含油污泥特點(diǎn)及處理方法

武昆(大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠油田管理部，黑龍江 大慶 163511)

0 引言

能源與環(huán)境是人類發(fā)展生存的基石，石油屬于重要戰(zhàn)略資源，未來(lái)十幾年中將始終占據(jù)重要位置，其對(duì)于環(huán)境影響不斷加劇，特別是含油污泥，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。含油污泥中包含開(kāi)發(fā)油田產(chǎn)生的落地含油污泥、污水站含油污泥、聯(lián)合站罐底污泥等，每年油田污泥約500×104t，煉油廠污泥約為30×104t，新增污泥處理空間在50 億元。含油污泥中存有諸多原油，未回收處理不僅會(huì)浪費(fèi)資源，還會(huì)污染環(huán)境。因此，應(yīng)當(dāng)明確含油污泥特點(diǎn)，選擇合適處理方法，以提高環(huán)境保護(hù)效果。

1 含油污泥特點(diǎn)

1.1 開(kāi)采原油含油污泥

開(kāi)采原油中產(chǎn)生含油污泥來(lái)自于地面處理系統(tǒng)，處理采油污水中，會(huì)添加凈水劑，結(jié)合凈水劑絮狀物、管道污垢、腐蝕產(chǎn)物、細(xì)菌等共同構(gòu)成含油污泥，其具有粘度大、含油量高、脫水南、顆粒細(xì)的特點(diǎn)，不僅會(huì)對(duì)外輸原油質(zhì)量造成影響，還會(huì)造成污水及注水水質(zhì)無(wú)法達(dá)到排外標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.2 煉油廠含油污泥

在煉油廠中含油污泥來(lái)自于原有罐底泥、浮選池浮渣、隔油池底泥等，也可稱之為“三泥”，污泥組成不同，含水率約為40%～90%，含油率約為10%～50%，且伴有一定固體。

1.3 油田集輸含油污泥

油田污泥來(lái)自于聯(lián)合站油罐、接轉(zhuǎn)站、污水罐、沉降罐、輕烴加工廠、隔油池底泥、天然凈化裝置所清理的油泥、油沙，作業(yè)鉆井產(chǎn)生的含油污泥。在油品存儲(chǔ)中，存在少量泥土、沙粒與機(jī)械雜質(zhì)等物質(zhì)，沉淀于油罐底部，構(gòu)成罐底油泥。還有油田污泥來(lái)自于一次/二次沉降罐、洗井水回收罐等，成分較為復(fù)雜，包含諸多膠體、瀝青質(zhì)、老化原油、腐蝕產(chǎn)物、酸性氣體、鹽類、固體懸浮物等，處理污水中還添加了阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑、凝聚劑等藥劑。在定期清洗3～6 年油罐時(shí)，罐內(nèi)約有1%罐底污泥，其中5%為沉淀泥沙、25%為水，70%為碳?xì)浠衔铮?%為石蠟、7.8%為瀝青質(zhì)、4.8%為污泥灰分。

2 含油污泥處理難點(diǎn)

含油污泥不當(dāng)處理將會(huì)污染環(huán)境，在環(huán)保法不斷完善下，含油污泥的增加為企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)及環(huán)保壓力，處理中主要存在以下難點(diǎn)：

(1)成分復(fù)雜。在含油污泥中包含細(xì)菌、代謝產(chǎn)物、有機(jī)物、黏土、絮凝物、無(wú)機(jī)鹽、阻垢劑、緩蝕劑、絮凝劑等，成分較為復(fù)雜，組分種類多[2]。

(2)臭味大。在生成含油污泥后，放置一段時(shí)間可能會(huì)產(chǎn)生硫醚、硫化物、硫醇等惡臭物質(zhì)，發(fā)散在運(yùn)轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)及處理中，需做好設(shè)備選型及設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)備密閉性，以免造成二次污染。

(3)脫水難度高。含油污泥具有較為穩(wěn)定的性質(zhì)，是多相體系懸浮乳化物，脫水難、粘度大，污泥中含水量較高，加上顆粒帶電性與水合作用，使得污泥形成穩(wěn)定分散體系，無(wú)法有效破壞體系穩(wěn)定性。

(4)安全隱患大。在污泥存儲(chǔ)中將會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)烴，易混合空氣形成爆炸氣體，處理中設(shè)備不當(dāng)運(yùn)行，會(huì)為其埋下安全隱患，需做好工藝防暴處理工作。

3 含油污泥處理方法

3.1 高溫?zé)峤馓幚?/h3>

該處理方法是指在絕氧下分梯度間接加熱污泥。溫度在250～350 ℃時(shí)，可揮發(fā)芳香烴、短鏈烷烴、VOCs 等；在350～500 ℃時(shí)，高溫裂解重油物；超過(guò)500 ℃揮發(fā)瀝青質(zhì)、膠質(zhì)進(jìn)而長(zhǎng)鏈烷烴，在裂解為小分子烴類物質(zhì)的同時(shí)，還會(huì)聚合為焦炭物質(zhì)，冷凝氣體物質(zhì)后能夠不凝氣和回收油，殘?jiān)土康陀?.3%，達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)[3]。在反映中分為裂解與聚合兩環(huán)節(jié)，超過(guò)250 ℃吸熱高溫裂解，斷裂破碎自由基鏈，且產(chǎn)生聚合放熱反映，重新組合為分子式。

篩選預(yù)處理污泥后，采取均質(zhì)進(jìn)料的方式，限制規(guī)格為45 mm，將儲(chǔ)料器送入高、低溫分區(qū)加熱爐內(nèi)，應(yīng)用雙層殼體設(shè)計(jì)方式，密封前后端，以冷凝分離不凝氣為燃料，實(shí)現(xiàn)循環(huán)加熱。在熱流經(jīng)過(guò)外殼體環(huán)控后加熱內(nèi)科，污泥此時(shí)可在絕氧環(huán)境下加熱，物料熱解通過(guò)冷卻螺旋器排出系統(tǒng)，揮發(fā)產(chǎn)生油水混合物，通過(guò)冷靜分離不凝氣與液相，后者由低凝點(diǎn)原油與水構(gòu)成，利用油水分離器后可再次處理。如，遼河油田含油污泥處理中，含水率79.32%，含油率13.53%，經(jīng)過(guò)處理降低含油率至0.3%，含水率2%，實(shí)現(xiàn)80%減量，回收原油率超過(guò)99%。經(jīng)過(guò)處理后不凝氣成分為乙烷與甲烷，殘?jiān)鼮樘己突曳郑捎糜谥脖淮呋瘎┡c吸附劑等工序中。

3.2 超臨界水氧化處理

該方法主要是提高水的壓力、溫度至超過(guò)臨界點(diǎn)，壓力與溫度分別超過(guò)22.1 MPa 和374.3 ℃，為超臨界水，其處于氣態(tài)與液態(tài)之間，具備氣態(tài)擴(kuò)散性和液態(tài)溶解性，屬于非極性溶液，能夠溶解有機(jī)物、非極性物質(zhì)、氮?dú)狻⒀鯕饧岸趸嫉萚4]。鹽類無(wú)機(jī)質(zhì)在該水中溶解度低，選擇超臨界水為截止，添加雙氧水、氧氣及空氣為強(qiáng)氧化劑，可使污泥氧氣、有機(jī)物與水構(gòu)成均一相，從多相轉(zhuǎn)移變成單相運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，借助高溫高壓可提高氧化有機(jī)物速率，10 s 內(nèi)氧化污泥有毒物變成二氧化碳、氮?dú)馀c水，對(duì)含油污泥徹底、高效的處理。

在制漿車間首先將污泥加熱稀釋至90%含水率，濾除超過(guò)10 mm 的污泥顆粒，利用高壓將泵把剩余物料打入換熱器處理，換熱器內(nèi)和充分反映的超臨界水熱交換，生成高壓氧氣與物料輸送至反應(yīng)器內(nèi)，降低溫度后通過(guò)高、低壓水油分離系統(tǒng)，將殘余溶液進(jìn)行液、氣分離。借助排渣漏斗將反應(yīng)器殘?jiān)鼪_如收渣槽，之后資源化統(tǒng)一處理。如，新疆油田處理含油污泥中采取超臨界水氧化技術(shù)，控制pH 為10、壓力為24 MPa，400%過(guò)氧比下處理含油污泥，殘?jiān)吐实陀?%，實(shí)現(xiàn)90%減容，回收原油率超過(guò)98%。殘?jiān)煞侄酁闊o(wú)機(jī)礦物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。

3.3 調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離處理

含油污泥中存在膠質(zhì)瀝青質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、硫酸鹽還原菌，受到循環(huán)剪切、空氣及硫化物影響，乳化狀態(tài)較為穩(wěn)定，親水性較高，污泥顆粒與水具有較強(qiáng)結(jié)合力，需調(diào)至污泥改變例子表面物化性質(zhì)，將交替結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而提高脫水性[5]。在調(diào)質(zhì)機(jī)械分離中，國(guó)外廣泛應(yīng)用臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，可分離不同密度液相物質(zhì)，圓形的離心機(jī)筒體，使得油水兩相可生成同心圓柱，內(nèi)層為輕比重優(yōu)質(zhì)原有，外層為較大密度的固體顆粒，中間依次為油層、水油過(guò)度層級(jí)水層。設(shè)備運(yùn)作中，螺旋輸出器將最外層游離水與固體顆粒排除，具有良好分離固體顆粒與水油的效果。但是，該設(shè)備效率及處理能力有限，需配合其他處理方式。通過(guò)該方法處理含油污泥，可提高回收污油率，不同含有污泥選擇恰當(dāng)絮凝劑與破乳劑，通過(guò)適宜溫度凝聚固體顆粒，總成固液相密度差，改善其分離性能。

3.4 多梯度耦合處理

該處理方式屬于物理技術(shù)，原理是通過(guò)分子振動(dòng)、電磁感應(yīng)、慣性力新作用在時(shí)間與空間上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化耦合，借助超聲波的電磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)及化學(xué)效應(yīng)，分離粒徑、重量及密度不同的成分，根據(jù)相同物性集聚原則，提高處理對(duì)象分離效率[6]。超聲波熱作用與裂解作用還能夠斷裂分子鏈，粉碎大分子，將原油粘度降低，促進(jìn)滲透速率的提升，在空化作用下可推動(dòng)解聚高分子物質(zhì)和氧化還原反應(yīng)，斷裂瀝青質(zhì)分子鏈；機(jī)械效應(yīng)可均勻分散膠體液化、液體乳化；海綿效應(yīng)可團(tuán)聚污泥顆粒，增大粒徑，達(dá)到一定粒徑程度，可使得粒徑相互粘結(jié)碰撞，進(jìn)而沉淀。

使用甩干機(jī)篩分干料，粉化破碎后超過(guò)70%物料直徑在3 mm 以下，送入漿化撬高頻振動(dòng)篩篩分，超過(guò)3 mm 直徑則反回破碎，在3 mm 以下則進(jìn)入漿化槽內(nèi)，通過(guò)高速攪拌生成均質(zhì)粗漿料，經(jīng)過(guò)漿料輸送泵加壓至漿化罐，進(jìn)行高速攪拌切割，顆粒更為細(xì)致，成為均質(zhì)細(xì)漿料，利用灌頂排送浮油裝置，浮油排送至儲(chǔ)油槽內(nèi)。漿料耦合處理后經(jīng)過(guò)輸送泵送入三相離心機(jī)，實(shí)現(xiàn)水油泥三相分離，水進(jìn)入水槽循環(huán)、泥進(jìn)入洗地沉淀處理、油回收，以此實(shí)現(xiàn)多梯度耦合處理。如，遼河油田采取該方法，含油污泥含油率與含水率分別為25.77%和54.54%，經(jīng)過(guò)處理降低含油率至0.83%，回收原油率超過(guò)98%。干化污泥還可資源化利用，用于免燒磚制作，可達(dá)到抗壓強(qiáng)度15 MPa。

3.5 電化學(xué)生物耦合處理

該方法主要是通過(guò)氧化還原反應(yīng)處理油泥中有機(jī)物，包含石油烴等，將大分子物質(zhì)向小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化，借助微生物代謝實(shí)現(xiàn)含有污泥降解。借助特有電化學(xué)交直流混合處理技術(shù)，添加快速去除重金屬菌劑和石油降解菌劑，可深度處理含油污泥，提高污泥土壤肥力。通過(guò)此種方法，能夠彌補(bǔ)生物法周期長(zhǎng)的問(wèn)題，且便于操作、工藝簡(jiǎn)單、成本較低，發(fā)展?jié)摿^高?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，可選擇輔助劑與優(yōu)質(zhì)菌劑處理含油污泥，質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低為3%，符合污染物控制標(biāo)準(zhǔn)。

4 含油污泥處理展望

在石油化工業(yè)中存在大量含油污泥，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重制約，為協(xié)調(diào)環(huán)境保護(hù)與油田發(fā)展的平衡，需積極研究高效、綠色節(jié)能的處理含油污泥技術(shù)，已經(jīng)成為該行業(yè)發(fā)展方向[7]。在研究與應(yīng)用技術(shù)中，需遵循原則如下：

(1)選擇處理含有污泥工藝中，選擇二次污染環(huán)境小，可回收99%以上原油的技術(shù)。

(2)處理含油污泥涉及環(huán)保工程，工藝技術(shù)應(yīng)用中需嚴(yán)格落實(shí)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，保證各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)研究新的處理工藝及技術(shù)。

(3)低污染土壤可應(yīng)用運(yùn)行成本低、操作便捷的處理方式，如電化學(xué)生物耦合法、生物固化法等。

(4)滿足地質(zhì)條件要求下，可應(yīng)用注水井堵水調(diào)剖技術(shù)有效利用含油污泥。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，含油污泥成分復(fù)雜，處理難度較高，當(dāng)前無(wú)害化處理方式主要包含高溫?zé)峤馓幚?、超臨界水氧化處理、調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離處理、多梯度耦合處理、電化學(xué)生物耦合處理技術(shù)等。在處理過(guò)程中，可結(jié)合含油污泥特點(diǎn)，選擇多種技術(shù)展開(kāi)處理，不僅可節(jié)約資源，徹底講解污染物，還能創(chuàng)造更多價(jià)值空間，提高處理效率。