车城油田剩余污泥资源化技术室内试验

2016-06-28郭栋卫青松窦勤光李秉军李明中国石油华北油田分公司第五采油厂

石油石化节能 2016年12期

郭栋卫青松窦勤光李秉军李明（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

车城油田剩余污泥资源化技术室内试验

郭栋卫青松窦勤光李秉军李明（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

以车城油田脱水后剩余污泥为研究对象，进行了含水率、含油率、灰分、热值、全硫量以及重金属含量等物化性质分析，开展了萃取法回收油品、与农用土壤混用种植草本植物、制作建筑用砖以及制作辅助燃料等试验，取得了良好的试验效果，为油田剩余污泥或含油污泥资源化利用提供了可靠借鉴，具有广阔的推广应用前景。

含油污泥；剩余污泥；资源化；减量

冀中南部车城油田属于低渗透油田，采出水处理采用活性污泥法的微生物处理+超滤膜过滤工艺（图1）。为保障回注水质达标、维持微生物的正常生长及预防膜通量下降，需定期排出微生物反应池内的剩余污泥[1]，每月约300 m3，剩余污泥经叠螺机减量化处理后运输至制定地点存放。由于含有烃类，已被列入《国家危险废物名录》中的含油废物类，存在安全及环保隐患[2]。为此，开展了剩余污泥资源化技术室内试验，为油田剩余污泥资源化利用提供借鉴[3]。

图1 车城油田剩余污泥减量化处理工艺流程

1 剩余污泥物化性质分析

1.1 含水率测定

采用质量法测定剩余污泥含水率，依据LY/T 1213—1999《森林土壤含水量的测定》方法，经测定剩余污泥含水率为80.75%。

1.2 含油率测定

以正己烷为萃取剂采用质量法对污泥含油率进行测定，经测定剩余污泥含油率为16.99%。

1.3 灰分分析

实验依据依据GB/T 7702.15—2008《煤质颗粒活性炭试方法灰分的测定》分析样品中的灰分含量。经测定剩余污泥的灰分含量为3.32%，处于较低灰分水平。

1.4 热值分析

依据GB/T 213—2008《煤的发热量测定方法》，采用氧弹法分析，将污泥在阴凉处通风干燥，然后碾碎，对粉末进行水分和热值检测；根据污泥的原含水率，计算湿污泥的热值。经测定，污泥的热值为6495 J/g。

1.5 全硫量和pH分析

考虑到相对含硫量较高、酸性或碱性的剩余污泥将在后续资源化利用中，可能对设备造成腐蚀，并容易产生硫的二次污染，开展了全硫量和pH分析。

依据GB/T 2286—2008《焦炭全硫含量的测定方法》，将试样和艾氏剂混合，在一定温度下灼烧，使其生成硫酸盐，然后用水浸取，将硫酸根离子转化为硫酸钡沉淀，再根据硫酸钡的质量计算试样中的全硫含量。经测定，剩余污泥全硫量为1.17%。参照煤中硫的分级方法，车城油田剩余污泥的含硫量处于低硫污泥水平。

依据LY/T 1239—1999《森林土壤pH值的测定》方法，剩余污泥pH值为8.96，呈现弱碱性。

1.6 含油污泥元素分析

剩余污泥分离出来的油品可以进行资源再利用，油品中的碳、氢、氮的含量对油品的加工过程产生巨大的影响；为此，对剩余污泥元素进行分析（表1）。

表1 含油污泥元素分析

1.7 重金属含量测定

因剩余污泥中含有一定量具有生物危害性的重金属元素，经测定才能进一步考虑是否可作为农肥或其他资源再次利用，实验采用原子吸收光谱法测定重金属Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量。

具体步骤如下：首先秤取一定质量的污泥，按照1∶1的体积比加入HNO3进行消解，冷却后定容待测。同时使用Hg、As、Pb、Cd、Cr的标准储备液绘制标准曲线，制定各元素测定的回归方程和检出限（表2），各重金属元素含量如表3所示。

表2 各元素的回归方程、相关系数及检出限

表3 各金属元素的含量

根据中华人民共和国《农用污泥中污染物控制标准》，Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量控制标准分别不高于5、75、300、5、600 mg/kg。结果表明，处理后的含油污泥中的重金属含量符合农用污泥回用标准。

2 剩余污泥资源化技术室内试验

2.1 萃取法回收剩余污泥油品

萃取剂选用常用的120#溶剂油、200#溶剂油，将剩余污泥与萃取剂加入搅拌器中搅拌一定时间后静止分层，将上层萃取相和下层萃余相分离，下层萃余相放入烘箱中烘干，用质量法测出溶剂的萃取率；对上层萃取相进行蒸馏回收溶剂，具体试验流程如图2所示。按萃取剂与污泥比2∶1的比例萃取，室温下萃取3次，溶剂回收的蒸馏温度最高控制在200℃。实验结果见表4。结果表明，两种萃取剂均达到较高的除油率，但随着萃取剂放置时间增长，回收率降低明显；因此，及时通过蒸馏作用将萃取剂回收循环利用，可进一步降低回收费用。

图2 溶剂萃取法含油污泥处理过程

表4 萃取剂除油和回收率

2.2 与农用土壤混用

剩余污泥的重金属含量经检测符合中华人民共和国《农用污泥中污染物控制标准》，可对其进行土壤掺混使用性试验。首先将剩余污泥在自然条件下进行风干72 h，将其研磨成粉末状后，与普通农田土壤按1∶200、1∶150、1∶100的质量比例进行混合，并播种三种普遍用于土壤监测的草种（黑麦草、双穗、李氏禾），与原生土壤草本植物生长情况进行对比（图3），结果显示，双穗和李氏禾在四种土壤条件下，均能够正常生长，且双穗草在1∶200的条件下草株更密集，黑麦草则在1∶100和1∶150的土壤配比条件下，表现出较差得生长性，而在原生土壤和1∶200的条件下，则生长正常。因此，使用剩余污泥掺杂的土壤，可实现草本植物的正常生长，并在特定情况下，可发挥一定肥效，促进草本植物生长。

图3 掺杂土壤性草本生长试验（从左至右，依次为原生土壤、1∶100、1∶150、1∶200）

2.3 制作建筑用砖

油田污泥再利用的途径之一是通过添加固结材料、稳定性骨料，激发并利用油田污泥的潜在活性，使其成为具有硅酸盐凝胶性质的建筑材料，用于厂区场地的道路建设等用途。

本试验目的是考察剩余污泥经物化-机械分离处理后，利用其制作油田建筑用砖的可行性。建筑用砖基本配方如表5所示。

表5 建筑用砖基本配方

按照设计好的配方将基体的各种原料分别混合均匀，擦拭干净模具的表面，装入基本浆后，在振动台上振动至浆体密实，抹平基体表面，自然空气中3～28 d脱模，进行抗压强度测试。

按照JC/T 446—2000《混凝土路面砖》标准规定测定抗压强度，测试结果如表6所示。

表6 养护时间和固化剂用量对污泥砖强度的影响

根据JC/T 446—2000《混凝土路面砖》标准规定的抗压强度值是3 MPa，测试结果显示，剩余污泥与建筑固化剂按合适的配比制作路面砖，可达到指标要求的强度。

2.4 制作辅助燃料

试验以原煤为基础，加入剩余污泥制备混合燃料，研究剩余污泥用作辅助燃料的可行性，将剩余污泥以不同比例掺入工业用原煤中，分别测定热值指标（表7）。试验测试的剩余污泥与煤参混的比例自1∶1至5∶1的所有混煤，参混后测试都可点火，参混后的燃烧值与标准煤相比，燃烧值下降。针对试验的污泥与原煤，污泥与煤的参混比例确定在1∶3以上较适宜。混煤由于加入了含油的剩余污泥，在一定程度上利用了油泥的热值，又降低了混煤的经济成本，但燃烧排放气体仍需进一步监测和处理后方可达标排放。