離心式污泥減量化處理工藝方案優(yōu)化
技術(shù)支持
油田含油污泥主要來源于各類儲罐、油水分離器以及偷油漏油事故。含油污泥中的油氣揮發(fā)造成局部地區(qū)空氣總烴濃度超標(biāo)，油氣中含有的某些烴類物質(zhì)具有致癌、致畸、致突變作用；流失于地表的含油污泥不僅污染地表水甚至地下水，而且造成土壤板結(jié)、草原退化，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，僅大慶、勝利、遼河三大油田每年產(chǎn)出的含油污泥就達(dá)200萬m3。近年來，因資源短缺，國內(nèi)外科研人員對于資源化、減量化處理含油污泥的研究從未間斷過，主要研究成果有含油污泥的高溫裂解法、溶劑萃取法、生物處理法等。此外，超聲波處理和污泥分離器等新技術(shù)、新設(shè)備作為含油污泥處理的輔助手段也應(yīng)運(yùn)而生。而調(diào)質(zhì)-機(jī)械離心分離技術(shù)作為一種比較成熟的含油污泥處理技術(shù)，因其原油回收率高、濃縮脫水效果好、處理量大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。臥螺離心機(jī)作為機(jī)械離心分離的核心設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案對于減少運(yùn)輸及后處理費(fèi)用、增加原油回收量、提高油田經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。本文中針對大慶油田某聚驅(qū)區(qū)塊污水站含油污泥進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)及室內(nèi)化驗(yàn)分析，對離心式污泥減量化處理效果的影響因素進(jìn)行研究，確定了離心式污泥減量化處理優(yōu)化運(yùn)行方案。
1 離心式污泥減量化處理工藝流程
該工藝流程采用外輸水經(jīng)加熱、加壓后，由噴頭對罐內(nèi)含油污泥進(jìn)行射流剝離，含油污泥從清掃孔流入罐外的緩沖水池，由浸沒泵將污泥泵送至加熱攪拌罐，在加熱攪拌罐中加熱至70℃，并攪拌均勻。然后泵送至臥螺離心機(jī)中進(jìn)行離心處理。為提高處理效果，在污泥進(jìn)入臥螺離心機(jī)前在線加入絮凝劑，使污泥中的細(xì)小沙粒進(jìn)行絮凝，減輕高速離心運(yùn)動中沙粒的破碎分散。離心處理后，污泥中的水相進(jìn)入沉降罐，進(jìn)行油水分離，濃縮后的污泥裝車外運(yùn)。
2 室內(nèi)化驗(yàn)分析
評價(jià)離心式污泥減量化處理效果的指標(biāo)為臥螺離心機(jī)出泥口泥餅的含水率及出水口的含固率。
2.1 泥樣檢測方法
該檢測裝置的化學(xué)藥劑為甲苯，甲苯的沸點(diǎn)為110.6℃，密度小于水且極微溶于水。檢測過程為：緩慢加熱圓底燒瓶中的甲苯，甲苯蒸氣冷凝后回流至分液管和索氏提取器，索氏提取器中泥樣逐漸被甲苯浸沒，液態(tài)甲苯對泥樣中的原油進(jìn)行萃取，同時(shí)使泥樣中的水加熱蒸發(fā)。水蒸氣同圓底燒瓶中的甲苯蒸氣一同經(jīng)冷凝管冷凝后回流至分液管，由于水的密度大，水位于分液管下層，所以泥樣中的含水量可由分液管讀取。索氏提取器中甲苯達(dá)到一定高度后回流至圓底燒瓶，如此循環(huán)直至將泥樣中的油和水脫除，剩余的泥沙經(jīng)烘干后稱重。由差重法得知泥樣中含油量。
2.2 水樣檢測方法
水樣是臥螺離心機(jī)進(jìn)口和出水口試驗(yàn)樣品的總稱。水樣含水量檢測同泥樣檢測裝置類似，將索氏提取器拿掉，直接將分液管與圓底燒瓶連接。簡化后的實(shí)驗(yàn)裝置只能檢測水樣中的含水量，而水樣含油量檢測需采取分光光度法，由吸光度值和標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到水樣中含油量。而水樣中含固量由差重法計(jì)算得到。
3 離心式污泥減量化處理影響因素
3.1 設(shè)備運(yùn)行參數(shù)對處理效果的影響
3.1.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速直接影響物料所受離心力大小，轉(zhuǎn)速越高，所受離心力越大，但過高的轉(zhuǎn)速勢必會消耗更大的動力，離心機(jī)軸瓦溫度升高，不利于安全平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，過高的轉(zhuǎn)速還會破壞絮凝體，使脫水效果變差。在臥螺離心機(jī)差速9.2r/min、堰板高度112mm、進(jìn)泥量10m3/h、加藥量200g/m3時(shí)，調(diào)整離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，考察轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對污泥處理效果的影響。
轉(zhuǎn)速對處理效果的影響如下表所示：
轉(zhuǎn)速/（r/min） | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
2073 | 98.20 | 98.76 | 77.51 | 0.78 | 0.43 | 21.69 |
2194 | 98.17 | 98.85 | 72.83 | 0.86 | 0.39 | 23.51 |
2248 | 98.28 | 99.11 | 71.42 | 0.73 | 0.36 | 23.83 |
2281 | 98.32 | 99.32 | 70.10 | 0.82 | 0.24 | 24.92 |
2339 | 98.40 | 99.51 | 69.30 | 0.71 | 0.22 | 25.76 |
2431 | 98.14 | 99.34 | 71.26 | 0.93 | 0.28 | 23.98 |
在其他條件一定的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，脫水后污泥的含水率呈下降趨勢，轉(zhuǎn)速為2339r/min時(shí)，含水率達(dá)到低點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高時(shí)，脫水后污泥的含水率反而增加，其原因在于過高的轉(zhuǎn)速降低了絮凝劑的效果。因此，臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2300～2400r/min。
3.1.2 差速
差速直接影響物料在離心機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，停留時(shí)間越長，離心時(shí)間和擠壓時(shí)間越長，沉渣含水率就越低。在臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2213r/min、堰板高度112mm、進(jìn)泥量9m3/h、加藥量200g/m3時(shí)，調(diào)整離心機(jī)的差速，得到污泥濃縮處理效果和差速之間的關(guān)系，結(jié)果如下表所示：
差速/（r/min） | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
9.0 | 98.32 | 99.42 | 63.21 | 0.71 | 0.21 | 23.41 |
9.5 | 98.21 | 99.44 | 64.13 | 0.76 | 0.25 | 22.56 |
10.0 | 98.25 | 99.35 | 68.36 | 0.67 | 0.37 | 21.75 |
10.5 | 98.24 | 99.36 | 71.92 | 0.81 | 0.39 | 21.03 |
11.0 | 98.13 | 99.30 | 74.17 | 0.77 | 0.45 | 19.96 |
11.5 | 98.29 | 99.10 | 76.85 | 0.83 | 0.68 | 18.67 |
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著差速的降低，處理后的污泥含水率越低。但過低的差速，扭矩會逐漸升高，當(dāng)接近離心機(jī)預(yù)設(shè)的扭矩連鎖停車值時(shí)，離心機(jī)會自動停車，同時(shí)會造成污泥停留時(shí)間過長，離心機(jī)出泥緩慢，甚至堵塞。因此，差速在9.5～10.5r/min比較合適。
3.1.3 堰板高度
堰板高度直接影響出泥口泥餅的含水率及出水口物料含固率。在臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速2373r/min、差速10r/min、進(jìn)泥量9.5m3/h、加藥量200g/m3時(shí)，調(diào)整離心機(jī)的堰板高度，以獲得污泥離心處理與堰板高度間的變化規(guī)律，具體測試數(shù)據(jù)見下表：
堰板高/mm | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
106 | 98.21 | 99.39 | 59.15 | 0.96 | 0.35 | 24.53 |
108 | 98.30 | 99.35 | 60.81 | 0.91 | 0.33 | 22.67 |
110 | 98.24 | 99.39 | 61.95 | 0.99 | 0.27 | 22.15 |
112 | 98.04 | 99.39 | 64.92 | 1.02 | 0.23 | 21.39 |
114 | 97.96 | 99.39 | 66.44 | 1.06 | 0.22 | 21.20 |
116 | 98.28 | 99.37 | 67.80 | 0.97 | 0.19 | 19.22 |
隨著溢流堰板高度的降低，離心機(jī)處理后污泥的含水率逐漸降低。當(dāng)溢流堰板高度下降至108mm時(shí)，脫水后污泥含水率60.81%，但出水口濾池的含固率為0.33%，超過了設(shè)計(jì)要求的0.30%。因此，堰板高度為110mm比較合適。
3.2 試驗(yàn)介質(zhì)參數(shù)對處理效果的影響
3.2.1 進(jìn)泥量
污泥的進(jìn)泥量決定了離心機(jī)的處理負(fù)荷和污泥在離心機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，這將對處理效果產(chǎn)生影響。在臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速2185r/min、差速11r/min、堰板高度114mm、加藥量200g/m3時(shí)，調(diào)整離心機(jī)的進(jìn)泥量，以獲得進(jìn)泥量對污泥濃縮處理的影響。具體測試數(shù)據(jù)如下表所示：
進(jìn)泥量/ （m3/h） | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
5 | 97.93 | 99.56 | 52.88 | 1.01 | 0.24 | 35.14 |
6 | 98.05 | 99.50 | 54.03 | 0.97 | 0.24 | 32.67 |
7 | 97.80 | 99.48 | 55.21 | 1.08 | 0.23 | 29.55 |
8 | 98.17 | 99.40 | 61.22 | 0.95 | 0.27 | 24.91 |
9 | 98.20 | 99.34 | 66.56 | 0.88 | 0.28 | 22.04 |
10 | 98.14 | 99.25 | 69.62 | 0.83 | 0.36 | 19.63 |
隨著進(jìn)泥量的增加，脫水后的污泥含水率總體呈升高趨勢。當(dāng)進(jìn)泥量為5～7m3/h時(shí)，處理后的污泥含水率變化不大，上升較緩；當(dāng)進(jìn)泥量繼續(xù)增加時(shí)，處理后的污泥含水率增加明顯。所以離心機(jī)入口的進(jìn)泥量應(yīng)控制在6～7m3/h較為適宜。
3.2.2 絮凝劑投加量
添加絮凝劑在實(shí)際應(yīng)用中俗稱“加藥”，加藥的目的在于使污泥中分散的物質(zhì)絮凝，利于污泥在離心力的作用下與水分離。在臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速2296r/min、差速10.5r/min、堰板高度112mm、進(jìn)泥量6m3/h時(shí)，調(diào)整加藥量，獲得加藥量與處理效果之間的變化規(guī)律。具體測試數(shù)據(jù)如下表所示：
加藥量/ （g/m3） | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
150 | 97.92 | 99.45 | 67.40 | 1.02 | 0.35 | 20.39 |
175 | 97.15 | 99.45 | 62.20 | 9.87 | 0.29 | 23.11 |
200 | 96.92 | 99.44 | 56.37 | 9.96 | 0.27 | 27.73 |
225 | 98.07 | 99.44 | 53.16 | 1.05 | 0.23 | 29.64 |
250 | 98.01 | 99.40 | 52.06 | 1.07 | 0.22 | 34.38 |
275 | 97.95 | 99.42 | 51.22 | 1.02 | 0.19 | 37.41 |
隨著加藥量的增加，處理后的污泥含水率總體呈下降趨勢。加藥量增加到275g/m3時(shí)，脫水后污泥的含水率可降至51.22%。在加藥量由150g/m3增加到225g/m3的范圍內(nèi)，污泥含水率隨加藥量的增加急劇降低，加藥量在225～275g/m3含水率降低緩慢。同時(shí)考慮到加藥成本，加藥量維持在225～250g/m3較為合理。
3.2.3 污泥含水率
臥螺離心機(jī)進(jìn)口污泥的含水率直接影響離心機(jī)運(yùn)行和加藥量大小。在臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速2271r/min、差速10.5r/min、堰板高度112mm、進(jìn)泥量6m3/h時(shí)，對不同含水率的污泥進(jìn)行處理，獲得污泥含水率與處理效果之間的變化規(guī)律。具體測試數(shù)據(jù)如下表所示：
污泥入口含水率/ % | 含水率/% | 含固率/% | ||||
入口 | 出水口 | 出泥口 | 入口 | 出水口 | 出泥口 | |
98.66 | 98.66 | 99.13 | 65.46 | 0.49 | 0.31 | 20.39 |
96.39 | 96.39 | 96.81 | 64.22 | 2.63 | 2.38 | 23.36 |
94.37 | 94.37 | 96.11 | 62.79 | 3.31 | 2.03 | 25.15 |
91.71 | 91.71 | 96.39 | 61.09 | 4.41 | 1.56 | 29.06 |
89.85 | 89.85 | 95.43 | 59.62 | 4.23 | 1.49 | 32.17 |
隨著污泥入口含水率的增加，處理后污泥含水率不斷上升，當(dāng)入口污泥的含水率從89.85%上升到98.66%時(shí)，與之對應(yīng)的是濃縮后的污泥含水率由59.62%升高到65.46%。
4 工藝方案制定及結(jié)果分析
臥螺離心機(jī)的處理效果是各個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。在現(xiàn)場工藝中可以調(diào)整優(yōu)化的影響因素有轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的差速、堰板高度、進(jìn)泥量、加藥量、污泥入口含水率這6項(xiàng)因素。由于同一沉降罐中的污泥含水率相差較小，堰板高度需要停機(jī)調(diào)整，加藥量與進(jìn)泥量的大小相關(guān)，因此，在工藝方案的初步制定中，堰板高度為110mm，加藥量為225g/m3，只考慮工藝中重要且容易操作實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速、差速和進(jìn)泥量作為研究對象。為了通過較少的試驗(yàn)次數(shù)得到較優(yōu)的工藝運(yùn)行方案，采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)。因素水平表如下：
水平 | 因素 | ||
A轉(zhuǎn)速/（m/s) | B轉(zhuǎn)速/（m/s) | C轉(zhuǎn)速/（m/s) | |
1 | 2248.0 | 9.5 | 6.0 |
2 | 2281.0 | 10.0 | 7.0 |
3 | 2339.0 | 10.5 | 8.0 |
由試驗(yàn)結(jié)果可知，RA＞RC＞RB，所以轉(zhuǎn)速是影響離心處理效果的主要因素，進(jìn)泥量和差速次之。此外，A因素水平的變動對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，由KA3＜KA1＜KA2可以斷定A3為A因素的優(yōu)水平。同理，可確定B2和C2分別為因素B和因素C的優(yōu)水平。3個(gè)因素的優(yōu)水平組合A3B2C2為本次實(shí)驗(yàn)的較優(yōu)水平組合，即轉(zhuǎn)速為2339m/s，差速為10m/s，進(jìn)泥量為7.0m3/h，為本次試驗(yàn)的較優(yōu)運(yùn)行方案。在此工況下，污泥含水率由97.03%下降到47.44%，達(dá)到了污泥減量化處理的目的。
5 結(jié)論
（1）針對污水站含油污泥組成及分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了污水站離心式污泥減量化處理的工藝流程。該工藝流程利用污水站現(xiàn)有流程，處理后含油污水直接進(jìn)沉降罐進(jìn)行油水分離，可有效回收污泥中原油。
（2）對污水站離心式污泥減量化處理進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)及室內(nèi)化驗(yàn)，結(jié)合化驗(yàn)結(jié)果，分析了臥螺離心機(jī)運(yùn)行參數(shù)和試驗(yàn)介質(zhì)參數(shù)對減量化處理效果的影響規(guī)律。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速過高會影響脫水效果，且考慮到經(jīng)濟(jì)及安全因素，差速、絮凝劑添加量及進(jìn)泥量應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。
（3）綜合考慮離心式污泥減量化處理的影響因素，采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定了較佳處理工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)速2339r/min，差速10r/min，進(jìn)泥量7m3/h，堰板高110mm，加藥量225g/m3。采用該方案，處理后污泥含水率由處理前的97.03%下降到47.44%，處理效果良好。
