基于生物酶复配剂的含油污泥处理室内实验

魏彦林　杨志刚　吕　雷　南蓓蓓　王梓民

陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院

基于生物酶复配剂的含油污泥处理室内实验

魏彦林杨志刚吕雷南蓓蓓王梓民

陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院

针对延长油田含油污泥的特点，采用生物酶复配乳化剂对含油污泥中的原油进行回收处理，并研究了固水比、药剂用量、处理温度、搅拌时间和循环利用次数对含油污泥中原油回收率的影响，确定了最佳处理条件。当含油污泥固水比为1∶3、药剂用量为5 g/kg、处理温度为40℃和搅拌混合时间为20 min时，原油的回收率可达99%以上，且处理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于铺设油田井场和通井路，对油田含油污泥的资源化利用具有重要意义。

延长油田；复配剂；含油污泥；原油；回收率；实验

延长石油作为资源型企业，在中国石油工业的发展中发挥了巨大的作用，但随着油田开发规模的加大，环境污染问题越来越突出，每年产生的各类含油污泥达15×104t以上。自20世纪70年代初期，国内外大量的研究人员就开始进行含油污泥处理的研究工作，先后开发出了多种含油污泥处理方法及工艺，如焚烧法、溶剂萃取法、调质-机械分离法、热解法、生物处理法、固化法等［1-2］。由于原油开采方式、含油废水处理工艺等的不同，排出含油污泥物性各异，不同石化企业含油污泥的性质差别较大，目前还没有对各种含油污泥均能高效处理的方法。生物酶是一种以蛋白质为基质的非活性催化剂，它可以加快反应速率，降低污泥处理体系的反应温度，具有快速、高效、环保等优点。近年来，在石油开采领域如解堵驱油、压裂、完井、石油污水、含油污染物降解、油罐清洗中应用越来越广泛［3］。实验拟采用生物酶复配乳化剂处理延长油田含油污泥，并分别考察固水比、药剂用量、处理温度、搅拌时间和循环利用次数对含油污泥原油回收率的影响，以确定生物酶复配乳化剂处理含油污泥的最佳实验条件。

1　实验部分

1.1实验材料

主要试剂：生物酶复配乳化剂（生物酶1.0%+表面活性剂10%+适量溶剂复配），四氯化碳（分析纯），石油醚（分析纯）。

主要仪器：JLBG-129红外分光测油仪（吉林市吉光科技有限责任公司），HH-S8数显恒温水浴锅（常州普天仪器制造有限公司），JJ-1精密增力电动搅拌器（常州国华电器有限公司）。

1.2实验步骤

首先称取一定质量的含油污泥样品于400 mL的高脚烧杯中，按一定的固水比（干油泥样与水的质量比）加水稀释，搅拌均匀并调整pH值；然后在一定的温度条件下加入不同质量浓度的生物酶复配乳化剂，并以100 r/min的速度搅拌一定时间后置于恒温水浴锅中静置10 min；最后收集上层的浮油、中层的水溶液以及下层的泥砂，进行含油量的测试。

1.3分析方法

以含油率为主要分析评价指标，含油率参照国家环境保护标准《水质石油类和动植物油类的测定红外分光光度法（HJ 637—2012）》进行测定。

2　结果与讨论

2.1含油污泥成分分析

2.1.1含油污泥组成

含油污泥来源不同，其性质和成分差异较大，实验用含油污泥样品取自延长油田吴起某井场落地原油和下寺湾联合站油罐底泥，经检测重金属含量均低于农用污泥中污染物控制标准（GB 4284—1984），污泥主要污染物为原油，其油、水、泥组分含量如表1所示。

表1　含油污泥中油、水、泥各组分含量

2.1.2含油污泥中油品性质

按照国家标准《原油试验法（GB/T2538—1988）》、石油天然气行业标准《岩石可溶有机物和原油族组分柱层析分析方法（SY/T 5119—1995）》和《原油中蜡、胶质、沥青质含量测定法（SY/T7550—2000）》对油品性质进行分析，结果如表2所示。

表2 油品性质分析

由表2可以看出，从两种含油污泥中所分离出的原油性质与采出原油性质相似，油品性质没有明显变化，只是原油的重质成分略有增加，但不影响其正常利用。因此对于含油量高的含油污泥应进行资源化回收处理［4］。

2.2原油回收率的影响因素

2.2.1固水比对原油回收率的影响

将含油污泥分别按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶5和1∶6的固水比加水稀释，考察固水比对原油回收率的影响，结果如图1所示。

图1　固水比对含油污泥中原油回收率的影响

由图1可以看出，含油污泥中原油回收率随着水加量的增加而增大，这是因为向油泥中加水（稀释）后可以促进生物酶复配乳化剂的迅速溶解，使其分散均匀，全面发挥破乳作用，从而有利于油珠聚并，油、泥、水分离；但固水比超过1∶3后，过量的水会降低复配药剂浓度，从而影响其破乳效果，原油回收率开始有下降的趋势。综合考虑原油回收率和减轻后续污水处理场的压力，实验选取固水比为1∶3。

2.2.2药剂用量对原油回收率的影响

含油污泥按照1∶3的固水比加水稀释后，考察药剂用量对原油回收率的影响，结果如图2所示。

图2　药剂用量对含油污泥中原油回收率的影响

由图2可以看出，当体系不加药剂时，含油污泥中原油回收率只有50%～55%左右；随着药剂用量的增加，原油回收率逐渐升高，但当药剂用量大于5 g/kg后，原油回收率有所降低。这是因为生物酶复配乳化剂可吸附到油-水界面，以协同作用破坏原有的油-水界面保护层，此时油水界面张力随着药剂浓度的增加而迅速下降，从而使分散相相互靠近并聚结变大，最终实现油水分离；但当复配乳化剂浓度过高时，油-水界面的吸附趋于过饱和，药剂会在油-水相聚集成团形成胶束，反而使界面张力上升，脱水效果变差，原油回收率降低［5-6］。从图2可以看出药剂的最佳用量为5 g/kg。

2.2.3处理温度对原油回收率的影响

处理温度（25、40、50、60和75℃）对原油回收率的影响如图3所示。由图3可以看出，随着处理温度的升高，含油污泥中原油回收率迅速增加，但超过50℃后，原油回收率随温度变化趋于平缓且有下降趋势。这主要是因为温度升高，原油的黏度降低，流动性增大，油水密度差变大，脱出的油以小油珠形式不断上浮；同时，温度升高，润湿角变小，有利于原油从泥砂表面剥落。但温度过高（＞50℃）时，会破坏复配药剂体系中生物酶的空间结构，使活性降低；且在较高温度体系下能耗也较高，油泥中的低碳有机物易挥发，造成环境污染［7］。因此，从处理效果、环境和经济方面考虑，取40℃为最佳处理温度。

2.2.4搅拌时间对原油回收率的影响

搅拌时间（5、10、20、30和40 min）对原油回收率的影响如图4所示。由图4可以看出，搅拌时间越长，含油污泥的回收率越高。这是因为搅拌时间越长，油、水、泥砂与复配药剂接触越充分，破乳、润湿效果越好，泥砂中的原油就越容易洗脱出。在最佳处理条件下，当搅拌混合时间为20 min时，原油的回收率可以达到99%以上。

图3　处理温度对含油污泥中原油回收率的影响

图4　搅拌时间对含油污泥中原油回收率的影响

2.2.5药剂循环利用次数对原油回收率的影响

在固水比为1∶3、药剂用量为5 g/kg、处理温度为40℃和搅拌混合时间为20 min的条件下，复配药剂重复利用次数对原油回收率的影响如图5所示。由图5可知，生物酶复配乳化剂在重复利用3次后原油的回收率仍可达80%以上，这说明该药剂在处理含油污泥过程中消耗较少，重复利用率高，有利于节约污泥处理成本。

2.2.6含油污泥处理前后对比

参照国家环境保护标准，对最佳处理条件下的含油污泥进行检测。结果表明，两种含油污泥经处理后其石油烃含量由处理前的248.5 g/kg和587.3 g/ kg分别降低到12.5 g/kg和16.9 g/kg，可用于铺设油田井场和通井路。

图5　药剂循环利用次数对含油污泥中原油回收率的影响

从处理前后的含油污泥外观可以看出，处理前的含油污泥是一种较稳定的乳状液体系，外观呈深褐色至黑色，黏度大，含油量较高；而处理后的泥样，油泥质地从结块状态变得松散，颜色也由原来的黑褐色变为褐色，含油量明显降低，且减量化效果明显。

3　结论

采用生物酶复配乳化剂处理含油污泥效果明显，当固水比为1∶3、药剂用量为5 g/kg、处理温度为40℃和搅拌混合时间为20 min时，含油污泥的原油回收率可达99%以上，且处理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于铺设油田井场和通井路。该方法简单易行，不需要高端的设备和复杂的工艺，在相对较低的温度条件下即可达到较好的处理效果，对油田含油污泥的资源化利用具有重要意义。

［1］于海燕，闫光绪，郭绍辉.油田含油污泥处理技术［J］.化工进展，2007，26（7）：1 007-1 011.

［2］刘洋.含油污泥的处理方法［J］.油气田地面工程，2012，31（2）：73.

［3］刘徐慧，陈馥，马宁.生物酶在油气田生产中的应用［J］.精细石油化工进展，2007，8（12）：48-50.

［4］陈国福.萨北地区油井采出污泥利用技术研究［D］.大庆：大庆石油学院，2002：20.

［5］任卓琳，牟英华，崔付义.原油破乳剂机理与发展趋势［J］.油气田地面工程，2005，24（7）：16-17.

［6］Zheng C Z，Wang M M， Wang Y L，et al.Optimization of biosurfactant-mediated oil extraction from oil sludge［J］.Bioresource Technology，2012（110）：338-342.

［7］康万利，蔚新燕，张柏桐，等.吉林油田含油污泥的破乳—润湿处理［J］.油田化学，2010，27（4）：443-445.

（029）88899445、weiyl1016@163.com

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.006

基金论文：陕西省科技统筹创新工程计划项目“石油生产中含油污泥处理技术研究与示范”（2012KTZB03-02）。

魏彦林：博士，工程师，2012年毕业于陕西师范大学化学化工学院，主要从事油气田化学与环境保护方面研究工作。

2015-02-27