含油污泥处理方法研究进展*

李 哲

（中国石油天然气股份有限公司东北销售分公司，辽宁沈阳 110013）

我国含油污泥的产量每年约为300 万t，其主要产生在油田、炼油厂以及石化厂[1]。含油污泥蒸发在空气中的油气能刺激皮肤、眼睛及呼吸器官，对人体有害，含油污泥渗入泥土中，会使土地失去生长植物的能力，处理和修复困难，是石油及石化行业的主要污染物之一[2]。通常含油污泥是由水包油、油包水以及悬浮固体组成的、稳定的悬浮乳状液，脱水效果很差，污泥成分和物理性质受污水水质、处理的工艺和药剂种类等多种因素影响，其成分和物理性质差异性大，致使含油污泥处理难度大。在处理过程中部分产物具有回收再利用价值，且含油污泥含有重金属等有害物质，对环境还具有放射性污染[3]。因此，无论是从环境保护还是从能源回收的角度考虑，都应该对含油污泥进行无害化和资源化处理。本文对处理含油污泥机械分离法、焚烧法、热解法、萃取法和生物法的原理、工艺流程以及优缺点进行了分析总结。含油污泥具有很高的综合利用价值，研究发展新的污泥处理工艺和有效的污泥回收资源利用技术是当前含油污泥技术研究的重点。

1 含油污泥的主要成分

在石化工业的每个生产环节均会产生含油污泥。其中落地污泥、浓缩沉淀池污泥、储罐清洗过程中产生的储罐底部污泥和化学精炼过程中产生的含油污泥的产量占比较大[4-6]。含油污泥的性质和组成随采样时间、地点等诸多因素的变化范围较大。即使是同一种含油污泥，其性质也会在很大的范围内波动。在da Silva[7]等人的报告中，含油污泥中的含水量在30%~90%之间，含油量在5%~60%之间，沉积物在4%~7%之间变化。对于不同种类的含油污泥，这种情况更为明显。含油污泥中油相物质的含量和特性也是一个非常重要的指标。含油污泥中的油相主要由烷烃、芳烃、沥青和树脂组成。例如，Lin[8]的检测结果显示，含油污泥中油相通常由40%~52%的烷烃、28%~31%的芳烃、8%~10%的沥青和7%~22.4%的树脂组成。这些物质生物降解性低，会对储存区域周围的土壤产生持久的影响。

2 含油污泥的危害

随着原油的不断开采，含油污泥的产量随之剧增，大量的含油污泥，如果不加以处置直接排放，不仅会占用大量耕地，污染周围土地，而且还会产生大量的恶臭气体，对周围环境造成影响。此外，含油污泥含有大量的病原菌、寄生虫、铜、锌、铬、汞等重金属、多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物质[9]。当含油污泥中的有害物质渗入土壤后，会粘附在土壤颗粒表面，直接影响土壤的通透性，从而造成土壤导水通路的阻塞，致使土壤渗水量下降，透水性的降低，直接威胁到土壤中微生物生存[10]。当含油污泥中的石油类污染物浸入地下水后，直接对饮用水资源和地下水资源造成影响，危及人类生命安全。

3 含油污泥处理技术

3.1 含油污泥机械分离

机械分离法是研究最早、最成熟、最通用的含油污泥处理方法之一，经过各种预处理（调理、筛选、分选、滗析和其他操作）后，将均质的液体污泥置于高速离心机中，并通过机械脱水的过程进行分离。分离出来的油在脱水站或者炼油厂中回收。然后将水送去处理或者再循环，最后根据各种应用的需要进一步处理分离固体污泥[11]。图1 为机械脱水处理含油污泥流程图。图1 中不同阶段的含油污泥调理和高速离心技术是机械脱水的重要组成部分。在调理和机械分离预处理系统中使用的通用聚合物絮凝剂的处理比较复杂，并且容易导致二次环境污染。因此，必须选用高效、无毒的有机高分子絮凝剂。Wang 和Gu[12]的报道称，使用聚合物絮凝剂和微生物的组合可以显著提高机械离心的效率，并节省90%以上的聚合物絮凝剂。Buyukkamaci 和Kucukselek[13]研究了含油污泥脱水工艺的改进。结果表明，使用阳离子交换树脂可以将毛细抽吸时间和过滤阻力降低95%聚电解质。明矾钾是另一种具有良好脱水性的调节剂。Du 和Liu[14]提出了一种基于化学失稳和絮凝脱水的油泥处理工艺。结果表明，YN-3 稳定剂的最佳用量约为油泥重量的2%～3%，PAM（聚丙烯酰胺）的最佳用量为400～500mg·L-1。脱水的含油污泥中的油的质量百分比为24.0（wt）%，脱水后的污泥体积约为其原始值的1/3。Zhou 等[15]分析了含油污泥的产生，并回顾了国内外用于污泥脱水的设备。Li、Xin 和Chen[16]研究了影响含油污泥脱水产生的主要因素。实验结果表明，经聚合氯化铝和阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂处理后，污泥的过滤比阻由8.9×1014m·kg-1分别降至1.09×1012m·kg-1和0.11×1012m·kg-1。

3.2 含油污泥焚烧技术

含油污泥干化焚烧处理方法工艺流程见图2。

我国大部分炼油厂以及法国、德国等国家的石油化工企业多采用焚烧法处理含油污泥。为了脱水和焚烧，将含油污泥放入浓缩池并加热至约60℃，然后添加絮凝剂。混合和重力沉降后，含油污泥将随着水的分离而分层。将剩余的污泥饼置于温度约为800～850℃的焚化炉中，燃烧30min。剩余的灰用于进一步处理[17]。在焚烧含油污泥的过程中，会去除大量有害物质，从而减少对环境的影响。但焚烧含油污泥很容易产生二次污染。此外，污泥中的资源可能无法得到最佳利用，导致资源浪费。许多国家已采用焚烧法处理固体废物或减少废物体积。通常，废物分为干燥、可燃和部分可燃。此外，含油污泥焚烧产生的热量可用于生产蒸汽或电力，或用于加热或生产需要[18]。

Wang 等[19]研究了江苏油田含油污泥的焚烧，并选择了能够保证高效燃烧的合适燃料及含油污泥比。结果表明，这一过程很容易控制：含有30%含油污泥的煤的混合物比纯煤燃烧得更好。通过该方法可以从烟道气中去除CO、NOx和烟尘（但不能去除SO2）。秦和李[20]认为，焚烧技术是安全处置废物和资源利用的最有效方法之一。该技术的研究和应用为油田提供了一种完全处理含油污泥而不污染环境且无需运输含油污泥的方法。这对企业来说非常重要，可以确保其稳定增长。Tang、Jin 和Yan[21]分析了油泥的物理和化学特性，并将其在中试流化床上焚烧。结果表明，在不添加辅助燃料的情况下，含油污泥可以稳定燃烧，燃烧效率达到96.8%。如果安装了脱酸系统，在流化床上焚烧含油污泥时的空气污染物排放可以满足国家机构监测危险废物排放的要求。Li 等[22]使用间歇式受控空气焚烧炉处理含油污泥和聚乙烯（PE）塑料混合物。他们的结果表明，焚烧过程中形成的多环芳烃（PAHs）的数量非常少。燃烧过程中燃料中的PAH 含量是影响PAH 排放的控制因素。含油污泥与塑料的共燃烧是减少PAH 排放和节约辅助燃料的一种有前途的方法。

3.3 含油污泥热解技术

含油污泥热解技术是指在厌氧环境中加热，将含油污泥中的大分子有机物转化为分子较小的气体或液体产品，实现能量的回收利用。为了满足不同需求，许多新技术被应用于含油污泥的热解。

以图3 大庆第九采油厂含油污泥处理站工艺流程为例，目前，该技术的主要改进可分为以下几类：一方面，精确控制运行条件。（1）使用热重分析仪，GC-MS 技术对热解过程和产品进行严格监控，为该技术的大规模应用提供了参考。（2）通过改进加热方法减少处理投入，提高处理速度和效果可以降低操作成本，缩短处理时间，增加处理能力。（3）向含油污泥中添加催化剂，各种催化剂有助于缩短反应时间，降低产物的反应活化能，提高能量利用效率，减少生产投入。另一方面，通过控制某些产品的质量和比例，可以促进产品的回收利用，提高效益。添加共热材料可以大大提高热解油或合成气的回收率，弥补热解油在单个热解中O 含量高，H 含量低，酸度高的缺点。这一优势有利于该技术在大规模生产中的应用。再就是加强有害物质管控，控制有毒有害物质，尽量减少含油污泥和各种产品对环境的危害是该过程的最终目标。除了技术创新外，还采用了一些预处理方法，以获得更好的热解效果。例如，脱水和研磨可以有效提高热解速度，增强传热效率，从而使热解过程更顺利地进行。

图3 大庆第九采油厂含油污泥处理站工艺流程图Fig.3 Process flow chart of oily sludge treatment station in Daqing No.9 Oil Production Plant

3.4 含油污泥萃取技术

萃取法已成功应用于含油污泥处理[23，24]。在这个过程中，来自废水处理系统的含油污泥经过浮选处理后可分为3 部分：再循环水、残余污泥和浮渣（泡沫）。图4 为萃取法工艺流程，经处理后，循环水中悬浮固体的含量降低，有机物非常低，因此，水被返回到废水处理系统以重新利用。残余污泥主要由有机物含量极低的大颗粒无机物组成，因此，可以在压力下过滤，形成滤饼，用于填埋处理。分离出的浮渣含有大部分原油、有机物、轻悬浮固体和一些水。然后将浮渣放入提取器，以回收可直接利用的原油和有机物。剩余浆料返回浮选系统继续处理。这种含油污泥处理技术可以解决环境污染问题，并使利用含油污泥中所含的有机物成为可能。这是保护油田环境最有效的方法之一。但该方法的应用成本高，对于部分规模并不是很大的企业来说，其资金压力相对比较大，因此，小规模石油企业选择应用该方法的频率相对比较低。同时，在萃取过程中原油还有一定量的损失，经济效益并不是很高。

图4 萃取法工艺流程图Fig.4 Extraction process flow chart

3.5 含油污泥生物法处理技术

微生物法是利用微生物对含油污泥中的石油和有机物有较强降解能力的特点，将有害成分转化为无害成分，同时增加土壤中腐殖质含量的方法。生物处理技术包括地耕法、堆肥法、生物泥浆法、生物强化法4 种。地耕法是将含油污泥与土壤充分混合，利用土壤中的微生物分解污泥中的有机组分，从而实现含油污泥处理的目的，同时起到肥田作用的方法。堆肥法是将含油污泥与适当的材料混合并成堆放置，利用微生物的代谢作用降解有机物的过程。通过向料堆中鼓气或者是翻转搅拌料堆使其中氧气含量增加，有益于微生物的生长，从而提高生产效率。生物泥浆法指的是含油污泥与水混合，使得污染物分散于水中，得到大部分溶解态的污染物，微生物降解可以将这些污染物转化为低毒性的中间产物，最终转化为CO2和H2O 的方法；生物强化法是向含油污泥中投加可以高效降解石油烃的微生物，用微生物细菌降解含油污泥中的脂肪烃和芳香烃的方法。

4 结论

本文从含油污泥的性质、危害及处理方法入手，分析了油田含油污泥的处理现状，表1 总结了本文介绍的处理方法使用条件、优缺点等，得出以下结论：

（1）在燃料回收或去污方面，一些处理方法可能非常有前途，但它们的投资或运营成本可能非常高，或者对其实施大规模的处理可能是不可行的。

（2）含油污泥处理方法的技术选择应取决于污泥特性、处理能力、成本和处置规定要求和时间限制。一些方法如离心、表面活性剂增油回收、冻结/解冻、泡沫浮选和生物浆处理可能更适合于处理含油、含水率高的污泥。

（3）处理技术的选择涉及多种标准，单一标准很难评价其整体性能可用性。每种含油污泥处理方法都有其优点和限制。在今后的研究中，综合不同的处理方法，可获得更有效的处理效果。