PAM化學(xué)法脫穩(wěn)處理含油污泥資源化回收技術(shù)的應(yīng)用研究*

郗 偉，李 斌

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安7100302）

在油田開采、煉油過程、加油站等日常生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的含油污泥，這些含油污泥是石油加工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要污染物之一?？茖W(xué)的資源化處理技術(shù)既可以解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，又有利于資源的回收利用。近年來，隨著油田采油量的持續(xù)增長及環(huán)保分離技術(shù)要求的提高，油田、煉油企業(yè)污泥產(chǎn)出量都有了大幅度增加，包括污水處理產(chǎn)生的含油污泥量也迅速的增加。含油污泥中含有可觀的殘余油品和部分芳香烴化合物、酚類、蒽、芘等有毒有害物質(zhì)[1,2]。尤其是在油田開采、運(yùn)輸處理過程等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的罐底泥、浮渣、廢白土和落地原油等污泥的石油類物質(zhì)含量高；原油在煉化過程中隔油池和原油罐的底泥，以及浮選池的浮渣也有較高含油率，同時(shí)還含有較高金屬與粘土無機(jī)礦物，具有油氣回收和礦物質(zhì)再生利用的價(jià)值。魏彥林等人分析研究了延長油田含油污泥的特性，開展了“篩分-流化化學(xué)調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離”處理工藝技術(shù)的研究[3]。鄧皓等人將含油污泥在水泥窯中高溫煅燒，把含油污泥中的無機(jī)礦物質(zhì)和油品作為水泥生產(chǎn)的原料和燃料，煅燒的過程還可將有害有機(jī)物徹底分解，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的資源化利用和無害化處理[4]。趙瑞玉等人利用正己烷、混合環(huán)烷烴和醇醚混合物進(jìn)行復(fù)配，制得一種高效低毒和環(huán)境友好的萃取劑，通過萃取技術(shù)較好的實(shí)現(xiàn)了含油污泥中原油的回收[5]。周德榮將臥螺離心機(jī)與帶式壓濾機(jī)就污泥脫水處理情況進(jìn)行綜合的比較分析，結(jié)果表明，臥螺離心機(jī)的綜合性能要優(yōu)于帶式壓濾機(jī)[6,7]。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，采用單一的方法處理含油污泥難以實(shí)現(xiàn)高效分離。本文依據(jù)某油田含油污泥的實(shí)際產(chǎn)生情況和其含油污泥的特性，優(yōu)化工藝方案，將化學(xué)處理方法和物理機(jī)械方法相結(jié)合，采用了先化學(xué)法脫穩(wěn)，用脫穩(wěn)劑對(duì)含油污泥進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，然后使用新型臥螺離心機(jī)進(jìn)一步使污泥干化分離，最終實(shí)現(xiàn)徹底油泥分離的目的。含油污泥的無害化處理和資源化利用，最大限度的回收存在于采油、煉油污泥中的大量油品，減少對(duì)環(huán)境的污染，已經(jīng)成為含油污泥處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)工藝流程

（1）利用自制的油泥分離劑來破乳除油，提取含油污泥中的原油；

（2）對(duì)水及水溶性物質(zhì)和泥沙添加化學(xué)絮凝劑等進(jìn)行化學(xué)法脫穩(wěn)；

（3）采用離心分離機(jī)進(jìn)行機(jī)械法過濾分離。

1.2 設(shè)備與分析方法

1.2.1 原料及設(shè)備 陽離子聚丙烯酰胺（分子量1200萬，進(jìn)口分裝，蘇州恒信達(dá)環(huán)保科技有限公司）；四氯化碳（光譜純 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；石油醚（AR天津市化學(xué)試劑廠）；含油污泥（某油田大罐底部污泥）；油泥分離劑（水溶性破乳劑 自備）。

JY-OIL48紅外分光測(cè)油儀；LW250X1000型臥螺式離心機(jī)；DHG-9005電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；JJ-1電動(dòng)攪拌器、HH-2超級(jí)恒溫水浴鍋。

1.2.2 測(cè)定方法 油泥含油分析研究，以含油量為主要分析評(píng)價(jià)指標(biāo)。含油量參照國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法（HJ637-2018）進(jìn)行測(cè)定[8]。

式中 ρ：樣品中石油類的濃度，mg·L-1；ρ0：空白樣品中石油類的濃度，mg·L-1；X、Z、Y、F：校正系數(shù)；A2930、A2960、A3030：各對(duì)應(yīng)波數(shù)下測(cè)得經(jīng)硅酸鎂吸附后濾出液的吸光度。

1.3 含油污泥組成的測(cè)定

含水率的測(cè)定采用了國家推薦標(biāo)準(zhǔn)“水－油混合體系含水率的測(cè)定方法GB/T260-2016”[9]，完成含水量測(cè)定后，采用連續(xù)提取法（HJ637-2018）測(cè)量固體油泥中的含油量，剩余的泥砂經(jīng)過濾、烘干、靜置，稱重得出泥砂量，試樣總量與含水量、含油量、泥沙量的差值即為其水溶性物質(zhì)的含量。本實(shí)驗(yàn)采用試樣含油污泥來源于某油田大罐底部的混合物，油田大罐底部含油污泥各成分組成參見表1。

表1 含油污泥試樣的基本組成Tab.1 Basic composition of oily sludge sample

由表1可以看出，含油污泥試樣中的含水率、含油率較高，固體泥沙含量較低，油品的回收價(jià)值和資源化利用價(jià)值較高。

2 結(jié)果與討論

2.1 破乳劑用量及溫度對(duì)油泥分離效果的影響

實(shí)驗(yàn)采用水溶性破乳劑（自制），稱取大罐油泥試樣50g，測(cè)定影響破乳效果的主要因素——溫度和破乳劑添加劑量對(duì)油泥分離效果的影響。通過自備破乳劑的聚集機(jī)理破乳除油，實(shí)現(xiàn)油泥的分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、2。

圖1 破乳劑添加量對(duì)除油率的影響Fig.1 Effect of demulsifier addition on oil removal rate

圖2 溫度對(duì)除油率的影響Fig.2 Effect of temperature on oil removal rate

由圖1、2可以看出，綜合考慮影響因素條件下，水溶性破乳劑用量在150mg·kg-1、溫度在60℃條件下最為可行，除油率相對(duì)也較高。

2.2 脫穩(wěn)劑對(duì)除油效果的影響

油泥在破乳分離的過程中，加入水和破乳劑形成了微小粒徑的懸浮物及少量膠體，在固液相分離前，此時(shí)需要加入脫穩(wěn)劑來降低膠體的電位，破除膠體的穩(wěn)定性，便于固液相分離。實(shí)驗(yàn)主要考慮絮凝劑和助凝劑用量對(duì)固液相的分離效果。

2.2.1 絮凝劑的影響 本次實(shí)驗(yàn)使用高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），聚合度在9×104左右，相對(duì)分子量高達(dá)1600×104，取添加破乳劑和水后的油泥混合液100mL,在恒溫水浴60℃下對(duì)PAM在不同添加量和溫度下做實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果見表2。

表2 PAM添加量對(duì)油泥混合液分離效果的影響Tab.2 Effect of PAM addition on separation effect of oil sludge mixture

通過聚丙烯酰胺分離出的水相顏色判斷油品的含量，PAM的添加量對(duì)水相顏色的影響較大，但隨著添量的增加分離出的水相顏色越黃?？紤]成本和分離效果，單獨(dú)添加300mg·kg-1的PAM就可以分出水質(zhì)顏色清澈的水相，可以使水質(zhì)達(dá)到清澈，實(shí)現(xiàn)了油水相的分離，繼續(xù)加大用量反而會(huì)使水相返混，油品溶解的現(xiàn)象。

2.2.2 助凝劑的影響 當(dāng)油泥污水含油量較高時(shí)，單用絮凝劑不足以取得良好的分離效果時(shí)，此時(shí)可以添加助凝劑以提高絮凝效果。助凝劑可有效調(diào)節(jié)或改善絮凝的條件，利用高分子之間的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使原本細(xì)小松散的絮凝體變得緊密。常用的助凝劑有活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉以及聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等等。為了不引入太多外來物質(zhì)，本次實(shí)驗(yàn)采用低分子量的聚丙烯胺。

在PAM添加量為50mg·kg-1處理前提下，取實(shí)驗(yàn)油泥水相100ml，在恒溫水浴60℃下，添加不同量的助凝劑聚丙烯胺，分離效果見表3。

表3 助凝劑添加量對(duì)油泥混合液分離效果的影響Tab.3 Effect of coagulant aid dosage on separation effect of oil sludge mixture

由表3可見，實(shí)驗(yàn)室條件下，水浴60℃，助凝劑聚丙烯胺在加入量為100mg·kg-1時(shí)能更好地提高絮凝劑的分水效果，相對(duì)于單一加入300mg·kg-1的PAM脫水率約提高約6%。

2.3 室溫條件下的油泥分離效果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化的工藝條件，室溫條件下取500g大罐油泥，在2000mL的燒杯內(nèi)進(jìn)行，底部采用超聲波震動(dòng)篩攪動(dòng)，恒溫水浴鍋溫度控制在30℃左右，試樣靜置4h。

使用自行研制的泥水分離劑（水溶性破乳劑），該破乳劑主要含3種成分。A是快速混凝沉降劑，使含油污泥破乳脫穩(wěn)、加速聚集，一般用蒸餾水配制成濃度為2.0%～5.0%的溶液；B是改性的混凝沉降劑，增強(qiáng)脫水效果，能快速使污泥析出水分和油品，泥漿聚結(jié)成塊狀物質(zhì)，用量較少，一般用蒸餾水配制成濃度為0.05%～0.2%的溶液備用；C是泥漿pH值調(diào)節(jié)劑，投加濃度為0.5%～2.0%（冬季溫度低，應(yīng)在處理前20min添加），將pH值調(diào)至7.2左右。結(jié)果見表4。

表4 泥水分離劑(水溶性破乳劑)添加量對(duì)分離效果的影響Tab.4 Effect of amount of demulsifier on separation effect

由表4可見，泥水分離劑濃度約100mg·kg-1下使用，化學(xué)試劑破乳和脫穩(wěn)的效果與實(shí)驗(yàn)室60℃條件下基本相當(dāng)，能滿足實(shí)際生產(chǎn)溫度30℃下達(dá)到高溫60℃的脫穩(wěn)效果，降低了高溫條件下的操作成本。

表5 油泥分離后各成分的基本組成Tab.5 Basic composition of oil sludge after separation

由表5可見，采用化學(xué)試劑脫穩(wěn)破乳后油品回收率達(dá)到90.23%；脫油后，水相的含油量經(jīng)測(cè)定為271mg·L-1，pH值在7.4左右，能夠滿足普通水處理系統(tǒng)的處理標(biāo)準(zhǔn)；分離出油品和水相后的污泥含水量約（未經(jīng)機(jī)械法過濾、風(fēng)干）49%，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18598-2019,不超過85%）；試驗(yàn)分離出的污泥渣，在實(shí)際生產(chǎn)中需要再經(jīng)過機(jī)械法壓濾、風(fēng)干，含水量可降至12%以下。

3 結(jié)論

采用化學(xué)脫穩(wěn)劑PAM，在自制破乳劑實(shí)現(xiàn)油泥分離的前提下化學(xué)法脫穩(wěn)，配合使用機(jī)械法過濾，來處理含油污泥進(jìn)行資源化綜合利用是必要且可行的。

（1）實(shí)驗(yàn)室條件下，水溶性破乳劑用量150mg·kg-1，化學(xué)脫穩(wěn)試劑（絮凝劑50mg·kg-1和助凝劑聚丙烯胺100mg·kg-1）在60℃恒溫下進(jìn)行脫穩(wěn)、破乳實(shí)現(xiàn)油泥的分離效果最佳，油品回收率可達(dá)到92%左右。分離出的污泥從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，再采用機(jī)械過濾的工藝來處理分離后的污泥得到含油量達(dá)標(biāo)的油泥干渣。

（2）室溫條件下根據(jù)泥漿溫度（25～35℃）調(diào)配好泥水分離劑，在500g油泥，2000mL泥漿中加入100mg·kg-1，在30℃條件下處理含油污泥將pH值調(diào)至7.2左右，可使污泥中的油、泥、水三相得到較為高效的分離，可以達(dá)到油品90.23%的回收率；再針對(duì)分離出的油、泥、水三相分別處理，就能實(shí)現(xiàn)變廢為寶，真正實(shí)現(xiàn)油品開采以及煉化企業(yè)油泥的資源化回收利用。