含硫氣田采氣污泥無害化處理技術(shù)研究

文_ 王海洋 中石化天然氣工程項(xiàng)目管理部

川東北某氣田是國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最大的整裝海相氣田，具有儲(chǔ)量豐度高、硫化氫及二氧化碳含量高、地層壓力高和氣藏埋藏深“三高一深”的特點(diǎn)。氣田主體的集輸工藝采用全濕氣加熱保溫混輸工藝。井口天然氣先進(jìn)入集氣站，經(jīng)加熱、節(jié)流、計(jì)量后外輸，采用“加熱保溫＋注緩蝕劑”工藝經(jīng)集氣支線進(jìn)入集氣干線，然后輸送至集氣總站分水，生產(chǎn)污水輸送至污水站處理后回注地層，含硫天然氣則管輸至天然氣凈化廠進(jìn)行凈化。

氣田投產(chǎn)以來產(chǎn)生了大量的采氣污泥，不及時(shí)處理會(huì)對(duì)工藝裝置運(yùn)行安全造成危害，也會(huì)對(duì)污水處理指標(biāo)造成影響。清理淤泥會(huì)占用大量的場(chǎng)地，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。目前國(guó)內(nèi)外處理采氣污泥的一般方法有∶焚燒法、生物處理法、溶劑萃取法、化學(xué)破乳法、固液分離法等，需要從中篩選出一種技術(shù)成熟、處置工藝簡(jiǎn)單、既環(huán)保經(jīng)濟(jì)又可資源利用的無害化處理方式，來消除污泥的危害。

1 采氣污泥現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 污泥的來源與危害

采氣污泥主要指高壓氣流攜帶的少量井底巖屑、粉塵、單質(zhì)硫顆粒物；壓力變化導(dǎo)致單質(zhì)硫顆粒析出，在集氣站容器、設(shè)備、管線中沉積物以及工藝要求添加溶硫劑后的反應(yīng)產(chǎn)物；集輸管道在清管批處理過程中，清管球?qū)⒐芫€內(nèi)壁硫化鐵粉末、緩蝕劑涂膜帶入管線末端的堆積物；在污水站污水處理時(shí)添加的復(fù)合堿、除硫劑、殺菌劑、緩蝕阻垢劑、混凝劑、絮凝劑等藥劑的反應(yīng)產(chǎn)物。這些固體物質(zhì)混合后成分復(fù)雜，伴有惡臭等刺激性氣味，主要來源于天然氣開采、天然氣集輸、采氣污水處理過程。

污泥的局部堆積會(huì)造成在管線節(jié)流處、變徑處、排污管線、閥門和計(jì)量?jī)x表處堵塞，造成設(shè)備損壞，影響工藝生產(chǎn)安全和準(zhǔn)確計(jì)量；在分離器內(nèi)沉積，降低了設(shè)備分離效果；在集輸管道內(nèi)留存，加速管道腐蝕；在污水處理流程中沉積，增加了水質(zhì)處理成本，影響回注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，罐體清污頻率高，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大。

1.2 污泥產(chǎn)生量

自主體區(qū)塊2009年10月投產(chǎn)以來，從天然氣開采、集輸、污水處理過程共清理出污泥514t，年均產(chǎn)生量129t，折算平均1口井年產(chǎn)污泥3.65t，到周邊區(qū)塊全部投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)今后每年將產(chǎn)生污泥183t。

1.3 污泥處理現(xiàn)狀

污水處理站原設(shè)計(jì)有專門的污泥處理設(shè)施，用板框壓濾機(jī)壓濾后，裝車集中處理。但是由于緩蝕劑涂膜批處理工藝的特殊要求，造成污泥含油量較高，板框壓濾機(jī)的濾布非常容易堵塞，泥餅中水分含量高，泥餅壓濾效果差，污泥處理設(shè)施已停止使用。為了減緩污泥對(duì)水處理裝置的影響，對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造，增加了3個(gè)污水預(yù)處理沉降池和一個(gè)污油回收裝置，將大部分污泥和油污通過沉降留在污水池中，以減少對(duì)后續(xù)處理裝置運(yùn)行的影響。同時(shí)，定期組織對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行清淤，提升水處理裝置的運(yùn)行效率，提高水處理指標(biāo)。

從污水處理系統(tǒng)中清出的采氣污泥，采用臨時(shí)存放在預(yù)制的鋼制敞口罐內(nèi)用防滲布密封的措施，防止溶解的硫化氫氣體逸出，但是占用了較大的場(chǎng)地空間，又對(duì)安全環(huán)保生產(chǎn)造成影響。

2 采氣污泥無害化處理方案研究

2.1 方案設(shè)計(jì)

2.1.1 基本思路

符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的相關(guān)要求，消除或減小采氣污泥對(duì)環(huán)境的影響；研究采用目前國(guó)內(nèi)成熟、實(shí)用的處理工藝，穩(wěn)定可靠地達(dá)到治理目標(biāo)要求；探索廢物利用，避免二次污染；技術(shù)路線簡(jiǎn)單可靠，操作管理方便，投資少、運(yùn)行費(fèi)用低。

2.1.2 方案選擇

通過調(diào)研和成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒，確定先將污泥進(jìn)行預(yù)處理，然后送水泥廠窯爐焚燒，再作為水泥的添加輔料制成水泥。這一技術(shù)較為成熟，且已經(jīng)過地方環(huán)保部門的環(huán)評(píng)審批。按照這一思路，開展了技術(shù)研究試驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)室分析

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣分析

從污泥存儲(chǔ)罐中采集了污泥樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析。分析結(jié)果如下（見表1）。

表1 污泥成分指標(biāo)

從分析結(jié)果來看，采氣污泥成分復(fù)雜，主要含有硫化氫、硫醇、二硫化碳、硫化鈉等多種物質(zhì)，氣味刺激伴有惡臭，人短暫接觸有不適感。

2.2.2 預(yù)處理試驗(yàn)

（1）堿液抽提

用2%NaOH溶液至少兩次洗滌、沉降，分離上清液，該步驟主要分離污泥中硫化氫、硫化鈉及其他亞硫酸鹽等。洗滌液采用絮凝、沉降和氧化進(jìn)行無害化處理。

（2）溶劑萃取

用95%乙醇對(duì)污泥攪拌分離，溶劑回收利用，殘留物另作他用。該步驟主要處理污泥中硫醇，硫醇和硫酚都有強(qiáng)烈的臭味，硫醇在空氣中的濃度達(dá)到500億分之一時(shí)，即可聞到臭味。所以必須采用有機(jī)溶劑對(duì)其抽提，盡量減少其含量。

（3）催化氧化

經(jīng)上述處理后的污泥中仍含有少量S2-、R-SH等物質(zhì)，必須對(duì)污泥進(jìn)行氧化，使低價(jià)硫氧化成單質(zhì)硫或SO42-，從而降低其氣味和危害性。氧化過程是一個(gè)較慢的反應(yīng)，需要添加催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)。

（4）吸附吸收

催化氧化后的污泥仍會(huì)殘留S2-、R-SH，盡管濃度可能在百萬分之幾，仍然會(huì)產(chǎn)生刺激難聞的氣味，需要加入吸附劑對(duì)殘留氣味進(jìn)行吸附。經(jīng)此處理后的污泥在較近距離（20cm左右）已感覺不到令人惡心刺激的氣味，可以進(jìn)入固化處理階段。

2.2.3 深度處理試驗(yàn)

（1）固化處理

將固化材料加入預(yù)處理后的污泥中，機(jī)械固化后待轉(zhuǎn)運(yùn)處理。

（2）高溫焚燒

污泥經(jīng)固化處理后，進(jìn)入粉碎系統(tǒng)破碎成粉末，再與一定比例的原煤（優(yōu)質(zhì)高熱值、低含硫煤）混合后進(jìn)入成球系統(tǒng)形成顆粒物，然后進(jìn)入高溫箱式電爐在1100～1300℃焚燒，出渣達(dá)到了水泥輔料要求。

（3）建筑材料

經(jīng)上述工藝處理后的污泥焚燒渣可作為制作水泥的輔料使用。處理后樣品指標(biāo)檢測(cè)（見表2）。

表2 處理后污泥成分指標(biāo)

（4）污泥處理效果比對(duì)

圖1 污泥處理前后對(duì)比照片

圖1為實(shí)驗(yàn)室處理前后污泥對(duì)比圖，從試驗(yàn)的結(jié)果看，此方法技術(shù)上可行，處置措施合理、數(shù)據(jù)指標(biāo)符合規(guī)范要求，經(jīng)濟(jì)投入上也較少，廢物能夠循環(huán)利用，并且安全環(huán)保無害。

（5）廢液處理

處理1kg污泥樣品同時(shí)產(chǎn)生新的廢液450ml，對(duì)廢液采用深度氧化，使其中有機(jī)成分氧化降解，有機(jī)胺轉(zhuǎn)化為氨或無機(jī)銨鹽。涉及到的化學(xué)反應(yīng)如下∶

S2-+2H2O2=SO2+2H2O

R-SH+2H2O2=RH+SO2+2H2O

R-NH2+KMnO4→NH3+CO2+H2O+MnO2

處理后的水樣COD（Cr）低于100mg/L，無色無臭，透明，pH值為中性。

2.3 污泥無害化處置工藝流程及參數(shù)確定

通過試驗(yàn)分析，確定了處理工藝和處理劑最佳用量。

2.3.1 無害化處置工藝流程

通過實(shí)驗(yàn)室小試和中試，確定采氣污泥無害化治理流程如圖2。

圖2 無害化處置工藝流程圖

2.3.2 無害化處置步驟

（1）堿液抽提

在攪拌罐中，加入污泥，充分混勻，使堿液與泥漿充分接觸，保證污泥中的S2-充分溶解于水中，然后靜置沉降，分離上清液，分離液另外存放處理，此步驟至少重復(fù)2～3次。

（2）溶劑萃取

第一次加入質(zhì)量比10∶2的95%工業(yè)乙醇，在攪拌罐中，充分?jǐn)嚢瑁两捣蛛x溶劑加入反應(yīng)釜中蒸餾回收溶劑，殘留物作他用。第二次按質(zhì)量比10∶1.5加入乙醇。第三次加入質(zhì)量比10：1的乙醇，乙醇中加入助溶劑。

（3）催化氧化

在處理后的污泥中加入0.56‰的催化劑，在攪拌情況下再緩慢加入過硫酸鉀，由于氧化過程是一個(gè)較劇烈的放熱過程，此時(shí)應(yīng)監(jiān)控反應(yīng)溫度t≤60℃。

（4）吸附吸收

當(dāng)溫度降至室溫后，加入活性碳及0.5%鋅鹽，充分混勻，放置1h后繼續(xù)攪拌混合，至無明顯惡臭氣味止。

（5）固化處理

其中污泥與固化材料按比例（1：0.3）充分?jǐn)嚢瑁蛊渌缮⒉唤Y(jié)塊。

2.3.3 燒結(jié)工藝流程

經(jīng)前期處理得到的固廢粉粒進(jìn)入粉碎系統(tǒng)粉碎，再與一定比例的原煤（優(yōu)質(zhì)高熱值、低含硫煤）混合后進(jìn)入成球系統(tǒng)形成顆粒物，最后進(jìn)入水泥廠窯爐進(jìn)行焚燒，出渣作為水泥廠生產(chǎn)水泥的輔料使用。燒結(jié)制水泥工藝路線圖（圖3）。

圖3 固化物燒結(jié)工藝路線圖

2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)

2.4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

表3 藥劑費(fèi)用清單

從表3可以看出處理1方污泥需要的藥劑費(fèi)用約7520元，與委托危廢處理單位相比，費(fèi)用有了較大幅度降低，同時(shí)污泥還可廢物利用，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4.2 綜合效益分析

根治污染，變廢為寶，達(dá)標(biāo)治理，資源化利用，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和建設(shè)生態(tài)氣田的開發(fā)戰(zhàn)略。

3 結(jié)論

將污泥先進(jìn)行除臭、固化等預(yù)處理，降低了污染性和危害性，然后送水泥廠窯爐焚燒，出渣作為水泥的添加輔料制成水泥，工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上可行，能從根本上解決固廢污染問題，并能使廢物得到綜合利用，為解決氣田采氣污泥處理提供了一條資源化利用途徑，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益。