含油污泥固液分離技術(shù)的試驗研究
技術(shù)支持
長期以來，各油田普遍采用直接掩埋法處理聯(lián)合站清罐產(chǎn)生的含油污泥，該方法需占用大量的土地，且掩埋后的污泥中的原油及化學藥劑短時間內(nèi)無法分解，原油在土壤中滲透擴散，會造成更大范圍的污染。近年來相繼出現(xiàn)的焚燒法、生物法、溶劑萃取法、采用含油污泥制備建筑材料等方法因種種原因均未能大范圍推廣。
人們目前對含油污泥無害化處理的研究普遍集中在化學法污泥系統(tǒng)脫穩(wěn)加機械分離這一方法上。結(jié)合固液離心分離技術(shù)的特點，對含油污泥進行絮凝處理，并采用旋流分離器、螺旋離心機等設(shè)備對其進行固液分離，使污泥中的油類物質(zhì)含量由原來的23%降至0.3～1.5%，污泥再經(jīng)自然干化后可用于鋪墊道路和井場。其中，采用螺旋離心機處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量為0.3%，可作為農(nóng)用污泥直接排放。旋流分離器的平均分離效率為91.6%，螺旋離心機的平均分離效率為98.38%。
1 含油污泥處理流程
本文設(shè)計了含油污泥無害化處理的中試流程，其中的機械分離裝置采用旋流分離器，后根據(jù)中試取得的數(shù)據(jù)設(shè)計了螺旋離心機，并模擬現(xiàn)場使用條件進行了性能對比試驗。
根據(jù)含油污泥的特點，吸泥機入口設(shè)置了機械旋轉(zhuǎn)格柵，柵格間距5mm，通過格柵的翻轉(zhuǎn)可將混入污泥中的大顆粒物體、飄落至污泥池中的條形雜物帶出。
吸泥機提取的污泥通過熱交換器進行加熱，使之達到50℃左右。加熱后的含油污泥進入攪拌罐，添加3.5～4倍的油田熱污水，污水溫度在50℃左右，在其中加入0.1%左右的自制化學藥劑，該化學藥劑以平均分子量為400～1000萬的陽離子型聚丙烯酰胺為主，由于殘留在污泥中的化學藥劑數(shù)量較少，避免了二次污染的發(fā)生。通過攪拌使污泥系統(tǒng)脫穩(wěn)，實現(xiàn)油、水、渣三相的基本分離，油、水混合物進入沉降罐進一步分離。沉渣通過旋流分離器進一步除去固相中的液相，實現(xiàn)固液分離。
經(jīng)過處理后的污泥自然干化排放。污泥清洗、固液分離后的液體進一步沉降分離，殘余污水可循環(huán)使用。
2 分離效率測試
2.1 旋流分離器
旋流分離器主要由蝸體、尾錐兩部分組成，蝸體直徑為136mm，尾錐錐角為13°。
取旋流分離器入口處及溢流口處懸浮液各100mL，過濾并干燥，得固體物質(zhì)分別為20.95g、1.76g，采用XSB-88型頂擊式震篩機振動20min后得到的粒度檢測結(jié)果見下表：
樣品目數(shù)（粒徑/mm） | 入口樣品質(zhì)量（g） | 溢流口樣品質(zhì)量（g） | 旋流器分離效率（%） |
40（0.45） | 4.28 | 0.07 | 98.36 |
100（0.154） | 1.72 | 0.12 | 93.02 |
140（0.105） | 2.55 | 0.21 | 91.76 |
200（0.074） | 8.96 | 0.82 | 90.85 |
300（0.050） | 2.09 | 0.31 | 85.17 |
400（0.0385） | 1.35 | 0.23 | 82.96 |
合計 | 20.95 | 1.76 | 平均91.6 |
注：旋流器分離效率=[（入口處質(zhì)量-溢流口處質(zhì)量）×100/入口處質(zhì)量]%
2.2 螺旋離心機
螺旋離心機主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、溢流堰、驅(qū)動系統(tǒng)、進出料系統(tǒng)和密封潤滑系統(tǒng)等幾部分組成。轉(zhuǎn)鼓直徑為300mm，長徑比為4.0，轉(zhuǎn)速為2500r/min。
取現(xiàn)場待處理含油污泥樣品30kg，于實驗室內(nèi)模擬現(xiàn)場流程進行試驗。加熱含油污泥，添加化學藥劑，撇去浮油后攪拌使其成為懸浮液，通過螺旋離心機進行固液分離。
取螺旋離心機入口處及溢流堰處懸浮液各100mL，過濾并干燥，得固體物質(zhì)分別為26.62g、0.43g，得到的粒度檢測結(jié)果見下表：
樣品目數(shù)（粒徑/mm） | 入口樣品質(zhì)量（g） | 溢流口樣品質(zhì)量（g） | 旋流器分離效率（%） |
40（0.45） | 4.94 | 0 | 100 |
100（0.154） | 2.65 | 0.02 | 99.25 |
140（0.105） | 4.02 | 0.04 | 99 |
200（0.074） | 10.33 | 0.12 | 98.84 |
300（0.050） | 3.12 | 0.16 | 94.87 |
400（0.0385） | 1.56 | 0.09 | 94.23 |
合計 | 26.62 | 0.43 | 平均98.38 |
注：離心機分離效率=[（入口處質(zhì)量-溢流堰處質(zhì)量）×100/入口處質(zhì)量]%
3 結(jié)果與討論
旋流分離器依靠懸浮液本身所有的機械能實現(xiàn)固液分離，而螺旋離心機則依靠外加動力實現(xiàn)固液分離，二者所產(chǎn)生的離心力差異較大，因而分離效率存在差距。對于經(jīng)旋流分離器與螺旋離心機分離所得到的污泥樣品及原始樣品采用石油醚溶解法分別測定其中油類物質(zhì)的含量。結(jié)果采用旋流分離器處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量為1.5%（質(zhì)量百分比），采用螺旋離心機處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量為0.3%。
含油污泥經(jīng)化學法實現(xiàn)系統(tǒng)脫穩(wěn)后，仍有少量原油微滴吸附于固體顆粒表面的微孔之中，或局部（全部）潤濕鋪展于固體顆粒表面，這是由于原油顆粒與固體顆粒間的粘附功大于原油顆粒間的凝聚功所造成的。在隨后進行固液離心分離時，固體顆粒發(fā)生劇烈碰撞、剪切，當外部機械能大于原油顆粒與固體顆粒間的粘附功時，原油顆粒與固體顆粒脫離，并相互聚集成為較大顆粒的油滴排出。外部機械能越大，固體顆粒間的碰撞就越激烈，因而吸附于固體顆粒表面的原油顆粒就越少。由此可以解釋相同條件下經(jīng)螺旋離心機處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量低于旋流分離器處理后的污泥。
對處理后的污泥進行含油量檢測，表明其中仍含有油類物質(zhì)，這可能是由于殘余的吸附于固體顆粒表面微孔中的原油微滴所致，這些原油微滴中的揮發(fā)性物質(zhì)隨污泥的干化而揮發(fā)，殘余的瀝青質(zhì)以更加緊密的方式與泥砂顆粒相結(jié)合且難溶于水。如用此污泥鋪墊道路或井場，不會在雨季時造成污染。
采用旋流分離器作為分離設(shè)備具有設(shè)備免維護，無需外加動力，操作簡便等特點，設(shè)備的本身造價及運行成本都較低，可應(yīng)用于污泥顆粒較大，對處理后殘余污泥的排放要求不高的場合；采用螺旋離心機作為分離設(shè)備具有分離效率高，分離粒度小，處理后的污泥含油量低的特點，但設(shè)備的本身造價及運行成本都高于旋流分離器。
曾對未處理的含油污泥采用板框式壓濾機進行處理，因原油粘度較大造成壓濾機濾布孔隙堵塞，無法進行下步工序。考慮到壓濾機的設(shè)備造價、日常維護成本等問題，在機械分離過程中未采用其替代旋流分離器與螺旋離心機。
4 結(jié)論
（1）采用旋流分離器處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量為1.5%，污泥經(jīng)過自然干化后可以用于鋪墊道路和井場。旋流分離器的平均分離效率為91.6%。
（2）采用螺旋離心機處理后的污泥中油類物質(zhì)的含量為0.3%，污泥可作為農(nóng)用污泥直接排放。螺旋離心機的平均分離效率為98.38%。
（3）對于污泥顆粒較大，對處理后殘余污泥的堆放等要求不高的場合推薦使用旋流分離器。而對于污泥顆粒較小，且對殘余污泥的處理要求嚴格的場合則推薦使用螺旋離心機。
