高路軍 蘆程 楊金惠 錢進(jìn) 梁昌晶

（1.河北華北石油路橋工程有限公司；2.中國石油華北油田公司二連分公司；3.河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

目前，油田產(chǎn)生的含油污泥主要來自兩個(gè)方面：在集輸、處理過程中沉積在各類容器、油水儲罐和回收水池等地面設(shè)施中，定期產(chǎn)生的含油污泥，這類設(shè)施一般包括：污水沉降罐、除油罐、油罐、電脫水器、回收水池、氣浮和過濾反洗等[1]；由于油井作業(yè)、集輸油管道腐蝕穿孔等產(chǎn)生的落地污泥。目前，油田污泥產(chǎn)生后基本上采取直接掩埋或就地固化的處理方式，由于含油污泥已被列入《國家危險(xiǎn)廢物目錄》中的含油廢物類，且污泥中往往含有重金屬等有害物質(zhì)，如果不進(jìn)行無害化處理，不僅造成石油資源的浪費(fèi)，同時(shí)也會對環(huán)境產(chǎn)生放射性污染[2]。其中第一類污泥約占總量的85%以上，這里主要研究采出水處理站（水區(qū)）處理過程中產(chǎn)生的污泥。

1 含油污泥特征及處置標(biāo)準(zhǔn)

A采出水處理站具有采出水處理和注水功能，并管轄2條調(diào)水線，主要負(fù)責(zé)含油污水的凈化處理、調(diào)水以及注水任務(wù)，采出水設(shè)計(jì)處理能力5500 m3/d，目前處理量3500 m3/d，該站采出水處理工藝為氣浮+流砂裝置，并配套負(fù)壓排泥、浮筒收油、電解鹽殺菌等輔助工藝。油區(qū)來水先進(jìn)入4具700m3沉降罐進(jìn)行沉降，沉降后進(jìn)入2具700 m3調(diào)節(jié)罐，經(jīng)提升泵，進(jìn)入氣浮流砂過濾裝置進(jìn)行處理，合格污水進(jìn)入3具500 m3注水罐；再經(jīng)喂水泵、注水泵、配水間、到單井，最后由單井注入地層，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

油田含油污泥來源廣泛，組分也非常復(fù)雜，一般含有大量老化油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體、固體懸浮物、細(xì)菌、鹽類等[3]，還包括生產(chǎn)過程中投加的各種藥劑。在實(shí)驗(yàn)室條件下，將該站氣浮、過濾反洗和沉降、調(diào)節(jié)罐內(nèi)產(chǎn)生的含油污泥用石油醚進(jìn)行清洗后，經(jīng)干燥、稱重等過程，測試含油量、含水率和固含量。測試分析顯示，3種污泥每天產(chǎn)泥量大概為375 m3，污泥含油在1%～15%，含水率在93%～98%，含固體懸浮物在1%～10%，其特點(diǎn)是含油、含固體懸浮物高且很不穩(wěn)定[4]，雜質(zhì)多，處理難度大，質(zhì)量組分分析見表1。

經(jīng)有機(jī)溶劑萃取后，用放射性射線分析儀對以上這幾種污泥來源中重金屬含量進(jìn)行測定測定，可以看出該站污泥中六種重金屬（Zn、Cu、Ni、Pb、Cd、Cr）含量均小于《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—1984[5]）中相應(yīng)重金屬排放含量控制的限度，故在后續(xù)處理過程中無需考慮重金屬無害化處理，見表2。

表1 含油污泥質(zhì)量組分分析

表2 含油污泥重金屬含量分析 單位：mg/kg

取該站對應(yīng)區(qū)塊的普通原油與該采出水處理站污泥樣品中分離出的原油進(jìn)行對比，按照GB/T 2538—1998《原油試驗(yàn)法》、SY/T 5119《巖石中可溶有機(jī)物及原油族組分分析》中的測試方法對原油物性進(jìn)行測定，結(jié)果見表3。由此可見，污泥分離出的原油只是在含蠟量和膠質(zhì)瀝青含量上有所增多，造成密度、黏度和原油凝固點(diǎn)有所上升，但與原油品性質(zhì)差異不大，應(yīng)該對污泥進(jìn)行資源化處理，回收其中的油組分。

表3 兩種油品原油物性

在《國家廢棄物》名錄中，雖然將含油污泥定為危險(xiǎn)固體廢物，但并沒有處理后定量的指標(biāo)，現(xiàn)在含油污泥的處理多依照GB 4284—1984，要求土壤中含油量小于或等于3000 mg/kg（即3‰）；黑龍江省地標(biāo)DB23—2010《油田含油污泥綜合利用污染控制指標(biāo)》將處理標(biāo)準(zhǔn)分為兩種，其中農(nóng)用污泥與GB 4284—1984的要求一致，另外用于墊井場和通井路的污泥要求含油量小于或等于20 000 mg/kg（即2%）。

2 主體工藝

采用熱洗+微生物+疊螺脫水處理技術(shù)，整個(gè)處理工藝分為三個(gè)部分：預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)和污泥脫水系統(tǒng)，工藝流程見圖2。

圖2 污泥處理工藝流程

2.1 油泥分離劑室內(nèi)試驗(yàn)

含油污泥的熱洗藥劑種類很多，一般要求熱洗藥劑滿足兩個(gè)條件，一是在攪拌狀態(tài)下可降低油水界面張力，增加乳化效果；二是在靜置狀態(tài)下，加速油水分離。在此選用十六烷基三甲基氯化鉸、鹽酸、聚丙二醇溶于水中，恒溫反應(yīng)1～2 h后加入過硫酸鹽溶液，在恒溫微波2～3 h，得到油泥分離劑，通過攪拌等機(jī)械作用，使生物油泥分離劑與污泥充分混合均勻，加速油、水、泥三相分離。

1）劑泥比對污泥分離效果測定。取污泥100 g，分別按照1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1的劑泥比加入配置好的油泥分離劑，在實(shí)驗(yàn)溫度40℃，攪拌速率300 r/min，攪拌時(shí)間30 min后，再用石油醚清洗污泥，測定污泥中原油回收率及固含量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同劑泥比下的原油回收率和固含量

由圖3可知，原油回收率先隨著油泥分離劑劑量的增加而上升，而后逐漸下降，污泥中固含量先減少后增加，主要是由于隨著藥劑劑量增加，藥劑中的水含量越多，在攪拌的作用下會與污泥中的油形成水包油的狀態(tài)，加速乳化，反而不利于油、泥、水的三相分離，在劑泥比3∶1的情況下，原油回收率可達(dá)93%，固含量為3.6%，因此最佳劑泥比為3∶1。

2）不同實(shí)驗(yàn)溫度下污泥分離效果測定。不同的實(shí)驗(yàn)溫度對油、泥、水三相之間的界面結(jié)合力和界面強(qiáng)度影響很大，較攪拌速率和攪拌時(shí)間相比，對污泥的分離效果影響更大，在劑泥比3∶1、攪拌速率300 r/min、攪拌時(shí)間30 min的情況下，選擇實(shí)驗(yàn)溫度30、35、40、45、50、55、60、65 ℃進(jìn)行測定，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同溫度下原油回收率和固含量

隨著溫度的升高，原油回收率逐步上升，而后趨于平穩(wěn)，固含量逐步下降，在55℃以上又逐漸增加，主要是由于溫度的上升，有助于藥劑和污泥之間的結(jié)合，同時(shí)可加速破壞分子之間氫鍵作用，但溫度上升到一定程度后，污泥的流動性反而加強(qiáng)，固相和液相的分離更加困難。由圖4可知，最佳攪拌溫度為45～50℃，由于后期需用微生物進(jìn)行生物處理，微生物菌種的溫度不宜過高，否則會影響菌種的培養(yǎng)和生長，因此選擇攪拌溫度為45℃。

3）不同攪拌速率、不同攪拌時(shí)間下的污泥分離效果測定。在劑泥比3∶1、攪拌溫度45℃、攪拌時(shí)間30 min的條件下，選擇300、400、500、600、700、800 r/min這幾種攪拌速率進(jìn)行原油回收率和固含量測定，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，攪拌速率在600 r/min時(shí)，原油回收率最高，可達(dá)90%，固含量最低為2.2%，隨著攪拌速率的上升，原油回收率有所下降，固含量有所提高，主要是因?yàn)閿嚢杷俾蔬^高會加速固相和液相的乳化程度，因此最佳攪拌速率在600 r/min左右即可。

在劑泥比3∶1、攪拌溫度45℃、攪拌速率600 r/min 的條件下，選擇 30、40、50、60、70、80、90 min這幾種攪拌時(shí)間進(jìn)行分離效果測定，結(jié)果如圖6所示。

圖5 不同攪拌速率下原油回收率和固含量

圖6 不同攪拌時(shí)間下原油回收率和固含量

由圖6可知，隨著攪拌時(shí)間的增加，固含量先是大幅降低，在70 min后趨于平穩(wěn)，原油回收率先上升之后在60 min后也趨于平穩(wěn)，因此最佳的攪拌時(shí)間為60～70 min。

針對上述室內(nèi)試驗(yàn)，將劑泥比設(shè)置為3∶1，攪拌溫度45℃、攪拌速率600 r/min、攪拌時(shí)間60～70 min。

2.2 熱洗處理系統(tǒng)

將氣浮刮渣、沉降罐和調(diào)節(jié)罐底部污泥排至收集池，如遇污泥流動性不好，可與回?fù)剿旌希⑼ㄟ^蒸汽加熱，使污泥流態(tài)化，然后用泵打入預(yù)處理裝置，在預(yù)處理裝置中投加高效生物油泥分離劑進(jìn)行熱洗，分離的油上浮至表面，通過收油機(jī)收至回收油罐，由于過濾器反洗產(chǎn)生的污泥含水率較高，一般不單獨(dú)處理，而是與下層水和污泥混合后進(jìn)入生物處理系統(tǒng)。處理后可將原先含油15%左右的污泥處理至含油小于或等于3%，熱洗系統(tǒng)的主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)如表4。

表4 預(yù)處理系統(tǒng)主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

2.3 生物處理系統(tǒng)

設(shè)置生物處理系統(tǒng)，經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后的污泥與過濾反洗水混合進(jìn)入污泥生物處理系統(tǒng)，在生物反應(yīng)系統(tǒng)中投加“倍加清”專性微生物菌種，經(jīng)過曝氣生物反應(yīng)后，專性微生物把泥、水中的油、有機(jī)類污染物進(jìn)行生物降解，保持在30℃、150r/min的條件下培養(yǎng)，經(jīng)過好氧處理30天，污泥、水含油率達(dá)到此階段的設(shè)計(jì)要求，處理后的污泥中油含量小于或等于3000 mg/kg，滿足了GB 4284的含油量要求，水進(jìn)入回收水罐回?fù)街燎凹壧幚硐到y(tǒng)或泵至污水處理系統(tǒng)，污泥進(jìn)入后級污泥脫水系統(tǒng)。設(shè)置微生物反應(yīng)池2座，單池尺寸8 m×4 m×5.5 m，設(shè)計(jì)停留時(shí)間24 h，同時(shí)配套耐油阻垢曝氣系統(tǒng)2套，其中風(fēng)機(jī)2臺（1用1備）單機(jī)參數(shù)流量為7.5 m3/min，進(jìn)口壓力為63.7 kPa，功率為15 kW，設(shè)置污泥沉淀池2座，進(jìn)一步使泥水分離，單池尺寸?3.2 m×5 m，污泥回流泵2臺（1用1備）單泵參數(shù)流量為10 m3/h，揚(yáng)程為30 m，功率為3 kW。

2.4 污泥脫水處理系統(tǒng)

經(jīng)前級生物系統(tǒng)處理后排放的污泥含油量已很低，但含水率仍然在95%，如果直接拉運(yùn)，體積龐大且費(fèi)用昂貴，需要進(jìn)行脫水處理，減少污泥體積[6]。疊螺式污泥脫水系統(tǒng)主要由疊螺機(jī)和加藥裝置組成。疊螺機(jī)主體是由固定環(huán)和游動環(huán)相互層疊，螺旋推力軸貫穿其中組成，分為濃縮區(qū)和脫水區(qū)，固定環(huán)與游動環(huán)之間的濾縫以及螺旋軸螺距，由濃縮區(qū)至脫水區(qū)逐漸變小，加藥裝置由計(jì)量槽、絮凝混合槽和加藥泵組成。運(yùn)行過程中污泥通過外力提升被輸送至疊螺污泥脫水系統(tǒng)的計(jì)量槽內(nèi)，加藥泵根據(jù)污泥流量，按設(shè)定加藥量向混合槽內(nèi)投加絮凝劑，通過攪拌使污泥與藥劑在絮凝混合槽內(nèi)充分作用，形成礬花的污泥自流進(jìn)入疊螺主體，液相在濃縮區(qū)通過游動環(huán)和固定環(huán)之間的濾縫排出，固相物質(zhì)截留在腔體內(nèi)部；螺旋推力軸在電動機(jī)的帶動下，推動軸圓周外的多重游動環(huán)上下運(yùn)動，使?jié)饪s區(qū)截留的固相物質(zhì)，被螺旋軸推至污泥脫水區(qū)，利用螺旋軸距的不斷收縮，增強(qiáng)內(nèi)壓，使濾餅含固量不斷提高，在螺旋推力軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)推動下，液相連續(xù)分離流出，污泥不斷受擠壓脫水排出，從而達(dá)到污泥濃縮脫水的目的。根據(jù)公式：

式中：F1，F(xiàn)2——污泥含水率，%；

V1——含水率為F1時(shí)的污泥體積，m3；

V2——含水率為F2時(shí)的污泥體積，m3。

濃縮處理后的污泥加入助凝劑后進(jìn)入疊螺污泥脫水機(jī)脫水，使泥水分離，脫水后的水收集后進(jìn)入回收水罐，經(jīng)疊螺機(jī)脫水后污泥含水率在75%～80%，處理前污泥含水率為93%～98%，取97%，脫水后含水率按80%計(jì)算，代入上述公式，體積可降低6.66倍，大大降低了外運(yùn)體積，且含油率為2%已達(dá)到了資源化的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)置污泥濃縮池1套，外形尺寸?3.0 m×3.5 m，配套無堵塞轉(zhuǎn)子泥泵，2臺（1用1備），其中流量為5 m3/h，功率為1.5 kW，揚(yáng)程為30 m；疊螺污泥脫水機(jī)1臺，設(shè)計(jì)處理量5 m3/h，外形尺寸3.3 m×1.5 m×1.6 m，攪拌機(jī)功率0.4 kW，螺旋軸功率0.4 kW。

3 效果評價(jià)及效益分析

分別取連續(xù)8天不同時(shí)間段的污泥進(jìn)行取樣檢測，經(jīng)油區(qū)沉降后污泥來樣含油量相對穩(wěn)定平均在11 366 mg/kg左右，泥中含油波動不是很大，經(jīng)生物+疊螺機(jī)脫水處理技術(shù)處理后泥中含油平均為958 mg/kg，平均去除率達(dá)到91.55%，滿足GB 4284中含油量小于或等于3000 mg/kg的要求，達(dá)到了資源化利用的條件，去除效果詳見表5。

表5 2018年3月不同時(shí)間段污泥中含油去除效果

該技術(shù)應(yīng)用后每天消耗電能約800 kWh（以0.65元/kWh計(jì)算），電費(fèi)520元/d，生物油泥分離劑每天耗量約200 kg，按20元/kg計(jì)，分離劑費(fèi)用4000元/d，助凝劑每天耗量約15 kg，按20元/kg計(jì)，助凝劑費(fèi)用300元/d，則每天的運(yùn)行費(fèi)用為4820元，每年運(yùn)行費(fèi)用173.52萬元，折合每噸污泥的處理費(fèi)用為12.05元/d。

由于過濾器反洗中產(chǎn)生的污泥含油率較低，在此忽略不計(jì)，油回收率按照90%計(jì)算，每年沉降罐、調(diào)節(jié)罐污泥約6000 m3，平均含油5%計(jì)，水區(qū)儲罐每年可回收油量270m3，氣浮機(jī)排渣量30000m3，平均含油2%，氣浮設(shè)備每年可回收油量540 m3，回收原油按4500元/m3計(jì)算，則每年可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效率為364.5萬元，即使除去蒸汽使用成本及運(yùn)行費(fèi)用，污泥處理仍能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

污泥減量化后運(yùn)輸費(fèi)用減少，污泥體積量縮小6～7倍，每月需要拉運(yùn)的污泥量由11 250 m3降至2000 m3左右，其中20 km的運(yùn)費(fèi)取50元/m3，每年可節(jié)約運(yùn)費(fèi)555元。該技術(shù)三大系統(tǒng)總投資費(fèi)用為1652萬，投資回收期為2.22年。

4 結(jié)論

1）經(jīng)過一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，對油泥分離劑進(jìn)行了工藝參數(shù)優(yōu)化，將劑泥比設(shè)置為3∶1，攪拌溫度45℃、攪拌速率600r/min、攪拌時(shí)間60～70min。

2）經(jīng)熱洗+微生物+疊螺脫水技術(shù)處理后的污泥達(dá)到了減量化、無害化、資源化的處理要求，滿足了國家和當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

3）下一步要繼續(xù)針對鉆井、油水井作業(yè)、管道泄漏等的廢液、廢渣實(shí)施不落地回收，并進(jìn)行集中處理。

4）含油污泥處理技術(shù)多種多樣，單一技術(shù)往往很難達(dá)到預(yù)期效果，下一步要考慮多種技術(shù)的耦合，對污泥進(jìn)行分級、分階段處理，形成不同種類污泥處理的標(biāo)準(zhǔn)化工藝。