含油污泥處理藥劑優(yōu)化和應(yīng)用

裴艷玲（大慶油田工程有限公司）

含油污泥的產(chǎn)生伴隨著整個(gè)油田的開發(fā)全過(guò)程[1]。原油開采過(guò)程中形成的大量落地油，原油集輸和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中等形成的污泥，以及含油污水處理過(guò)程中形成的大量含油污泥，使得近年來(lái)含油污泥的產(chǎn)出量不斷升高。由于含油污泥本身增加處理難度，以及環(huán)保對(duì)污泥的要求越來(lái)越嚴(yán)格，含油污泥已經(jīng)被列入危險(xiǎn)廢棄物；因此，含油污泥的處理越來(lái)越重要。現(xiàn)階段廣泛使用的污泥處理方法仍是以物理化學(xué)法為主，其中調(diào)質(zhì)-離心工藝被廣泛使用，它具有操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[2]。此工藝的核心是清洗劑和破乳劑，兩種藥劑可以大幅度提高含油污泥處理量?，F(xiàn)今油田污泥清洗劑和破乳劑雖然種類繁多，但應(yīng)用效果均不理想，增加了含油污泥處理的運(yùn)行成本[3]。

本研究的主要目的為針對(duì)現(xiàn)有多種化學(xué)清洗劑和破乳劑進(jìn)行優(yōu)選，然后根據(jù)其特性進(jìn)行復(fù)配優(yōu)化，形成新型復(fù)合藥劑。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用污泥

含油污泥取自大慶油田杏北含油污泥處理站，其含油量為20%～30%。實(shí)驗(yàn)前將含油污泥放置于容器內(nèi)，將大塊粉碎，然后放入攪拌器內(nèi)攪拌30 min，使污泥中不同組分混合均勻。

1.2 污泥調(diào)質(zhì)-離心處理藥劑篩選優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法

調(diào)質(zhì)處理方法：采用圖1所示的多級(jí)串聯(lián)控溫?cái)嚢杵鲗?duì)預(yù)處理后的污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)，每個(gè)工作腔都采用獨(dú)立控溫。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先向污泥中加入一定量水使其呈現(xiàn)流動(dòng)性，然后設(shè)置溫度參數(shù)，進(jìn)行加熱，加入實(shí)驗(yàn)藥劑，開啟攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。

圖1 調(diào)質(zhì)裝置示意圖

離心處理方法：將調(diào)質(zhì)后的污泥樣品靜置90 min后，取下層泥水混合物加入750 mL 離心筒中，置于離心機(jī)內(nèi)在3 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心處理5 min，去除離心試管上層油水樣，取底部污泥測(cè)定其油量。

2 污泥調(diào)質(zhì)-離心處理藥劑篩選和優(yōu)化

2.1 清洗劑篩選和優(yōu)化

高界面活性是污泥清洗劑的核心，高表面活性劑能夠改變污泥中不同相界面性質(zhì)，使得各相之間的界面張力降低，使得各相中物質(zhì)容易釋放出來(lái)[4]。選取9 種在用污泥清洗劑，依次編號(hào)為SQ-01、SQ-02、SQ-03、SQ-04、SQ-05、SQ-06、SQ-07、SQ-08、SQ-09。設(shè)置空白組，編號(hào)為SQ-00。

將含油污泥均等分為10 份，每份再分為A、B兩組做平行實(shí)驗(yàn)。清洗劑加量為1 000 mg/L。污泥調(diào)質(zhì)-離心處理參數(shù)見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 調(diào)質(zhì)離心參數(shù)

表2 不同清洗劑的污泥除油效果

由表2 可知，在清洗劑SQ-08 的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L 時(shí)，作為調(diào)質(zhì)-離心藥劑污泥的除油率最高，達(dá)到83.52%。

為改善清洗劑在實(shí)際應(yīng)用中的效果，需要向清洗劑中加入一定量的堿性物質(zhì)，使得清洗劑在使用時(shí)呈現(xiàn)一定的堿性，形成堿洗。常用的堿性添加物質(zhì)有碳酸氫鈉（NaHCO3）和多聚磷酸鹽。因此，將碳酸氫鈉、焦磷酸鈉（TSPP）和清洗劑SQ-08進(jìn)行復(fù)配，形成復(fù)合污泥清洗劑，命名為SQZ-01，藥劑混配比例見表3。

表3 復(fù)合清洗劑SQZ-01成分

在清洗劑SQZ-01和SQ-08的加藥量為1 000 mg/L條件下，對(duì)初始含油量為21.32%的含油污泥樣的處理效果見圖2。投加SQZ-01的污泥處理后含油量為1.95%，滿足黑龍江鋪設(shè)、墊設(shè)井場(chǎng)用污泥的含油量標(biāo)準(zhǔn)要求（＜2%)。

復(fù)合清洗劑SQZ-01 在不同加藥量下的污泥清洗效果見圖3。由圖3可知，當(dāng)SQZ-01加藥量為0～1 500 mg/L 時(shí)，隨著加藥量增高，含油污泥含油量去除率不斷升高；當(dāng)藥劑濃度大于1 000 mg/L 時(shí)，含油量去除率并沒(méi)有顯著升高，而是趨于穩(wěn)定，說(shuō)明1 000 mg/L 是最佳加藥量；因此，初步確定其加藥濃度為1 000～1 500 mg/L。

圖2 清洗劑SQZ-1和SQ-8的污泥處理效果

圖3 不同復(fù)合藥劑SQZ-01加藥量的污泥清洗效果

2.2 破乳劑篩選和優(yōu)化

為增強(qiáng)含油污泥中油相、水相、污泥相之間分離效果，在含油污泥的處理過(guò)程中需要加入破乳劑達(dá)到三相分離的效果。因此，破乳劑需要考慮兩個(gè)方面：降低水相含油量；改變界面性質(zhì)，使界面流動(dòng)性增強(qiáng)[5]。選取SP-01、SP-02、SP-03、SP-04、SP-05、SP-06、SP-07、SP-08、SP-09、SP-10、SP-11、SP-12、SP-13、SP-14共14種破乳劑進(jìn)行篩選和優(yōu)化。破乳劑篩選實(shí)驗(yàn)條件見表4。

表4 破乳劑篩選實(shí)驗(yàn)參數(shù)

取預(yù)處理后的污泥，平均分成15 份（每份再分A、B 兩組作為平行實(shí)驗(yàn)），按照調(diào)質(zhì)實(shí)驗(yàn)條件，將14 種破乳劑按濃度為150 mg/L 加入到各自對(duì)的污泥樣中，設(shè)置空白對(duì)照組。破乳劑評(píng)價(jià)效果如圖4所示。

從圖4 可以看出，破乳劑SP-05 處理組水相含油量最低，說(shuō)明該破乳劑滿足對(duì)降低水相含油量的要求，但脫水率只有14%，表明該破乳劑降低水相含油量的效果好，而在脫水率上作用不明顯；對(duì)于SP-10破乳劑，雖然水相中含油量較高，但是在脫水性能上表現(xiàn)較好，120 min 脫水率達(dá)到25%，遠(yuǎn)高于其他類型破乳劑。

圖4 破乳劑單劑的污泥處理效果

為更好地解決污泥中油相、水相、污泥相分離效果，利用藥劑協(xié)同作用，即將SP-05和SP-10按照1∶1 進(jìn)行互配，形成新型復(fù)合破乳劑，命名為SPG-1。

為評(píng)價(jià)復(fù)合破乳劑SPG-1的污泥處理效果，選用油相水含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在燒杯中加入污泥用清洗劑SQZ-01 處理后得到上層浮油，向其中加入100 mg/L破乳劑SPG-1，在60 ℃、120 r/min的條件下攪拌60 min，靜沉8 h 后取樣測(cè)定油相水含量。檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 幾種破乳劑的污油脫水效果

由表5 可知，復(fù)合破乳劑SPG-1 對(duì)油相中含水率的降低效果優(yōu)于單劑SP-05 和SP-10，且也優(yōu)于污泥站在用破乳劑。

由圖5 可知，隨著SPG-1 加藥量升高，油相中含水率隨之下降；在加藥量為200 mg/L以內(nèi)的情況下污泥水含量的下降速度較快，因此，SPG-1加藥量應(yīng)在100～300 mg/L之間。

3 污泥調(diào)質(zhì)-離心處理參數(shù)優(yōu)化

為進(jìn)一步確定現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝參數(shù)，結(jié)合污泥處理站現(xiàn)有處理工藝參數(shù)和室內(nèi)清洗劑與破乳劑藥劑濃度優(yōu)化結(jié)果，選取泥水比例、泥水混合物攪拌時(shí)間、熱洗溫度、清洗劑與破乳劑加藥量4 個(gè)因素，應(yīng)用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)表格進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，結(jié)果分析見表7。

圖5 破乳劑SPG-1加藥量對(duì)其污油脫水效果的影響

表6 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

表7 正交實(shí)驗(yàn)直觀分析

由表7 可知，處理后的污泥含油量隨泥水比、攪拌時(shí)間、處理溫度和加藥量增大均呈單調(diào)降低的趨勢(shì)。由于含油污泥處理的最主要目標(biāo)為將處理后污泥的含油量降至最低，因此，污泥處理的最佳工藝參數(shù)如下：污泥與水的比例為1∶5，污泥攪拌時(shí)間為90 min，攪拌溫度為70 ℃，清洗劑加量為1 500 mg/L，破乳劑加量為300 mg/L。根據(jù)極差R的大小可以判斷出每個(gè)因素對(duì)污泥含油量的貢獻(xiàn)大小，也就是對(duì)污泥除油效果的影響程度大小。由表7 極差值可知，4 個(gè)因素對(duì)處理后污泥含油量的影響從大到小的順序?yàn)椋核巹┘尤肓浚疚勰鄶嚢钑r(shí)間＞攪拌溫度＞污泥和水的比例。

表8 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

由表8 可知，清洗劑+破乳劑混合加藥量的偏差平方和與F 比最大，因此，在整個(gè)工藝中對(duì)含油量影響最大的為清洗劑+破乳劑加藥量（顯著性）；攪拌時(shí)間的F 比大于F 臨界值，且偏差平方和較大，也是該工藝對(duì)含油量影響顯著的因素；泥水比和攪拌溫度為不顯著因素?，F(xiàn)場(chǎng)工藝運(yùn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)更多地關(guān)注調(diào)整加藥量和攪拌時(shí)間2個(gè)因素，這樣能夠較好地優(yōu)化處理后污泥的含油量。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行效果

污泥處理藥劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)地點(diǎn)為大慶某含油污泥處理站。如圖6 所示，該站污泥處理以調(diào)質(zhì)-離心工藝為主，輔助污泥的分流等預(yù)處理工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)含油污泥的深度處理。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間的污泥處理工藝參數(shù)按照室內(nèi)優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行（表9）。

圖6 污泥處理工藝示意圖

表9 污泥處理藥劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝參數(shù)

污泥處理劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間，污泥處理站處理前后污泥含油量的變化情況如圖7 所示。從圖7 可以看出，雖然現(xiàn)場(chǎng)對(duì)污泥進(jìn)行一定的預(yù)處理分流，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)污泥混合均勻，導(dǎo)致了不同批次試驗(yàn)的處理后污泥含油量存在顯著差異性。在20 批次處理中有15 批次處理后污泥的含油量達(dá)到2%以下，合格率為75%。

圖7 污泥處理前后污泥含油量變化情況

a b圖8 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間污泥處理前后污泥固含量和含水率的變化情況

由圖8可知，處理后污泥固含量明顯升高，含水率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

5 結(jié)論

1）通過(guò)室內(nèi)藥劑篩選和復(fù)配，研制出復(fù)合清洗劑SQZ-01 和復(fù)合破乳劑SPG-1。與現(xiàn)有藥劑相比，清洗劑SQZ-01將污泥除油率由82.13%提高到90.85%；復(fù)合破乳劑SPG-1將污泥處理過(guò)程中回收污油的水含量從0.89%降低到0.54%。

2）通過(guò)室內(nèi)工藝參數(shù)優(yōu)化，確定了最優(yōu)污泥調(diào)制-離心處理工藝參數(shù)：泥水比為1∶5，攪拌時(shí)間為90 min，攪拌溫度為70 ℃，清洗劑SQZ-01加量為1 500 mg/L，復(fù)合破乳劑SPG-1加量為300 mg/L。

3）在20批次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，有15批次處理后污泥含油量能夠滿足鋪設(shè)、墊設(shè)井場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求（＜2%），合格率為75%。