含油污泥是石油勘探开发、运输、炼制及含油污水处理工程中所产生的含油固体废物,其中主要是石油勘探与其化工生产过程中产生的含油污泥、油砂,具有产生量大、含盐量高、重质油组分高、综合利用方式少、处理难度大等特点。陆梁油田目前有两座污水处理站,处理能力为15000m³/d,在生产过程中,采出液经沉降脱水等处理后产生大量含油污泥,约10950t/a。含油污泥若不及时处理,将对周围土壤、水体、空气等造成污染。
从20世纪80年代初以来,发达 的含油污泥处理技术得到了快速的发展。例如对落地原油的处理,美国、德国、日本、加拿大等国多采用有机溶剂加热萃取技术,分离混合物中的矿物油。除上述主导工艺外,还有溶剂和低频声波组合分离工艺、非药剂热分离工艺、水液逐级分离抽提工艺、无机混凝分离工艺、酸碱含油污泥分散与离心分散工艺等。
国内对含油污泥处理的理论研究起步较晚,在含油污泥的综合处理技术水平上与发达 有一定差距。对于落地油和罐底含油污泥,国内目前多参照国外常规技术路线应用清洗工艺,即在含油污泥中加入水基分离液后,通过加热对原油进行抽提。但由于各种因素的制约,应用前景有限。因此,针对我国国情与生产实际研发探索合适的含油污泥处理工艺很有必要。
国内对含油污泥处理的理论研究起步较晚,在含油污泥的综合处理技术水平上与发达 有一定差距。对于落地油和罐底含油污泥,国内目前多参照国外常规技术路线应用清洗工艺,即在含油污泥中加入水基分离液后,通过加热对原油进行抽提。但由于各种因素的制约,应用前景有限。因此,针对我国国情与生产实际研发探索合适的含油污泥处理工艺很有必要。
1 实验方法
从现场取回离心脱水泵进口污泥样,在室内进行处理技术和工艺参数研究。由于含油污泥中含老化油、有机质等多种物质,常规的汽油萃取法不适合测定含油污泥中油含量,需要根据含油污泥特性建立一套适用于分析含油污泥中油含量的方法,确保含油污泥中油含量的准确测定,并结合原油中含水量测定方法,对含油污泥物性进行分析。
1.1 污泥物性分析方法
(1)标准油的制备。用汽油抽提萃取含油污泥,将抽提完成的萃取液经无水氯化钙脱水后过滤,滤液于80℃水浴蒸干,即可得到含油污泥标准油。
(2)标准曲线绘制。称取0.5000标准油样,用汽油稀释到100mL容量瓶中,分别移0.00,0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,4.00mL于50mL容量瓶中,用汽油稀释至刻度,在分光光度计上分别测其吸光度,然后以吸光度值为横坐标,含油量为纵坐标绘制吸光度-含油量标准曲线。
(3)萃取。称取一定质量的含油污泥样品于蒸馏烧瓶中,加入100mL汽油,装上含水接收器和冷凝管,于电加热套上加热蒸馏,待含油污泥样品中的水分被完全蒸馏转移至接收器时,停止加热,冷却至室温,记录接收器中的水体积,并将蒸馏烧瓶中萃取液转移至250mL容量瓶中,然后用汽油定容至刻度。
(4)离心。若萃取液呈现浑浊,则将萃取液离心至澄清。
(5)比色。将离心后的萃取液装入比色皿中,入射光波长430nm,用汽油做空白,在分光光度计上测其吸光度。
(6)计算。
1.2 含油污泥热水洗试验方法
在水洗试验温度下,将一定浓度的水洗剂加入污泥中混合搅拌一定时间,搅拌后静置分离,表现为上层为油、中层为水、下层为含油尾泥,将水洗后的含油尾泥按照含油污泥物性分析方法步骤测定含水率、含泥、含油,评价水洗效果。
1.3 含油污泥物性分析结果
分几次取陆梁联合站污泥离心泵进口处含油污泥样进行物性分析,考察陆梁含油污泥物性变化情况,结果见表1。
表1:陆梁联合站污泥物性
次数  | 含油(%)  | 含水(%)  | 含泥(%)  | 干化尾泥含油(%)  | 
1  | 1.2  | 91.1  | 7.7  | 13.4  | 
2  | 1.3  | 90.8  | 7.9  | 14.1  | 
3  | 1.0  | 92.8  | 6.7  | 13.0  | 
4  | 0.9  | 92.8  | 6.3  | 12.5  | 
从表1可看出,不同时间所取陆梁联合站污泥离心泵前污泥样物性变化不大,平均含油约1.1%,含水约92%,干化尾泥含油13%。
2 水洗试验
与其他含油污泥处理工艺相比,热化学水洗分离工艺能量消耗低,费用不高,是我国目前研究较多、较普遍采用的含油污泥处理方法。含油污泥的热化学水洗是一个复杂的动力学多相流过程。工艺参数和水洗药剂是重点和难点,水洗药剂的筛选涉及物料运移和分离等方面因素。
通过文献调研和初步探索性水洗分离试验分析得知,水洗药剂类型、水洗剂浓度、水洗温度、水洗比、搅拌速率、搅拌时间对含油污泥分离效果的影响比较大。结合对风城作业区和彩南作业区含油污泥处理技术研究结果,将陆梁污泥水洗参数暂定为温度50℃、搅拌速率300r/min、搅拌时间5min,用不同药剂不同浓度进行试验,考察水洗效果,先确定水洗药剂类型及其浓度,以此为基础,对水洗参数进行优化。
2.1 水洗药剂筛选
室内依次选用碱类、表面活性剂类、聚合盐类和复合类水洗剂对陆梁含油污泥进行水洗分离试验,以确定合适的水洗剂。首先用清水确定水洗比例,用清水(50℃)与污泥不同比例搅拌后考察效果。
水洗比增至3:1时,干化尾泥含油率降至8.61%,对应除油率38.92%;超过3:1后干化尾泥含油率(或除油率)变化很小。为此,水洗比宜选用3:1。
采用水洗比3:1,用不同类型的药剂进行水洗试验,得出结论:不同种类药剂均能洗出泥中的油,其中稀油效果较好的是新型复合类的水洗剂,效果统计见表2。
表2:不同类型水洗剂水洗除油效果对比
药剂类型  | 药剂名称  | 浓度(mg/L)  | 干化尾泥含油率(%)  | 除油率(%)  | 
碱类  | P药剂  | 200  | 5.83  | 58.64  | 
表活剂类  | 12#药剂  | 100  | 7.45  | 47.15  | 
聚合盐类  | N药剂  | 100  | 4.58  | 67.49  | 
新型复合类  | C药剂  | 5000  | 3.96  | 74.19  | 
从表2可看出,水洗除油率大小顺序依次为新型复合类C药剂、聚合盐类N药剂、碱类P药剂、表活剂12#药剂。C药剂除油率较高在于其在水洗搅拌过程中,产生大量微小气泡,含油污泥中的油分在气泡的夹带下不断上浮,强化水洗分离效果。
对筛选出的效果较好的新型复合类C药剂筛选加药浓度。C药剂浓度增至10000mg/L时,干化尾泥含油率降至3.64%,对应除油率74.19%,超过10000mg/L后干化尾泥含油率(或除油率)变化很小。因此,C药剂浓度宜选用10000mg/L。
由于单一药剂处理后污泥中含油均大于2%,考虑药剂复配优化,将新型复合类药剂(SJB)同一种稀释剂K进行复配使用。稀释剂K可改善C药剂的水洗除油效果,1%新型复合类C药剂同1%稀释剂配合使用,处理后含油污泥中油含量小于2%。
2.2 含油污泥水洗污水水质
由于现场取回含油污泥样含水较多,考虑不额外加水,直接加药水洗,将水洗前后水样水质进行对比分析,结果见表3。
表3:含油污泥水洗污水物性(直接加药洗油)
检测项目  | 陆梁联合站来水  | 含油污泥水洗污水  | 
含油/(mg/L)  | 45.4  | 46.7  | 
SS/(mg/L)  | 62.8  | 63.1  | 
pH值  | 7.52  | 7.34  | 
CO32-/(mg/L)  | 未检出  | 未检出  | 
HCO3-/(mg/L)  | 533.6  | 487.6  | 
OH-/(mg/L)  | 未检出  | 未检出  | 
Ca2+/(mg/L)  | 557.1  | 545.8  | 
Mg2+/(mg/L)  | 25.7  | 25.6  | 
Cl-/(mg/L)  | 7968.7  | 7945.3  | 
SO42-/(mg/L)  | 412.5  | 382.8  | 
K+/(mg/L)  | 4871.7  | 4847.1  | 
TDS/(mg/L)  | 14369.35  | 13990.4  | 
水型  | 氯化钙  | 氯化钙  | 
表3结果表明,水洗前后水样水质变化不大,含油和悬浮物增加也不多,加入药剂不会影响水质,因此可以将水洗污水直接回收至站内污水处理系统,不用额外增加污水处理设备。
3 结论
含油污泥的处理技术很多,每种技术都有各自的优缺点和使用范围。本研究针对陆梁油田开采过程中产生的含油污泥的特性进行了实验室分析,结合油田自身特点,在不影响注水水质的前提下,总结摸索出一种新型复合水洗剂,能较大程度的降低含油污泥中原油含量。根据实验结果,建议设计安装处理装置,将实验结果转化为现场应用,为作业区的含油污泥处理解决实际问题。