含油污泥處理工藝研究及其發(fā)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
含油污泥是指原油或成品油混入泥土或其他土壤介質(zhì)，油分不能直接回收而可能造成環(huán)境污染的多種形態(tài)的混合物。含油污泥一般是油包水、水包油型浮狀液和懸浮固體組一起成的穩(wěn)定體系，其脫水效果差，處理難度大，并且污泥的成分和物理性質(zhì)會(huì)受污水水質(zhì)、處理工藝、投加藥劑等因素的影響，差異性會(huì)非常顯著。而且含油污泥含有重金屬、多環(huán)芳烴等有害物質(zhì)，而且有時(shí)含有一定的放射性，必須進(jìn)行無害化處理。以新疆油田為例，每年產(chǎn)生的石油泥渣約為2×104t，已堆存的油泥總量達(dá)20×104t，對(duì)石油泥渣的無害化處理工作已迫在眉睫。
1 油田含油污泥的來源
（1）原油開采過程產(chǎn)生的含油污泥。油田聯(lián)合站儲(chǔ)油罐產(chǎn)生的大罐沉降污泥、鉆井及井下作業(yè)產(chǎn)生的含油污泥、污水凈化處理中產(chǎn)生的含油污泥、設(shè)備及管道腐蝕產(chǎn)物和垢物、細(xì)菌（尸體）等，構(gòu)成了油田含油污泥。
（2）油田集輸過程產(chǎn)生含油污泥。這類污泥包括油田轉(zhuǎn)接站罐底泥、隔油池底泥、天然氣凈化和輕烴加工裝置清除出來的油泥、管線穿孔產(chǎn)生的落地原油等。
2 含油污泥的性質(zhì)及危害
2.1 含油污泥的性質(zhì)
含油污泥一般可以分為落地原油和罐底油泥。罐底油泥含油量要顯著高于落地油泥，且二者中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量基本相等，處理時(shí)需要降低油與固體顆粒之間的吸附性能，以此提高油泥的分離效果。從掃描電鏡及殘?jiān)螒B(tài)分析可看出，落地油泥以沙土為主，比重較大，經(jīng)過熱水分散作用容易達(dá)到三相分離的目的。罐底油泥無機(jī)元素含量高，尤其是鐵元素，通過堿水洗滌可以除去油相中的無機(jī)雜質(zhì)。熱洗可以改善油泥的粘稠度以及流動(dòng)性，化學(xué)藥劑可以對(duì)油泥進(jìn)行絮凝破乳，達(dá)到較好的三相分離的目的，因此通過化學(xué)藥劑和機(jī)械的同作用能夠?qū)崿F(xiàn)油泥的分離。
2.2 含油污泥的危害
含油污泥中除含有大量殘留油類外，還含有苯系物、蒽、酚類、芘等有毒物質(zhì)，大量的寄生蟲、病原菌以及Cr（27～80mg/kg）、Cu（32～120mg/kg）、Pb（0.001～0.120mg/kg）等重金屬，以及多氯聯(lián)苯、二英、放射性元素等有毒有害物質(zhì)。含油污泥體積龐大，若不進(jìn)行處理而直接排放，會(huì)占用大量耕地，而且對(duì)周圍的水體、土壤、空氣都會(huì)造成嚴(yán)重污染。這些污染物還能通過食物鏈在動(dòng)植物和人體內(nèi)逐級(jí)富集，造成嚴(yán)重的危害。
3 含油污泥處理工藝
3.1 調(diào)質(zhì)-脫水處理工藝
污水處理過程產(chǎn)生的含油污泥其含水率高，一般可以達(dá)到百分之九十以上，體積龐大，運(yùn)輸非常困難。調(diào)質(zhì)-脫水是預(yù)處理的主要工藝方法，也可以脫水后直接進(jìn)行固化或者填埋處理。調(diào)質(zhì)是通過化學(xué)或物理手段來調(diào)整粒子群的物理性狀及排列狀態(tài)，使之適合不同的脫水操作處理，以此提高機(jī)械脫水的性能。確定污泥的調(diào)質(zhì)-脫水處理工藝流程最重要的是選定合適的在調(diào)質(zhì)用的有機(jī)無機(jī)調(diào)節(jié)劑、有機(jī)絮凝劑種類及用量、選擇脫水機(jī)械的類型及運(yùn)行參數(shù)。研究證明，有機(jī)高分子絮凝劑能夠破壞膠體的穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)含油污泥的脫水性能，使得含油污泥的含水率下降，最多可下降至90%以下。研究和開發(fā)絮凝效果好，適應(yīng)范圍廣，無毒無害的生物絮凝劑，越來越引起各國科研工作者的重視。
周文武曾報(bào)道了通過濃縮-淘洗除鹽-浮選除油-壓濾脫水為主體的油田含油污泥處理工藝流程。此法是先進(jìn)行污泥濃縮，污泥在加藥濃縮4h左右后，含水率可由原來的99.5%降至85%左右。然后，采用逆流淘洗法，即使污泥流向與淘洗水流向方向相反，淘洗水采用清水，污泥和淘洗水的體積比在1：2～1：6之間，一般為1：3。經(jīng)過三級(jí)逆流淘洗，可使污泥的含鹽量降到30mgL以下。經(jīng)過除鹽之后的污泥進(jìn)入浮選除油系統(tǒng)，通過加入合適的浮選藥劑，經(jīng)過充分的攪拌而達(dá)到浮選除油的目的。調(diào)節(jié)好的污泥最后送入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。當(dāng)充氣量為0.12～0.15m3/h；刮泡速度為30次/min；攪拌強(qiáng)度達(dá)到1200r/min；清水：污泥=1：1；抑制劑150mg/L，調(diào)整劑150mg/L，捕收劑130mg/L時(shí)，浮選凈化污泥的濃縮沉降性能很好，經(jīng)8min沉淀，其含水率可降到85%以下。使用CPF型帶式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，出料泥餅的含水降至30.78%，含油0.37%，含鹽0.5%，含泥68.35%，其體積僅為處理前的1/3～1/4，減少了污染，大大方便了運(yùn)輸和堆放。調(diào)質(zhì)處理雖然是一種早期的簡單的處理方法，但是取得了很好的效果。
3.2 高溫處理工藝
高溫處理是在高溫，無氧的條件下對(duì)含油污泥進(jìn)行的處理。含油污泥的高溫處理主要包括高溫?zé)峤夂徒够幚?。國外?duì)污泥熱解技術(shù)的研究較早，但國內(nèi)起步較晚，目前進(jìn)展較快，一般處于室內(nèi)研究階段。含油污泥的熱解可以分為三個(gè)階段：水分揮發(fā)階段、揮發(fā)分揮發(fā)階段以及固定碳燃階段，當(dāng)溫度較低時(shí)，含油污泥進(jìn)行的是水分和揮發(fā)分揮發(fā)；當(dāng)溫度超過固定碳燃盡所需溫度時(shí)，碳元素?fù)]發(fā)，碳骨架結(jié)構(gòu)坍塌，礦物質(zhì)主要是碳酸鈣發(fā)生分解。裂解過程中可投加催化劑，以提高輕質(zhì)油收率，降低熱解溫度。
李金林、莊貴濤等報(bào)道通過采用美國專利含油污泥超熱蒸汽處理技術(shù)，形成了一套處理含油污泥的新工藝，即污泥-重力濃縮罐-離心脫水機(jī)-螺旋輸送機(jī)-超熱蒸汽噴射干化裝置-外運(yùn)摻煤進(jìn)燃煤鍋爐焚燒。含油污泥首先進(jìn)入污泥濃縮罐，通過重力沉降降低含水率，隨后污泥進(jìn)入離心機(jī)離心脫水，最后進(jìn)入超熱蒸汽噴射干化裝置，氣體組分冷凝收集，固體灰分和燃煤混合供鍋爐燃燒。當(dāng)污泥的進(jìn)樣含水率在97%～99%時(shí)，污泥濃縮罐設(shè)計(jì)泥固體負(fù)荷為50kg/（m2/d），污泥濃縮罐出口的污泥含水率可降到96%～98%，污泥的體積減少了一半。在污泥進(jìn)離心機(jī)之前投加絮凝劑，有機(jī)絮凝劑確定為CPA，投加量是100～150mg/L。處理后污泥經(jīng)污泥提升泵進(jìn)入離心機(jī)，在污泥提升泵吸泥口處設(shè)置粉碎切割機(jī)。離心機(jī)設(shè)計(jì)的處理量為20m3/h，出離心機(jī)的泥餅的含水率可以降至75%～80%。在螺旋送料器的作用下，進(jìn)入超熱蒸汽噴射干化室，600℃超高溫蒸汽經(jīng)過特制的噴嘴高速噴出，粉碎污泥。油和水一起被蒸發(fā)出來，粉碎的細(xì)小顆粒連同蒸汽進(jìn)入氣旋室，在旋流的作用下實(shí)現(xiàn)蒸汽和固體顆粒的分離，剩余固體殘?jiān)剩?0%，含油率＜0.1%，且均為不易揮發(fā)的重組分。最后呈粉末狀直接進(jìn)入回收槽，可以直接移入熱電廠煤粉中一起進(jìn)行灼燒處理。
焦化法處理含油污泥是對(duì)重質(zhì)油的深度熱處理，反應(yīng)過程是油泥中烴類物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化過程。很多煉廠20世紀(jì)90年代就開始采用Mobil油泥焦化工藝來處理隔油池污泥。趙東風(fēng)等提出處理流程如下：原料經(jīng)預(yù)處理后除去較大的機(jī)械雜質(zhì)，與一次性催化劑摻和后利用傳輸設(shè)備一并送人預(yù)熱好的焦化反應(yīng)釜，閉釜加熱進(jìn)行反應(yīng)。將反應(yīng)溫度控制在490℃，反應(yīng)時(shí)間控制在60min。焦化反應(yīng)氣經(jīng)過伴熱管線進(jìn)入三相分離器，由循環(huán)水控制三相分離器降溫，三相分離器上部氣相組分送入燃燒系統(tǒng)回收利用；底部含油污水送入污水處理系統(tǒng)，回收油進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，最終取得良好的效果。焦化法處理含油污泥對(duì)污泥的含油量要求不高，但整個(gè)工藝過程復(fù)雜，投資較大。
3.3 萃取處理工藝
萃取法處理含油污泥利用了石油類物質(zhì)在不同兩種互不混溶的溶劑中的溶解度不同的性質(zhì)，使石油類物質(zhì)從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中，然后利用石油烴與有機(jī)溶劑沸點(diǎn)的不同，通過蒸餾的方法，使石油類物質(zhì)與溶劑分開，而溶劑又重新回用于處理系統(tǒng)中，提取出的石油烴得以回收再利用。但是，萃取劑在回收循環(huán)的過程中會(huì)出現(xiàn)部分遺失，使得處理成本偏高。因此開發(fā)出性價(jià)比高的萃取劑就成了此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。并且萃取后泥渣需進(jìn)行進(jìn)一步處置，萃取工藝就必須與其他處理處理方法結(jié)合使用。
李慧敏，張燕萍等報(bào)道了“含油污泥熱洗+助溶劑萃取技術(shù)”，先使含油污泥進(jìn)入油泥混合機(jī)，將塊狀泥塊弄碎，與洗滌劑攪拌混合，同時(shí)進(jìn)行粗料與細(xì)料的分離，粗料（5mm以上砂石，雜物）經(jīng)過粗料洗滌機(jī)洗滌，達(dá)標(biāo)外運(yùn)，細(xì)料打入洗滌槽洗滌后進(jìn)行三相分離。分離出來的油分經(jīng)過油分離槽進(jìn)行油水分離后進(jìn)入儲(chǔ)油槽；分離出來的洗滌液則泵至洗滌液循環(huán)槽循環(huán)使用；污泥則泵至離心機(jī)進(jìn)行離心脫水，經(jīng)檢測(cè)污泥達(dá)標(biāo)則可外運(yùn)，若不達(dá)標(biāo)則進(jìn)入前端洗滌槽內(nèi)循環(huán)，直至達(dá)標(biāo)。含油量為8%-30%的污泥，經(jīng)過該工藝處理，含油污泥中的礦物油含量可降至0.3%以下，達(dá)到GB4284-84《農(nóng)用污泥中污染物控制指標(biāo)》中的控制要求。
3.4 生物處理工藝
含油污泥生物處理技術(shù)是利用微生物對(duì)油泥中的有機(jī)物進(jìn)行消耗降解，在微生物的生長繁殖的過程中，會(huì)將石油類物質(zhì)消耗降解，最終轉(zhuǎn)化為C2O和H2O等無機(jī)物，其優(yōu)點(diǎn)：能耗低，處理成本低，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，綠色環(huán)保；缺點(diǎn)：石油降解用到的微生物的篩選、培養(yǎng)以及工藝設(shè)計(jì)不夠成熟；不能用于處理含油率較高的污泥，且處理周期長。宋紹富等通過對(duì)延長油田含油污泥進(jìn)行微生物堆制處理，經(jīng)過35天，YC-1菌與YC-13菌對(duì)含油污泥的出油率分別達(dá)到43.41%和54.02%。王新新等采用堆肥方法處理含油污泥，評(píng)價(jià)堆肥處理對(duì)含油污泥中石油烴的去除效果，并采用Biolog方法和構(gòu)建16SrRNA基因克隆文庫的方法對(duì)處理過程中微生物碳源利用特征和微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。含油污泥經(jīng)過90d的堆肥處理后，石油烴降解率達(dá)到53.3%±9.5%，明顯高于對(duì)照處理。堆肥處理可顯著促進(jìn)石油烴的降解，是一種處理含油污泥的有效方法。
3.5 調(diào)剖處理工藝
調(diào)剖技術(shù)處理含油污泥是利用含油污泥與地層的良好的伍性，利用化學(xué)方法，加入乳化劑及懸浮劑等，將含油污泥的泥組分、油組分和添加劑等制成含油污泥調(diào)剖劑回注地底，能有效封堵高滲透層注水孔道。從而達(dá)到調(diào)整注水剖面和提高采收率的目的。
調(diào)剖處理工藝?yán)脗魉脱b置將含油污泥傳送至配制罐攪拌，將懸浮劑、稀釋劑和乳化劑加入到罐中，攪拌均勻。然后檢測(cè)泥漿的粘度、密度，達(dá)設(shè)計(jì)要求后，用泥漿泵將含油污泥調(diào)堵劑注入井內(nèi)。劉玉介紹了大慶長垣油田含油污泥深度調(diào)堵技術(shù)，全井調(diào)堵液設(shè)計(jì)用量為4000m3，調(diào)堵半徑40m，停注壓力1115MPa，設(shè)計(jì)調(diào)堵劑分三個(gè)段塞注入：第一階段，污泥調(diào)堵劑的密度為1110～1115g/cm3，馬氏漏斗粘度低于60s，注入量為2800m3；第二階段，污泥調(diào)堵劑的密度為1115～1125g/cm3，馬氏漏斗粘度70s左右，注入量為1000m3；第三階段，污泥調(diào)堵劑的密度為1130g/cm3以上，馬氏漏斗粘度70～90s，注入量為200m3?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)堵試驗(yàn)在2005年8月進(jìn)行，共計(jì)注入油泥漿5200m3，平均日注量為190m3。試驗(yàn)結(jié)果23口試驗(yàn)井平均注入壓力從試驗(yàn)前6164MPa上升到7174MPa，連通油井單井增油218t，含水下降117%，污泥調(diào)堵增油降水效果明顯，注人層剖面得到明顯改善。
4 結(jié)束語
含油污泥的處理工藝很多，每種方法都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)以及使用范圍。我國多數(shù)油田采用的主要方法是將含油污泥調(diào)質(zhì)脫水處理后制成泥餅等簡單的處理措施，但這種方法再很大程度上會(huì)引起環(huán)境污染問題。高溫處理可以實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，但投資比較大，工藝還不是足夠成熟，由于在處理過程中需要添加昂貴的化學(xué)藥劑以及相匹配的處理設(shè)施，處理過程復(fù)雜、成本較高，而且還會(huì)引起廢水、廢渣等二次污染問題，需要進(jìn)一步處理利用。萃取法可以提取出油分，但萃取劑的損失及其所帶來的經(jīng)濟(jì)問題，是制約萃取工藝發(fā)展的一個(gè)重要因素。生物及調(diào)剖處理雖然處理效果好，完全沒有污染，但處理量有限。隨著各項(xiàng)處理技術(shù)的日臻完善，新型廉價(jià)萃取劑以及以石油烴類為唯一碳源、高耐受性的工程菌的研發(fā)是今后研究的重點(diǎn)?；瘜W(xué)一生物、物理一化學(xué)等調(diào)理措施的聯(lián)合將是今后的主要方向研究，同時(shí)由于含油污泥的成分復(fù)雜，及時(shí)分級(jí)、分階段的處理工藝也將是今后含油污泥的無害化處理和資源化發(fā)展方向。
