車城油田剩余污泥資源化技術室內試驗

郭棟 衛青松 竇勤光 李秉軍 李明（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

車城油田剩余污泥資源化技術室內試驗

郭棟 衛青松 竇勤光 李秉軍 李明（中國石油華北油田分公司第五采油廠）

以車城油田脫水后剩余污泥為研究對象，進行了含水率、含油率、灰分、熱值、全硫量以及重金屬含量等物化性質分析，開展了萃取法回收油品、與農用土壤混用種植草本植物、制作建筑用磚以及制作輔助燃料等試驗，取得了良好的試驗效果，為油田剩余污泥或含油污泥資源化利用提供了可靠借鑒，具有廣闊的推廣應用前景。

含油污泥；剩余污泥；資源化；減量

冀中南部車城油田屬于低滲透油田，采出水處理采用活性污泥法的微生物處理+超濾膜過濾工藝（圖1）。為保障回注水質達標、維持微生物的正常生長及預防膜通量下降，需定期排出微生物反應池內的剩余污泥[1]，每月約300 m3，剩余污泥經疊螺機減量化處理后運輸至制定地點存放。由于含有烴類，已被列入《國家危險廢物名錄》中的含油廢物類，存在安全及環保隱患[2]。為此，開展了剩余污泥資源化技術室內試驗，為油田剩余污泥資源化利用提供借鑒[3]。

圖1 車城油田剩余污泥減量化處理工藝流程

1 剩余污泥物化性質分析

1.1 含水率測定

采用質量法測定剩余污泥含水率，依據LY/T 1213—1999《森林土壤含水量的測定》方法，經測定剩余污泥含水率為80.75%。

1.2 含油率測定

以正己烷為萃取劑采用質量法對污泥含油率進行測定，經測定剩余污泥含油率為16.99%。

1.3 灰分分析

實驗依據依據GB/T 7702.15—2008《煤質顆粒活性炭試方法灰分的測定》分析樣品中的灰分含量。經測定剩余污泥的灰分含量為3.32%，處于較低灰分水平。

1.4 熱值分析

依據GB/T 213—2008《煤的發熱量測定方法》，采用氧彈法分析，將污泥在陰涼處通風干燥，然后碾碎，對粉末進行水分和熱值檢測；根據污泥的原含水率，計算濕污泥的熱值。經測定，污泥的熱值為6495 J/g。

1.5 全硫量和pH分析

考慮到相對含硫量較高、酸性或堿性的剩余污泥將在后續資源化利用中，可能對設備造成腐蝕，并容易產生硫的二次污染，開展了全硫量和pH分析。

依據GB/T 2286—2008《焦炭全硫含量的測定方法》，將試樣和艾氏劑混合，在一定溫度下灼燒，使其生成硫酸鹽，然后用水浸取，將硫酸根離子轉化為硫酸鋇沉淀，再根據硫酸鋇的質量計算試樣中的全硫含量。經測定，剩余污泥全硫量為1.17%。參照煤中硫的分級方法，車城油田剩余污泥的含硫量處于低硫污泥水平。

依據LY/T 1239—1999《森林土壤pH值的測定》方法，剩余污泥pH值為8.96，呈現弱堿性。

1.6 含油污泥元素分析

剩余污泥分離出來的油品可以進行資源再利用，油品中的碳、氫、氮的含量對油品的加工過程產生巨大的影響；為此，對剩余污泥元素進行分析（表1）。

表1 含油污泥元素分析

1.7 重金屬含量測定

因剩余污泥中含有一定量具有生物危害性的重金屬元素，經測定才能進一步考慮是否可作為農肥或其他資源再次利用，實驗采用原子吸收光譜法測定重金屬Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量。

具體步驟如下：首先秤取一定質量的污泥，按照1∶1的體積比加入HNO3進行消解，冷卻后定容待測。同時使用Hg、As、Pb、Cd、Cr的標準儲備液繪制標準曲線，制定各元素測定的回歸方程和檢出限（表2），各重金屬元素含量如表3所示。

表2 各元素的回歸方程、相關系數及檢出限

表3 各金屬元素的含量

根據中華人民共和國《農用污泥中污染物控制標準》，Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量控制標準分別不高于5、75、300、5、600 mg/kg。結果表明，處理后的含油污泥中的重金屬含量符合農用污泥回用標準。

2 剩余污泥資源化技術室內試驗

2.1 萃取法回收剩余污泥油品

萃取劑選用常用的120#溶劑油、200#溶劑油，將剩余污泥與萃取劑加入攪拌器中攪拌一定時間后靜止分層，將上層萃取相和下層萃余相分離，下層萃余相放入烘箱中烘干，用質量法測出溶劑的萃取率；對上層萃取相進行蒸餾回收溶劑，具體試驗流程如圖2所示。按萃取劑與污泥比2∶1的比例萃取，室溫下萃取3次，溶劑回收的蒸餾溫度最高控制在200℃。實驗結果見表4。結果表明，兩種萃取劑均達到較高的除油率，但隨著萃取劑放置時間增長，回收率降低明顯；因此，及時通過蒸餾作用將萃取劑回收循環利用，可進一步降低回收費用。

圖2 溶劑萃取法含油污泥處理過程

表4 萃取劑除油和回收率

2.2 與農用土壤混用

剩余污泥的重金屬含量經檢測符合中華人民共和國《農用污泥中污染物控制標準》，可對其進行土壤摻混使用性試驗。首先將剩余污泥在自然條件下進行風干72 h，將其研磨成粉末狀后，與普通農田土壤按1∶200、1∶150、1∶100的質量比例進行混合，并播種三種普遍用于土壤監測的草種（黑麥草、雙穗、李氏禾），與原生土壤草本植物生長情況進行對比（圖3），結果顯示，雙穗和李氏禾在四種土壤條件下，均能夠正常生長，且雙穗草在1∶200的條件下草株更密集，黑麥草則在1∶100和1∶150的土壤配比條件下，表現出較差得生長性，而在原生土壤和1∶200的條件下，則生長正常。因此，使用剩余污泥摻雜的土壤，可實現草本植物的正常生長，并在特定情況下，可發揮一定肥效，促進草本植物生長。

圖3 摻雜土壤性草本生長試驗（從左至右，依次為原生土壤、1∶100、1∶150、1∶200）

2.3 制作建筑用磚

油田污泥再利用的途徑之一是通過添加固結材料、穩定性骨料，激發并利用油田污泥的潛在活性，使其成為具有硅酸鹽凝膠性質的建筑材料，用于廠區場地的道路建設等用途。

本試驗目的是考察剩余污泥經物化-機械分離處理后，利用其制作油田建筑用磚的可行性。建筑用磚基本配方如表5所示。

表5 建筑用磚基本配方

按照設計好的配方將基體的各種原料分別混合均勻，擦拭干凈模具的表面，裝入基本漿后，在振動臺上振動至漿體密實，抹平基體表面，自然空氣中3～28 d脫模，進行抗壓強度測試。

按照JC/T 446—2000《混凝土路面磚》標準規定測定抗壓強度，測試結果如表6所示。

表6 養護時間和固化劑用量對污泥磚強度的影響

根據JC/T 446—2000《混凝土路面磚》標準規定的抗壓強度值是3 MPa，測試結果顯示，剩余污泥與建筑固化劑按合適的配比制作路面磚，可達到指標要求的強度。

2.4 制作輔助燃料

試驗以原煤為基礎，加入剩余污泥制備混合燃料，研究剩余污泥用作輔助燃料的可行性，將剩余污泥以不同比例摻入工業用原煤中，分別測定熱值指標（表7）。試驗測試的剩余污泥與煤參混的比例自1∶1至5∶1的所有混煤，參混后測試都可點火，參混后的燃燒值與標準煤相比，燃燒值下降。針對試驗的污泥與原煤，污泥與煤的參混比例確定在1∶3以上較適宜?；烀河捎诩尤肓撕偷氖Ｓ辔勰啵谝欢ǔ潭壬侠昧擞湍嗟臒嶂?，又降低了混煤的經濟成本，但燃燒排放氣體仍需進一步監測和處理后方可達標排放。

表7 剩余污泥、原煤與混煤的熱值測定結果

3 結論

1）采用120#溶劑油和200#溶劑油作為萃取劑，除油率可達97.8%和98.3%，放置2 h后，萃取劑回收率分別為55.6%和38.5%。

2）剩余污泥滿足《農用污泥中污染物控制標準》，按照1∶200、1∶150和1∶100比例與原土壤混合，種植的黑麥草、雙穗和李氏禾可正常生長。

3）按照剩余污泥65%、固化劑+助劑35%的比例制備的建筑用磚，滿足JC/T446—2000《混凝土路面磚》標準規定的抗壓強度。

4）按照剩余污泥和標準煤摻混比例1∶1～1∶5進行試驗，均可點火成功，按1∶5混合熱值最高達8878 J/g。

5）車城油田剩余污泥資源化技術試驗為油田剩余污泥資源化利用提供了可靠借鑒，具有廣闊的應用前景。

[1]郭棟，王桂林，雷創，等.微生物+膜過濾組合技術在特低滲透油田污水處理中的應用[J].石油石化節能，2014，4（12）：25-26.

[2]賀偉東，徐福帥，胡鵬飛.國內含油污泥泥質利用技術研究現狀[J].油氣田環境保護，2014，24（3）：57-59.

[3]王萬福，何銀華，謝陳鑫，等.含油污泥資源化技術綜述[J].油氣田環境保護，2006，16（3）：47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.002

2016-01-06

（編輯 李發榮）

郭棟，工程師，2010年畢業于中國石油大學（北京）（石油工程專業），從事注水管理工作，E-mail：cy5_guod@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市束鹿大街華北油田公司第五采油廠工程技術研究所，052360。