兩步法處理稠油污泥的工藝實驗研究

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(廣東石油化工學院 環境科學與工程學院，廣東 茂名 525000)

稠油污泥是一種典型的含油污泥，主要產生于稠油開采、運輸、儲存以及稠油廢水處理等過程[1-3]；含有蠟質、瀝青質、膠體以及阻垢劑、凝聚劑和殺菌劑等化學藥劑，是一種水包油和油包水型穩定體系[4-6]。若處置不當將危害周邊環境，甚至威脅人類健康[7-8]。

稠油污泥的含油率一般高于20%，最高可達50%，回收價值高[9]；但其成分復雜、黏度大、顆粒細、乳化程度高、脫水困難[10]。溶劑萃取能回收大部分石油類物質，由于萃取劑價格昂貴，且在處理過程中有一定的損失，導致處理成本高[11-12]；焚燒通常需要消耗助燃劑，成本高，且存在煙氣二次污染風險[13-15]。熱解吸能有效回收油氣，但對設備要求高，投資運行成本較高[16-18]；固液分離法能回收油泥中大部分石油，工藝較容易實現，主要的研究方向是開發高效、低成本的破乳劑[19-23]。

稠油污泥首先采用熱化學破乳，后配合氣浮分離回收原油，凈化土壤，洗液循環使用；該工藝處理成本低，操作性強，可有效實現稠油污泥減量化、資源化、無害化。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

稠油污泥樣品取于東北某采油廠，含油率38.06 %～40.74 %、含水量為5.81 %～10.28 %、含固率51.24 %～55.79 %，外觀呈黑褐色；自制破乳劑(Al2O3質量分數20～23%，為白色粉末狀，10 %水溶液為無色透明狀，pH值3～5)；甲苯、無水硫酸鈉、硅酸鎂、分析純；四氯化碳，優級純。

1.2 實驗方法

1.2.1 稠油污泥中石油類物質分離條件優化

稱取25 g稠油污泥于100 mL燒杯中，按比例加水稀釋，調節pH值，緩慢攪拌使稠油污泥樣品分散均勻，水浴加熱達到指定溫度后加入復合破乳劑，攪拌條件下完成熱化學破乳后靜置冷卻至室溫，分離出上層浮油，熱化學破乳分離完成。接著進行氣浮除油，調節曝氣時間和曝氣量，氣浮分離結束后，再次分離出上層浮油，泥水混合液真空抽濾，測定泥餅含油率及脫水時間[24-25]。

1.2.2 濾液循環回用

優化條件下，原油回收后的泥水混合液進行真空過濾，對分離液補水，調pH值、補加適量破乳劑(以Al2O3含量計)，進行新一輪的稠油污泥分離試驗，考察分離效果。

1.2.3 分析檢測方法

稠油污泥含水率的測定以甲苯為溶劑，采用石油產品水分測定法(GB/T260-1977)[26-27]；含油率測定采用土壤中石油類紅外分光光度法測定[28-29]；含沙率為除去油和水含量后計算得出；Al2O3含量的測定采用氧化鋅標準溶液滴定法[30-31]。

2 結果與討論

2.1 分離條件對稠油污泥分離效果的影響

查閱相關文獻[32-36]，選定一系列因素對稠油污泥分離條件進行優化實驗，實驗結果表明加熱可提高體系中分子運動，增加粒子碰撞頻率，利于乳化體系脫穩；另外加熱會降低油泥的粘度，利于后續破乳劑混合均勻發揮最大效應。隨著溫度的上升，泥餅含油率迅速下降，當溫度高于80 ℃時，泥餅含油率趨于穩定，約為1.5%，真空脫水時間小于50 s(圖1-A)。

油泥中的瀝青質、膠體含有羧基等活性基團，且堆放過程中產生氧化作用也會產生羧基等活性基，導致油泥破乳脫穩困難。酸性條件下，乳化體系中氫離子可與羧基結合破乳脫穩。當混合液pH值小于6時，除油后混合液真空脫水時間小于50 s，泥餅含油率小于2 %(圖1-B)。

當破乳劑投加量增加時，泥餅含油率先降低，后上升，當破乳劑投加量為0.5 %時，泥餅含油率為1.3 %(圖1-C)。當破乳劑投加量超過0.5 %時，體系發生反向轉化而重獲穩定，泥餅含油率上升。

泥餅含油率隨著稀釋液固比的增加逐漸下降，當液固比超過4以后，油-水-泥三相分層迅速、界面清晰、水相清澈(圖1-D)。

泥餅含油率隨著攪拌速度和攪拌時間增加先降低、后趨于平穩，最后上升(圖1-E和圖1-F)。攪拌過程中，破乳劑與油泥發生作用使體系破乳脫穩，泥餅含油率逐漸下降，當攪拌速度和攪拌時間分別處在200～250 r·min-1和25～30 min時，泥餅含油率較低；但高速攪拌和長時間攪拌均會使分離出的油在液相中形成水包油的乳狀體系，體系脫水困難，泥餅含油率上升。

隨著曝氣量和曝氣時間的增加，泥餅含油率逐漸降低，當曝氣量大于3.5 m3·m-3·h-1和氣浮時間超過25 min時，泥餅含油率不再下降(圖1-G和圖1-H)。

圖1 不同溫度、混合液pH值、破乳劑投加量、液固比、攪拌時間、攪拌速度、曝氣量和曝氣時間對稠油污泥分離效果的影響

2.2 稠油污泥處理綜合試驗

固定溫度80℃，破乳劑投加量0.5 %，混合液pH值為6，液固比為4∶1，攪拌速度200 r·min-1，攪拌時間為25 min，曝氣量為3.5 m3·m-3·h-1，氣浮時間為 25 min的條件下平行試驗六次。實驗結果表明除油后泥水混合液脫水30～50 s即可使泥餅干裂，泥餅含油率小于2 %(表1)；處理后的油-水-泥混合液靜置分層界面清晰。

表1 稠油污泥處理的綜合試驗結果

2.3 濾液回用試驗

兩步法處理稠油污泥的分離液回用于新稠油泥樣的稀釋，可實現廢水的零排放。對處理后的泥水混合液進行離心脫水，離心液的Al2O3質量分數變化較小，略有混濁。按照上述優化條件要求補加破乳劑、調pH值，進行下一輪的油泥分離實驗。結果表明泥餅含油率小于2 %，泥水混合液脫水時間小于50 s(表2)，脫水性能良好，分離液能有效回用。

表2 稠油污泥濾液回用次數對油泥分離效果的影響

3 結論

采用熱化學破乳和氣浮分離相結合處理稠油污泥，回收石油，凈化土壤。優化條件下，兩步法處理稠油污泥后的泥砂水混合液真空脫水50 s左右泥餅即可干裂，泥餅含油率低于2%，濾液回用效果理想。