調理吸附穩(wěn)定法處理低含油沉積物＊

王田麗 桂召龍 韓 霞 李瑤瑤

(中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司)

0 引 言

原油生產過程中，原油沉降及采出水凈化處理等環(huán)節(jié)，會產生富含礦物油的沉積物，主要由沙粒、泥土、沉積絮體、原油、微生物等混合形成。根據《國家危險廢物名錄》(2016版)，該沉積物屬于危險廢物，若不合理處置，對環(huán)境危害較大。

針對含油沉積物的處理，主要處理工藝為化學清洗、熱解析、熱脫附、生物修復等[1]。勝利油田孤島某污水池底部部分沉積物，屬于低含油、低含水污泥，由于處理工期緊，采用以上處理工藝存在一定局限性。綜合考慮各類技術的特點、能耗及現場實際情況，采用調理吸附穩(wěn)定工藝對污水池部分低含油、低含水沉積物進行處理。

1 沉積物性質及處理要求

孤島某污水池底部沉積物含油量為4%～30%，含水量為40%～80%，隨沉積深度增加，含水量和含油量均呈增加趨勢，而表層至―0.5 m范圍內的沉積物含油量<5%、含水量<60%，屬于低含油、低含水污泥，具體數據見表1。

表層往下0.5 m范圍內沉積物浸出液檢測結果見表2，重金屬含量均在控制指標范圍內，主要超標物質為COD、石油類、氨氮等，超標主要原因是沉積物中礦物油含量超標。

依據沉積物性質分析結果，沉積物處理的重點是降低礦物油含量。項目執(zhí)行SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術要求》，要求處理后的沉積物固相中含油量低于2%，處理后含油污泥可用于鋪設井場的材料等。

表1 不同深度沉積物含水量和含油量分析結果

表2 表層以下0.5 m范圍內沉積物浸出液檢測結果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標準》。

2 處理技術的選擇

由表1數據得知，污水池底泥含油量隨沉積深度不同呈現差異化。參照 HJ 607—2011《廢礦物油回收利用污染控制技術規(guī)范》規(guī)定，含油量>5%污泥處理時需要考慮礦物油的回收，因此含油量大于5%的高含油污泥一般采取熱解或清洗等處理方法，回收其中的礦物油，或采取焚燒處理方式，利用其熱值。而含油量小于5%的低含油污泥一般采取固化、生物修復等方法，固定或分解礦物油，達到降低污染的目的。

孤島某污水池上層沉積物含油量<5%，不適合采取清洗、焚燒處理工藝；沉積物含有較多石子等雜質，顆粒粒徑大，不適合調剖處理工藝；項目要求處理后的沉積物固相中含油量低于2%，不宜采用處理成本高的熱解等深度除油工藝。不同處理技術的適應性選擇見表3。

從沉積物性質出發(fā)，比較適合采用穩(wěn)定化和生物修復的處理方式，但綜合考慮項目處理工期的要求，最終選擇采用處理量大、處理效率高的穩(wěn)定化處理技術。

表3 不同處理技術的適應性選擇

3 調理吸附穩(wěn)定藥劑

項目采用的穩(wěn)定化處理技術是通過投加調理吸附穩(wěn)定藥劑，通過物理化學作用，將沉積物中的有機物、重金屬等污染物轉化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。藥劑主要成分包括分散劑、吸附劑、支撐劑、增效劑等，其中分散劑為氧化鈣、氫氧化鈣、氧化鎂或氫氧化鎂等，吸附劑為粉煤灰、硅藻土等，支撐劑為工業(yè)水泥等，增效劑為硅酸鈉等。分散劑作用是提高含油污泥的松散性，增加含油污泥孔隙度，利于藥劑接觸到有機物，提高對有機物的吸附效率。吸附劑為比表面積大的多孔介質，具有較強的吸附性，其中的活性組分SiO2、Al2O3、Fe2O3等在一定堿性條件下溶出，起到電中和、吸附架橋作用，將有機物吸附于形成的網鏈中，強化吸附效果。支撐劑及增效劑主要起到改變含油污泥顆粒結構，膠結和填充骨架空隙，提升有害物質的吸附固定強度的作用[2-6]。

在含油沉積物處理過程中，藥劑與含油沉積物中的原油組分充分接觸，通過復雜的物理化學過程，將原油組分包裹在骨架結構中，轉化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。

調理吸附穩(wěn)定的效果主要與藥劑的投加量和后期養(yǎng)護時間相關，針對孤島某污水池底部沉積物，進行了藥劑投加量和養(yǎng)護時間的室內評價實驗，確定最佳藥劑加量和后期養(yǎng)護時間。

3.1 投加量的優(yōu)化

室溫(20℃)下，取10份含油量為4%～5%，含水量為50%的孤島某污水池底部沉積物200 g于500 mL燒杯中，加入調理吸附穩(wěn)定藥劑，加入量為沉積物質量分數的2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%，20%，攪拌混合均勻后平鋪于濾紙上，置于室內放置3 d，3 d后取樣檢測其含油量。理論上加大調理吸附穩(wěn)定劑的加量可以提高處理對象的穩(wěn)定效果，但藥劑中含有堿性物質，會使處理后沉積物的pH值偏高，若pH值過高，作為鋪設井場的材料時會增加浸出液pH值超標的風險。由于處理對象中含油量一定，一定量藥劑即可實現對原油的吸附和固定，過多的藥劑造成浪費，且會導致處理后產物增量顯著。室內實驗表明，針對孤島某污水池沉積物，投加質量比10%的藥劑，即可將沉積物中的含油量穩(wěn)定處理至<2%，達到指標要求。此時浸出液pH值為9.8，低于GB 8978—1996《污水綜合排放標準》pH值<10的指標，不會影響處理沉積物后續(xù)應用過程pH值指標的控制。

沉積物含油量與藥劑加量的關系曲線見圖1。

圖1 沉積物含油量與藥劑加量的關系曲線

3.2 養(yǎng)護時間的優(yōu)化

室溫(20℃)下，取10份含油量為4%～5%，含水量為50%的孤島某污水池底部沉積物200 g于500 mL燒杯中，分別加入質量分數10%的調理吸附穩(wěn)定藥劑，攪拌混合均勻后平鋪于濾紙上，置于室內分別1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 d，檢測養(yǎng)護后的含油量。藥劑與沉積物混合后，會發(fā)生吸附、水化、凝膠等一系列反應，通過一定時間的養(yǎng)護，可提高吸附穩(wěn)定強度。針對孤島某污水池沉積物，養(yǎng)護時間3 d基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，3 d后含油量基本不變，說明有機組分的吸附固定已達到穩(wěn)定狀態(tài)，剩余時間主要是水分的蒸發(fā)過程。

沉積物含油量、含水量與養(yǎng)護時間的關系曲線見圖2。

圖2 沉積物含油量、含水量與養(yǎng)護時間的關系曲線

4 處理工藝

調理吸附穩(wěn)定處理工藝分為三段，第一段為預處理段，將沉積物進行破碎篩分，剔除石塊等垃圾；第二段為調理吸附穩(wěn)定段，投加調理吸附穩(wěn)定藥劑；第三段為強化養(yǎng)護段，穩(wěn)定吸附固定效果。

調理吸附穩(wěn)定處理工藝流程見圖3。

圖3 調理吸附穩(wěn)定處理工藝流程

預處理段通過抓斗機將污水池內沉積物輸送至篩分機，去除塑料布、樹枝、石塊等雜物，防止后續(xù)處理過程對攪拌機械的傷害。同時通過預處理還可以實現大塊沉積物的均勻分散，提高后續(xù)藥劑混合效率。

預處理后的沉積物通過皮帶輸送機進入調理吸附穩(wěn)定段。為強化藥劑與沉積物的作用效果，調理吸附穩(wěn)定段采用逐級加藥的方式，設置三級混合工藝，混合設備為雙臥軸攪拌設備。預處理后沉積物首先進入一級混合，藥劑加量為總藥劑加量的50%，混合停留3 min后進入二級混合，二級混合藥劑加量為總藥劑加量的30%，混合停留3 min后進入三級混合，三級混合藥劑加量為總藥劑加量的20%，混合停留3 min?；旌显O備電腦控制，自動計量計時，自動添加藥劑，自動卸料。

加藥處理后的沉積物自然堆放至防滲處理后的場地，堆放養(yǎng)護至少3 d，堆放過程每天用帶破碎篩分鏟斗的挖掘機進行翻堆、破碎，進一步增強混合吸附穩(wěn)定效果。養(yǎng)護過程如遇雨天，需要將處理后的沉積物用防雨布覆蓋，做好防雨措施。

調理吸附穩(wěn)定處理主要設備及參數見表4。

表4 主要處理設備及參數

5 處理效果分析

2017年10—11月應用調理吸附穩(wěn)定處理工藝，處理了孤島某污水池底表層至以下0.5 m范圍內沉積物約8×103m3，處理用時40 d。實施過程中，調理吸附穩(wěn)定劑投加量為沉積物質量的10%，強化養(yǎng)護時間≥3 d，養(yǎng)護期間均為晴天，氣候干燥。

處理前沉積物平均含水54.9%，處理后平均含水42.1%，綜合含水量降低和藥劑的引入，處理后沉積物總增重為-48 kg/t，純固相增重100 kg/t，增容率約為15%。處理后沉積物含水量降低主要是因為調理分散處理過程，藥劑將結合緊密的沉積物結構打散，呈多孔、滲透性強狀態(tài)，易于水分脫除，且養(yǎng)護期間氣候干燥，沉積物干燥效果較好，導致沉積物總質量降低。

在現場實施過程中，委托第三方檢測機構現場跟蹤取樣檢測，含油量檢測曲線見圖4。

圖4 處理后沉積物含油量檢測曲線

處理后沉積物含油量檢測結果均<2%，達到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術要求》。處理后沉積物浸出液部分指標檢測結果見表5。

表5 處理后沉積物浸出液部分指標檢測結果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。

處理后沉積物浸出液的氨氮、pH值及石油類指標均達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》要求，COD指標雖未達到一級標準100 mg/L的要求，但與原始值843.7 mg/L相比，COD去除率約80%，后期沉積物做成路基土等，經過養(yǎng)護COD值會進一步降低。

6 經濟效益

處理成本主要包括藥劑費、檢測費、設備租賃費、人工成本、防護膜等材料費等，綜合處理成本約580元/t。

7 結 論

在含油沉積物中加入調理吸附穩(wěn)定藥劑，通過吸附、分散、固定等協同作用，可將沉積物中的有機物等污染物轉化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。針對含油量<5%、含水量<60%的低含油、低含水含油污泥，調理吸附穩(wěn)定技術可實現其大規(guī)模、快速處理，處理后固相中含油量<2%，達到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術要求》的指標要求。

應用該技術40 d內處理孤島某污水池底沉積物約8×103m3，藥劑投加量為沉積物質量的10%，強化養(yǎng)護時間≥3 d，處理后沉積物含油量<2%，結果達到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術要求》，浸出液的氨氮、pH值及石油類指標均達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》要求，COD去除率80%。