
在油气田勘探、开发、集输及炼化等过程中均会产生大量的含油污泥。含油污泥组成复杂、成分变化较大、量多、占用土地面积大,通常以胶体和半固体状态存在且长时间不变性,不采取措施或措施不当,将造成严重的环境污染,含油污泥已成为油气田重大的环境隐患,含油污泥处理已迫在眉睫。我国多项法律法规将含油污泥划归为危险固体废物,但没有对其含油量的量化指标进行要求,仅GB18484-2001《农用污泥中污染物控制标准》和GB/T23486-2009《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》限定了污泥含油量不得>3000mg/kg(≤0.3%)。黑龙江地方标准DB23/T1413-2010《油气田含油污泥综合利用污染控制标准》在含油污泥排放指标中含油量的要求不得>2%。含油污泥治理难度大,各个油气田的处理方式都有不同。针对含油污泥的来源和组分优选含油污泥处理工艺技术,提高油气田环境保护的可持续发展。目前在国内外油气田中含油污泥处理的市场需求日益增大,含油污泥处理的应用前景广阔。
1 含油污泥来源与组分
在油气田勘探开发、集输及炼化等过程中均会产生大量的含油污泥。对含油污泥来源及组成分别阐述。
1.1 含油污泥来源
来源有:
(1)在钻井过程中产生的钻井废液。
(2)在油气开发过程中,产生的含油污泥包括:油井吐砂、固液相分离等。
(3)在油气集输过程中,干支线、集输站内罐体容器设施沉积的含油污泥;产出水处理时油水和固液分离;管线破损泄漏及应急抢险等。
(4)在炼化及水处理过程中所产生的含油污泥,包括储油罐、水罐的罐底油泥等。
(5)落地油泥包括被原油、煤油、汽油及柴油污染的土壤。
含油污泥组成复杂、成分变化较大,含油污泥处理技术的优选首先要考虑含油污泥的种类及组成因素,下面对典型含油污泥的种类及组成进行分析,典型含油污泥的种类及组成如下表所示:
种类 | 含水(%) | 含油(%) | 含固(%) |
钻井含油废液 | 40~60 | 5~20 | 20~40 |
油基泥浆 | 5~25 | 50~70 | 25~45 |
开发过程油泥 | 40~70 | 10~20 | 10~40 |
干支线、站内污泥等 | 40~70 | 10~25 | 15~35 |
炼化及水处理污泥 | 60~70 | 10~20 | 10~20 |
罐底油泥 | 20~30 | 60~70 | 5~10 |
落地油泥 | 5~10 | 5~10 | 80~90 |
1.2 含油污泥组分
含油污泥来源不同,含油污泥成分复杂各异,部分有危害性。通常含油5%~70%,含水10%~70%,且含油大量苯系物、酚类、蒽等有毒物质,并有病原体、寄生虫(卵)、汞、铬、铅等重金属,盐类以及多氯联苯、二噁英和放射性核元素等很难降解的有毒有害物质。主要矿物成分包括方解石、石盐、重晶石和石英等。含油污泥组成复杂、成分变化较大、量多、占用土地面积大,通常以胶体和半固体状态存在且长时间不变性,含油污泥处理不当以及不完全的处置会对环境以及人类健康造成严重的威胁。
2 含油污泥处理技术
降低含油污泥含油率、降低含油污泥对环境的污染、含油污泥资源化与无害化综合处理技术已经迫在眉睫,以下为阐述目前我国主要应用的含油污泥处理工艺技术。
2.1 微生物处理技术
生物法主要是应用于含油量较低的污泥,气态的轻质烷烃,液态的苯系物和固态的沥青等重组成分。自然条件下,这些物质都能被生物降解,将含油污泥中的石油烃类转化为无毒害形态的CO2和H2O。目前微生物处理技术一般采用堆肥法、地耕法进行处理。
2.2 脱水焚烧处理技术
焚烧处理工作一般会在污水处理厂的含油污泥集中处理环节中应用。且绝大多数炼油厂都有污泥焚烧装置,含油污泥在焚烧处理前一般首 行脱水环节,经过浓缩处理之后,可通过各种设备完成脱水以及干燥处理环节,脱水处理后的含油污泥将其输送到焚烧炉进行焚烧,在800℃以上的温度下持续焚烧30min,焚烧过程中的烟气要进行尾气处理,对焚烧后的灰渣进行后续处理。焚烧处理措施在含油污泥处理技术中适应性比较强,污泥减量化效果非常明显。
2.3 固化处理技术
固化处理技术是通过物理或化学方法将含油污泥进行固化,或者将其放置在惰性固化基质当中的一种无害化处理的过程,经过处理后具备一定稳定性和密封性,便于堆放、储存、填埋、运输、利用或后续处理。固化处理技术在采油污泥及含盐较高的含油污泥处理中适用性比较强,能够较大程度地减少含油污泥中的有害离子和有机物对土壤的侵蚀和沥滤。含油量较低的污泥往往可以考虑使用固化处理措施。固化处理物可能发生风化、渗漏造成环境污染。
2.4 热解法处理技术
热解处理技术是指在隔绝空气或缺氧环境下,以热解装置为核心,采用外部间接加热形式,可将含油污泥加热到300~600℃,使含油污泥中的烃类物质经复杂的水和裂化反应中分离,形成轻组分的烃类油水混合物、碳氧化物、混合气体及固体残渣,并使泥渣达到直接填埋的要求,实现固体残渣组分的无害化,挥发组分进一步通过除尘、冷凝、浓缩等方法实现油水分离,油水分离后实现油品的回收。分离的水可作系统冷却水循环使用或者进一步水处理,不可凝气体通过氧化燃烧或活性炭吸附处理。
2.5 热洗-离心处理技术
热洗-离心分离法是研究较早、目前较通用的含油污泥处理技术,是热化学清洗法和离心分离法结合的处理技术,首先要对含油污泥进行预处理,处理后液态含有污泥进入调质罐,一般采用方法直接加热、加入破乳剂、絮凝剂等进行调质,升温搅拌将污泥进行加热均匀,使粘度大的吸附油解析和破乳,促使油类从固体颗粒表面分离,调质后的含油污泥通过高速的两相离心机进行固液分离,分离出的污泥(含油≤2%)被运输车运到焚烧装置处理,分离出的液体 入油水分离器进行油水分离,经过油水分离器分离的含油污水可以作为工业用水或进行污水处理。
2.6 回注调剖处理技术
回注调剖技术是利用含油污泥与地层配伍性的一种技术,将含油污泥进行处理后,加入分散剂、悬浮剂、乳化剂等化学药剂形成悬浮乳溶液,向注水井注入,用于注水井的调剖,以达到降水增油的目的。目前主要在中原油田进行应用。
3 含油污泥处理的技术分类与分析
含油污泥种类繁多、性质复杂,相应的处理技术也呈多元化趋势,目前含油污泥无害化处理可分为无害化与资源化利用技术两类,含油污泥处理的技术分类与对比分析见下表所示:
处理技术 | 应用情况 | 适用范围 | 优点 | 缺点 | |
无害化处理技术 | 焚烧法 | 工程应用 | 含水率低,含油量高的含油污泥 | 处理污泥速度很快,不需要长期储存和远距离运输,可以就地焚烧处理 | 处理设施投资大,能耗高,处理成本高,有机物焚烧可能产生二噁英等剧毒物质 |
固化处理技术 | 工程应用 | 含油率低的含油污泥 | 处理速度快,稳定性高,便于运输,能降低对环境的危害和影响 | PHCs无法完全分解,可能风化、渗漏造成环境污染,占用土地 | |
微生物法 | 工程应用 | 含油率较低的含油污泥 | 成本低,操作简单,不需要太多维护,能耗低,处理量大 | 菌种配伍性要求高,技术不成熟,处理时间较长,受环境影响较大 | |
超临界水氧化处理技术 | 实验室 | 几乎所有含油污泥 | 处理快,效率高,能完全降解有机污染物,受外界环境干扰小 | 成本高,无法工业应用,无法处理重金属 | |
填埋法 | 工程应用 | 含油率低,重金属含量低的含油污泥 | 处理量大,成本较低 | 处理过程非常慢,占地面积大,浪费可回收的资源,可能造成渗漏 | |
资源化处理技术 | 溶剂萃取技术 | 工程应用 | 含大量难降解有机物的含油污泥 | 适用范围广,油的回收率高,溶剂可循环使用,操作简单易应用,能耗低 | 需要大量的萃取试剂,成本高,无法处理重金属,易造成二次处理难题 |
热分解技术 | 工程应用 | 含水率不高的含油污泥 | 快速,高效,油相可回收利用,处理量较大 | 设备投资大,运行成本高,能耗较高 | |
离心分离技术 | 工程应用 | 含水率高的含油污泥 | 处理高效,工艺技术成熟,运行与管理简单,无二次污染,适用性强,油相可回收 | 占地面积较大,主要用于含水较高的污泥,且设备成本较高,固相含油处理不彻底 | |
化学热洗法 | 工程应用 | 含油率高,乳化较轻的含油污泥 | 处理工艺简单,成本低,可靠性强,油的回收率较高 | 化学清洗剂容易造成二次污染,并且专一性强 | |
回注调剖技术 | 工程应用 | 重组分油类物质含量高的含油污泥 | 增油降水效果显著,经济效益和社会效益明显 | 含油污泥调剖剂的封堵强度低,粒径分布窄而限制其应用,处理量小,处理费用高 |
4 结论与技术展望
含油污泥是目前油气田严重的污染物,环保污染隐患极高。含油污泥无害化和资源化处理已迫在眉睫。油气田含油污泥处理上应用的技术有生物处理、焚烧法、固化法、超临界氧化法、热解法、化学热洗、机械分离法、超声波处理、溶剂萃取、回注调剖等。这些处理技术都有自身的优缺点,在处理效果、成本、能耗、适用性、处理时间、二次污染等方面存在一定问题或局限性,且受含油污泥种类繁多、性质复杂的影响。没有一种技术具有普遍适用性,含油污泥处理已成为目前石油行业可持续发展的制约条件。含油污泥处理技术展望如下:
(1)针对目前处理技术自身的缺点及局限性,对技术以及设备进一步改进、优化、整合、完善等措施,也是目前可靠、便捷有效的处理途径。
(2)以无害化和资源化利用为出发点,不断创新研究探索各种新兴技术进行应用。
(3)在考虑含油污泥性质、含量、资源化利用的程度、排放的标准以及环境与经济的综合要求等因素基础上,优化含油污泥处理工艺,联合运用多种含油污泥处理技术,形成多级、分阶段的处理工艺,从而实现预期的处理效果。
(4)含油污泥处理受适用性、处理程度、经济、排放标准、环境保护等因素制约。含油污泥处理尽量避免资源浪费和处理成本过高,在考虑处理技术选择上要统筹考虑。
(5)降低含油污泥对环境及人类健康的影响,必须在来源上控制。在油气田勘探、开发、集输及炼化等过程中,尽量地减少含油污泥的生成量和生物毒性,实现“清洁生产”,也便于含油污泥的无害化资源化处理,实现安全、环保、经济的目的。