車城油田剩余污泥資源化技術(shù)室內(nèi)試驗

郭棟 衛(wèi)青松 竇勤光 李秉軍 李明（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

車城油田剩余污泥資源化技術(shù)室內(nèi)試驗

郭棟 衛(wèi)青松 竇勤光 李秉軍 李明（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

以車城油田脫水后剩余污泥為研究對象，進(jìn)行了含水率、含油率、灰分、熱值、全硫量以及重金屬含量等物化性質(zhì)分析，開展了萃取法回收油品、與農(nóng)用土壤混用種植草本植物、制作建筑用磚以及制作輔助燃料等試驗，取得了良好的試驗效果，為油田剩余污泥或含油污泥資源化利用提供了可靠借鑒，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

含油污泥；剩余污泥；資源化；減量

冀中南部車城油田屬于低滲透油田，采出水處理采用活性污泥法的微生物處理+超濾膜過濾工藝（圖1）。為保障回注水質(zhì)達(dá)標(biāo)、維持微生物的正常生長及預(yù)防膜通量下降，需定期排出微生物反應(yīng)池內(nèi)的剩余污泥[1]，每月約300 m3，剩余污泥經(jīng)疊螺機(jī)減量化處理后運輸至制定地點存放。由于含有烴類，已被列入《國家危險廢物名錄》中的含油廢物類，存在安全及環(huán)保隱患[2]。為此，開展了剩余污泥資源化技術(shù)室內(nèi)試驗，為油田剩余污泥資源化利用提供借鑒[3]。

圖1 車城油田剩余污泥減量化處理工藝流程

1 剩余污泥物化性質(zhì)分析

1.1 含水率測定

采用質(zhì)量法測定剩余污泥含水率，依據(jù)LY/T 1213—1999《森林土壤含水量的測定》方法，經(jīng)測定剩余污泥含水率為80.75%。

1.2 含油率測定

以正己烷為萃取劑采用質(zhì)量法對污泥含油率進(jìn)行測定，經(jīng)測定剩余污泥含油率為16.99%。

1.3 灰分分析

實驗依據(jù)依據(jù)GB/T 7702.15—2008《煤質(zhì)顆粒活性炭試方法灰分的測定》分析樣品中的灰分含量。經(jīng)測定剩余污泥的灰分含量為3.32%，處于較低灰分水平。

1.4 熱值分析

依據(jù)GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測定方法》，采用氧彈法分析，將污泥在陰涼處通風(fēng)干燥，然后碾碎，對粉末進(jìn)行水分和熱值檢測；根據(jù)污泥的原含水率，計算濕污泥的熱值。經(jīng)測定，污泥的熱值為6495 J/g。

1.5 全硫量和pH分析

考慮到相對含硫量較高、酸性或堿性的剩余污泥將在后續(xù)資源化利用中，可能對設(shè)備造成腐蝕，并容易產(chǎn)生硫的二次污染，開展了全硫量和pH分析。

依據(jù)GB/T 2286—2008《焦炭全硫含量的測定方法》，將試樣和艾氏劑混合，在一定溫度下灼燒，使其生成硫酸鹽，然后用水浸取，將硫酸根離子轉(zhuǎn)化為硫酸鋇沉淀，再根據(jù)硫酸鋇的質(zhì)量計算試樣中的全硫含量。經(jīng)測定，剩余污泥全硫量為1.17%。參照煤中硫的分級方法，車城油田剩余污泥的含硫量處于低硫污泥水平。

依據(jù)LY/T 1239—1999《森林土壤pH值的測定》方法，剩余污泥pH值為8.96，呈現(xiàn)弱堿性。

1.6 含油污泥元素分析

剩余污泥分離出來的油品可以進(jìn)行資源再利用，油品中的碳、氫、氮的含量對油品的加工過程產(chǎn)生巨大的影響；為此，對剩余污泥元素進(jìn)行分析（表1）。

表1 含油污泥元素分析

1.7 重金屬含量測定

因剩余污泥中含有一定量具有生物危害性的重金屬元素，經(jīng)測定才能進(jìn)一步考慮是否可作為農(nóng)肥或其他資源再次利用，實驗采用原子吸收光譜法測定重金屬Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量。

具體步驟如下：首先秤取一定質(zhì)量的污泥，按照1∶1的體積比加入HNO3進(jìn)行消解，冷卻后定容待測。同時使用Hg、As、Pb、Cd、Cr的標(biāo)準(zhǔn)儲備液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，制定各元素測定的回歸方程和檢出限（表2），各重金屬元素含量如表3所示。

表2 各元素的回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

表3 各金屬元素的含量

根據(jù)中華人民共和國《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量控制標(biāo)準(zhǔn)分別不高于5、75、300、5、600 mg/kg。結(jié)果表明，處理后的含油污泥中的重金屬含量符合農(nóng)用污泥回用標(biāo)準(zhǔn)。

2 剩余污泥資源化技術(shù)室內(nèi)試驗

2.1 萃取法回收剩余污泥油品

萃取劑選用常用的120#溶劑油、200#溶劑油，將剩余污泥與萃取劑加入攪拌器中攪拌一定時間后靜止分層，將上層萃取相和下層萃余相分離，下層萃余相放入烘箱中烘干，用質(zhì)量法測出溶劑的萃取率；對上層萃取相進(jìn)行蒸餾回收溶劑，具體試驗流程如圖2所示。按萃取劑與污泥比2∶1的比例萃取，室溫下萃取3次，溶劑回收的蒸餾溫度最高控制在200℃。實驗結(jié)果見表4。結(jié)果表明，兩種萃取劑均達(dá)到較高的除油率，但隨著萃取劑放置時間增長，回收率降低明顯；因此，及時通過蒸餾作用將萃取劑回收循環(huán)利用，可進(jìn)一步降低回收費用。

圖2 溶劑萃取法含油污泥處理過程

表4 萃取劑除油和回收率

2.2 與農(nóng)用土壤混用

剩余污泥的重金屬含量經(jīng)檢測符合中華人民共和國《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，可對其進(jìn)行土壤摻混使用性試驗。首先將剩余污泥在自然條件下進(jìn)行風(fēng)干72 h，將其研磨成粉末狀后，與普通農(nóng)田土壤按1∶200、1∶150、1∶100的質(zhì)量比例進(jìn)行混合，并播種三種普遍用于土壤監(jiān)測的草種（黑麥草、雙穗、李氏禾），與原生土壤草本植物生長情況進(jìn)行對比（圖3），結(jié)果顯示，雙穗和李氏禾在四種土壤條件下，均能夠正常生長，且雙穗草在1∶200的條件下草株更密集，黑麥草則在1∶100和1∶150的土壤配比條件下，表現(xiàn)出較差得生長性，而在原生土壤和1∶200的條件下，則生長正常。因此，使用剩余污泥摻雜的土壤，可實現(xiàn)草本植物的正常生長，并在特定情況下，可發(fā)揮一定肥效，促進(jìn)草本植物生長。

圖3 摻雜土壤性草本生長試驗（從左至右，依次為原生土壤、1∶100、1∶150、1∶200）

2.3 制作建筑用磚

油田污泥再利用的途徑之一是通過添加固結(jié)材料、穩(wěn)定性骨料，激發(fā)并利用油田污泥的潛在活性，使其成為具有硅酸鹽凝膠性質(zhì)的建筑材料，用于廠區(qū)場地的道路建設(shè)等用途。

本試驗?zāi)康氖强疾焓Ｓ辔勰嘟?jīng)物化-機(jī)械分離處理后，利用其制作油田建筑用磚的可行性。建筑用磚基本配方如表5所示。

表5 建筑用磚基本配方

按照設(shè)計好的配方將基體的各種原料分別混合均勻，擦拭干凈模具的表面，裝入基本漿后，在振動臺上振動至漿體密實，抹平基體表面，自然空氣中3～28 d脫模，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

按照J(rèn)C/T 446—2000《混凝土路面磚》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測定抗壓強(qiáng)度，測試結(jié)果如表6所示。

表6 養(yǎng)護(hù)時間和固化劑用量對污泥磚強(qiáng)度的影響

根據(jù)JC/T 446—2000《混凝土路面磚》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗壓強(qiáng)度值是3 MPa，測試結(jié)果顯示，剩余污泥與建筑固化劑按合適的配比制作路面磚，可達(dá)到指標(biāo)要求的強(qiáng)度。

2.4 制作輔助燃料

試驗以原煤為基礎(chǔ)，加入剩余污泥制備混合燃料，研究剩余污泥用作輔助燃料的可行性，將剩余污泥以不同比例摻入工業(yè)用原煤中，分別測定熱值指標(biāo)（表7）。試驗測試的剩余污泥與煤參混的比例自1∶1至5∶1的所有混煤，參混后測試都可點火，參混后的燃燒值與標(biāo)準(zhǔn)煤相比，燃燒值下降。針對試驗的污泥與原煤，污泥與煤的參混比例確定在1∶3以上較適宜?；烀河捎诩尤肓撕偷氖Ｓ辔勰?，在一定程度上利用了油泥的熱值，又降低了混煤的經(jīng)濟(jì)成本，但燃燒排放氣體仍需進(jìn)一步監(jiān)測和處理后方可達(dá)標(biāo)排放。

表7 剩余污泥、原煤與混煤的熱值測定結(jié)果

3 結(jié)論

1）采用120#溶劑油和200#溶劑油作為萃取劑，除油率可達(dá)97.8%和98.3%，放置2 h后，萃取劑回收率分別為55.6%和38.5%。

2）剩余污泥滿足《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》，按照1∶200、1∶150和1∶100比例與原土壤混合，種植的黑麥草、雙穗和李氏禾可正常生長。

3）按照剩余污泥65%、固化劑+助劑35%的比例制備的建筑用磚，滿足JC/T446—2000《混凝土路面磚》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗壓強(qiáng)度。

4）按照剩余污泥和標(biāo)準(zhǔn)煤摻混比例1∶1～1∶5進(jìn)行試驗，均可點火成功，按1∶5混合熱值最高達(dá)8878 J/g。

5）車城油田剩余污泥資源化技術(shù)試驗為油田剩余污泥資源化利用提供了可靠借鑒，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]郭棟，王桂林，雷創(chuàng)，等.微生物+膜過濾組合技術(shù)在特低滲透油田污水處理中的應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2014，4（12）：25-26.

[2]賀偉東，徐福帥，胡鵬飛.國內(nèi)含油污泥泥質(zhì)利用技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2014，24（3）：57-59.

[3]王萬福，何銀華，謝陳鑫，等.含油污泥資源化技術(shù)綜述[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2006，16（3）：47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.002

2016-01-06

（編輯 李發(fā)榮）

郭棟，工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）（石油工程專業(yè)），從事注水管理工作，E-mail：cy5_guod@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市束鹿大街華北油田公司第五采油廠工程技術(shù)研究所，052360。