油田脫油油泥離心處理的研究
技術支持
石化行業(yè)的原油儲罐，每隔5年左右需清罐一次，即使經(jīng)過二次蒸餾拔油處理，底層含油污泥的量至少仍占其儲存容量的1%以上，再加上浮渣泥與落地泥，數(shù)量十分可觀，而這種污泥中含有大量的苯系物、酚類等惡臭有毒物質，不能直接排放，處理不當還會造成二次污染。因為其巨大的危害，20世紀90年代以后，一些發(fā)達 除了對含油污泥實行嚴格的法規(guī)，還深入研究了其處理處置技術?？傮w來講，含油污泥的生物處理技術處理周期長，工藝條件苛刻，物化處理技術簡單，國內外學者研究較多，目前各油田對含油污泥初步處理采用藥劑法較多。藥劑法能回收油泥中的油，但藥劑法處理后含水率高的油泥已成為該方法的遺留問題。本實驗主要研究藥劑法除油后的罐底泥泥渣與浮渣油泥混合，離心處理制成泥餅的優(yōu)化條件，以脫水率為指標，確定達到較佳分離效果時的操作條件。
1 實驗部分
1.1 實驗原料及試劑
實驗原料：某油田罐底泥和該油田污水處理廠的浮渣油泥，采樣時間2012年8月和2013年4月，油泥理化性質如表1所示。
表1：某油田罐底泥和浮渣油泥
油泥 | 罐底泥 | 浮渣油泥 |
顏色 | 黑色 | 黑色 |
嗅味 | 惡臭 | 惡臭 |
含水率/% | 60～85 | 45～70 |
含油率/% | 10～30 | 6～11 |
w（雜質）/% | 5～10 | 15～40 |
p（20℃）/（g/m3） | 0.75～1.20 | 0.98～1.70 |
實驗試劑：十二烷基苯磺酸鈉，分析純；碳酸鈉，分析純；聚丙烯酰胺。
1.2 實驗設備
電熱恒溫鼓風干燥箱；電子天平；恒溫水浴鍋；離心機。
1.3 實驗步驟
預處理是將罐底泥用復配化學藥劑進行處理，靜止分層回收浮油，得到處理后的泥渣與含有藥劑的廢水。具體方法如下：按照配方向罐底泥中依次投加十二烷基苯磺酸鈉（4g/L），碳酸鈉（1g/L），聚丙烯酰胺（30mg/L），其中藥劑體積比為1:2:1，藥劑與污泥液固質量比為6:1。50℃水浴條件下，攪拌20min，自然靜置分層，除浮油，得到處理后的罐底泥的泥層（泥渣）與廢水層（離心助劑）。以罐底泥的泥渣為實驗對象。
將泥渣摻入一定量的浮渣油泥，適當攪拌后，離心處理，處理后的水可作為油田回注水，殘渣可用于制煤。離心處理中考察以下影響因素：離心時間、離心速度、泥渣和浮渣油泥質量比、處理量和離心助劑用量。其中，離心助劑為化學藥劑法處理后的含有藥劑的廢水（廢水中含有十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉、聚丙烯酰胺），加入離心助劑目的是加速含油污泥的破乳分層。其中，含水率的測定方法如下：
（1）取小坩堝若干個，放入溫度為105℃的烘箱中，烘干1h后取出，放入干燥器中降至室溫稱重（ma）。
（2）分別稱取5g左右處理后的泥渣或浮渣泥（mb）放入小坩堝中，放入105℃的烘箱中，烘干4h后取出，放入干燥器中降至室溫后稱重（mc）。
計算含油污泥的含水率公式如下：
W=[mb-(mc-ma)]/mb×100%
式中，ma為坩堝質量，g；mb為未處理污泥樣品質量，g；mc為烘干后污泥樣品和坩堝質量，g。
混合泥脫水率ξ計算公式如下：
ξ=(m0+m1+m2-m3)/(m1×W1+m2×W2)×100%
式中，m0為坩堝質量，g；m1為處理后的泥渣質量，g；m2為浮渣泥質量，g；m3為離心后混合泥與坩堝總質量，g；W1為處理后的泥渣含水率，%；W2為浮渣泥含水率，%。
2 結果與討論
2.1 離心時間的考察
浮渣油泥和處理過的含油污泥泥渣各稱取2.5g，混合后加入5mL離心助劑，為使離心助劑和含油污泥混合充分，連續(xù)攪拌5min后，倒入離心管中，離心轉速3500r/min，污泥離心時間分別為10、15、20、25、30min，在不同的離心時間下處理含油污泥，做出離心時間-脫水率曲線，分析得出較佳離心時間。調質-離心技術能夠提高含油污泥的脫水率，這是因為污泥顆粒上的水滴的附著力小于其做圓周運動的向心力，離心因此起到了泥水分離的作用。一般來說，離心時間越長，油、水、泥三相在離心力的作用下分離的越充分，離心時間從10min延長到20min，脫水率從50.72%增加到78.00%，離心時間為20min時脫水量達到峰值（脫水率78.00%），達到峰值后脫水率隨離心時間延長增加并不明顯。因此，較佳離心時間為20min。
2.2 離心轉速的考察
設定離心轉速分別為2000、2500、3000、3500、4000r/min，在不同轉速下處理含油污泥。離心轉速由2000r/min增加到3000r/min時，脫水率從49.86%增加到83.33%，根據(jù)Stock公式，當離心速度增大時，沉降速度也隨之增加，從而使分離效果增強。隨離心速度增加，脫水率達到極值后基本保持不變。綜合考慮，某油田污泥在實驗室小試時，較佳離心轉速為3000r/min。
2.3 離心助劑加入量的考察
對兩次取樣的某油泥進行測定，密度分別為0.75g/cm3和1.2g/cm3，自然狀態(tài)下的含油污泥狀態(tài)穩(wěn)定，類似于膠體物質。藥劑法處理時油泥中加入的復配藥劑中含有絮凝劑，離心分離出來的水層就含有絮凝劑，實驗將其作為分離的助劑加入離心油泥中，目的是促進油泥絮凝固體的形成，利于離心分離，同時可以節(jié)約藥劑用量。離心助劑的加入體積分別為4、6、8、10、12mL。
離心助劑加入量從4mL增加到8mL時，脫水率從46.42%增加到86.04%，這是因為，離心助劑量增加，對污泥顆粒的絮凝作用增強，污泥顆粒粒徑增大。根據(jù)Stock公式，可知污泥顆粒粒徑增大，沉降分離效果提高。離心助劑加入體積由8mL增加到12mL，脫水率的增加幅度在2%～3%，考慮到投入離心助劑量的增加同時增加能耗，因此，較佳離心助劑加入量為10mL。
2.4 前處理對離心的影響
離心前的攪拌處理屬于調質，在不同的攪拌時間3、5、7、9、11min時，測定含油污泥脫水率。攪拌前處理能夠提高含油污泥的脫水率，攪拌3min時，含油污泥脫水率僅為40.52%，攪拌時間延長到5min以上，脫水率能提高30%～40%，而且離心前處理攪拌時間越長，攪拌越充分，藥劑與油泥接觸越徹底，污泥顆粒的絮凝作用越強，從而使污泥顆粒粒徑增大。另外，攪拌可以加速含油污泥表面泥沙的脫落，有利于油滴從含油污泥中分離，實驗證明含油率為10.08%的罐底油泥和浮渣油泥經(jīng)離心處理后含油率為5.24%。綜合考慮，離心前的攪拌處理時間為9min。
2.5 處理量的考察
浮渣泥和處理過的含油污泥泥渣按質量比1:1混合，然后分別取2、4、6、8、10g混合后的污泥處理。對于小型實驗用的離心機（分離因數(shù)1960）來說，處理量在2～4g時，脫水率在88.11%～87.54%；但當處理量由4g增加到10g，脫水率迅速降低至49.93%。由此可見，進行工程試驗時，為了獲得較好的脫水效果，需要進行處理能力的考察。另外，離心機的處理量增大也會增加電力消耗。綜合考慮，對應小型實驗用的離心機來說，處理量選為4g。
2.6 泥渣與浮渣泥配比對脫水率的影響
加入離心助劑處理后隨泥渣的比例增加，脫水率隨之增加，這是因為處理后泥渣中還有一定量的藥劑。實驗不考察浮渣泥的脫油率，因為相對罐底泥來說，浮渣泥含油率較低，脫水后的污泥將制作型煤，留有一定量的油可以提高煤的熱值。因此，綜合考慮，藥劑法處理后的泥渣與浮渣泥質量比為4：1，此時脫水率達到92.17%。
3 結論
處理后的罐底泥泥渣含水率86.84%，浮渣泥含水率52.37%。將處理后的罐底泥泥渣摻入一定量的浮渣泥，離心助劑采用藥劑法分離出來的上層液，適當進行攪拌后，離心處理，離心較佳工藝條件：加入離心助劑量為10mL，預處理攪拌時間為9min，離心處理量為4g，罐底泥處理后泥渣與浮渣泥質量比為4:1，離心時間為20min，離心轉速為3000r/min。在此較佳工藝條件下，脫水率可達92.17%。
