含油污泥化学清洗处理及工艺参数选择

张皓，李雪晴

(银川能源学院 化学与生物工程学院，宁夏 银川 750105)

0 引言

石油能源在人类社会发展中占有重要地位，在开采等过程中产生大量废渣废气，增加环境保护难度。含油污泥在石油行业产生的污染物中数量庞大，使土地有效利用价值降低，对当地环境与经济发展造成巨大压力。含油污泥采用直接填埋处理会造成资源浪费，目前含油污泥处理工艺不完善，需要研究高效的含油污泥处理工艺。油泥回收方法包括萃取热解等，传统处理方法运行成本高。

1 含油污泥化学清洗处理研究

含油污泥危废多产生于油田集输，每年产量巨大。含油污泥对大气水体造成污染，我国石化行业大力发展导致含油污泥危害日益严重，采用某些处理技术对原油回收达到处理含油污泥的目的，原油回收利用为含油污泥无害化奠定基础[1]。目前中国部分技术处于中试阶段，含油污泥处理存在一些问题，单独使用一种技术不能达到排放标准，国内含油污泥处理研究向无害化方向发展，需要针对污泥种类建立针对性的处理技术。

1.1 含油污泥性质危害

含油污泥主要产生于石油相关产业中，含油污泥性质受到自身成分、药剂种类等因素的影响，不同井区来源的油泥组分差别较大[2]。含油污泥为多相体系，静置不产生分层，具有乳化液与胶体性质。含有恶臭有毒有害物质，及芳香烃、沥青质与生产中投加的高分子聚合物、杀菌剂等。含油污泥主要产生于石油开采等作业中，目前我国每年有近百万吨油泥产生。胜利油田每年产生10 万吨以上含油污泥。含油污泥具有稳定水合性，其中的水包括游离水、毛细水等类型，油分如乳化油等是油泥黏度大的主要原因[3]。含油污泥含有大量老化的原油沥青质，不经处理直接排放会对环境造成较大污染。含油污泥污染物困扰着石油石化行业，1998年中国《国家危废名录》列入含油污泥，含油污泥对油田生产发展带来多方面的危害。

1.2 含油污泥处理方法

19世纪国外开始针对含油污泥处理技术进行系列研究，20世纪80年代后石化行业迅速发展，一些先进的处理技术得到发展[4]。国内外成熟的处理方法有离心分离法等。国内工业化应用技术有固化焚烧法、超重力固液分离法等。各种处理技术存在局限性。因管理困难，运行成本过高等难以实现规律化应用。含油污泥处置中，采用提取原油回收法处理含油量较高油泥，油泥因含有大量助剂，增加了提取原油的难度。

国内处理含油污泥技术水平较低，1997年大庆油田建立我国首个含油污泥调质-机械分离处理站。目前我国各大油田未实现含油污泥无害化处理，大多采用直接掩埋法等。胜利油田产生的含油污泥普遍采用露天堆放方式。国外研究含油污泥处理技术较早，德国、法国石化企业多采用焚烧方式处理油泥[5]。减量化、资源化是含油污泥处理技术的主要方向。随着自然资源的逐渐减少，许多国家加大对固体废弃物的资源化利用。国外对含油污泥处理技术进入工厂应用阶段，Andritz公司开发的脱水处理设备在美、日等国家应用。含油污泥处理工艺根据处理方法分为理化处理技术、生物降解技术等。

1.3 化学清洗工艺

热化学清洗工艺是美国环保局采用的处理含油污泥的方法，在搅拌器中加入热水对含油污泥加热恒温搅拌，静置沉淀使污泥分离，在处理含油量较高的泥沙中应用较多，可以对原油进行有效回收利用，在环境经济效益方面具有显著效果。热化学清洗工艺向油泥中加入化学药剂，将原油从泥沙表面洗涤剥离，经过破乳沉降等工艺将污泥分离，原油回收进储罐，经自然干化脱水后用于修路[6]。

随着环保要求日益严格，新型处理工艺研究非常迫切。表面活性剂洗涤是固体表面去除污垢过程，将分离污垢清洗冲走。分散系是含有各种物质的复杂溶液，洗涤剂去除固体表面污垢，洗涤首步是浸润固体表面，洗涤液表面张力低，固体表面粘上污垢临界表面张力不低于30×10-3N/m。洗涤剂将液体油垢从固体表面取下，洗涤过程在介质中进行，溶解在介质的洗涤剂形成洗涤液，污垢被洗涤液挟持通过搅拌被分散在介质中。性能良好的洗涤剂可以使洗涤过程正向进行。

2 含油污泥化学清洗处理工艺实验

含油污泥非自然界固有存在，当前我国石化工业每年产生约3×106m³含油污泥，由于含油污泥严重危害人类健康，被纳入危废管理体系。目前处理方法有热解吸、生物处理等。化学清洗法特点是工艺简单，可回收大部分油品。现有研究侧重于分析单因素影响机制，本文研究通过单因素实验，确定药剂浓度取值范围，建立回归模型研究影响因素作用。实验结果对化学法处理含油污泥工业的应用具有重要参考意义。

2.1 实验材料方法

实验对象为采油厂落地油泥，含有8.9%的无机物，氢氧化钠购于化工厂。实验仪器包括台式高速离心机TG16-WS、天津市中环实验室电炉公司生产的电热恒温鼓风干燥箱DH-101、德国WTW公司生产的多参数水质分析仪MULT13420。按比例称取含油污泥与水，搅拌处理后静置4 min，选择NaOH为清洗剂，分离底泥进行离心机烘干。采用溶液萃取法测定底泥残油率。《油田含油污泥综合利用污染控制标准》规定分离后含水率为50%，油泥清洗处理后底泥中含水率可忽略。取烘干后污泥放入烧杯，残油率计算公式为：

式中：ξ为残油率(%)；mo为烧被质量(g)；m1为烘干后底泥质量(g)；m2为萃取后烧杯和样品质量(g)。

2.2 实验结果分析

研究选择化学清洗含油污泥中清洗温度、固液比为影响参数实验，清洗温度可影响油泥中油的黏度。温度较低时含油污泥黏度较大，只能分离含油污泥表面油泥；温度升高时原油黏度降低，油水密度差增大，油水界面清晰易于分离。温度过高不利于油泥分离，清洗温度高系统能耗大。随着NaOH浓度增加至0.75 g/L，油泥底泥残油率降低至4.06%；NaOH溶液通过吸附降解对含油污泥净化，浓度接近临界胶束浓度使混合物黏度增大，影响含油污泥分离效果。

表1 单因素实验方案

液固比是清洗液与含油污泥质量比，底泥残油率与清洗液量存在最佳液固比值，药剂与油泥颗粒不能充分接触，清洗中易形成水包油型乳状液。单因素实验未考虑因素间交互作用，研究以底泥残油率为响应因子对实验优化。选择软件Design-Expert8.0模拟分析模块二阶回归模型，X1X2为拮抗作用，X1X3为协同作用。模型F值为98.10，表明模型可信度加高。模型校正绝对系数R2Adj=0.984 2，实验决定系数R2=0.994 4，表明模型拟合度较好。

表2 实验设计因素与水平

图1 不同温度下清洗后底泥油率

清洗温度的交互项为显著影响因子，不同因素影响次序为药剂浓度大于液固比。利用软件得出模型三维响应曲面图如图2所示，液固比为10∶1。随着温度增加残油率先降后升，曲面呈现中间位置偏低形状。药剂浓度为0.75～0.94 g/L处理效果最佳。由于清洗温度适宜，含油污泥与药剂接触面积增加。提高系统加热温度可降低化学药剂表面张力，底泥残油率先减后增。药剂浓度为定值，底泥残油率变化差值小于3%，药剂浓度对残泥油滤影响较大。药剂浓度为0.75 g/L。随着液固比增加，曲面呈现中间位置偏低形状。底泥残油率无明显变化，底泥残油率先减后增。清洗温度为80 ℃，药剂浓度增加，曲面右下角偏低。底泥残油率无明显变化，通过二阶回归模型得出最优条件，药剂浓度为0.84 g/L，清洗温度选取78.5 ℃。为减少实验偶然误差，底泥残油率为4.05%，实验结果在预测值附近浮动，表明模型对分析化学法清洗油泥工艺具有可靠性。

图2 不同温度与药剂浓度对底泥残油率影响响应曲面图

3 结语

含油污泥伴随石油开采等过程出现，直接排放会影响人类健康。国内含油污泥70%来自大庆与胜利油田。随着石油资源开采日益匮乏，如何合理利用含油污泥成为研究热点。通过适当的工艺技术可将油泥进行无害化处理。某些发达国家对含油污泥处理研究较早，拥有运用成熟的技术。近年来国内研发出调质-机械分离法等处理技术，仅可对部分含油污泥进行无害化处理。热清洗技术是国内研究的重点，具有低能耗等优点。本文研究介绍含油污泥的性质危害，总结含油污泥现有处理方法，开展含油污泥化学清洗处理实验，得出含油污泥实验数据对工业运用具有借鉴作用。