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油气田污泥无害化处理途径探讨

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油气田 污泥 无害化 处理 途径 探讨
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· 32 · 2004 年 6 月 油气田环境保护 治理技术 油气田污泥无害化处理途径探讨 刘晓娟 刘 静 张宁生 ( 西安石油大学 ) 摘 要 我国污泥处理和处置研究起步较晚,大部分为农田堆肥处置,这对环境保护有不良的影响。在室内进行了油田污泥固化试验研究。研究结果表明 :水泥固化污泥可用于制作筑路材料,以水泥、石灰、水玻璃为主要固化剂的污泥可进行填埋处理,含油污泥可制成煤球,可将含油污泥焚烧处理,可以用污泥焚烧灰制砖。这些方法都是污泥后续无害化、资源化处理的有效手段。 关键词 油气田 污泥处理 水泥固化 焚烧 无害化处理 资源保护 1 污泥处理发展现状 内外污泥处理发展现状 随着近年来,对污泥处理的广泛重视,传统的处理方法正面着临挑战。目前英国污水处理率为 86 %,欧盟成员国平均污水处理率为 66 %,而我国城市污水排放量达到 吨,处理率只有 。其他一些落后的发展中国家污水处理率更低。 随着污水处理的普及,污泥处理工作将越来越紧迫。据有关资料统计,目前美国所累计的干污泥总量已达 1000 万吨,欧洲各国总计达 吨,日本为240 万吨左右。大量积累的污泥,不仅占用土地,而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫、 有机污染物及臭气等,也成为影响环境的重要问题。 英国、美国、日本等国主要采取的处理方法为污泥脱水后土地填埋或焚烧。美国约有 40 % 左右的污泥采用土地利用,欧盟国家预计 2005 年将有 45 % 的污泥也用这种处置方法。以前,污泥主要的处理方法为投海。 我国的污泥处理和处置起步较晚,虽然在污泥处理方面进行了一些研究,也取得了一些成绩,但大部分的研究局限于污泥处理堆肥农田,同国外先进国家相比有较大的差距。污水处理厂污泥未作任何处理直接用作农肥,必将对土壤和农作物造成严重污染。由于污泥中含多种有害成分,直接施用会污染 土壤、水体,直接危害农作物或人体健康。一般情况下,污泥只经过污水厂的消化池,然后脱水后直接用于农业,未经过任何无害化处理,污染情况虽较前一种情况轻,但也会造成二次污染,不符合农用污泥的卫生标准。因此,污泥必须进行无害化及稳定处理。 田污泥处理现状分析 目前,油田开发大部分是利用早期注水的方法保持地层压力。随着油田的深度开发,采出油中含水率越来越高,因而在进行原油脱水后的污水处理中会产生大量的含油污泥,这些污泥成分复杂,属于多相体系,一般为水包油( W/O ),或油包水 (O/W) 以及固体物质组成,且充分 乳化,粘度较大,固相难以彻底沉降,给污泥处理带来很大难度。 近年来,含油污泥的处理备受关注。国外普遍利用填埋,分散施耕,集中干燥焚烧,微生物处理,化学固化处理 ,化学降解,化学溶剂清洗,混合法固液分离等,但这些方法成本高,易造成二次污染。另外,含油污泥的混凝-机械处理技术在国外已相当成熟,但在国内研究和应用仍然较少。国内各油田普遍采用直接掩埋法处理污泥。该方法需占大量的土地,且掩埋后的污泥中原油、有机质和一些有害化学药剂在短时间内不能分解,在土壤中渗析扩散,造成大范围的污染。 近几年发展较快的方法有焚烧法, 生物法,溶剂萃取法以及利用污泥制备建筑材料等方法,但由于各种原因均未大范围的推广。随着对环境要求的逐渐提高,直接掩埋法处理污泥越 来越不适合未来污泥处理────────────── 刘晓娟, 1963 年 5 月出生于新疆库尔勒, 84 年陕西师范大学物理系毕业, 93 年获西南石油学院采油工程硕士学位。主要从事采油工艺和油田污水、污泥处理工艺的研究。现在西安石油大学任教,副教授。 710065 治理技术 油气田环境保护 第 14 卷·第 2 期 · 33 · ˙ 的要求,油田在此方面也在不断改进。因此,必须尽快研究和建立一套适合油田污泥无害化处理和资源化处理 的新方法和 新工艺。 2 油田污泥的固化、制砖、 填埋和焚烧处理方法 泥固化法 泥固化实验 废物固化是用物理 - 化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性基石中,使其稳定化的一个过程。固化处理是把水泥、塑料、石膏、水玻璃(碳酸钠的浓水溶液)等 凝结剂同污泥加以混合进行固化,或是在污泥中加入硅酸钠、粘土之类的添加剂同污泥一起烧结固化(玻璃化)使得污泥中所含的有害物质封闭在固化体中不被浸出,从而达到稳定化、无害化、减量化的目的。理想的固化产物应该具有良好的机械性能、抗浸透、抗浸出、抗干湿、抗冻、抗融等特性。 在油田污泥处理中,脱水干化后,采用固化、填埋法处理油田污泥简单易行,处理的好可能会有满意的环保效果。表 1 为污泥固化的实验配方。 从表1的实验结果可以看出,从固化效果来说,水泥的添加量越多,固结强度越大。 表 2 为固化时间对固化物的硬度的影响, 从 实验结果 可以看出,随着固化时间的增加,固化物的硬度逐渐增大。 测试水泥固化浸出液中石油类物质、悬浮物、 结果见表 3 。 表 3 水泥固化浸出液测试 样品 p H 石油类 悬浮物 1 测不出 24 2 30 3 测不出 38 4 45 国家标准 6 ~ 9 10 100 200 从表 3 可以看出,随着固化剂用量的增大,固化物的 逐渐增大, 渐减小,悬浮物的含量逐渐增大,石油类的含量没有明显的变化趋势。水泥固化浸出液测试结果表明,除浸出液中稍微大于国家标准值外,其他指标都能很好的满足国家工业废水排放标准要求。 测试水泥固化法的增容比结果见表 4 。 从表 4 可以看出,用水泥固化,固化物的增容比较大,这样可能会增大固化物的后期处理费用。从整个测试情况来看,固化物的 p H 值随着水泥添加量的增大而增大,增容比也是如此。所以,可以考虑通过减少水泥的添加量来降低 p H 值及增容比。 2 . 水泥固化法优化实验 经过优化实验,从表 5 ,表 6 可以看出,随着水泥 量的减小, p H 值也随着减小; 含量随着含油量的减小而减小。此外,酸的加入,也使 p H 表 1 水泥固化法的配方设计及强度 配比 污泥 ( g ) 水泥 ( g ) 水 ( m L) 强度 ( 1 20 200 100 2 20 133 48 3 20 100 50 4 20 100 30 表 2 水泥固化的硬度测试 MP a 时间 5 d 10 d 1 2 3 4 表 4 水泥固化法增容比测试 样品编号 固化前体积 (m L ) 固化后体积 (m L ) 增容比 1 18 2 18 3 18 4 18 表 5 优化水泥固化法实验配方 配比 污泥 (g) 水泥 (g) 盐酸 (m L ) 水 (m L ) 1 20 80 0 20 2 20 80 20 3 20 50 0 20 4 20 20 0 0 · 34 · 2004 年 6 月 油气田环境保护 治理技术 表 6 优化水泥固化法强度和浸出液测试 值有了一定的 减小。因此用水泥固化污泥作路基是 完全可行的。 实验还证明:①水泥 水泥 水泥 石灰 石灰 水玻璃固化等方法,经过适当处理,均能达到 填埋标准。其中方法 2 简单易行。方法 4 、 5 较大, 经过碱性稳定化处理后,可进行填埋。通过实验,含油高(> 10%)的污泥与煤混合制成 煤球,完全可以充分燃烧,此法不失为污泥资源化利用的好方法。 泥制砖工艺 干污泥与粘土混合制砖,其工艺流程如下所示: 干污泥 + 粘土→混合→碾磨→干燥砖样→烧结( 1080 o C , 24 h ) 污泥制砖强度测试试验结果为:样品 1 抗压强度为 M 样品 2 抗压强度为 M ;样品 3 抗压强度为 M 一般情况下,当抗压强度达到 15 MP a 时,就达到了普通砖块的标准,从这一点看来,以上三种配方都达到普通砖块的强度要求,如果要作为建筑用砖,以建筑用的红砖作为标准,强度必须达到 a 方可。那么,按照 1 、 2 配方的规律,固化物的强度随着粘土添加量的增加而增大(水量不宜过大),可以得出,当粘土的添加量达到 95 % 以后,就完全可以达到建筑用红砖的强度要求。 油田污泥的焚烧处理方法 污泥的焚烧处理实验主要是在茂福炉中完成。以下为焚烧处理研究的实验结果。 表 8 萃取蒸馏法测污泥中的油分 次数 污泥量 (g) 油量 () 含油率 ( % ) 1 10 2 20 3 15 表 9 用焚烧法测出污泥灰分 次数 污泥量 (g) 灰量 (g) 含灰率 ( % ) 1 10 2 20 3 15 由表 8 ,表 9 可以看出,从油田取回的原始污泥经过放置,重力 浓缩,含水率能降到 80 %以下,长庆油田某油区污泥的平均含油量达 , 燃烧后 污泥的平均含灰率为 。 利用氧弹法原理,建立热平衡方程式, 测量污泥的热值 ,实验结果如 表 10 所示。对温度进行校正,J/g 。 由表 11 可以看出:焚烧时炉温越高 ,污泥在炉中的停留时间就越短。由表 12 可以看出:搅拌与不搅拌的燃烧情况在停留时间上表现非常明显,搅拌对于减少停留时间有非常明显的效果。由表 13 可以看出: 项目 强度 ( M P a ) p H 含油量( L) 悬浮物( L) ( L) 1 38 2 48 3 59 4 64 国家标准 6 - 9 10 200 100 表 7 污泥制砖配方设计 g 编号 干污泥 粘土 水 1 1 9 5 2 5 3 0 8 表 10 用氧弹法测污泥的热值 读数序号 (1 1 2 3 4 5 温度读数 读数序号 ( 6 7 8 9 10 温度读数 读数序号 11 12 13 14 15 温度读数 读数序号 (1 16 17 18 19 20 温度读数 治理技术 油气田环境保护 第 14 卷·第 2 期 · 35 · ˙ 表 11 焚烧时炉温与停留时间的影响 实验温 度 ( 摄氏度 ) 泥量 (g) 停留时间( 减少量 (g) 减少率 ( % ) 560 43 620 34 660 30 700 26 750 21 800 17 850 12 900 9 注:坩埚质量 泥样含水率为 60 % 表 12 搅拌与停留时间的影响 操 作 泥量 (g) 停留时间 ( 减少量 (g) 减少率 ( % ) 不搅拌 29 搅 拌 13 注:泥样含水率约为 50 % 表 13 通风情况与停留时间的影响 操 作 泥量 (g) 停留时间 ( 减少量 (g) 减少率 ( % ) 有 盖 23 无 盖 13 通风情况下对停留时间也产生了较大的影响,说明通风是焚烧处理中提高燃烧速度,减少停留时间的又一重要因素。另采用茂福炉对污泥进行焚烧实验,含水率对停留时间的影响不算很大。 通过以上实验得知,油田污泥通常情况下进行焚烧处理是完全可行的,作为最终污泥的无害化和减量化处理,是一种非常好的方式,但建焚烧炉进行焚烧处理的缺点是费用较高。在实验中,对干污泥进行燃烧实验发现,经过脱水干化后的干燥的污泥,在不需要底火的情况下,可以直接点燃,但要想彻底焚烧则需要加辅助燃料。因此,在油田一种简单的方式是,对 干化后的污泥,就地喷射天然气进行焚烧,此法对含油污泥的无害化处理也不失为一种简便、有效的处理方法。 3 结 论 ◆ 水泥固化油田污泥,强度完全可以达到一般路基强度的要求; ◆ 对 水泥固化油田污泥,通过配比优化,浸出液完全可以达到国家工业废水排放标准; ◆ 实验还证明:①水泥 水泥 水泥 石灰 石灰 水玻璃固化等方法,经过适当处理,均 能达到 填埋标准; ◆ 污泥与粘土混合制砖, 强度完全可以达到普通砖块标准,配比合适完全可以达到建筑 用红砖强度要求; ◆ 油田污泥进行焚烧处理是完全可行的,是无害化和减量化处理油田污泥的一种非常好的方式; ◆ 干化后的污泥,喷射天然气进行焚烧,对含油污泥的无害化处理是一种简便、有效的处理方法。 参 考 文 献 [1] 程雁,李必文 . 含油污泥处理工艺研究进展 . 油气田环境保护, 1977 ( 4 ) [2] 张宁生,吴新明,康有新 . 油气田环境控制与保护技术 [3] 李国鼎,金子奇 . 固体废物处理与资源化 . 北京:清华大学出版社, 1990 [4] 万辉 . 浅析污泥水泥固化技术和工艺 . 工程建设与设计,2001 ( 6 ) [5] 吴淑岱 . 工业固体废物有害特性实验与监测方法分析方法 1986 [6] 芈振明,高忠爱,祁梦兰,吴天宝 . 固体废物的处理与处置 . 北京:高等教育出版社, 2001 [7] 张俊伟,董邑宁 . 固化材料在土木工程中的发展及应用 然科学版), 2001 (收稿日期 2004 - 3 - 15 ) (编辑 黎 英)· 60 · 2 F of of in of as as on of of of il 27) of in in by of on of of is in 30) (1. 2. in of a by of of of in of is in by of a be as of a 32) Xi’ of in in on in be to be as to be be to be to of
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