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隨著油田開發(fā)陸續(xù)進入中高含水階段，采出液中的含水率不斷升高，包括化學(xué)驅(qū)在內(nèi)的各種強化采油措施的相繼應(yīng)用，又使采出液性質(zhì)變得更為復(fù)雜。相應(yīng)地面系統(tǒng)集中處理站在進行原油脫水時，脫水器、儲油罐、污油罐等底部會存在大量含油污泥；在進行污水處理時，沉降除油罐、過濾罐、曝氣罐、浮選池及回收水池（罐）底部也會存在著大量含油污泥。與此同時，外圍零散油田作為接替儲量近年來在不斷加大勘探、開發(fā)力度，但因產(chǎn)量有限，其采油方式除機械采油外，還有提撈采油，集油過程除管道輸送外，還有定期拉油方式，這就不可避免地將產(chǎn)生一部分混合泥土量更大的落地含油污泥。這些污泥成分復(fù)雜，屬于多相混合體系，一般由水包油（O/W）、油包水（W/O）乳狀液以及懸浮固體雜質(zhì)組成，且乳化穩(wěn)定性強，粘稠度較大，固相成分難以徹底沉降。

據(jù)統(tǒng)計，一個日處理20000m3的油田污水站每天可產(chǎn)生20m3左右的含油污泥。其中，在污水沉降除油段，除油罐的排泥通常有三種方式：一是穿孔管排泥，在罐底設(shè)穿孔管，定期排泥；二是水力排泥，在罐底設(shè)一個圓錐形的集泥斗或者若干個小集泥坑，用污泥泵將污泥抽出。為了增加污泥的流動性，在罐底周圍設(shè)一圈沖泥管，在沖泥管上安噴嘴或設(shè)孔口；三是人工排泥，清理時需要停產(chǎn)，不需要專門設(shè)施，只需在罐底留出較大的人孔，而且要在相對的罐壁兩側(cè)都有人孔，以便改善通風(fēng)條件。在污水過濾段，污泥存在于濾料中，在反沖洗時隨反沖洗排水進入回收水罐，回收水罐積存污泥量不斷增多，若未及時排出，又會被回收到除油罐，久而久之會造成含油污泥老化，形成惡性循環(huán)。

含油污泥成分的復(fù)雜性決定了其處理技術(shù)的多樣性，國內(nèi)外處理含油污泥的方法主要包括化學(xué)熱洗滌法、高溫?zé)峤馓幚矸?、調(diào)質(zhì)離心處理法、溶劑萃取法、生物法和微波法等，但各種方法的投資、處理效果和操作成本各異，自然都有一定的適應(yīng)性和局限性。但總體來看，濃縮、調(diào)質(zhì)、脫水、油水回收、干化及泥餅后續(xù)處置是各油田進行含油污泥處理的常規(guī)工序，因此，實現(xiàn)減量化處理目標仍是油田地面工程應(yīng)用技術(shù)的主導(dǎo)方向，而降低污泥含水率則是減容的關(guān)鍵。

1 含油污泥組成及濃縮析水特性

含油污泥的主要組成為原油、泥質(zhì)和水分，其中含油量因污泥來源的不同而各異，水分則大致分為游離水、毛細水、吸附水及內(nèi)部水等幾種存在形式。分別對大慶油田某原油脫水站清淤污泥和污水處理站氣浮段產(chǎn)生污泥的組成特性與濃縮析水特性進行了分析。

1.1 含油污泥組成特性

從罐底清淤泥和氣浮浮渣泥樣品的基本組成特性分析結(jié)果，可以看出，含水率高，油、水、泥高強度乳化而形成一種多相體系則是不同類別含油污泥的基本特性，相比于氣浮浮渣泥，罐底清淤泥的水含量略低，但油含量高，前者油/泥比約為1:3，后者油/泥比約為5:1，且從DSC曲線分析可知，含油的析蠟特征溫度值高，油中蠟質(zhì)含量占到35%以上，造成體系濃縮脫水后的流動性能差。堆存風(fēng)干的含油污泥樣品外觀呈棕黑色，其中，無機鹽類的可能組分以碳酸鈣、氧化鐵及硅鋁酸鹽為主。

總之，對于油田不同來源的含油污泥，基本都是屬于老化原油、水分、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體、細菌、鹽類、刺激性酸性氣體的聚集體，同時還會有投加的各種油田化學(xué)助劑及其形成的絮狀體，以及設(shè)備、管道腐蝕產(chǎn)物及成垢垢質(zhì)等成分。含油污泥的這種組成特性一方面會由于污泥中大膠體顆粒在脫水器、儲油罐、凈化污水罐中不斷沉積，使清罐周期縮短，清出的大量污泥含水率又高，積存壓力大，增加油田地面生產(chǎn)成本投入；另一方面，這類含油污泥的存在導(dǎo)致回注水中懸浮物含量嚴重超標，堵塞地層，造成油層吸水能力下降，注水壓力不斷攀升，且會使水井酸化增注措施的有效期縮短，增加措施處理費用和工作量。

1.2 含油污泥濃縮析水特性

在含水率高的同時，懸浮顆粒細小、不利于自然沉降分層是含油污泥的另一主要特點，其中懸浮顆粒的粒徑中值在100μm以內(nèi)，根據(jù)Stokes理論，其自然沉降速度應(yīng)處于中等范圍，析水分層能力一般。

在體積標定的玻璃沉降柱（φ80mm×450mm）內(nèi)，45℃下開展不同含油污泥樣品的濃縮析水試驗，沉降析水率約在50～60%，表明對污泥先期進行就地集中沉降析水處理，可在一定程度上提高其整體濃縮、減量效果，同時有效減輕后續(xù)處置設(shè)施的運行負荷及下游大量污水的再回收與處置等一系列問題。但相比之下，罐底清淤泥的平均析水率更低，且析水率隨沉降時間變化在更短期內(nèi)即趨于平衡，表現(xiàn)出更強的乳化穩(wěn)定性。這是因為，一方面罐底清淤泥體系中的油/泥比大，另一方面，集輸系統(tǒng)投往罐中的相關(guān)油水處理劑沉淀或形成膠團而發(fā)生共淤積，均導(dǎo)致了分散相與連續(xù)相間的作用更為顯著，這也與前面所分析不同含油污泥樣品中懸浮粒子的粒度分布行為相吻合。

2 含油污泥調(diào)質(zhì)破乳實驗

實現(xiàn)含油污泥的資源化、無害化和效益化，一直是油田地面工程及石油工業(yè)環(huán)境污染與防治的追求目標。由此陸續(xù)發(fā)展的各種含油污泥處理技術(shù)也都旨在通過破乳使污泥中的原油分離，并回收至脫水站原油凈化或外輸系統(tǒng)；污水就地回用或排入污水站水處理系統(tǒng)；固相泥質(zhì)則堆存風(fēng)干用于鋪路基或墊井場。

2.1 調(diào)質(zhì)破乳原理

調(diào)質(zhì)破乳就是通過加藥、升溫、攪拌調(diào)質(zhì)，使含油污泥中粘度較大的吸附油發(fā)生脫附或破乳，從而促使油質(zhì)從固相粒子表面分離。這種污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)緣于一系列新型高效高分子破乳劑及清洗劑的發(fā)展，破乳劑和清洗劑可以改變含油污泥顆粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)，破壞膠體粒子族（團）的穩(wěn)定性，提高污泥的脫水性能。然而，化學(xué)助劑的選擇、泥水比、攪拌強度、反應(yīng)溫度和時間仍是影響出油率的重要因素。

2.2 調(diào)質(zhì)破乳實驗裝置及方法

調(diào)質(zhì)破乳實驗裝置主要由下錐形調(diào)質(zhì)罐（容積25L）、機械旋槳式攪拌系統(tǒng)（0～500r/min）、加藥系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)（0～80℃）及刮板收油、污水取樣、泥質(zhì)排污等部分構(gòu)成。

實驗過程中，首先將沉降預(yù)分離后已知含水量、含油量的含油污泥通過加樣口倒入下錐形調(diào)質(zhì)罐，至調(diào)質(zhì)腔與集油腔隔板的高度；設(shè)置并啟動溫控系統(tǒng)加熱升溫，待溫度達到實驗溫度并恒定后，通過加藥-清洗泵投加一定量的破乳劑和清洗劑；設(shè)置攪拌強度、啟動攪拌器，攪拌、勻化，調(diào)質(zhì)破乳過程開始，并同步開始計時；作用一定時間后，打開帶式刮板機，將上層浮油收至集油腔，再分別打開取樣閥門和排泥閥門，取污水和污泥樣品，分別測定水中含油、泥中含水及含油，計算脫水率和除油率，分析調(diào)質(zhì)破乳效果；實驗結(jié)束后，利用加藥-清洗泵噴灑有機溶劑清洗調(diào)質(zhì)罐，并通過排污管排污。

2.3 調(diào)質(zhì)破乳實驗結(jié)果

實驗研究了濃縮析水預(yù)分離后，泥、油、水比例不同的脫水站罐底清淤泥和污水站氣浮浮渣泥兩種含油污泥（見下表）在不同藥劑用量、不同溫度、不同攪拌強度及不同作用時間下的調(diào)質(zhì)破乳效果。

2.3.1 藥劑用量的影響

按照破乳劑和清洗劑2:1的摻混投加比例，分別選擇了總投加量為30mg/L、50 mg/L、70 mg/L、90 mg/L和120 mg/L的5種藥劑用量，在恒溫65℃、攪拌速度300r/min、作用時間40min的實驗條件下，從調(diào)質(zhì)破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，破乳劑和清洗劑的共同調(diào)質(zhì)，使得污泥體系的乳化穩(wěn)定性明顯被破壞，尤其對于油/泥比例較大的脫水站罐底清淤泥，其油相發(fā)生大量的脫附而分離，且隨著藥劑用量的增大，脫水率和除油率均上升。同時，當(dāng)藥劑投加量在50～90mg/L時，脫出水含油量急劇下降并趨于穩(wěn)定。

2.3.2 處理溫度的影響

分別選擇50℃、55℃、60℃、65℃、70℃和75℃的處理溫度條件，在攪拌速度300r/min、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、作用時間40min的條件下，從調(diào)質(zhì)破乳實驗后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，溫度對化學(xué)調(diào)質(zhì)作用效果的影響顯著，與污泥中含油的析蠟特征參數(shù)相吻合，當(dāng)處理溫度達到65℃以上時，兩類污泥的破乳脫水率分別能達到20%和35%以上，破乳除油率分別能達到60%和30%以上，且氣浮浮渣泥破乳分離污水中的含油量能控制在1000mg/L左右。

2.3.3 攪拌勻化速度的影響

依次設(shè)置50r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min和450 r/min的攪拌強度，在恒溫65℃、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、作用時間40min的實驗條件下，從調(diào)質(zhì)破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，對于等量的藥劑投加，攪拌勻化速度過低，在相同作用時間內(nèi)的調(diào)質(zhì)破乳效果不明顯，而攪拌勻化速度過高，則由于構(gòu)建更充分的二次乳化條件而使體系的破乳過程受到抑制，導(dǎo)致污泥脫水率、除油率有所下降，特別是造成污水含油量大大增加，惡化破乳分離污水的水質(zhì)。

2.3.4 調(diào)質(zhì)作用時間的影響

在恒溫65℃、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、攪拌速度300r/min的條件下，改變調(diào)質(zhì)作用時間條件：20min、30min、40min、50min和60min，同理，可得調(diào)質(zhì)破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征，可以看出，作用時間延長，化學(xué)調(diào)質(zhì)分離的效果不斷改善，實驗污泥脫水率、除油率及分離水含油量變化的拐點均在30min以上的區(qū)間。

總之，調(diào)質(zhì)破乳過程對于提高不同類別含油污泥的脫水性能、實現(xiàn)不同類別含油污泥的減容、減量具有重要作用，針對模擬實驗所選污泥樣品，認為適合的藥劑用量（70mg/L）、65℃左右的溫度、適中的攪拌強度（300r/min）與30～60min的作用時間是污泥調(diào)質(zhì)工藝過程的基本操作參數(shù)。

3 含油污泥減量化處理工藝

充分重視含油污泥的減容預(yù)處理，從而以調(diào)質(zhì)破乳-機械脫水工藝為途徑，選擇物理化學(xué)法相結(jié)合的離心分離技術(shù)，進行含油污泥的減量化處理工藝設(shè)計。

3.1 處理工藝設(shè)計及流程描述

按照預(yù)處理減容、化學(xué)調(diào)質(zhì)破乳、機械離心脫水的工序，設(shè)計含油污泥“三段式”減量化處理工藝。

其中，沉降池用于上游來含油污泥的析水減容，然后由提升泵將含油污泥泵入調(diào)質(zhì)罐；調(diào)質(zhì)罐用于減容預(yù)處理后污泥的加藥調(diào)質(zhì)、攪拌勻化和破乳分離，在罐體入口處加藥，對污泥進行調(diào)質(zhì)，增強油和泥的脫附，并罐體內(nèi)部設(shè)攪拌裝置，可對罐內(nèi)調(diào)質(zhì)體系進行攪拌勻化；經(jīng)調(diào)質(zhì)后的污泥從罐體底部由螺桿泵輸送至板式換熱器升溫，然后經(jīng)二次加藥充分混合，進入后續(xù)的離心分離單元進行機械離心脫水、減量；離心機優(yōu)選臥螺式離心機，調(diào)質(zhì)破乳后的污泥進臥螺機進料倉內(nèi)，加速后由螺旋上的進料孔進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力的作用下，進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的污泥很快分成兩層：較重的固相沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成沉渣層，沉渣被螺旋推料器推送到轉(zhuǎn)鼓小端面，在錐形段進一步脫水，進而從轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口被甩出轉(zhuǎn)鼓；而較輕的液相則形成內(nèi)環(huán)分離液層，作為油水混合物外輸；工藝中板式換熱器通過蒸汽鍋爐進行熱源的供給。

3.2 處理工藝單體設(shè)備選擇

根據(jù)所設(shè)計“三段式”減量化處理工藝的流程及其描述，下表列出了該處理工藝的主要單體設(shè)備。

4 結(jié)論及認識

（1）油田含油污泥因來源不同而具有各異的組成特性，但基本都屬于老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體、細菌、鹽類及大量水分等的聚集體，懸浮粒子的粒徑中值小于100μm，自然沉降析水率不超過60%，乳化穩(wěn)定性強。

（2）調(diào)質(zhì)破乳在降低含油污泥的穩(wěn)定性、提高其脫水性能、實現(xiàn)其減容、減量方面有著至關(guān)重要的作用。實驗結(jié)果表明，適合的藥劑用量（70mg/L）、65℃左右的溫度、適中的攪拌強度（300r/min）和半小時以上的作用時間是調(diào)質(zhì)過程的基本工藝操作參數(shù)。

（3）基于預(yù)處理減容、化學(xué)調(diào)質(zhì)破乳、機械離心脫水的工序，設(shè)計了含油污泥“三段式”減量化處理工藝，并綜合主體工藝結(jié)構(gòu)及動力源、熱源等各方面，按照功能要求選擇了主要的單體設(shè)備。