油田含油污泥处理工艺及资源化利用研究

廖守稷，唐善法

（长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100）

油田含油污泥处理工艺及资源化利用研究

廖守稷，唐善法

（长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100）

阐述含油污泥对环境产生的危害，分析目前油田含油污泥国内外处理现状，比较常见几种处理工艺的优缺点，综述了含油污泥资源化利用的各种方法，包括污泥调剖技术、固化技术、污泥的土地利用、污泥制备橡胶填料剂技术、污泥制备辅助新型燃料技术等。随着污泥处理技术的逐步深入和对经济、环保效益的提高，含油污泥的资源化利用已成为最具发展潜力的技术。

油田；污泥处理; 调剖技术；资源化利用；环境保护

含油污泥是指原油开采、原油管输、污水处理场的原油罐底泥、隔油池底泥、浮选池浮渣（俗称“三泥”），及海上油田开采外泄到地面等等过程中所产生的固体废弃物，属于国家危险废弃物。如果没有得到及时的处理或管理不当，则对土壤、空气、地下水等生态环境造成较为严重的石油污染，对油田居民的生活环境造成不同程度的影响[1-3]：

①污泥中原油较轻组如烷烃、烯烃、芳香烃挥发使空气质量总烃浓度升高，造成大气污染；

②河流、湖泊、海洋等受含油污泥污染使水质中COD、氯化物浓度、氮氨含量、石油类严重超标；

③堆积污泥中的原油使土壤有机物增加，土壤中C、N、P比例严重失调，造成植被破坏，草原退化，生态受损；

④污泥中的原油所含的某些烃类物和悬浮颗粒物质，易吸入肺部并黏于支气管壁和肺泡壁上，具有致癌、致畸作用，危害人体健康。石油开发企业应尽量减少、避免污染源物的产生，保护生态环境不仅是企业自身利益的需要，也是对社会和人类走可持续发展道路的需要。

1 国内外含油污泥的处理现状

1.1 国外含油污泥处理现状

从20世纪40年代，国外就针对含油污泥的减量化、资源化等研究提出多种处理技术，比如溶剂萃取法、热化学洗涤法、热解法等。

这些方法可以提取回收污泥中的原油，达到从源头减少污染[4]。加拿大MG工程公司研发出一项高新技术，配合自己专门的药剂，从含油污泥和稳定的油水乳状液中分离烃类，采用机械脱水工艺分离油、水、固体三项；荷兰吉福斯公司[5]主要是以离心分离技术为核心，使油、水、固化物三相分离后，对固化物进行微生物修复处理；德国 Hiller Gmbh公司采用物理化学方法相结合，经过粗颗粒处理装置分选后进行离心分离，分离出的固体进一步电化学方法处理；

美国Hydropure 公司采用加入絮凝化聚合体、破乳剂、表面活性剂进行油泥分离；而法国石化企业通过焚烧方式，产生的热能可用于发电厂发电，灰渣则用于修筑路基或制砖或填埋。

1.2 国内含油污泥处理现状

在调研大庆、辽河和大港等油田污泥处理的基本状况后，总结出国内油田含油污泥处理技术主要有填埋、浓缩脱水、固化处理、催化裂解、化学除油和建材利用等[6-11]。2003年，辽河油田污泥处理站采用焚烧法处理含油污泥；大庆油田污泥处理站采用工艺是筛分流化-调质-离心；河南油田采用在含油污泥添加助燃剂、固化剂、脱水剂等方法，利用燃煤锅炉进行焚烧处理，降低煤单独燃烧的成本，取得好的经济效果；高等院校专家学者如中国石油大学把含油污泥处理后制成油井调剖剂，应用于油井的调剖。近年来，含油污泥无害化处理和资源化利用的研究引起大量的包括海内外的科研工作者的高度关注（表1）。

表1 常见的油泥处理工艺特点Table 1 The characteristics of oily sludge treatment process

2 含油污泥的资源化利用

含油污泥是化学性质稳定，组分复杂的固体废物，包括丰富的石油类物质、大量的碱金属、碱土金属矿物质。且污泥除油后，残渣也是一种资源，可以作为吸附材料、建筑材料或燃料。

2.1 含油污泥调剖原理

含油污泥的调剖技术是采用“取之地层，还于地层”的思路，既处理了污泥又利用污泥的良好配伍性特点、良好憎水亲油特点，是一举两得的科学方法。在含油污泥中采用化学处理的方式添加药剂如悬浮剂、分散剂、增粘剂，目的是为了悬浮其中的固体颗粒以及延长悬浮时间，从而提高封堵强度。配制成稳定均一的悬浮乳化体系后注入地层，污泥通过粘联聚集形成“团粒结构”，封堵高渗透层带，从而扩大水驱波及体积。通过优化施工工艺，提高采收率[12]。良好的调剖剂需达到的技术指标为：含油污泥粘度低(≤0.3 Pa·s)、可泵性好、悬浮性能好、沉降时间大于3h[13]。

肖文[14]根据江汉油田地层特点，因地制宜，采取岩心封堵试验等等，多角度从微观角度解释并研制出适用于江汉油田矿化度高等特点的含油污泥调剖剂，该污泥调剖工艺施工简单、效果好、配伍性好、减轻注入水对地层伤害。采用同样的研究方法，胡雪滨[15]等通过加入超细碳酸钙粉做固相添加剂（d＜5μm）、高分子稠化剂以及悬浮剂制成粘度为56 mPa·s、沉降时间 4～5 h、固相含量 5%～6%的含油污泥调剖剂，耐冲刷性＞30 PV，对高渗透岩心封堵率达93.3%，低渗伤害较小（＜20%）。

沈聪[16]通过向含油污泥加入粉煤灰作填料剂和不用剂量的稳定剂来提高封堵性能。确定配方为：污泥+5%～8%粉煤灰+0.2%～0.3%稳定剂。封堵能力高达90%以上。且应用现场吸水剖面得到明显改善。

2.2 固化技术原理

固体处理是通过物理—化学方法将含油污泥固化或渗入到惰性固化基材中的过程[17]。固化所用的惰性材料一般用到的有水泥、粉煤灰、水玻璃、沥青、磷石膏等。近年来用无机或有机固化剂处理含油污泥在一定程度上降低了油田污泥的毒性和到生物圈的迁移率问题。

早期固化技术应用于处理放射、重金属污染物，该技术已十分成熟，应用广泛。考查固化性能的因素主要有两类，分别是固化物的机械性能和固化浸出液对环境的安全性，其中反映浸出液性能的指标是：COD、含油量、含硫量、矿化度以及重金属。根据国家污水综合排放标准GB8978—1996，达到国家二级处理标准以上才可达标排放。用此工艺生产建筑材料，可用于铺设路基、固化制砖以及筑坝等。

屈撑国[18]等人通过试验研究确定在污泥中加入适量的水泥、少许添加剂及交联剂，能使污泥固化物达到普通烧结砖的强度要求，且浸出液满足国家外排标准。有效降低对环境的危害，实现含油污泥资源化利用。

2.3 含油污泥的土地利用

我国是个农业、林业大国，当前土地资源严重匮乏，所以积极开展污泥土地处置利用也是一种经济有效的途径。一般来说，土壤具有一定的环境容量，就是说当有污染物进入土壤后，在一定的时间和环境单元下，土壤里的微生物、有机物，经过一系列的物理化学生物反应过程，降解污染物毒性，具有自我净化作用。而含油污泥中的石油类物质含量超过土壤自身净化能力，造成土地沙化、贫瘠化甚至会污染地表水和地下水。因此需要将含油污泥进行预处理，目前使用的方法有投菌法、生物培养法、土壤耕作法、生物反应器法等等。使污泥符合国家农用土地标准《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284—1984）要求[19]。将污泥施于贫瘠土壤中，增加其肥力和土壤的活性，促进农作物生长或者森林植物的绿化建设。污泥中含有的氮、磷、钾、钙、镁、锌等营养元素不仅仅提供土壤中微生物（特别是氮磷元素）所需必要生长条件，而且也是植物生长所需的必要元素。近年来，许多石油加工厂将处理后的含油污泥经用于土地耕用、作肥料、土壤改良剂、替代能源等。其优点是成本低、能耗低、运输费用低等，因此污泥土地利用被认为是最有发展潜力的一种处置方式。

2.4 含油污泥制备橡胶填料剂研究

油田中为了解决污水处理和回注过程中的腐蚀问题，在采油过程中加入氢氧化钙，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙，所以含油污泥中含有大量的碳酸钙[20]。而碳酸钙正是橡胶填料剂的重要成分之一。当含油污泥所含CaCO3含量较高时，其经过热解处理后的固态产物可制备成橡胶填料剂和补强剂，代替陶土和轻钙在橡胶制品中的使用。同时也弥补了陶土撕裂性差和轻钙补强性差的缺陷，将含油污泥用于制备橡胶既能降低橡胶制品的成本，又能避免污染环境，充分地将含油污泥进行资源化利用[21,22]。

从污泥的化学组成成分分析：（1）污泥中含有镁、钡、钙、锌，无论存在的形式是碳酸盐、硫酸盐、氧化物，都属于橡胶配合剂（特别是填料剂）的主要来源，不会对橡胶品质产生影响[20]；（2）而污泥中的SiO2、Al2O3本身就是一种良好的填料剂，两者相互反应形成的铝硅酸盐也是橡胶填料剂的重要组成部分，所以SiO2、Al2O3的存在不会对橡胶产品的生产有不良影响；（3）污泥中的原油含有树脂酸、脂肪酸、硬脂酸等有机高分子聚合物，这些物质在橡胶加工过程中起到了一定的软化和增塑作用，提高填料剂的分散性，使之更加均匀，对橡胶制品的加工性能与力学特性测试得知，在硬度、拉伸强度、回弹性、磨耗等性能也有良好的帮助和效果[23]。因此，污泥残油里这些物质的存在，可改善橡胶加工性能。进一步提高橡胶品质。

2.5 含油污泥制备辅助新型燃料技术

目前我国的能源生产依然是以煤为主，因此，以原煤为基础，试验加入含油污泥制备混合燃料的可行性研究。含油污泥制备新型燃料技术是先将油泥砂靠重力渗滤分离，然后经过脱水、降黏、参杂煤固化，作为燃煤锅炉燃料。在制作混煤时，由于污泥中的矿物油不易完全燃烧，应注意选用热值较高的原煤，利用油泥的热值，一定程度上降低了混煤的成本。河南油田[24]节能站对燃煤测试结果表明，二氧化硫，氮氧化物、一氧化碳数值符合《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271—2001）要求。

谢水祥[25]等研究出新型含油污泥燃料化处理剂，能使含油污泥经脱水后用造粒机制作成粒状按一定比例与燃煤混烧或直接做成型煤，燃烧后对灰渣颜色、形状、热效率分析以及环保指标分析。利用了含油污泥中潜在能量，实现含油污泥的资源化，具有经济效益、环境效益。吉树鹏[26]等利用热重分析法分析混合燃料燃烧特性，挥发份析出特性、着火特性等等，考虑不同配比时的混合燃料的温度变化情况，得出混合燃料具有良好的燃烧特性和可行性。

3 结束语

含油污泥加工处理后解决环境保护和石油企业发展的难题。含油污泥的土地利用、污泥制备橡胶填料剂技术、污泥制备辅助新型燃料技术都是非常好的处理方法，具有广泛的应用前景。总体来说，含油污泥处理方法多样，各有所长，而污泥中成分复杂，传统技术应与新技术相结合处理，分级、分阶段处理，实现含油污泥资源化应用，同时达到环保要求和经济效益。

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Research on Treatment Process and Resource Utilization of Oily Sludge

LIAO Shou-ji, TANG Shan-fa
（School of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

Hazards of oily sludge to environment was introduced, the current situation of treatment of oily sludge in oilfields at home and abroad was analyzed, advantages and disadvantages of several common treatment processes were compared, various methods of resource utilization of oily sludge were reviewed, such as the profile control technique of oily sludge, solidification treatment, land application of oily sludge, and so on. With gradual development of sludge treatment technology and improvement of economic and environmental benefits, the utilization technology of oily sludge has become the most potential technology.

Oil field; Sludge treatment; Profile control technique; Resource utilization; Environmental protection

TE 992

A

1671-0460（2017）11-2310-03

2017-03-19

廖守稷（1992-），男，湖北省咸宁市人，硕士研究生，研究方向：从事油田化学方向。E-mail：894606255@qq.com。