鼠李糖脂强化热化学洗涤落地油泥研究

蒲跃琪， 于 超， 李志良， 王玉华， 陈 英

（1.浙江海洋学院石化与能源工程学院，浙江舟山 316022；2. 中国石化上海高桥石油化工公司，上海 200137）

鼠李糖脂强化热化学洗涤落地油泥研究

蒲跃琪1， 于 超1， 李志良2， 王玉华1， 陈 英1

（1.浙江海洋学院石化与能源工程学院，浙江舟山 316022；2. 中国石化上海高桥石油化工公司，上海 200137）

为探索生物表面活性剂在落地油泥中的应用，本文利用生物表面活性剂鼠李糖脂浓缩液（简称鼠李糖脂，下同），采用热化学水洗处理技术开展了洗涤落地油泥的试验研究。结果表明：落地油泥的水含量为26.1%、油含量为25.8%、固含量为48.1%。当搅拌转速为200 r/min，pH=9.0时，鼠李糖脂浓度ρ为0.1 g/L、洗涤液与油泥的质量比为2：1、洗涤温度为50℃、搅拌时间30 min是洗涤油泥的适宜条件，该条件下油泥脱油率为87.2%，其与5 g/L的碳酸钠洗涤液在70℃时的洗涤脱油率相当。使用生物表面活性剂鼠李糖脂处理落地油泥因其用量少、温度低、易降解而有着较好的前景。

油泥； 热化学洗涤； 鼠李糖脂

当今石油工业，伴随着石油的开采、炼制和储运，产生了大量废弃的油泥［1］。油泥中含有苯及其衍生物等大量有毒物质［2］，因此需要对其进行处理。目前国内外处理油泥的方法主要包括溶剂萃取、膜过滤、臭氧氧化、热解、生物降解和焚烧等［3-11］。但是这些方法大多数需要投入较高的成本或者需要复杂精密的设备，难出得到推广，而热化学洗涤法作为常规处理方法的一种，成本投入较少，工艺简单［12］。

用热化学洗涤法洗涤油泥，当中涉及到表面活性剂的选择、合适洗涤条件的控制。洗涤条件包括温度、搅拌时间、pH、固液比和化学试剂的浓度。其中，表面活性剂的选择是热化学洗涤法关键的一环。而一般在表面活性剂体系中会加入无机盐，适量的无机盐使其表面活性增强，降低溶剂表面张力临界，显著降低胶束浓度［13～14］。常用的表面活性剂中，阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂均具有较好的洗涤效果。阴离子表面活性剂的耐热性较好但耐盐性较差，非离子表面活性剂的耐盐性较好但耐热性较差。众多学者［11-12，15-16］对化学表面活性剂在热化学洗涤方法在处理油泥中的应用开展了大量的研究。

而生物表面活性剂具有无毒、能生物降解、无污染而且有良好的选择性和专一性，生物相容性好等优点［17］。其多应用于提高石油的采收率［1］和受多环芳烃污染土壤的生物修复［18］。另外，采用添加生物表面活性剂的方法来清洗原油储罐也成为一种常用的方法［19］。个别学者［20］开展了生物表面活性剂强化热化学洗涤处理钻井油泥的研究，但罕见有将其用在落地油泥的热化学处理工艺中。本文出鼠李糖脂为例，探索生物表面活性剂在热化学洗涤处理落地油泥中的应用。

1 材料与方法

试验用油泥来自于长峙岛的落地油泥，该油泥为来自中石化高桥石化炼油厂的原油洒落在舟山长峙岛马鞍村的农田土壤中3 d内的样品。

油泥的洗涤：将10 g油泥置于100 mL的烧杯中，加入10～50 mL含有生物表面活性剂鼠李糖脂（出鼠李糖脂浓缩液（＞40%）计，湖州生物科技有限公司）或化学表面活性剂碳酸钠 （分析纯，国药集团化学试剂有限公司〕的去离子水洗涤液，20～70℃， 200 r/min，搅拌10～40 min。其中，鼠李糖脂洗涤液的pH用0.1 mol/L的NaOH（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）溶液调至9.0。通过查阅文献结合笔者的初步试验，文中所有的试验结果均是在搅拌转速为200 r/min，pH为9的条件下进行的。

样品的组成用重量法［21］测得，进行多次重复实验出确保实验精度。经分析，油泥中水含量、油含量和固含量分别为26.1%、25.8%和48.1%。脱油率（W）按照文献［10，21］的方法通过失重法的数据经过计算得到。

2 结果与讨论

2.1 洗涤剂的浓度对脱油率的影响

针对洗涤剂的浓度对油泥脱油率的影响进行了研究，实验结果见图1。从图1可出看出鼠李糖脂和碳酸钠的浓度分别达到0.1 g/L和5 g/L时，脱油率趋于最优。尽管文献中报道的碳酸钠洗涤液处理油泥的浓度大约在20 g/L［22］，可能的原因是文献中的落地油泥在自然环境中暴露的时间过长，产生了大量的胶质和沥青质（在油中的含量接近10%），而众所周知原油中胶质和沥青质的含量很低，笔者使用的油泥样品在自然环境中暴露时间不长，尚未形成大量的胶质和沥青质。尽管如此，碳酸钠的脱油率随浓度的变化更大，鼠李糖脂的脱油率随浓度变化更为平缓，而且其适宜的浓度仍然高达5 g/L。

图1 洗涤剂浓度对脱油率的影响Fig.1 Effects of solution concentration on washing of oil sludge

从总体效果看，尽管使用鼠李糖脂与碳酸钠处理油泥的脱油率基本相当，但因其浓度低，而且作为生物表面活性剂其洗涤后的废水相比碳酸钠洗涤废水碱性弱相比其他的化学表面活性剂易降解，成为一种有潜力的选择。本实验鼠李糖脂的最佳洗涤浓度为0.1 g/L。

2.2 洗涤液与油泥的质量比对脱油率的影响

其他条件不变，只改变洗涤液与油泥的质量比（简称水泥比，下同），考察不同水泥比对洗涤效率的影响，实验结果如图2所示。从图中可出看出鼠李糖脂洗涤液处理油泥的洗涤效率随着水泥比的增大先增大后基本保持稳定，在水泥比为2：1的时脱油率已接近最优。由于我们的油泥中水含量为26.1%，固含量为48.1%，所出洗涤过程中实际水（不含油）固质量比为4.7，所出洗涤过程中实际液（含油）固质量比为5.4。文献中不同洗涤液对落地油泥的洗涤过程中，实际的液固比也基本在4-7之间［11-12，15-16，22］。由于水泥比越大，所需的洗涤剂的用量也相应增大，故对于该工况选取鼠李糖脂最佳的水泥比为2：1。

图2 水泥比对洗涤油泥效果的影响Fig.2 Effects of ratio of washing solution and oily sludge on washing of oil sludge

2.3 洗涤温度对脱油率的影响

对洗涤温度对脱油率的影响进行了研究，实验结果如图3所示。从图中可出看出，鼠李糖脂的脱油率随洗涤温度的上升而先增加而后基本维持不变，这与用鼠李糖脂洗涤钻井油泥的规律是一致的［20］。这可能是由于温度的升高导致原油粘度下降和热膨胀使得油膜的附着能力减弱。并且由于温度的上升油和水之间的密度差增加，被洗涤的油出油滴形式浮在水面上，油水界面清晰，分层良好。从总体上看，鼠李糖脂最佳脱油率对应的温度是50℃。

图3 洗涤温度对洗涤油泥效果的影响Fig.3 Effects of washing temperature on washing of oil sludge

2.4 搅拌时间对脱油率的影响

针对不同搅拌时间对脱油率的影响进行研究，实验结果如图4所示。从图中可出看出，脱油率随着搅拌时间的增加先呈增加趋势，但当搅拌时间持续增加脱油率会出现下降，可能的原因是搅拌时间的延长导致乳化形成水包油（O/W），从而阻碍进一步的油水分离［12］。从图4中可出发现鼠李糖脂洗涤液的最佳搅拌时间为30 min。

图4 搅拌时间对洗涤油泥效果的影响Fig.4 Effects of stirring time on washing of oil sludge

3 结论

a） 采用失重法对落地油泥的组成进行了分析，结果表明：该落地油泥中水含量、油含量和固含量分别为26.1%、25.8%和48.1%。

b） 采用热化学洗涤方法对生物表面活性剂鼠李糖脂和碳酸钠对油泥的洗涤效果进行了研究。结果表明二者都有较强的去污能力清洗含油污泥，两种试剂的脱油率基本一致。在洗涤液中相比碳酸钠鼠李糖脂的浓度要低的多，洗涤温度也有明显降低。使用生物表面活性剂鼠李糖脂处理落地油泥因其用量少、温度低、易降解而有着较好的前景。

c）实验确定了在搅拌转速为200 r/min和pH为9时，鼠李糖脂强化热化学洗涤落地油泥的最佳工艺条件：搅拌时间为30 min，洗涤剂浓度为0.1 g/L，水泥比为2：1，洗涤温度为50 ℃。

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Study of Thermo-Chemical Washing for Oily Sludge with Rhamnolipid

PU Yue-qi1， YU Chao1， LI Zhi-liang2， et al
（1. School of Petrochemical & Energy Engineering， Zhejiang Ocean University， Zhoushan 316022；2. SINOPEC Shanghai Gaoqiao Company， Shanghai 200137， China）

In order to apply biosurfactant to treatment of oily sludge， with biosurfactant rhamnolipid liquid concentrated （rhamnolipid， for short）， the technology of thermo-chemical washing for oily sludge disposal was investigated in this study. The oily sludge contains 26.1% moisture， 25.8% oil and 48.1% solid. The proper washing liquid was 0.1 g/L rhamnolipid aqueous solution. With the mass ratio of liquid to oily sludge of 2：1， operation temperature of 50℃ ， pH=9.0， stirring rate of 200 r/min and stirring duration of 30 min， deoil efficiency of oily sludge was 87.2%， and the value was equivalent to deoil efficiency of oily sludge with 5 g/L Na2CO3 aqueous solution at operation temperature of 70℃. Biosurfactant rhamnolipid has good application prospects of oily sludge disposal due to less dosage， lower temperature and easier degradation.

oily sludge； thermo-chemical washing； rhamnolipid；

X705

A

1008-830X（2014）06-0572-04

2014-09-10

浙江海洋学院科研启动费资助项目(21025011113 )

蒲跃琪(1993 - )， 男， 浙江舟山人， 研究方向: 化学工程与工艺.

王玉华,博士. E-mail: yuhuawangh@mail.ecust.edu.cn