含油污泥处理药剂优化和应用

裴艳玲（大庆油田工程有限公司）

含油污泥的产生伴随着整个油田的开发全过程[1]。原油开采过程中形成的大量落地油，原油集输和储运过程中等形成的污泥，以及含油污水处理过程中形成的大量含油污泥，使得近年来含油污泥的产出量不断升高。由于含油污泥本身增加处理难度，以及环保对污泥的要求越来越严格，含油污泥已经被列入危险废弃物；因此，含油污泥的处理越来越重要。现阶段广泛使用的污泥处理方法仍是以物理化学法为主，其中调质-离心工艺被广泛使用，它具有操作简单等特点[2]。此工艺的核心是清洗剂和破乳剂，两种药剂可以大幅度提高含油污泥处理量。现今油田污泥清洗剂和破乳剂虽然种类繁多，但应用效果均不理想，增加了含油污泥处理的运行成本[3]。

本研究的主要目的为针对现有多种化学清洗剂和破乳剂进行优选，然后根据其特性进行复配优化，形成新型复合药剂。

1 材料与方法

1.1 实验用污泥

含油污泥取自大庆油田杏北含油污泥处理站，其含油量为20%～30%。实验前将含油污泥放置于容器内，将大块粉碎，然后放入搅拌器内搅拌30 min，使污泥中不同组分混合均匀。

1.2 污泥调质-离心处理药剂筛选优化实验方法

调质处理方法：采用图1所示的多级串联控温搅拌器对预处理后的污泥进行调质，每个工作腔都采用独立控温。实验时，首先向污泥中加入一定量水使其呈现流动性，然后设置温度参数，进行加热，加入实验药剂，开启搅拌机进行搅拌。

图1 调质装置示意图

离心处理方法：将调质后的污泥样品静置90 min后，取下层泥水混合物加入750 mL 离心筒中，置于离心机内在3 000 r/min 的转速下离心处理5 min，去除离心试管上层油水样，取底部污泥测定其油量。

2 污泥调质-离心处理药剂筛选和优化

2.1 清洗剂筛选和优化

高界面活性是污泥清洗剂的核心，高表面活性剂能够改变污泥中不同相界面性质，使得各相之间的界面张力降低，使得各相中物质容易释放出来[4]。选取9 种在用污泥清洗剂，依次编号为SQ-01、SQ-02、SQ-03、SQ-04、SQ-05、SQ-06、SQ-07、SQ-08、SQ-09。设置空白组，编号为SQ-00。

将含油污泥均等分为10 份，每份再分为A、B两组做平行实验。清洗剂加量为1 000 mg/L。污泥调质-离心处理参数见表1，实验结果见表2。

表1 调质离心参数

表2 不同清洗剂的污泥除油效果

由表2 可知，在清洗剂SQ-08 的质量浓度为1 000 mg/L 时，作为调质-离心药剂污泥的除油率最高，达到83.52%。

为改善清洗剂在实际应用中的效果，需要向清洗剂中加入一定量的碱性物质，使得清洗剂在使用时呈现一定的碱性，形成碱洗。常用的碱性添加物质有碳酸氢钠（NaHCO3）和多聚磷酸盐。因此，将碳酸氢钠、焦磷酸钠（TSPP）和清洗剂SQ-08进行复配，形成复合污泥清洗剂，命名为SQZ-01，药剂混配比例见表3。

表3 复合清洗剂SQZ-01成分

在清洗剂SQZ-01和SQ-08的加药量为1 000 mg/L条件下，对初始含油量为21.32%的含油污泥样的处理效果见图2。投加SQZ-01的污泥处理后含油量为1.95%，满足黑龙江铺设、垫设井场用污泥的含油量标准要求（＜2%)。

复合清洗剂SQZ-01 在不同加药量下的污泥清洗效果见图3。由图3可知，当SQZ-01加药量为0～1 500 mg/L 时，随着加药量增高，含油污泥含油量去除率不断升高；当药剂浓度大于1 000 mg/L 时，含油量去除率并没有显著升高，而是趋于稳定，说明1 000 mg/L 是最佳加药量；因此，初步确定其加药浓度为1 000～1 500 mg/L。

图2 清洗剂SQZ-1和SQ-8的污泥处理效果

图3 不同复合药剂SQZ-01加药量的污泥清洗效果

2.2 破乳剂筛选和优化

为增强含油污泥中油相、水相、污泥相之间分离效果，在含油污泥的处理过程中需要加入破乳剂达到三相分离的效果。因此，破乳剂需要考虑两个方面：降低水相含油量；改变界面性质，使界面流动性增强[5]。选取SP-01、SP-02、SP-03、SP-04、SP-05、SP-06、SP-07、SP-08、SP-09、SP-10、SP-11、SP-12、SP-13、SP-14共14种破乳剂进行筛选和优化。破乳剂筛选实验条件见表4。

表4 破乳剂筛选实验参数

取预处理后的污泥，平均分成15 份（每份再分A、B 两组作为平行实验），按照调质实验条件，将14 种破乳剂按浓度为150 mg/L 加入到各自对的污泥样中，设置空白对照组。破乳剂评价效果如图4所示。

从图4 可以看出，破乳剂SP-05 处理组水相含油量最低，说明该破乳剂满足对降低水相含油量的要求，但脱水率只有14%，表明该破乳剂降低水相含油量的效果好，而在脱水率上作用不明显；对于SP-10破乳剂，虽然水相中含油量较高，但是在脱水性能上表现较好，120 min 脱水率达到25%，远高于其他类型破乳剂。

图4 破乳剂单剂的污泥处理效果

为更好地解决污泥中油相、水相、污泥相分离效果，利用药剂协同作用，即将SP-05和SP-10按照1∶1 进行互配，形成新型复合破乳剂，命名为SPG-1。

为评价复合破乳剂SPG-1的污泥处理效果，选用油相水含量作为评价指标。在烧杯中加入污泥用清洗剂SQZ-01 处理后得到上层浮油，向其中加入100 mg/L破乳剂SPG-1，在60 ℃、120 r/min的条件下搅拌60 min，静沉8 h 后取样测定油相水含量。检测结果见表5。

表5 几种破乳剂的污油脱水效果

由表5 可知，复合破乳剂SPG-1 对油相中含水率的降低效果优于单剂SP-05 和SP-10，且也优于污泥站在用破乳剂。

由图5 可知，随着SPG-1 加药量升高，油相中含水率随之下降；在加药量为200 mg/L以内的情况下污泥水含量的下降速度较快，因此，SPG-1加药量应在100～300 mg/L之间。

3 污泥调质-离心处理参数优化

为进一步确定现场试验工艺参数，结合污泥处理站现有处理工艺参数和室内清洗剂与破乳剂药剂浓度优化结果，选取泥水比例、泥水混合物搅拌时间、热洗温度、清洗剂与破乳剂加药量4 个因素，应用L9（34）正交实验表格进行正交实验。实验结果见表6，结果分析见表7。

图5 破乳剂SPG-1加药量对其污油脱水效果的影响

表6 正交实验设计和结果

表7 正交实验直观分析

由表7 可知，处理后的污泥含油量随泥水比、搅拌时间、处理温度和加药量增大均呈单调降低的趋势。由于含油污泥处理的最主要目标为将处理后污泥的含油量降至最低，因此，污泥处理的最佳工艺参数如下：污泥与水的比例为1∶5，污泥搅拌时间为90 min，搅拌温度为70 ℃，清洗剂加量为1 500 mg/L，破乳剂加量为300 mg/L。根据极差R的大小可以判断出每个因素对污泥含油量的贡献大小，也就是对污泥除油效果的影响程度大小。由表7 极差值可知，4 个因素对处理后污泥含油量的影响从大到小的顺序为：药剂加入量＞污泥搅拌时间＞搅拌温度＞污泥和水的比例。

表8 正交实验方差分析

由表8 可知，清洗剂+破乳剂混合加药量的偏差平方和与F 比最大，因此，在整个工艺中对含油量影响最大的为清洗剂+破乳剂加药量（显著性）；搅拌时间的F 比大于F 临界值，且偏差平方和较大，也是该工艺对含油量影响显著的因素；泥水比和搅拌温度为不显著因素。现场工艺运行调整时，应更多地关注调整加药量和搅拌时间2个因素，这样能够较好地优化处理后污泥的含油量。

4 现场试验运行效果

污泥处理药剂现场试验地点为大庆某含油污泥处理站。如图6 所示，该站污泥处理以调质-离心工艺为主，辅助污泥的分流等预处理工艺，实现对含油污泥的深度处理。现场试验期间的污泥处理工艺参数按照室内优化的参数进行（表9）。

图6 污泥处理工艺示意图

表9 污泥处理药剂现场试验工艺参数

污泥处理剂现场试验期间，污泥处理站处理前后污泥含油量的变化情况如图7 所示。从图7 可以看出，虽然现场对污泥进行一定的预处理分流，但是无法实现污泥混合均匀，导致了不同批次试验的处理后污泥含油量存在显著差异性。在20 批次处理中有15 批次处理后污泥的含油量达到2%以下，合格率为75%。

图7 污泥处理前后污泥含油量变化情况

a b图8 现场试验期间污泥处理前后污泥固含量和含水率的变化情况

由图8可知，处理后污泥固含量明显升高，含水率呈现下降趋势。

5 结论

1）通过室内药剂筛选和复配，研制出复合清洗剂SQZ-01 和复合破乳剂SPG-1。与现有药剂相比，清洗剂SQZ-01将污泥除油率由82.13%提高到90.85%；复合破乳剂SPG-1将污泥处理过程中回收污油的水含量从0.89%降低到0.54%。

2）通过室内工艺参数优化，确定了最优污泥调制-离心处理工艺参数：泥水比为1∶5，搅拌时间为90 min，搅拌温度为70 ℃，清洗剂SQZ-01加量为1 500 mg/L，复合破乳剂SPG-1加量为300 mg/L。

3）在20批次现场试验中，有15批次处理后污泥含油量能够满足铺设、垫设井场标准要求（＜2%），合格率为75%。