含油污泥脫水技術(shù)研究進展

宋 濤，韋安培，李小龍，劉忠源，李寧輝

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司，天津 300452）

0 引言

為達到減少運輸儲存成本和后續(xù)設備運行負荷的目的，含油污泥在處理前，首先要進行脫水處理，使其體積減少后再進行最終處理，同時含油污泥的脫水處理還可以起到減少環(huán)境二次污染的目的，因此含油污泥的脫水技術(shù)十分關(guān)鍵。本文主要對目前常用的含油污泥脫水技術(shù)進行調(diào)研，總結(jié)了技術(shù)原理及其研究進展，以期為今后的含油污泥脫水技術(shù)研究提供參考。

1 含油污泥脫水技術(shù)概述

含油污泥脫水通常針對的是其中未與膠體顆粒結(jié)合的自由水，一般以重力或者離心力為主要作用原理進行脫水，而與膠體顆粒結(jié)合的水分則稱為毛細結(jié)合水，一般通過改變毛細孔形狀的方法進行分離，如自然干化、機械脫水等[1]。含油污泥脫水常用的方法主要包括物理法、化學法和聯(lián)合脫水技術(shù)等。

1.1 物理脫水技術(shù)

物理法即使用物理手段對含油污泥進行脫水，但是物理法的脫水效率偏低，通常與化學法配合使用，具體脫水方法主要為機械法、微波法、超聲法和冷凍/融化法等。

1.1.1 機械法

機械法目前已被廣泛應用于實際生產(chǎn)中，是較為成熟的含油污泥脫水技術(shù)，主要脫水方式有三種：一是利用含油污泥中各組分密度不同進行離心分離的離心機，其應用較為廣泛，污泥含固率較高，出泥含水率在75%～80%之間；二是通過施加外部壓力以擠壓的方式進行強制分離的壓濾機，壓濾機作為最早進入我國的機械脫水設備，應用最為廣泛，脫水后含水率在65%～75%之間，呈泥餅狀，劉偉[2]開展了新型板框壓濾機的試驗研究，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)簡單，對含油污泥適用性好，泥餅含水率在70%以下，但存在運行操作不便，易堵塞的問題；三是利用螺桿擠壓原理進行含油污泥壓縮和脫水的疊螺式脫水機，這是一種新型的含油污泥脫水設備，具有連續(xù)自清潔，不易堵塞的優(yōu)點，出泥含水率在75%～80%之間[3]，目前該設備已得到了初步應用，海拉爾油田孫玉龍等[4]驗證了撬裝疊螺式脫水機對含油污泥的處理效果，脫水后泥餅含水率在71%～86%，成型裝袋與之前相比更為容易，脫出污水明顯更加清澈。

1.1.2 微波法

微波處理技術(shù)是通過微波熱效應分離固化含油污泥，使含油污泥乳狀液體系被破壞，從而實現(xiàn)脫水的一項技術(shù)。有研究顯示，微波產(chǎn)生的輻射能對含油污泥中的油水乳化結(jié)構(gòu)進行有效破壞，使其中的水分脫離出來，但目前微波技術(shù)主要應用于含油污泥的回收，并沒有進行大范圍的含油污泥脫水應用。Lin Fang[5]等研究發(fā)現(xiàn)，在微波作用下，活性污泥中絮凝物的細胞結(jié)構(gòu)會遭到破壞，導致含水率降低。

1.1.3 冷凍/解凍法

熱脹冷縮是物質(zhì)的一種特性，且會因為其種類的不同呈現(xiàn)出不一樣的效果，因此含油污泥中各相的熱脹冷縮程度是不同的，冷凍/解凍脫水技術(shù)正是運用了這一點，通過冷凍后解凍的方式，破壞含油污泥原先的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并使其中的水分分離出來[6]。冷凍/解凍法需要大量的能量才能使用，一般適用于較為寒冷的地區(qū)。Guohua Chen 等[7]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)該方法的主要影響因素為冷凍/解凍時的溫度和時間。含油污泥在-40 ℃進行冷凍，低于20 ℃時進行解凍，可以實現(xiàn)最佳的脫水效果。

1.1.4 超聲法

超聲法對含油污泥的作用過程中可以產(chǎn)生機械振動、空化作用以及熱效應，從而促進能量傳遞和相分離過程，實現(xiàn)含油污泥的脫水，該方法主要受超聲時間和功率的影響。目前超聲法還處在初步應用階段，其脫水效率和成本還有待改善。宋占龍等[8]發(fā)現(xiàn)超聲裝置對于含油污泥的處理效率在引入微納米氣泡技術(shù)后有了明顯的提高。

1.2 化學脫水技術(shù)

化學法指的是向經(jīng)過物理處理的含油污泥中添加一種或幾種化學藥劑通過化學反應來實現(xiàn)含油污泥脫水的方法，由于化學法脫水技術(shù)及設備目前已經(jīng)十分成熟，因此被大量應用在含油污泥的脫水處理中，目前使用最多的含油污泥脫水化學技術(shù)主要為絮凝劑和表面活性劑。

1.2.1 絮凝劑

絮凝劑經(jīng)過大量的實際生產(chǎn)驗證被認為是脫水效率高、使用成本低的一種藥劑，其中應用最多的是無機絮凝劑和有機合成高分子絮凝劑。無機絮凝劑主要包括石灰、聚氯化鋁、氯化鐵等，這類絮凝劑在反應過程中會水解形成利用電荷中和使污泥凝聚為絮凝物的羥基離子，并使泥餅的孔隙率得到改善。有機絮凝劑主要是高分子聚合物如陽離子聚合電解質(zhì)等，通過加強與污泥顆粒的吸附與橋接實現(xiàn)含油污泥的脫水[9]。Buyukkamaci 等[10]對無機和有機絮凝劑的含油污泥脫水效果進行了比較，實驗表明石灰等傳統(tǒng)無機絮凝劑雖然能在一定程度上提高了含油污泥脫水效率，但是會增大含油污泥的體積，導致含油污泥最終處置難度增大，而有機絮凝劑對于污泥脫水效率的提高要好于無機絮凝劑，并且不會增大污泥體積。

有機絮凝劑通常情況下不具有降解性，對環(huán)境的二次污染風險較大，因此合成無污染的有機絮凝劑是當下許多學者重點關(guān)注的課題。Danfeng Wang[11]等將陽離子乙烯基單體接枝到殼聚糖上，合成了與傳統(tǒng)的聚丙烯酰胺（PAM）、陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）相比絮凝脫水性能更好的有機絮凝劑，同時該絮凝劑還具有可生物降解，綠色環(huán)保的優(yōu)點。

1.2.2 表面活性劑

表面活性劑是指含有親水親油基團的化學藥劑，具有可解離、帶電荷的特性，其結(jié)構(gòu)中的親水基和疏水基單分子排列在固液兩相之間，可降低含油污泥的表/界面張力，提高含油污泥的脫水率。李雪[12]等研究發(fā)現(xiàn)兩種典型表面活性劑在污泥處理中的投加量（所投物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，下同）為2%～6%時，污泥含水率可從92%大幅減少到74%。當藥劑投加量大于6%時，污泥含水率卻不降反升。

傳統(tǒng)的表面活性劑與有機絮凝劑相同，也存在對環(huán)境的二次污染問題，因此許多學者開始關(guān)注生物表面活性劑的研發(fā)與使用，大量實驗表明生物表面活性劑對含油污泥的脫水效果更好，環(huán)境危害相對較小，應用前景廣闊。Xuwei Long 等[13]合成了一種新型的生物表面活性劑鼠李糖脂，并開展了相應的脫水實驗，結(jié)果證明該藥劑在單糖或者二糖形式下都能使含水率在95%以上的含油污泥高效脫水。但是生物表面活性劑的合成成本過高，難以被大規(guī)模應用，因此如何實現(xiàn)此類藥劑的量產(chǎn)是該領(lǐng)域今后的核心研究方向。

1.2.3 生物質(zhì)材料

含油污泥調(diào)理過程中剛性結(jié)構(gòu)或高孔隙率生物質(zhì)材料的加入，可以建立起含油污泥體系中的骨架支撐，使得污泥固體的機械強度和可滲透性得到增強，其多孔結(jié)構(gòu)能在高壓條件下不被破壞，而這些微小的空隙結(jié)構(gòu)可以為壓濾過程中的水分提供向外輸出的通道，大大提高脫水效率。吳彥[14]在用FeCl3調(diào)理污泥時加入了稻殼生物炭，實驗證明60%污泥干固體質(zhì)量的稻殼生物炭投加量和138.09 g/kg 的FeCl3投加量可使泥餅的含水率減少21.90%。在目前低碳環(huán)保的大背景下，生物質(zhì)材料因其原料便宜，綠色無污染的優(yōu)點，其應用前景十分廣闊，但是目前相關(guān)技術(shù)仍處于初期研究階段，實際應用比較少。

1.3 聯(lián)合脫水技術(shù)

目前單獨使用化學法或物理法進行含油污泥脫水的效果并不理想，而物理化學聯(lián)合脫水技術(shù)可以在一定程度上減少單一脫水技術(shù)的局限性，進一步改善含油污泥的脫水效果，減少化學藥劑的使用量，在降低成本的同時可以大大降低后續(xù)處理的難度，因此不少學者開始探究效率和成本都能得到一定優(yōu)化的聯(lián)合脫水技術(shù)。ZhangGuangming等[15]進行了超聲-FeCl3、PAM聯(lián)合脫水與單一超聲脫水的對比實驗，實驗表明，超聲-FeCl3、PAM 聯(lián)合脫水可減少化學藥劑40%～50%的用量，處理后的污泥含水率為72%。韓洪軍等[16]驗證了微波-PAM 聯(lián)合脫水技術(shù)可在一定程度上提高含油污泥的脫水效果，證明了該方法可減少33%的PAM投加量。

2 結(jié)論

本文介紹了常用的含油污泥脫水技術(shù)，并對其作用原理和研究進展進行了闡述，發(fā)現(xiàn)目前的單一含油污泥脫水技術(shù)存在一定的局限性，物理脫水技術(shù)的處理成本偏高，并且有些技術(shù)，如微波法和超聲法仍處于研究或初步應用階段，傳統(tǒng)化學脫水技術(shù)的處理成本雖然尚可，但是會對環(huán)境造成二次污染，而新型的綠色脫水藥劑又無法實現(xiàn)量產(chǎn)，因此還需要加強對單一含油污泥脫水技術(shù)的研究，而未來應在進一步優(yōu)化單一含油污泥脫水技術(shù)的基礎上，開發(fā)效率更高、成本更低、綠色環(huán)保的新型含油污泥聯(lián)合脫水技術(shù)，并將其應用到實際生產(chǎn)中。