
油田在油气生产过程中都会产生一定量的含油污泥,主要来自两个方面:一是原油从地层中携带至地面,在各类容器、大罐和回收水池等地面设施中淤积,应定期清理产生的污泥;二是油井作业、集输油管道穿孔和盗油产生的落地污泥。由于含油污泥属于危险废物,随意排放或简单堆放都会对地下水、地表水、大气和周围植被等环境因素造成污染,各国都对其实施严格的环境管理。因此,国内外很多油田和环保公司都积极开发研究含油污泥处理技术并应用推广,对含油污泥进行无害化处理。
1 国外含油污泥处理技术
国外对含油污泥治理技术的研究开展的较早,尤其是美国、加拿大、丹麦、荷兰等欧美 ,工艺技术比较成熟。根据调查,国外处理含油污泥的工艺主要有三类。
1.1 高温裂解工艺
高温裂解技术是指含油污泥在绝氧的条件下加热到一定温度(一般为450℃左右,甚至更高),使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来,并冷凝回收。该工艺对含油污泥处理的比较彻底,处理后的高温污泥含油可达0.01%(100mg/kg),可以直接填埋或抛洒。
主要工艺过程:含油污泥经振动筛处理后,去除砖瓦石块等大颗粒杂质,经传送带输送至密闭的旋转处理器,在旋转处理器中污泥被加热至450~500℃进行油泥分离,挥发出的油气通过循环水冷凝回收,处理后的高温污泥经淋水降温后达标排放。
上世纪九十年代初,该工艺在国外尤其是欧洲迅速发展并获得应用,其主要优点是对污泥中的油(烃类物质)回收率较高,处理后的污泥可以达到直接填埋的要求。缺点是热消耗大,投资较高。其中,丹麦的RUGSGO公司业绩比较突出,其技术已经在壳牌、BP等大石油公司成功应用。随着各国对含油污泥处置指标的进一步严格,该工艺作为一种处置彻底、速度快的污泥处理方法,将成为含油污泥处理的重要方式之一。
1.2 机械脱水工艺
机械脱水工艺是将经过各种预处理工艺(调质、筛分、分选、倾析等技术)处理后的均质液态含油污泥送入高速离心机进行油、水、泥的三相分离,分离出的油回收进入脱水站或炼油厂,水则进入污水处理厂或循环使用,分离出的固体污泥还要做进一步的处理,满足不同地区(企业)的需要。
荷兰G-force CE bv公司和德国HILLER公司的调质-机械脱水技术,加拿大MG公司的APEX(Aqueous Petroleum Effluent Extraction,水溶性石油提取)技术,以及新加坡CLEANSEAS公司的机械脱水+热解吸技术,西班牙Tradebe集团的HSPU(Homogenization and high Solid content Processor Unit,匀化及高含固处理装置)+离心技术等都属于这种工艺,区别在于污泥预处理工艺和高速分离后分离出的固体污泥的后续处理工艺不同。其核心技术都是高速离心三相分离工艺。其中应用较广、技术比较成熟的是荷兰G-force CE bv公司的调质-机械脱水技术和加拿大MG公司的APEX技术。
1.2.1 荷兰G-force CE bv公司的调质-机械脱水技术
该工艺处理污泥的总体思路是 行污泥流化和预处理,再经过调质后进行离心分离。具体的工艺过程可分为六步: 步分选调质(加热、加药、搅拌等);第二步用筛子去除较大的杂质和浮渣;第三步用两相倾析器去除90%的细小固体;第四步用三相净油离心机进行油、水和固体的分离;第五步用三相水浓缩离心机分离出可以达标排放的水;第六步对分离出的固体进行微生物修复处理,使含油量满足要求。
该工艺、设备按照欧洲安全环保标准设计制造,达到1级防爆标准。设备撬装化,占地面积小,便于现场安装,操作简单,自动化程度高。一般来说,主要工艺由5个撬组成。
(1)预处理撬。主要作用是将大部分的固体从液体中分离出来,使进入下一流程的液体含固量不大于10%。主要设备包括挖掘泵、大料斗、自清洗沉降罐、热交换器以及输送机、输送泵等。
(2)调质罐撬。主要功能是对经过筛分的含油污泥进行调质处理,以提高分离效果。主要设备为配有加热和搅拌装置的调质罐。
(3)液态污泥处理撬。主要功能是对前面流程分离出来的所有液态含油废物作进一步的油、水和固体的三相分离。分离出的油含水不大于0.5%,水含油约500mg/L,固体颗粒近乎微米级。和进口物料含油相比,含油去除率可达90%左右。主要设备有筛网分离器、两相和三相分离机、热交换器等。
(4)编织袋粉碎和清洗装置撬。该撬是进料预处理过程的后续补充工艺,用于处理 步分离出来的大块污泥和含有污泥的编织袋,包括粉碎、柴油清洗和热水冲洗三个过程,清洗后的袋子和废物可直接进入市政垃圾处理厂焚烧处理。
(5)加热炉撬。其功能是为处理工艺过程提供热源。主要设备为蒸汽炉,并配有冷凝水回收装置。
根据要处理的污泥中较大体积的杂质含量以及附近蒸汽热源供给等条件的不同,撬的数量可适当减少。该公司在含油污泥处理领域有着丰富的经验,先后为欧洲、北美、拉丁美洲及中东等多个 和地区的油田、炼油、船舶等工业场所提供了上百套的污泥处理系统,但其预处理设备不是很成熟。
1.2.2 加拿大MG公司的APEX技术
APEX是一种利用专用化学配方从含油污泥中将烃类物质分离出来的技术。该工艺处理含油污泥通常分两个阶段: 阶段包括混合过程和用来撇除大部分油分的自由沉降过程,通过专用药剂、水和含油污泥的混合,使油、水、固在分离罐中完成主要的三相分离;第二阶段采用加热和机械高速离心的方法进一步将水、油、细微固体颗粒更好的分离,以满足要求。处理后的污泥含油可低于1%,符合美国环保局的排放标准。
该技术设备紧凑,占地面积小,处理效率高,可移动,进料范围宽,无污染物排放。其技术优势主要有两个:一是专用的化学药剂,能够使油从固体表面脱附,同时不再沉降和乳化,安全无毒并可以降解;二是专用的APEX设备,组件较小但处理能力大,效率高。处理后的污泥含油量可满足低于1%的要求。缺点是前置预处理工艺适应性较差。
该工艺已经成功应用到美国、罗马尼亚、巴拿马、墨西哥、加拿大等多个 的含油污泥处理项目。
此外,西班牙的HSPU+离心技术也属于这类工艺,主要在英国和土耳其等国应用过。其工艺过程为:含油污泥首先送入振动筛进行筛分和研磨,而后进入水力旋流器去除粒径较大的固体物质,经过筛分和旋流后的流体进入HSPU(匀化及高含固处理装置)做进一步的固液分离,并被加热至60℃后,再进入离心机进行分离。回收的油进入炼油厂,水则输送到污水处理厂,振动筛、旋流器、HSPU和离心机排出的泥进行厌氧高温(500℃)热解分离后成为可处置的惰性废物或水泥窑的辅助燃料,热解过程中释放的蒸汽经回收装置回收后进入水处理系统。
1.3 生物处理工艺
生物处理工艺主要有地耕法、堆肥法和生物反应器法等,主要是利用微生物的新陈代谢作用,将石油烃类降解,转化为CO2和H2O。比较有代表性的工艺是:先将含油污泥和生物处理所需要的消耗性物质充分搅拌,然后堆放成行,用曝气车定期进行翻搅,使其充分反应。该过程的分离周期一般为4~6个月,经过生物处理后的含油污泥可根据情况用作农用污泥或填埋场的垃圾覆盖土等。
该工艺的优点是不需要加入化学药剂,绿色环保,而且处理的比较彻底。但地耕法、堆肥法需要大面积土地,生物反应器法仍有废渣排出。而且生物处理法不能处理含油量高的污泥,同时对环境和条件要求较高,如营养物含量及比例、氧气含量、pH值、湿度和温度等。因此,更适合作为含油污泥的深度处理或者少量污泥的处理。
除此之外,还有电化学处理技术。主要原理是利用大地电场和低电压、低电流技术,在有机物和无机物之间引入氧化还原反应,将土壤中的复杂的碳氢化合物分解为CO2和H2O,并通过电动力去除重金属、小颗粒物质和水,达到消除污染的目的。该技术的要点为通过破坏分子的尺寸进行液化(氧化还原反应),利用电化学原理使油迁移并利用电渗析原理去除水,可有效去除污泥中的有机污染物。
2 国内含油污泥处理技术
我国在油田环境保护方面起步较晚,含油污泥的处理没有得到足够的重视,没有形成成熟的配套含油污泥处理技术,与国外差距较大。但随着 环保形势的发展,各油田企业已经意识到含油污泥无害化处理势在必行。经过近几年的探索、研究和引进消化,使我国的含油污泥处理技术有了相应发展,在降低含油污泥对环境的影响方面发挥了一定作用。
2.1 国内部分油田的污泥处理技术
大庆、辽河、大港等国内一些油田较早在含油污泥的处理方面进行了有益的尝试,虽说不够成熟,但对含油污泥的减量化、无害化还是起到了一定作用。
大庆油田早在1997年就建成了一座专门的含油污泥处理站。主要工艺过程为:含油污泥收集后,存放在处理站的存放池内,用机械送入搅拌池,加水液化,过滤,再由螺杆泵送入预处理器,完成加热匀化,进入高速离心机进行油、水、泥三相分离。但由于预处理(加温匀化)部分存在问题,影响了离心机的运行,效果一直不好,处理量也很有限。
辽河油田建成了数座污泥处理站,但工艺比较单一,设施简陋,冬季停运,夏季运行,处理效果一般。主要处理过程为:将污泥从存储池人工转移至沉淀池(化油池),进行泥液分离,水循环利用,污油回收,池底的污泥定期清理,通过传送带进入旋流分离器,处理后的污泥垫井场或铺路。
大港油田产生的污泥由地方政府建设和管理的污泥处理站处理,油田支付一定的处理费用。由于该油田泥中含沙量较高,主要处理工艺为高压蒸汽热洗,油水回收,泥沙则倾倒至指定地点堆放。
2.2 萃取工艺
萃取工艺是指利用化学溶剂萃取法分离回收污泥中的原油。主要工艺过程为:污泥在化油池中经初步分离后,油水等液态流体进入萃取装置,将其中的油分离出来(回收率高达99.4%),作为燃料用油;提取原油后的污泥和水进入离心脱水装置进行脱水,分离出的污泥用作型煤的燃料。其优点是有、水、泥都能做到有效利用,且用于萃取的溶剂化学性质稳定,可循环利用。
2.3 固化燃烧工艺
主要工作原理是用固化剂将含油污泥进行固化后,运至燃煤锅炉房煤场,与燃煤按一定比例进行混合,作为锅炉燃料燃烧。燃烧后的废渣用于建材原料,废气经锅炉除尘系统处理达标后排放。其优点是投资低,处理的比较彻底,泥中含油全部转化为热能,得到有效利用,没有污染。缺点是固化、混合过程劳动强度大,而且需要与热力部门协商场地和费用问题。
2.4 化学反应-旋流分离工艺
该工艺主要工作原理为:含油污泥经过筛选等预处理后,送入主要装置-反应釜装置,辅之以药剂,综合应用气浮选、超声波和旋流分离等技术综合处理含油污泥。分离出的油、水回收,污泥含油可低于1%。
该工艺的技术关键是反应釜装置,主要过程全部在其中完成,工艺比较复杂。可提供车载和固定两种模式。该技术在吉林油田使用过,没有较大规模的推广应用。
3 结束语
相对于国内污泥处理技术的简陋和不配套,国外由于发展的较早和环保政策的严格,在含油污泥处理技术和工艺方面比较成熟,而且配套齐全,具有比较丰富的设计和运行管理经验,值得我们借鉴。
含油污泥的处理工艺多种多样,各有所长,仅靠单一的处理工艺和技术很难满足环保要求。将各种工艺有机组合,取长补短,是实现含油污泥彻底无害化的发展方向之一。从目前看,以离心分离技术为核心,多种预处理和后续处理技术相结合的工艺比较可行。尤其是国外普遍应用的机械脱水工艺,辅之以调制、倾析等预处理技术和高温裂解、生物处理等后续处理技术,比较适合我国现阶段和未来的污泥处理需要。应结合国内实际,在引进和消化关键技术和设备的基础上,逐渐形成满足我国环保需要的含油污泥处理新技术。