污油泥處理技術(shù)研究進展

譚 林，楊發(fā)疆，譚 鴻，谷民和，焦文超

（中國石化西北油田分公司油田工程服務(wù)中心，新疆 輪臺 841600）

1 污油泥的特點、來源及危害性

污油泥作為油田開發(fā)過程產(chǎn)生的剩余物，很少被人們所提及，可以說是“無人問津”。污油泥含有原油或單一的成品油，由于各種原因混入泥沙或其他雜質(zhì)使有效油分難以分離和回收，含油率為20%～50%，含水率為40%～80%，高含水率、體積大、有毒有害成分含量高、熱波性明顯是污油泥的主要特點。

當前污油泥主要來源有：原油抽采過程因不可抗拒因素產(chǎn)生的廢油泥；煉油廠原油儲存、深加工過程產(chǎn)生的隔油池底泥、浮選浮渣和剩余活性污泥等廢油泥；成品油儲存過程產(chǎn)生的罐底油泥；被無機物、重金屬等污染的油泥等。

石油不充分燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體及粉塵是造成全球大氣污染的主要來源之一，受到全人類的廣泛關(guān)注，污油泥對自然環(huán)境的破壞比前者更為嚴重，其破壞范圍更廣，包括對大氣、土壤、水體（河流、湖泊、地下水等）的污染，而且影響周期長，凈化處理難度大，一定面積的污油泥污染對生態(tài)鏈的破壞是災(zāi)難性的，以污油泥堆放、填埋處理為例，占用大量耕地，并造成周圍環(huán)境的污染，釋放的有毒有害物質(zhì)被動植物攝取后產(chǎn)生富集現(xiàn)象，通過食物鏈層層傳遞，最終危害人類健康，造成胎兒畸形、惡性腫瘤等疾病爆發(fā)式增長。人類對石油及其產(chǎn)物日益增長的需求，產(chǎn)生了數(shù)量驚人的污油泥，而且污油泥的無害化處理或無害化排放問題長期得不到有效解決，成為環(huán)境污染的潛在殺手。

2 當前我國污油泥存量及相關(guān)法律政策

2.1 我國污油泥存量分析

石油開采前鉆井平臺的廢棄泥漿、壓裂法石油開采過程的壓裂廢水、原油運輸/深加工產(chǎn)生的含油污泥作為污油泥的主要來源，據(jù)可統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅遼河油田含油污泥存放量約20×104t，并且仍以5×104t/a 的速度增加，全國油氣開采新產(chǎn)生的鉆井廢棄泥漿多達4×106m3/a，壓裂廢水107m3/a 左右，含污油泥6×106m3/a。如果以2015年我國原油產(chǎn)量2.15 億噸，2016 年仍將維持在高位計算，考慮這些原油的深加工、儲存等環(huán)節(jié)，污油泥的產(chǎn)量是空前的，由此可見，我國的污油泥高效處理在當前環(huán)境治理背景下的緊迫性。

2.2 我國有關(guān)污油泥處理的法律、法規(guī)

在我國，由于重工業(yè)起步較晚，在原油開采前期，技術(shù)的落后與社會大發(fā)展之間的矛盾，導致對原油的需求出現(xiàn)嚴重的供需失衡，多年以來只是追求原油產(chǎn)量的增加，忽視了污油泥的無害化處理，同時相關(guān)法律、法規(guī)的不完善更是造成了污油泥的肆意排放，而且對環(huán)境已經(jīng)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。雖然我國有關(guān)污油泥的治理研究和管理政策起步較晚，但是近年來通過借鑒發(fā)達國家有關(guān)污油泥處理的相關(guān)法律、法規(guī)和扶持政策，先后出臺了符合我國國情的污油泥管控法律、法規(guī)和行業(yè)標準，在一定程度上推動了我國危險廢物管理走向環(huán)境友好的發(fā)展之路。

2008 年新修訂的《國家危險廢物名錄》及其通則包含了對污油泥危險廢物的鑒別標準，并對污油泥的收集、存放、轉(zhuǎn)運、處理等環(huán)節(jié)制定了詳細的技術(shù)規(guī)范。

2010 年，隨著多種污油泥處理技術(shù)走向成熟，我國陸續(xù)對污油泥危險廢物法律、法規(guī)和行業(yè)標準進行完善，提出污油泥綜合治理和資源化利用的理念。國家有關(guān)污油泥處理法律、法規(guī)、行業(yè)標準的完善推動了地方有關(guān)污油泥處理標準的發(fā)展，以黑龍江省為例，在DB23/T 1413-2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》中指出，處理后的污油泥用于鋪設(shè)油田井場和相關(guān)運輸公路時石油類含量不大于2000 mg/kg、pH 值≥6、含水率不大于40%，并強調(diào)此標準只適用于黑龍江省及大慶油田的特定環(huán)境，地方標準的出現(xiàn)更是促進了污油泥的高效利用，使得污油泥處理標準實現(xiàn)從國家層面到地方的立體化完善。

3 當前污油泥處理技術(shù)分析

石油化工產(chǎn)生的一系列衍生品長期服務(wù)于社會的各行各業(yè)，石油的綜合利用率在化石能源中居于高位，但是廢棄物的產(chǎn)生仍不可避免，污油泥就是石油綜合利用前、后期的產(chǎn)物，而且隨著對石油資源的依賴和開發(fā)力度的不斷增強，研究表明，污油泥的產(chǎn)量約占石油產(chǎn)量的2%，其危害性影響深遠，由此帶來的是各個國家對污油泥高效無害化處理的挑戰(zhàn)。當前對于污油泥的處理技術(shù)可以分為四大類：物理污油泥處理法、化學污油泥處理法、生物污油泥處理法和綜合污油泥處理法，而且這四類污油泥處理技術(shù)都有成章的處理流程，但由于各自存在不同的優(yōu)缺點，所以在污油泥處理技術(shù)選擇時要綜合考慮，充分發(fā)揮污油泥處理技術(shù)的優(yōu)點，對環(huán)境友好的同時實現(xiàn)高效率的污油泥處理，降低企業(yè)成本，實現(xiàn)環(huán)境友好與企業(yè)創(chuàng)效的良性循環(huán)。

當前污油泥處理技術(shù)的特點分析：

（1）物理法污油泥處理技術(shù)可以分為：直接填埋法、注入地層法、固化處理法、溶劑萃取法，根據(jù)各自特點，均有使用。

①直接填埋法是最早的污油泥處理方法，屬于典型的被動處理技術(shù)，各個國家在污油泥綜合利用初期階段都采用了這種方法，可操作性強，設(shè)備投資和人員占用少，短時間內(nèi)可以處理大量的污油泥。具體實施步驟為：企業(yè)根據(jù)自身污油泥的產(chǎn)量，提前向國家有關(guān)部門申請污油泥填埋場用地的審批工作，審批通過后對填埋場基礎(chǔ)構(gòu)筑物及配套設(shè)施進行建設(shè)，合理規(guī)劃基坑的挖掘和土方安置工作，最大程度地利用寶貴的耕地資源。直接填埋法將污油泥通過專用設(shè)備運送到填埋場挖掘完成的污油泥基坑內(nèi)，根據(jù)設(shè)計填埋量及時進行土方回填工作，恢復污油泥填埋場的原始地貌，將污油泥覆于土方之下可以解決暴露于地面之上，避免在高溫光照條件下?lián)]發(fā)對大氣的污染和雨季造成污油泥橫流擴大地表污染范圍的后果，同時直接填埋法方便直接，投資相對較小。但是長期填埋于地下的污油泥不會降解反而會出現(xiàn)向地層深處滲漏的風險。

②注入地層進行掩埋，利用的是廢棄的油井或者是專門的油井作為污油泥的填埋場，穩(wěn)定、質(zhì)密的巖層結(jié)構(gòu)能夠防止污油泥的滲漏和擴散，水泥注漿封存技術(shù)更是讓污油泥完全與空氣隔離，理論上可以實現(xiàn)對污油泥的“鉛封”作用，注入地層深處進行污油泥處理由于投資小，“后顧之憂”少，曾經(jīng)一度得到企業(yè)的追捧。各個國家對于這種污油泥處理技術(shù)雖然有嚴格的排放標準，但是仍然有企業(yè)通過“擦邊球”的方法進行了大量排放，在有關(guān)學者的長期研究下，注入地層深處處理污油泥技術(shù)得到遏制，其原因是：穩(wěn)定、質(zhì)密的巖層固然存在，但是地殼運動也隨時發(fā)生，巖層節(jié)理、裂隙的存在也是正常現(xiàn)象，而且由于地下暗河的存在，對巖層的不間斷沖刷，造成地下暗河涌入污油泥井只是時間問題。近年來，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化大發(fā)展帶來的地下水嚴重超采問題凸顯，有關(guān)學者利用先進的探測技術(shù)對于地下漏斗的規(guī)模進行測繪表明，我國大中型城市地下漏斗的形成規(guī)模比理論推算值要大得多，而且地下漏斗的形成對于地殼運動產(chǎn)生影響，助推了板塊間的作用，板塊運動頻繁，這無疑對已經(jīng)注入地層處理的污油泥是一個晴天霹靂。即使在注漿加固技術(shù)相當成熟的今天，盡管存在穩(wěn)定、質(zhì)密的巖層，注入地層處理污油泥也是需要再三考慮的，因為可持續(xù)發(fā)展才是真正的發(fā)展，企業(yè)應(yīng)將保護環(huán)境作為污油泥處理技術(shù)選擇的最根本依據(jù)。

③固化處理技術(shù)是通過化學添加劑的使用使污油泥產(chǎn)生一系列物理反應(yīng)，將污油泥由最初的半液體狀態(tài)逐漸變?yōu)楣腆w狀態(tài)，解決了污油泥肆意流動的問題，同時對內(nèi)部的有毒有害物質(zhì)進行封存，污油泥的性狀更加穩(wěn)定。污油泥固化處理最根本的變化是形態(tài)的變化，其內(nèi)在的污染物質(zhì)在化學添加劑的作用下被惰化，但仍舊存在，最后仍以填埋的方式處理，對于環(huán)境的影響依然存在隱患，化學添加劑本身對于土壤的污染也是不可避免的，可以說污油泥有毒有害物質(zhì)在一定程度上的封存減少了對環(huán)境的污染，但是增加了化學添加劑的使用，對環(huán)境友好的作用并不明顯，而且存在于污油泥中的原油全部浪費，不適合當前資源綜合利用的理念。污油泥固化處理的優(yōu)點是設(shè)備簡單、處理費用相對較低。

④溶劑萃取處理技術(shù)是污油泥處理里程碑式的進步，它契合了資源綜合利用的理念，最大程度地實現(xiàn)了對不可再生資源的最大化利用。萃取溶劑的使用使污油泥中原油、有機物、水等與雜質(zhì)實現(xiàn)分層，通過加熱、過濾等技術(shù)實現(xiàn)真正的原油、有機物等與雜質(zhì)的分離，能夠較高程度地實現(xiàn)污油泥變廢為寶，成為環(huán)境友好型的污油泥處理技術(shù)。雖然石油廣泛地存在于地殼之中，但是不同的成油期讓原油存在一定的差異性，這對萃取劑的選擇提出了更高的要求，即不同油田的污油泥需要確定最佳的萃取溶劑和萃取條件（溫度、萃取劑添加量等的控制）。在我國污油泥溶劑萃取無害化處理技術(shù)取得突破性進展，尤其是新疆油田污油泥萃取劑的選擇使得重油提取率達到90%以上，為企業(yè)創(chuàng)造了效益，實現(xiàn)污油泥的良性循環(huán)，但是有關(guān)萃取劑的選擇仍然任重而道遠。

（2）化學法處理污油泥技術(shù)有：焚燒處理、熱裂解處理、熱水洗滌處理、電化學處理技術(shù)。

①焚燒處理技術(shù)是化學法處理污油泥最成熟的技術(shù)，得到廣泛推廣。焚燒處理可以將污油泥中有毒有害物質(zhì)較為徹底地進行分解，處理效率高，產(chǎn)生的熱值可以再利用，需要在特制的焚燒爐內(nèi)進行，前期需要可燃油作為可燃物進行燃燒，增加了可燃油的使用，但是無害化處理程度高，部分焚燒殘渣滿足農(nóng)用土壤指標。焚燒產(chǎn)生的二噁英、含硫、含氮物質(zhì)需要進一步無害化處理，流程復雜，但技術(shù)成熟，綜合其他指標，優(yōu)越性突出。

②熱裂解處理在理論條件下可形成成熟的配套設(shè)備，但是污油泥自身結(jié)構(gòu)的復雜導致熱裂解工藝可操控性差，絕氧條件下極高的裂解溫度，冷凝技術(shù)對烴類等有機物的回收，對設(shè)備提出嚴格的要求，操作不當極易造成爆炸事故，高投資、高風險制約了熱裂解處理污油泥技術(shù)的發(fā)展。

③熱水洗滌處理技術(shù)作為污油泥處理的首選，適應(yīng)性強的特點解決了處理設(shè)備復雜，控制條件苛刻的弊端，不會因產(chǎn)生尾氣而造成二次污染，能夠?qū)崿F(xiàn)部分原油的回收，不能回收的原油則成為中間介質(zhì)水的污染物，造成水資源的極大浪費，回收的原油仍需深度加工處理才能滿足使用要求。如果能實現(xiàn)原油的全部回收降低水資源的浪費，熱水洗滌處理技術(shù)的發(fā)展空間將是值得期待的，真正實現(xiàn)環(huán)境友好，污油泥資源高效利用。

④電化學處理技術(shù)在理論上有成熟的操作流程，利用電凈化工藝、化學試劑，結(jié)合生物降解實現(xiàn)對污油泥的處理，設(shè)備投資少、處理環(huán)節(jié)能耗低，但是處理周期太長，場地占用面積過大，原油得不到利用，以當前的原油需求，產(chǎn)生的污油泥通過電化學處理技術(shù)根本解決不了本質(zhì)問題，可以作為污油泥處理的發(fā)展方向。

（3）生物法處理技術(shù)是綠色的污油泥處理技術(shù)，是新興的污染物處理理念，在部分領(lǐng)域取得較高成效。對于污油泥的生物處理技術(shù)，較為認可的有：外國學者加萊戈提出利用多種高效微生物的聯(lián)合作用降解污油泥；索德提出利用新型酵母菌株TERIASN6 可以降解酸性含油污泥，實現(xiàn)污油泥的綠色降解，但是高效菌株的培養(yǎng)、菌株生存環(huán)境的苛刻、污油泥過濾/分離周期過長制約了生物法處理污油泥的發(fā)展，尚處于摸索階段。

（4）綜合法包括化學熱洗生物法、調(diào)質(zhì)離心脫水法、調(diào)質(zhì)分離焚燒法。

①化學熱洗生物法通過化學熱洗將污油泥進行固、液、氣三相分離，實現(xiàn)了對油品90%以上的回收利用，剩余的殘留物經(jīng)過微生物的生物降解作用，使含油量將至3%以下。趙虎仁[7]對煉油廠污油泥的化學熱洗生物法處理取得了成效，研究數(shù)據(jù)顯示，化學熱洗工藝可將含油率為29%的油污泥處理為2.7%，回收率高達92.2%，經(jīng)過好氧微生物堆肥處理后，回收率達到95%，為化學熱洗生物法處理污油泥的普及奠定了實踐基礎(chǔ)。

②調(diào)質(zhì)離心脫水法是綜合法中最為成熟的方法，國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)大部分油品的回收利用，剩余物含油量不大于5%，除了調(diào)質(zhì)離心設(shè)備外，其他配套設(shè)備簡單，可操作性強，工程投資較合理。

③調(diào)質(zhì)分離焚燒技術(shù)在調(diào)質(zhì)離心工藝過程實現(xiàn)污油泥中油含量在2%～5%之間或者更低，回收效率高，調(diào)質(zhì)離心后的剩余物通過高壓霧化作用進入專用焚燒設(shè)備實現(xiàn)充分燃燒，使燃燒殘留物的含油率降為0.3%以下，滿足農(nóng)田排放指標。設(shè)備投資合理，控制較簡單，自動化程度高，油品回收創(chuàng)效明顯，但是焚燒造成的尾氣污染問題得不到有效改善。

4 結(jié)語

在綠色發(fā)展理念的引導下實現(xiàn)污油泥的綜合利用，降低污油泥對自然環(huán)境的破壞才是真正的石油燃料的高效利用。人類發(fā)展對石油的依賴，在石油產(chǎn)量與日俱增的同時也增加了污油泥的產(chǎn)生，污油泥對環(huán)境的危害引起了眾多學者對污油泥處理技術(shù)的探索，物理法、化學法、生物法以及綜合法的出現(xiàn)，對于污油泥的高效處理都有一定的促進作用，但各自有明顯的優(yōu)缺點，企業(yè)在選擇污油泥處理技術(shù)時以環(huán)境友好為最根本依據(jù)才能實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，創(chuàng)效的同時維護我們自己的家園。