稠油區(qū)塊含油污泥化學(xué)清洗方法研究

劉旭 李玉善

（遼寧華孚環(huán)境工程股份有限公司，遼寧盤錦 124013）

1 引言

含油污泥［1］是在石油開(kāi)采、運(yùn)輸、煉制及含油污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的含油固體廢物。污泥中一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%，目前我國(guó)每年產(chǎn)生的含油污泥總量達(dá)500 余萬(wàn)t。隨著大多數(shù)油田進(jìn)入中后期開(kāi)采階段，采出油中含水率越來(lái)越高，含油污泥量還會(huì)繼續(xù)增加。

含油污泥成分極其復(fù)雜［2］，主要由乳化油、水、固體懸浮物等混合組成。其成分與地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)、污水處理工藝、污水水質(zhì)、加藥種類、排污方式以及管理操作水平有關(guān)。含油污泥的比阻比一般污泥大40 倍，其可壓縮性系數(shù)大20 倍，屬難過(guò)濾性污泥，又由于其顆粒細(xì)小，呈絮凝體狀，含水量高，體積龐大，因此不易實(shí)現(xiàn)油—水—泥的三相分離。我國(guó)大部分油田含油污泥的含水率一般為70%～99%，油、鹽成分含量較高，且含有重金屬和其他有害雜質(zhì)；煉油廠污泥還含有大量苯系物、酚類、芘、蒽等有毒物質(zhì)［3］。含油污泥直接外排會(huì)占用大量土地，其含有的有毒物質(zhì)會(huì)污染水、土壤和空氣，惡化生態(tài)環(huán)境；直接用于回注和在污水處理系統(tǒng)循環(huán)時(shí)，會(huì)造成注水水質(zhì)下降和污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行條件惡化，對(duì)生產(chǎn)造成不可預(yù)計(jì)的損失；同時(shí)大量石油資源被浪費(fèi)。含油污泥已被列入國(guó)家《危險(xiǎn)廢物目錄》中的含油廢物類，國(guó)家《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》和《固體廢物污染環(huán)境防治法》也要求必須對(duì)含油污泥進(jìn)行無(wú)害化處理。因此，無(wú)論是從環(huán)境保護(hù)、維護(hù)正常生產(chǎn)還是從回收能源的角度出發(fā)，都必須對(duì)含油污泥進(jìn)行無(wú)害化、資源化處理［4］。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究探索了不同清洗工藝參數(shù)對(duì)稠油區(qū)塊含油污泥的清洗效果，利用不同化學(xué)清洗劑的特點(diǎn)，有針對(duì)性地分2 個(gè)階段對(duì)含油污泥進(jìn)行清洗。經(jīng)研究表明，清洗后含油污泥中油類含量≤2%。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及儀器見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)所需試劑見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)中所用到的主要化學(xué)試劑

2.3 清洗實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 第一段清洗實(shí)驗(yàn)方法

將一定量含油污泥、清水和藥劑分別加入500 mL燒杯中，燒杯放入混凝試驗(yàn)攪拌儀的恒溫水槽中，設(shè)置溫度、攪拌時(shí)間和攪拌槳轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使燒杯在達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的恒溫水槽中恒溫30 min 后，開(kāi)啟攪拌槳。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將燒杯在恒溫水槽中靜置5 min后，使用濾紙最大限度地撇掉上層浮油，倒出清洗液，將燒杯底部污泥充分?jǐn)嚢杌旌虾笕雍娓?，?duì)烘干后的污泥進(jìn)行含油量檢測(cè)。

2.3.2 第二段清洗實(shí)驗(yàn)方法

第一段清洗后在撇掉上層浮油和倒出清洗液的污泥中加入一定量清水和藥劑，將燒杯放入混凝試驗(yàn)攪拌儀的恒溫水槽中，設(shè)置溫度、攪拌時(shí)間和攪拌槳轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使燒杯在達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度的恒溫水槽中恒溫30 min 后，開(kāi)啟攪拌槳。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將燒杯在恒溫水槽中靜置5 min 后，倒出清洗液，將燒杯底部污泥充分?jǐn)嚢杌旌虾笕雍娓桑瑢?duì)烘干后的污泥進(jìn)行含油量檢測(cè)。

2.4 化學(xué)深度清洗效果的評(píng)價(jià)方法

石油類按照《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》（CJ/T 221—2005）第11 項(xiàng)進(jìn)行。

含水率按照《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》（CJ/T 221—2005）第2 項(xiàng)進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 第一段化學(xué)清洗實(shí)驗(yàn)

3.1.1 第一段化學(xué)清洗劑的選擇

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度80 ℃；攪拌速度250 r/min；攪拌時(shí)間30 min；固液比1∶4。以下實(shí)驗(yàn)藥劑投加量均按含油污泥質(zhì)量計(jì)算。第一段清洗段清洗劑清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 第一段清洗段清洗劑清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

由表3 可以看出，4 號(hào)實(shí)驗(yàn)清洗后的污泥絕干含油率最低，為4.63%。單獨(dú)使用一種化學(xué)清洗劑時(shí)，SH 和SC 清洗效果基本相同，二者聯(lián)合使用時(shí)，通過(guò)OH－和CO32－的相互作用，加速油類從泥土上的剝離速度，進(jìn)而使清洗效果達(dá)到最佳。因此選擇4號(hào)的組合方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

第一段清洗段清洗劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 第一段清洗段清洗劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

由表4 可以看出，SH＋SC 的組合方案中，6 號(hào)和7 號(hào)方案處理效果最優(yōu)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)無(wú)機(jī)清洗實(shí)驗(yàn)操作誤差為±0.25%，由此可認(rèn)定6 號(hào)和7 號(hào)方案處理效果相同?？紤]經(jīng)濟(jì)性因素，因此選擇7 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.1.2 第一段攪拌速度對(duì)清洗效果的影響

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度80 ℃；攪拌時(shí)間30 min；固液比1∶4。藥劑投加量為SH 3.2%，SC 0.8%。

第一段清洗段不同攪拌速度清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 第一段清洗段不同攪拌速度清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著攪拌速度的逐漸增加，含油污泥中油類含量逐漸降低，其原因是攪拌速度的增加，使油類破乳的速度加快，進(jìn)而使泥土上的油類逐漸減少。5 號(hào)和6 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)清洗實(shí)驗(yàn)操作誤差為±0.25%，由此可認(rèn)定5 號(hào)和6 號(hào)方案處理效果相同。考慮用電量及設(shè)備損耗等因素，因此選擇5 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.1.3 第一段清洗時(shí)間對(duì)清洗效果的影響

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度80 ℃；攪拌速度250 r/min；固液比1∶4。藥劑投加量為SH 3.2%，SC 0.8%。

第一段清洗段不同清洗時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 第一段清洗段不同清洗時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著清洗時(shí)間的增加，污泥中油類含量有所下降，增加清洗時(shí)間使得含油污泥與清洗劑得到了充分的接觸，因此使含油污泥中油類含量隨之降低。3 號(hào)和4 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)?？紤]用電量及處理效率等因素，因此選擇3號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.1.4 第一段固液比對(duì)清洗效果的影響

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度80 ℃；攪拌速度250 r/min；攪拌時(shí)間30 min。藥劑投加量為SH 3.2%，SC 0.8%。

第一段清洗段不同固液比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 第一段清洗段不同固液比實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

由表7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，固液比的增加使得油類與清洗劑接觸面積增加，清洗液中對(duì)油類的溶解能力增大，因此含油污泥中油類含量顯著降低。5號(hào)和6 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)。考慮水資源利用率等因素，因此選擇4 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.1.5 第一段溫度對(duì)清洗效果的影響

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：攪拌速度250 r/min；固液比1∶4；攪拌時(shí)間30 min。藥劑投加量為SH 3.2%，SC 0.8%。

第一段清洗段不同溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 第一段清洗段不同溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表8 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度增加，清洗體系中分子運(yùn)動(dòng)加劇，清洗劑與油類物質(zhì)接觸幾率大大增加，使得含油污泥中油類物質(zhì)含量快速減少。5 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)，因此選擇5 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.1.6 第一段清洗液清洗次數(shù)對(duì)清洗效果的影響

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：攪拌速度250 r/min；固液比1∶4；攪拌時(shí)間30 min；實(shí)驗(yàn)溫度80 ℃。藥劑投加量為SH 3.2%，SC 0.8%。

第一段清洗段不同清洗次數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 第一段清洗段不同清洗次數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表9 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著清洗液重復(fù)清洗次數(shù)的增加，含油污泥中油類含量顯著增大，其原因在于經(jīng)數(shù)次清洗后，清洗劑大部分以乳化油的形式累積，再次投入含油污泥后，清洗液中剩余清洗劑可清洗去除的油類含量減少，因此新投入的含油污泥清洗效率降低。3 號(hào)實(shí)驗(yàn)為清洗液重復(fù)利用的飽和次數(shù)，因此可得出無(wú)機(jī)清洗液的重復(fù)利用次數(shù)為3 次。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得出，實(shí)驗(yàn)溫度為80 ℃，固液比1∶4，藥劑投加量為SH 3.2%、SC 0.8%，攪拌速度250 r/min，攪拌時(shí)間30 min，為含油污泥第一段清洗的最優(yōu)方案，清洗液重復(fù)利用率為3 次。

3.2 第二段化學(xué)清洗實(shí)驗(yàn)

在第一段清洗最佳方案及清洗參數(shù)條件下，撇掉第一段清洗后燒杯上層的浮油和中層清洗液后，取燒杯底部污泥進(jìn)行第二段清洗劑清洗實(shí)驗(yàn)。

3.2.1 不同類型清洗劑第二段清洗實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度60 ℃；攪拌速度250 r/min；攪拌時(shí)間90 min；固液比1∶4。

不同類型第二段清洗劑清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 不同類型第二段清洗劑清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

由表10 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，有機(jī)類清洗劑中1號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)實(shí)驗(yàn)清洗后污泥油類含量最低，其與不同清洗機(jī)上所攜帶的基團(tuán)親油能力有關(guān)，因此選擇1 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)實(shí)驗(yàn)為適合本次實(shí)驗(yàn)的第二段清洗劑。為達(dá)到更好的清洗效果，考慮將3 種清洗劑搭配使用，選出最優(yōu)比例提供給后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.2.2 第二段清洗劑不同組合方案清洗實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度60 ℃；攪拌速度250 r/min；攪拌時(shí)間90 min；固液比1∶4。

第二段清洗劑不同組合方案清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 第二段清洗劑不同組合方案清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

由表11 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，正交實(shí)驗(yàn)中5 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)，因此選擇5 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.2.3 第二段清洗段攪拌速度考察實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度60 ℃；攪拌時(shí)間90 min；固液比1∶4。

第二段清洗段不同攪拌速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 第二段清洗段不同攪拌速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表12 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，攪拌速度的增加使得含油污泥中油類含量大幅降低，其原因是由于機(jī)械攪拌強(qiáng)度增加，加速了泥水混合組分的破乳速度。3 號(hào)實(shí)驗(yàn)性價(jià)比最優(yōu)，因此選擇3 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.2.4 第二段清洗段清洗時(shí)間考察實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：溫度60 ℃；攪拌速度150 r/min；固液比1∶4。

第二段清洗段清洗時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 第二段清洗段清洗時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表13 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，清洗時(shí)間的增加使含油污泥與清洗液接觸時(shí)間更為充分，更多的油類物質(zhì)被從含油污泥中剝離。其中3 號(hào)實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，因此選擇3 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.2.5 第二段清洗段清洗溫度考察實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：攪拌速度150 r/min；固液比1∶4；清洗時(shí)間90 min。

第二段清洗段不同清洗溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14。

表14 第二段清洗段不同清洗溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表14 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，溫度的增加使含油污泥中油類物質(zhì)逐減降低，作用機(jī)理是由于溫度的升高加速了污泥混合體系的分子運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而提高了化學(xué)清洗效率。6 號(hào)實(shí)驗(yàn)處理效果最優(yōu)，但考慮到與無(wú)機(jī)清洗液相差溫度較大、效率不高等問(wèn)題，選擇4 號(hào)方案進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得出，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃，固液比1∶4，藥劑投加量為EP 1.0%、三乙醇胺油酸皂1.0%、SE 1.5%，攪拌速度150 r/min，攪拌時(shí)間90 min，為含油污泥第二段清洗的最優(yōu)方案。

4 結(jié)論

通過(guò)含油污泥化學(xué)深度清洗實(shí)驗(yàn)，確定出最佳工藝參數(shù)為：

（1）第一段清洗最佳清洗方案為：SH 3.2%，SC 0.8%，最優(yōu)工程參數(shù)為：攪拌速度250 r/min，固液比1∶4，攪拌時(shí)間30 min。

（2）第二段清洗最佳清洗方案為：EP 1%、三乙醇胺油酸皂1%、SE 1.5%，最優(yōu)工程參數(shù)為：溫度60 ℃，固液比1∶4，攪拌速度150 r/min，攪拌時(shí)間90 min。