兩步法處理稠油污泥的工藝實(shí)驗(yàn)研究

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(廣東石油化工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

稠油污泥是一種典型的含油污泥，主要產(chǎn)生于稠油開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及稠油廢水處理等過程[1-3]；含有蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體以及阻垢劑、凝聚劑和殺菌劑等化學(xué)藥劑，是一種水包油和油包水型穩(wěn)定體系[4-6]。若處置不當(dāng)將危害周邊環(huán)境，甚至威脅人類健康[7-8]。

稠油污泥的含油率一般高于20%，最高可達(dá)50%，回收價(jià)值高[9]；但其成分復(fù)雜、黏度大、顆粒細(xì)、乳化程度高、脫水困難[10]。溶劑萃取能回收大部分石油類物質(zhì)，由于萃取劑價(jià)格昂貴，且在處理過程中有一定的損失，導(dǎo)致處理成本高[11-12]；焚燒通常需要消耗助燃劑，成本高，且存在煙氣二次污染風(fēng)險(xiǎn)[13-15]。熱解吸能有效回收油氣，但對(duì)設(shè)備要求高，投資運(yùn)行成本較高[16-18]；固液分離法能回收油泥中大部分石油，工藝較容易實(shí)現(xiàn)，主要的研究方向是開發(fā)高效、低成本的破乳劑[19-23]。

稠油污泥首先采用熱化學(xué)破乳，后配合氣浮分離回收原油，凈化土壤，洗液循環(huán)使用；該工藝處理成本低，操作性強(qiáng)，可有效實(shí)現(xiàn)稠油污泥減量化、資源化、無害化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

稠油污泥樣品取于東北某采油廠，含油率38.06 %～40.74 %、含水量為5.81 %～10.28 %、含固率51.24 %～55.79 %，外觀呈黑褐色；自制破乳劑(Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)20～23%，為白色粉末狀，10 %水溶液為無色透明狀，pH值3～5)；甲苯、無水硫酸鈉、硅酸鎂、分析純；四氯化碳，優(yōu)級(jí)純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 稠油污泥中石油類物質(zhì)分離條件優(yōu)化

稱取25 g稠油污泥于100 mL燒杯中，按比例加水稀釋，調(diào)節(jié)pH值，緩慢攪拌使稠油污泥樣品分散均勻，水浴加熱達(dá)到指定溫度后加入復(fù)合破乳劑，攪拌條件下完成熱化學(xué)破乳后靜置冷卻至室溫，分離出上層浮油，熱化學(xué)破乳分離完成。接著進(jìn)行氣浮除油，調(diào)節(jié)曝氣時(shí)間和曝氣量，氣浮分離結(jié)束后，再次分離出上層浮油，泥水混合液真空抽濾，測定泥餅含油率及脫水時(shí)間[24-25]。

1.2.2 濾液循環(huán)回用

優(yōu)化條件下，原油回收后的泥水混合液進(jìn)行真空過濾，對(duì)分離液補(bǔ)水，調(diào)pH值、補(bǔ)加適量破乳劑(以Al2O3含量計(jì))，進(jìn)行新一輪的稠油污泥分離試驗(yàn)，考察分離效果。

1.2.3 分析檢測方法

稠油污泥含水率的測定以甲苯為溶劑，采用石油產(chǎn)品水分測定法(GB/T260-1977)[26-27]；含油率測定采用土壤中石油類紅外分光光度法測定[28-29]；含沙率為除去油和水含量后計(jì)算得出；Al2O3含量的測定采用氧化鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法[30-31]。

2 結(jié)果與討論

2.1 分離條件對(duì)稠油污泥分離效果的影響

查閱相關(guān)文獻(xiàn)[32-36]，選定一系列因素對(duì)稠油污泥分離條件進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明加熱可提高體系中分子運(yùn)動(dòng)，增加粒子碰撞頻率，利于乳化體系脫穩(wěn)；另外加熱會(huì)降低油泥的粘度，利于后續(xù)破乳劑混合均勻發(fā)揮最大效應(yīng)。隨著溫度的上升，泥餅含油率迅速下降，當(dāng)溫度高于80 ℃時(shí)，泥餅含油率趨于穩(wěn)定，約為1.5%，真空脫水時(shí)間小于50 s(圖1-A)。

油泥中的瀝青質(zhì)、膠體含有羧基等活性基團(tuán)，且堆放過程中產(chǎn)生氧化作用也會(huì)產(chǎn)生羧基等活性基，導(dǎo)致油泥破乳脫穩(wěn)困難。酸性條件下，乳化體系中氫離子可與羧基結(jié)合破乳脫穩(wěn)。當(dāng)混合液pH值小于6時(shí)，除油后混合液真空脫水時(shí)間小于50 s，泥餅含油率小于2 %(圖1-B)。

當(dāng)破乳劑投加量增加時(shí)，泥餅含油率先降低，后上升，當(dāng)破乳劑投加量為0.5 %時(shí)，泥餅含油率為1.3 %(圖1-C)。當(dāng)破乳劑投加量超過0.5 %時(shí)，體系發(fā)生反向轉(zhuǎn)化而重獲穩(wěn)定，泥餅含油率上升。

泥餅含油率隨著稀釋液固比的增加逐漸下降，當(dāng)液固比超過4以后，油-水-泥三相分層迅速、界面清晰、水相清澈(圖1-D)。

泥餅含油率隨著攪拌速度和攪拌時(shí)間增加先降低、后趨于平穩(wěn)，最后上升(圖1-E和圖1-F)。攪拌過程中，破乳劑與油泥發(fā)生作用使體系破乳脫穩(wěn)，泥餅含油率逐漸下降，當(dāng)攪拌速度和攪拌時(shí)間分別處在200～250 r·min-1和25～30 min時(shí)，泥餅含油率較低；但高速攪拌和長時(shí)間攪拌均會(huì)使分離出的油在液相中形成水包油的乳狀體系，體系脫水困難，泥餅含油率上升。

隨著曝氣量和曝氣時(shí)間的增加，泥餅含油率逐漸降低，當(dāng)曝氣量大于3.5 m3·m-3·h-1和氣浮時(shí)間超過25 min時(shí)，泥餅含油率不再下降(圖1-G和圖1-H)。

圖1 不同溫度、混合液pH值、破乳劑投加量、液固比、攪拌時(shí)間、攪拌速度、曝氣量和曝氣時(shí)間對(duì)稠油污泥分離效果的影響

2.2 稠油污泥處理綜合試驗(yàn)

固定溫度80℃，破乳劑投加量0.5 %，混合液pH值為6，液固比為4∶1，攪拌速度200 r·min-1，攪拌時(shí)間為25 min，曝氣量為3.5 m3·m-3·h-1，氣浮時(shí)間為 25 min的條件下平行試驗(yàn)六次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除油后泥水混合液脫水30～50 s即可使泥餅干裂，泥餅含油率小于2 %(表1)；處理后的油-水-泥混合液靜置分層界面清晰。

表1 稠油污泥處理的綜合試驗(yàn)結(jié)果

2.3 濾液回用試驗(yàn)

兩步法處理稠油污泥的分離液回用于新稠油泥樣的稀釋，可實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。對(duì)處理后的泥水混合液進(jìn)行離心脫水，離心液的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小，略有混濁。按照上述優(yōu)化條件要求補(bǔ)加破乳劑、調(diào)pH值，進(jìn)行下一輪的油泥分離實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明泥餅含油率小于2 %，泥水混合液脫水時(shí)間小于50 s(表2)，脫水性能良好，分離液能有效回用。

表2 稠油污泥濾液回用次數(shù)對(duì)油泥分離效果的影響

3 結(jié)論

采用熱化學(xué)破乳和氣浮分離相結(jié)合處理稠油污泥，回收石油，凈化土壤。優(yōu)化條件下，兩步法處理稠油污泥后的泥砂水混合液真空脫水50 s左右泥餅即可干裂，泥餅含油率低于2%，濾液回用效果理想。