含油污泥熱化學(xué)清洗-離心工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究

宮文凱 王福國(guó) 楊雷 王飛 馬超 劉博語(yǔ) 崔謙 劉速

1大慶油田水務(wù)公司

2青海油田勘探事業(yè)部

油田在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的落地含油污泥、罐底泥[1-2]，對(duì)環(huán)境危害極大。為了有效處理這些含油污泥，減少對(duì)環(huán)境的污染，某油田已建成投產(chǎn)10 座含油污泥處理站，主要采用預(yù)處理、熱化學(xué)清洗調(diào)質(zhì)-離心處理工藝[3]，使堆積及產(chǎn)生的含油污泥得到了有效處理，同時(shí)回收了大部分污油[4]，取得了一定的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。但是隨著含油污泥的成分日趨復(fù)雜，特別是聚合物和大量化學(xué)藥劑的添加，增加了油泥分離的難度[5-6]，造成了現(xiàn)有熱化學(xué)清洗-離心工藝的不適應(yīng)，原有的藥劑和工藝參數(shù)不匹配，實(shí)際處理量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)處理量，處理后的含油污泥指標(biāo)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[7]。

本文以該油田含油污泥為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，選用不同種類的熱洗藥劑，開展含油污泥熱化學(xué)清洗-離心工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定最佳運(yùn)行參數(shù)[8-9]，為下一步的含油污泥處理站優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原料性質(zhì)

表1 不同采油廠的含油污泥對(duì)比Tab.1 Comparison of oily sludge from different oil production plants

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 試劑與儀器

HH-S26S 數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；721 光柵分光光度計(jì)，上海浦東物理光學(xué)儀器廠；202 型恒溫干燥箱，上海勝啟儀器儀表有限公司；FA-N/JA-N 電子天平，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1 熱洗藥劑篩選

目前常用的熱化學(xué)清洗藥劑主要分為陰離子、陽(yáng)離子、非離子以及兩性表面活性劑。在上述四類表面活性劑中選擇了8 種效果較好的藥劑進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)。

取50 g 含油率為24.08%的樣品放入1 000 mL的燒杯中，按照泥水比1∶4、清洗藥劑500 mg/L，在燒杯中加入200 mL 清水、0.13 mL 清洗劑，在80 ℃水浴中攪拌30 min，沉降30 min，除去上層浮油，將下層污泥倒入到離心桶中，在1 200 r/min 轉(zhuǎn)速下離心10 min，倒掉上層清液，然后測(cè)定脫水后的油泥殘油率。

實(shí)驗(yàn)用的熱洗藥劑OP、FJ-18、FJ-15 是非離子型表面活性劑，BS是兩性表面活性劑，HY、AX是陰離子表面活性劑，PC-WL、Thg 是陽(yáng)離子表面活性劑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，OP 和BS 兩種藥劑清洗效果相對(duì)較好，離心脫水后油泥殘油率分別達(dá)到1.83%和2.11%，OP藥劑的清洗效果最好（表2）。

表2 不同種類熱洗藥劑的篩選Tab.2 Screening of different kinds of thermal washing agents

2.2.2 藥劑投加濃度的確定

茅臺(tái)酒廠的科研機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大的過(guò)程。從因陋就簡(jiǎn)到擁有多種現(xiàn)代化科研設(shè)備、科研手段和相當(dāng)規(guī)模的科研機(jī)構(gòu)，茅臺(tái)在許多項(xiàng)目研究上都取得重大突破，研究碩果累累。

選用OP 清洗劑進(jìn)行藥劑投加濃度實(shí)驗(yàn)，在藥劑投加濃度分別為200、500、800、1 000 mg/L 時(shí)進(jìn)行熱洗離心實(shí)驗(yàn)，依據(jù)不同藥劑投加濃度離心脫水后油泥的殘油率，確定OP 藥劑的最佳投加濃度（圖1）。

圖1 OP清洗劑不同投藥濃度的熱洗殘油率Fig.1 Residual oil rate of thermal washing with different dosing concentration of OP cleaning agent

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出結(jié)論：當(dāng)藥劑投加濃度由200 mg/L 提高至500 mg/L 時(shí)，殘油率可由3.25%降至1.92%，下降速度較快，繼續(xù)增加投藥量，含油率下降趨勢(shì)不明顯，綜合考慮藥劑成本和處理效果，確定最佳投加濃度為500 mg/L。

2.2.3 熱洗溫度的確定

保持其他參數(shù)不變，熱洗溫度分別為50、60、65、70、75、80 ℃時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依據(jù)殘油率，選出最佳熱洗溫度（圖2）。

圖2 不同熱洗溫度對(duì)應(yīng)的殘油率Fig.2 Residual oil rates corresponding to different thermal washing temperatures

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)熱洗溫度升高至65 ℃時(shí)，熱洗效果有明顯提高，繼續(xù)升溫后，熱洗效果提升不明顯，同時(shí)會(huì)增加耗能，造成運(yùn)行成本升高。確定最佳熱洗溫度為65 ℃，對(duì)應(yīng)殘油率1.93%。

2.2.4 泥水比確定

保持其他參數(shù)不變，調(diào)整泥水比分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依據(jù)脫水后污泥殘油率，確定最佳的泥水比（圖3）。

圖3 不同泥水比對(duì)應(yīng)的殘油率Fig.3 Residual oil rates corresponding to different mud water ratios

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)熱洗泥水比為1∶4 時(shí)，熱洗效果有明顯提高，繼續(xù)提高水量后，熱洗效果提升不明顯，同時(shí)會(huì)增加運(yùn)行成本。因此，確定最佳泥水比為1∶4。

2.2.5 復(fù)配藥劑配比的確定

保持其他參數(shù)不變，熱洗藥劑配比OP∶BS 為5∶1、4∶2、3∶3 時(shí)進(jìn)行復(fù)配藥劑的熱洗實(shí)驗(yàn)，依據(jù)離心脫水后油泥殘油率，確定最佳的藥劑復(fù)配比例（圖4）。

圖4 復(fù)配藥劑不同配比對(duì)應(yīng)的殘油率Fig.4 Residual oil rates corresponding to different proportions of compound chemicals

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的復(fù)配比例為OP∶BS=5∶1時(shí)，油泥殘油率達(dá)到1.43%，優(yōu)于單獨(dú)投加OP 清洗劑時(shí)殘油率為1.83%的清洗效果，由此可見(jiàn)，復(fù)配后的藥劑較單一藥劑處理效果更好。主要原因是復(fù)配的藥劑中OP 清洗劑具有的高表面活性可以改變含油污泥液-固界面性質(zhì)，增強(qiáng)清洗效果。其油泥分離作用不僅可有效去除污泥含油，還可充分地分離被油所包裹的泥砂，起到凈化油層的作用。BS 清洗劑能夠降低界面膜黏彈性，增強(qiáng)界面流動(dòng)性以促進(jìn)油珠聚并，兩者復(fù)配的協(xié)同作用大大增強(qiáng)，清洗效果提升明顯。

2.2.6 離心轉(zhuǎn)數(shù)的確定

保持其他參數(shù)不變，分別在離心轉(zhuǎn)速為2 000、2 100、2 200、2 300、2 400 r/min 下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，離心10 min后，倒掉上層清液，檢測(cè)對(duì)應(yīng)的油泥殘油率（圖5）。

圖5 不同離心轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的殘油率Fig.5 Residual oil rates corresponding to different centrifugal revolutions

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著離心轉(zhuǎn)速的升高，殘油率呈下降趨勢(shì)，離心轉(zhuǎn)數(shù)為2 200 r/min時(shí)，殘油率最佳，為1.87%，繼續(xù)增加離心轉(zhuǎn)數(shù)，殘油率變化不大。

2.2.7 藥劑成本

復(fù)配熱洗藥劑成本為111.8元/t，投加量及成本見(jiàn)表3。

表3 熱洗藥劑成本Tab.3 Cost of thermal washing agents

3 結(jié)論

（1）含油污泥處理熱化學(xué)清洗-離心工藝最佳運(yùn)行參數(shù)為：泥水比1∶4，熱洗溫度65 ℃，最佳藥劑為OP和BS復(fù)配藥劑，復(fù)配比例為OP∶BS=5∶1，OP 藥劑投加濃度為500 mg/L，BS 藥劑投加濃度為100 mg/L，最佳離心轉(zhuǎn)數(shù)為2 200 r/min，藥劑成本為111.8元/t，為含油污泥處理站優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)。

（2）目前熱洗藥劑投加最多的仍是化學(xué)藥劑，在自然界中較難降解，可能會(huì)造成二次污染，生物表面活性清洗劑[10]具有綠色、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，如何高效應(yīng)用將是未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。