鉆井含油污泥高溫?zé)峤馓幚砑夹g(shù)研究應(yīng)用

丁安軍，王雨辰，廖長君，張婷婷，黃李會，覃當(dāng)麟

（1.廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆瑥V西桂林 530007；2. 成都理工大學(xué)能源學(xué)院）

1 高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)方法及原理

1.1 試劑與儀器

鉆井含油污泥，四氯化碳（環(huán)保級），紅外測油儀，分光光度計(jì)，電子天平，恒溫水浴鍋，恒溫干燥箱，RTTU含油污泥處理設(shè)備（廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司），氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀。

1.2 含油污泥成分的確定

含水率的測定方法采用重量法，先稱取一定質(zhì)量的含油污泥，放入烘箱內(nèi)烘干，稱取烘干后的含油污泥質(zhì)量，進(jìn)行含水率的測定；采用索式提?。止夤舛确y定含油率，以四氯化碳為參比測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)的含油量，計(jì)算含油率；剩余的固體雜質(zhì)經(jīng)過濾、洗滌、烘干、靜置等步驟，稱得泥砂質(zhì)量，計(jì)算含泥率。

1.3 含油污泥熱處理工藝流程

稱取一定量的含油污泥，將其放置于熱解處理設(shè)備中，控制溫度和時(shí)間，測定處理后的泥土含油率，以去除石油烴量為指標(biāo)，觀察高溫?zé)峤馓幚硇Ч?/p>

1.4 含油污泥高溫?zé)峤庠?/h3>

含油污泥中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，主要由飽和烴、芳烴、非烴、瀝青質(zhì)等組成。在高溫?zé)峤獾那闆r下，烴類會發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，主要包括以下兩種： 一種是裂解反應(yīng), 它是一個(gè)吸熱的過程； 另一種是縮合反應(yīng), 它是一個(gè)放熱的過程。在熱轉(zhuǎn)化過程中, 縮合反應(yīng)與裂化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，石油一般在350 ℃左右開始裂解, 隨著裂化深度的加深，縮合反應(yīng)越來越快[1-5]。

烴類的自由基鏈反應(yīng)機(jī)理是含油污泥的主要化學(xué)反應(yīng)機(jī)理, 自由基鏈反應(yīng)包括鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個(gè)階段，當(dāng)自由基重新組合為新的分子后，鏈反應(yīng)就會終止[6-9]。

2 含油污泥處理影響因素分析

本次實(shí)驗(yàn)所用含油污泥呈現(xiàn)黑色顆粒狀，有一定黏度，有較強(qiáng)的揮發(fā)性氣味，平均含油率為10.3%，含水率為11.2%，含固率78.5%；含油污泥處理前在微觀形態(tài)上較為零散，顆粒間的孔隙較大，含有水分，表面較為粗糙。

2.1 處理時(shí)間

在處理量（300 g、厚度5 cm）和溫度（450 ℃）的條件下，研究不同熱解處理時(shí)間對降解石油烴含量的影響。由圖1可知，在溫度恒定于450 ℃的情況下，處理時(shí)間分別為20 min和30 min時(shí)，含油率由原始的10.3%分別降低到3.4%和1.2%，石油烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)急劇降低；但熱解時(shí)間30 min以上時(shí)，雖然石油烴含量稍有降低，但基本趨于穩(wěn)定，說明最佳熱解處理時(shí)間為30 min左右。

2.2 熱解溫度

圖1 處理時(shí)間與石油烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系

在含油污泥處理量（質(zhì)量300 g、厚度5 cm）和時(shí)間（30 min）相同的情況下，研究了不同熱解溫度對石油烴含量的影響。如圖2所示，石油烴的含量隨著溫度的增加逐漸降低，在處理溫度達(dá)500 ℃時(shí)，石油烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原始的10.3%降低到0.03%，之后趨于平穩(wěn)；因此，為確保處理效果，最佳的熱解溫度為500 ℃。

圖2 溫度與石油烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系

2.3 處理量

在溫度500 ℃、時(shí)間30 min的條件下，將厚度分別為5 cm、10 cm、13 cm和15cm的含油污泥，放置于同體積的容器中，用高溫?zé)峤庠O(shè)備分別進(jìn)行處理，研究處理量對含油污泥熱解的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖3），在溫度和時(shí)間相同的情況下，處理厚度小于10 cm時(shí)，石油烴的含量由原始的10.3%降低到0.25%以下，厚度在10 cm以上時(shí)，處理效果變差。因此，在溫度500 ℃、時(shí)間30 min的條件下，含油污泥厚度在10 cm左右時(shí)處理效果最佳。

圖3 處理量與石油烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系

根據(jù)厚度、時(shí)間、溫度等對石油烴含量影響因素研究結(jié)果，最終確定最佳處理工藝條件為：溫度500 ℃、時(shí)間30 min、厚度10 cm。利用紅外測油儀和分光光度計(jì)對含油污泥進(jìn)行測試，處理后的含油污泥石油烴平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.016%，與處理前的10.3%有了明顯的下降。處理后的砂泥為土褐色顆粒狀，無含油氣味，達(dá)到回填利用標(biāo)準(zhǔn)。

3 應(yīng)用及效果

根據(jù)以上研究成果，廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰狙兄屏丝梢苿?dòng)的RTTU熱處理設(shè)備，年處理含油污泥15×104t。該設(shè)備對尼日利亞邦尼油庫污染土壤和污泥處理后效果顯著，處理前的含油污泥土壤中，石油烴總量平均為20 732 mg/L，遠(yuǎn)超該國回填利用限值的100 mg/L；處理后泥土石油烴總量平均為12 mg/L，石油烴總降解率達(dá)到99%以上，治理后的土壤用于當(dāng)?shù)氐氖姓伮贰?/p>