長慶油田含油污泥處理技術(shù)研究與應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
油田含油污泥是石油工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要污染源之一。隨著油田采液量的增長及凈化技術(shù)的提高，不但油田污水產(chǎn)出量大幅度增加，污水處理產(chǎn)生的含油污泥量也迅速增加。污泥中含有可觀的殘余油和部分苯系物、酚類、蒽、芘等有毒有害物質(zhì)。近幾年隨著 環(huán)保的嚴(yán)格要求與監(jiān)管力度的日漸加強(qiáng)，合理處理、處置含油污泥成為一項(xiàng)迫切而又環(huán)保意義的工作。
1 含油污泥處理方法
油田集輸處理過程產(chǎn)生的罐底泥、浮渣、廢白土和落地原油等含油污泥的石油類物質(zhì)含量高，同時(shí)還含有較高金屬與粘土無機(jī)礦物，具有油氣回收和礦物質(zhì)再生利用價(jià)值。長慶油田采油三廠年生產(chǎn)原油400萬噸，管轄的靖一聯(lián)、靖二聯(lián)、靖三聯(lián)等10個(gè)聯(lián)合站每年產(chǎn)生含油污泥約2000m。因此，污泥資源化利用是一種很有前途的處置方式。
國內(nèi)幾種常用污泥資源化技術(shù)對比見下表1。
表1：幾種污泥資源化技術(shù)對比分析
項(xiàng)目 方法 | 資源化程度 | 二次污染 | 工藝 | 設(shè)施投資 | 運(yùn)行直接經(jīng)濟(jì)效益 | 適用范圍與特點(diǎn) |
溶劑萃取 | 回收原油徹底、高效 | 剩余污泥量大 | 較復(fù)雜，不夠成熟 | 較高 | 有，一定 | 適宜深度回收油 |
熱化學(xué)洗油 | 回收油不很徹底 | 剩余污水污泥量大 | 簡單成熟 | 較低 | 有，較好 | 適宜簡單回收油 |
焦化處理 | 全部處理 | 無 | 較復(fù)雜成熟 | 較低 | 有，較好 | 宜終處理但用量有限 |
油田調(diào)剖劑 | 全部處理 | 無 | 簡單成熟 | 較低 | 費(fèi)用投入 | 宜終處理，但用量有限 |
焚燒利用熱值 | 有機(jī)物全部處理 | 灰渣、煙氣少 | 較復(fù)雜，較成熟 | 較高 | 費(fèi)用投入 | 宜終處理，規(guī)模不限 |
熱解處理 | 有機(jī)物全部處理 | 灰渣少 | 較復(fù)雜，不夠成熟 | 較高 | 有，較好 | 宜終處理，規(guī)模不限 |
含油污泥是一個(gè)非常穩(wěn)定的體系，采用單一的方式處理難以實(shí)現(xiàn)高效分離。根據(jù)長慶油田的實(shí)際情況和其含油污泥特性，將化學(xué)和物理方法結(jié)合，采用“化學(xué)脫穩(wěn)+機(jī)械壓濾”法，即：先用化學(xué)藥劑對含油污泥進(jìn)行化學(xué)處理，然后使用帶式壓濾機(jī)進(jìn)一步干化分離，達(dá)到徹底處理的目的。
2 處理含油污泥室內(nèi)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)思路為：先破乳除油，提取污泥中的原油，接著對水（及水溶性物質(zhì)）和泥沙添加絮凝劑等進(jìn)行化學(xué)脫穩(wěn)，得出各添加劑的較優(yōu)劑量。
2.1 含油污泥成分分析
取大罐油泥。實(shí)驗(yàn)中污泥含水率的測定采用了 標(biāo)準(zhǔn)的水一油混合體系含水率的測定方法。含水率測定后，采用索式提取法測量固體中的含油率，剩余的泥砂經(jīng)過濾、烘干、靜置，得到分離出的砂，稱重得出泥砂量，總量與以上三者的差值即為其水溶性物質(zhì)的量。含油污泥各成分分析見下表2。
表2：油泥各項(xiàng)指標(biāo)
樣品 | 含水率/% | 含油率/% | 泥砂量/% | 水溶性物質(zhì)/% | pH值 |
1# | 83.63 | 7.42 | 6.4 | 2.55 | 7 |
2# | 90.42 | 3.93 | 4.3 | 1.35 | 7 |
3# | 89.35 | 2.94 | 5.9 | 1.81 | 7 |
平均值 | 87.81 | 4.76 | 5.53 | 1.90 | 7 |
實(shí)驗(yàn)方法 | GB260-77 | 索式提取法 | 干重法 | 減重量法 | 酸度儀法 |
由上表看出，含油污泥中的含水、含油率較高，固體含量較低，回收價(jià)值和便宜性較高。
2.2 破乳除油
破乳劑主要通過聚結(jié)機(jī)理破乳除油。實(shí)驗(yàn)采用本單位的水溶性破乳劑YT-100，實(shí)驗(yàn)稱取50g油泥，重點(diǎn)評價(jià)影響破乳效果的主要因素——溫度和破乳劑添加劑量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：約在150ppm和60℃條件下，除油率相對較高。
2.3 化學(xué)脫穩(wěn)
微小粒徑的懸浮物和膠體，加入系列脫穩(wěn)劑，降低膠體的電動(dòng)電位，壓縮膠體的擴(kuò)散層厚度，破壞膠體的穩(wěn)定性，促使膠體顆粒互相接觸，絮凝物中的固相便聚集成為較大的顆粒。這一過程受多種因素影響，如水中雜質(zhì)的成分和濃度、水溫、pH值、以及絮凝劑的性質(zhì)和絮凝條件等，但主要是壓縮雙電層作用、吸附架橋作用和吸附電中和三方面的作用。
2.3.1 化學(xué)脫穩(wěn)藥劑一絮凝劑
常用的有小分子無機(jī)鹽類絮凝劑和高分子絮凝劑。目前廣泛應(yīng)用的小分子無機(jī)鹽類絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽中主要有硫酸鋁、明礬等；鐵鹽中主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鐵等。高分子絮凝劑有無機(jī)和有機(jī)兩種。聚合氯化鋁和聚合氯化鐵是目前國內(nèi)外使用比較廣泛的無機(jī)高分子絮凝劑。有機(jī)高分子絮凝劑有天然的和人工合成的。這類絮凝劑具有巨大的線性分子，每一大分子有許多鏈節(jié)組成，鏈節(jié)間以共價(jià)鍵結(jié)合。我國當(dāng)前使用較多的是人工合成的聚丙烯酰胺，聚合度可多達(dá)2×104～9×104，相應(yīng)的分子量高達(dá)150×104～1600×104，如大慶的PAM1600萬分子量、杭州TB-021、F0-4650等。本次實(shí)驗(yàn)采用人工合成的聚丙烯酰胺XN80。
實(shí)驗(yàn)取水相100ml，55～60℃下對XN80在不同劑量和溫度下做了量化實(shí)驗(yàn)，分出的游離水顏色體現(xiàn)了COD的含量，絮凝劑的添加量對COD影響較大，隨著添量增加分出水顏色越黃。綜合考慮，約300ppm的濃度既可以分出可觀的游離水也可以使水質(zhì)達(dá)到清澈。
2.3.2 化學(xué)脫穩(wěn)藥劑——助凝劑
當(dāng)單用絮凝劑不能取得良好效果時(shí)，可投加某些輔助藥劑以提高絮凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。助凝劑可用以調(diào)節(jié)或改善絮凝的條件，利用高分子的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小松散的絮凝體變得粗大而緊密。常用的有聚丙烯酸胺、活化硅酸、骨膠、海藻酸鈉、紅花樹等。本次實(shí)驗(yàn)采用聚丙烯酸胺X420。
實(shí)驗(yàn)取水相100ml，在XN80添加濃度為30ppm，溫度55～60℃內(nèi)，變量添加X420，實(shí)驗(yàn)表明，X420在濃度約100ppm下能更好地提高絮凝分水率，提高脫水率約6%。
2.4 泥水分離劑
本廠自行研制的NSF泥水分離劑有三種主要成分：NSF-A是pH調(diào)節(jié)劑，投加濃度為0.6-2%，冬天溫度低，NSF-A溶解速度較慢，應(yīng)在處理前20分鐘添加：NSF-B是改性的混凝沉降劑，使污泥破乳脫穩(wěn)，加速聚結(jié)，配成2-5%的溶液使用；NSF-C是改性的混凝沉降劑，使污泥析水、聚結(jié)成大的團(tuán)塊，增強(qiáng)脫水效果，配成0.05-0.2%的溶液使用，配制不得使用污水，因陳化時(shí)間長，一般提前1小時(shí)配制?？紤]到現(xiàn)場實(shí)際使用時(shí)溫度不可能有很高（否則另需蒸汽加熱），一般為20～35℃，三種成分旨在提高低溫下油水、泥水分離程度。在優(yōu)選的破乳、脫穩(wěn)劑使用劑量下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：NSF泥水分離劑濃度約100ppm下應(yīng)用，破乳和脫穩(wěn)的效果與在55～60℃條件下基本相當(dāng)，能滿足低溫下達(dá)到高溫的脫穩(wěn)效果。
2.5 室內(nèi)系統(tǒng)試驗(yàn)
根據(jù)上述工藝條件，采用長慶采油三廠靖三聯(lián)的大罐污泥進(jìn)行了室內(nèi)初步驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)取500g大罐油泥，在1200ml的燒杯內(nèi)進(jìn)行，燒杯底部裝有超聲波換能器，溫度控制在30～35℃左右，靜置時(shí)間為4h。結(jié)果表明，分離后原油回收率達(dá)到89%；脫出水含油量達(dá)到299mg/L，滿足水處理系統(tǒng)入口指標(biāo)（小于500mg/L），PH值也在國標(biāo)范圍內(nèi)（GB8978-1996，6～9）；干油泥含水50%，優(yōu)于國標(biāo)（GB18598-2001，不超過85%），含油10.2%，達(dá)到國標(biāo)（GB8978-1996，不超過30）；實(shí)驗(yàn)分離出的油泥渣再經(jīng)過壓濾、風(fēng)干，含水可降至30%以下。上表中的油泥渣數(shù)據(jù)，是未經(jīng)過壓濾風(fēng)干的結(jié)果。
3 現(xiàn)場應(yīng)用
3.1 油泥調(diào)理
大罐油泥集中于油泥池中，一倍量加水稀釋，按0.15升/方、0.3升/方、0.1升/方、0.1升/方加入破乳劑、絮凝劑、助凝劑和NSF泥水分離劑攪拌均勻。
3.2 破乳脫油
攪拌均勻的大罐油泥泵入沉降脫油罐中，加適量鹽酸（管線注入），沉降一定時(shí)間后原油上浮，下層為污水，底部為泥沙。上部污油排入污油脫水罐進(jìn)行加熱、加藥劑脫水。大罐污泥經(jīng)此工藝處理，60～90%以上的原油可以被回收利用，實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用。
3.3 油泥渣后處理
經(jīng)過化學(xué)處理后油泥渣排入絮凝物處理系統(tǒng)，慢速的攪拌不至于使絮體分散，因而又研制了帶式壓濾機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度慢、能耗低、壽命長，穩(wěn)定可靠，能確保分離效果。濕油泥渣經(jīng)過壓濾脫水后摻入部分煤粉，然后壓制成煤球，用于污泥處理廠內(nèi)部燃料。煤渣用來鋪路或填井場泥漿池。現(xiàn)場壓濾脫出的水經(jīng)沉降分離進(jìn)入污水處理系統(tǒng)回收回注。
4 結(jié)論
長慶第三采油廠采用“化學(xué)脫穩(wěn)+機(jī)械壓濾”工藝處理含油污泥，污水進(jìn)入聯(lián)合站污水處理系統(tǒng)精細(xì)處理回注，污泥從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，進(jìn)行深度處置和綜合利用。
（1）通過本工藝處理含油污泥，可使含油污泥中的油、泥、水三相得到有效的分離，然后分別處理，簡潔高效。
（2）大部分原油回收利用，變廢為寶，真正實(shí)現(xiàn)了大罐油泥的資源化回收利用。
（3）處理后的固體為煤球、煤渣，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用，減免環(huán)境污染。
（4）本工藝簡單、實(shí)用。
