油田污泥離心脫水減量處理現(xiàn)場試驗
行業(yè)動態(tài)
大規(guī)模推廣聚驅采油技術增加了油井采出液攜砂量及懸浮物含量，造成污水處理系統(tǒng)負荷大，處理后水質(zhì)不達標等問題。為保證水質(zhì)達標，油田生產(chǎn)中縮短清淤周期，污水系統(tǒng)采用連續(xù)排泥工藝，有效緩解了采出液攜砂量大幅度增加帶來的問題。但污水系統(tǒng)連續(xù)排出的污泥中含水率高達90%以上，導致污泥存積、拉運和后續(xù)處理的量顯著增大。常用的后續(xù)污泥無害化處理方法有超聲波法、焚燒法、熱解法、萃取法等，這些處理方法的成本較高，因此，需要對連續(xù)排泥工藝產(chǎn)生的污泥進行減量化處理，減少拉運費用和后續(xù)處理的處理量，保障無害化處理裝置高效運行。
油田污水站具有數(shù)量多、分布遠的特點，綜合考慮處理量、能耗、費用，選用調(diào)質(zhì)-機械分離法進行污泥減量化處理。該方法通過調(diào)整污泥固體粒子群的性狀和排列狀態(tài)，使之適合機械分離處理以改善脫水效果，在污泥含水率為30%～70%的工程中應用良好。但是污水系統(tǒng)連續(xù)排出的污泥含水率高達90%，因此，需要對工藝進行設計，并通過現(xiàn)場試驗得到影響因素對減量效果的作用規(guī)律，優(yōu)化工藝參數(shù)。
1 油田污泥離心脫水減量處理工藝
根據(jù)臥螺離心機的結構、工作原理及效率影響因素，設計了油田污泥離心脫水減量處理工藝。人工清淤中通過加壓鍋爐熱水射流剝離含油污泥，排放至沉降罐外的緩沖水池，緩沖水池內(nèi)的沉沒泵將高含水污泥泵送至調(diào)質(zhì)攪拌罐內(nèi)進行加熱、攪拌、勻化，加入絮凝劑使污泥中的懸浮物及固體進行絮凝，減輕高速離心運動中固相的破碎分散，調(diào)質(zhì)罐內(nèi)的攪拌可以顯著減少藥劑的用量。采用螺桿泵替代離心泵輸送污泥，防止破壞絮團。離心處理后，污泥中的水相進入回收水池，濃縮減量后的污泥裝車外運。
2 工藝參數(shù)對減量效果的影響
2.1 轉速對減量效果的影響
調(diào)整離心機的轉速，以處理后污泥含水率為評價指標，在進泥量保持一定（8m3/h）的條件下，為了確保轉速與樣品對應，在調(diào)整轉速10min后取樣。具體工藝參數(shù)：轉速為2000～2600r/min，差速為9.5r/min，加藥量為175g/m3，溫度為45℃。
試驗結果顯示，當轉速在2031～2437r/min的范圍內(nèi)，轉速越高分離效果越好，泥出口含水越少。但并不是轉速越高越好，含油污泥不易沉降，當轉速超過2437r/min后，出泥中含水率升高。這是因為含油污泥是一種通過架橋作用和范德華力將高分子絮凝劑、固相和含油膠粒絮凝在一起的膠合物，在過高轉速作用下分開的結果。雖然三者作為整體，密度略大于油水混合物。然而作為單相，含油較高的膠粒的密度小于高分子絮凝劑的密度，因此，當離心機轉速增大，由密度差引起的離心力隨之增大。當離心力大于相對穩(wěn)定的膠合物內(nèi)部組成之間的架橋作用和范德華力合力時，絮凝作用減弱，膠合物失穩(wěn)破壞。因而出現(xiàn)轉速過高，處理效果變差的現(xiàn)象。
2.2 差速對減量效果的影響
離心機主要通過轉鼓和螺旋輸送器的差速推動固相實現(xiàn)固液分離。在轉速為2370r/min，加藥量為175g/m3，溫度為45℃，差速為9～11.5r/min的工藝參數(shù)下進行現(xiàn)場試驗。
試驗結果顯示：隨著差速的增加，離心處理后的污泥出現(xiàn)含水率升高的現(xiàn)象，當差速在9～10.5r/min范圍內(nèi)，變化較快，超過10.5r/min后，變化較慢。這是由于差速的大小影響離心機排固量的大小，差速過高時，轉鼓內(nèi)流體的擾動作用加強，會增大流體對轉鼓內(nèi)壁沉積固相的沖刷，影響分離效果。因此，差速應該保持在較低水平。
2.3 加藥量對減量效果的影響
絮凝劑CPAM的投加可以使污泥中分散的物質(zhì)絮凝，增強離心作用下的液固分離效果。在轉速為2377r/min，差速為9.7r/min，溫度為45℃，加藥量為150～275g/m3的條件下進行試驗。污泥中的固相和含油膠粒通常帶有負電荷，相互排斥，加入絮凝劑后，降低了粒子電位，使粒子相互吸引形成絮團。同時絮凝劑本身的吸附架橋作用又將大量的絮團吸附形成了更大的絮團，在離心作用下固相下沉。
試驗結果顯示，隨著加藥量的增加，處理后的污泥含水率下降。在加藥量由150g/m3增加到225g/m3時，污泥含水率隨加藥量的增加急劇降低。加藥量在225～275g/m3之間含水率降低緩慢。
2.4 溫度對減量效果的影響
溫度對水質(zhì)粘度和絮凝劑的作用具有一定的影響，在轉速為2392r/min，差速為9.5r/min，加藥量為175g/m3，溫度為35～65℃的條件下進行試驗。
試驗結果顯示，隨著溫度的升高，處理后污泥含水率不斷下降，尤其是35～45℃范圍內(nèi)下降明顯。這是因為溫度升高，降低了水相黏度，同時減弱了界面膜強度，使更多的水滴和含油膠粒分開。溫度升高加劇了固相、含油膠粒的熱運動強度，增加碰撞機會，有利于固相、膠粒脫穩(wěn)凝聚。
綜上所述，溫度對污泥處理效果的影響主要是通過改變油水黏度和增加聚并頻率實現(xiàn)。隨著溫度的進一步升高，含水率下降趨勢放緩。
3 工藝方案優(yōu)化
3.1 參數(shù)優(yōu)化
轉速、差速、加藥量、溫度4個因素的綜合作用決定了油田污泥離心脫水減量處理效果，采用正交試驗設計方法優(yōu)化工藝方案。離心后的污泥含水率越低說明處理效果越好，轉速是影響離心處理效果的主要因素，其次是差速、溫度和加藥量。試驗的較優(yōu)運行方案是：轉速為2500r/min，差速為9r/min，加藥量為225g/m3，溫度為55℃。
3.2 工藝穩(wěn)定性分析
將工藝在較佳方案下連續(xù)運行2h，每小時取樣5次，考察工藝運行的穩(wěn)定性。離心機入口、出水口、出泥口取樣測試結果表明，排出的污泥物性參數(shù)平穩(wěn)，出泥口的含水率和含固率波動較小。處理后，平均含水率從入口的97.37%下降到出泥口的59.17%，平均含固率從污泥入口的1.73%上升到出泥口的33.72%。離心機出水口和出泥口分流比范圍是24.14:1～33.19:1，對應的污泥減量比例為96.02%～97.08%，達到了污泥減量的目的。
4 結論
（1）依托污水站現(xiàn)有工藝，以臥螺離心機為關鍵設備，與緩沖水池、沉沒泵、調(diào)質(zhì)罐、絮凝劑加藥裝置、回收水池等組合成一套油田污泥離心脫水減量處理工藝。
（2）現(xiàn)場試驗分析減量工藝的影響因素，包括轉速、差速、加藥量和溫度。結果表明，在一定范圍內(nèi)，離心機的轉速越高，差速越低，絮凝劑加藥量大，溫度較高，有利于降低出泥口的污泥含水率。
（3）采用正交試驗方法優(yōu)化得到較佳離心減量處理工藝參數(shù)為：轉速為2500r/min，差速為9r/min，加藥量為225g/m3，溫度為55℃。處理后，平均含水率從入口的97.37%下降到出泥口的59.17%，平均含固率從污泥入口的1.74%上升到出泥口的33.72%。工藝運行穩(wěn)定，離心機出水口和出泥口分流比范圍是24.14:1～33.19:1，對應的污泥減量比例為96.02%～97.08%，達到了污泥減量的目的。
