基于生物酶復(fù)配劑的含油污泥處理室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

魏彥林　楊志剛　呂　雷　南蓓蓓　王梓民

陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

基于生物酶復(fù)配劑的含油污泥處理室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

魏彥林楊志剛呂雷南蓓蓓王梓民

陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

針對(duì)延長油田含油污泥的特點(diǎn)，采用生物酶復(fù)配乳化劑對(duì)含油污泥中的原油進(jìn)行回收處理，并研究了固水比、藥劑用量、處理溫度、攪拌時(shí)間和循環(huán)利用次數(shù)對(duì)含油污泥中原油回收率的影響，確定了最佳處理?xiàng)l件。當(dāng)含油污泥固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時(shí)間為20 min時(shí)，原油的回收率可達(dá)99%以上，且處理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于鋪設(shè)油田井場(chǎng)和通井路，對(duì)油田含油污泥的資源化利用具有重要意義。

延長油田；復(fù)配劑；含油污泥；原油；回收率；實(shí)驗(yàn)

延長石油作為資源型企業(yè)，在中國石油工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用，但隨著油田開發(fā)規(guī)模的加大，環(huán)境污染問題越來越突出，每年產(chǎn)生的各類含油污泥達(dá)15×104t以上。自20世紀(jì)70年代初期，國內(nèi)外大量的研究人員就開始進(jìn)行含油污泥處理的研究工作，先后開發(fā)出了多種含油污泥處理方法及工藝，如焚燒法、溶劑萃取法、調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離法、熱解法、生物處理法、固化法等［1-2］。由于原油開采方式、含油廢水處理工藝等的不同，排出含油污泥物性各異，不同石化企業(yè)含油污泥的性質(zhì)差別較大，目前還沒有對(duì)各種含油污泥均能高效處理的方法。生物酶是一種以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的非活性催化劑，它可以加快反應(yīng)速率，降低污泥處理體系的反應(yīng)溫度，具有快速、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在石油開采領(lǐng)域如解堵驅(qū)油、壓裂、完井、石油污水、含油污染物降解、油罐清洗中應(yīng)用越來越廣泛［3］。實(shí)驗(yàn)擬采用生物酶復(fù)配乳化劑處理延長油田含油污泥，并分別考察固水比、藥劑用量、處理溫度、攪拌時(shí)間和循環(huán)利用次數(shù)對(duì)含油污泥原油回收率的影響，以確定生物酶復(fù)配乳化劑處理含油污泥的最佳實(shí)驗(yàn)條件。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

主要試劑：生物酶復(fù)配乳化劑（生物酶1.0%+表面活性劑10%+適量溶劑復(fù)配），四氯化碳（分析純），石油醚（分析純）。

主要儀器：JLBG-129紅外分光測(cè)油儀（吉林市吉光科技有限責(zé)任公司），HH-S8數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州普天儀器制造有限公司），JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器（常州國華電器有限公司）。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

首先稱取一定質(zhì)量的含油污泥樣品于400 mL的高腳燒杯中，按一定的固水比（干油泥樣與水的質(zhì)量比）加水稀釋，攪拌均勻并調(diào)整pH值；然后在一定的溫度條件下加入不同質(zhì)量濃度的生物酶復(fù)配乳化劑，并以100 r/min的速度攪拌一定時(shí)間后置于恒溫水浴鍋中靜置10 min；最后收集上層的浮油、中層的水溶液以及下層的泥砂，進(jìn)行含油量的測(cè)試。

1.3分析方法

以含油率為主要分析評(píng)價(jià)指標(biāo)，含油率參照國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法（HJ 637—2012）》進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1含油污泥成分分析

2.1.1含油污泥組成

含油污泥來源不同，其性質(zhì)和成分差異較大，實(shí)驗(yàn)用含油污泥樣品取自延長油田吳起某井場(chǎng)落地原油和下寺灣聯(lián)合站油罐底泥，經(jīng)檢測(cè)重金屬含量均低于農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 4284—1984），污泥主要污染物為原油，其油、水、泥組分含量如表1所示。

表1　含油污泥中油、水、泥各組分含量

2.1.2含油污泥中油品性質(zhì)

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《原油試驗(yàn)法（GB/T2538—1988）》、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石可溶有機(jī)物和原油族組分柱層析分析方法（SY/T 5119—1995）》和《原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測(cè)定法（SY/T7550—2000）》對(duì)油品性質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 油品性質(zhì)分析

由表2可以看出，從兩種含油污泥中所分離出的原油性質(zhì)與采出原油性質(zhì)相似，油品性質(zhì)沒有明顯變化，只是原油的重質(zhì)成分略有增加，但不影響其正常利用。因此對(duì)于含油量高的含油污泥應(yīng)進(jìn)行資源化回收處理［4］。

2.2原油回收率的影響因素

2.2.1固水比對(duì)原油回收率的影響

將含油污泥分別按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶5和1∶6的固水比加水稀釋，考察固水比對(duì)原油回收率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　固水比對(duì)含油污泥中原油回收率的影響

由圖1可以看出，含油污泥中原油回收率隨著水加量的增加而增大，這是因?yàn)橄蛴湍嘀屑铀ㄏ♂專┖罂梢源龠M(jìn)生物酶復(fù)配乳化劑的迅速溶解，使其分散均勻，全面發(fā)揮破乳作用，從而有利于油珠聚并，油、泥、水分離；但固水比超過1∶3后，過量的水會(huì)降低復(fù)配藥劑濃度，從而影響其破乳效果，原油回收率開始有下降的趨勢(shì)。綜合考慮原油回收率和減輕后續(xù)污水處理場(chǎng)的壓力，實(shí)驗(yàn)選取固水比為1∶3。

2.2.2藥劑用量對(duì)原油回收率的影響

含油污泥按照1∶3的固水比加水稀釋后，考察藥劑用量對(duì)原油回收率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　藥劑用量對(duì)含油污泥中原油回收率的影響

由圖2可以看出，當(dāng)體系不加藥劑時(shí)，含油污泥中原油回收率只有50%～55%左右；隨著藥劑用量的增加，原油回收率逐漸升高，但當(dāng)藥劑用量大于5 g/kg后，原油回收率有所降低。這是因?yàn)樯锩笍?fù)配乳化劑可吸附到油-水界面，以協(xié)同作用破壞原有的油-水界面保護(hù)層，此時(shí)油水界面張力隨著藥劑濃度的增加而迅速下降，從而使分散相相互靠近并聚結(jié)變大，最終實(shí)現(xiàn)油水分離；但當(dāng)復(fù)配乳化劑濃度過高時(shí)，油-水界面的吸附趨于過飽和，藥劑會(huì)在油-水相聚集成團(tuán)形成膠束，反而使界面張力上升，脫水效果變差，原油回收率降低［5-6］。從圖2可以看出藥劑的最佳用量為5 g/kg。

2.2.3處理溫度對(duì)原油回收率的影響

處理溫度（25、40、50、60和75℃）對(duì)原油回收率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著處理溫度的升高，含油污泥中原油回收率迅速增加，但超過50℃后，原油回收率隨溫度變化趨于平緩且有下降趨勢(shì)。這主要是因?yàn)闇囟壬?，原油的黏度降低，流?dòng)性增大，油水密度差變大，脫出的油以小油珠形式不斷上?。煌瑫r(shí)，溫度升高，潤濕角變小，有利于原油從泥砂表面剝落。但溫度過高（＞50℃）時(shí)，會(huì)破壞復(fù)配藥劑體系中生物酶的空間結(jié)構(gòu)，使活性降低；且在較高溫度體系下能耗也較高，油泥中的低碳有機(jī)物易揮發(fā)，造成環(huán)境污染［7］。因此，從處理效果、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面考慮，取40℃為最佳處理溫度。

2.2.4攪拌時(shí)間對(duì)原油回收率的影響

攪拌時(shí)間（5、10、20、30和40 min）對(duì)原油回收率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，攪拌時(shí)間越長，含油污泥的回收率越高。這是因?yàn)閿嚢钑r(shí)間越長，油、水、泥砂與復(fù)配藥劑接觸越充分，破乳、潤濕效果越好，泥砂中的原油就越容易洗脫出。在最佳處理?xiàng)l件下，當(dāng)攪拌混合時(shí)間為20 min時(shí)，原油的回收率可以達(dá)到99%以上。

圖3　處理溫度對(duì)含油污泥中原油回收率的影響

圖4　攪拌時(shí)間對(duì)含油污泥中原油回收率的影響

2.2.5藥劑循環(huán)利用次數(shù)對(duì)原油回收率的影響

在固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時(shí)間為20 min的條件下，復(fù)配藥劑重復(fù)利用次數(shù)對(duì)原油回收率的影響如圖5所示。由圖5可知，生物酶復(fù)配乳化劑在重復(fù)利用3次后原油的回收率仍可達(dá)80%以上，這說明該藥劑在處理含油污泥過程中消耗較少，重復(fù)利用率高，有利于節(jié)約污泥處理成本。

2.2.6含油污泥處理前后對(duì)比

參照國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)最佳處理?xiàng)l件下的含油污泥進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，兩種含油污泥經(jīng)處理后其石油烴含量由處理前的248.5 g/kg和587.3 g/ kg分別降低到12.5 g/kg和16.9 g/kg，可用于鋪設(shè)油田井場(chǎng)和通井路。

圖5　藥劑循環(huán)利用次數(shù)對(duì)含油污泥中原油回收率的影響

從處理前后的含油污泥外觀可以看出，處理前的含油污泥是一種較穩(wěn)定的乳狀液體系，外觀呈深褐色至黑色，黏度大，含油量較高；而處理后的泥樣，油泥質(zhì)地從結(jié)塊狀態(tài)變得松散，顏色也由原來的黑褐色變?yōu)楹稚土棵黠@降低，且減量化效果明顯。

3　結(jié)論

采用生物酶復(fù)配乳化劑處理含油污泥效果明顯，當(dāng)固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時(shí)間為20 min時(shí)，含油污泥的原油回收率可達(dá)99%以上，且處理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于鋪設(shè)油田井場(chǎng)和通井路。該方法簡(jiǎn)單易行，不需要高端的設(shè)備和復(fù)雜的工藝，在相對(duì)較低的溫度條件下即可達(dá)到較好的處理效果，對(duì)油田含油污泥的資源化利用具有重要意義。

［1］于海燕，閆光緒，郭紹輝.油田含油污泥處理技術(shù)［J］.化工進(jìn)展，2007，26（7）：1 007-1 011.

［2］劉洋.含油污泥的處理方法［J］.油氣田地面工程，2012，31（2）：73.

［3］劉徐慧，陳馥，馬寧.生物酶在油氣田生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2007，8（12）：48-50.

［4］陳國福.薩北地區(qū)油井采出污泥利用技術(shù)研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2002：20.

［5］任卓琳，牟英華，崔付義.原油破乳劑機(jī)理與發(fā)展趨勢(shì)［J］.油氣田地面工程，2005，24（7）：16-17.

［6］Zheng C Z，Wang M M， Wang Y L，et al.Optimization of biosurfactant-mediated oil extraction from oil sludge［J］.Bioresource Technology，2012（110）：338-342.

［7］康萬利，蔚新燕，張柏桐，等.吉林油田含油污泥的破乳—潤濕處理［J］.油田化學(xué)，2010，27（4）：443-445.

（029）88899445、weiyl1016@163.com

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.006

基金論文：陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目“石油生產(chǎn)中含油污泥處理技術(shù)研究與示范”（2012KTZB03-02）。

魏彥林：博士，工程師，2012年畢業(yè)于陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，主要從事油氣田化學(xué)與環(huán)境保護(hù)方面研究工作。

2015-02-27