含油污泥熱化學清洗-離心工藝參數優化實驗研究

宮文凱 王福國 楊雷 王飛 馬超 劉博語 崔謙 劉速

1大慶油田水務公司

2青海油田勘探事業部

油田在生產過程中產生大量的落地含油污泥、罐底泥[1-2]，對環境危害極大。為了有效處理這些含油污泥，減少對環境的污染，某油田已建成投產10 座含油污泥處理站，主要采用預處理、熱化學清洗調質-離心處理工藝[3]，使堆積及產生的含油污泥得到了有效處理，同時回收了大部分污油[4]，取得了一定的社會效益及經濟效益。但是隨著含油污泥的成分日趨復雜，特別是聚合物和大量化學藥劑的添加，增加了油泥分離的難度[5-6]，造成了現有熱化學清洗-離心工藝的不適應，原有的藥劑和工藝參數不匹配，實際處理量遠低于設計處理量，處理后的含油污泥指標不能穩定達標[7]。

本文以該油田含油污泥為實驗對象，選用不同種類的熱洗藥劑，開展含油污泥熱化學清洗-離心工藝參數優化實驗，確定最佳運行參數[8-9]，為下一步的含油污泥處理站優化運行參數提供技術依據。

1 實驗原料性質

表1 不同采油廠的含油污泥對比Tab.1 Comparison of oily sludge from different oil production plants

2 實驗

2.1 試劑與儀器

HH-S26S 數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市大地自動化儀器廠；721 光柵分光光度計，上海浦東物理光學儀器廠；202 型恒溫干燥箱，上海勝啟儀器儀表有限公司；FA-N/JA-N 電子天平，上海民橋精密科學儀器有限公司。

2.2 實驗結果與討論

2.2.1 熱洗藥劑篩選

目前常用的熱化學清洗藥劑主要分為陰離子、陽離子、非離子以及兩性表面活性劑。在上述四類表面活性劑中選擇了8 種效果較好的藥劑進行篩選實驗。

取50 g 含油率為24.08%的樣品放入1 000 mL的燒杯中，按照泥水比1∶4、清洗藥劑500 mg/L，在燒杯中加入200 mL 清水、0.13 mL 清洗劑，在80 ℃水浴中攪拌30 min，沉降30 min，除去上層浮油，將下層污泥倒入到離心桶中，在1 200 r/min 轉速下離心10 min，倒掉上層清液，然后測定脫水后的油泥殘油率。

實驗用的熱洗藥劑OP、FJ-18、FJ-15 是非離子型表面活性劑，BS是兩性表面活性劑，HY、AX是陰離子表面活性劑，PC-WL、Thg 是陽離子表面活性劑。

實驗結果表明，OP 和BS 兩種藥劑清洗效果相對較好，離心脫水后油泥殘油率分別達到1.83%和2.11%，OP藥劑的清洗效果最好（表2）。

表2 不同種類熱洗藥劑的篩選Tab.2 Screening of different kinds of thermal washing agents

2.2.2 藥劑投加濃度的確定

茅臺酒廠的科研機構經歷了從無到有、從小到大的過程。從因陋就簡到擁有多種現代化科研設備、科研手段和相當規模的科研機構，茅臺在許多項目研究上都取得重大突破，研究碩果累累。

選用OP 清洗劑進行藥劑投加濃度實驗，在藥劑投加濃度分別為200、500、800、1 000 mg/L 時進行熱洗離心實驗，依據不同藥劑投加濃度離心脫水后油泥的殘油率，確定OP 藥劑的最佳投加濃度（圖1）。

圖1 OP清洗劑不同投藥濃度的熱洗殘油率Fig.1 Residual oil rate of thermal washing with different dosing concentration of OP cleaning agent

通過對實驗數據的分析得出結論：當藥劑投加濃度由200 mg/L 提高至500 mg/L 時，殘油率可由3.25%降至1.92%，下降速度較快，繼續增加投藥量，含油率下降趨勢不明顯，綜合考慮藥劑成本和處理效果，確定最佳投加濃度為500 mg/L。

2.2.3 熱洗溫度的確定

保持其他參數不變，熱洗溫度分別為50、60、65、70、75、80 ℃時進行實驗，依據殘油率，選出最佳熱洗溫度（圖2）。

圖2 不同熱洗溫度對應的殘油率Fig.2 Residual oil rates corresponding to different thermal washing temperatures

實驗結果表明，當熱洗溫度升高至65 ℃時，熱洗效果有明顯提高，繼續升溫后，熱洗效果提升不明顯，同時會增加耗能，造成運行成本升高。確定最佳熱洗溫度為65 ℃，對應殘油率1.93%。

2.2.4 泥水比確定

保持其他參數不變，調整泥水比分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 進行實驗，依據脫水后污泥殘油率，確定最佳的泥水比（圖3）。

圖3 不同泥水比對應的殘油率Fig.3 Residual oil rates corresponding to different mud water ratios

實驗結果表明，當熱洗泥水比為1∶4 時，熱洗效果有明顯提高，繼續提高水量后，熱洗效果提升不明顯，同時會增加運行成本。因此，確定最佳泥水比為1∶4。

2.2.5 復配藥劑配比的確定

保持其他參數不變，熱洗藥劑配比OP∶BS 為5∶1、4∶2、3∶3 時進行復配藥劑的熱洗實驗，依據離心脫水后油泥殘油率，確定最佳的藥劑復配比例（圖4）。

圖4 復配藥劑不同配比對應的殘油率Fig.4 Residual oil rates corresponding to different proportions of compound chemicals

實驗結果表明，最佳的復配比例為OP∶BS=5∶1時，油泥殘油率達到1.43%，優于單獨投加OP 清洗劑時殘油率為1.83%的清洗效果，由此可見，復配后的藥劑較單一藥劑處理效果更好。主要原因是復配的藥劑中OP 清洗劑具有的高表面活性可以改變含油污泥液-固界面性質，增強清洗效果。其油泥分離作用不僅可有效去除污泥含油，還可充分地分離被油所包裹的泥砂，起到凈化油層的作用。BS 清洗劑能夠降低界面膜黏彈性，增強界面流動性以促進油珠聚并，兩者復配的協同作用大大增強，清洗效果提升明顯。

2.2.6 離心轉數的確定

保持其他參數不變，分別在離心轉速為2 000、2 100、2 200、2 300、2 400 r/min 下進行實驗，離心10 min后，倒掉上層清液，檢測對應的油泥殘油率（圖5）。

圖5 不同離心轉數對應的殘油率Fig.5 Residual oil rates corresponding to different centrifugal revolutions

實驗結果表明，隨著離心轉速的升高，殘油率呈下降趨勢，離心轉數為2 200 r/min時，殘油率最佳，為1.87%，繼續增加離心轉數，殘油率變化不大。

2.2.7 藥劑成本

復配熱洗藥劑成本為111.8元/t，投加量及成本見表3。

表3 熱洗藥劑成本Tab.3 Cost of thermal washing agents

3 結論

（1）含油污泥處理熱化學清洗-離心工藝最佳運行參數為：泥水比1∶4，熱洗溫度65 ℃，最佳藥劑為OP和BS復配藥劑，復配比例為OP∶BS=5∶1，OP 藥劑投加濃度為500 mg/L，BS 藥劑投加濃度為100 mg/L，最佳離心轉數為2 200 r/min，藥劑成本為111.8元/t，為含油污泥處理站優化運行參數提供技術依據。

（2）目前熱洗藥劑投加最多的仍是化學藥劑，在自然界中較難降解，可能會造成二次污染，生物表面活性清洗劑[10]具有綠色、無污染等優勢，如何高效應用將是未來的重點研究方向。