污油泥處理現(xiàn)狀與發(fā)展前景

顏港歸 侯保全 羅義鵬(中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

0 引言

含油污泥是指混入原油、各種成品油、渣油等成分的污泥，是一類由油、水、固三相組成的復(fù)雜混合物，混合后變成難以處理的較穩(wěn)定且流動性很差的懸浮乳狀的污泥。高含水率、體積大、有毒有害成分含量高、熱波性明顯是污油泥的主要特點，污油泥包含大量的原油、固體懸浮物、細(xì)菌、鹽類和腐蝕產(chǎn)物等，其中含油量一般為20%～50%，水含量為30%～80%，不同來源的含油污泥，其性質(zhì)差異較大，烴類含量和組分也不大相同。目前，我國各大油田污油泥年產(chǎn)生量的總和約占國內(nèi)原油總產(chǎn)的2%，不同類型的含油污泥總和高達3×106噸。在自然條件下，污油泥中原油類有毒物質(zhì)會在重力作用下滲透到地表后，易發(fā)生土壤板結(jié)現(xiàn)象，影響地表植被的正常生長，威脅人類的身體健康。污油泥中的原油含量一般較高，如果不能采取有效手段對其進行回收，將會造成我國石油資源的巨大浪費。

1 國內(nèi)外油泥無害化處理的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外的眾多學(xué)者對油泥資源化、無害化處理的研究進行了深入的探索和研究，形成了一些較為成熟的技術(shù)和思路并應(yīng)用于工業(yè)化的實際生產(chǎn)使用中，取得了良好的成果。自20 世紀(jì)90 年代初，美國、德國等發(fā)達國家針對油泥處理進行了大規(guī)模的技術(shù)研究和設(shè)備開發(fā)，并制訂了嚴(yán)格的法規(guī)，如1990年1 月，美國環(huán)保局就在資源保護和回收法令及危險和固體廢物修正案上對污油泥進行特殊規(guī)定并提出技術(shù)處理標(biāo)準(zhǔn)。我國對油泥處理技術(shù)的研究起步晚于西方發(fā)達國家，目前現(xiàn)有的油泥處理技術(shù)與世界先進油泥處理技術(shù)存在著不小的差距。

目前國內(nèi)外處理油泥常見的技術(shù)大致可分為的技術(shù)大致可分為：萃取法、焚燒焦化法、生物法、調(diào)剖處理法、三相分離法、熱解法等。

1.1 萃取法

主要運用“相似相溶”的原理，根據(jù)含油污泥的成分組成，選用適合的溶劑來提取油泥中的碳?xì)浠衔镱愇镔|(zhì)并收集回收利用，其中萃取劑可以通過蒸餾回收利用，從而達到“變廢為寶”的處理效果。萃取法具有耗能低、操作簡單、提取效率高等優(yōu)點，可充分回收利用油泥中的石油類物質(zhì)。

國內(nèi)外主要研究成果有：

(1)張秀霞、車承丹等選取氯仿和石油醚作為萃取溶劑[1]，其中這兩種萃取溶劑的萃取效果明顯，可達90%以上，可充分回收利用油泥中的碳?xì)浠衔镱愇镔|(zhì)。

(2)曾海鰲等將油泥分類成含油量高、含油量高低兩種類型[2]，選用汽油和煤油分別進行萃取，結(jié)果顯示，汽油和煤油對含油量高的油泥的萃取率大于含油量低的油泥的萃取率，其中最高可達到95%。

1.2 焚燒焦化法

焚燒焦化法主要適用于含油量高的油泥，具體可以分為如下步驟：

(1)對含油污泥進行干燥脫水處理。其目的在于降低油泥的含水量，減少油泥的粘度，方便下一步固化處理。

(2)添加固體參和料，加工制造成仿煤燃料，從而進行固化處理。其目的在于增加油泥的孔隙率，使其能夠在焚燒爐中燃燒充分，釋放能量。

(3)放入焚燒爐中焚燒焦化處理，回收利用油泥中的熱能與液相油品。其目的在于除去油泥中的可燃物質(zhì)如石油碳?xì)漕惢衔铮瑢τ湍嘀兄刭|(zhì)油進行高溫?zé)崃呀馓幚沓傻头肿右合嘤推?如汽油、柴油等)。

(4)煙氣凈化處理與衛(wèi)生填埋。其目的在于處理焚燒爐產(chǎn)生的大量尾氣防止污染空氣，對焚燒處理后殘余的固體廢棄物通過固結(jié)處理進行衛(wèi)生填埋防止污染。

焚燒焦化法基本實現(xiàn)了油泥的資源化利用，具有減容性好、有毒有害物質(zhì)處理徹底、適合大規(guī)模的高含油量油泥的處理等優(yōu)勢。

1.3 生物法

生物法主要適用于對含油量較小的油泥處理，一般為含油量小于5%的油泥，通過在油泥中接種嗜油菌并培養(yǎng)，使其大量繁殖，從而對油泥中的石油烴類碳源有機質(zhì)進行降解，最終完全礦化轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的無機物質(zhì)，供植物吸收。

在生物法的實際使用過程中，需要加入加氧酶催化，其作用為將分子氧結(jié)合到基質(zhì)中形成含氧中間體最后轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)。因而，氧含量是影響生物法降解石油烴類的一項重要指標(biāo)，其變化可以用于表征油泥的降解程度。

1.4 調(diào)剖處理法

調(diào)剖技術(shù)將油泥中的水、油、泥組分和特效添加劑通過化學(xué)方法處理成穩(wěn)定、均一的乳化液，注入到地下油田，在地下水的沖釋以及地層中巖石的吸附等作用影響下將乳化體系分解為團粒結(jié)構(gòu)體系，從而提高地下水層的密封性，提高采油的效率。

1.5 三相分離法

目前主要通過化學(xué)破乳、氣浮分離、離心分離等手段使油泥中的水、油、泥三相分離，分層后處于位于頂部的油相可以回收利用、中間的水相可以在處理后排放、較重的固相會沉在底部通過一定的處理后可用于填埋或鋪路。

1.6 熱解法

熱解是指在惰性氣體及一定溫度條件下對固廢物進行蒸餾、熱解、炭化等過程，使固廢物分解為可回收利用的低碳烴類燃?xì)狻峤庥偷热剂希ㄟ^進一步加工可以成為產(chǎn)品銷售創(chuàng)造價值。

2 污油泥處理技術(shù)的前景

每種處理技術(shù)都有其優(yōu)勢，但同時也具備處理局限性。如萃取法：在大規(guī)模油泥處理過程中，所需大量的萃取溶劑從而價格昂貴，且容易造成二次污染；焚燒焦化法：投資成本高，容易造成“資源”的浪費；生物法：周期長，不適合用于高含油量、大規(guī)模的油泥處理；調(diào)剖處理法：油泥普適性不強，技術(shù)不夠成熟，容易造成二次污染，對地下水流系統(tǒng)影響較大；三相分離法：油泥處理量比較低、分離時間較長；熱解法：投資成本高，處理過程復(fù)雜。

目前湖南薪火傳環(huán)保科技有限公司的氣化裂解爐技術(shù)在醫(yī)療垃圾處理上取得了巨大的成果后，經(jīng)過改進優(yōu)化，在油泥的預(yù)處理過程中添加成本低廉的催化劑后通過氣化爐氣化裂解可以無害化處理污油泥，其設(shè)計發(fā)明的氣化裂解爐的原理圖與實物圖如圖1。

圖1 氣化裂解爐

其設(shè)計的氣化裂解技術(shù)主要原理如下：含油污泥中的有機高分子在高溫下自供熱氣化裂解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w與中低分子液相油類，并釋放能量，從而創(chuàng)造經(jīng)濟價值；在處理油泥的過程中，可以混合干燥固體廢棄物一起氣化裂解，提高燃?xì)赓|(zhì)量，當(dāng)油泥濕度過大時，產(chǎn)生的熱值偏低氣體可混合燃?xì)猓谠钆_處混合后進行充分焚燒，釋放大量熱能，可以連接鍋爐等設(shè)備進行利用。

含油污泥其主要處理過程如下：

(1)將油泥干燥固結(jié)處理并添加催化劑；

(2)將固結(jié)的油泥放入氣化爐內(nèi)，在氣化爐底部點火引燃底部的油泥中有機質(zhì)使其發(fā)生氧化反應(yīng)放熱，保持底部持續(xù)送入向上空氣；

(3)在溫度梯度下氣化爐可分成四個層，氧化層、還原層、裂解層、干燥層，其中油泥在裂解層與還原層充分氣化裂解，在灶臺處燃燒釋放熱能。底部留下的殘渣可以通過澆筑成磚塊防止有毒無機物析出，用于建筑使用。

該處理技術(shù)成本低廉，操作簡單，可以充分回收油泥中的石油烴類物，是一種適合中國國情的技術(shù)，其主要的特點如下：

2.1 適用范圍廣泛

氣化裂解技術(shù)可以同時處理油泥、生活垃圾、處理醫(yī)療垃圾等的廢棄物。

2.2 處理規(guī)模靈活

氣化裂解處理即可以大規(guī)模的建廠處理也可以滿足就地、即時處理；可以滿足在油泥產(chǎn)生的位置就地?zé)o害化處理，可以防止在油泥運輸、堆放過程中產(chǎn)生污染。

2.3 費用低廉

本技術(shù)采用了合適的工藝流程，設(shè)計了合理的氣化裂解爐結(jié)構(gòu)，在氣化裂解爐制造的過程中，只需要常用的鋼材焊接處理即可，不需要特效的耐熱材料；在運行過程中，充分的運用了油泥中高分子有機質(zhì)的熱值，使其自供熱氣化裂解，只需要少量的天然氣預(yù)熱到設(shè)計溫度后即可；燃燒灶產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過塵降室、水噴淋等設(shè)備后，只需要簡單處理，即可直接達標(biāo)排放入大氣中，本垃圾氣化處裂解理設(shè)備成本和單純處理過程的成本，均比垃圾焚燒低80%以上。

2.4 環(huán)保綠色

本技術(shù)從工藝設(shè)計上控制了部分污染物的產(chǎn)生，如“二惡英”。二惡英類物質(zhì)生成要滿足如下五個基本條件：

(1)有苯環(huán)分子；(2)有氧原子參與反應(yīng)；(3)氯原子參與反應(yīng)；(4)金屬顆粒(灰塵〉作催化劑；(5)適宜的溫度，一般為250～650°。

氣化裂解爐技術(shù)根據(jù)二惡英類物質(zhì)的生成特點，采取了如下設(shè)計：(1)嚴(yán)格控制氧氣含量，保證在(裂解層)是無氧的；(2)在燃燒灶設(shè)計壓火盤溫度約1500°，使少量的二惡英類物質(zhì)全部氧化分解；(3)在處理尾氣階段設(shè)計了水噴淋，使尾氣無法再合成二惡英類物質(zhì)。

3 結(jié)語

氣化裂解爐技術(shù)雖然在含油污泥等有機質(zhì)固體廢棄物處理研究中做了很多突破，但是在自動化方面存在不足，需要改進。在未來含油污泥的處理研究中，我們應(yīng)該要嚴(yán)格按照國家的要求，充分考慮中國國情，向著操作簡單、成本低廉、處理高效、無污染無害化的目標(biāo)進軍。