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大庆油田含油污泥处理技术试验研究_图文

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大庆油田 含油 污泥 处理 技术 试验 研究 图文
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国内图书分类号: 学校代码:10213 国际图书分类号: 密级:公开 工程硕士学位论文 大庆油田含油污泥处理技术试验研究 硕士研究生: 唐述山 导 师:马 放 教 授 副 导 师:陈忠喜 研究员 申请学位: 工程硕士 学 科、专 业: 环境工程 所 在 单 位 : 大庆油田工程有限公司 答 辩 日 期 : 2008 年 12 月 授予学位单位:哈尔滨工业大学 705 N N 2008 尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘 要 在石油开采及加工过程中,会产生大 量的废弃含油污泥。油田含油污泥主要包括落地油泥、沉降罐污泥、污水处理厂构筑物底部 沉淀物、三相分离器油泥及生产事故产生的溢油污泥等。随着石油勘探开发及 生产活动的增多,产生的含油污泥总量不断增加,对环境造成的污染日趋严重 。根据大庆油田生产开发过程中含油污泥实际状况,开展物理化学处理技术、 生物处理技术及含油污泥综合利用技术的室内小试与现场试验,系统地研究了油田含油污泥处理技术,实现了含油污泥无 害化及资源化利用。 本文确立了以“热洗 核心的物化法含油污泥处理技术。研发出一种无机清洗剂 通过控制清洗条件,实现了含油污泥中油、泥、水有效分离。同时,研发了含油污泥处理设备,该装置 运行平稳,除油效率在90%以上。通过现场试验,确定了含油污 泥处理流程的最佳工艺运行参数,即污泥处理最高负荷为 300 kg/m3·h,热洗水温 60℃,均质除油装置泥液停留时间 泥药剂经济投加量为 1~2%,固液离心机转速 3000~5000 r/ 污泥在最佳运行参数下,经所研制的设备及相应工艺处 理后,污泥最终含油量小于 5%。 分离得到产生生物表面活性剂的微生 物,生物表面活性剂主要成分为鼠李糖脂、槐糖脂、甘油酯类和脂肽类化合物。使用菌株发酵液处理油泥样品,72h 后油去除率达 与对照样品相比,油 去除率提高到大约 7至 9 倍,除油效果显著。 油田含油污泥经除油处理后,采用合 理的建筑固化剂配方,制作的污泥砖的抗压强度达到 上,可做油田场地及道路 基层。含油污泥作煤掺混燃料,在一定程度上利用了油泥的热 值,降低了混煤的经济成本。 本文对油田含油污泥无害化、资源化 处理的研究结果,对于石油行业生态环境保护及可持续发展具有重要的指导意义。 关键词: 含油污泥;物化处理;生物处理;污泥资源化 - I - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 t is of be of of to in of in It is of is of on of of in in in A of it is in At a of is 0%. of 00 kg/m3·h 0℃ in ~2% of 000~5000 r/of % by of by in of In of of is to 2 h. 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 a of be be of is be a it of in in in of 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 目 录 摘 要 ......................................................................................................................... I .................................................................................................................... 章 绪 论 ............................................................................................................油污泥的来源及危害 .................................................................................. 含油污泥来源 ........................................................................................... 含油污泥对环境的危害 ............................................................................内外含油污泥处理技术现状 ....................................................................... 含油污泥物理化学处理方法 .................................................................... 含油污泥生物处理方法 ............................................................................ 含油污泥处理生物表面活性剂 ................................................................油污泥处理中存在的主要问题 .................................................................题的主要研究目的和内容 ......................................................................... 主要研究目的及意义 ............................................................................. 主要研究内容 ......................................................................................... 2 章 试验设计与方法 ........................................................................................热洗 理化学处理试验设计与方法 ...........................................“热洗 理化学处理室内试验 .................................................. 含油污泥化学清洗药剂室内优化试验 .................................................. 含油污泥油水分离处理成套装置试验 ..................................................油污泥生物处理表面活性剂 研制及效能试验设计与方法 ..................... 生物表面活性剂产生菌的筛选及纯化 .................................................. 除油微生物表面活性剂发酵试验 .......................................................... 除油微生物表面活性剂活性指标测定 .................................................. 除油表面活性微生物菌株鉴定 .............................................................. 生物表面活性剂油泥处理试验 ..............................................................油污泥综合利用试验设计与方法 ............................................................. 污泥作行道砖试验 ................................................................................. 污泥作辅助燃料的基本评价指标及测定 ..............................................要分析指标与分析方法 ............................................................................ 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 油污泥及污水分析指标与方法 .......................................................... 原油成分测定指标及分析方法 .............................................................. 3 章 油田含油污泥特点及特性分析 .................................................................油污泥的特点 ...........................................................................................油污泥特性分析 ....................................................................................... 含油污泥质量组成 ................................................................................. 含油污泥主要污染物成分 ...................................................................... 含油污泥矿物组成及粒径 ...................................................................... 含油污泥中油组份与原油组分对比 ...................................................... 4 章 含油污泥物化处理技术试验研究 .............................................................洗 理化学处理技术室内试验 .................................................“热洗 理试验的影响因素 ...................................................... 试验结果及分析 ....................................................................................油污泥化学清洗药剂室内优化试验 ......................................................... 含油污泥清洗药剂的制备 ..................................................................... 污泥处理药剂的筛选试验 ..................................................................... 洗剂除油使用条件及效能 ..................................................洗 理化学处理工艺现场试验 ................................................. 含油污泥清洗处理装置机理及运行参数 .............................................. 装置现场运行效能试验 .......................................................................... 装置现场试验结论 .................................................................................理化学法处理含油 污泥经济效益估算 ..................................................... 处理成本计算的基础数据 ...................................................................... 处理成本及效益估算 .............................................................................章小结 ....................................................................................................... 5 章 含油污泥生物处理表面 活性剂研制及效能 .............................................物表面活性剂的作用与制备机理 ............................................................油微生物表面活性剂研制技术路线 ........................................................油微生物表面活性 剂试验结果及分析 .................................................... 除油表面活性微生物的筛选 .................................................................. 除油表面活性微生物活性特征 .............................................................. 生物表面活性剂产生菌 的鉴定及成分分析 .......................................... 生物表面活性剂处理油泥效果 ..............................................................章小结 ....................................................................................................... V - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 第 6 章 含油污泥综合利用试验研究 .....................................................................泥作辅助燃料试验研究 ............................................................................ 试验数据及分析 .................................................................................... 节能效益估算 ........................................................................................泥作行道砖的试验研究 ............................................................................ 行道砖基体配方 .................................................................................... 固化剂用量对污泥砖强度影响 .............................................................章小结 ....................................................................................................... 论 ......................................................................................................................考文献 ..................................................................................................................读学位期间发表的学术论文及其他成果 ...........................................................尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 ...........................................................尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 ........................................................... 谢 ......................................................................................................................人简历 .................................................................................................................. 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 第 1 章 绪 论 油污泥的来源及危害 油污泥来源 目前国内砂岩油田多采用注水驱油方式开发,在石油和天然气开发生产过程中,随着采出液会携带出大量的泥砂;随着油田的深度开采,采出油中含水率越来越高。原油生产是一个连续的、系统的生产过程,采出液携带的泥砂在油田各生产场站中逐步分离出来,三相分离器、脱水罐、储油罐、污油罐、污水处理站(厂)构筑物底部沉淀物等底部存在大量含油污泥。另外,采油污水净化处理中投加的净水剂形成的絮体,设备及管道腐蚀产物和垢物、细菌( 尸体 )等,进一步形成了新的含油污泥。 同时,在正常原油生产及配套处理设施外,由于生产事故、管理、井下作业等因素,亦会产生大量的含油污泥。例如,事故隔油池底泥、管线穿孔而产生的落地原油及含油污泥,钻井、压裂、射孔、封堵等井下作业在井场产生的含油污泥等。 这些含油污泥的特点是分布范围广、产出量大以及多伴有其他难以处理的杂质等。含油污泥成分复杂,属于多相体系,一般由水包油、油包水以及悬浮固体组成,且乳化充分,固相难以彻底沉降,给污泥处理带来很大的难度。而非正常生产条件下产生的含油污泥, 无疑使处理难度进一步加大。 油污泥对环境的危害 油田含油污泥的组成成份极其复杂,是一种极其稳定的悬浮乳状液体系,含有大量老化原油、蜡质、沥青质、胶体、固体悬浮物、细菌、盐类、酸性气体、腐蚀产物等,还包括生产过程中投加的大量凝聚剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等水处理剂。因其体积庞大,排放后不但占用大量 耕地,而且对周围土壤、水体、空气都将造成污染。 另外,污泥中含有大量 的病原菌、寄生虫( 卵 )、重金属、放射性核素等难降解的有毒有害物质,这对人类的身体健康也是一个极大的危害,是导致很多致命疾病的罪魁祸首,可以说是一个隐形杀手,故油田含油污泥已被列为危险固体废弃物。 - 1 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 我国现已对含油污泥的排放加强了重视,目前明确规定不允许肆意排放未经处理的含油污泥,虽然限制了部分污染物的排放,但仍然不能从根本上解决问题。因此,含油污泥的处理仍然是油田需要解决的重要问题,这不仅可以节约宝贵的原油资源,而且可以有效解决含油污泥污染问题。 内外含油污泥处理技术现状 完善的环境法规和日益严格的环境标准,使石油生产者愈来愈重视含油污泥的治理,因此从上世纪 80 年代初以来,发达国家的含 油污泥处理技术得到了很快的发展。根据文献检索和查新,国外采用了很多针对单一油泥的处理技术,但目前还没有发现有效的及适合中国国情的处理技术报道。对落地原油处理,美国、德国、日本、加拿大等国多采用清洗的方法,以非极性有机化合物为溶剂,以高含盐水为分离助剂,将煤油、汽油、乙醚等有机溶剂加热,与油泥混合后,利用矿物油在有机溶剂中的溶解性,通过萃取作用,分离混合物中的矿物油;或通过乳化作用,在盐水基质中将油泥制成泥浆,然后通过混凝技术,采用沉降、气浮等工艺,分离出原油。除上述主导工艺外,还有溶剂和低频声波组合分离工艺、非药剂热分离工艺、水液逐级分离抽提工艺、无机混凝分离工艺、酸碱油泥分散与离心分散工艺等。 国内对油泥处理的理论研究起步较晚,在含油污泥的综合处理技术和水平上与发达国家有一定差距,研究报告也较少。研究者最初曾利用油泥中原油的热值,将油泥与其它物质掺混,制成工业型煤。但由于产品灰份高、热值低、燃烧污染等缺点,实践应用较少。对于落地油和罐底泥,目前应用的工艺多为清洗工艺,基本上参照国外常规技术路线,即在油泥中加入水基分离液后,通过加热对原油进行抽提。该技术曾应用于以回收原油为目的的稀油污泥原油分离。但由于各种因素的制约,工业应用范围很小,且基本上未考虑环境指标。所以,对含油污泥的处理技术研究,应在国外相关研究成果的基础上,结合中国国情,开发含油污泥 的处理工艺和技术[1]。 目前,含油污泥的处理方法主要分为物理化学法和生物法。物理化学法是通过物理或化学作用使得油泥得到处理或净化的过程。主要包括:焚烧法、浓缩干化法、固化作用 /稳定化作用法、浮选除油法、添埋法、热熔玻璃化法、超临界法、隔离 /控制法、淋滤冲洗法、汽提法、化学氧化法、光降解法、溶剂萃取法、溶剂 ]。生物处理方法是利用 自然界或人工筛选的微生物,利用微生物的代谢活动,分散剥离或者降解油泥中的原油,从而实现含油泥处理的技术。它主要包括:直接生物处理和生物修复等两个方面。 - 2 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 油污泥物理化学处理方法 烧法 焚烧法只适于产量少的特殊 含油污泥的处理,在温度815~1200℃范围内,将油泥送入焚烧炉焚烧, 去除其中矿物油等有机物质,残渣掩埋处理。焚烧过程中产生的烟气,通过除尘、淋洗工艺处理,使其中的粉尘、氮氧化物、硫氧化物等达到排放标准后放空。用焚烧法处理含油污泥,不仅工艺复杂、设备投资大、处理成本过高,而且增加了废水的排放量。放空的废气,经处理后,各种污染物浓度虽达到了排放标准,但根据我国目前的环保要求,对废气的排放不仅要控制其中污染物的浓度,而且还要控制其排放总量。因此,用焚烧处理含油污泥不适合大规模推广应用,亦不是一种理想的方法。 分解 由于焚烧处理方法可引起二次污染 , 所以于年丹麦开始了热分解处理方法的研究, 后来在美国、日本等国开始被 工厂采用。热分解就是把含油污泥在无氧或少 量氧的条件下加热至 800℃ ~1000℃ , 获得高温气体的方法。分解后剩余的残渣 , 可以作原料和填坑物等。高温热处理是目前国外广泛用于含油污泥无害化处理的一种工艺 , 含油污泥在无氧条件下加热到水的沸点以上 , 烃类物质裂解温度以下的温度 , 使烃类物质及水蒸发出来 , 剩余泥渣能达到 求, 烃类物质可回收利用。 缩干化法 该工艺是一种传统的处理工艺 ,适合于含水率较高的含油污泥。主要是通过自然沉降分离出污泥颗粒间隙中的水,这部分水一般占污泥含水的 70%左右,通过浓缩处理 可以使含水率降到 95%左右,然后将浓缩后的污泥自然风干、填埋。该工艺的优点是基建投资少和运转费用低,操作简单,因此对高含水污泥目前 国内油田多采用该工艺。 ]研究了以石灰为调理剂处理不同含油程度的污泥,结果表明,当石灰用量在6%~10%之间时,油泥过滤性最好,并得出脱 水特性和比阻、毛细吸入时间等因素之间的关系。S [4]比较了以石灰和明矾作为 调理剂的脱水效果,结果表明,针对含油量在 %的油泥,当它们的用量分别为 6%和 4%时,其脱水效果最好。 ]研究了用电动力对油泥进 行脱水,比较了不同极板间距和电压对脱水效果的影响,当间距为 4压为 200 能量应
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