罐底油泥脫水及干化方法研究

黃 田，杜國勇

（西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，成都610500）

1 前 言

含油污泥是石油開采過程中產(chǎn)生的廢棄物。它是一種由原油、泥砂、水及少量化學(xué)藥劑和部分工業(yè)雜質(zhì)形成的多相混合物，呈黏稠膏狀或較黏流體，性質(zhì)穩(wěn)定，油、泥砂、水等組分難于分離［1］。含油污泥常伴有惡臭氣體產(chǎn)生，含有重金屬、鹽類以及苯系物等有害物質(zhì)，如果不及時(shí)處理，對(duì)環(huán)境有污染隱患。

目前，國內(nèi)外含油污泥的處理方法一般有焚燒法、熱解析法、生物處理法、熱化學(xué)洗滌法、溶劑萃取法、固化處理法等［2－4］。其中許多方法存在成本高、回收率較低等問題，實(shí)際應(yīng)用效果不大。如熱解和溶劑萃取技術(shù)雖然回收率較高，但工藝較復(fù)雜，技術(shù)不成熟，設(shè)備投資費(fèi)用高，并且萃取劑多為有毒有機(jī)溶劑，環(huán)境危害大。同時(shí)，由于油泥中常含有大量助劑，使得原油提取難度加大，回收的原油也不宜煉制［5］。熱化學(xué)洗滌法［6］污泥產(chǎn)量大，回收率較低。固化處理法［7－8］是應(yīng)用較為普遍的技術(shù)，但存在如下缺點(diǎn)：①固化劑加量大，往往還需要添加多種促凝劑，藥劑成本高；②固化時(shí)間長，一般要15～30天才能使固化體達(dá)到一定的抗壓強(qiáng)度；③存在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。固化只是把含油污泥的污染物暫時(shí)固結(jié)在固化體內(nèi)，并沒有從根本上將污染物去除。從短期來看，污染物被封閉起來，減少了向外界的擴(kuò)散，減輕了對(duì)環(huán)境的影響；但是，從長期來看，泥漿中的污染物可能會(huì)與固化劑發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)，固化劑的穩(wěn)定性也有時(shí)效性。固化體長期暴露于自然界中，經(jīng)一系列的物理、化學(xué)、生物等作用，固化劑有可能失效，導(dǎo)致污染物逸出。生物處理法周期長［9－10］，占地面積大，易受氣候影響限制，對(duì)高含油污泥和含有生物毒性成分的污泥不適用。

本課題以某油田污水處理廠沉降罐底油泥為研究對(duì)象，針對(duì)其自身特點(diǎn)，提出先脫水再干化的技術(shù)路線，通過實(shí)驗(yàn)考察脫水劑種類、脫水劑加量、陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）加量及干化劑加量對(duì)處理效果的影響。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 材料和儀器

材料：CPAM（相對(duì)分子質(zhì)量1.0×107，工業(yè)級(jí)，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)，使用時(shí)配制成0.5%水溶液，作絮凝劑用）；脫水劑A，B，C，D，E（均為分析純，屬于強(qiáng)電解質(zhì)，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)）；氧化鈣（分析純，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)）；煤粉（市售蜂窩煤粉碎后過20目篩）。

儀器：101－2型電熱鼓風(fēng)干燥箱、1mm×1mm金屬濾網(wǎng)、NDJ－8SN數(shù)字黏度計(jì)、燒杯、量筒、電子天平、電熱爐、玻璃棒、表面皿。

2.2 分析方法

2.2.1 含水率 稱取一定量的油泥w1，將其置于烘箱中，于40℃ 下烘干至恒重，稱其質(zhì)量，記為w2。含水率的計(jì)算公式為：

2.2.2 含油量和固含量 將烘干后的的油泥置于電熱爐中，在800℃進(jìn)行加熱，待充分燃燒（殘?jiān)驶野咨┖?，?zhǔn)確計(jì)量灰分的質(zhì)量，記為w3。含油量和固含量計(jì)算公式為：

2.2.3 pH值 用廣泛試紙測定溶液的PH值。

2.2.4 黏度 用NDJ－8SN數(shù)字黏度計(jì)測定黏度。

2.3 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)用油泥為某油田污水處理廠沉降罐罐底油泥，泥樣呈黑色，并伴有惡臭氣味，體系穩(wěn)定。取樣前將油泥充分搖勻，以使其具有代表性。油泥的組成及性質(zhì)見表1。從表1可以看出：油泥的含水率和含油量均較高，有利用價(jià)值；油泥的黏度較小，流動(dòng)性好；固含量較低，接近于水，難以與水分離。

表1 油泥組成及性質(zhì)

2.4 實(shí)驗(yàn)過程及方法

實(shí)驗(yàn)過程包括脫水和干化兩個(gè)階段。

（1）脫水過程：主要進(jìn)行脫水劑（A，B，C，D，E）的篩選、確定脫水劑和CPAM的適宜加量。

實(shí)驗(yàn)步驟：①將原生油泥充分搖勻，取50g；②加入脫水劑（具體加量由實(shí)驗(yàn)確定），以100r/min快速攪拌5min；③加入一定量（具體加量由實(shí)驗(yàn)確定）的CPAM溶液，以100r/min速率快速攪拌2min，再加入一定量的CPAM溶液，以30r/min速率慢速攪拌1min；④在常壓和環(huán)境溫度下，固液兩相于金屬濾網(wǎng)（1mm×1mm）上進(jìn)行自然分離，直到無水濾出為止。絮凝效果的好壞以絮體大小、脫出水量和脫水油泥含水率為依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過程中為了使CPAM與油泥充分混合，又不會(huì)由于快速攪拌將已形成的絮凝體打碎，在加入脫水劑并快速攪拌后，先加入一定量的CPAM溶液快速攪拌，使CPAM與油泥混合均勻，再加入一定量的CPAM溶液慢速攪拌，為形成較大絮凝體創(chuàng)造條件。

（2）干化過程：主要進(jìn)行干化劑的篩選、確定脫水油泥與干化劑的混合比例以及晾曬時(shí)間，并進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：將脫水油泥按不同比例與干化劑混合，攪拌均勻后，于自然光下晾曬，并考察晾曬時(shí)間與泥餅干化程度的關(guān)系。待干化呈顆粒狀后，于電熱爐中灼燒。

需要注意的是，油泥脫水后，濾液不能直接排放，需進(jìn)一步處理。由于油泥中的可燃物質(zhì)主要為石油類，可能會(huì)存在二次污染問題，可通過增加相應(yīng)的除塵和煙氣處理單元來控制。

3 結(jié)果與討論

3.1 脫水劑的篩選

依次選用A，B，C，D，E 5種脫水劑，分別考察其脫水效果。脫水劑加量為油泥質(zhì)量的2%，CPAM的加入量為：快速攪拌前加入10mg（200 mg/L，相對(duì)于油泥量），慢速攪拌前加入20mg（400mg/L，相對(duì)于油泥量）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同脫水劑脫水效果

從表2可以看出，向油泥中加入脫水劑A和脫水劑B后，都有很好的分離效果，脫出水清澈；加入脫水劑C，泥水分離困難，分離水中含有很多細(xì)小顆粒，渾濁；加入脫水劑D，油泥基本上沒有變化，無法脫水；加入脫水劑E，油泥體積迅速膨脹，無法脫水。因此，脫水劑初步選擇A和B。

3.2 脫水劑的不同加量對(duì)脫水效果的影響

分別按1%，2%，3%，4%，6%，8%（相對(duì)于油泥質(zhì)量）的不同比例加入脫水劑A，考察脫水劑A的加入量對(duì)脫水效果的影響。CPAM的加入量為：快速攪拌前加入10mg，慢速攪拌前加入20mg。重復(fù)以上步驟考察脫水劑B加入量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 脫水劑不同加量對(duì)脫水效果的影響

從表3可以看出，隨著脫水劑A的增加，脫出水量不斷增多，泥餅含水率也逐漸降低。脫水劑A加量（w）為2%時(shí)，泥餅含水率達(dá)到64.4%，降幅較大。當(dāng)加量（w）大于2%時(shí)，泥餅含水率下降趨于平緩，繼續(xù)增加脫水劑A對(duì)降低脫水油泥含水率沒有明顯效果。因此，脫水劑A的加量（w）以2%為宜。同理分析，脫水劑B的加量（w）以4%為宜。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上看，在原生油泥中加入脫水劑A或脫水劑B，不同加入量下均能形成較大、密實(shí)度高的絮凝體，沉淀性能好，固液兩相分離明顯。因此，脫水劑A和脫水劑B均有很好的脫水效果。從經(jīng)濟(jì)上考慮，由于脫水劑A的市場價(jià)格較B低廉，并且脫水劑A的用量少。因此，綜合考慮，以選用脫水劑A為宜。

3.3 快速攪拌過程CPAM加量的影響

采用脫水劑A，加量為油泥質(zhì)量的2%，考察在快速攪拌時(shí)，CPAM加量分別為2.5，5，10，15，20mg時(shí)對(duì)脫水效果的影響。慢速攪拌時(shí)CPAM的加入量為20mg。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 快速攪拌過程CPAM加量對(duì)脫水效果的影響

從表4可以看出，快速攪拌過程中，CPAM加量對(duì)脫水油泥含水率的影響不大。從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來看，加入CPAM 2.5mg和5.0mg時(shí)，含油污泥固液分離效果不是很好，絮體松散，分離水中含有很多細(xì)小顆粒；當(dāng)CPAM加量達(dá)到10.0mg時(shí)，分離效果好，分離出來的水清澈，絮體大，密實(shí)度也高。因此，快速攪拌過程中，CPAM的加量以10.0mg（200mg/L）為宜。

3.4 慢速攪拌過程CPAM加量的影響

采用脫水劑A，加量為油泥質(zhì)量的2%，考察在慢速攪拌時(shí)，CPAM加入量分別為10，15，20，25，30，40mg時(shí)，對(duì)脫水效果的影響?？焖贁嚢钑r(shí)CPAM的加入量為10mg。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 慢速攪拌過程CPAM加量對(duì)脫水效果的影響

從表5可以看出，總體上，CPAM的加量對(duì)脫水油泥含水率影響不大。隨著CPAM的增加，脫出水量增加幅度不大。當(dāng)CPAM加量大于25mg后，脫出水量開始減少，但減少幅度不大。這可能是因?yàn)榧尤氲腃PAM量過多，以至于將水包住，反而分離不出來。從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來看，當(dāng)CPAM加量為20mg時(shí)，分離效果好，絮體密實(shí)度高，脫出水清澈，基本上不含細(xì)小顆粒。因此，慢速攪拌過程中，CPAM的加量以20mg（400mg/L）為宜。

綜上所述，含油污泥最佳脫水條件為：采用脫水劑A，加量為2%（w），快速攪拌前CPAM加量為200mg/L，慢速攪拌前CPAM加量為400mg/L。在此條件下對(duì)含油污泥進(jìn)行處理，能形成較大的絮凝體，沉降性能好，固液兩相明顯分離。

4 脫水油泥干化實(shí)驗(yàn)

在最佳脫水實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)含油污泥進(jìn)行脫水處理，然后對(duì)所得脫水油泥進(jìn)行干化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將脫水油泥于自然光下放置1天后，其含水率進(jìn)一步降低，但是，其黏度很大，易產(chǎn)生黏結(jié)現(xiàn)象，不易造粒和運(yùn)輸。因此，油泥脫水后不宜直接干化。本實(shí)驗(yàn)采用將脫水油泥與氧化鈣或煤粉混合的方法，對(duì)脫水油泥進(jìn)行干化、降黏處理。

4.1 脫水油泥加氧化鈣混合干化

在脫水油泥中分別加入5%，10%，15%，20%（w）的氧化鈣，然后，在自然光下晾曬，考察氧化鈣不同加入量對(duì)干化效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)氧化鈣加量（w）為5%時(shí)，脫水油泥已變得較為干燥，質(zhì)地較軟而不易分散。此后，再增加氧化鈣的量，脫水油泥進(jìn)一步變干，但油泥仍不易分散，并且較軟。因此，氧化鈣加量（w）以5%為宜。表6為脫水油泥中加入5%（w）氧化鈣混合后，考察不同晾曬時(shí)間的干化效果。混合有5%（w）的氧化鈣的脫水油泥經(jīng)晾曬3～4h后，可成顆粒狀，不結(jié)塊，不黏結(jié)。再于電熱爐（800℃）上灼燒10～15min，明火引燃即可燃燒。

表6 加入氧化鈣后不同晾曬時(shí)間的干化效果

4.2 脫水油泥加煤粉混合干化

按脫水油泥與煤粉質(zhì)量比為3∶1，2∶1，1∶1，1∶1.5，1∶2分別加入煤粉，然后在自然光照射下晾曬，考察煤粉不同加量對(duì)干化效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)脫水油泥與煤粉按質(zhì)量比1∶1.5混合后，質(zhì)地較軟而較易分散。將其晾曬3～4h后，顆粒較硬，容易分散，不黏結(jié)，呈顆粒狀。于電熱爐（800℃）上灼燒10～15min，明火引燃即可燃燒。

從上述實(shí)驗(yàn)可以看到，脫水油泥與氧化鈣或煤粉混合后，經(jīng)簡單晾曬，均能成顆粒狀，造粒效果好，可以作為燃料利用，回收熱值。為減少氧化鈣所帶來的成本問題，同時(shí)考慮到煤本身就是一種燃料，可提高污泥干化物的熱值，干化劑選煤粉為宜。

5 結(jié) 論

（1）采用脫水－干化的方法對(duì)某油田污水處理廠沉降罐底油泥進(jìn)行處理，只需簡單的攪拌和過濾，就可達(dá)到較好的脫水效果；脫水油泥經(jīng)與煤粉混合干化后，不需要額外添加引燃劑，可作為燃料利用，能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）最佳脫水條件為：脫水劑A投加量（w）2%，快速攪拌過程中CPAM加量200mg/L，慢攪過程中CPAM加量400mg/L。經(jīng)處理后，油泥含水率從85%左右降至65%左右，油泥體積可減少1/3左右。

（3）脫水油泥在與煤粉混合［m（脫水油泥）∶m（煤粉）＝1∶1.5］后，能很快干化，并且不黏結(jié)，不結(jié)塊，可制成粉煤或型煤，能與燃煤混燒。

［1］ 楊國圣，吳新民，楊和平.含油污泥處理工藝研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27（3）：78－79，97

［2］ 李冰，謝衛(wèi)紅，朱景義.中國石油油田含油污泥處理現(xiàn)狀［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2009，20（4）：18－20

［3］ 趙虎仁，蘇燕京，葉艷.石油煉廠含油污泥無害化處理初步研究［J］.石油與天然氣化工，2003，32（6）：396－398

［4］ Oolman J，Castakli F J，Bebrens G P，et al.Biotreat oily refinery wastes［J］.Hydrocarbon Processing，1992，71（8）：67－69

［5］ 孫景欣.含油污泥有機(jī)組分的萃?。跩］.中國資源綜合利用，2009，27（6）：25－26

［6］ 岳海鵬，李松.油田含油污泥處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、探討及展望［J］.化工技術(shù)與開發(fā)，2010，39（4）：17－20

［7］ 屈撐囤，王新強(qiáng)，陳杰瑢.含油污泥固化處理技術(shù)研究［J］.石油煉制與化工，2006，37（2）：67－70

［8］ 岳泉，唐善法，王漢菊.含油污泥固化處理技術(shù)研究［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2007，8（12）：51－52

［9］ 包木太，王兵，李希明，等.含油污泥生物處理技術(shù)研究［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2007，22（6）：865－871

［10］尤興龍.生物法處理油田含油污泥［J］.油氣田地面工程，2010，29（2）：66