氯化鋁調理含油污泥脫水實驗研究

王天然，田 靜，林子增

(南京林業大學 土木工程學院，江蘇 南京 210037)

在原油開采、運輸、儲存和煉制過程會產生大量含油污泥，我國年產含油污泥已達500多萬噸[1]。含油污泥主要由乳化油、水、固體懸浮物組成，各組分含量分別約占總質量30%～50%、30%～50%、10%～20%[2]。含油污泥中含有大量苯系物、酚類、芘、蒽和重金屬等有毒有害物質，許多國家已將其列入危險廢物，如果處理處置不當，會對環境和人類健康造成重大負面影響[3]，含油污泥有效處理處置已成為一個亟待解決的科學和技術問題[4]。

含油污泥含水率非常高，污泥體積非常大，對污泥的后續處理造成困難，故需要對污泥進行脫水減容處理。而污泥中油-水-泥三相乳化復雜，結合緊密，從而使含油污泥形成一種穩定的復雜混合物，使得污泥的濃縮和脫水都比較困難，需要對含油污泥進行污泥調理以提高其脫水性能，從而經濟地進行后續處理而有計劃地改善污泥性質。

含油污泥調理方法有洗滌、加藥、熱處理及冷凍熔融法[5]。本次試驗以南京市揚子石化的含油污泥進行加藥法的相關研究，考察所投加的投藥量，助凝劑PAM投加量，和反應溫度對含油污泥脫水率的影響，分析了加藥法的污泥調質調理效果。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和器材

實驗污泥：取自南京市揚子石化廠，黑色，呈現粘稠狀，如圖1。

主要試劑如三氯化鋁(AlCl3·6H3O)為分析純。200 mg/L三氯化鋁溶液，10%PAM溶液制備備用。

實驗儀器：ZR4-6型混凝試驗攪拌機，深圳中潤水工業技術發展有限公司；L550低速離心機，湖南湘儀離心機儀器有限公司；PH400型pH計，安萊立思儀器科技(上海)有限公司。

圖1 含油污泥外觀

1.2 試驗方法

首先，取定量攪拌均勻的油泥置于離心管中，控制轉速和時間獲取最佳離心條件。其次，控制AlCl3的投加量，按照預定攪拌程序攪拌后離心，明確三氯化鋁的最優投加量。在此基礎上，考察pH值、PAM、溫度等因素對油泥脫水性能的影響，確定三氯化鋁最佳脫水實驗條件。

η:含油污泥脫水率，%

m0:離心管質量，g

m1:離心管和含油污泥總質量，g

m2:去掉上清液后的含油污泥和離心管總質量，g。

2 結果與討論

2.1 最佳離心條件確定實驗

分別以1000、2000、3000、4000、5000 r/min的轉速條件對原始含油污泥進行離心脫水，得出脫水率變化曲線見圖2，結合經濟效率因素考慮，得出最佳離心轉速2000 r/min，之后轉速提高脫水效率提高不在明顯，且增加了能耗。在該轉速下控制離心時間為1、3、5、7、9min，對含油污泥進行離心，得出脫水率變化曲線如圖3所示。由此得出該實驗研究的離心時間為5min。

圖2 轉速對脫水率的影響

圖3 離心時間對脫水率的影響

由圖2和3可得，最佳離心條件為2000 r/min，5min。

2.2 混凝劑AlCl3投加量對脫水效果的影響

圖4 AlCl3投加量對脫水效果的影響

根據上述試驗方法，對不同AlCl3濃度情況下的脫水率進行比較，大致確定AlCl3的優化投加量，數據結果見圖4。

由圖4可知，隨著AlCl3投加量的上升，含油污泥的脫水率先上升后略有下降。AlCl3的投加量在5 g/L和10 g/L時泥水分離率不太理想，脫水效率在40%左右，形成絮體較為松散，離心管存在粘壁現象；投加量在15 g/L和20 g/L時泥水分離狀況較好，形成絮體大且緊實，脫水效率可以提高到45%；投加量在25 g/L時，泥水分離情況較20 g/L時略顯遜色，脫水效率降低，因此得到最佳投藥量為20 g/L。

加入AlCl3過少時，電性中和少，吸附架橋作用較弱，絮凝效果差，泥水分離效果不佳，脫水率較低；當加入混凝劑過量時，會產生“膠體保護”作用，使脫穩膠粒電荷變性或使膠粒被包卷而重新穩定。因此，結合不同AlCl3投加量的試驗現象及經濟效益考慮，確定最佳投加量為20 g/L。

2.3 助凝劑PAM對AlCl3脫水性能的影響

在確定20 g/L的最佳混凝劑投加量的條件下，考察了PAM對脫水的助凝效果，曲線如圖5。由實驗結果得知，在投加2 mL 10%的PAM時，泥水分離效果最佳。助凝劑作為一種高分子物質，其吸附架橋作用使絮凝體結構發生改善，促使細小而松散的絮粒變得粗大而密實[3]。由試驗可確定，2 mL10%的PAM是最佳助凝劑投加量。

圖5 PAM投量對AlCl3脫水效果的影響

2.4 溫度對藥劑脫水性能的影響

圖6 溫度對AlCl3脫水效果的影響

當試驗溫度分別為10、20、30、40℃時，模擬四季不同的混凝環境溫度。在投加20g/L的AlCl3時，按照本文試驗方法，試驗結果如圖6所示。由此結果可知，溫度變化對含油污泥的脫水效果有非常明顯的影響，脫水率隨著溫度的升高逐漸增大。其原因主要在于AlCl3水解為吸熱反應，溫度較低時藥劑水解困難；低溫條件下顆粒的布朗運動強度減弱，碰撞機會減少，不利于絮凝沉降。因此，在AlCl3優化投加量下，在夏季處理含油污泥的效果最佳。

3 結論

(1)在2000 r/min，5min的離心條件下，含油污泥的離心脫水效率最高。

(2)在最佳離心條件下，當AlCl3投加量為20 g/L時，含油污泥的脫水率最高，可達45%，所得絮體粗大而密實，泥水分離現象明顯。

(3)投加2 mL的10%PAM對含油污泥脫水具有較好的助凝效果。

(4)溫度升高有利于AlCl3對含油污泥的脫水調質，在最佳離心條件及藥劑最優投加量的情況下，夏季為污泥脫水處理效果最好的季節。

參考文獻

[1]Huang Qunxing,Mao Feiyan,Han Xu,et al. Characterization of emulsified water in petroleum sludge[J]. Fuel,2014,118:214-219.

[2]Hu G,Li J,Zeng G.Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: A review[J]. Journal of Hazardous Materials,2013,261(13):470-490.

[3]Lin Z,Wang Z,Hu Y,et al.Mechanical properties of cement-solidified oily sludge[J].Environmental Engineering Science,2017,34(8): 607-615.

[4]魏 利,李春穎,唐述山.油田含油污泥生物―電化學耦合深度處理技術及其應用研究[M].北京:科學出版社,2016.

[5]匡少平,吳信榮.含油污泥的無害化處理與資源化利用[M].北京:化學工業出版社,2009.