含油污泥联合处理技术的应用现状与展望.doc

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1、含油污泥联合处理技术的应用现状与展望摘要 含油污泥来源广泛、成分复杂,其处理技术和设备也呈多元化趋势。通过实际调研和文献分析对国内外常用的含油污泥处理方法的原理、适用范围、特点以及发展进行了概述,着重介绍了我国石化企业几种新型的含油污泥联合处理技术的应用现状,其中包括筛分流化-调质-机械脱水技术、电化学生物耦合深度处理技术、污泥离心脱水-超热蒸汽喷射处理技术、热洗耦合处理技术和微生物-植物联合处理技术,总结了现有处理方法处理后残渣的含油率能否达到HJ 6072011废矿物油回收利用污染控制技术规范的标准要求以及残渣的资源化利用去向等。综合含油污泥处理技术在应用中存在的问题和处理效果发现,需要使

2、用含油污泥联合技术处理使其达到资源化利用和无害化处理的技术要求。关键词：含油污泥;非生物法;生物法;联合处理;工艺比较含油污泥一般由水包油(wo)、油包水(ow)以及悬浮固体组成,是稳定的悬浮乳状液体系,脱水效果差,污泥成分和物理性质受污水水质、处理工艺、药剂种类及投加量等因素影响,差异性大,处理难度高;含油污泥的含油量差别较大,部分具有回收再利用价值;含油污泥含有苯系物、酚类、蒽、芘等有毒物质,部分有毒物质已被列入国家危险废物名录中1,若不加以处理直接排放,会对周围土壤、水体、空气造成污染。美国、荷兰、加拿大等国家将含油污泥列为危险废物,针对性研究适合油田的处理方法并采用现场修复策略来大规模

3、处理含油污泥。我国每年产生的含油污泥约有上百万t,若加上石油化工产生的“三泥”(生化污泥、池底污泥及浮渣),含油污泥总量要大得多,其大部分来自生态脆弱地区,且难监控,难治理,实际处置率仅为17.45%。据测算,1965年以来含油污泥存量为1.59亿t,按处理成本为1 500元t计算,将存量全部处理需2 486亿元,且每年有90亿元的新增市场空间2。而目前,单独的生物法和非生物法修复技术越来越难达到HJ 6072011废矿物油回收利用污染控制技术规范的要求。因此,国内外大多数石化企业开始寻找含油污泥的联合处理方法,以达到其资源利用的最大化,来应对全球变暖和减少温室气体的排放。含油污泥国内外生物处

4、理法和非生物处理法见表1和表2目前,国内外应用较多并且比较典型的含油污泥联合修复技术包括筛分流化-调质-机械脱水技术、电化学生物耦合修复技术、污泥离心脱水-超热蒸汽喷射处理技术、热洗耦合处理技术、微生物-植物联合修复技术等。通过运用这些联合处理技术,将每年产生的大量含油污泥无害化处理、资源化利用,减少含油污泥中油蒸发导致的大气污染,以及因堆放发生渗漏导致的土壤和水污染。1 联合修复技术1.1 筛分流化-调质-机械脱水技术因含油污泥来源和含水率不同,为确保后续设备正常运行和达到预期效果,要对含油污泥进行筛分和流化处理,然后给不同含油污泥添加适宜的添加剂,使油从固体颗粒表面更好地脱附。通过试验研究

5、发现,可加的添加剂有表面活性剂、稀释剂(癸烷)、电解质(氯化钠溶液),或破乳剂(阴离子和非离子)、润湿剂(可以增加固体颗粒表面和水的亲和力)和pH调节剂等,并辅以加热减黏(最佳超过50 )等调质手段。调质手段的选择应在测试含油污泥性质的基础上进行,实现油-水-固三相分离17。筛分流化-调质-机械脱水技术重点是如何选择调质中所用的絮凝剂、破乳剂、调节剂以及确定其投加量18。陈忠喜等17通过对大庆油田的沉降罐泥、污油池底泥和沉降罐底泥三处混合含油污泥取样进行筛分流化-调质-机械脱水技术模拟分析,寻找最佳筛分流化处理装置操作参数、清洗剂适用条件、破乳剂用量、不同含油量污泥的调质温度、离心机转速、絮凝

6、剂投加量、油水分离装置操作参数,从而得出相应的最佳工业运行参数,处理后的污泥含油量均小于2%,达到设计要求的技术标准,并达到了DB23T 14132010油田含油污泥综合利用污染控制标准,表明工业运行参数对含油污泥的处理效果有很大影响。魏彦林等19针对某油田含油污泥进行室内试验,当含油污泥分离剂量为1020 gkg,调质温度为60 ,离心机转速为3 0003 200 rmin,絮凝剂用量为1.52.5 gkg时,处理后污泥残渣含油量小于20 gkg;在此基础上,进行了现场应用试验,处理后残渣含油量小于20 gkg,含水率低于70%,满足填埋和铺路要求。由于影响处理效果的因素(调质温度、离心机转

7、数与转差、各种药剂的投加量)较多,如果要达到DB23T 14132010,需要后接深度处理工艺20。1.2 电化学生物耦合深度处理技术电化学生物耦合处理技术是通过实验室和油田现场试验后提出的新型含油污泥处理方法,是电场耦合和生物降解同时进行的一种处理技术,包括电化学-生物浸滤技术联合、电化学注入营养底物或降解菌、电化学方法刺激强化降解菌代谢213种类型。Maini等22提出采用生物浸滤与电动力学相结合的方法对金属污染土地进行修复:在生物浸滤过程中,细菌将还原的硫化合物转化为硫酸,酸化土壤并活化金属离子;在电动力学过程中,直流电使土壤酸化,同时通过电迁移将金属运至阴极;在复合过程中,电动力学通过

8、去除抑制因子,刺激硫氧化,使土壤硫酸盐浓度增加5.1倍,硫氧化细菌预酸化可使所需电功率降低66%,提高了电化学处理的成本效益。该方法也可用于修复石油污染土壤。Wick等23提出用电化学技术将一种可降解目标污染物的细菌注入缺乏活性微生物或细菌数量不足的污染区域,研究发现细菌在土壤中所需的驱动力由电渗流提供;同样,用电化学技术向缺乏营养底物的污染土壤注入营养底物,在适当的条件下,细菌在电渗透提供的驱动力下可与当地生物强化结合,将代谢活性细菌转移到石油污染点,进而降解石油污染物。Norio等24提出的电化学方法刺激强化降解菌代谢是通电时在Fe2+转化为Fe3+的过程中,利用微气泡提供氧气,在为微生物

9、生长提供电子供体和受体的同时,可以促进铁硫杆菌的生长,使石油污染物通过铁硫杆菌降解,降解率达到95%。魏利等21在大庆某厂取样后,进行了电化学生物耦合深度处理技术的室内研究和现场试验,分别采用先电后菌、先菌后电、电菌同时、纯电处理和纯微生物处理5种工艺方法,不同工艺装置内部污泥中原油去除率如表3所示。电化学生物耦合处理技术有以下特点:1)有电场作用的装置,可以产生电热,可为微生物生长提供适宜的环境,利于污染物去除;2)电菌同时处理方法更有利于为微生物生长提供适宜的pH;3)电菌同时表层污泥原油去除率为59.74%,底层去除率为88.89%,去除率比其他工艺高,具有很大利用价值;4)温度、湿度严

10、重影响石油的去除率,在处理过程中调整好温度、湿度,对去除率有很大的提升;5)底层污泥的原油去除率都要高于表层21,25-27。1.3 污泥离心脱水-超热蒸汽喷射处理技术污泥离心脱水-超热蒸汽喷射处理技术是将含油污泥提升至均质罐中搅拌均匀,再由提升泵输送到换热器加热或者直接输入离心机,经脱水后的含油污泥输送至高温处理槽,在高温高速蒸汽喷射下被粉碎,同时油分和水分被蒸发出来,被粉碎的细小颗粒连同蒸汽一起进入气旋室,在旋风作用下实现蒸汽与固体颗粒的分离,然后固体颗粒进入回收槽,蒸汽进入油水分离槽,经冷却后实现油水分离。其重点是超热蒸汽喷射处理技术,关键是有效控制装置内污泥破碎过程中产生的动能和超热蒸

11、汽喷射的高温28。工作原理如图1所示。曹亚祥28于20102011年在吉林油田建立了一套采用超热蒸汽喷射处理技术的移动式罐底泥处理装置,在超热蒸汽温度为500550 ,旋风分离器温度为350370 ,污泥进给速度为46 Hz,离心机差转速为25 rmin,絮凝剂浓度为0.51条件下,处理后含油污泥含水率为65%80%,残渣含油率0.3%,固体残渣中含水率低于10%,重金属浓度达标。林海波等29将含油污泥离心脱水,并在600 以上的超热蒸汽下气化分离,处理后回收的油中含水率低于0.5%;残渣含油率可控,最低可达到0.3%,含水率低于10%,从而达到含油污泥的减量化和无害化。李颖等30针对超热蒸汽

12、喷射处理技术能耗大的缺点进行节能优化设计,通过增设余热回收换热器和换热流程使余热回收效率达到12.7%,预计节约处理费用70 400元a,投资回收期仅为2个多月,具有经济可行性。这种工艺处理过程采用密闭流程,从而提高安全和清洁性,流程短、能耗低、全自动控制、实用性强,可以处理落地含油污泥、清罐含油污泥、浮选浮渣等,含油污泥处理后残渣中的含水率降至10%以下,可用作建筑材料添加或直接外排,不产生二次污染。但工艺复杂,生产周期长,处理过程中所需目标温度难控制28,29,30,31,32。1.4 热洗耦合处理技术热洗技术也叫热脱附法,是在含油污泥中加入一定比例的热水和化学药剂进行反复洗涤,使油从固相

13、表面脱附或聚集分离的过程。常用的热洗药剂为热碱水和表面活性剂。但经过热洗处理后的含油污泥残渣无法达到国家规定的排放标准,原油回收不彻底,且不能处理乳化严重的含油污泥。因此,许多专业人士在热洗技术上进行改造,引进了热洗耦合处理技术33。如吕荣湖等34提出的热洗-气浮分离技术是将清洗后的含油污泥混合物转移到气浮装置中,在最佳工艺条件下处理,可使油的去除率达到92.5%93.5%,土壤中残留油含量为0.9%1.0%,残渣中的污染物浓度基本满足HJ 6072011废矿物油回收利用污染控制技术规范的要求。王嘉麟等35提出将热洗-化学破乳-离心分离技术用于炼油厂含油污泥,油回收率达到95%,产生的污水可直

14、接进污水处理厂。赵虎仁等36提出的热洗-生物处理技术,优点是资源化和无害化,油平均去除率达到95%,此方法也常用于炼油厂含油污泥。童蕾等37提出的表面预处理-热洗技术常用于落地含油污泥,含油污泥先表面预处理使油活化,再用热洗药剂进行热洗。当洗涤液pH为9、洗涤温度为60 、洗涤液浓度为1 gmL、固液比为2:1时,可将含油污泥的含油量从25%降至1.2%,比不经预处理的残油率降低了28%,证明联合修复效果优于热洗修复效果。李美蓉等38采用热碱水洗涤联合气浮三相分离技术回收原油,考察了洗脱反应过程的理想条件,在洗脱温度为70 、碱水中Na2CO3浓度为2%、液固比为3:1、搅拌10 min、气浮

15、分离15 min的条件下,脱油率可达94.3%。仝坤等39提出的萃取-热洗技术通常用于处理落地含油污泥和罐底含油污泥,处理后可使固相残渣中矿物油浓度降到2.0%以下,热值大于5 000 kJkg,不需添加辅料即可进行焚烧处理。朱维40研究证明,塔河油田的含油污泥砂可以采用化学热洗-气浮分离技术进行处理,不仅可以回收含油污泥砂中的大量原油资源,减少环境污染,改善生态环境,取得较好的经济效益,而且基本实现了无害化、资源化、减量化,带来了积极的环境效益。杨志刚等41提出的热洗-固化技术是将含油污泥进行热洗、三相分离、压滤,最后将干污泥固化,处理后除油率达到90%以上,剩余污泥压制成砖可用于井场建设。

16、王银生42提出的化学热洗-超声处理技术是将化学热洗法和超声处理法有机组合处理含油污泥,处理后石油类去除率可达99.4%,污泥含油率低于2%,泥相脱水率高达94.8%,相比化学热洗法的单一处理,化学热洗-超声处理技术大大减少了化学药剂使用量。高路军等43提出的热洗-微生物-叠螺脱水技术是将含油污泥经过热化学预处理后进入污泥生物处理系统降解,再进入叠螺式污泥脱水系统脱水,处理后油平均去除率达到91.55%,满足HJ 6072011要求,技术应用后污泥的处理费用为12.05元(td),每年回收油可产生的经济效益为364.5万元,投资回收期为2.22年,技术成熟后可在各油田推广使用。陈红硕等14针对高含油含聚含油污泥资源化利用与无害化处理的技术需求,开发了以热化学清洗-逆流提取为