
随着油田开发技术的不断进步,水驱、化学驱、生物驱等二次、三次采油技术陆续在油田推广应用,向地下注入了大量的水、化学助剂和微生物菌剂,同时在地面建设数量庞大的井、站系统。在处理采出液、地面井站、管道等生产设施运行维护的过程中,半生大量的含油污泥。
含油污泥得不到及时有效处理,将会对生产区域和周边环境造成不同程度的影响:一是含油污泥中的石油类组分挥发,使油田区域环境空气总烃浓度超标;二是散落和堆放的含油污泥污染地表水甚至地下水,使水中COD和石油类严重超标;三是污泥中含有大量的石油类、硫化物、苯系物、酚类、蒽、芘等有毒有害物质,某些具有致癌、致畸、致突变作用,已被 列入危险废物名录(HW08),作为危险废物进行管理。油田含油污泥产生数量大,环境危害强,其处理及治理问题,已经成为各油田所面临的重大环保瓶颈。
1 国内外现状
1.1 国内外处理标准
在国际上,由于各地地质和地理条件的差异,土壤对石油类有机物的耐受程度不同,因此对于污泥中的TPH或者含油量,目前没有 的国际标准,但是很多 和地区都根据本地区的实际情况以法规或指导准则的形式提出了相应的现场专用指标,对土壤或污泥中的含油量、有机物和重金属含量提出了相应的限制。大部分含油污泥处理指标要求都与污泥的处置方式有直接的关系。不同 对含油污泥处理后污泥中含油量的指标要求见下表:
国别 | 土壤中含油量的要求/%wt | |
填埋处理 | 筑路、铺路 | |
加拿大 | ≤2 | ≤5 |
美国 | ≤2 | ≤5 |
法国 | ≤2 | - |
我国针对固体废物的排放和处置,颁布了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》,在此基础上制定了《 危险废物名录》和《危险废物鉴别标准》,且对危险废物的处置,制定了GB 1859-2001《危险废物填埋污染控制标准》和GB 18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》等,在这些标准和法规中,将含油污泥归类为危险固体废物,但是并没有对含油污泥中的含油量提出量化指标。
随着我国环境保护法规体系的日益完善和监管制度的严格,以及建设清洁节约型社会的需要,无害化、减量化、资源化处理仍然是目前含油污泥处理的目标和趋势。
1.2 国内外处理技术
含油污泥种类繁多、性质复杂,相应的处理技术和设备也呈现多元化趋势,目前含油污泥处理技术有调质-机械脱水工艺、热处理工艺(化学热洗、焚烧、热解析)、生物处理法(地耕法、堆肥法、生物反应器)、溶剂萃取技术以及对含油污泥的综合利用等。国外如加拿大MG工程公司采用的是机械脱水工艺,配合自己专有的药剂;荷兰福吉斯公司采用的是调质-机械脱水+生物处理法;德国HILLER公司采用的是调质-机械脱水+电化学工艺;新加坡的CLEANSEAS公司则采用机械脱水+美国ADTU热解吸的工艺;而法国、德国的石化企业多采用焚烧的工艺。溶剂萃取的特殊性目前只是局限于实验室研究,很难达到工业化应用。
目前,国内外应用较多并且比较成功的是采用物理法、化学法(离心分离加化学药剂处理)相结合,即调质-机械脱水工艺,该技术比较成熟,在欧美各地的油田应用广泛且处理效果好。该方法的不足是处理效果会受污泥来源的影响,对于污泥中含有的大量砖瓦、草根、塑料等杂物需要配套预处理设备和工艺。
2 大庆油田含油污泥综合利用标准建立及污泥利用技术
2.1 含油污泥综合利用污染控制标准的建立
为确定含油污泥处理后进入环境的可接受性,通过室内分析和评价,参考国外对含油污泥各项化学物质的界定限值,黑龙江省环保局制订并发布了黑龙江省地方标准DB 23/T 1413-2010《油田含油污泥综合利用污染物控制标准》。
该标准对用于农用、垫井场和通井路的处理后油田含油污泥共建立了11项污染控制指标,其中石油类≤20000mg/kg,即2%。
2.2 大庆油田含油污泥资源化利用技术
2.2.1 大庆油田含油污泥特性分析
对大庆油田不同来源的含油污泥(污水沉降罐底泥和除油罐底泥、油罐底泥、三相分离器底泥、井场落地油泥、各类废弃滤料)的污泥组成进行分析。清罐油泥中水含量较多,油和固体组分大致相当,落地油泥和储存点的油泥中含有部分大块杂质和固体垃圾,污泥中的含水率随着污泥堆放的时间而逐渐减小。大庆油田每年产生的清罐油泥约占40%,油水井作业、集输管道穿孔和不法分子偷盗产生的污泥约占60%。
根据油田各种污泥的理化特性分析,综合分析确定大庆油田含油污泥成分平均构成为:含油30%、含水40%、含固体废物30%。
2.2.2 含油污泥处理工艺流程设计
通过对国内外含油污泥处理技术的调研,结合大庆油田含油污泥性质,开发了适合大庆油田含油污泥处理的热化学清洗工艺,辅以高效离心分离方式,形成了预处理、调质-离心处理工艺。该工艺能够将含油污泥中的油分离出来,使污泥含水率降至70%以下,处理后含油污泥含油量≤2%,可用于铺垫井场或通井路。
2.2.3 高效污泥处理设备的研发
(1)含油污泥自动进料装置。
在含油污泥储存池上设计开发了自动进料装置,针对固体块状污泥,在含油污泥收集池上增设桥式抓斗吊车,采用人工操作室控制或遥控器控制,把待处理的含油污泥由储存池转入池内壁附近设置的进料斗,然后由螺旋输送机送入含油污泥流化与处理装置进行处理。
针对液体含油污泥,在含油污泥储存池外附近设螺杆泵,螺杆泵设两个吸口,安装在含油污泥储池内的污油池和集液池内,针对高低液位可进行切换。
(2)含油污泥流化与预处理装置。
采用进料格栅分离、两级转鼓筛分、冲洗分离出大块物料,然后通过曝气沉砂去除大于5mm的砂质物料,又采用破碎机和过滤器,去除破袋纤维,减少了大颗粒物料及杂质对后续处理设备的冲击和伤害,有利于整套工艺的连续运行。该装置能够对来料中的大块固体颗粒、麻袋、石子、沙子等杂物进行逐级去除,并通过螺旋输送器输送至装置外,对大庆油田含油污泥来源广、成分复杂的特性有良好的适应性。采用吹脱管使装置有自清洗功能,解决堵塞问题。
(3)含油污泥调质装置。
用来接收从预处理装置输送来的液态含油污泥,主要由调质罐、污泥提升泵和搅拌器等组成,实现对流化污泥进一步的匀化、加热和调质。采用三罐并列运行方式,通过理论计算、室内试验、现场试验,确定了工作流程及各工艺段的工作时间,三罐配合,使来料、出料连续,为上下游工序的合理运行创造了良好的工作条件。调质罐顶部设搅拌器,可对罐内污泥进行搅拌匀化。在进口处加药,对污泥进行调质,进一步增强油和泥的脱附,有利于后续的离心处理。经调质后的污泥从罐底部由螺杆泵输送至后续的离心处理单元进行离心分离。污泥在罐内沉降一段时间后,罐体上部的浮油会从集油口流出,直接进油水分离装置进行分离。
(4)含油污泥离心处理装置
主要由筛网分离器或切割破碎机、两相离心机、热交换器、化学注入系统、螺旋输送器、输送泵及控制系统等组成,该装置的自动化程度高,可根据由调质罐提供的物料温度、组分及相关参数进行自动调节,保证离心机的平稳运行。离心后的含油污泥由螺旋输送机送入污泥堆放场,分离出来的液体进入油水分离装置,分离出来的油外输至转油站,分离出来的水作为工艺用水回掺利用。
3 大庆油田含油污泥资源化利用技术实践
3.1 含油污泥处理工艺试验研究与效果
采用流化预处理→调质→离心处理工艺,大庆油田于2009年5月建成投用第1座“杏北油田含油污泥处理站”。该站处理规模为10m³/h,依据室内研究确定的运行工艺参数,并通过对整套工艺的现场试验,确定了该套工艺单体的较佳运行参数:
(1)预处理装置。回掺水温度大于75℃,回掺水量大约25m³/h。
(2)调质装置。调质温度60℃;调质罐沉降时间不低于2h;进入调质罐的污泥含油量在5%~25%之间时,调质罐但罐清洗剂和破乳剂投加量分别为40~120L和60~140L。
(3)离心装置。离心机转数在2900~3100r/min之间,转数差为5r/min;进入离心机的污泥固含量在1%~5%之间时,絮凝剂的投加量为150~300L/h。
(4)油水分离装置。沉降时间不低于4h。
依据上述工艺参数,对整套工艺进行了稳定性运行试验,经检测处理后的污泥含油均在2%的指标以内,平均含油为1.48%,说明整套装置在优化参数下运行可以保证污泥处理的效果。
杏北含油污泥处理站实际运行结果达到了预期目的,处理后泥中含油量小于2%,达到了黑龙江省DB 23/T 1413-2010《油田含油污泥综合利用污染控制标准》规定的含油量≤2%的要求,处理后的污泥用来铺垫井场及道路。该站建成后,既解决了杏北油田含油污泥外排给环境带来的沉重压力,又解决了污泥在油田生产系统中恶性循环对处理设备带来的冲击。
3.2 技术推广应用及效益
在“杏北油田含油污泥处理站”现场试验较为成熟经验的基础上,大庆油田依靠此技术陆续建成了”北一区含油污泥处理站”、“杏V-Ⅱ含油污泥处理站”、“宋芳屯油田含油污泥处理站”3座,污泥处理总规模达到40m³/h。自4座污泥处理站投产运行以来,截至2012年5月,已经处理含油污泥86555m³(含水30%),回收原油25966t,产生直接经济效益7919.63万元(油价按照3050元/t),节约排污费8655.5万元,创经济效益1.6575亿元。
4 结束语
近五年来,大庆油田加强对油田生产运行产生的含油污泥和前期储存的含油污泥治理工作,逐渐取缔原有污泥存放点,建设含油污泥处理站,减少和杜绝由含油污泥引发的安全和环境隐患,改善油田生产和生活环境,而且变废为宝,回收了大量的原油,创造了经济效益,处理后的含油污泥用于油田生产建设。在根本上解决了长期以来含油污泥给油田生产和环境造成的巨大压力。