油田含油污泥調(diào)質(zhì)—機(jī)械脫水技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
行業(yè)動(dòng)態(tài)
從20世紀(jì)70年代初期開始，美國(guó)、日本、俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家就開展了對(duì)含油污泥處理處置技術(shù)的研究，在對(duì)含油污泥組成、結(jié)構(gòu)及特性研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了多種有效的含油污泥處理工藝，從單一處理工藝到聯(lián)合處理工藝，處理工藝逐步復(fù)雜，處理效果日漸改善。我國(guó)對(duì)含油污泥處理處置技術(shù)的研究是從20世紀(jì)80年代末開始的，與國(guó)外相比起步較晚，目前我國(guó)相關(guān)技術(shù)的研究以及工程應(yīng)用水平還有不小的差距，大部分工作依然停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚不能滿足含油污泥污染控制的實(shí)際需要。
目前，國(guó)內(nèi)外處理油田含油污泥的方法多種多樣，一般有調(diào)質(zhì)-脫水法、萃取法、固化法、干化焚燒、化學(xué)熱洗、熱解析、熱解、低溫冷處理法、生物處理法、微波處理法、超聲波處理法、調(diào)剖法等。每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，但是欲對(duì)其進(jìn)行處理處置和資源化利用，降低其含水率是必不可少的工序，此舉可大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)及后處理費(fèi)用。
由于油田含油污泥過(guò)濾比阻大，過(guò)濾脫水性能差，油、水、泥渣的分離比較困難，根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程運(yùn)行情況所得出的結(jié)論看，僅僅依靠先進(jìn)設(shè)備不足以使含油污泥達(dá)到理想的脫水效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中，將物理離心分離與化學(xué)藥劑處理相結(jié)合的調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水工藝，以其較高的油類回收效果（回收率≥90%）得到了國(guó)內(nèi)外的青睞。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于實(shí)際處理工程，處理效果也較好。
1 調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水機(jī)理
經(jīng)重力沉降脫水后的黑色粘稠含油污泥濃縮液屬于多相的膠體體系，污泥顆粒表面吸附同種電荷，相互之間排斥，并且充分乳化，極難脫穩(wěn)，故油、水和污泥顆粒3者難以分離。因此污泥脫水前必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)，即通過(guò)一定手段使高度分散的污泥顆粒、油珠或乳化油間進(jìn)行電中和、網(wǎng)聯(lián)架橋，進(jìn)而造成粘度大的吸附油解吸或破乳，使油類物質(zhì)從污泥顆粒表面分離并匯集。同時(shí)污泥顆粒間的界面性狀和排列狀態(tài)得以調(diào)整，并凝聚成大顆粒或大塊凝聚體而與調(diào)質(zhì)藥劑一同沉降，從而實(shí)現(xiàn)油、水、固三相的完全分離。
污泥調(diào)質(zhì)方法主要有物理法和化學(xué)法，物理法采用投加助劑或加熱等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的改性，而化學(xué)法在大多數(shù)情況下是投加藥劑。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用投加絮凝劑等藥劑的方法對(duì)含油污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，投加藥劑后，其比阻降低，脫水性能改善。然而，過(guò)量投加反而會(huì)使污泥比阻升高，水分更加難以去除，因此投加量應(yīng)嚴(yán)格控制。
其中，絮凝劑為主要的一種藥劑之一，主要包括無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑。前者主要有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等；后一類絮凝劑主要有高聚合度的非離子、陽(yáng)離子、陰離子聚丙烯酰胺等長(zhǎng)鏈大分子。根據(jù)國(guó)內(nèi)外專家的研究結(jié)果，普遍認(rèn)為高分子無(wú)機(jī)絮凝劑中以聚合氯化鋁的效果佳，而高分子有機(jī)絮凝劑中陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺優(yōu)于非離子型聚丙烯酰胺，這主要是由于其具有正電荷中和與吸附架橋的雙重作用。
2 研究現(xiàn)狀
2.1 調(diào)質(zhì)藥劑的選擇
對(duì)于一般污泥，僅僅采用投加絮凝劑的化學(xué)調(diào)節(jié)法就能使其中的懸浮微粒凝聚并順利脫水，但鑒于含油污泥具有含油量高、乳化程度大等特點(diǎn)，因此其脫水的關(guān)鍵是通過(guò)解吸和破乳來(lái)降低含油污泥中油的含量，同時(shí)為了防止由于粘度高，過(guò)濾比阻大而堵塞濾料，除投加絮凝劑外，還必須投加破乳劑、表面活性劑、電解質(zhì)、pH值調(diào)節(jié)劑等藥劑，并輔以加熱等強(qiáng)化手段，以改善污泥的脫水性能，促使三相分離，藥劑種類均應(yīng)在明確含油污泥的性質(zhì)、脫水機(jī)械的性能和濾餅的后續(xù)處理方法等因素上進(jìn)行選擇。
Bruno Sander研究認(rèn)為，采用先投加飛灰、煤粉等固體粉末調(diào)節(jié)劑并混合均勻，再投加有機(jī)絮凝劑的調(diào)質(zhì)方式更能順利實(shí)現(xiàn)含油污泥的脫水處理。這是由于用飛灰、石灰和硅藻土等微細(xì)粉末作為調(diào)節(jié)劑，可使易變形的含油污泥粒子形成有剛性的污泥骨架，使泥餅呈毛細(xì)結(jié)構(gòu)，從而提供更多的微細(xì)水流通道。同時(shí)這些固體粉末調(diào)節(jié)劑還能增加污泥粒子和水相的密度差，有利于機(jī)械脫水。因此，目前多數(shù)企業(yè)和單位在機(jī)械脫水前使用陽(yáng)離子有機(jī)絮凝劑或有機(jī)絮凝劑和石灰聯(lián)用，淘汰了以往使用的單一無(wú)機(jī)絮凝劑。為了減少固體粉末調(diào)節(jié)劑的投加量，F(xiàn)luch HW等人還提出了將濾餅部分回流到含油污泥調(diào)節(jié)段的工藝。
此外，Aldo Corti、Jan Bock、Sanjay R Srivatsa等人還分別通過(guò)投加表面活性劑、稀釋劑（葵烷等）、電解質(zhì)（NaCl溶液）或破乳劑（陰離子或非離子）、潤(rùn)濕劑、pH值調(diào)節(jié)劑等，并輔以加熱減粘（50℃以上）等調(diào)質(zhì)手段，實(shí)現(xiàn)了油、水、固三相的分離，并分別申請(qǐng)為專利技術(shù)。
國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)含油污泥調(diào)質(zhì)藥劑種類、投加量以及工藝參數(shù)等相關(guān)問(wèn)題開展了一系列的研究。
王毓敏等人研究了生物絮凝劑應(yīng)用于調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水處理的技術(shù)可行性，發(fā)現(xiàn)除向含油浮渣內(nèi)加入絮凝劑CPAM-2之外，再混入等體積的剩余活性污泥可以顯著改善離心脫水效果。這主要是由于活性污泥含有可以分泌具有天然高分子物質(zhì)的大量微生物，而分泌的這些物質(zhì)具有絮凝作用，因此將剩余活性污泥作為生物絮凝劑來(lái)調(diào)理含油浮渣，可以減少常規(guī)化學(xué)絮凝劑的添加量達(dá)90%左右。
張?chǎng)巍钪緞偟热瞬捎谜{(diào)質(zhì)-抽濾分離方法對(duì)某煉油廠污泥處理過(guò)程產(chǎn)生的含油污泥進(jìn)行處理，考察了添加劑對(duì)含油污泥調(diào)質(zhì)的影響，并得出了可以達(dá)到較好處理效果的工藝參數(shù)，即污泥的pH值7.0-8.0、溫度40-50℃、聚合氯化鋁投加量200mg/L、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺投加量2.0mg/L、攪拌30min，此時(shí)含油污泥的出水率可達(dá)到40%。
賈茂郎和賈忠軍于1991年申請(qǐng)了“油泥分離方法及設(shè)備”專利，該工藝設(shè)備占地小，能耗低，不產(chǎn)生二次污染。包括油-水-固體污泥顆粒體系的聚結(jié)、聚沉物理化學(xué)分離技術(shù)以及油的物理凈化過(guò)程，其工藝流程為：首先將油泥分散到含絮凝劑和無(wú)機(jī)鹽的凈化水溶液中，在加熱攪拌條件下實(shí)現(xiàn)油和泥的初級(jí)分離，然后采用離心過(guò)濾分離方法對(duì)初級(jí)分離獲得的原油加以凈化，其具體操作是采用含明礬、食鹽的凈化水溶液（其中明礬濃度0.2%-0.5%，食鹽濃度0.7-1.0%），與油泥按1：（2-3）的比例并在加熱（70-90℃）及弱酸性（pH值為4-5）的條件下，進(jìn)行混合操作10-15min使油泥分散和初級(jí)分離，再使初級(jí)分離的原油進(jìn)入帶細(xì)濾網(wǎng)（150-160目）的離心分離設(shè)備，分離凈化出的原油中的水含量和雜質(zhì)含量可分別下降至0.5%和1%以下。
此外，在調(diào)質(zhì)效果影響因素方面，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了一定的考察，余蘭蘭等人以大慶油田含油污泥為研究對(duì)象，通過(guò)加入破乳劑和絮凝劑對(duì)含油污泥進(jìn)行綜合調(diào)質(zhì)，并分析探討了固液比、破乳劑種類及投加量、溫度、調(diào)質(zhì)用絮凝劑的種類及投加量、離心條件等因素對(duì)含油污泥調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離效果的影響。
朱義朝也對(duì)溫度、pH值和攪拌時(shí)間等影響因素開展了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，以PR-A復(fù)合藥劑為調(diào)質(zhì)劑，在溫度為70-80℃、pH值為4.0-5.0、攪拌時(shí)間為30min的條件下，經(jīng)55KPa（絕壓）抽濾后，含油污泥濾餅含水率可下降到70.3%，處理效果好。
2.2 脫水方式的選擇
調(diào)質(zhì)并經(jīng)重力沉降脫水后的濃縮污泥含水率通常小于96%，根據(jù)工藝的需要可進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械脫水，常用的方法有帶式壓濾、板框壓濾、螺旋壓榨、真空過(guò)濾和離心脫水等，相應(yīng)脫水裝置的工作原理均是在過(guò)濾介質(zhì)兩面產(chǎn)生壓差，截留固體顆粒，而使水分通過(guò)，進(jìn)而達(dá)到脫水的目的。
離心脫水是目前含油污泥調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水工藝中經(jīng)常采用的方法，更以臥螺沉降式離心機(jī)應(yīng)用較為普遍，此類離心機(jī)處理效率高，調(diào)質(zhì)藥劑消耗少，并且因其設(shè)備緊湊，故占地較少，適于處理其他工業(yè)領(lǐng)域中含油比較高的污泥。近年來(lái)，F(xiàn)lotting等公司還開發(fā)出了集污泥濃縮、油水分離于一體的三相離心機(jī)，此離心機(jī)具有可調(diào)葉輪，并能根據(jù)不同的水油密度差進(jìn)行調(diào)節(jié)，已在德國(guó)OMW煉油廠和武漢鋼鐵公司能源總廠得到了實(shí)際應(yīng)用。
3 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，出現(xiàn)了一批以含油污泥調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)作為研發(fā)內(nèi)容和主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)，例如加拿大MG工程公司等，還有一些企業(yè)為了改善含油污泥處理效果，更是研發(fā)出了以調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水工藝為主的聯(lián)合處理工藝，比如荷蘭Gforce Consulting Engineers BV公司的調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水加生物處理的聯(lián)合工藝以及德國(guó)HILLER公司采用的調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水加電化學(xué)處理的聯(lián)合工藝等。目前，調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)作為一種處理效果良好的含油污泥處理方法，已在歐美各地的油田或煉油廠實(shí)現(xiàn)了廣泛的工程應(yīng)用，如處理量為60m3/h的德國(guó)OMW煉油廠含油污泥處理工程等。
在國(guó)內(nèi)，調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)也得到了較快的研究和發(fā)展，但我國(guó)開展含油污泥處理處置研究的大部分是煉油廠或石化廠等石油石化企業(yè)，而專業(yè)從事或涉及該技術(shù)的企業(yè)并不多，僅有華油惠博普科技股份有限公司等少數(shù)企業(yè)。在工程應(yīng)用方面，從國(guó)內(nèi)運(yùn)行的含油污泥處理處置項(xiàng)目來(lái)看，調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)同樣得到了廣泛采用。目前，煉油廠含油污泥調(diào)制系統(tǒng)中常采用的絮凝劑有高分子無(wú)機(jī)絮凝劑和高聚合度的有機(jī)絮凝劑。脫水設(shè)備以帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)較為常見，其中帶式壓濾機(jī)一般用于處理含油率較少的污泥，而可以連續(xù)操作的離心過(guò)濾機(jī)一般用于油泥和浮渣處理，并在使用中取得較好的脫水效果?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)較成功的調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)實(shí)用案例主要有大慶油田采油四廠杏北油田含油污泥處理工程（處理量10t/h），大慶油田采油一廠北一區(qū)油田含油污泥處理站工程（處理量15m3/h）和東江環(huán)保（江門）工業(yè)廢物處理建設(shè)項(xiàng)目（處理量19.85萬(wàn)t/a，其中廢礦物油1.7萬(wàn)t/a）等。
4 發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國(guó)大多數(shù)油田進(jìn)入中后期開采階段，采出的原油中含水率也越來(lái)越高，含油污泥中含水量也會(huì)相應(yīng)增加。同時(shí)，為了提高原油開采率，聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)等技術(shù)在油田開采中得到了大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)致油田含油污泥中聚合物的種類和含量不斷增加，并與無(wú)機(jī)固體顆粒之間形成更加穩(wěn)固的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，使油類乳化程度更加徹底，進(jìn)一步增加了含油污泥的脫水難度，由此可見，調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)的市場(chǎng)需求將不斷提高。加之國(guó)內(nèi)油田和石化行業(yè)對(duì)含油污泥處理處置的客觀需要，以及社會(huì)各界對(duì)污泥污染治理的主觀意愿，均為調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)的深度發(fā)展提供了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，今后調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)的研究著眼點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：
4.1 確定藥劑種類及工藝參數(shù)
由于不同地區(qū)含油污泥成分也不同，因此該技術(shù)的研究重點(diǎn)在于通過(guò)各種測(cè)試化驗(yàn)手段充分了解各種含油污泥的特性，針對(duì)其各自的特性研發(fā)相應(yīng)的調(diào)質(zhì)技術(shù)，篩選合適的絮凝劑、破乳劑、表面活性劑等調(diào)質(zhì)藥劑，并確定其用量等工藝參數(shù)。
4.2 大力推進(jìn)該技術(shù)的低成本化和高效化
為了促進(jìn)調(diào)質(zhì)-脫水技術(shù)的推廣應(yīng)用，需要不斷降低其設(shè)備投入和運(yùn)行成本，推進(jìn)調(diào)質(zhì)-脫水技術(shù)的低成本化和高效化。因此，不斷尋找低價(jià)、高效的調(diào)質(zhì)藥劑，研制和改進(jìn)相關(guān)脫水設(shè)備，開發(fā)調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水成套工藝并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化也是發(fā)展方向之一。
4.3 將生物技術(shù)引入調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)
生物技術(shù)是國(guó)內(nèi)外污泥處理的研究熱點(diǎn)之一，近年來(lái)發(fā)展迅猛，因此，將生物技術(shù)引入調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水技術(shù)之中也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)王毓仁等人已經(jīng)開展了一定的研究，并已出現(xiàn)了將生物技術(shù)應(yīng)用于含油污泥處理的工程案例，如勝利油田采用的含油污泥地耕法處理項(xiàng)目，今后在該方面的研究?jī)?nèi)容主要集中在高端先進(jìn)、價(jià)格低廉、環(huán)保高效的新型生物絮凝劑和油類降解功能菌種及成套工藝的開發(fā)上。
