環(huán)保型清洗劑處理含油污泥研究

陳世寧 陳典章 梅光軍 程 潛 嚴(yán) 崢 劉 彩

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院；2.污泥處理技術(shù)及裝備湖北省工程實(shí)驗(yàn)室)

0 引 言

石油在開(kāi)采、煉制、儲(chǔ)運(yùn)以及廢水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含油污泥(簡(jiǎn)稱油泥)，其組分復(fù)雜，除含有石油外，還含有酚類、苯系物、蒽、芘、二噁英、多氯聯(lián)苯等有毒有害物質(zhì)，不僅占用土地資源，而且污染環(huán)境[1]，被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物目錄》(2016年)中的含油廢物類[1-2]。

目前國(guó)內(nèi)外油泥處理技術(shù)主要有填埋處理、生物處理[3]、固化處理、調(diào)剖處理、溶劑萃取法、化學(xué)熱洗法、熱解處理等。化學(xué)熱洗法[4-5]是在一定溫度條件下，利用具有破乳功能的化學(xué)清洗劑反復(fù)洗滌油泥使其破乳，再通過(guò)分離技術(shù)將油、水、泥三相分離。根據(jù)油泥的特殊性質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)選用化學(xué)熱洗+浮選分離技術(shù)處理油泥。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣 品

油泥樣品來(lái)自江漢油田潛江某采油廠，其含水量29.7%，含固量49.1%，含油量21.2%(其中膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，處理難度大)。樣品油泥經(jīng)600℃灼燒后利用X射線衍射儀對(duì)殘?jiān)M(jìn)行礦物組分分析，主要成分是石英、方解石、赤鐵礦和云母等。

1.2 儀器及試劑

主要儀器與試劑：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀、真空過(guò)濾機(jī)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、變頻掛槽浮選機(jī)、索氏提取器、烷基糖苷(APG-0810)、聚乙二醇(PEG-4000)、四氯化碳、硅酸鈉。

1.3 操作流程

稱取20 g的油泥至250 mL燒杯中，按一定的固液比加入油泥清洗藥劑與油泥均勻混合，將燒杯放在恒溫磁力攪拌器中以設(shè)定溫度充分?jǐn)嚢?，靜置刮去上層浮油后將燒杯里的油泥置于掛槽浮選機(jī)200 mL浮選槽中，開(kāi)啟浮選裝置，設(shè)置好浮選攪拌速度、充氣量，浮選一段時(shí)間后，回收上層浮油，槽底的泥水經(jīng)抽濾干燥后測(cè)定泥砂殘油量。

1.4 分析方法

含水率采用烘干法進(jìn)行測(cè)定；參照CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》[6]中礦物油的測(cè)定，采用索氏提取器提取含油污泥中的油相，然后將剩余的殘?jiān)娓煞Q重，得到含固率，含油率由減量法得到。

實(shí)驗(yàn)根據(jù)除油率的高低來(lái)判定含油污泥的處理效果，除油率D(%)的計(jì)算公式為：

(1)

式中：D為油泥的除油率，%；Y1為處理前的油泥含油量，g；Y2為處理之后的油泥含油量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗藥劑篩選

在藥劑篩選中，選擇一種環(huán)境友好型化學(xué)清洗劑應(yīng)用于含油污泥的處理具有重要意義[7-8]。烷基糖苷(APG-0810)的表面張力極低，去污能力強(qiáng)，且泡沫豐富細(xì)膩、配伍性好、對(duì)人體無(wú)傷害、生物降解徹底、環(huán)保無(wú)污染[9]；PEG-4000具有增溶效果[10]，且無(wú)毒、無(wú)刺激性、穩(wěn)定性高；硅酸鈉懸浮和分散污垢能力好，同時(shí)其水溶液呈堿性，可以和油泥中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，增強(qiáng)油、泥之間的分離效果[11]。

設(shè)定初始實(shí)驗(yàn)條件為熱洗溫度70℃、熱洗時(shí)間20 min、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時(shí)間15 min。APG-0810、PEG-4000和Na2SiO3按照不同的藥劑組分含量配制成濃度為0.01 g/mL的油泥清洗劑投加，測(cè)定油泥的脫油效果，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 油泥復(fù)配清洗藥劑的除油效果

由表1可知，單一藥劑的清洗效果APG-0810

2.2 油泥清洗的工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 清洗劑濃度對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變清洗劑濃度，得到除油率隨清洗劑濃度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 藥劑濃度對(duì)除油率的影響

由圖1可以看出，隨著清洗劑濃度的增加，油泥的除油率最初增加迅速，當(dāng)藥劑濃度超過(guò)0.01 g/mL時(shí)，除油效率提升緩慢，考慮處理成本，實(shí)驗(yàn)藥劑濃度選用0.01 g/mL。

2.2.2 熱洗溫度對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變熱洗溫度，得到除油率隨熱洗溫度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 熱洗溫度對(duì)除油率的影響

由圖2可以看出，溫度為25～60℃時(shí)，除油率有大幅度的提高，當(dāng)溫度達(dá)到70℃后，曲線逐漸趨于平緩，考慮到溫度越高能耗越大，實(shí)驗(yàn)熱洗溫度選用70℃。

2.2.3 熱洗時(shí)間對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變熱洗時(shí)間，得到除油率隨熱洗時(shí)間的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 熱洗時(shí)間對(duì)除油率的影響

由圖3可以看出，隨著時(shí)間的增加，油泥的除油率也隨之提高，熱洗20 min后除油率基本趨于穩(wěn)定，所以實(shí)驗(yàn)選取熱洗時(shí)間為20 min。

2.2.4 清洗液pH值對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變清洗液pH值，得到除油率隨清洗液pH值的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 清洗液pH值對(duì)除油率的影響

由圖4可以看出，在酸性條件下，油泥的除油效果不佳，當(dāng)pH值>7時(shí)，除油率隨pH值的增大迅速上升，在pH值為9～11時(shí)達(dá)到很好的效果，但pH值過(guò)大會(huì)造成水的后處理過(guò)程復(fù)雜化。由于硅酸鈉溶于水后為溶液提供堿度，能夠使溶液pH值維持在9.5或者更高，所以實(shí)驗(yàn)中不需要添加其他堿性物質(zhì)。

2.2.5 固液比對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變固液比，得到除油率隨固液比的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 固液比對(duì)除油率的影響

由圖5可以看出，固液比在1∶6之后的除油率基本不發(fā)生變化，為避免加入過(guò)多的清洗液，實(shí)驗(yàn)選用固液比為1∶6較為合適。

2.2.6 浮選攪拌速度對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選攪拌速度，得到除油率隨浮選攪拌速度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 浮選攪拌速度對(duì)除油率的影響

由圖6可以看出，浮選攪拌速度低于1 000 r/min時(shí)，除油率隨攪拌速度的增加而提高，當(dāng)攪拌速度大于1 000 r/min時(shí)，除油率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，所以實(shí)驗(yàn)浮選攪拌速度選用1 000 r/min。

2.2.7 浮選充氣量對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選充氣量，得到除油率隨浮選充氣量的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 充氣量對(duì)除油率的影響

由圖7可以看出，在低充氣量的條件下，油泥可以很好地分離，隨著充氣量的增大，浮油層變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致除油率降低，所以實(shí)驗(yàn)選用較低充氣量0.2 L/min較為適宜。

2.2.8 浮選時(shí)間對(duì)油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選時(shí)間，得到除油率隨浮選時(shí)間的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 浮選時(shí)間對(duì)除油率的影響

由圖8可以看出，油泥除油率與浮選時(shí)間成正比關(guān)系，當(dāng)浮選時(shí)間在15 min以后時(shí)，除油率提升緩慢，實(shí)驗(yàn)浮選時(shí)間選用15 min為宜。

2.3 油泥復(fù)配清洗劑洗滌效果評(píng)價(jià)

在2.2節(jié)確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，考察了各種油泥清洗劑在不同的藥劑濃度下的除油率，得到除油率隨藥劑濃度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 各種清洗藥劑濃度對(duì)除油率的影響

由圖9可以看出，復(fù)配清洗劑的除油效果明顯優(yōu)于常用傳統(tǒng)清洗劑，其中復(fù)配清洗劑>吐溫-80>十二烷基苯磺酸鈉>十二烷基硫酸鈉，各種油泥清洗劑除油效果與藥劑濃度成正比，藥劑濃度在0.008～0.01 g/mL時(shí)除油率趨于最大。

2.4 油泥清洗流程優(yōu)化

在其他清洗條件不變的情況下對(duì)一次清洗過(guò)后的泥砂再次清洗，清洗效果見(jiàn)表2。

表2 清洗次數(shù)對(duì)油泥的除油效果 %

由表2可以看出，適當(dāng)增加清洗次數(shù)能很好地提高除油率，經(jīng)過(guò)三次清洗，油泥除油率達(dá)到93.4%，油泥殘油量降為1.74%，達(dá)到HJ 607—2011《廢礦物油回收利用污染控制技術(shù)規(guī)范》要求。

2.5 洗滌前后原油紅外表征

用四氯化碳萃取樣品，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器揮發(fā)溶劑得到原油，風(fēng)干穩(wěn)定后進(jìn)行紅外光譜測(cè)定。油泥清洗前后的原油紅外光譜見(jiàn)圖10。

A—清洗后原油；B—清洗前原油圖10 清洗前后原油的紅外光譜

由圖10可以看出，經(jīng)復(fù)配油泥清洗劑洗滌后，原油的主要紅外吸收峰位置沒(méi)有發(fā)生較大變化，判斷認(rèn)為原油的主要成分沒(méi)有改變，處理后得到的原油具有較高的回收利用價(jià)值。

3 結(jié) 論

本文提供了一種環(huán)境友好型油泥化學(xué)清洗劑復(fù)配方案為APG-0810、PEG-4000、Na2SiO3之比為1∶3∶6(質(zhì)量比)；采用化學(xué)熱處理與浮選結(jié)合的方法處理油泥，在熱洗溫度70℃、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時(shí)間15 min的條件下，對(duì)含油污泥進(jìn)行3次清洗，除油率達(dá)到93.4%，處理后的泥砂殘油含量降為1.74%，除油效果優(yōu)于常用傳統(tǒng)油泥清洗劑，回收得到的原油具有較高利用價(jià)值。