PAM化學法脫穩處理含油污泥資源化回收技術的應用研究*

郗 偉，李 斌

（陜西國防工業職業技術學院 化學工程學院，陜西 西安7100302）

在油田開采、煉油過程、加油站等日常生產中產生了大量的含油污泥，這些含油污泥是石油加工生產過程中產生的主要污染物之一。科學的資源化處理技術既可以解決日益嚴重的環境問題，又有利于資源的回收利用。近年來，隨著油田采油量的持續增長及環保分離技術要求的提高，油田、煉油企業污泥產出量都有了大幅度增加，包括污水處理產生的含油污泥量也迅速的增加。含油污泥中含有可觀的殘余油品和部分芳香烴化合物、酚類、蒽、芘等有毒有害物質[1,2]。尤其是在油田開采、運輸處理過程等環節產生的罐底泥、浮渣、廢白土和落地原油等污泥的石油類物質含量高；原油在煉化過程中隔油池和原油罐的底泥，以及浮選池的浮渣也有較高含油率，同時還含有較高金屬與粘土無機礦物，具有油氣回收和礦物質再生利用的價值。魏彥林等人分析研究了延長油田含油污泥的特性，開展了“篩分-流化化學調質-機械分離”處理工藝技術的研究[3]。鄧皓等人將含油污泥在水泥窯中高溫煅燒，把含油污泥中的無機礦物質和油品作為水泥生產的原料和燃料，煅燒的過程還可將有害有機物徹底分解，實現了含油污泥的資源化利用和無害化處理[4]。趙瑞玉等人利用正己烷、混合環烷烴和醇醚混合物進行復配，制得一種高效低毒和環境友好的萃取劑，通過萃取技術較好的實現了含油污泥中原油的回收[5]。周德榮將臥螺離心機與帶式壓濾機就污泥脫水處理情況進行綜合的比較分析，結果表明，臥螺離心機的綜合性能要優于帶式壓濾機[6,7]。

綜合分析發現，采用單一的方法處理含油污泥難以實現高效分離。本文依據某油田含油污泥的實際產生情況和其含油污泥的特性，優化工藝方案，將化學處理方法和物理機械方法相結合，采用了先化學法脫穩，用脫穩劑對含油污泥進行化學預處理，然后使用新型臥螺離心機進一步使污泥干化分離，最終實現徹底油泥分離的目的。含油污泥的無害化處理和資源化利用，最大限度的回收存在于采油、煉油污泥中的大量油品，減少對環境的污染，已經成為含油污泥處理技術發展的必然趨勢。

1 實驗部分

1.1 實驗工藝流程

（1）利用自制的油泥分離劑來破乳除油，提取含油污泥中的原油；

（2）對水及水溶性物質和泥沙添加化學絮凝劑等進行化學法脫穩；

（3）采用離心分離機進行機械法過濾分離。

1.2 設備與分析方法

1.2.1 原料及設備 陽離子聚丙烯酰胺（分子量1200萬，進口分裝，蘇州恒信達環保科技有限公司）；四氯化碳（光譜純 天津市科密歐化學試劑有限公司）；石油醚（AR天津市化學試劑廠）；含油污泥（某油田大罐底部污泥）；油泥分離劑（水溶性破乳劑 自備）。

JY-OIL48紅外分光測油儀；LW250X1000型臥螺式離心機；DHG-9005電熱恒溫鼓風干燥箱；JJ-1電動攪拌器、HH-2超級恒溫水浴鍋。

1.2.2 測定方法 油泥含油分析研究，以含油量為主要分析評價指標。含油量參照國家環境保護標準（水質石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法（HJ637-2018）進行測定[8]。

式中 ρ：樣品中石油類的濃度，mg·L-1；ρ0：空白樣品中石油類的濃度，mg·L-1；X、Z、Y、F：校正系數；A2930、A2960、A3030：各對應波數下測得經硅酸鎂吸附后濾出液的吸光度。

1.3 含油污泥組成的測定

含水率的測定采用了國家推薦標準“水－油混合體系含水率的測定方法GB/T260-2016”[9]，完成含水量測定后，采用連續提取法（HJ637-2018）測量固體油泥中的含油量，剩余的泥砂經過濾、烘干、靜置，稱重得出泥砂量，試樣總量與含水量、含油量、泥沙量的差值即為其水溶性物質的含量。本實驗采用試樣含油污泥來源于某油田大罐底部的混合物，油田大罐底部含油污泥各成分組成參見表1。

表1 含油污泥試樣的基本組成Tab.1 Basic composition of oily sludge sample

由表1可以看出，含油污泥試樣中的含水率、含油率較高，固體泥沙含量較低，油品的回收價值和資源化利用價值較高。

2 結果與討論

2.1 破乳劑用量及溫度對油泥分離效果的影響

實驗采用水溶性破乳劑（自制），稱取大罐油泥試樣50g，測定影響破乳效果的主要因素——溫度和破乳劑添加劑量對油泥分離效果的影響。通過自備破乳劑的聚集機理破乳除油，實現油泥的分離。實驗結果見圖1、2。

圖1 破乳劑添加量對除油率的影響Fig.1 Effect of demulsifier addition on oil removal rate

圖2 溫度對除油率的影響Fig.2 Effect of temperature on oil removal rate

由圖1、2可以看出，綜合考慮影響因素條件下，水溶性破乳劑用量在150mg·kg-1、溫度在60℃條件下最為可行，除油率相對也較高。

2.2 脫穩劑對除油效果的影響

油泥在破乳分離的過程中，加入水和破乳劑形成了微小粒徑的懸浮物及少量膠體，在固液相分離前，此時需要加入脫穩劑來降低膠體的電位，破除膠體的穩定性，便于固液相分離。實驗主要考慮絮凝劑和助凝劑用量對固液相的分離效果。

2.2.1 絮凝劑的影響 本次實驗使用高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），聚合度在9×104左右，相對分子量高達1600×104，取添加破乳劑和水后的油泥混合液100mL,在恒溫水浴60℃下對PAM在不同添加量和溫度下做實驗分析，結果見表2。

表2 PAM添加量對油泥混合液分離效果的影響Tab.2 Effect of PAM addition on separation effect of oil sludge mixture

通過聚丙烯酰胺分離出的水相顏色判斷油品的含量，PAM的添加量對水相顏色的影響較大，但隨著添量的增加分離出的水相顏色越黃。考慮成本和分離效果，單獨添加300mg·kg-1的PAM就可以分出水質顏色清澈的水相，可以使水質達到清澈，實現了油水相的分離，繼續加大用量反而會使水相返混，油品溶解的現象。

2.2.2 助凝劑的影響 當油泥污水含油量較高時，單用絮凝劑不足以取得良好的分離效果時，此時可以添加助凝劑以提高絮凝效果。助凝劑可有效調節或改善絮凝的條件，利用高分子之間的強烈吸附架橋作用，使原本細小松散的絮凝體變得緊密。常用的助凝劑有活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉以及聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等等。為了不引入太多外來物質，本次實驗采用低分子量的聚丙烯胺。

在PAM添加量為50mg·kg-1處理前提下，取實驗油泥水相100ml，在恒溫水浴60℃下，添加不同量的助凝劑聚丙烯胺，分離效果見表3。

表3 助凝劑添加量對油泥混合液分離效果的影響Tab.3 Effect of coagulant aid dosage on separation effect of oil sludge mixture

由表3可見，實驗室條件下，水浴60℃，助凝劑聚丙烯胺在加入量為100mg·kg-1時能更好地提高絮凝劑的分水效果，相對于單一加入300mg·kg-1的PAM脫水率約提高約6%。

2.3 室溫條件下的油泥分離效果

根據實驗室優化的工藝條件，室溫條件下取500g大罐油泥，在2000mL的燒杯內進行，底部采用超聲波震動篩攪動，恒溫水浴鍋溫度控制在30℃左右，試樣靜置4h。

使用自行研制的泥水分離劑（水溶性破乳劑），該破乳劑主要含3種成分。A是快速混凝沉降劑，使含油污泥破乳脫穩、加速聚集，一般用蒸餾水配制成濃度為2.0%～5.0%的溶液；B是改性的混凝沉降劑，增強脫水效果，能快速使污泥析出水分和油品，泥漿聚結成塊狀物質，用量較少，一般用蒸餾水配制成濃度為0.05%～0.2%的溶液備用；C是泥漿pH值調節劑，投加濃度為0.5%～2.0%（冬季溫度低，應在處理前20min添加），將pH值調至7.2左右。結果見表4。

表4 泥水分離劑(水溶性破乳劑)添加量對分離效果的影響Tab.4 Effect of amount of demulsifier on separation effect

由表4可見，泥水分離劑濃度約100mg·kg-1下使用，化學試劑破乳和脫穩的效果與實驗室60℃條件下基本相當，能滿足實際生產溫度30℃下達到高溫60℃的脫穩效果，降低了高溫條件下的操作成本。

表5 油泥分離后各成分的基本組成Tab.5 Basic composition of oil sludge after separation

由表5可見，采用化學試劑脫穩破乳后油品回收率達到90.23%；脫油后，水相的含油量經測定為271mg·L-1，pH值在7.4左右，能夠滿足普通水處理系統的處理標準；分離出油品和水相后的污泥含水量約（未經機械法過濾、風干）49%，優于國家標準（GB18598-2019,不超過85%）；試驗分離出的污泥渣，在實際生產中需要再經過機械法壓濾、風干，含水量可降至12%以下。

3 結論

采用化學脫穩劑PAM，在自制破乳劑實現油泥分離的前提下化學法脫穩，配合使用機械法過濾，來處理含油污泥進行資源化綜合利用是必要且可行的。

（1）實驗室條件下，水溶性破乳劑用量150mg·kg-1，化學脫穩試劑（絮凝劑50mg·kg-1和助凝劑聚丙烯胺100mg·kg-1）在60℃恒溫下進行脫穩、破乳實現油泥的分離效果最佳，油品回收率可達到92%左右。分離出的污泥從液態轉化為固態，再采用機械過濾的工藝來處理分離后的污泥得到含油量達標的油泥干渣。

（2）室溫條件下根據泥漿溫度（25～35℃）調配好泥水分離劑，在500g油泥，2000mL泥漿中加入100mg·kg-1，在30℃條件下處理含油污泥將pH值調至7.2左右，可使污泥中的油、泥、水三相得到較為高效的分離，可以達到油品90.23%的回收率；再針對分離出的油、泥、水三相分別處理，就能實現變廢為寶，真正實現油品開采以及煉化企業油泥的資源化回收利用。