
含油污泥是指在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体和泥状物质,是石油化工工业的主要污染物之一。我国石油化学行业中,平均每年产生80万t罐底泥、池底泥,大港油田每年产生含油污泥约15万t,胜利油田每年产生含油污泥在10万t以上,河南油田每年产生5×104m³含油污泥,其处置问题日益突出。其中呈半固体状态的含油污泥已被列入《 危险废物名录》,成为 强制性管理的固体废弃物。政府部门已意识到解决污泥问题的重要性,于“十二五”开局之初即发布了《关于进一步加强污泥处理处置工作组织实施示范项目的通知》,要求各地有关部门高度重视污泥处理处置工作。同时,根据政府规划,“十二五”期间我国污泥处理处置设施建设投资将达347亿元。近年来国内外学者研究较多。笔者综述了含油污泥的药剂处理法,包括表面活性剂处理、破乳剂处理、碱水处理、絮凝剂处理以及它们之间的复配处理的研究现状,并对含油污泥的处理技术今后的发展提出了建议,以期为相关研究提供参考。
1 含油污泥的来源及特点
含油污泥主要来自人类对石油的生产和消费活动中产生的油泥和油砂。污泥本身成分复杂,含有大量的老化原油、蜡质、沥青质、胶体、固体悬浮物、细菌、盐类、酸性气体以及腐蚀产物等。具有产生量大、含油量高、重质油组分高、综合利用方式少、处理难度大等特点。污泥中一般含油率在10%~50%,含水率在40%~90%,我国石油化学行业中,平均每年产生约80万t罐底泥、池底泥。
2 含油污泥的危害
含油污泥中含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质。如果任意填埋,会导致周围土壤污染,其中多环芳烃的污染在冬天尤为严重,并破坏粮食作物原生态,使人类生活中区域性艾滋发病率大大上升,而且造成资源的浪费。
3 含油污泥的处理现状
对含油污泥进行减量化处理,一直是国内外环境保护界和石油企业界的工作重点和难点之一。其中污泥中的有机化合物可用湿式氧化法有效去除。近年来,国内外学者针对含油污泥除油问题,在化学法、物理法、生物法、焚烧热解法等方面都做了大量研究,但是还没有十分理想的处理方法。迄今为止,国内外含油污泥化学药剂处理方法大致可分为:表面活性剂洗脱除油、破乳剂破乳除油、碱水洗涤除油、絮凝剂絮凝除油、药剂间的复配除油。
3.1 表面活性剂洗脱除油
表面活性剂能显著降低液-液界面的张力,并具有亲水亲油双重特性和特殊吸附性能从而能使油从污泥中脱除。国内学者张力文等考察了4种表面活性剂对去除含油污泥中的机油的洗脱效果。实验结果表明:当洗脱剂吐温80的质量浓度为100mg/L,洗脱时间为4h,洗脱温度为25℃,溶液pH为6时,溶液中油质量浓度可达1293.68mg/L,含油污泥的脱油率达到86.25%。同时发现加入无机离子会减小表面活性剂对含油污泥的洗脱作用,其中铁离子的影响较大,而钠离子的影响较小。此外,还通过室内试验和现场验证评价了88-表面活性剂驱油技术对王家油田的应用效果。汪洋等研究了表面活性剂对原油黏度和油-水界面表面张力的影响。当加入1%浓度的88-表面活性剂后,样品界面平均张力由20.78下降到1.27,平均下降了93.8%;在同一温度下,当加入浓度为1%的88-表面活性剂后原油的黏度与没有加表面活性剂的原油的黏度相比下降了35%。马少华等合成了一种新型的磺酸盐型阴离子表面活性剂,并应用新型磺酸盐型阴离子表面活性剂构筑了一种新型的胶质液体泡沫(CLA)体系。用其对含油污泥进行了原油脱除和原油回收的研究,并应用光学显微镜对原油脱除机理进行了初步研究。正交实验的结果表明:在含油污泥处理量为0.5g,稀释比为10:1,处理温度为45℃,处理时为20min的较佳条件下,自制的、稳定的、胶质液体泡沫体系处理含油污泥时原油的脱除率高达99.60%。张德兰等研究了各类含氟表面活性剂。在苛刻的采油条件下,含氟表面活性剂可以使油-水界面张力降低至10~3mN/m,并能增加洗油效率,同时可以提高和改善原油的流动性,大大提高采收率。国外学者Jing Guolin等用几种表面活性剂进行了清洗含油污泥的单因素实验。其中研究了AEO-9、平平加、Tritonx-100、九水偏硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)和十二烷基苯磺酸钠(DBS)分别在液体/固体质量比、反应温度、反应时间和洗脱液质量分数四个因素影响下的残油率。通过比较实验结果取得了较佳的清洗效果。并得出在较佳工艺条件下用九水偏硅酸钠处理含油污泥时的残油率只有1.6%。虽然表现出较高的除油率,但表面活性剂会使油和水互溶,呈乳化状态,不便于原油的回收。
3.2 破乳剂破乳除油
破乳剂是一种表面活性物质,它能使乳化状的液体结构破坏,以达到乳化液中各相分离开来的目的。利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离开来,使之达到从含油污泥中除油的目的。国外学者Mahmoud A.Abdul-Raheim等发现蔗糖脂肪酸酯聚氧乙烯醚可以作为石油污泥的破乳剂。数据显示:GA4000可作为较好的破乳剂,并可脱去污泥中约90%的水。这为利用破乳剂处理含油污泥提供了一种新途径。国内学者刘光全等用破乳剂JP998对某炼油厂难以处理的含油污泥进行了研究,确定了搅拌时间为30min,离心转速为2000r/min等因素和化学配方。此化学破乳加机械三相离心分离技术处理后的含油污泥的原油回收率可达90%。王闪闪等采用化学破乳的方法对孤东油田含油污泥进行了实验研究。结果表明:在温度为70~75℃,pH值为10,搅拌速度为2600r/min,搅拌时间为10min,泥水比为1:5的情况下,加入油泥体积3.9%的破乳剂1与0.4%破乳剂3,回收率可达到53.4%,适合作为孤东油田含油污泥的处理方法。康万利等针对吉林油田含油污泥的特点,采用化学破乳-润湿的方法对其进行了调质处理,并探究了pH、水固比等因素对原油回收率的影响。实验以拉开粉BX为调质剂,并筛选出破乳剂PR105,确定较佳作用条件,结果表明:破乳剂PR105和拉开粉BX较佳用量分别为100mg/L和2000mg/L,pH值为7.5~8.5,处理温度为45℃,含油污泥水固比为6:1,在搅拌器转速为180r/min下搅拌25min,原油回收率高达99.4%,达到了油田含油污泥的处理要求。李美蓉等对胜利油田的罐底泥进行了分析,并进行了化学破乳剂溶剂萃取离心分离的脱油处理技术的研究。实验结果表明:室温时当在油泥中加入搅拌均匀的油泥体积2%的破乳剂和80%的提取剂后,在转速为1500r/min时离心15min,脱油率和脱水率分别可达91.7%和25.5%。同时发现溶剂可循环利用且脱除的油可回收。因此该方法经济可行,为胜利油田泥砂综合利用或无害化处理提供了一条有效途径。单一剂型的破乳剂虽然破乳效果较好,但针对性较强,适应面较窄。
3.3 碱水洗涤除油
污泥中的油可和碱水水解产生的OH-产生反应,变成可溶解于水的脂肪酸钠和甘油。崔世彬等在以平平加-20和硅酸钠溶液为洗脱液的条件下,采用化学洗涤法对占含油污泥比重很大且含油率较高的炼油厂产生的含油污泥进行处理并回收原油,确定了硅酸钠在液固质量比为6:1,反应温度为70℃,反应时间为20min,质量分数为0.03%的条件下可达到残油率为5.3%的较佳洗涤效果。且相比之下硅酸钠的较佳处理效果比平平加-20处理效果显著。孙向东等采用热碱水洗涤-气浮三相分离处理技术回收含油质量分数为30.2%的胜利油田罐底油泥中的原油。结果表明:洗脱温度为70℃,碱水中Na2CO3质量分数为2%,液固质量比为3:1,搅拌为10min,气浮分离15min时,脱油率较佳,可达94.3%。同时发现洗脱液可循环使用,且脱除的原油经蒸馏处理也可回收利用。脱油后的底泥中石油类残留质量分数小于1%,可达到农用污泥中污染物控制 标准GB4284-84。李镇采用热碱液洗涤的方法处理油田含油污泥。实验结果表明:影响含油污泥处理后含油率的主要因素是固液质量比,其次是Na2CO3溶液的质量分数,再者为搅拌温度,然后为搅拌时间。当在搅拌温度70℃、Na2CO3溶液质量分数2.0%,搅拌时间20min,液固质量比4:1的条件下,原油回收率可达90.34%。
3.4 絮凝剂絮凝除油
絮凝剂会对乳化油滴起到电荷中和,压缩双电层,架桥以及网捕作用,促使乳化油滴进一步破乳析出。李娜等对污水处理厂的含油污泥进行了一步法预处理及离心分离工艺的实验。结果表明:聚铝-阳离子型聚丙烯酰胺(PAC/CPAM=2/1)对含油污泥具有良好的调质效果。董秀梅用几种絮凝剂和助凝剂对两种含油污泥分别进行了研究。结果发现:1#聚丙烯酰胺和GLF配合使用效果比较明显。国内学者李伟通过实验确定了絮凝剂PAC与PAM复合投加处理含油污泥的较佳投加方式。王丹以硅酸钠、聚合氯化铝(PAC)、阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)为原料,制备了无机高分子絮凝剂PCSM,并对大庆油田含油污泥进行了研究。考察了加药量,pH值等因素对污泥脱油效果的影响。结果表明:絮凝剂PCSM有较好的脱油效果。相比之下,絮凝剂对含油污泥的脱水效果要强于对其脱油效果。
3.5 药剂间的复配除油
林秋明对大庆油田采油过程中产生的含油污泥进行了研究。通过实验得出:溶液浓度为0.3g/L的聚乙二醇辛基苯基醚和2g/L聚合氯化铝进行复配处理含油污泥,除油率能够达到86.32%。利用正交实验确定较佳药剂配比的较佳的工作条件,结果表明:在反应温度70℃,搅拌时间为30min,搅拌强度为50r/min,pH值为7,泥水比为1:4的条件下处理含油污泥的除油率可达96.85%。
用此法能够很好的达到减量化和初步无害化的目的。李明以油的回收率为指标,使用Na2SiO3和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠与不同的非离子表面活性剂在固定的实验条件下进行复配实验,从而得到较好的一组配方是:ABS:Na2SiO3:平平加-2-为1:2:1。并对所得配方进行正交实验,确定较优实验条件,结果表明:在反应温度为70℃,反应时间30min,液固质量比为5:1的条件下,油回收率高达99.35%。Li Xiaobing以残油率作为参考指标,用Sx4056作为破乳剂,石油磺酸盐作为表面活性剂,硅酸钠(Na2SiO3)作为分散剂处理含油污泥。结果表明:在较佳实验条件下,残余的干燥污泥中油的含量仅占0.28%。余兰兰等通过加入破乳剂SP和絮凝剂(CPAM)对大庆油田含油污泥进行综合调质,考察了固液比、破乳剂种类及加量、温度、调质用絮凝剂的种类及加量、离心条件等因素的影响。结果表明该方法可使污油回收率达到90%以上,并能有效回收原油。
4 结论
含油污泥的处理已经成为国内外共同关注和必须解决的问题。按药剂类别本文对国内外近年来含油污泥药剂处理方法进行了综述。建议今后围绕以下几个方面开展工作:开发廉价易得的药剂;研究如何提高药剂的利用率和处理效率;延长药剂的使用寿命;目前,对药剂的作用机理研究的深度不够,从理论高度和研究方法近年来均没有较大的突破。因此,深入研究作用机理、开发新的药剂,必将促进新型高效处理含油污泥产业的发展。再者使用药剂对含油污泥进行处理时,都会对环境产生污染,而且非生物法要比生物法对环境产生的污染更大。所以,围绕以上几个方面的同时,含油污泥的处理今后要结合生物法和非生物法两个方面向前发展,开发出廉价、高效、便捷、污染物的处理方法。