油性污泥三相分離試驗研究
行業(yè)動態(tài)
油性污泥是石油開采、運輸、煉制及含油污水處理等作業(yè)過程中產(chǎn)生的含油固體廢棄物。具有含水量高，體積大，成分復(fù)雜，處理難度大，有害成分多數(shù)超過排放標(biāo)準(zhǔn)等特點。隨著油田開發(fā)進度的加快和環(huán)保要求的提高，如何處理和利用這些油性污泥成為各大石油石化企業(yè)迫切需要解決的問題。國外主流的油性污泥處理方法一般有：萃取分離法、調(diào)質(zhì)-機械脫水法、熱解吸法、熱脫附法、生物處理法等。目前，在我國多種針對油性污泥處理的工藝中，調(diào)質(zhì)-機械脫水工藝發(fā)展得比較成熟，以帶式壓濾機、離心機為主，帶式壓濾機一般用于處理含油量少的污泥，離心機一般用于處理油泥和浮渣，脫水后污泥的含水率為75%～80%。本研究以某煉油廠的油性污泥為處理對象，以三相離心機為關(guān)鍵設(shè)備，進行油性污泥三相分離工藝系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，并進行試驗研究，確定系統(tǒng)運行參數(shù)，用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。
1 材料與方法
1.1 油性污泥處理系統(tǒng)
油性污泥油-水-廢渣三相分離系統(tǒng)分為絮凝劑配置系統(tǒng)、油性污泥預(yù)處理系統(tǒng)和油性污泥三相分離系統(tǒng)，其中絮凝劑配置系統(tǒng)和油性污泥預(yù)處理系統(tǒng)利用煉油廠現(xiàn)有裝置。
來自絮凝劑配置系統(tǒng)的絮凝劑和來自油性污泥預(yù)處理系統(tǒng)的油泥在攪拌罐中混合、充分反應(yīng)后進入油泥切割機，油泥中的大顆粒被粉碎后，經(jīng)油泥泵增壓，向三相離心機進料。隨即向三相離心機的油泥進口管線中通入飽和蒸汽加熱油泥。同時，開啟絮凝劑泵，將絮凝劑通過引射器注入三相離心機油泥進口管線中，對油泥進行二次絮凝。經(jīng)蒸汽和絮凝劑處理后的油泥進入三相離心機，在螺旋和轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)形成的離心力作用下，分離成油、水、廢渣三相。分離后的油匯入出油管線后送至回收油罐，水自流至污水處理車間，廢渣送至焦化車間進一步處理。待正常運行結(jié)束后，開啟洗滌水管線，對三相離心機進行清洗。
1.2 三相離心機簡介
三相離心機是集固液分離、液液分離為一體的集成化設(shè)備。
油泥從三相離心機的進料口進入螺旋中心的布料腔，在螺旋和轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)形成的離心力作用下，從螺旋側(cè)邊的布料口排出并做離心運動，由于油泥中的固相（廢渣）和液相（油水）密度不同，密度大的固相（廢渣）甩到轉(zhuǎn)鼓壁上，密度小的液相（油水）留在螺旋表面。在螺旋推進葉片的作用下，甩到轉(zhuǎn)鼓壁上的固相（廢渣）向三相離心機螺旋錐形段一側(cè)的排泥口移動。留在螺旋表面的液相（油水）向三相離心機螺旋柱形段一側(cè)流動。由于液相（油水）中不同液體的密度不同，在離心力的作用下，互不相溶的油（輕相）和水（重相）在流動過程中分離。分離出來的油（輕相）位于螺旋內(nèi)表面，沿螺旋軸流向油（輕相）出口，靠偏心泵排出。水（重相）位于螺旋的外表面，沿螺旋壁流向水（重相）出口，靠重力排出。至此三相離心機完成一次固液分離、液液分離過程。
1.3 油性污泥來源
試驗用油性污泥取自中石化某煉廠三廢堆放池，其來源為罐底油泥和系統(tǒng)油泥。罐底油泥為原油罐區(qū)罐底部分的原油與泥沙的混合物，系統(tǒng)油泥為污水處理裝置中污水經(jīng)過平流隔油池、斜板隔油池和調(diào)節(jié)池時，通過重力沉淀到池底的泥沙（含油一部分的重油和一些重金屬）。該煉油廠每年產(chǎn)生油性污泥約4000t，其含水率達97%以上，含油率約5%～30%，粘度大。
1.4 試驗方法
三相離心機的機械參數(shù)（差速、長徑比、功率）和系統(tǒng)參數(shù)（絮凝劑種類、絮凝劑流量、油泥溫度）均可從不同程度上影響脫水效果。在實際工業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)三相離心機型號確定之后，長徑比和功率不變，差速可調(diào)；不同煉油廠的油泥品質(zhì)不同，絮凝劑種類應(yīng)優(yōu)選妥當(dāng)。因此本文分別從差速、絮凝劑流量和油泥溫度3方面進行試驗，觀察其對脫水效果的影響。
（1）通過改變?nèi)嚯x心機的轉(zhuǎn)鼓電機（主電機）和螺旋電機（副電機）的頻率來控制轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差速，以及改變絮凝劑流量、油泥溫度來定性考察其對三相分離效果的影響。
（2）在定性試驗選定運行條件的基礎(chǔ)上，對油性污泥三相分離系統(tǒng)進行定量研究。
2 結(jié)果與討論
2.1 電機頻率對三相分離效果的影響
設(shè)定油性污泥三相分離系統(tǒng)的油泥流量為3.7m3/h，油泥壓力為13KPa，不同主副電機頻率對三相分離效果影響的試驗條件如下：
| 主電機頻率（Hz） | 副電機頻率（Hz） | 絮凝劑流量（m3/h） | 油泥溫度（℃） |
33 | 27 | 0.9 | 55 |
33 | 30 | 0.9 | 55 |
33 | 32 | 0.9 | 55 |
35 | 32 | 0.9 | 55 |
觀察試驗結(jié)果得知，以上幾組試驗得到的泥相品質(zhì)均較好，固態(tài)化程度高。而第2組（主電機33Hz，副電機30Hz）油相、水相得到較為徹底的分離，其它幾組油相中均含較多的水分，二者分離不徹底。
受現(xiàn)場條件所限，此次試驗所選擇的主副電機頻率相差并不是很大，事實上，差速過小則固相物料很難通過螺旋帶出，易造成堵料現(xiàn)象。差速過大則物料帶出速度快，使得固液分離效果大打折扣。結(jié)合試驗現(xiàn)象，當(dāng)主電機頻率為33Hz、副電機頻率為30Hz時，三相離心機可實現(xiàn)較佳差速。
2.2 絮凝劑流量對三相分離效果的影響
絮凝劑可破壞油性污泥中固體介質(zhì)的膠體穩(wěn)定狀態(tài)，使其凝聚，并且凝聚物成團性好。通過向油性污泥中加入一定量的絮凝劑，可實現(xiàn)固液的初步分離，為三相離心機的進一步分離打下良好基礎(chǔ)。該廠所用絮凝劑為聚丙烯酰胺，配置質(zhì)量分數(shù)為0.3%。設(shè)定油性污泥三相分離系統(tǒng)的油泥流量為3.7m3/h，油泥壓力為13KPa，絮凝劑流量對三相分離效果影響的試驗條件如下：
| 絮凝劑流量（m3/h） | 主電機頻率（Hz） | 副電機頻率（Hz） | 油泥溫度（℃） |
0.9 | 33 | 30 | 55 |
0.7 | 33 | 30 | 55 |
0.5 | 33 | 30 | 55 |
觀察試驗結(jié)果得知，當(dāng)絮凝劑流量為0.5m3/h時，泥相出料緩慢，較稀溏。隨著絮凝劑流量的加大，泥相出料從半流動性向固態(tài)化轉(zhuǎn)變。當(dāng)絮凝劑流量為0.9m3/h時，泥相出料的固相性較好。由此可見，絮凝劑的量越多，泥相出料品質(zhì)越好。
從油相和水相的分離結(jié)果可以看出，絮凝劑流量為0.5m3/h時，油水分離效果不好，水相中含有較多的油（故絮凝劑流量小于0.5m3/h的試驗未進行）。而絮凝劑流量為0.9m3/h時，油相中含有大量的水。由此可以看出，絮凝劑的量并非越多越好，在到達一定程度之后，絮凝劑所起到的積極作用已遠遠小于在系統(tǒng)中加入大量水而起到的消極作用。故本試驗確定的較佳絮凝劑流量為0.7m3/h。
2.3 油泥溫度對三相分離效果的影響
在三相分離過程中通入蒸汽，提高油性污泥溫度，不僅可以改善其流動性，而且能促進油性污泥和絮凝劑的反應(yīng)，使絮凝效果更明顯，固液分離更容易進行。設(shè)定油性污泥三相分離系統(tǒng)的油泥流量為3.7m3/h，油泥壓力為13KPa，油泥溫度對三相分離效果影響的試驗條件如下：
| 油泥溫度（℃） | 主電機頻率（Hz） | 副電機頻率（Hz） | 絮凝劑流量（m3/h） |
55 | 33 | 30 | 0.7 |
40 | 33 | 30 | 0.7 |
28 | 33 | 30 | 0.7 |
觀察試驗結(jié)果得知，溫度越高，三相分離的泥相固態(tài)化程度越高，油相和水相的分離效果越好。
受現(xiàn)場試驗條件限制，油泥的溫度只能達到55℃，故取55℃為試驗溫度。
2.4 定量試驗研究
結(jié)合定性試驗結(jié)論以及排水車間的現(xiàn)場條件，設(shè)定三相離心機主電機頻率為33Hz、副電機頻率為30Hz，絮凝劑流量為0.7m3/h，油泥溫度為55℃的條件下進行分離試驗，對分離后的泥相、油相、水相分別取樣，定量三相分離效果。三相分離系統(tǒng)定量試驗結(jié)果如下：
原料含水率（%） | 出泥含水率（%） | 出泥含油率（%） | 出油含水率（%） | 出水含油量（mg/L） |
98.73 | 63.03 | 11.20 | 28.70 | 1927 |
由分析結(jié)果可知，三相離心機對泥相、油相、水相的分離效果良好，達到車間處理標(biāo)準(zhǔn)，為三相廢料的后續(xù)處理打下了良好基礎(chǔ)。
3 結(jié)論
由于不同煉廠產(chǎn)生的油性污泥性質(zhì)各不相同，要使其機械脫水效果好，應(yīng)該根據(jù)具體情況和要求設(shè)計脫水系統(tǒng)，確定其脫水特性、影響因素及運行參數(shù)等。本次試驗中，當(dāng)三相離心機主電機頻率為33Hz、副電機頻率為30Hz，絮凝劑流量為0.7m3/h，油泥溫度為55℃時，系統(tǒng)性能優(yōu)，可基于此指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。
含油污泥的處理工藝多種多樣，各有所長，僅靠單一的處理工藝和技術(shù)很難滿足環(huán)保要求。將各種工藝有機組合，取長補短，是實現(xiàn)含油污泥徹底無害化的發(fā)展方向之一。從目前看，以離心分離技術(shù)為核心，多種預(yù)處理和后續(xù)處理技術(shù)相結(jié)合的工藝比較可行。應(yīng)結(jié)合國內(nèi)實際，在引進和消化關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，逐漸形成滿足我國環(huán)保需要的含油污泥處理新技術(shù)。
