含油污泥處理技術及發展綜述

楊麗，付可，張靜茹，李林彬，郭一樊，程遠鵬

開發與應用

含油污泥處理技術及發展綜述

楊麗，付可，張靜茹，李林彬，郭一樊，程遠鵬*

（長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100）

石油是我國現階段能源結構的重要組成部分，有著不可替代的重要作用。在油田生產和運輸的過程中，會產生大量對環境有害的物質，其中“含油污泥”便是最主要的污染物之一。隨著油氣田開發的逐步深入，含油污泥所帶來的污染影響和環境之間的矛盾會越來越突出，含油污泥的高效、無害化處理刻不容緩。對物理、化學、生物三大類含油污泥處理技術方面進行闡述，并對未來相關處理技術的發展趨勢作出了展望。

含油污泥；處理技術；物理法；化學法；生物法

我國每年油田產生含油污泥5×106t，煉油廠產生含油污泥3×105t，每年新增含油污泥處理市場空間50 億元左右，同時歷史遺留的含油污泥處理問題也占有很大一部分的市場空間[1]。含油污泥是石油生產加工過程中產生的主要污染物質之一，且成分復雜、毒性較高、污染程度大。隨著新環保法和“綠水青山就是金山銀山”的理念提出，我國對環保的整治力度正逐步加大，對含油污泥污染物的高效處理提出了更嚴格的要求。為了減少含油污泥對環境的污染和對人類健康的影響，含油污泥的高效處理方法已成為整個石油行業重點突破對象。以前的處理技術逐漸達不到國家環保要求，而且目前還尚未形成成熟的、經濟效益高的處理工藝和技術。因此為解決新型污染物，開發新型處理技術刻不容緩。目前，國內外對含油污泥污染物的處理方法主要分為物理方法、化學方法和生物方法三大類，其中主要包含有熱脫附技術、氣相抽提技術、微波修復技術、熱洗法、溶劑萃取法、植物修復技術和微生物修復技術。這些處理方法各有優勢，也有其各自的局限性與缺點。本文分別對三大類處理技術進行綜合闡述，為國內外含油污泥新型處理技術的開發和應用提供參考與理論支撐。

1 物理處理技術

1.1 熱脫附技術

熱脫附技術是指在真空或者通入載氣的條件下，對含油污泥進行加熱，使待處理的有機污染物汽化、揮發或裂解，達到從復雜基質中分離出來的目的，然后對分離出的目標污染物進行冷凝收集并進行一系列后期處理，實現廢物資源的再利用［2］。按照不同的處理場所和方式，熱脫附技術又可分為原位熱脫附技術和異位熱脫附技術。

原位熱脫附技術是在不翻動挖掘土壤的條件下，通過對含油污泥進行直接加熱或者間接加熱的方式，將所需處理的污泥加熱至目標溫度，然后促使污泥中的有機物在高溫條件下被分解或者汽化，最后將這些有機物分解、汽化所產生的氣體收集起來進行處理。

國外的Haemers公司、Terra Therm公司、殼牌公司等已經大規模使用原位熱脫附技術，而且在不斷地積累經驗和探索中。Haemers公司結合詳細的土壤凈化情況，研制出了一種輕型智能原位加熱器，在一些大型建筑工程或者其他難以開展修復任務的土地上，完成了能夠在不撤除毀壞現有建筑設備、不影響四周環境、不挖掘土壤的情況下進行含油污泥的修復，使原位熱脫附技術更加的便捷高效。

原位熱脫附過程的關鍵影響因素有加熱溫度、加熱時間、升溫速率、載氣流量、土壤類型（導熱性、含水率、土壤孔隙率、地下水位、水流速率、滲透性、土壤粒徑分布等）［3］。通常情況下，土壤的加熱溫度和土壤滲透性與目標污染物的脫附效果成正比；而土壤的含水率對脫附效果則呈兩極化影響，含水率過高則需要加熱大量水，在此過程中消耗大量能量，含水率過低則會使土壤的導熱效果下降，熱損失較快。原位熱脫附技術具有安全性高、適用性強、修復效率高等優點。原位熱脫附更適合應用于有特殊要求的場地（存在地下水污染或者場地上建筑物因具有特殊的意義而不能拆遷或搬 離）[4]。但是原位熱脫附技術相比其他修復技術所需要花費的時間較長，在加熱過程中能源消耗較大，在修復過程中土壤的功能特性、生物群落和結構會受到不同程度的破壞。

異位熱脫附是需要將含油污泥從原場地中挖掘出來，然后經過一系列的預處理操作后進入加熱裝置，污泥中污染物受熱蒸發，蒸發氣體進入廢氣處理設備進行處理，從而使待處理土壤得到凈化。

朱瑞利[5]在實驗中發現，加熱溫度為300 ℃、加熱時間為1 h即可達到對目標污染物的有效去除，而在工程處理中，若要使修復后土壤與效果評估要求相符，則溫度為350 ℃最佳。

異位熱脫附技術處理污染物的效率較高，而且對土壤的整體破壞作用小，有利于地塊的快速周轉，適用于大型修復場地。但是其存在污染范圍調查不準確、廢氣處理量較大等問題。

1.2 氣相抽提技術

氣相抽提技術的主要操作設備是抽提井，以抽氣的形式在含油污泥中形成低壓環境，降低有機污染物的飽和分壓度，使污染物從復雜的環境中以揮發的形式分離，最后通過抽提井將污染物輸送到處理器中進行處理。

姚佳斌[6]等通過實驗發現，對氣相抽提技術產生重要影響的有以下幾個因素：有機物性質、含油污泥滲透率和含水率以及抽提氣體流量。

馬雋[7]的研究成果表明，含油污泥的空氣滲透率是對揮發性有機物（VOCs）的去除時間及效率的主要影響因素；而且對含水率的要求也很高，因為含水率過高會堵塞縫隙，導致滲透率降低，過低會降低污泥對有機物的吸附能力，不利于去除VOCs，通常情況下最好保持含水率在15%～20%之間，這樣的去除效果會更好。

土壤氣相抽提技術對于土質較為松散的地區來說相對有優勢，而且通過隋紅[8]等研究發明的一套實現后期尾氣無害化處理的裝置，尾氣吸收率達到99%，提高了資源回收率。但是氣相抽提技術受到很多污泥性質的限制，缺乏普遍適用性。

1.3 微波修復技術

微波修復技術是指介電材料在微波的作用下其內部會發生一系列極化現象，內部介質的極化作用會產生與電場同相的電流，從而使材料內部發生功率耗散。正是這種因介質損耗而導致的功率耗散產生了熱能[9]。微波加熱具有以下優點：加熱效率高，可以大大縮短含油污泥的加熱時間；可以對所需要處理的污染土壤進行指定區域的加熱，不用加熱全部區域，減少了資源能量的損耗；處理過程容易控制，方便操作；熱波修復技術的限制要求較少，可使用范圍廣；修復方式不會對周圍環境造成其他影響，清潔無污染。

龍飛［10］在實驗研究中發現，微波的處理功率、污泥的厚度以及污泥含水率和所需加熱時間等因素對含油污泥的修復作用有顯著影響。微波功率增高，提高了微波反應腔的微波場強，污泥加熱功率提高，去除率升高；含水率過高時，會影響污泥吸收微波的效率，升溫速率降低，導致去除效果不佳；污泥的厚度會影響微波的加熱效率，厚度過大時，微波的加熱效應會降低，此過程會造成微波能量的損失，最佳厚度在4 cm左右。

朱湖地[11]在實驗過程中發現，微波修復技術對于小范圍污染區域的修復具有高效、便捷的優勢，它可以定點加熱，而且對于土壤的結構和理化性質影響很小；但是當所需修復的區域面積過大或者含水率較高時，該項修復技術實施起來有一定的困難。因為在此過程中微波加熱會消耗損失大量的微波能量，導致能源的損耗。

2 化學修復技術

2.1 熱洗法

熱洗法通常以一定比例的熱水和化學藥劑混合作為化學清洗劑，通過攪拌、加熱，使化學清洗劑發揮作用[12]，從而破壞含油污泥的油相和油泥界面，使其黏度降低，實現含油污泥中有機物質的分離。

美國環保局最先采用熱洗法處理含油污泥，我國后續也接連展開了對該方法的研究和探索。趙旖楠[13]等采用熱洗法對西部某油田含油污泥進行了更為深入的研究，通過改變化學清洗劑濃度、反應溫度、攪拌時間、攪拌強度等實驗條件參數，得到了較好的處理結果。處理后的污泥含油率顯著降低，達到了我國煉油廠回收利用的標準，并且具有較高的價值和收益。

LU[14]在應用熱洗法對勝利油田含油污泥進行處理中，通過對多種清洗劑的初步篩選，發現Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂3種清洗劑效果較好。當混合清洗劑中Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂的比例為10∶1∶0.5，在清洗劑用量為1.1%、液固比為7∶1、溫度為70 ℃、攪拌速度為400 r·min-1、清洗時間為60 min的條件下，最高油回收率可達98%。

熱洗法的優點是簡單便捷，油品浪費率低，可靠性強。缺點是需加入化學清洗劑，且化學清洗劑的篩選有一定難度，處理不當可能會對土壤造成再次污染。因此在應用熱洗法時，沒有對污染物進行固定或破壞，進行回填污染土壤時，工作人員應積極開展完善的檢測工作，確定是否達到石油污染土壤修復的實際標準。鑒于化學清洗劑含有未被分解的污染物，工作人員完善處理工作后，才能將其進行排放[15]。

2.2 溶劑萃取法

溶劑萃取法是利用原油在萃取劑中溶解度較大的性質，用萃取液將含油污泥中的原油提取出來。因此，在選擇萃取劑時，其性質應與原油的性質相近或相似，最大程度地提高原油的溶解度，這樣才能從含油污泥中提取出更多的油類物質，從而達到原油的回收利用目的[16]。

ZHU[17]等采用疏水性離子液體處理含油污泥時，發現1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Bmmim][PF6]）的加入改變了油和土壤之間的黏附力。研究表明，[Bmmim][PF6]可將溶劑消耗降低約60%。此外，[Bmmim][PF6]可以很容易地分離，而且與無輔助溶劑萃取法相比，強化溶劑萃取是一種很有前途的從含油污泥中回收油的方法。

梁宏寶[18]選擇輕質油為萃取劑處理吉林油田某采油廠的含油污泥，通過進行兩級循環萃取+萃取劑蒸餾回收工藝，從而獲得含油污泥的最優萃取時間、攪拌速率、萃取溫度等關鍵的數據參數，并且發現在萃取劑和含油污泥的混合比為2∶1時，萃取后的含油污泥的含油率極低，脫油率和萃取劑的回收率均達到了90%以上。該工藝可以實現對含油污泥的高效處理，其成本低，占地面積小，具有廣泛的推廣應用價值。

DAI[19]等采用叔胺（TA）和質子化叔胺（PTA）的混合工藝，實現了含油污泥的綠色有效萃取，其中PTA為TA的質子化狀態。與僅使用TA相比，PTA的加入使原油回收率提高了3%～5%，回收原油中殘留的固體較少。此外，PTA對污泥表面帶正電離子的吸附提高了潤濕性，原油重烷烴與PTA的相互作用促進了原油從污泥表面的剝離，增強了污泥的親水性，更為重要的是TA的不完全回收恰好起到了再生混合物中PTA的作用，可以減少溶劑的 損失。

該項技術適用范圍很廣泛，萃取液能夠反復循環使用，達到了環保的目的。缺陷是很難找到一種效率高、對環境無害、安全隱患小的萃取劑，而且萃取劑成本較高。

3 生物法

3.1 植物修復技術

植物修復技術主要是利用植物根部分泌出的各種有機物將含油污泥中的污染物直接分解或降解。環境因素是影響植物修復效率的主要因素，例如土壤的有機物含量、pH值、營養元素等。

要使植物修復率達到最大，就必須根據土地污染情況選擇植物的種類，植株的耐受性要在特定污染物上體現出來，并且植物自身還能夠正常生長。于一雷[20]等采用多種植物來修復原油污染土壤，實驗結果表明，堿蓬能很大程度地降解污染物，在污染程度不同的土壤中都適用。丁正[21]等研究了3種典型植物對土壤修復效果的規律性和相關性。實驗發現，石油烴（TPH）降解率隨著莖鮮重和莖干重的增大而隨之提高；同時，當降解菌數量越多時，降解率也會越高。

植物修復技術相對其他修復技術來說簡單可行，降解效率大大提高而且消耗成本更低。利用植物技術修復土壤中的原油污染物，不僅可以恢復土壤的原有功能，也不會污染土壤及周邊的環境，符合創造綠色環境這一發展理念。植物修復在污染修復領域有可觀的優勢，成本低且長期適用。但是植物修復也需要花費大量的時間來完成，所用周期較長[22]，這一點相比其他修復技術不占有優勢。

3.2 微生物修復技術

微生物修復技術是利用微生物的新陳代謝，將含油污泥作為其生命活動的營養物質，并將含油污染物無害化的過程，從而達到降解含油污染物的目的。

微生物修復技術在國內外都有成功運用的范例。李先梅[23]等研究了某油田的石油污染土壤中生長的植物，發現該地區的植物在低濃度的石油污染土壤中能正常生長，黑麥草和紫花苜蓿的發芽率在較高濃度的石油污染土壤中受到了明顯的抑制作用。王京秀[24]等開展了柳枝稷-固體菌劑聯合修復的相關研究，通過一系列實驗，最終確定了適合菌劑生長的最佳載體，并明確了適合菌群生長的最適溫度、pH值和料水比。DHOTE[25]從罐底油泥中分離出了1種菌株，實驗結果表明，該菌株能很好地去除含油污泥，對土壤的恢復效果較好。

該技術本質上就是生物的轉化和降解作用，這一過程主要由胞內酶的催化作用完成[26]。微生物修復不會破壞土壤的原有結構，也不會改變其性能，不會對環境造成二次污染。而且微生物修復技術是目前應用范圍最廣、綠色環保、可最大程度修復石油污染土壤的技術。

4 結 論

1）物理修復技術總體上來說去除效率高、速度快，但是物理修復技術的修復成本相對較高，土壤的理化性質對去除效果影響較大，部分修復技術產生的廢水廢氣需要進行二次處理。

2）化學修復技術操作簡單、修復周期短、污染物去除較為徹底，但是在處理過程中可能會出現二次污染，使土壤的結構和性質受到破壞。

3）生物修復技術費用低、安全性高、不會產生二次污染，但是生物修復技術對所要處理的土壤的要求條件嚴格，適用范圍小。

4）不同的處理工藝都有其優缺點，對含油污泥處理工藝的選擇要綜合考慮所需處理土壤的生物結構、理化性質、處理量、所需費用以及處理后排出的廢水廢氣是否達標等因素。因此，在進行含油污泥處理時，應該根據實際情況將多種處理工藝相結合，不斷優化技術方案，開發綠色、高效、經濟的含油污泥處理新技術。

5）隨著人們節約能源、保護環境意識的不斷增強以及環保法規要求的日益嚴苛，減量化低碳排放、無害化綠色處理和資源化合理利用將成為今后含油污泥處理新技術的必然發展趨勢。

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Review of Oily Sludge Treatment Technology and Its Development

（School of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

Petroleum is an important part of China’s current energy and plays an irreplaceable role. In the process of oil drilling, storage and transportation, a large number of substances harmful to the environment will be produced, among which "oily sludge" is one of the most important pollutants. With the gradual deepening of oil and gas field development, the contradiction between the pollution effect brought by oily sludge and the environment will be more and more prominent, and the efficient and harmless treatment of oily sludge is urgent. In this paper, the physical, chemical and biological treatment technologies were described, and the development trend of related treatment technologies in the future was prospected.

Oily sludge; Treatment technology; Physical method; Chemical method; Biological method

國家自然科學基金項目，陰離子雙子表面活性劑黏彈流體提高非常規油藏采收率基礎研究（項目編號：51774049）；石油石化污染控制與處理國家重點實驗室開放課題項目，微生物燃料電池循環處理含油污泥污水基礎研究（項目編號：PPC2017005）。

2021-11-01

楊麗（2000-），女，湖北省襄陽市人，研究方向：含油污泥的微生物原位修復。

程遠鵬（1981-），男，博士，碩士生導師，研究方向：油氣田地面工程安全與環保技術、油氣集輸設備及管道腐蝕與防腐技術等。

X741

A

1004-0935（2022）06-0769-05