罐底油泥脱水及干化方法研究

2011-01-13杜国勇

石油炼制与化工 2011年9期

黄田，杜国勇

（西南石油大学化学化工学院，成都610500）

1 前言

含油污泥是石油开采过程中产生的废弃物。它是一种由原油、泥砂、水及少量化学药剂和部分工业杂质形成的多相混合物，呈黏稠膏状或较黏流体，性质稳定，油、泥砂、水等组分难于分离［1］。含油污泥常伴有恶臭气体产生，含有重金属、盐类以及苯系物等有害物质，如果不及时处理，对环境有污染隐患。

目前，国内外含油污泥的处理方法一般有焚烧法、热解析法、生物处理法、热化学洗涤法、溶剂萃取法、固化处理法等［2－4］。其中许多方法存在成本高、回收率较低等问题，实际应用效果不大。如热解和溶剂萃取技术虽然回收率较高，但工艺较复杂，技术不成熟，设备投资费用高，并且萃取剂多为有毒有机溶剂，环境危害大。同时，由于油泥中常含有大量助剂，使得原油提取难度加大，回收的原油也不宜炼制［5］。热化学洗涤法［6］污泥产量大，回收率较低。固化处理法［7－8］是应用较为普遍的技术，但存在如下缺点：①固化剂加量大，往往还需要添加多种促凝剂，药剂成本高；②固化时间长，一般要15～30天才能使固化体达到一定的抗压强度；③存在环境污染风险。固化只是把含油污泥的污染物暂时固结在固化体内，并没有从根本上将污染物去除。从短期来看，污染物被封闭起来，减少了向外界的扩散，减轻了对环境的影响；但是，从长期来看，泥浆中的污染物可能会与固化剂发生反应。同时，固化剂的稳定性也有时效性。固化体长期暴露于自然界中，经一系列的物理、化学、生物等作用，固化剂有可能失效，导致污染物逸出。生物处理法周期长［9－10］，占地面积大，易受气候影响限制，对高含油污泥和含有生物毒性成分的污泥不适用。

本课题以某油田污水处理厂沉降罐底油泥为研究对象，针对其自身特点，提出先脱水再干化的技术路线，通过实验考察脱水剂种类、脱水剂加量、阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）加量及干化剂加量对处理效果的影响。

2 实验

2.1 材料和仪器

材料：CPAM（相对分子质量1.0×107，工业级，成都科龙化工试剂厂生产，使用时配制成0.5%水溶液，作絮凝剂用）；脱水剂A，B，C，D，E（均为分析纯，属于强电解质，成都科龙化工试剂厂生产）；氧化钙（分析纯，成都科龙化工试剂厂生产）；煤粉（市售蜂窝煤粉碎后过20目筛）。

仪器：101－2型电热鼓风干燥箱、1mm×1mm金属滤网、NDJ－8SN数字黏度计、烧杯、量筒、电子天平、电热炉、玻璃棒、表面皿。

2.2 分析方法

2.2.1 含水率称取一定量的油泥w1，将其置于烘箱中，于40℃ 下烘干至恒重，称其质量，记为w2。含水率的计算公式为：

2.2.2 含油量和固含量将烘干后的的油泥置于电热炉中，在800℃进行加热，待充分燃烧（残渣呈灰白色）后，准确计量灰分的质量，记为w3。含油量和固含量计算公式为：

2.2.3 pH值用广泛试纸测定溶液的PH值。

2.2.4 黏度用NDJ－8SN数字黏度计测定黏度。

2.3 实验样品

实验用油泥为某油田污水处理厂沉降罐罐底油泥，泥样呈黑色，并伴有恶臭气味，体系稳定。取样前将油泥充分摇匀，以使其具有代表性。油泥的组成及性质见表1。从表1可以看出：油泥的含水率和含油量均较高，有利用价值；油泥的黏度较小，流动性好；固含量较低，接近于水，难以与水分离。

表1 油泥组成及性质

2.4 实验过程及方法

实验过程包括脱水和干化两个阶段。

（1）脱水过程：主要进行脱水剂（A，B，C，D，E）的筛选、确定脱水剂和CPAM的适宜加量。

实验步骤：①将原生油泥充分摇匀，取50g；②加入脱水剂（具体加量由实验确定），以100r/min快速搅拌5min；③加入一定量（具体加量由实验确定）的CPAM溶液，以100r/min速率快速搅拌2min，再加入一定量的CPAM溶液，以30r/min速率慢速搅拌1min；④在常压和环境温度下，固液两相于金属滤网（1mm×1mm）上进行自然分离，直到无水滤出为止。絮凝效果的好坏以絮体大小、脱出水量和脱水油泥含水率为依据。

实验过程中为了使CPAM与油泥充分混合，又不会由于快速搅拌将已形成的絮凝体打碎，在加入脱水剂并快速搅拌后，先加入一定量的CPAM溶液快速搅拌，使CPAM与油泥混合均匀，再加入一定量的CPAM溶液慢速搅拌，为形成较大絮凝体创造条件。

（2）干化过程：主要进行干化剂的筛选、确定脱水油泥与干化剂的混合比例以及晾晒时间，并进行燃烧实验。

实验步骤：将脱水油泥按不同比例与干化剂混合，搅拌均匀后，于自然光下晾晒，并考察晾晒时间与泥饼干化程度的关系。待干化呈颗粒状后，于电热炉中灼烧。

需要注意的是，油泥脱水后，滤液不能直接排放，需进一步处理。由于油泥中的可燃物质主要为石油类，可能会存在二次污染问题，可通过增加相应的除尘和烟气处理单元来控制。

3 结果与讨论

3.1 脱水剂的筛选

依次选用A，B，C，D，E 5种脱水剂，分别考察其脱水效果。脱水剂加量为油泥质量的2%，CPAM的加入量为：快速搅拌前加入10mg（200 mg/L，相对于油泥量），慢速搅拌前加入20mg（400mg/L，相对于油泥量）。实验结果见表2。

表2 不同脱水剂脱水效果

从表2可以看出，向油泥中加入脱水剂A和脱水剂B后，都有很好的分离效果，脱出水清澈；加入脱水剂C，泥水分离困难，分离水中含有很多细小颗粒，浑浊；加入脱水剂D，油泥基本上没有变化，无法脱水；加入脱水剂E，油泥体积迅速膨胀，无法脱水。因此，脱水剂初步选择A和B。

3.2 脱水剂的不同加量对脱水效果的影响

分别按1%，2%，3%，4%，6%，8%（相对于油泥质量）的不同比例加入脱水剂A，考察脱水剂A的加入量对脱水效果的影响。CPAM的加入量为：快速搅拌前加入10mg，慢速搅拌前加入20mg。重复以上步骤考察脱水剂B加入量的影响，实验结果见表3。

表3 脱水剂不同加量对脱水效果的影响

从表3可以看出，随着脱水剂A的增加，脱出水量不断增多，泥饼含水率也逐渐降低。脱水剂A加量（w）为2%时，泥饼含水率达到64.4%，降幅较大。当加量（w）大于2%时，泥饼含水率下降趋于平缓，继续增加脱水剂A对降低脱水油泥含水率没有明显效果。因此，脱水剂A的加量（w）以2%为宜。同理分析，脱水剂B的加量（w）以4%为宜。

从实验现象上看，在原生油泥中加入脱水剂A或脱水剂B，不同加入量下均能形成较大、密实度高的絮凝体，沉淀性能好，固液两相分离明显。因此，脱水剂A和脱水剂B均有很好的脱水效果。从经济上考虑，由于脱水剂A的市场价格较B低廉，并且脱水剂A的用量少。因此，综合考虑，以选用脱水剂A为宜。

3.3 快速搅拌过程CPAM加量的影响

采用脱水剂A，加量为油泥质量的2%，考察在快速搅拌时，CPAM加量分别为2.5，5，10，15，20mg时对脱水效果的影响。慢速搅拌时CPAM的加入量为20mg。实验结果见表4。

表4 快速搅拌过程CPAM加量对脱水效果的影响

从表4可以看出，快速搅拌过程中，CPAM加量对脱水油泥含水率的影响不大。从实验现象来看，加入CPAM 2.5mg和5.0mg时，含油污泥固液分离效果不是很好，絮体松散，分离水中含有很多细小颗粒；当CPAM加量达到10.0mg时，分离效果好，分离出来的水清澈，絮体大，密实度也高。因此，快速搅拌过程中，CPAM的加量以10.0mg（200mg/L）为宜。

3.4 慢速搅拌过程CPAM加量的影响

采用脱水剂A，加量为油泥质量的2%，考察在慢速搅拌时，CPAM加入量分别为10，15，20，25，30，40mg时，对脱水效果的影响。快速搅拌时CPAM的加入量为10mg。实验结果见表5。

表5 慢速搅拌过程CPAM加量对脱水效果的影响

从表5可以看出，总体上，CPAM的加量对脱水油泥含水率影响不大。随着CPAM的增加，脱出水量增加幅度不大。当CPAM加量大于25mg后，脱出水量开始减少，但减少幅度不大。这可能是因为加入的CPAM量过多，以至于将水包住，反而分离不出来。从实验现象来看，当CPAM加量为20mg时，分离效果好，絮体密实度高，脱出水清澈，基本上不含细小颗粒。因此，慢速搅拌过程中，CPAM的加量以20mg（400mg/L）为宜。

综上所述，含油污泥最佳脱水条件为：采用脱水剂A，加量为2%（w），快速搅拌前CPAM加量为200mg/L，慢速搅拌前CPAM加量为400mg/L。在此条件下对含油污泥进行处理，能形成较大的絮凝体，沉降性能好，固液两相明显分离。

4 脱水油泥干化实验

在最佳脱水实验条件下，对含油污泥进行脱水处理，然后对所得脱水油泥进行干化实验。实验中发现，将脱水油泥于自然光下放置1天后，其含水率进一步降低，但是，其黏度很大，易产生黏结现象，不易造粒和运输。因此，油泥脱水后不宜直接干化。本实验采用将脱水油泥与氧化钙或煤粉混合的方法，对脱水油泥进行干化、降黏处理。

4.1 脱水油泥加氧化钙混合干化

在脱水油泥中分别加入5%，10%，15%，20%（w）的氧化钙，然后，在自然光下晾晒，考察氧化钙不同加入量对干化效果的影响。实验结果表明：当氧化钙加量（w）为5%时，脱水油泥已变得较为干燥，质地较软而不易分散。此后，再增加氧化钙的量，脱水油泥进一步变干，但油泥仍不易分散，并且较软。因此，氧化钙加量（w）以5%为宜。表6为脱水油泥中加入5%（w）氧化钙混合后，考察不同晾晒时间的干化效果。混合有5%（w）的氧化钙的脱水油泥经晾晒3～4h后，可成颗粒状，不结块，不黏结。再于电热炉（800℃）上灼烧10～15min，明火引燃即可燃烧。

表6 加入氧化钙后不同晾晒时间的干化效果

4.2 脱水油泥加煤粉混合干化

按脱水油泥与煤粉质量比为3∶1，2∶1，1∶1，1∶1.5，1∶2分别加入煤粉，然后在自然光照射下晾晒，考察煤粉不同加量对干化效果的影响。实验结果表明：当脱水油泥与煤粉按质量比1∶1.5混合后，质地较软而较易分散。将其晾晒3～4h后，颗粒较硬，容易分散，不黏结，呈颗粒状。于电热炉（800℃）上灼烧10～15min，明火引燃即可燃烧。

从上述实验可以看到，脱水油泥与氧化钙或煤粉混合后，经简单晾晒，均能成颗粒状，造粒效果好，可以作为燃料利用，回收热值。为减少氧化钙所带来的成本问题，同时考虑到煤本身就是一种燃料，可提高污泥干化物的热值，干化剂选煤粉为宜。