油田含油污泥處理技術(shù)研究進(jìn)展
技術(shù)支持
含油污泥是油田開(kāi)發(fā)及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的重要污染物之一，也是影響油田及周邊環(huán)境質(zhì)量的一大難題。油田含油污泥的組成成分極其復(fù)雜，一般由水包油、油包水以及懸浮固體雜質(zhì)組成，是一種極其穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系，含有大量老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體、固體懸浮物、細(xì)菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產(chǎn)物等，還包括生產(chǎn)過(guò)程中投加的大量凝聚劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理劑。因此，在不同的水質(zhì)、處理工藝和藥劑類型與加量的條件下，含油污泥的排出量和物性差異很大。油田含油污泥已被列為危險(xiǎn)固體廢棄物，若處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，而有機(jī)污染物對(duì)人體及環(huán)境具有很高的毒害作用，并已逐漸引起人們的高度關(guān)注。實(shí)際上，國(guó)外油田很早就進(jìn)行了油泥處理技術(shù)的研究，我國(guó)也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。由于各油田污泥種類及油田環(huán)境的差異，目前各油田采取的處理污泥的措施也不盡相同。本文對(duì)油田含油污泥處理技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述及分類。同時(shí)對(duì)目前各種技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，并指出油田含油污泥處理的發(fā)展方向。
1 物理化學(xué)提取與回收
1.1 萃取分離法
萃取分離法是國(guó)外研究并已成功應(yīng)用的一種油田污泥處理方法。在此工藝中，來(lái)自油田污水處理系統(tǒng)的含油污泥，經(jīng)過(guò)浮選處理后，污泥可被分為三部分：回收水、尾泥、浮渣。處理后回收水中的懸浮物含量得到降低，其中的有機(jī)物含量很低，可回收到污水處理系統(tǒng)進(jìn)行重新利用；尾泥主要由大顆粒的無(wú)機(jī)物質(zhì)組成，其中有機(jī)物含量很低，可以壓濾成餅后做填埋處理；分離出來(lái)的浮渣則集中了絕大部分的原油、有機(jī)物以及大部分的輕質(zhì)懸浮物，另外還有部分水。浮渣接著進(jìn)入萃取裝置中進(jìn)行處理，萃取分離出可直接利用的原油及有機(jī)物，而余下的泥水則返回到浮選裝置繼續(xù)處理。
這種分離處理工藝能夠解決油田含油污泥的環(huán)境污染問(wèn)題，并為其它有機(jī)物含量高的污泥處理提供了一條可借鑒之路，將有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫馁Y源，從而消除了污染，是油田環(huán)境保護(hù)的有效措施之一。但此方法存在的問(wèn)題是流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、處理費(fèi)用高，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。
1.2 熱水洗滌法
熱水洗滌法是美國(guó)環(huán)保局處理含油污泥優(yōu)先采用的方法。國(guó)內(nèi)目前主要用于含油土壤的處理。其方法是通過(guò)熱堿水溶液反復(fù)洗滌含油污泥，再通過(guò)氣浮實(shí)施固液分離。一般洗滌溫度控制在70℃，液固比2：1，洗滌時(shí)間20min，能夠?qū)⒑土?0%的土壤洗至殘油率為0.3%?；旌蠅A可采用廉價(jià)的無(wú)機(jī)堿和無(wú)機(jī)鹽，也可選用廉價(jià)的洗衣粉等。該方法能量消耗低、費(fèi)用不高。目前單純以回收污油為處理目的的工藝在油田已較少采用。
1.3 化學(xué)破乳回收法
采用化學(xué)破乳-熱洗-機(jī)械三相離心分離技術(shù)來(lái)進(jìn)行含油污泥的處理，原油的回收率可達(dá)到98%。分離出來(lái)的油可回收利用，水相可重復(fù)利用，固相達(dá)標(biāo)后可進(jìn)行掩埋處理。機(jī)械三相分離出的水回用于含油污泥處理中，不僅可降低提取劑和破乳劑的用量，減少排污量，還可降低污泥處理的成本。該技術(shù)無(wú)需加熱，直接脫水回收燃料油，也可加工輕質(zhì)油，可作為煉油廠含油污泥處置技術(shù)。
1.4 固液分離法
一般油田聯(lián)合站產(chǎn)生的含油污泥含油量達(dá)10%以上，據(jù)油田工作經(jīng)驗(yàn)，含油大于6%即有回收價(jià)值。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)于含油污泥通過(guò)摻入一定比例的水以后，投加無(wú)機(jī)混凝劑（PAC，PAF，PAM等）或有機(jī)高分子絮凝劑（FA，F(xiàn)C等），在一定增溫措施下可進(jìn)行污油回收。在回收處理過(guò)程中，機(jī)械脫水是其關(guān)鍵技術(shù)，只有實(shí)現(xiàn)“水清、泥干、油純”，才能顯著減少后續(xù)處理的費(fèi)用。另外提高固體回收率和減少泥餅含水率對(duì)降低含油污泥處理的總成本也具有重要意義，如泥餅含水從85%降至50%后，體積可減至前者的30%，可大大節(jié)約運(yùn)輸及后處理費(fèi)用。因此處理過(guò)程中應(yīng)把好機(jī)械脫水關(guān)。
1.5 濃縮干化法
濃縮干化法是一種傳統(tǒng)的污泥處理工藝，主要是通過(guò)自然沉降去除污泥顆粒間隙中的水，這部分水一般占污泥含水的70%左右，通過(guò)濃縮處理可以使含水率降到95%左右，然后將濃縮后的污泥自然風(fēng)干、填埋。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單，因此國(guó)內(nèi)前些年大多數(shù)油田采用該工藝處理含油污泥。該工藝的主要缺點(diǎn)是：
（1）需要占用大面積的土地。
（2）由于受油田環(huán)境氣候的影響，工作環(huán)境不穩(wěn)定。
（3）干化場(chǎng)地衛(wèi)生條件差。
（4）當(dāng)污泥的顆粒細(xì)小、粘度大、沉降和過(guò)濾性能較差時(shí)，很難使其干化。
1.6 熱處理和熱解吸技術(shù)
熱處理和熱解吸技術(shù)是上世紀(jì)90年代初國(guó)外迅速發(fā)展并獲得應(yīng)用的工藝。主要有Heuer等開(kāi)發(fā)的包含低溫（107～204℃）-高溫（357～510℃）、加熱蒸發(fā)-冷凝步驟的含油污泥處理工藝（已在歐洲多個(gè) 申請(qǐng)專利），Krebs及Geory等人利用鍋爐排放熱廢氣干燥含油泥餅的專利技術(shù)及Term Tech熱解吸工藝。該熱解吸工藝是在一個(gè)裝有密鋼葉片轉(zhuǎn)子的反應(yīng)器中，把污泥從299℃加熱到399℃，并通入蒸汽，使烴類在復(fù)雜的水合和裂化反應(yīng)器中分離，并使泥渣達(dá)到直接填埋的要求。在路易斯安那煉油廠投產(chǎn)的熱解吸裝置，把含水50%的污物用鋼帶輸送到一密閉的溫度分布為121～954℃的干燥裝置內(nèi)，年處理泥餅1400t，可回收300t油和120t可燃?xì)狻?/span>
2 無(wú)害化處理方法
2.1 固化處理
固化處理是將含油污泥固化或包容在惰性固化基料中的一種無(wú)害化處理過(guò)程，以便于運(yùn)輸、利用和處理。這種處理方法能夠較大程度地減少含油污泥中的有害離子和有機(jī)物對(duì)土壤的侵蝕和瀝濾，從而減少對(duì)環(huán)境的影響和危害。環(huán)境專家認(rèn)為，安全土地填埋場(chǎng)需接受經(jīng)固化處理的含油污泥，對(duì)于含油量較低的污泥一般可優(yōu)先考慮采用固化裝置（因?yàn)槲勰嘀械挠唾Y源沒(méi)有得到利用），特別適合于采油污泥及含有NaCl、CaCl2等鹽類較高的含油污泥的處理。
2.2 脫水焚燒處理
我國(guó)絕大多數(shù)煉油廠都建有污泥焚燒裝置，對(duì)于含油污泥焚燒前應(yīng)經(jīng)過(guò)污泥脫水，處理過(guò)程為：將含油污泥放入污泥濃縮罐，同時(shí)適當(dāng)加溫（約60℃），并投加絮凝劑（PAC或有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑），經(jīng)攪拌、重力沉降后進(jìn)行分層切水，再經(jīng)過(guò)設(shè)備脫水、干燥等工藝，將泥餅送至焚燒爐進(jìn)行焚燒，溫度為800～850℃，經(jīng)30min焚燒完畢，再對(duì)剩余灰渣做進(jìn)一步處理。
焚燒法的優(yōu)點(diǎn)是污泥經(jīng)焚燒后，污泥中多種有害物幾乎全部除去，減少了對(duì)環(huán)境的危害，缺點(diǎn)是焚燒過(guò)程中易產(chǎn)生二次污染，同時(shí)由于污泥沒(méi)有得到充分利用而浪費(fèi)了資源。
2.3 微波處理技術(shù)
利用微波可對(duì)含油污泥進(jìn)行處理。微波熱效應(yīng)的特點(diǎn)是加熱速度快、反應(yīng)靈敏、加熱均勻、效率高、選擇性好。利用微波的特性對(duì)含油污泥進(jìn)行干化和脫水，使污泥中的油水乳狀液破乳分離，實(shí)現(xiàn)油、水、渣三相的分離和資源化利用，國(guó)內(nèi)外均已開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。
例如，將含油污泥樣品經(jīng)靜置沉降并除去上清液后，含水78.4%，含油11.4%，含固相（干污泥）10.2%，pH值7.4，在進(jìn)行加熱試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，沸騰溫度隨含水率的升高而升高，當(dāng)含水率在75%左右變化時(shí)，沸騰溫度在70～85℃之間；在實(shí)驗(yàn)中，采用功率為0.9～3.0kW的微波處理含水污泥1～8h，污泥總量和含水量均有不同程度的降低，含油則大體不變；由處理后含水率與輻照時(shí)間、微波能耗的關(guān)系，估算出用功率20kW的微波將10m3的污泥處理15h，含水可由85%降至45%；用耗電量為300kW·h的微波加熱30min后，上部形成占總量1/5的乳狀液，該乳狀液含油42.7%，含水約50%，含固相小于10%，在60℃加熱20min基本不破乳。用150W和700W功率微波處理20h，破乳率分別為25%和大于7%。
使用微波處理法進(jìn)行污泥脫水干化時(shí)，如果脫水率過(guò)低，則微波加熱后污泥上部都出現(xiàn)的油水乳狀液含水率會(huì)過(guò)高，破乳效率將降低；如果污泥的脫水率過(guò)大，水分過(guò)量蒸發(fā)的結(jié)果使一部分油附著在泥渣表面，油的回收難度將增大，一部分油在高溫下會(huì)焦化。脫水過(guò)程和油水分離過(guò)程必須加以協(xié)調(diào)，即確定污泥微波脫水的較佳程度，以保證達(dá)到較佳油水分離效果。
3 生物降解技術(shù)
含油污泥生物降解技術(shù)具有節(jié)約能源、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注和重視。含油污泥的特征污染物是石油烴類，在自然條件下石油烴類可發(fā)生生物降解而達(dá)到逐漸自凈，但降解過(guò)程非常緩慢，若能優(yōu)化某些環(huán)境條件則可大大提高烴類的生物降解速度。這些環(huán)境條件包括營(yíng)養(yǎng)物含量及比例、氧氣含量、環(huán)境pH值、濕度和溫度等。據(jù)此，目前比較流行的生物降解技術(shù)有地耕法、堆肥處理法及生物反應(yīng)器法。
3.1 地耕法
采用地耕法處理含油污泥，一般都要投加肥料以平衡土壤中的C：N：P比，并調(diào)節(jié)土壤濕度及pH值以優(yōu)化烴類的生物降解條件，要翻耕土壤使之充氧并使烴類在土壤中混合均勻。地耕法處理含油污泥的優(yōu)點(diǎn)在于：它是通過(guò)天然過(guò)程將石油烴轉(zhuǎn)化為無(wú)害的土壤成分，運(yùn)行費(fèi)用低。但地耕法的凈化過(guò)程較慢，不適用冬季較長(zhǎng)的地區(qū)，而且生物難以降解的烴類（主要是高分子蠟及瀝青質(zhì)）易殘留在農(nóng)田中。
3.2 堆肥法
堆肥法是將含油廢物與適當(dāng)?shù)牟牧舷嗷旌铣啥逊胖?，利用天然微生物降解石油烴類。堆肥法能保持微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，有利于石油烴類的生物降解；所采用的松散材料（鋸木屑、稻草等）能增加持水性及透氣性，可有效地加快含油污泥中烴類物質(zhì)的生物降解速度。堆肥法是一種有效的生物處理方法，含油污泥中烴類的半衰期約為2周，對(duì)于不同的含油污泥而言，處理時(shí)間隨烴類組分的不同而不同。此法適用于較高烴類含量的含油污泥，適用于冬季較長(zhǎng)的地區(qū)，處理后的廢棄物可填埋或施用農(nóng)田。
3.3 生物反應(yīng)器法
生物反應(yīng)器是一種將含油污泥稀釋于營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中使之成為泥漿狀的容器。由于生物反應(yīng)器能人為地控制充氧、溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等操作條件，烴類物質(zhì)的生物降解速度較其它生物處理過(guò)程更快。加入已馴化的高效烴類氧化菌，可加快烴類的生物降解速度。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)固體負(fù)荷為5%時(shí)，生物降解半衰期為5d。生物反應(yīng)器法處理后的廢棄物，液體部分可排入處置井（坑、池）或另作他用；固體部分可施用大田。此法也可用于石油工業(yè)廢棄物的預(yù)處理以減少烴類含量，然后再進(jìn)行其它處理。
烴類的生物降解速度隨廢棄物種類及處理技術(shù)不同而變化，通常生物反應(yīng)器法＞堆肥法＞地耕法。從經(jīng)濟(jì)角度講，據(jù)美國(guó)工廠保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（FIA）介紹，地耕法的處理費(fèi)用為20～45美元/m3，堆肥法為40～70美元/m3，生物反應(yīng)器法約500美元/m3。處理費(fèi)用受多方面因素的影響，若能優(yōu)化設(shè)計(jì)，并控制好操作條件，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，可降低含油污泥的處理費(fèi)用。
4 發(fā)展方向與建議
含油污泥處理難度大，目前已成為油田環(huán)保領(lǐng)域的突出問(wèn)題之一。從綜合利用的技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)看，缺少高附加值的深度處理和利用技術(shù)；從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，回收污油、綜合利用污泥是實(shí)現(xiàn)無(wú)害化和資源化的有效途徑。各地要因地制宜，尋求綜合利用和解決油泥污染的較佳方法。值得借鑒的是國(guó)外含油污泥處理通常是由專業(yè)承包商來(lái)完成的，由于含油污泥收集、脫水、運(yùn)輸和處理操作難度大、技術(shù)含量高，且具有臨時(shí)性及批量性的特點(diǎn)，因此從規(guī)模效益考慮，發(fā)展含油污泥處理的專業(yè)化服務(wù)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)也是大有可為的。
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