含油污泥超聲強化熱洗處理工藝研究

王永平，宗廷貴，張雷

（1.寧夏石化公司，寧夏銀川750026；2.東北石油大學，黑龍江大慶163318）

含油污泥超聲強化熱洗處理工藝研究

王永平1，宗廷貴1，張雷2

（1.寧夏石化公司，寧夏銀川750026；2.東北石油大學，黑龍江大慶163318）

筆者研究了油田含油污泥的理化特性，探討了調質-超聲破乳-離心分離工藝處理油泥的可行性，進行了現(xiàn)場工業(yè)化應用試驗，確定了工藝參數(shù)，在最優(yōu)參數(shù)下該工藝處理后離心出口污泥含油小于2%。

含油污泥；調質；超聲波；離心

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類含油污泥組成成分極其復雜，含有油及其伴生膠質、瀝青質、膠體、固體懸浮物、細菌、腐蝕產(chǎn)物等，其為黏稠狀，顆粒細密，乳化嚴重［1，2］；鑒于此，筆者采用調質提高油泥流動性，采用超聲破乳，降低油泥穩(wěn)定性，改善油泥分離性能，采用離心分離技術對油泥進行最終處理，確保離心分離后出泥含油小于2%。

1　油泥樣品及基本性質分析

含油污泥外觀為黑色，黏稠狀，基本參數(shù)測定結果（見表1），結果顯示無論是總含油還是重質油含量都較高，顆粒細密，雜質較少，呈明顯的分布較均勻的“油泥”形態(tài)。

由表1可見，油泥中重質油占油的40%～50%，比例較高。而重質油的含量及組分對油泥的破乳分離有著重要影響，特別是重質油中瀝青質和膠質。瀝青質是原油中相對分子質量最大、具有極性、密度大于1的褐色或黑色非晶型固態(tài)物質，其通常以膠粒的形式聚集成膠團沉降至罐底。膠質是一種高極性和表面活性物質，在運移過程中受熱或氧化而轉變?yōu)闉r青質而沉降至罐底部。油泥中瀝青質含量有明顯富集，達到1%～5%，而原油中瀝青質在1%以下，造成這一結果在于膠質部分氧化縮聚為瀝青質，這也是為什么油泥中膠質含量低的原因［3］。

表1　油泥樣品基本參數(shù)的分析結果

2　油泥處理工藝

含油污泥特性顯示其含油量高，油水乳化程度高，內(nèi)含大量化學藥劑，分離困難。因此須采用一定的手段改善油泥的物性，增加流動性，改善油泥的分離性能。基于油泥特性及污泥超聲破乳除油的研究結果，課題采用機械調質-高溫熱水清洗-超聲破乳氣浮除油-離心脫水技術處理含油污泥，對處理后殘渣進行固化資源化處理，具體工藝流程（見圖1）。

圖1　含油污泥處理工藝流程

污泥通過調質改善流動性，進入高溫熱化學清洗裝置，通過加熱盤管控制清洗溫度，同時投加清洗劑去除污泥中大部分油，污油進入回收系統(tǒng)再處理利用，剩余含油污泥則進入超聲破乳氣浮除油裝置，利用超聲破乳氣浮除油技術促進將剩余難以破乳油分離回收，經(jīng)過除油后污泥進入離心分離機，在復配絮凝劑作用下，離心脫水實現(xiàn)污泥減量化，離心后水重新進入體系進一步用于污泥的調質。經(jīng)過上述工藝處理后污泥含油量低于2%，達到某污水處理場規(guī)定油泥再利用指標，保證后繼剩余含油污泥資源化利用。課題對含油污泥處理工藝處理參數(shù)進行了優(yōu)化，研究污泥脫水除油的效果。

2.1高溫熱水清洗油泥參數(shù)優(yōu)化及效能研究

污泥收集后進入集泥坑，通過污泥泵打入機械調質罐，同時加入一定量清水（運行后將離心后水重新打入系統(tǒng)），控制溫度在35℃，調節(jié)后保持污泥含泥量在2%～3%，采用攪拌槳將污泥和水混勻，將污泥打入高溫熱水清洗罐，罐前設置清洗劑加藥系統(tǒng)，對清洗劑不同加藥量以及不同清洗溫度下污泥清洗效果進行了研究。

圖2　不同溫度油泥清洗效果

2.1.1不同溫度油泥處理效果的研究控制清洗劑投加量為1%前提下，通過蒸汽盤管開啟度控制熱水溫度，研究不同溫度熱水清洗后清洗罐進出口含油率變化，結果（見圖2）。

由圖2可見，油去除率隨清洗液溫度升高而升高，這是因為溫度升高，石油黏度降低，含油污泥中的油與泥吸附力減弱，油在較高溫度下從泥砂表面解吸從而游離出來。在35℃到60℃去除率提高了28%，而60℃到80℃去除率僅提高了7%。超過60℃后油泥清洗效果變化不明顯，同時溫度過高，高溫時水分蒸發(fā)加快，熱能散失加劇，設備能耗增加，考慮實際處理工程的經(jīng)濟性，清洗溫度60℃為宜。同時該溫度能夠保證進入超聲系統(tǒng)的溫度在55℃～60℃，避免污泥降溫或二次加熱［4，5］。

2.1.2不同量清洗劑油泥處理效果的研究為了提高油泥的分離效果，在投加高溫熱水清洗條件下，加入篩選復配的清洗劑，控制清洗溫度60℃，研究不同清洗劑投加量條件下油泥清洗效果結果（見圖3）。

圖3　清洗劑加藥濃度對油泥清洗效果

由圖3可見，藥劑濃度在0.5%～2%條件下，隨著清洗劑濃度加大，清洗除油效率逐漸提高，因為在復配清洗劑作用下，硅酸鈉在泥中物質反應生成表面活性劑以及加入十二烷基苯磺酸鈉共同實現(xiàn)油泥的破乳，利于污泥中油的脫除，清洗后油泥殘油率達到0.3%以下。當加藥量為1%濃度時，清洗后油泥含油率達到0.34%，再增加藥劑用量清洗效果改善并不明顯，主要在于調質過程中控制處理系統(tǒng)中污泥含量為2%～3%，來液固液比穩(wěn)定，清洗劑用量相對穩(wěn)定。有文獻顯示，過大藥劑用量，其與油泥作用會導致乳化界面活性減弱，乳化增強，水洗效果反而變差。

2.1.3清洗時間對油泥處理效果的研究清洗劑作用于污泥時間長短會影響到其與污泥的接觸幾率以及進入乳化界面膜的概率，從而影響清洗效果。試驗過程中通過改變污泥泵流速控制污泥在清洗罐停留時間，研究不同停留時間清洗污泥后油的去除率，結果（見圖4）。

圖4　清洗劑作用時間對油泥清洗效果影響

由圖4可見，隨著清洗時間延長，清洗除油效率逐漸提高，在復配清洗劑作用下，因為清洗劑與油泥有一個相互作用過程，清洗劑緩慢進入油泥界面膜，與形成界面膜的極性分子發(fā)生相互作用［6］，時間在40 min，超過這一時間，清洗效果提高并不明顯，說明清洗劑完成了油泥界面膜相互作用，因此控制反應器清洗時間為40 min。

2.2超聲破乳氣浮參數(shù)優(yōu)化及效能研究

含油污泥處理系統(tǒng)中，超聲作用在于破乳，經(jīng)破乳后污油要上浮收集走才能保證油的去除。

圖5　不同破乳劑加藥量條件超聲破乳除油效果

污泥進入超聲氣浮除油系統(tǒng)，首先利用超聲作用破乳，為了提高效果在超聲破乳基礎上投加一定量的破乳劑，基于現(xiàn)場要求，破乳劑為現(xiàn)場應用的特定破乳劑，由于存在超聲強化作用，因此將破乳劑投加量控制相對較低，在超聲運行參數(shù)為20+20 kHz雙頻作用下，聲強0.8 W/cm2，作用時間20 min，溫度55℃～60℃條件下，研究了不同破乳劑投加量對除油效果影響，結果（見圖5）。

從圖5可見，破乳劑投加量10 mg/L系統(tǒng)就有較好效果，油去除率能夠達到84%，出口油泥中油含量低于0.1%，且再提高加藥量對于油去除效果提高不明顯，造成這方面的原因在于超聲本身起到一定的破乳作用，其次超聲促進了破乳劑與界面的接觸作用，加速降低界面膜強度，從而提高破乳效果。破乳劑作為一種表面活性劑，投加量過大，可能會在破乳油水界面重新形成新的界面膜，導致重新乳化，因此藥劑用量較低。應用超聲破乳除油技術脫出熱化學清洗后油泥剩余油，是保證脫水后污泥油含量≤2%關鍵技術。

2.3離心分離參數(shù)優(yōu)化及效能研究

2.3.1離心分離參數(shù)優(yōu)化及效能研究含油污泥離心脫水是在離心力的作用下，利用固、液兩相的密度差實現(xiàn)兩相分離。影響污泥離心脫水因素有離心機本身不可調節(jié)機械因素，也有可調節(jié)非機械因素，如絮凝劑投加量、離心轉速、污泥處理工藝、差速比等。由于差速比調節(jié)困難，在試運行階段，根據(jù)污泥泥質，設定固定差速比，在此基礎上，主要研究了絮凝劑和離心轉速對于污泥脫水的影響。

2.3.2絮凝劑投加量對脫水效果影響在污泥離心脫水過程中，由于污泥較為細碎，直接進入離心機，顆粒和水之間的密度差較小，必須投加絮凝劑，在絮凝劑作用下形成大顆粒的絮體，易于離心分離，但絮凝劑投加量過大可能出現(xiàn)膠體重新脫穩(wěn)問題。室內(nèi)試驗選擇聚合氯化鐵和UT6-4有機絮凝劑復配，確定了復配的配方，在此基礎上對絮凝劑不同加藥量離心脫水效果進行了研究，其中進口含泥量控制2%～3%，離心機轉速設為2 500 r/min，結果（見圖6）。

圖6　不同絮凝劑投加量污泥離心脫水效果

由圖6可見，絮凝劑投加量顯著影響污泥脫水效果，在上述工況下，隨著絮凝劑投加量加大，離心出口泥含油基本穩(wěn)定在1.5%左右，含水率逐漸降低，絮凝劑加藥量達到2%時含水率最低，此時離心脫出水中油和懸浮固體含量也較低。隨著絮凝劑投加量繼續(xù)增加，泥中含水率基本不變，絮凝劑加藥量達到3%時，出口泥含水量略有增加，水中油和懸浮固體也在增加，效果變差，主要原因在于過量絮凝劑導致膠體顆粒表面電荷逆轉，脫穩(wěn)膠體重新變?yōu)閼腋☆w粒。其次過量絮凝劑會對膠粒表面產(chǎn)生保護作用，不利于絮凝發(fā)生。因此，控制絮凝劑投加量在2%較為合適。

2.3.3離心機轉速對于離心脫水效果影響脫水效果受離心力影響，而離心力與轉速之間有如下關系：

從式中可見，離心力與轉鼓轉速的平方成正比，即轉速越高，分離因素越大，分離效果將越好。但高的轉速對材料的要求高，機器的磨損，動力消耗、振動及噪音都相應增加。而且轉速過大可能會導致絮凝污泥絮體破碎，脫水效果變差，因此研究了不同離心轉速脫水效果，結果（見圖7）。

圖7　離心機轉速對污泥離心脫水效果影響

從圖7可見，隨著離心轉速增加，離心力發(fā)生改變，從而改變污泥脫水效果。在轉速2 500 r/min以下，出泥含水率隨著轉速增加而降低，超過2 500 r/min，出泥含水率變化不大，而且離心脫出水中懸浮固體含量不再增加。這是由于污泥懸浮物是通過絮凝劑作用而凝結的絮體，并不穩(wěn)定，隨著離心機轉速的增大，離心力也隨之增大，當離心力大于相對穩(wěn)定的絮體內(nèi)部吸引力后，絮凝作用失效，膠合物穩(wěn)定系統(tǒng)被破壞，因此，污泥離心脫水轉速控制在2 500 r/min。

3　結論

（1）油泥膠質和瀝青質含量高，處理過程中需要降低油和固體顆粒之間的吸附性能，提高油泥的分離效果。

（2）提出了機械調質+高溫熱化學洗滌+超聲破乳氣浮除油+離心分離污泥脫水除油技術。控制清洗時間40 min，清洗劑加藥量1%，熱水溫度60℃，進行高溫清洗，油去除率達到85%，再超聲作用20 min，破乳劑投加量10 mg/L，可去除剩余油85%。實驗室條件下，絮凝劑加藥量為2%，離心機轉速2 500 r/min，脫水后污泥含水80%以下，含油2%以下，達到剩余污泥資源化再利用規(guī)定的含油標準。

［1］李凡修.國外含油污泥處理技術［J］.石油化工環(huán)保，1991，（4）：53-54.

［2］徐如良，王勒勤，孟慶鵬.工業(yè)油罐底油處理現(xiàn)狀與實驗探索［J］.石油化工安全技術，2007，19（3）：36-39.

［3］FadhilM.Salih，Avin E.Pillay，Kirthi Jayasekara.Levels of radium in oily sludge［J］.International Journal of Environmental and Analytical Chemistry，2005，85（2）：141-147.

［4］Fluch H.W.Separation of oil and water from oil refinery sludge［J］.Filtration separation，1982，（9）：18-22.

［5］Hall D.An Overview of Solvent Extraction Technology［J］. Environmental Progress，1990，（92）：26-30.

［6］周高華，方善如，張劍鳴，等.含油污泥脫水設備與技術［J］.化工機械，2003，30（5）：306-311.

Study on ultrasonic intensified heating cleaning technique for oily sludge

WANG Yongping1，ZONG Tinggui1，ZHANG Lei2
（1.Ningxia Petrochemical Company，Yinchuan Ningxia 750026，China；2.Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163318，China）

The authors has analyzed the chemical and physical properties of oily sludge，studied the feasibility of oily sludge treatment approach of conditioning-ultrasonic dehydrationcentrifugalization，and carried out field experiment of application for industrial use，after which the technique parameters are fixed.Under the optimal parameters，the oil contained in the sludge at the centrifuge outlet is less than 2%.

oily sludge；conditioning；ultrasonic；centrifugalization

X703

A

1673-5285（2016）10-0145-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.034

2016－08-23