蔡 程

（克拉瑪依市生態(tài)環(huán)境局白堿灘區(qū)（克拉瑪依高新區(qū)）分局環(huán)境科研監(jiān)測站，新疆 克拉瑪依 834009）

含油污泥產(chǎn)生于原油開采環(huán)節(jié)，可細(xì)分為落地油泥、煉化廢油泥以及清罐油泥等，具有熱波特性，含油率為20%～50%，含水率為40%～80%，其中含有多種污染物。油田開采、井下作業(yè)、管道泄漏等事故均會(huì)產(chǎn)生大量油泥，因此其綜合處理技術(shù)要求較高。

1 含油污泥處理工藝

1.1 溶劑萃取

溶劑萃取涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，可以與活性水洗相結(jié)合。

1.1.1 溶劑萃取工藝

（1）粗分環(huán)節(jié)。將收集的含油污泥統(tǒng)一置于化油池內(nèi)，通過蒸汽升溫將其加熱至40～60 ℃，在此過程中適時(shí)加入少量水；待到達(dá)預(yù)設(shè)溫度后，可見化油池內(nèi)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，提取上層油水混合物與中層細(xì)泥，然后泵送至萃取罐；將池底大顆粒污泥、固體懸浮物與泥水靜置、晾干后，生成固體粉末[1]。

（2）萃取環(huán)節(jié)。取有機(jī)溶劑進(jìn)行粗分池內(nèi)細(xì)泥的萃取，在此過程中，上層油液將溶于有機(jī)溶劑，有機(jī)質(zhì)、水及細(xì)泥其他成分將在罐底沉積；取含油的溶劑泵送至蒸發(fā)罐，依據(jù)油液與溶劑沸點(diǎn)差異進(jìn)行有機(jī)溶劑的蒸發(fā)與回收；將余下沸點(diǎn)較高的油液及少量有機(jī)質(zhì)成分回收，留待后續(xù)作為燃料油使用。

（3）脫水處理。將萃取罐內(nèi)剩余有機(jī)質(zhì)、細(xì)泥及水泵送至調(diào)節(jié)池內(nèi)，注入適量鹽酸中和至溶液呈弱酸性，用于有機(jī)質(zhì)改性；隨后加入適量氫氧化鈉溶液中和剩余泥漿，泵送至離心機(jī)入口處，向其中添加濃度1‰的絮凝劑，經(jīng)離心處理后將水、泥漿與有機(jī)質(zhì)分別從不同出口排出，實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)物的直接利用。

1.1.2 活性水洗-溶劑萃取

（1）活性水洗。取適量罐底污泥，利用80 ℃熱水洗滌30 min 后，將含油污泥與表面活性劑以1 ∶8比例混合置于燒瓶內(nèi)，以300 r/min 速率攪拌30 min后靜置；待觀察到燒杯內(nèi)分層后，刮去上層浮油，送入離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心處理，將分離出的底部沉渣送入烘箱內(nèi)以110 ℃高溫烘干處理，再置于干燥器內(nèi)在恒溫條件下稱重并記為m1；將干燥后的固體沉渣置于坩堝內(nèi)，再送入馬弗爐中焙燒，待冷卻后稱量剩余殘?jiān)|(zhì)量，記為m2，結(jié)合干燥后質(zhì)量，計(jì)算出殘油率約為6%[2]。在此過程中，選取殘油率作為核心指標(biāo)，判斷該指標(biāo)與表面活性劑質(zhì)量濃度、除油效果的關(guān)系，并將含油污泥高溫焙燒（600 ℃）后剩余泥渣中不溶物及無機(jī)鹽的含量設(shè)為φ，取值為8%。殘油率（P）的計(jì)算公式為

以硅酸鈉為最佳表面活性劑，伴隨硅酸鈉質(zhì)量濃度的增加，除油效果呈現(xiàn)出顯著提升趨勢(shì)，但質(zhì)量濃度超過5 g/L 后，增速開始減緩，由此確認(rèn)以質(zhì)量濃度為5 g/L 的硅酸鈉表面活性劑為最佳工藝配方。

（2）溶劑萃取?；钚运春蟮暮臀勰鄽堄吐嗜云?，為實(shí)現(xiàn)污泥的達(dá)標(biāo)排放，仍需要引入溶劑萃取法形成組合工藝方案。采用甲基環(huán)己烷-ZO 復(fù)合劑作為溶劑，將含油污泥殘?jiān)c溶劑以1 ∶4 的比例混合，利用蒸汽加熱至40 ℃，萃取40 min 后，以300 r/min 轉(zhuǎn)速進(jìn)行均勻攪拌，測得泥渣殘油率降至小于1%，實(shí)現(xiàn)除油目標(biāo)。

1.2 熱處理技術(shù)

熱處理技術(shù)有兩種，一是干化+焚燒，二是熱解法。

1.2.1 干化+焚燒

干化技術(shù)主要借助溫度500 ℃以上的蒸汽進(jìn)行含油污泥加熱，將脫水后的固體污泥送入干化室，將其表面殘留水分迅速蒸發(fā)，同時(shí)加快固體污泥中液體的滲出及蒸發(fā)，有效降低活性污泥的含水率，但干化處理后的活性污泥含油率仍較高，有害成分未得到凈化處理，因此通常將該技術(shù)應(yīng)用于焚燒前的預(yù)處理環(huán)節(jié)，并在末端加裝尾氣處理裝置[3]。將干化后的污泥送入焚燒爐內(nèi)，在高溫環(huán)境下焚燒處理，將焚燒過程中釋放的大量熱能進(jìn)行回收，復(fù)用于污泥干化環(huán)節(jié)，防范烴類物質(zhì)揮發(fā)后形成空氣污染物。焚燒后，污泥礦化為灰渣，可使油泥的含油量至少減少95%，但灰渣殘留大量重金屬，因此將其統(tǒng)一收集進(jìn)行無害化處理。

1.2.2 熱解法

熱解法主要借助全封閉式循環(huán)裝置進(jìn)行熱處理，將含油污泥在高溫、厭氧環(huán)境下進(jìn)行蒸餾、熱分解，使其中的有機(jī)物分解為固、液、氣三態(tài)，其中固態(tài)焦類物質(zhì)成分為炭渣和無機(jī)礦物，液態(tài)油由大分子烴類、水兩種成分組成，氣體含有烴類、氫氣、一氧化碳及二氧化碳等成分，可分別回收利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)含油污泥的減量化、無害化處理[4]。但該工藝在應(yīng)用過程中將消耗一定量的燃料，還需要加裝尾氣處理裝置，將增加工藝成本，因此要結(jié)合實(shí)際處理需求進(jìn)行工藝選擇。

2 含油污泥調(diào)剖工藝及資源化利用

2.1 含油污泥凍膠制備

取某油田含油污泥進(jìn)行工藝試驗(yàn)，預(yù)先對(duì)含油污泥進(jìn)行成分分析，測得固含量為65%，原油含量為7%，含水量為28%。該污泥原油含量達(dá)7%，不符合殘油率小于1%的指標(biāo)要求，將削弱含油污泥的沉降固化及耐沖刷效果，因此擬引入調(diào)剖工藝進(jìn)行含油污泥的資源化處理。

2.1.1 交聯(lián)劑用量

基于聚合物交聯(lián)原理進(jìn)行含油污泥的調(diào)剖處理，將其與聚丙烯酰胺混合，分別添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的苯酚類、醛類交聯(lián)劑，制成酚醛凝膠體系，再將凍膠送入烘箱內(nèi)，以55 ℃溫度恒溫處理，觀察添加不同比例交聯(lián)劑后含油污泥凍膠體系強(qiáng)度產(chǎn)生的變化[5]。伴隨苯酚類交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，凝膠體系的強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，且成膠耗時(shí)縮短；而醛類交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加后，凝膠體系的強(qiáng)度同樣增大，但成膠時(shí)長無明顯變化。整合工藝試驗(yàn)結(jié)果，確認(rèn)交聯(lián)劑最佳用量為0.03%苯酚類+0.03%醛類，可在15～17 h 內(nèi)成膠，且含油污泥凍膠的表觀黏度達(dá)到22 000 mPa·s 左右。

2.1.2 污泥含量控制

將含油污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在10%～60%，重復(fù)上述聚合物交聯(lián)法工藝流程完成酚醛凝膠體系的制備，對(duì)凍膠性能進(jìn)行測試，確認(rèn)最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。測試結(jié)果如表1所示。

表1 含油污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)與凝膠體系性能指標(biāo)的關(guān)系

2.1.3 稠化劑用量

結(jié)合上述工藝試驗(yàn)確認(rèn)的交聯(lián)劑、含油污泥最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將聚丙烯酰胺用量控制在0.15%～0.30%，將制成的調(diào)堵劑送入烘箱內(nèi)，以55 ℃溫度條件恒溫烘干，觀察添加不同比例稠化劑后凝膠體系的成膠時(shí)間、表觀黏度的變化。伴隨聚丙烯酰胺用量的持續(xù)增加，成膠時(shí)長明顯縮短，表觀黏度在持續(xù)增大后趨于平緩，其中在聚丙烯酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，可在8 h 內(nèi)快速成膠，且表觀黏度達(dá)到最大值40 000 mPa·s。

2.2 含油污泥凍膠性能評(píng)價(jià)

基于上述工藝試驗(yàn)，確認(rèn)調(diào)堵劑最佳工藝配方為：40%活性污泥+0.3%聚丙烯酰胺+0.03%苯酚類交聯(lián)劑+0.03%醛類交聯(lián)劑。依據(jù)上述配比制成含油污泥凍膠，并分析凍膠強(qiáng)度的影響因素。

2.2.1 耐熱性能

將含油污泥凍膠進(jìn)行加熱處理，由40 ℃加熱至90 ℃，觀察成膠時(shí)間、表觀黏度的變化。伴隨溫度逐步升高，凍膠的成膠時(shí)間大幅縮短，表觀黏度先增大后減小，溫度升高至55 ℃以后，凍膠的表觀黏度開始下降，但在終溫狀態(tài)下其表觀黏度仍保持在23 500 mPa·s 以上。結(jié)合油田實(shí)際開采環(huán)節(jié)的平均地層溫度，可判斷該凍膠體系具備良好的耐熱性能。

2.2.2 封堵性能

為判斷含油污泥凍膠的封堵性能，采用物模試驗(yàn)對(duì)滲透率在0.685～2.541 μm2的巖芯進(jìn)行單管封堵性能評(píng)價(jià)。測試結(jié)果如表2所示。注入量為0.25 PV 時(shí)，巖芯封堵率平均超過87%，且突破壓力最小值為6.8 MPa，說明該凍膠體系具有理想的封堵效果。

表2 封堵性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 調(diào)堵劑配方工藝體系應(yīng)用

在調(diào)剖工藝方案設(shè)計(jì)上，在油田采集含油污泥樣本后，先借助甩干機(jī)進(jìn)行脫水處理，隨后送入離心機(jī)進(jìn)行固液分離，取固態(tài)顆粒物外運(yùn)進(jìn)行深度處理，剩余油水混合物、有機(jī)質(zhì)及泥漿等成分統(tǒng)一運(yùn)送至調(diào)剖井場進(jìn)行后處理。在調(diào)剖環(huán)節(jié)，先取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的含油污泥，加入由0.3%聚丙烯酰胺、0.03%苯酚類交聯(lián)劑、0.03%醛類交聯(lián)劑組成的調(diào)堵劑，送入20 m3攪拌罐進(jìn)行均勻攪拌，再借助提升機(jī)送至10 m3攪拌罐內(nèi)繼續(xù)攪拌，接下來經(jīng)污泥泵泵送至砂箱內(nèi)，最終將制成的含油污泥凍膠運(yùn)送至目標(biāo)油層。

3 結(jié)論

當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境部門高度重視油田含油污泥處理，有必要基于減量化、無害化和資源化理念，研究含油污泥的回收處理及再利用，其技術(shù)應(yīng)用前景良好。但是，含油污泥類型、成分的差異決定其理化性質(zhì)的多變性，未來需要在處理環(huán)節(jié)做好活性污泥成分、變化規(guī)律的具體分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)及環(huán)保要求進(jìn)行資源化利用方案的編制，提升活性污泥處理效益。