氯化铝调理含油污泥脱水实验研究

王天然，田 静，林子增

(南京林业大学 土木工程学院，江苏 南京 210037)

在原油开采、运输、储存和炼制过程会产生大量含油污泥，我国年产含油污泥已达500多万吨[1]。含油污泥主要由乳化油、水、固体悬浮物组成，各组分含量分别约占总质量30%～50%、30%～50%、10%～20%[2]。含油污泥中含有大量苯系物、酚类、芘、蒽和重金属等有毒有害物质，许多国家已将其列入危险废物，如果处理处置不当，会对环境和人类健康造成重大负面影响[3]，含油污泥有效处理处置已成为一个亟待解决的科学和技术问题[4]。

含油污泥含水率非常高，污泥体积非常大，对污泥的后续处理造成困难，故需要对污泥进行脱水减容处理。而污泥中油-水-泥三相乳化复杂，结合紧密，从而使含油污泥形成一种稳定的复杂混合物，使得污泥的浓缩和脱水都比较困难，需要对含油污泥进行污泥调理以提高其脱水性能，从而经济地进行后续处理而有计划地改善污泥性质。

含油污泥调理方法有洗涤、加药、热处理及冷冻熔融法[5]。本次试验以南京市扬子石化的含油污泥进行加药法的相关研究，考察所投加的投药量，助凝剂PAM投加量，和反应温度对含油污泥脱水率的影响，分析了加药法的污泥调质调理效果。

1 实验部分

1.1 主要试剂和器材

实验污泥：取自南京市扬子石化厂，黑色，呈现粘稠状，如图1。

主要试剂如三氯化铝(AlCl3·6H3O)为分析纯。200 mg/L三氯化铝溶液，10%PAM溶液制备备用。

实验仪器：ZR4-6型混凝试验搅拌机，深圳中润水工业技术发展有限公司；L550低速离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；PH400型pH计，安莱立思仪器科技(上海)有限公司。

图1 含油污泥外观

1.2 试验方法

首先，取定量搅拌均匀的油泥置于离心管中，控制转速和时间获取最佳离心条件。其次，控制AlCl3的投加量，按照预定搅拌程序搅拌后离心，明确三氯化铝的最优投加量。在此基础上，考察pH值、PAM、温度等因素对油泥脱水性能的影响，确定三氯化铝最佳脱水实验条件。

η:含油污泥脱水率，%

m0:离心管质量，g

m1:离心管和含油污泥总质量，g

m2:去掉上清液后的含油污泥和离心管总质量，g。

2 结果与讨论

2.1 最佳离心条件确定实验

分别以1000、2000、3000、4000、5000 r/min的转速条件对原始含油污泥进行离心脱水，得出脱水率变化曲线见图2，结合经济效率因素考虑，得出最佳离心转速2000 r/min，之后转速提高脱水效率提高不在明显，且增加了能耗。在该转速下控制离心时间为1、3、5、7、9min，对含油污泥进行离心，得出脱水率变化曲线如图3所示。由此得出该实验研究的离心时间为5min。

图2 转速对脱水率的影响

图3 离心时间对脱水率的影响

由图2和3可得，最佳离心条件为2000 r/min，5min。

2.2 混凝剂AlCl3投加量对脱水效果的影响

图4 AlCl3投加量对脱水效果的影响

根据上述试验方法，对不同AlCl3浓度情况下的脱水率进行比较，大致确定AlCl3的优化投加量，数据结果见图4。

由图4可知，随着AlCl3投加量的上升，含油污泥的脱水率先上升后略有下降。AlCl3的投加量在5 g/L和10 g/L时泥水分离率不太理想，脱水效率在40%左右，形成絮体较为松散，离心管存在粘壁现象；投加量在15 g/L和20 g/L时泥水分离状况较好，形成絮体大且紧实，脱水效率可以提高到45%；投加量在25 g/L时，泥水分离情况较20 g/L时略显逊色，脱水效率降低，因此得到最佳投药量为20 g/L。

加入AlCl3过少时，电性中和少，吸附架桥作用较弱，絮凝效果差，泥水分离效果不佳，脱水率较低；当加入混凝剂过量时，会产生“胶体保护”作用，使脱稳胶粒电荷变性或使胶粒被包卷而重新稳定。因此，结合不同AlCl3投加量的试验现象及经济效益考虑，确定最佳投加量为20 g/L。

2.3 助凝剂PAM对AlCl3脱水性能的影响

在确定20 g/L的最佳混凝剂投加量的条件下，考察了PAM对脱水的助凝效果，曲线如图5。由实验结果得知，在投加2 mL 10%的PAM时，泥水分离效果最佳。助凝剂作为一种高分子物质，其吸附架桥作用使絮凝体结构发生改善，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实[3]。由试验可确定，2 mL10%的PAM是最佳助凝剂投加量。

图5 PAM投量对AlCl3脱水效果的影响

2.4 温度对药剂脱水性能的影响

图6 温度对AlCl3脱水效果的影响

当试验温度分别为10、20、30、40℃时，模拟四季不同的混凝环境温度。在投加20g/L的AlCl3时，按照本文试验方法，试验结果如图6所示。由此结果可知，温度变化对含油污泥的脱水效果有非常明显的影响，脱水率随着温度的升高逐渐增大。其原因主要在于AlCl3水解为吸热反应，温度较低时药剂水解困难；低温条件下颗粒的布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于絮凝沉降。因此，在AlCl3优化投加量下，在夏季处理含油污泥的效果最佳。

3 结论

(1)在2000 r/min，5min的离心条件下，含油污泥的离心脱水效率最高。

(2)在最佳离心条件下，当AlCl3投加量为20 g/L时，含油污泥的脱水率最高，可达45%，所得絮体粗大而密实，泥水分离现象明显。

(3)投加2 mL的10%PAM对含油污泥脱水具有较好的助凝效果。

(4)温度升高有利于AlCl3对含油污泥的脱水调质，在最佳离心条件及药剂最优投加量的情况下，夏季为污泥脱水处理效果最好的季节。

参考文献

[1]Huang Qunxing,Mao Feiyan,Han Xu,et al. Characterization of emulsified water in petroleum sludge[J]. Fuel,2014,118:214-219.

[2]Hu G,Li J,Zeng G.Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: A review[J]. Journal of Hazardous Materials,2013,261(13):470-490.

[3]Lin Z,Wang Z,Hu Y,et al.Mechanical properties of cement-solidified oily sludge[J].Environmental Engineering Science,2017,34(8): 607-615.

[4]魏 利,李春颖,唐述山.油田含油污泥生物―电化学耦合深度处理技术及其应用研究[M].北京:科学出版社,2016.

[5]匡少平,吴信荣.含油污泥的无害化处理与资源化利用[M].北京:化学工业出版社,2009.