• / 5
  • 下载费用:1 下载币  

油田含油污泥特点与处理技术_郭鹏

关 键 词:
油田 含油 污泥 特点 处理 技术 郭鹏
资源描述:
油田含油污泥特点与处理技术郭 鹏 , 庄建全 , 纪艳娟 , 林 刚 , 马 翔( 中国石化江苏油田分公司工程院 , 江苏扬州 225009)摘 要 分析了油田含油污泥的来源及特点 , 介绍了处理油田含油污泥的主要方法 , 并对其主要的优缺点进行了评估 , 提出了油田含油污泥无害化处理的研究方向 。关键词 油田 含油污泥 无害化处理 油分 重金属收稿日期 : 2016 -03 -03。作者简介 : 郭鹏 , 高级工程师 , 主要从事油田化学及油田污水 、污泥处理等方面的技术研究工作 。含油污泥是在石油开采 、油气集输 、加工炼制及含油污水处理过程中产生的由原油 、水 、重金属 、污泥 、砂质组成的固体废弃物 。油田含油污泥的主要来源如下 : 1) 三相分离器定期清理和排出的泥沙 、油质 , 含油量较高 ; 2) 污水处理系统中的沉积物 , 沙泥质含量较高 ; 3) 原油沉降及缓冲罐底泥 , 油质含量最高 ; 4) 油水井作业现场产生的污泥污油和落地油 , 油 、泥质含量不确定 。在实际污泥堆放场中 , 污泥中还会含有泥质 、垢质 、杂草 、砂石 、建筑垃圾 、重质油成分等 。1 油田含油污泥特点1. 1 数量多我国石油化学行业中 , 平均每年产生 800 其中辽河油田每年产生的含油污泥为 200 1]。胜利油田每年产生的含油污泥量大于 100 大港油田每年产生的含油污泥约为 150 河南油田每年产生 5 × 1042]。由 2014 年 4 月公布的全国土壤污染状况调查公报可知 , 在被调查的 13 个采油区的 494 个土壤点位中 , 超标点位占 23. 6%, 主要污染物为石油烃和多环芳烃[ 3]。1. 2 危害大含油污泥中除含有大量残留油类外 , 还含有苯系物 、蒽 、酚类 、芘等有毒物质 、大量的寄生虫 、病原菌和 重金属 , 以及多氯联苯 、二英 、放射性元素等有毒有害物质 , 这些污染物还能通过食物链在动植物和人体内逐级富集 , 造成严重的危害 。原泥的主要危害如下 :1) 污染土壤 。污泥在土壤中的堆置造成有害成分的聚集 , 会杀灭土壤微生物 , 破坏土壤结构 , 使其丧失腐解能力 。2) 污染水体 。在露天堆放过程中 , 通过水流携带及雨水淋滤 , 污泥中的重金属 、有机质 、细菌及病毒等被浸出 , 污染水体 。3) 污染大气 。污泥中的有机物通过挥发释放出有害气体 , 且污泥的焚烧处置也直接导致大气的污染 。4) 危害人体健康 。污泥中含有大量的病原菌 、寄生虫 、重金属 、放射性核素等难降解的有毒有害物质 , 对人体健康有极大的危害 。1. 3 处理难度高含油污泥具有黏度大 、乳化程度高 、油 - 泥 -水三相分离困难等特点 , 给处理过程增加了很大难度 。含油污泥的来源不同 , 其性质差别较大 。例如钻井污泥中含有害重金属 ; 洗井 、修井等作业产生的污泥中腐蚀性物质含量高 ; 压裂 、酸化作业产生的污泥中有机质或酸性物质含量高 ; 原油沉降罐底泥中含有地面处理工艺加入的破乳剂等表面活性剂 ; 污水处理系统产生的含油污泥中含有大量的凝聚剂 、缓蚀剂 、阻垢剂 、杀菌剂等水处理剂 , 部分污泥中细菌含量超标[ 4]。2 主要处理方法含油污泥的性质决定了其处理工艺 , 也决定了其资源化和无害化的利用方式 。2. 1 污泥中油成分的去除2. 1. 1 含油污泥调质 -机械分离技术调质 、脱水是含油污泥处理系统必不可少的环节 。高含水量的含油污泥不能直接进行机械脱水操作 , 必须先进行调质 , 通过调质 - 机械分离 ,使含油污泥实现油 - 水 - 泥的三相分离 。污泥脱水过程实际上是污泥的悬浮粒子群和水的相对运动 , 而污泥的调质则是通过一定手段调整固体粒子群的性状和排列状态 , 使之适合不同脱水条件722016 年 5 月 郭 鹏等 . 油田含油污泥特点与处理技术调质时应根据含油污泥的性质 、脱水机械的性能和滤饼的后续处理方法等因素选择合适的调节剂 。研究发现 , 无机絮凝剂中聚合氯化铝( 的效果最好 ; 有机絮凝剂中 , 阳离子型聚丙烯酰胺由于具有正电荷中和及吸附架桥的双重作用 , 絮凝效果比非离子型聚丙烯酰胺好 。党民芳等[ 5]针对某油田采油厂所收集的样品开展了小试实验 , 将污泥搅拌并调节酸碱度后加入调理剂 ,在 500 r/转速下搅拌 3 h, 再经过 5 h 气浮除油 , 最后将浮渣与油水分离剂置于温度为 60 ℃的混合反应器中搅拌 、静置分离 , 完成油水分离过程 , 原油去除率最高可达 89%。王志勇[ 6]采用机械调质 + 气浮超声脱稳 +离心分离 + 固化工艺技术开展现场试验 , 通过掺水加热机械调质改善油泥流动效果 , 通过投加清洗剂及超声提高油泥分离效果 。含油污泥经处理后 , 离心出口泥中含油量低于 2%, 符合国家固体废弃物排放标准 。机械脱水技术主要有真空过滤 、加压过滤 、滚压过滤和离心过滤 , 其原理是在过滤介质两面产生压差 , 使固体颗粒被截留而水分通过 。目前国内主要采用板框压滤机和带式过滤机 , 而国外最广泛使用的是带式压滤机和卧式螺旋卸料沉降离心机 。集污泥浓缩 、油水分离于一体的三相卧螺沉降离心机是含油污泥处理设备的发展方向 。带式压滤机有较好的脱水效果 , 调质污泥依次经过重力区 、楔形区 、中压区和高压区 , 先在重力区脱除部分水 , 接着在楔形区脱去大部分水 , 最后在中压区和高压区脱除油和水 , 脱水后的泥饼外运 。调质 - 机械分离技术是一种比较成熟的含油污泥处理技术 , 油的回收率较高 。由于不同地区含油污泥的成分不同 , 药剂需要和脱水机械相适应 , 同时要优化药剂的种类 、投加数量及脱水机械的运行参数 。该技术的处理速度较快 , 对于含油量较高的含油泥砂处理效果较好 , 但是当污油泥含油量较少时 , 离心分离经济效益不佳 。2. 1. 2 生物处理技术对于经过石油提取处理的剩余含油污泥 , 微生物对含油污泥中的石油和有机物有很强的降解能力 , 可将其最终转化成无害的 2O 等 , 同时增加土壤腐殖质含量 , 其处理方式包括堆肥处理法 、土壤耕作法 、微生物降解法等 。[ 7]采用原位生物修复技术研究了微生物对炼油厂含油污泥的处理能力 。加入培养好的菌种与营养物质 55 d 和 120 d 后 , 原来含油量最高 ( 99. 2 g/的 A 区污泥中的含油率分别下降 83. 5% 和 90. 2%。许增德等[ 8]利用培育的假单胞菌和芽孢杆菌对含油污泥经厌氧处理后再进行好氧脱油处理 , 含油 23 000 mg/含油污泥 4 h 内脱油率可达 53. 4%。添加混合菌可显著提高堆肥效果 , 且时间越长 , 油去除率越高 , 当处理时间为 60 d 时 , 含油量降至 4 100 mg/接近284—1984《农用污泥中污染物控制标准 》中规定的含油量不高于 3 000 mg/标准值 。商雪娇等[ 9]认为生物法处理含油污泥具有成本低 、无二次污染等优点 , 提出了生物堆肥法 、联合生物法 、生物反应器法 、生物修复法和生物浮选法 。苏新如[ 10]认为生物降解技术降解快 , 指标高 , 更具成本优势 , 同时能改善土壤理化性状和肥力 , 提出了热化萃取后再生物降解的复合处理思路 。周立辉等[ 11]以长庆油田华池作业区 93#井场的修井油泥为研究对象 , 添加了石油降解菌剂 、营养盐及膨松剂 , 使用撬装式生物反应器 , 控制反应温度并提供全面的机械搅拌 , 增进溶氧量与营养物质的传递速率 。对初始含油 7. 24 % 的含油污泥进行 24 d 的生物强化降解后 , 含油量降至0. 23%。实验结果表明 , 使用撬装式生物反应器可以使微生物快速高效地降解石油污染物 , 是一种有效的含油污泥处理方法 。生物处理技术的优点是操作方便 , 作用持久 ,无二次污染 , 已在国外得到广泛的商业化应用 。其缺点是选择合适的菌种比较困难 , 处理周期长 ,对环烷烃 、芳烃类处理效果差 , 对高含油污泥难适应等 。2. 1. 3 固化技术固化技术是在含油污泥中加入固化剂 , 使其发生一些稳定的 、不可逆的物理化学反应 , 固化其中的部分水分和有毒物质 , 以便堆放 、储存和后续处理 。理想的固化产物应该具有良好的机械性能和抗浸透 、抗浸出 、抗干湿 、抗冻 、抗融等特性 。固化剂分为有机固化剂和无机固化剂 , 有机固化剂包括脲醛树脂 、聚酯 、环氧乙烷 、丙烯酰胺凝胶体 、聚丁二烯等 。党娟华等[ 12]对长庆油田采油三厂的含油污82精细石油化工进展N 7 卷第 3 期泥进行了无害化固化处理 , 当污泥 、固化剂及促凝剂的质量比为 4∶1∶0. 01 时 , 在 1 d 内可达到一定的强度 , 3 d 后较硬 , 10 d 后基本达到最大硬度 。污泥固化后矿化度下降了 46%, 含油量从未固化时的 40 000 降至 0. 4 , 硫化物的质量浓度仅为 0. 4 , 将固化产物作为建筑材料或进行填埋均可满足环保要求 。固化技术的优点是方法较为简单 , 缺点是固化后污泥堆放占用的土地多 , 以及可能由于固化剂的加入带来二次污染 。2. 1. 4 焚烧处理技术国内炼油厂通常采用焚烧技术处理含油污泥 。法国 、德国的石化企业将含油污泥焚烧后的灰渣用于修路或填埋 , 焚烧产生的热量用于供热发电 。常用的焚烧炉有固定床式 、流化床式 、回转流化床式 、耙式 、窖式和方箱式等 。含油污泥采用流化床式焚烧炉进行焚烧后 ,固体残留物中的重金属含量很低 , 可直接填埋处理[ 13]。含油污泥的焚烧实验结果表明 , 干化后的污泥通过喷射天然气可进行彻底焚烧 , 焚烧炉的温度 、通风情况以及是否搅拌对污泥在炉内的停留时间有较大影响 , 含水率对停留时间的影响不大 。焚烧处理技术的适用范围广 , 是一种较好的污泥无害化和减量化处理方式 。但是成本和操作费用较高 , 含油污泥中的大量石油资源被浪费 , 焚烧产生的热量不能得到充分利用 , 且焚烧产生O 及粉尘等二次污染 。2. 1. 5 溶剂萃取法 、热洗涤法溶剂萃取法被广泛应用于回收污油 , 其特点是能回收大部分石油类物质 , 溶剂可循环使用 。超临界萃取技术处于研究开发阶段 , 常温常压下的气态物质经高压达到液态后被用作萃取剂 , 其溶解能力大 , 易于回收循环 , 常用的超临界萃取剂有丙烷 、三乙胺 、重整油和临界液态 由于萃取剂价格较高 , 且处理过程中有一定的损失 ,较高的使用成本阻碍了该技术的应用 , 目前溶剂萃取法的关键在于开发性价比合理的萃取剂 。热洗涤法是美国 、英国 、荷兰 、加拿大等国家广泛采用的含油污泥处理方法 。将含油污泥用70 ℃的热碱水和洗涤剂反复洗涤 , 在液固质量比为 2∶1 的条件下洗涤 20 可将油含量为 30%的含油污泥洗至残油率为 0. 3%。国内对热洗涤法处理含油污泥的研究结果表明 , 含油污泥经化学热洗涤后呈中性 , 残油率小于 3%, 处理后的污泥可固化填埋 , 也可通过生物处理技术或作为型煤填料进行最终处理[ 14]。溶剂萃取法比水洗法适用范围更广 , 效率更高 。其缺点是流程长 、工艺复杂 、有机萃取剂价格昂贵 , 且处理过程中损耗较大 , 处理费用高 。2. 1. 6 用于注水井调剖含油污泥中含有大量的水 、油和砂 , 加入适量的悬浮剂 、分散剂和增黏剂 , 能使悬浮其中的固体颗粒延长悬浮时间 , 增加注入深度 , 提高封堵强度 , 形成稳定的乳状液 。注入地层后到达一定的深度时 , 受地层水冲释及地层岩石的吸附作用 , 乳化悬浮体系分解 , 其中的泥质吸附胶质 、沥青质和蜡质 , 黏联聚集形成较大粒径的团粒结构 , 沉降在大孔道中 , 使大孔道通径变小 , 封堵高渗透层带 ,迫使注入水改变渗流方向 , 提高注入水波及体积 。通过优化施工工艺 , 可使含油污泥只封堵高渗透地带 , 而不污染中 、低渗透层 。针对江苏油田开展的含油污泥室内实验和现场试验结果表明 , 经过化学药剂处理的含油污泥可泵性好 , 黏度低于 300 s, 悬浮性能好 , 沉降时间大于 4 h, 作为调剖剂用于注水井调剖在技术上是可行的 , 增油效果明显 , 可减少无效注水量 , 解决含油污泥外排造成的环境污染问题 。与其他调剖剂相比 , 含油污泥调剖剂价格低廉 , 不易受地层温度 、矿化度等因素的影响 , 应用范围广 , 但适合储层及单井用量较少 。2. 1. 7 焦化法制备含碳除油吸附剂含油污泥可用作焦化装置的原料 , 用其生产的浮油吸附材料可以高效地清除溢油污染和回收浮油 。含油污泥中矿物油重质组分沉积居多 , 利用焦化法处理含油污泥的实质是对重质油的深度热处理 , 即重质油的高温裂解和热缩合 。戴永胜等[ 15]进行了焦化反应制备含碳吸附剂的研究 。将预处理过的含油污泥与强度添加剂和炭化添加剂混合后送入已预热至一定温度的焦化反应器中 , 恒温加热进行焦化反应 。当混合物温度达到泡点时 , 轻组分汽化生成的蒸汽经管线引出后冷凝 , 冷凝产物经分离得到回收油 , 可继续加工利用 。反应结束后反应器中的固体剩余物即为生成的焦炭 。若温度太低 、加热时间太短 , 则固相产物焦化不完全 , 无法起到吸油作用 ; 若温度过922016 年 5 月 郭 鹏等 . 油田含油污泥特点与处理技术高 、时间过长 , 则焦炭强度和吸油率降低 。反应温度以 400 ℃为宜 。含油污泥制备含碳除油吸附剂处理彻底 , 生产的焦炭应用广泛 , 但是该方法工艺复杂 , 成本较高 , 生产的焦炭的除油率还有待提高 。2. 2 重金属的处理2. 2. 1 化学处理法化学法去除污泥中重金属主要是通过向污泥中投加化学药剂 , 提高污泥的氧化还原电位 ( 降低污泥 从而使污泥中的重金属由不可溶态的化合物向可溶的离子态或络合离子态转化 。去除机理主要为酸化作用 、离子交换作用 、溶解作用 、表面活性剂和络合剂等的络合作用 , 最常用的化学试剂包括盐酸 、硫酸 、硝酸和一些有机络合剂 , 如乙二胺四乙酸 ( 、柠檬酸等 。影响化学处理法效果的因素主要有污泥的类型 、重金属的种类 、污泥的 泥的氧化还原电位 、重金属的形态以及去除剂的类型 。有研究结果表明 , 在相同的条件下 , 不同类型的污泥中重金属去除效果的顺序为 : 消化污泥 > 生污泥 > 剩余活性污泥 > 消化剩余活性污泥 。郭永春等[ 16]发现锌和镍元素比铜元素更易被化学试剂提取出来 , 用硝酸处理污泥的结果表明 , 去除率可分别达到 86. 7%和 100%。采用化学处理法时 , 污泥中重金属的去除率很高 , 但污泥处理过程中以及中和浸出液中的酸时要消耗大量的化学试剂 , 导致费用较高 , 易对环境造成二次污染并且操作过程繁琐 。2. 2. 2 生物淋滤法生物淋滤法 ( 是指利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用 , 产生氧化 、还原 、络合 、吸附或溶解反应 , 将固相中某些不溶性成分 ( 如重金属 、硫或其他金属 )分离浸提出来的技术 。目前相关的研究和应用正扩展到环境污染治理等领域 , 例如污泥或其焚烧灰分中重金属的去除 、重金属污染土壤 、河流底泥的生物修复 。在生物淋滤技术中 , 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和嗜酸性氧化硫硫杆菌被用作有效的淋滤载体 。通常认为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌有 2 种作用机理 : 1) 直接机理 : 细菌通过其分泌的胞外多聚物直接吸附在污泥中金属硫化物 ( 表面 , 通过细胞内特有的氧化酶系统直接氧化金属硫化物 , 生成可溶性的硫酸盐 ;2) 间接机理 : 氧化亚铁硫杆菌利用其代谢产物硫酸铁 , 与金属硫化物发生氧化还原反应 , 硫酸铁被还原成硫酸亚铁并生成元素硫 , 金属以硫酸盐形式溶解出来 , 而亚铁又被细菌氧化为铁 。氧化硫硫杆菌将元素硫氧化成硫酸 , 然后硫酸使金属硫化物溶解 。王聪等[ 17]从剩余活性污泥中分离得到 2 株土著硫杆菌 , 分类鉴定后确认分别为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和嗜酸性氧化硫硫杆菌 。将两者的单菌和混合菌分别接种于剩余活性污泥中 , 进行了为期 9 d 的生物淋滤 , 对淋滤过程中的 化还原电位 ( 以及重金属含量进行了检测 。研究结果表明 , 混合菌对 去除 效 果 最 好 , 去 除 率 分 别 达 到 96. 09%,93. 47%, 98. 32%, 97. 88% 和 98. 60%。混合菌生物淋滤对 去除率在 6 d 后迅速下降 , 嗜酸性氧化硫硫杆菌单菌淋滤则保持较高的去除率 。生物淋滤法的优点是处理较为彻底 , 在生活污泥处理方面开展的研究较多 , 但在油田污泥处理技术领域未见相关研究报道 。2. 2. 3 吸附法凹凸棒土简称凹土 , 是一种链层状结构的镁铝硅酸盐黏土矿物 , 理 想 分 子 式 为( ·4具有良好的吸附 、催化 、填充 、湿时可塑等物理化学特性 。凹土晶体呈棒状 、纤维状 , 层内贯穿孔道 , 表面凹凸相间布满沟槽 , 具有较大的比表面积 , 大部分的阳离子 、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中 。凹土硅氧四面体中的 被 替代或者其高价阳离子被低价阳离子替代时 , 会产生过剩负电荷 , 由于电荷不平衡 , 凹土又具有一定的阳离子交换能力 。较大的比表面积和特殊的表面物理化学结构及离子状态决定了凹土的吸附性能 。凹土对重金属如 很好的吸附作用 , 对石油烃中的金属 、硫和沥青等具有很好的去除能力 。重金属以多种化学形态存在于自然环境中 ,而植物吸收的只是某些形态 , 即生物有效态 , 因此有效态重金属对实际应用更具有指导意义 。王守红等[ 18]在生活污泥中分别添加占干基质量 6%, 12%和 18%的凹凸棒土 , 利用黏土矿物的吸附特性 , 研究其对污泥中 3精细石油化工进展N 7 卷第 3 期重金属的吸附钝化效果 。实验结果表明 , 凹凸棒土对 6 种重金属在初始时均表现出钝化效果 , 30 d 后凹凸棒土对 钝化量减小或被活化 , 终保持被钝化状态 , 而对 钝化效果则有所增强 , 对于 标的污泥可使用凹土进行钝化 。吸附法的处理成本较低 , 在生活污泥处理方面开展的研究较多 , 但 30 d 后钝化量减少 , 有效时间较短 。3 结语从油田含油污泥的组成特点与污染物控制目标来看 , 油田含油污泥处理技术的研究重点在于污泥中油含量的去除与控制 。油田含油污泥的处理方法应该以低能耗 、无害化处理为目标 。采用前端调质处理 、后端生物处理的技术思路 , 能够较好地实现污泥中油质的回收利用及油田污泥的无害化处理 , 同时能够在污泥处理后再利用方面建立较好的基础 。参考文献[ 1] 于凯 . 浅谈焚烧法处理辽河油田含油污泥工艺技术选择及经济效益分析 [ J] . 中国工程咨询 , 2008( 6) : 31 -33.[ 2] 朱文英 , 唐景春 , 王斐 , 等 . 油田含油污泥污染与国内外处理 、处置技术 [ J] . 石油化工应用 , 2012( 8) : 1 -5.[ 3] 环境保护部 , 国土资源部 . 全国土壤污染状况调查公报[ L] .2014. . cn/01404/ 4] 赵虎仁 , 李慧敏 , 张燕萍 . 含油污泥特性分析与研究 [ J] 2010( 3) : 24 -26.[ 5] 党民芳 , 高桂玲 . 含油污泥处理工艺影响因素实验 [ J] . 油气田地面工程 , 2011( 10) : 15 -17.[ 6] 王志勇 . 含油污泥无害化技术试验研究 [ J] . 石油规划设计 , 2012( 3) : 40 -43.[ 7] , , C, et In of an J] .2001, 43( 5) : 328 -335.[ 8] 许增德 , 张建 , 侯影飞 , 等 . 含油污泥微生物处理技术研究 [ J] . 生物技术 , 2005( 4) : 61 -62.[ 9] 商雪娇 , 李思 , 张金辉 . 生物法处理含油污泥的研究进展 [ J] . 当代化工 , 2014( 4) : 622 -624.[ 10] 苏新如 . 含油污泥无害化处理技术探讨 [ J] . 中国信息化 , 2013( 14) : 31 -32.[ 11] 周立辉 , 任建科 , 张海玲 , 等 . 使用撬装式生物反应器处理含油污泥的现场试验 [ J] . 干旱环境监测 , 2011 ( 4) :242 -244.[ 12] 党娟华 , 李利民 , 罗跃 , 等 . 含油污泥无害化处理技术研究[ J] . 油气田环境保护 , 2004, 14( 3) : 31 -32.[ 13] , , . on by J] . 1998, 5) : 829 -845.[ 14] 刘小娟 , 刘静 , 张宁生 . 油气田污泥无害化处理途径探讨 [ J] . 油气田环境保护 , 2004, 14( 2) : 32 -35.[ 15] 戴永胜 , 张贵才 . 含油污泥制备含碳吸附剂工艺研究 [ J] 2003, 33( 2) : 139 -141.[ 16] 郭永春 , 刘丽莉 , 陈红花 , 等 . 污泥中重金属的存在形态和处理方法研究 [ J] . 环境科学与管理 , 2014( 1) : 72 -74.[ 17] 王聪 , 李强 , 李保宾 , 等 . 生物淋滤法去除污泥中的重金属 [ J] . 微生物学通报 , 2010( 4) : 615 -621.[ 18] 王守红 , 庄明明 , 张家宏 , 等 . 凹凸棒土对生活污泥中重金属的钝化作用 [ J] . 江苏农业学报 , 2011( 6) : 279 -25009)he of of of of of of is 5 月 郭 鹏等 . 油田含油污泥特点与处理技术
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:油田含油污泥特点与处理技术_郭鹏
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-65189.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开