui-vant l'invention (~B) et ensuite le traiteinent habituel, physi-cochimi~ue (~PC), qui consistai.t en la floculation avec 1mg/l de sulfate d'alumine7 1 mg/l de Ca(OH)2 et 1 mg/l de même poly-électrolyte organique que p]u.s haut.
Bien entendu, avant le traite~aent biologique~ on a9 comme da-ns les essais precédents, ramené le pX à une valeur volsine de 7 après l'acidifica-tion à l'acide sul~uri~ue.

-. 10 --- . :
.
-5 ~
~e t~blezu sui~ant donne les resulta-ts de ces essais.
xel~ple _ __ _ _ _ 12 _ _ 13 _ 14 ~ 5 Traitel-nent ~B ~'B TB TB TB ~B ¦~B TB
~r~ PC t TPC +~PC ~PC
D~0 avant traitement 405 280 230 145 " après " 113 27 56 17,5 58 8 29 9 Epuration % 72 93 80 94 75 978Q 94 DC0 avan~ traitement 2080 980 1 250 980 DC0 après " 1500 404 1 000 ~80 1 250 480 ~00 300 ~puration ~0 28 81 - 65 0 62 19 69 Matière en suspension avant traitement 685 430 600 400 Matière en suspension après traitement 1140 0 1 110 5 730 o 450 0 Epuration ~O _ 100 - 99 _ 100 100 Hydrocarbures avant .
traitement 12 _ 10 26 Hydrocarbures après traitement 6 3 _ _ 2 0 ~ 12 4 E~r~ i~n ~ 50 75 80 100 54 85 -Il résulte de ces expériences que la succession des deux traite-ments, ~B et ensuite ~PC, conduit a de très bons résultats ~
tous points de vue: tant en ce qui concerne la DB0 que la DC0, les matlères en suspension et les hydrocarbures.
Pour la DB0, c'est le traitement suivant l!invention qui est pri-mordial, car c'est lui, contrairement au ~PC (comparer avec les exemples 9 à 11) qui fait le mieux baisser la demande biochimique en oxygène. Contre la demande chimique, c'est le traitement physicochimique qui est le plus efficace. Il en est de même en ce qui touche les matières en suspension, ce qui est normal, puisque le traitement biologique conduit à la ~ormation dem~ium.
~'élimination des hydrocarbures est en majeure partie assurée par le traitement suivant 1'invention, mais elle est avantageusement complétée par le traiternent physicochimique.
En définitive, ces résultats montrent que la combinaison des deux ~054'~
tr~itcl.;ents cor~3uj. t ;i une excclle:Qt;t~ epuration ~ui ra.mène les effluents bien au--(lessus des normes au-torisées.

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.. . . ,~ . .. . .

Claims (8)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé d'assainissement d'effluents provenant de forages pétroliers, qui comprend les étapes suivantes:
(a) acidification de l'effluent en vue de la pré-cipitation des argiles présentes ;
(b) séparation des argiles précipitées ;
(c) neutralisation du liquide séparé des argiles ;
(d) addition au liquide d'une culture bactérienne obtenue de manière aérobie dans un milieu aqueux, contenant des lignosulfonates ou/et des biopolymères, et des matières nutritives seulement phosphorées et azotées, à l'exclusion de matières carbonées;
(e) maintien du liquide additionné de ladite culture bactérienne et d'une matière nutritive azotée et phosphorée, dans des conditions aérobies, jusqu'à ce que les bactéries présentes prolifèrent substantiellement et que la "demande biochimique en oxygène" du liquide baisse au-dessous d'une limite voulue ;
(f) séparation du liquide en vue de son rejet, et la récupération d'une partie du mycélium bactérien restant.

2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le liquide final, séparé, est soumis à la floculation par l'action de réactifs chimiques, après quoi le précipité formé est séparé
du liquide et celui-ci est rejeté dans la nature.

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel on laisse la prolifération bactérienne (e) se poursuivre jusqu'à
ce que la demande biochimique en oxygène du liquide ne dépasse pas 40 mg/1.

4 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel on laisse la prolifération bactérienne (e) se poursuivre pendant 5 à 10 heures à la température ordinaire.

5. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 dans lequel l'acidification (a) est effectuée de façon à amener le pH de l'effluent à environ 5, le pH après la neutralisation (c) étant d'environ 6 à 8.

6. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la quantité des matières nutritives, ajoutées au liquide de culture, contient environ 5 mg d'azote et 1 mg de phosphore par litre par 100 mg/1 de demande biochimique en oxygène.

7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel 40 à 60% de l'azote est sous la forme nitrique et 60 à 40% sous la forme ammoniacale.

8. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 dans lequel le liquide final (f) séparé du mycélium, est traité par un sel ferrique ou par un sel d'aluminium et par de la chaux, de façon à abaisser la demande biochimique en oxygène de ce liquide au dessous de 20 mg/1.