油田含油污泥處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、探討及展望
行業(yè)動(dòng)態(tài)
含油污泥是石油勘探開發(fā)、運(yùn)輸、煉制及含油污水處理工程中所產(chǎn)生的含油固體廢棄物，其中主要是石油勘探與其化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的油泥、油砂，具有產(chǎn)生量大、含油量高、重質(zhì)油組分高、綜合利用方式少、處理難度大等特點(diǎn)。
含油污泥中污染物質(zhì)通常分為以下4類：一是以銅、鉻、汞等重金屬與鹽類為主的無機(jī)污染物；二是大量共生于污泥中的有害微生物，多為病原菌；三是以多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、酚類、苯系物等為主的有機(jī)污染物；四是少量的放射性元素。油田生產(chǎn)過程中含油污泥產(chǎn)生量大，若不及時(shí)加以處理整治，將勢必對(duì)周圍土壤、水體、空氣及其生物圈造成污染。目前含油污泥作為一種常見的暴露污染源，已被 列為重要污染廢物，正逐漸引起國內(nèi)外油田的廣泛關(guān)注。雖然我國已在各油田推行含油污泥處理技術(shù)，積極保護(hù)油田環(huán)境，但對(duì)含油污泥的處理還 于原油的簡單回收，剩余污泥尚未得到無害化處理要求。所以，對(duì)于含油污泥的有效處理一直是油田環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一。當(dāng)前，我國油田對(duì)含油污泥的處理與利用尚處于中試階段，亟待建立含油污泥有效處理工藝流程及其可行性方案，并基于油田環(huán)境、污泥種類不同，衍生出結(jié)合實(shí)際的具體處理措施。本文主要闡述了國內(nèi)外處理含油污泥的現(xiàn)狀，類比解析了其典型工藝與具體措施，并結(jié)合實(shí)際分析，探討了冀東油田含油污泥處理的現(xiàn)狀與發(fā)展，展望了油田含油污泥處理的發(fā)展方向和前景。
1 含油污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀
含油污泥是由油包水（W/O）、水包油（O/W）乳化液及懸浮固體等成分組成的穩(wěn)定懸浮乳狀膠體，主要來源于原油開采、油氣集輸、煉油化工廠污水處理等生產(chǎn)過程。由于含油污泥成分和物化性狀受污水水質(zhì)、處理工藝、加入藥劑等諸多因素影響，差異性較大，處理難度大，各種處理方法在實(shí)際應(yīng)用中皆存在一些問題。但從目前整體技術(shù)發(fā)展趨勢來看，含油污泥的處理方法主要分為減量化、穩(wěn)定化和資源化三個(gè)研究方向，并在各個(gè)研究領(lǐng)域均取得了一定的進(jìn)展和成果。
1.1 減量化處理措施
對(duì)于含油污泥的處理，首先可考慮通過易于操作、成本較低的物理化學(xué)方法，將污泥中大量顆粒物（＞0.1mm）分離出來，從而實(shí)現(xiàn)污染物的減量化。
1.1.1 機(jī)械脫水工藝
機(jī)械脫水工藝是將經(jīng)過調(diào)質(zhì)、篩分、分選、傾析等各種預(yù)處理后的均質(zhì)液態(tài)含油污泥，再進(jìn)行高速離心，從而實(shí)現(xiàn)油、水、泥的三相分離。然后根據(jù)不同油泥砂實(shí)際性狀，采取生物技術(shù)和固化技術(shù)輔助處理，達(dá)到含油污泥減量化、無害化要求。機(jī)械脫水工藝過程主要如下：首先選用絮凝劑改變含油污泥顆粒的物理結(jié)構(gòu)，破壞膠體的穩(wěn)定性，提高污泥的脫水性能；然后通過真空過濾脫水機(jī)、帶式壓濾脫水機(jī)、高速離心機(jī)等機(jī)械脫水設(shè)備進(jìn)行脫水操作。
機(jī)械脫水工藝中重要環(huán)節(jié)為含油污泥的調(diào)質(zhì)技術(shù)與不同處理階段高速離心機(jī)的操作技術(shù)。其中，調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離預(yù)處理技術(shù)體系中，考慮到普通高分子絮凝劑使用后不易降解，極易造成對(duì)環(huán)境的二次污染，因此選用無毒無害、適用范圍廣的高效有機(jī)高分子絮凝劑是首要考慮的關(guān)鍵因素之一。目前，已有研究報(bào)道，通過利用活性污泥中微生物分泌的高分子絮凝劑，結(jié)合使用有機(jī)絮凝劑可顯著改善機(jī)械離心脫水效果，并可節(jié)省90%左右的高分子絮凝劑使用量。
1.1.2 焚燒處理
焚燒處理多數(shù)集中在污水處理場含油污泥的處理。含油污泥焚燒前一般須經(jīng)過污泥脫水，首先用泵將含油污泥送入污泥濃縮罐中，升溫至60℃左右，并投加絮凝劑，再經(jīng)攪拌、重力沉降后，進(jìn)行分層切水。經(jīng)過濃縮預(yù)處理后的污泥，可經(jīng)過設(shè)備脫水、干燥等工藝，制成泥餅送至焚燒爐，800～850℃焚燒30min，產(chǎn)生的剩余灰渣進(jìn)一步處理。焚燒處理對(duì)含油污泥的適應(yīng)能力較強(qiáng)，污泥減量化效果明顯，多種有害物在高溫條件下幾乎被完全清除。但焚燒的燃料費(fèi)用昂貴，處理過程中易產(chǎn)生有害氣體釋放到大氣中，造成對(duì)環(huán)境的二次污染。另外，鑒于焚燒處理技術(shù) 于中小規(guī)模的含油污泥處理，且需要配置除塵、氣體洗滌等設(shè)備，我國大多數(shù)油田關(guān)于焚燒處理的應(yīng)用還不是很廣泛。
1.2 穩(wěn)定化處理措施
1.2.1 固化處理
固化處理是指采用物理或化學(xué)方法將含油污泥固化或包容在惰性固化基質(zhì)的一種無害化處理過程，使污泥廢棄物具有化學(xué)穩(wěn)定性和密封性，以便于運(yùn)輸、利用或處理。該方法適用于采油污泥及含有NaCl、CaCl2等鹽類較高的含油污泥的處理，特別是對(duì)于含油量較低的污泥一般可優(yōu)先考慮采用固化措施。目前固化基質(zhì)以水泥固化劑為主，李利民等通過對(duì)長慶油田采油三廠含油污泥性質(zhì)和礦物組成的分析，發(fā)現(xiàn)合適配比的固化處理配方（污泥/固化劑/促凝劑B）可有效地對(duì)含油污泥進(jìn)行固化處理，固化物的抗壓強(qiáng)度達(dá)到3MPa，其浸出液的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足安全土地填埋處理的要求。
含油污泥的固化處理效率高，處理后的污泥具有資源化利用的優(yōu)勢。針對(duì)不同油田含油污泥的性質(zhì)各有差異，如何開發(fā)、選用高效的固化劑，保證固化產(chǎn)品環(huán)境安全性，將是今后固化處理研究的主要方向。
1.2.2 生物處理
生物處理是指微生物利用石油烴類作為主要碳源進(jìn)行同化降解，使其完全礦化，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的無機(jī)物質(zhì)（CO2和H2O）的過程。在生物處理過程中，影響石油烴類降解的主要因素有：污染物的化學(xué)生物特征、微生物生長環(huán)境（如溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣濃度、pH、含水率等）、微生物自身特征（微生物的種類、菌種的數(shù)量）等。微生物對(duì)底物的降解過程，是整個(gè)微生物區(qū)系對(duì)環(huán)境中各種可利用的底物綜合作用的結(jié)果，不同的微生物對(duì)含油污泥中的各種烴類成分的降解能力也各有差異，或者在降解中發(fā)揮的作用也并不一致。因此，接種混合微生物菌株可能較單一菌種能有利于提高生物處理的效率。潘峰等利用篩選得到的10株酵母菌組成復(fù)合酵母菌對(duì)模擬含油污泥進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合酵母菌在反應(yīng)速率和除油效率方面皆優(yōu)于活性污泥，且原有組分中的脂肪烴部分于處理8d后基本被完全降解。陳榮燦等由新疆克拉瑪依油田準(zhǔn)東采油廠作業(yè)污水池污泥中分離篩選出5株高效降解石油菌，構(gòu)建復(fù)合菌對(duì)污水池底含油污泥進(jìn)行降解性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌體經(jīng)過10d的適應(yīng)期后，即可顯著降解污泥中的油，20d內(nèi)對(duì)含油在5%～26.7%的污泥降解率達(dá)到20.5%～48.5%。
生物處理是自然本質(zhì)過程的強(qiáng)化，其產(chǎn)物是二氧化碳、水和脂肪酸等無害物質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境的二次污染或形成污染物的潛移，而且生物處理費(fèi)用低，處理效果優(yōu)越，將成為今后含油污泥多元化處理的主要發(fā)展方向之一。
1.3 資源化措施
1.3.1 溶劑萃取處理
溶劑萃取處理是利用萃取劑將含油污泥溶解，經(jīng)攪拌、離心后，通過萃取劑將大部分有機(jī)物和油從污泥中抽提出來，回收油經(jīng)過回?zé)捄罂勺鳛槿剂嫌褪褂?，萃取劑?jīng)回收蒸餾可從混合物中分離出來并循環(huán)使用。在實(shí)際工藝運(yùn)行中，萃取技術(shù)還需與其他技術(shù)聯(lián)合使用，才可取得較高的油分回收率。如將萃取劑和低頻聲波相結(jié)合，或與加熱、溶解相結(jié)合的方法處理含油污泥時(shí)，均可得到很好的處理效果；將萃取劑與稀釋、添加抗絮凝的分散劑、機(jī)械劑分離方法相結(jié)合處理含油污泥，可得到98%的油回收率。
1.3.2 熱解處理
含油污泥熱解是指在缺氧條件下，有機(jī)質(zhì)受熱分解為低碳烴類燃?xì)?、液態(tài)燃料油和固體碳等。熱解反應(yīng)與加熱速率、加熱溫度以及原料組成有關(guān)。王萬福等通過分析溶劑萃取、熱化學(xué)洗油、熱解等6種污泥資源化技術(shù)的利用程度、二次污染和適用范圍及特點(diǎn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)含油污泥熱解處理具有較好的油氣回收和殘?jiān)偕脙r(jià)值，是值得推廣的含油污泥資源化處理技術(shù)。
1.3.3 焦化處理
含油污泥焦化處理技術(shù)是利用重質(zhì)油或渣油焦化反應(yīng)機(jī)理，其反應(yīng)是烴類物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化過程，即重質(zhì)油或渣油的高溫裂解和熱縮合。目前采用焦化工藝實(shí)施含油污泥處理主要分為兩個(gè)方向：一是將油田產(chǎn)生的含油污泥脫水預(yù)處理后，再與匹配的催化劑混合進(jìn)入焦化反應(yīng)釜進(jìn)行焦化反應(yīng)，經(jīng)過一系列的裂解和縮合反應(yīng)，生成液相油品、不凝氣和焦炭產(chǎn)品。二是由于含油污泥中添加適量的強(qiáng)度添加劑和炭化添加劑，通過控制焦化反應(yīng)條件可生產(chǎn)出凈化效果較好的含碳吸附劑。周建軍等通過分析天津大港油田聯(lián)合站含油污泥焦化處理的影響因素，確定了焦化處理較為理想的反應(yīng)參數(shù)為：反應(yīng)溫度490℃，反應(yīng)時(shí)間為60min，氮?dú)獯祾吡?0mL/min，加熱速率為4℃/min。該反應(yīng)條件下含油污泥的液相油品回收率高于80%，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于99.9%，經(jīng)焦化處理后的廢渣含油率低于3%，達(dá)到了農(nóng)用污泥排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放和回收資源的目的。
1.3.4 化學(xué)熱洗處理
化學(xué)熱洗法是利用熱堿水溶液反復(fù)洗滌含油污泥，洗滌過程中常加入水、化學(xué)藥劑、油泥等物質(zhì)，再經(jīng)加熱、混合攪拌后靜置沉淀，通過氣浮實(shí)現(xiàn)固液分離，分離出的水相中添加清水和洗滌劑進(jìn)行重復(fù)洗滌。當(dāng)污泥中含油率降至3%后，可進(jìn)一步采取固化填埋或焚燒發(fā)電。該工藝在發(fā)達(dá) 已得到廣泛的應(yīng)用，但我國油田單獨(dú)采用化學(xué)熱洗處理工藝的還較少。
1.3.5 調(diào)剖技術(shù)
含油污泥調(diào)剖技術(shù)是利用含油污泥產(chǎn)于地層以及與地層有良好的配伍性的有利因素，于含油污泥中的泥組分、油組分中加入適量的懸浮劑、增粘劑、分散劑，按一定比例混合制成懸浮液，通過化學(xué)處理將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚猿砘臀勰嗾{(diào)剖劑。該方法能較好地解決含油污泥污染與實(shí)際利用問題，在河南油田、華北油田、江漢油田等多個(gè)油田得到了廣泛的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，具有性能穩(wěn)定、封堵能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。李丹梅等對(duì)河南油田含油污泥進(jìn)行化學(xué)藥劑處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)剖劑，可有效地封堵高滲透地層，提高注入水波及體積。王亞等基于河南油田含油污泥組分和粒度分析結(jié)果，篩選出合適的懸浮劑、固化劑，并結(jié)合不同油藏區(qū)塊地層適應(yīng)性研究結(jié)果，開發(fā)了含油污泥調(diào)剖堵劑系列化堵劑復(fù)配體系，并對(duì)其進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)，經(jīng)河南油田54井次現(xiàn)場試用證實(shí)封堵效果良好。
雖然含油污泥乳化液的活性較強(qiáng)，經(jīng)過化學(xué)處理后的含油活性污泥調(diào)剖劑可以起到封堵高滲透層帶的作用，但是，由于含油污泥組分、活性等特征和各調(diào)剖區(qū)塊油藏特征的不同，對(duì)含油污泥調(diào)剖劑的配方要求差異也很大，仍需通過不斷實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出適合本油田生產(chǎn)情況的含油污泥調(diào)剖劑復(fù)配體系。
1.4 聯(lián)合調(diào)理技術(shù)
目前含油污泥處理多數(shù)基于單獨(dú)的化學(xué)、物理或微生物等單一處理技術(shù)，隨著各項(xiàng)處理技術(shù)的不斷成熟，近年來出現(xiàn)了聯(lián)合調(diào)理技術(shù)，較單一處理措施可獲得更加理想的效果。例如，化學(xué)熱洗-生物處理工藝具有能量消耗低、費(fèi)用不高等特點(diǎn)，是我國目前研究較多的含油污泥處理方法。它將含油污泥中油、水、泥三相分離，回收大部分油品，可實(shí)現(xiàn)資源回收，同時(shí)通過生物穩(wěn)定法處理剩余污泥，達(dá)到無害化處理效果。趙虎仁等采用化學(xué)熱洗-生物處理工藝對(duì)石油煉油廠的含油污泥處理發(fā)現(xiàn)，通過化學(xué)熱洗單一處理可將含油率為29%的污泥洗滌至殘油量2.7%，污油回收率達(dá)到92.2%，體積減少16%。洗滌后的污泥再進(jìn)行生物處理，經(jīng)過好氧堆肥40d后，石油類物質(zhì)去除率可達(dá)95%。
2 冀東油田含油污泥處理的現(xiàn)狀及探討
冀東油田位于渤海灣北部沿海，周圍河流縱橫分布，漁業(yè)發(fā)達(dá)，環(huán)境極為敏感，環(huán)保責(zé)任重大。近年來，隨著油田對(duì)環(huán)保工作要求的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，冀東油田不斷加大污水處理的治理力度，保證了外排污水長期達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，在生產(chǎn)過程中也伴隨產(chǎn)生了一部分含油污泥，主要包括原油儲(chǔ)罐罐底積累的油泥、污水罐罐底的絮凝物以及生化處理產(chǎn)生的活性污泥。因此，油田開始逐漸摸索和尋找含油污泥處理的有效方法。
通過對(duì)目前國內(nèi)外含油污泥處理技術(shù)以及油田含油污泥處置現(xiàn)狀的分析和總結(jié)，認(rèn)為聯(lián)合調(diào)理技術(shù)方法將會(huì)是今后含油污泥處理的主要攻關(guān)方向，可按照“減量化與再利用相結(jié)合”的思路，根據(jù)油田油藏特點(diǎn)、污泥產(chǎn)生量及污泥性質(zhì)等特征參數(shù)，有機(jī)融合并不斷優(yōu)化含油污泥調(diào)剖、溶劑萃取、熱解及固化等處理技術(shù)。一方面可將部分含油污泥進(jìn)行化學(xué)處理，制成含油污泥調(diào)剖復(fù)配體系，在達(dá)到污泥減量化的同時(shí)，還可提高作業(yè)區(qū)井場的封堵和注水效果。另一方面，剩余大部分污泥可先通過溶劑萃取處理，將有機(jī)物和油回收作為燃料使用，或通過熱解處理將污泥中的有機(jī)物分解為低碳烴類燃?xì)狻⒁簯B(tài)燃料油等并回收，剩余物可通過固化處理或經(jīng)濃縮、干化后制成建筑材料或回填。
3 含油污泥處理技術(shù)的發(fā)展前景與展望
目前，國內(nèi)油田對(duì)于含油污泥的處理和再利用仍處于實(shí)驗(yàn)研究和中試階段，尚缺乏完善可靠的技術(shù)、工藝以及典型示范工程。大多數(shù)研究主要針對(duì)含油污泥中原油的回收，有關(guān)剩余含油污泥的凈化處理的研究還處于起步階段。含油污泥的處理措施眾多，每種方法都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍。含油污泥直接填埋或?qū)⒑臀勰嗝撍瞥赡囡灥群唵翁幚泶胧┦俏覈鄶?shù)油田采用的主要方法，但這種方法帶來了一定程度上的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。以回收原油為目的處理含油污泥的各種物理化學(xué)方法，主要適用于含油量較高的污泥，由于處理過程中需要額外添加成本昂貴的化學(xué)藥劑以及匹配的處理設(shè)施，處理過程復(fù)雜、成本較高，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。生物處理措施雖然節(jié)約能源、工藝投資少、運(yùn)行費(fèi)用較低，但是對(duì)于生物反應(yīng)器中廢渣的處理較為復(fù)雜。隨著各項(xiàng)處理技術(shù)的日臻完善，物理-化學(xué)、化學(xué)-生物等聯(lián)合調(diào)理措施將是今后研究的主要方向，同時(shí)鑒于含油污泥中成分復(fù)雜，應(yīng)及時(shí)分級(jí)、分階段處理，從而達(dá)到含油污泥的無害化處理和資源化應(yīng)用。
