含油污泥脫水技術(shù)研究進(jìn)展

宋 濤，韋安培，李小龍，劉忠源，李寧輝

（中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司，天津 300452）

0 引言

為達(dá)到減少運輸儲存成本和后續(xù)設(shè)備運行負(fù)荷的目的，含油污泥在處理前，首先要進(jìn)行脫水處理，使其體積減少后再進(jìn)行最終處理，同時含油污泥的脫水處理還可以起到減少環(huán)境二次污染的目的，因此含油污泥的脫水技術(shù)十分關(guān)鍵。本文主要對目前常用的含油污泥脫水技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)了技術(shù)原理及其研究進(jìn)展，以期為今后的含油污泥脫水技術(shù)研究提供參考。

1 含油污泥脫水技術(shù)概述

含油污泥脫水通常針對的是其中未與膠體顆粒結(jié)合的自由水，一般以重力或者離心力為主要作用原理進(jìn)行脫水，而與膠體顆粒結(jié)合的水分則稱為毛細(xì)結(jié)合水，一般通過改變毛細(xì)孔形狀的方法進(jìn)行分離，如自然干化、機(jī)械脫水等[1]。含油污泥脫水常用的方法主要包括物理法、化學(xué)法和聯(lián)合脫水技術(shù)等。

1.1 物理脫水技術(shù)

物理法即使用物理手段對含油污泥進(jìn)行脫水，但是物理法的脫水效率偏低，通常與化學(xué)法配合使用，具體脫水方法主要為機(jī)械法、微波法、超聲法和冷凍/融化法等。

1.1.1 機(jī)械法

機(jī)械法目前已被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，是較為成熟的含油污泥脫水技術(shù)，主要脫水方式有三種：一是利用含油污泥中各組分密度不同進(jìn)行離心分離的離心機(jī)，其應(yīng)用較為廣泛，污泥含固率較高，出泥含水率在75%～80%之間；二是通過施加外部壓力以擠壓的方式進(jìn)行強(qiáng)制分離的壓濾機(jī)，壓濾機(jī)作為最早進(jìn)入我國的機(jī)械脫水設(shè)備，應(yīng)用最為廣泛，脫水后含水率在65%～75%之間，呈泥餅狀，劉偉[2]開展了新型板框壓濾機(jī)的試驗研究，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)簡單，對含油污泥適用性好，泥餅含水率在70%以下，但存在運行操作不便，易堵塞的問題；三是利用螺桿擠壓原理進(jìn)行含油污泥壓縮和脫水的疊螺式脫水機(jī)，這是一種新型的含油污泥脫水設(shè)備，具有連續(xù)自清潔，不易堵塞的優(yōu)點，出泥含水率在75%～80%之間[3]，目前該設(shè)備已得到了初步應(yīng)用，海拉爾油田孫玉龍等[4]驗證了撬裝疊螺式脫水機(jī)對含油污泥的處理效果，脫水后泥餅含水率在71%～86%，成型裝袋與之前相比更為容易，脫出污水明顯更加清澈。

1.1.2 微波法

微波處理技術(shù)是通過微波熱效應(yīng)分離固化含油污泥，使含油污泥乳狀液體系被破壞，從而實現(xiàn)脫水的一項技術(shù)。有研究顯示，微波產(chǎn)生的輻射能對含油污泥中的油水乳化結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效破壞，使其中的水分脫離出來，但目前微波技術(shù)主要應(yīng)用于含油污泥的回收，并沒有進(jìn)行大范圍的含油污泥脫水應(yīng)用。Lin Fang[5]等研究發(fā)現(xiàn)，在微波作用下，活性污泥中絮凝物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)會遭到破壞，導(dǎo)致含水率降低。

1.1.3 冷凍/解凍法

熱脹冷縮是物質(zhì)的一種特性，且會因為其種類的不同呈現(xiàn)出不一樣的效果，因此含油污泥中各相的熱脹冷縮程度是不同的，冷凍/解凍脫水技術(shù)正是運用了這一點，通過冷凍后解凍的方式，破壞含油污泥原先的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并使其中的水分分離出來[6]。冷凍/解凍法需要大量的能量才能使用，一般適用于較為寒冷的地區(qū)。Guohua Chen 等[7]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)該方法的主要影響因素為冷凍/解凍時的溫度和時間。含油污泥在-40 ℃進(jìn)行冷凍，低于20 ℃時進(jìn)行解凍，可以實現(xiàn)最佳的脫水效果。

1.1.4 超聲法

超聲法對含油污泥的作用過程中可以產(chǎn)生機(jī)械振動、空化作用以及熱效應(yīng)，從而促進(jìn)能量傳遞和相分離過程，實現(xiàn)含油污泥的脫水，該方法主要受超聲時間和功率的影響。目前超聲法還處在初步應(yīng)用階段，其脫水效率和成本還有待改善。宋占龍等[8]發(fā)現(xiàn)超聲裝置對于含油污泥的處理效率在引入微納米氣泡技術(shù)后有了明顯的提高。

1.2 化學(xué)脫水技術(shù)

化學(xué)法指的是向經(jīng)過物理處理的含油污泥中添加一種或幾種化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)含油污泥脫水的方法，由于化學(xué)法脫水技術(shù)及設(shè)備目前已經(jīng)十分成熟，因此被大量應(yīng)用在含油污泥的脫水處理中，目前使用最多的含油污泥脫水化學(xué)技術(shù)主要為絮凝劑和表面活性劑。

1.2.1 絮凝劑

絮凝劑經(jīng)過大量的實際生產(chǎn)驗證被認(rèn)為是脫水效率高、使用成本低的一種藥劑，其中應(yīng)用最多的是無機(jī)絮凝劑和有機(jī)合成高分子絮凝劑。無機(jī)絮凝劑主要包括石灰、聚氯化鋁、氯化鐵等，這類絮凝劑在反應(yīng)過程中會水解形成利用電荷中和使污泥凝聚為絮凝物的羥基離子，并使泥餅的孔隙率得到改善。有機(jī)絮凝劑主要是高分子聚合物如陽離子聚合電解質(zhì)等，通過加強(qiáng)與污泥顆粒的吸附與橋接實現(xiàn)含油污泥的脫水[9]。Buyukkamaci 等[10]對無機(jī)和有機(jī)絮凝劑的含油污泥脫水效果進(jìn)行了比較，實驗表明石灰等傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑雖然能在一定程度上提高了含油污泥脫水效率，但是會增大含油污泥的體積，導(dǎo)致含油污泥最終處置難度增大，而有機(jī)絮凝劑對于污泥脫水效率的提高要好于無機(jī)絮凝劑，并且不會增大污泥體積。

有機(jī)絮凝劑通常情況下不具有降解性，對環(huán)境的二次污染風(fēng)險較大，因此合成無污染的有機(jī)絮凝劑是當(dāng)下許多學(xué)者重點關(guān)注的課題。Danfeng Wang[11]等將陽離子乙烯基單體接枝到殼聚糖上，合成了與傳統(tǒng)的聚丙烯酰胺（PAM）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）相比絮凝脫水性能更好的有機(jī)絮凝劑，同時該絮凝劑還具有可生物降解，綠色環(huán)保的優(yōu)點。

1.2.2 表面活性劑

表面活性劑是指含有親水親油基團(tuán)的化學(xué)藥劑，具有可解離、帶電荷的特性，其結(jié)構(gòu)中的親水基和疏水基單分子排列在固液兩相之間，可降低含油污泥的表/界面張力，提高含油污泥的脫水率。李雪[12]等研究發(fā)現(xiàn)兩種典型表面活性劑在污泥處理中的投加量（所投物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為2%～6%時，污泥含水率可從92%大幅減少到74%。當(dāng)藥劑投加量大于6%時，污泥含水率卻不降反升。

傳統(tǒng)的表面活性劑與有機(jī)絮凝劑相同，也存在對環(huán)境的二次污染問題，因此許多學(xué)者開始關(guān)注生物表面活性劑的研發(fā)與使用，大量實驗表明生物表面活性劑對含油污泥的脫水效果更好，環(huán)境危害相對較小，應(yīng)用前景廣闊。Xuwei Long 等[13]合成了一種新型的生物表面活性劑鼠李糖脂，并開展了相應(yīng)的脫水實驗，結(jié)果證明該藥劑在單糖或者二糖形式下都能使含水率在95%以上的含油污泥高效脫水。但是生物表面活性劑的合成成本過高，難以被大規(guī)模應(yīng)用，因此如何實現(xiàn)此類藥劑的量產(chǎn)是該領(lǐng)域今后的核心研究方向。

1.2.3 生物質(zhì)材料

含油污泥調(diào)理過程中剛性結(jié)構(gòu)或高孔隙率生物質(zhì)材料的加入，可以建立起含油污泥體系中的骨架支撐，使得污泥固體的機(jī)械強(qiáng)度和可滲透性得到增強(qiáng)，其多孔結(jié)構(gòu)能在高壓條件下不被破壞，而這些微小的空隙結(jié)構(gòu)可以為壓濾過程中的水分提供向外輸出的通道，大大提高脫水效率。吳彥[14]在用FeCl3調(diào)理污泥時加入了稻殼生物炭，實驗證明60%污泥干固體質(zhì)量的稻殼生物炭投加量和138.09 g/kg 的FeCl3投加量可使泥餅的含水率減少21.90%。在目前低碳環(huán)保的大背景下，生物質(zhì)材料因其原料便宜，綠色無污染的優(yōu)點，其應(yīng)用前景十分廣闊，但是目前相關(guān)技術(shù)仍處于初期研究階段，實際應(yīng)用比較少。

1.3 聯(lián)合脫水技術(shù)

目前單獨使用化學(xué)法或物理法進(jìn)行含油污泥脫水的效果并不理想，而物理化學(xué)聯(lián)合脫水技術(shù)可以在一定程度上減少單一脫水技術(shù)的局限性，進(jìn)一步改善含油污泥的脫水效果，減少化學(xué)藥劑的使用量，在降低成本的同時可以大大降低后續(xù)處理的難度，因此不少學(xué)者開始探究效率和成本都能得到一定優(yōu)化的聯(lián)合脫水技術(shù)。ZhangGuangming等[15]進(jìn)行了超聲-FeCl3、PAM聯(lián)合脫水與單一超聲脫水的對比實驗，實驗表明，超聲-FeCl3、PAM 聯(lián)合脫水可減少化學(xué)藥劑40%～50%的用量，處理后的污泥含水率為72%。韓洪軍等[16]驗證了微波-PAM 聯(lián)合脫水技術(shù)可在一定程度上提高含油污泥的脫水效果，證明了該方法可減少33%的PAM投加量。

2 結(jié)論

本文介紹了常用的含油污泥脫水技術(shù)，并對其作用原理和研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述，發(fā)現(xiàn)目前的單一含油污泥脫水技術(shù)存在一定的局限性，物理脫水技術(shù)的處理成本偏高，并且有些技術(shù)，如微波法和超聲法仍處于研究或初步應(yīng)用階段，傳統(tǒng)化學(xué)脫水技術(shù)的處理成本雖然尚可，但是會對環(huán)境造成二次污染，而新型的綠色脫水藥劑又無法實現(xiàn)量產(chǎn)，因此還需要加強(qiáng)對單一含油污泥脫水技術(shù)的研究，而未來應(yīng)在進(jìn)一步優(yōu)化單一含油污泥脫水技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)效率更高、成本更低、綠色環(huán)保的新型含油污泥聯(lián)合脫水技術(shù)，并將其應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。