陳世寧 陳典章 梅光軍 程 潛 嚴 崢 劉 彩

(1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院；2.污泥處理技術(shù)及裝備湖北省工程實驗室)

0 引 言

石油在開采、煉制、儲運以及廢水處理過程中會產(chǎn)生大量含油污泥(簡稱油泥)，其組分復(fù)雜，除含有石油外，還含有酚類、苯系物、蒽、芘、二噁英、多氯聯(lián)苯等有毒有害物質(zhì)，不僅占用土地資源，而且污染環(huán)境[1]，被列入《國家危險廢物目錄》(2016年)中的含油廢物類[1-2]。

目前國內(nèi)外油泥處理技術(shù)主要有填埋處理、生物處理[3]、固化處理、調(diào)剖處理、溶劑萃取法、化學熱洗法、熱解處理等。化學熱洗法[4-5]是在一定溫度條件下，利用具有破乳功能的化學清洗劑反復(fù)洗滌油泥使其破乳，再通過分離技術(shù)將油、水、泥三相分離。根據(jù)油泥的特殊性質(zhì)，本實驗選用化學熱洗+浮選分離技術(shù)處理油泥。

1 實 驗

1.1 樣 品

油泥樣品來自江漢油田潛江某采油廠，其含水量29.7%，含固量49.1%，含油量21.2%(其中膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，處理難度大)。樣品油泥經(jīng)600℃灼燒后利用X射線衍射儀對殘渣進行礦物組分分析，主要成分是石英、方解石、赤鐵礦和云母等。

1.2 儀器及試劑

主要儀器與試劑：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀、真空過濾機、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、變頻掛槽浮選機、索氏提取器、烷基糖苷(APG-0810)、聚乙二醇(PEG-4000)、四氯化碳、硅酸鈉。

1.3 操作流程

稱取20 g的油泥至250 mL燒杯中，按一定的固液比加入油泥清洗藥劑與油泥均勻混合，將燒杯放在恒溫磁力攪拌器中以設(shè)定溫度充分攪拌，靜置刮去上層浮油后將燒杯里的油泥置于掛槽浮選機200 mL浮選槽中，開啟浮選裝置，設(shè)置好浮選攪拌速度、充氣量，浮選一段時間后，回收上層浮油，槽底的泥水經(jīng)抽濾干燥后測定泥砂殘油量。

1.4 分析方法

含水率采用烘干法進行測定；參照CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》[6]中礦物油的測定，采用索氏提取器提取含油污泥中的油相，然后將剩余的殘渣烘干稱重，得到含固率，含油率由減量法得到。

實驗根據(jù)除油率的高低來判定含油污泥的處理效果，除油率D(%)的計算公式為：

(1)

式中：D為油泥的除油率，%；Y1為處理前的油泥含油量，g；Y2為處理之后的油泥含油量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗藥劑篩選

在藥劑篩選中，選擇一種環(huán)境友好型化學清洗劑應(yīng)用于含油污泥的處理具有重要意義[7-8]。烷基糖苷(APG-0810)的表面張力極低，去污能力強，且泡沫豐富細膩、配伍性好、對人體無傷害、生物降解徹底、環(huán)保無污染[9]；PEG-4000具有增溶效果[10]，且無毒、無刺激性、穩(wěn)定性高；硅酸鈉懸浮和分散污垢能力好，同時其水溶液呈堿性，可以和油泥中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，增強油、泥之間的分離效果[11]。

設(shè)定初始實驗條件為熱洗溫度70℃、熱洗時間20 min、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時間15 min。APG-0810、PEG-4000和Na2SiO3按照不同的藥劑組分含量配制成濃度為0.01 g/mL的油泥清洗劑投加，測定油泥的脫油效果，結(jié)果見表1。

表1 油泥復(fù)配清洗藥劑的除油效果

由表1可知，單一藥劑的清洗效果APG-0810

2.2 油泥清洗的工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 清洗劑濃度對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變清洗劑濃度，得到除油率隨清洗劑濃度的變化曲線，結(jié)果見圖1。

圖1 藥劑濃度對除油率的影響

由圖1可以看出，隨著清洗劑濃度的增加，油泥的除油率最初增加迅速，當藥劑濃度超過0.01 g/mL時，除油效率提升緩慢，考慮處理成本，實驗藥劑濃度選用0.01 g/mL。

2.2.2 熱洗溫度對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變熱洗溫度，得到除油率隨熱洗溫度的變化曲線，結(jié)果見圖2。

圖2 熱洗溫度對除油率的影響

由圖2可以看出，溫度為25～60℃時，除油率有大幅度的提高，當溫度達到70℃后，曲線逐漸趨于平緩，考慮到溫度越高能耗越大，實驗熱洗溫度選用70℃。

2.2.3 熱洗時間對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變熱洗時間，得到除油率隨熱洗時間的變化曲線，結(jié)果見圖3。

圖3 熱洗時間對除油率的影響

由圖3可以看出，隨著時間的增加，油泥的除油率也隨之提高，熱洗20 min后除油率基本趨于穩(wěn)定，所以實驗選取熱洗時間為20 min。

2.2.4 清洗液pH值對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變清洗液pH值，得到除油率隨清洗液pH值的變化曲線，結(jié)果見圖4。

圖4 清洗液pH值對除油率的影響

由圖4可以看出，在酸性條件下，油泥的除油效果不佳，當pH值>7時，除油率隨pH值的增大迅速上升，在pH值為9～11時達到很好的效果，但pH值過大會造成水的后處理過程復(fù)雜化。由于硅酸鈉溶于水后為溶液提供堿度，能夠使溶液pH值維持在9.5或者更高，所以實驗中不需要添加其他堿性物質(zhì)。

2.2.5 固液比對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變固液比，得到除油率隨固液比的變化曲線，結(jié)果見圖5。

圖5 固液比對除油率的影響

由圖5可以看出，固液比在1∶6之后的除油率基本不發(fā)生變化，為避免加入過多的清洗液，實驗選用固液比為1∶6較為合適。

2.2.6 浮選攪拌速度對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選攪拌速度，得到除油率隨浮選攪拌速度的變化曲線，結(jié)果見圖6。

圖6 浮選攪拌速度對除油率的影響

由圖6可以看出，浮選攪拌速度低于1 000 r/min時，除油率隨攪拌速度的增加而提高，當攪拌速度大于1 000 r/min時，除油率呈現(xiàn)下降趨勢，所以實驗浮選攪拌速度選用1 000 r/min。

2.2.7 浮選充氣量對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選充氣量，得到除油率隨浮選充氣量的變化曲線，結(jié)果見圖7。

圖7 充氣量對除油率的影響

由圖7可以看出，在低充氣量的條件下，油泥可以很好地分離，隨著充氣量的增大，浮油層變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致除油率降低，所以實驗選用較低充氣量0.2 L/min較為適宜。

2.2.8 浮選時間對油泥清洗效果的影響

按照設(shè)定的初始條件，改變浮選時間，得到除油率隨浮選時間的變化曲線，結(jié)果見圖8。

圖8 浮選時間對除油率的影響

由圖8可以看出，油泥除油率與浮選時間成正比關(guān)系，當浮選時間在15 min以后時，除油率提升緩慢，實驗浮選時間選用15 min為宜。

2.3 油泥復(fù)配清洗劑洗滌效果評價

在2.2節(jié)確定的最佳實驗條件下，考察了各種油泥清洗劑在不同的藥劑濃度下的除油率，得到除油率隨藥劑濃度的變化曲線，結(jié)果見圖9。

圖9 各種清洗藥劑濃度對除油率的影響

由圖9可以看出，復(fù)配清洗劑的除油效果明顯優(yōu)于常用傳統(tǒng)清洗劑，其中復(fù)配清洗劑>吐溫-80>十二烷基苯磺酸鈉>十二烷基硫酸鈉，各種油泥清洗劑除油效果與藥劑濃度成正比，藥劑濃度在0.008～0.01 g/mL時除油率趨于最大。

2.4 油泥清洗流程優(yōu)化

在其他清洗條件不變的情況下對一次清洗過后的泥砂再次清洗，清洗效果見表2。

表2 清洗次數(shù)對油泥的除油效果 %

由表2可以看出，適當增加清洗次數(shù)能很好地提高除油率，經(jīng)過三次清洗，油泥除油率達到93.4%，油泥殘油量降為1.74%，達到HJ 607—2011《廢礦物油回收利用污染控制技術(shù)規(guī)范》要求。

2.5 洗滌前后原油紅外表征

用四氯化碳萃取樣品，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器揮發(fā)溶劑得到原油，風干穩(wěn)定后進行紅外光譜測定。油泥清洗前后的原油紅外光譜見圖10。

A—清洗后原油；B—清洗前原油圖10 清洗前后原油的紅外光譜

由圖10可以看出，經(jīng)復(fù)配油泥清洗劑洗滌后，原油的主要紅外吸收峰位置沒有發(fā)生較大變化，判斷認為原油的主要成分沒有改變，處理后得到的原油具有較高的回收利用價值。

3 結(jié) 論

本文提供了一種環(huán)境友好型油泥化學清洗劑復(fù)配方案為APG-0810、PEG-4000、Na2SiO3之比為1∶3∶6(質(zhì)量比)；采用化學熱處理與浮選結(jié)合的方法處理油泥，在熱洗溫度70℃、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時間15 min的條件下，對含油污泥進行3次清洗，除油率達到93.4%，處理后的泥砂殘油含量降為1.74%，除油效果優(yōu)于常用傳統(tǒng)油泥清洗劑，回收得到的原油具有較高利用價值。