含油污泥處理藥劑優化和應用

裴艷玲（大慶油田工程有限公司）

含油污泥的產生伴隨著整個油田的開發全過程[1]。原油開采過程中形成的大量落地油，原油集輸和儲運過程中等形成的污泥，以及含油污水處理過程中形成的大量含油污泥，使得近年來含油污泥的產出量不斷升高。由于含油污泥本身增加處理難度，以及環保對污泥的要求越來越嚴格，含油污泥已經被列入危險廢棄物；因此，含油污泥的處理越來越重要。現階段廣泛使用的污泥處理方法仍是以物理化學法為主，其中調質-離心工藝被廣泛使用，它具有操作簡單等特點[2]。此工藝的核心是清洗劑和破乳劑，兩種藥劑可以大幅度提高含油污泥處理量。現今油田污泥清洗劑和破乳劑雖然種類繁多，但應用效果均不理想，增加了含油污泥處理的運行成本[3]。

本研究的主要目的為針對現有多種化學清洗劑和破乳劑進行優選，然后根據其特性進行復配優化，形成新型復合藥劑。

1 材料與方法

1.1 實驗用污泥

含油污泥取自大慶油田杏北含油污泥處理站，其含油量為20%～30%。實驗前將含油污泥放置于容器內，將大塊粉碎，然后放入攪拌器內攪拌30 min，使污泥中不同組分混合均勻。

1.2 污泥調質-離心處理藥劑篩選優化實驗方法

調質處理方法：采用圖1所示的多級串聯控溫攪拌器對預處理后的污泥進行調質，每個工作腔都采用獨立控溫。實驗時，首先向污泥中加入一定量水使其呈現流動性，然后設置溫度參數，進行加熱，加入實驗藥劑，開啟攪拌機進行攪拌。

圖1 調質裝置示意圖

離心處理方法：將調質后的污泥樣品靜置90 min后，取下層泥水混合物加入750 mL 離心筒中，置于離心機內在3 000 r/min 的轉速下離心處理5 min，去除離心試管上層油水樣，取底部污泥測定其油量。

2 污泥調質-離心處理藥劑篩選和優化

2.1 清洗劑篩選和優化

高界面活性是污泥清洗劑的核心，高表面活性劑能夠改變污泥中不同相界面性質，使得各相之間的界面張力降低，使得各相中物質容易釋放出來[4]。選取9 種在用污泥清洗劑，依次編號為SQ-01、SQ-02、SQ-03、SQ-04、SQ-05、SQ-06、SQ-07、SQ-08、SQ-09。設置空白組，編號為SQ-00。

將含油污泥均等分為10 份，每份再分為A、B兩組做平行實驗。清洗劑加量為1 000 mg/L。污泥調質-離心處理參數見表1，實驗結果見表2。

表1 調質離心參數

表2 不同清洗劑的污泥除油效果

由表2 可知，在清洗劑SQ-08 的質量濃度為1 000 mg/L 時，作為調質-離心藥劑污泥的除油率最高，達到83.52%。

為改善清洗劑在實際應用中的效果，需要向清洗劑中加入一定量的堿性物質，使得清洗劑在使用時呈現一定的堿性，形成堿洗。常用的堿性添加物質有碳酸氫鈉（NaHCO3）和多聚磷酸鹽。因此，將碳酸氫鈉、焦磷酸鈉（TSPP）和清洗劑SQ-08進行復配，形成復合污泥清洗劑，命名為SQZ-01，藥劑混配比例見表3。

表3 復合清洗劑SQZ-01成分

在清洗劑SQZ-01和SQ-08的加藥量為1 000 mg/L條件下，對初始含油量為21.32%的含油污泥樣的處理效果見圖2。投加SQZ-01的污泥處理后含油量為1.95%，滿足黑龍江鋪設、墊設井場用污泥的含油量標準要求（＜2%)。

復合清洗劑SQZ-01 在不同加藥量下的污泥清洗效果見圖3。由圖3可知，當SQZ-01加藥量為0～1 500 mg/L 時，隨著加藥量增高，含油污泥含油量去除率不斷升高；當藥劑濃度大于1 000 mg/L 時，含油量去除率并沒有顯著升高，而是趨于穩定，說明1 000 mg/L 是最佳加藥量；因此，初步確定其加藥濃度為1 000～1 500 mg/L。

圖2 清洗劑SQZ-1和SQ-8的污泥處理效果

圖3 不同復合藥劑SQZ-01加藥量的污泥清洗效果

2.2 破乳劑篩選和優化

為增強含油污泥中油相、水相、污泥相之間分離效果，在含油污泥的處理過程中需要加入破乳劑達到三相分離的效果。因此，破乳劑需要考慮兩個方面：降低水相含油量；改變界面性質，使界面流動性增強[5]。選取SP-01、SP-02、SP-03、SP-04、SP-05、SP-06、SP-07、SP-08、SP-09、SP-10、SP-11、SP-12、SP-13、SP-14共14種破乳劑進行篩選和優化。破乳劑篩選實驗條件見表4。

表4 破乳劑篩選實驗參數

取預處理后的污泥，平均分成15 份（每份再分A、B 兩組作為平行實驗），按照調質實驗條件，將14 種破乳劑按濃度為150 mg/L 加入到各自對的污泥樣中，設置空白對照組。破乳劑評價效果如圖4所示。

從圖4 可以看出，破乳劑SP-05 處理組水相含油量最低，說明該破乳劑滿足對降低水相含油量的要求，但脫水率只有14%，表明該破乳劑降低水相含油量的效果好，而在脫水率上作用不明顯；對于SP-10破乳劑，雖然水相中含油量較高，但是在脫水性能上表現較好，120 min 脫水率達到25%，遠高于其他類型破乳劑。

圖4 破乳劑單劑的污泥處理效果

為更好地解決污泥中油相、水相、污泥相分離效果，利用藥劑協同作用，即將SP-05和SP-10按照1∶1 進行互配，形成新型復合破乳劑，命名為SPG-1。

為評價復合破乳劑SPG-1的污泥處理效果，選用油相水含量作為評價指標。在燒杯中加入污泥用清洗劑SQZ-01 處理后得到上層浮油，向其中加入100 mg/L破乳劑SPG-1，在60 ℃、120 r/min的條件下攪拌60 min，靜沉8 h 后取樣測定油相水含量。檢測結果見表5。

表5 幾種破乳劑的污油脫水效果

由表5 可知，復合破乳劑SPG-1 對油相中含水率的降低效果優于單劑SP-05 和SP-10，且也優于污泥站在用破乳劑。

由圖5 可知，隨著SPG-1 加藥量升高，油相中含水率隨之下降；在加藥量為200 mg/L以內的情況下污泥水含量的下降速度較快，因此，SPG-1加藥量應在100～300 mg/L之間。

3 污泥調質-離心處理參數優化

為進一步確定現場試驗工藝參數，結合污泥處理站現有處理工藝參數和室內清洗劑與破乳劑藥劑濃度優化結果，選取泥水比例、泥水混合物攪拌時間、熱洗溫度、清洗劑與破乳劑加藥量4 個因素，應用L9（34）正交實驗表格進行正交實驗。實驗結果見表6，結果分析見表7。

圖5 破乳劑SPG-1加藥量對其污油脫水效果的影響

表6 正交實驗設計和結果

表7 正交實驗直觀分析

由表7 可知，處理后的污泥含油量隨泥水比、攪拌時間、處理溫度和加藥量增大均呈單調降低的趨勢。由于含油污泥處理的最主要目標為將處理后污泥的含油量降至最低，因此，污泥處理的最佳工藝參數如下：污泥與水的比例為1∶5，污泥攪拌時間為90 min，攪拌溫度為70 ℃，清洗劑加量為1 500 mg/L，破乳劑加量為300 mg/L。根據極差R的大小可以判斷出每個因素對污泥含油量的貢獻大小，也就是對污泥除油效果的影響程度大小。由表7 極差值可知，4 個因素對處理后污泥含油量的影響從大到小的順序為：藥劑加入量＞污泥攪拌時間＞攪拌溫度＞污泥和水的比例。

表8 正交實驗方差分析

由表8 可知，清洗劑+破乳劑混合加藥量的偏差平方和與F 比最大，因此，在整個工藝中對含油量影響最大的為清洗劑+破乳劑加藥量（顯著性）；攪拌時間的F 比大于F 臨界值，且偏差平方和較大，也是該工藝對含油量影響顯著的因素；泥水比和攪拌溫度為不顯著因素。現場工藝運行調整時，應更多地關注調整加藥量和攪拌時間2個因素，這樣能夠較好地優化處理后污泥的含油量。

4 現場試驗運行效果

污泥處理藥劑現場試驗地點為大慶某含油污泥處理站。如圖6 所示，該站污泥處理以調質-離心工藝為主，輔助污泥的分流等預處理工藝，實現對含油污泥的深度處理。現場試驗期間的污泥處理工藝參數按照室內優化的參數進行（表9）。

圖6 污泥處理工藝示意圖

表9 污泥處理藥劑現場試驗工藝參數

污泥處理劑現場試驗期間，污泥處理站處理前后污泥含油量的變化情況如圖7 所示。從圖7 可以看出，雖然現場對污泥進行一定的預處理分流，但是無法實現污泥混合均勻，導致了不同批次試驗的處理后污泥含油量存在顯著差異性。在20 批次處理中有15 批次處理后污泥的含油量達到2%以下，合格率為75%。

圖7 污泥處理前后污泥含油量變化情況

a b圖8 現場試驗期間污泥處理前后污泥固含量和含水率的變化情況

由圖8可知，處理后污泥固含量明顯升高，含水率呈現下降趨勢。

5 結論

1）通過室內藥劑篩選和復配，研制出復合清洗劑SQZ-01 和復合破乳劑SPG-1。與現有藥劑相比，清洗劑SQZ-01將污泥除油率由82.13%提高到90.85%；復合破乳劑SPG-1將污泥處理過程中回收污油的水含量從0.89%降低到0.54%。

2）通過室內工藝參數優化，確定了最優污泥調制-離心處理工藝參數：泥水比為1∶5，攪拌時間為90 min，攪拌溫度為70 ℃，清洗劑SQZ-01加量為1 500 mg/L，復合破乳劑SPG-1加量為300 mg/L。

3）在20批次現場試驗中，有15批次處理后污泥含油量能夠滿足鋪設、墊設井場標準要求（＜2%），合格率為75%。