氣田污泥處理工藝研究

任越飛 ，王少華 ，任秋潔 ，張萬(wàn)茂 ，張瀟瀟 ，朱翠萍

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

氣田污泥處理工藝研究

任越飛1，2，王少華2，任秋潔2，張萬(wàn)茂2，張瀟瀟2，朱翠萍2

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

在天然氣凈化處理生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量污泥，污泥量大含水率高，污泥處理問(wèn)題一直是蘇里格氣田發(fā)展中一大瓶頸。本文針對(duì)蘇里格氣田污泥的性質(zhì)及特點(diǎn)，綜合了國(guó)內(nèi)外目前成熟污泥處理工藝，同時(shí)結(jié)合氣田的實(shí)際情況，提出污泥處理工藝，推進(jìn)清潔生產(chǎn)。

氣田；污泥；處理工藝

1 蘇里格氣田污泥處理現(xiàn)狀

1.1 污泥來(lái)源

天然氣開采作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的污泥，即在天然氣試氣壓裂作業(yè)過(guò)程中，使用部分壓裂液，后期天然氣生產(chǎn)過(guò)程中，攜帶至下游，與水、沙、泥混合形成油泥。

1.2 污泥處置

目前污泥處理方式是委托有危險(xiǎn)廢物處置資質(zhì)單位進(jìn)行外運(yùn)處置。實(shí)際生產(chǎn)中，共外運(yùn)處置污泥量大，轉(zhuǎn)移處置費(fèi)用高。經(jīng)分析其原因是污泥含水率高。

2 污泥處理工藝研究

為了從源頭上解決含油污泥給氣田生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)面影響，按照“減量化、無(wú)害化、資源化”的污泥處理原則，結(jié)合含油污泥含水率高、體積龐大、靜置脫水效果差、加之成分復(fù)雜、處理難度高等因素[1，2]。考慮優(yōu)先降低污泥含水率來(lái)實(shí)現(xiàn)減量化，減輕無(wú)害化處理設(shè)備的負(fù)荷，降低成本。減量化后的污泥再進(jìn)行無(wú)害化處理，廢渣交至當(dāng)?shù)毓虖U中心處理。解決思路（見圖1）。

圖1 解決思路圖

2.1 污泥性質(zhì)特點(diǎn)

2.1.1 污泥含水率分析 含油污泥一般由油包水以及懸浮固體組成，體積巨大，靠靜置脫水效果差，加之污泥成分受污水水質(zhì)、處理工藝、加藥劑等因素影響，處理難度高。污泥含水率的降低，將會(huì)減少污泥的體積，有利于減輕后續(xù)處理設(shè)備的負(fù)荷，同時(shí)降低成本。外運(yùn)污泥含水率均在95%左右（見表1）。

表1 污泥含水率及狀態(tài)

2.1.2 污泥組分分析 氣田污泥成分復(fù)雜，既含有大量泥沙，油泥絮狀體，還有投加的各種藥劑及形成的絮狀體、設(shè)備及管道腐蝕產(chǎn)物和垢物等成分，靜置后分為四層，頂部一層為含油浮泥，第二層為污油，第三層為清水，第四層為泥沙，每一層之間間隙模糊。通過(guò)對(duì)污泥的組分進(jìn)行分析，污泥性質(zhì)呈現(xiàn)三高一低的特點(diǎn)：含水率較高、含油率高、有機(jī)物含量高、含固率低（見表2）。

表2 污泥的組成分析結(jié)果

3 污泥減量化處理研究

3.1 減量化工藝選擇

常用的污泥減量化脫水處理工藝有濃縮脫水、干化過(guò)濾、濾布過(guò)濾、機(jī)械脫水等，其中機(jī)械脫水又包括真空過(guò)濾、壓力過(guò)濾、滾壓過(guò)濾、離心過(guò)濾幾種方式（見表 3）。

由表3各種常用污泥脫水方式的對(duì)比可知，自然干化是最簡(jiǎn)單易行的脫水方式，無(wú)需專業(yè)技術(shù)人員操作，無(wú)需加藥等污泥調(diào)質(zhì)過(guò)程，僅需要一定的晾曬場(chǎng)地即可，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，且投資、運(yùn)行成本低，尤其適用于干旱、土地資源充裕的蘇里格地區(qū)。所以污泥減量化處理工藝選擇干化過(guò)濾技術(shù)。

3.2 自然干化技術(shù)

3.2.1 400 m3技術(shù) 400 m3污泥干化池，規(guī)格尺寸為40 m×8 m×1.8 m。工藝（見圖2）。

（1）頂部蒸發(fā)。在干化池的頂部配套刮渣機(jī)，不定期清理表面油泥層，避免油層阻礙水分蒸發(fā)，有效提高污泥干化池的利用率及干化效率，縮短干化周期（見圖3）。

（2）底部濾水。干化池底部采用三層濾層組合工藝結(jié)構(gòu)，依次分步對(duì)油泥進(jìn)行濾水處理。具體工藝為“粗砂+土工布+過(guò)濾磚”，粗砂是將污水中污泥、大顆粒物質(zhì)隔離至粗砂表面；土工布是將粗砂與過(guò)濾磚隔離，防止沙子堵塞過(guò)濾磚；過(guò)濾磚采用樹脂濾料板，用于過(guò)濾污泥中的污水（見圖4）。

（3）側(cè)面濾水。在干化池的四個(gè)側(cè)面設(shè)置1、2道過(guò)濾墻（見圖5），每道均勻分布8個(gè)1.2 m×0.8 m的過(guò)水洞（40目的過(guò)濾網(wǎng)），過(guò)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為可提升單塊插入式，方便清洗維護(hù)。這樣增大污泥干化池的濾水面積，加快污泥中污水的過(guò)濾速度，縮短污泥干化周期。

（4）預(yù)計(jì)效果。污泥干化池在正常運(yùn)行情況下，處理廠內(nèi)清運(yùn)來(lái)含水率約98%的污泥，在5 d～10 d內(nèi)污泥含水率可降至83%，污泥體積減少至原污泥的12%，干化效果明顯，實(shí)現(xiàn)污泥減量化（見圖6）。

表3 常用污泥脫水方法及效果和特點(diǎn)對(duì)比

圖2 污泥干化池工藝

圖3 刮渣機(jī)

圖4 底部過(guò)濾層

圖5 側(cè)面過(guò)濾墻

圖6 污泥干化歷時(shí)效果圖

4 污泥無(wú)害化處理研究

4.1 無(wú)害化工藝選擇

目前含油污泥的無(wú)害化處理主要技術(shù)有：生物處理、固化處理、焚燒處理、溶劑萃取、熱處理等（見表4）。

4.1.1 預(yù)處理技術(shù) 含油污泥減量化后含水率83%，不符合熱解裝置含水率≤45%的進(jìn)料條件，故熱解前需通過(guò)機(jī)械分離實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步脫水減容或分離。但含油污泥一般都是穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系，在機(jī)械分離前還需進(jìn)行調(diào)質(zhì)、篩分等處理將油水泥破乳分相，再進(jìn)入三相分離罐沉降分離。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的均質(zhì)液態(tài)油泥進(jìn)入高速離心機(jī)實(shí)現(xiàn)三相分離，然后進(jìn)行熱解技術(shù)處理。經(jīng)機(jī)械離心分離后污泥含水率可降至40%左右，體積大大減小，為熱解處理帶來(lái)極大的便利。

4.2 熱解技術(shù)

4.2.1 熱解技術(shù)原理 經(jīng)螺旋式進(jìn)出料密封方式，將油泥推入連續(xù)絕氧熱解裝置，通過(guò)特定的螺旋葉片，使內(nèi)部物料在被推進(jìn)的過(guò)程中得到充分的攪拌，可以實(shí)現(xiàn)物料的均勻熱解,通過(guò)冷凝過(guò)濾系統(tǒng)收集油品的一種技術(shù)。熱解析裝置主要由干燥蒸餾單元、熱解析單元、油水分離單元、廢渣處理單元、空冷單元和控制單元共同組成。

表4 常用污泥無(wú)害化技術(shù)處理對(duì)比

4.2.2 設(shè)備指標(biāo) （1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)處理油泥能力2 m3/h；（2）上料器物料含水≤45%，不含其他大塊固廢；（3）采取強(qiáng)熱快速加熱方式，干燥蒸餾段溫度達(dá)到205℃，熱解溫度510℃，可根據(jù)物料控制溫度；熱解器內(nèi)停留時(shí)間 30 min，升溫速度 40 ℃/min～55 ℃/min；（4）設(shè)備電器全防爆設(shè)計(jì)；（5）設(shè)備連接密封無(wú)泄漏，微負(fù)壓運(yùn)行；（6）人機(jī)界面自動(dòng)化控制（PLC+PC）；（7）具有溫度、壓力、含氧量自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。

4.2.3 工藝流程及說(shuō)明 （1）原料油泥密封進(jìn)入預(yù)熱器，與凈化油氣換熱，回收油氣熱量并被預(yù)熱后；（2）預(yù)熱后油泥進(jìn)入干燥蒸餾器被煙氣加熱到205℃，絕大部分液相被變成氣相，固相進(jìn)入熱解器；（3）熱解器內(nèi)的油泥被加熱到510℃，油被完全裂解成油氣，固渣密封排出；（4）凈化油氣進(jìn)入預(yù)熱器，回收冷凝熱，然后進(jìn)入空冷器，空冷器冷卻油氣至常溫，盡量回收凝析油，不凝氣去燃燒器做燃料，冷凝液去油水分離器，污水送去煙氣處理單元；（5）裝置煙氣被回收熱量后進(jìn)入煙氣凈化塔，與噴淋液逆向接觸，其中的SO2、NOX、粉塵被液體吸收下來(lái)，凈化煙氣直接外排（見圖7）。

5 預(yù)期效果

按污泥年平均產(chǎn)量5 000 m3計(jì)算，減量后體積為1 667 m3，機(jī)械離心預(yù)處理后體積降至357 m3。按照預(yù)處理后污泥量357 m3計(jì)算，每天處理量10 m3，連續(xù)運(yùn)行36 d可處置完所有污泥，固體廢渣產(chǎn)量250 m3，根據(jù)設(shè)備出料指標(biāo)，固廢的有機(jī)質(zhì)含量2%～4%，易溶鹽含量0.2%，液限50%等指標(biāo)滿足JTG D30 2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)含油污泥經(jīng)處置后，作為公路路基土方：有機(jī)質(zhì)含量≤5%；易溶鹽含量≤0.3%；液限≤50%的技術(shù)指標(biāo)，所以固廢可直接用作公路路基填方。

圖7 工藝流程圖

熱解設(shè)備投資470萬(wàn)元，配套建設(shè)費(fèi)200萬(wàn)元，1個(gè)月運(yùn)行費(fèi)30萬(wàn)元。預(yù)計(jì)3年方可收回投資。

6 結(jié)論

（1）干化過(guò)濾工藝是污泥減量化處理最經(jīng)濟(jì)、有效方式，具有處理量大、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。將含水率95%污泥降至85%，污泥體積減少至原來(lái)的30%。

（2）熱解析技術(shù)是污泥無(wú)害化處理的有效方式，在高溫絕氧條件下熱解，煙氣可直接達(dá)標(biāo)排放，重金屬全部固化，固廢量降到182 m3，且指標(biāo)滿足JTG D30 2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，可直接用作公路路基填方。

［1］孫先長(zhǎng).含油污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.中國(guó)資源綜合利用，2009，27（9）：17-19.

［2］呂雪峰.含油污泥處理現(xiàn)狀及新型工藝探討［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2013，（1）：56-58.

TE992.3

A

1673-5285（2017）11-0069-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.017

2017-10-09

任越飛，男（1984-），油氣田開發(fā)工程師，2006年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)從事天然氣開采、處理及集輸運(yùn)行等技術(shù)管理工作，郵箱：ryf1_cq@petrochina.com.cn。