含油污泥处理技术研究现状

杨 豪，刘 磊

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，广东深圳 518067）

含油污泥处理技术研究现状

杨 豪，刘 磊

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，广东深圳 518067）

含油污泥是一种富含矿物油的多相分散体系，组成复杂，是由黏土颗粒、有机质、絮体、微生物及其代谢产物、矿物质等混合形成的污泥。含油污泥来源于石油开采、集输和炼油过程中产生，含油污泥主要影响石油化工行业和环境。国内外油田含油污泥的主要处理方法包括萃取、机械分离、超声波、微波填埋、焚烧、裂解、化学热洗、固化、堆肥、调剖等处理方法。每种处理方法均有各自的优缺点和适应性，对含油污泥进行分级处理和对处理方法进行分级是今后研究的主要方向。

含油污泥；萃取法；焚烧法；堆肥法；调剖技术

含油污泥是原油或成品油混入泥土或其他介质，其中的油分不能直接回收而可能造成污染的多种形态的混合物[1]。含油污泥的组成复杂，是由黏土颗粒、有机质、絮状体、微生物及其代谢产物、矿物质等混合形成。含油污泥一般由水包油、油包水以及悬浮固体杂质组成且富含矿物油。由于水合作用，颗粒附着单层或多层水而造成颗粒相互聚合的障碍，同时由于颗粒的带电性而使颗粒相互排斥，污泥体系处于极其稳定的状态。此外，由于油田在生产开发的过程中使用了大量的化学药剂，部分化学药剂残余在含油污泥中导致含油污泥活性较大，因此也称含油污泥为活性污泥。

含油污泥含有多环芳烃、重金属、放射性等有害物质，若不经过处理直接排放，将会对大气、土壤和动植物造成较大影响[2]。由于含油污泥的组成复杂、分离处理困难等特点，其处理和再生利用一直是油田化学领域研究的热点问题之一。本文介绍了含油污泥的来源及危害，综述了国内外油田含油污泥的处理方法及进展。

1 含油污泥来源及危害

1.1 含油污泥来源

目前，含油污泥的主要来源有以下三种：

1.1.1 原油开采产生 原油开采过程中产生的含油污泥主要由于油田地面处理系统产生的落地原油，它是由开采过程中部分原油放喷或被油管等携带至地面或井场，渗入地面土壤形成，称为落地原油[3]。落地原油一般具有固含量高、固相颗粒细、含油量不定、脱水处理困难等特点，其处理难度较大。

1.1.2 油田集输过程产生 油田集输过程产生的含油污泥主要可分为两类：一类是原油长期在储油罐中，原油中的机械杂质、泥沙、重金属盐及石蜡胶质沥青质等重组分在储油罐底部沉积而产生。这类含油污泥一般又黑又稠，称为罐底油泥[4]。罐底含油污泥的成分十分复杂，碳氢化合物（油）的含量极高，大量重油与泥沙及水形成胶状物。这类污泥具有一定的回收利用价值。另一类是油田联合站水处理系统各类除油设备、立式沉降罐、回收池等设施清理或排放的污泥。该含油污泥一般具有含油量较低、含水量较高、固相含量较低的特点。含油污泥成分复杂，含有大量的老化原油、蜡质、胶质、沥青质、胶体和固体悬浮物、细菌、盐类、酸性气体、腐蚀产物等。此外，在污水处理过程中还加入了大量的絮凝剂、助凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、液碱等水处理药剂[5]，这类污泥其回收利用价值相对较低。

1.1.3 炼油厂产生 炼油厂的含油污泥主要来源于隔油池底泥、浮选池浮渣、原油罐底泥等，俗称“三泥”。这类含油污泥组成各异，通常含油率在10%～50%[6]，含水率在40%～90%，同时含有一定量的固体物质。炼油厂产生的含油污泥一般都是具有较稳定的乳状液体系，由于污泥中的水合作用和颗粒的带电性，使其形成相对较稳定的分散体系。炼油厂产生的含油污泥成分更加复杂，即包含原油生产过程中的各种化学处理剂，而且其含油量与炼油厂的炼油处理技术方法有关，含水量普遍较高，体系破稳较困难。

1.2 含油污泥的危害

含油污泥的危害主要表现在以下几个方面：

1.2.1 对石油化工行业的影响 由于含油污泥的存在，降低联合站的处理能力和水质达标率，处理后的污水的悬浮物含量严重超标，污水回注容易造成地层堵塞，造成油层吸水能力下降、渗透率降低、注水压力不断升高，甚至导致注水井无法注入。污水悬浮物含量超标还使水井增注措施（酸化、压裂）有效期下降，增加了油田生产成本和工作量[8]。此外，产生的大量含油污泥无法进行有效利用，造成能源的大量损失和浪费，违背绿色化学的理念，影响社会的可持续发展。

1.2.2 对环境的影响 含油污泥的外排和处理可能对环境造成较大的影响，以下将从对大气、土壤和水体三个方面进行分析。

1.2.2.1 大气污染 含油污泥中含有大量的硫化物、苯系物和芳香烃类有毒有害挥发物，这些易挥发物大多具有致癌性，对动物具有较大的危害性。而污泥中的有机物在厌氧型细菌的作用下分解成甲烷等物质，扩散到空气中后可能增加温室效应。此外，污泥中粒径较小的固体物质在外界环境的作用下逐渐风化，增加空气中可吸入颗粒的含量，可能增加空气雾霾程度。

1.2.2.2 土壤污染 含油污泥中含油的石油等有机物，导致土壤中有机物的含量超标，使得土壤本身的平衡受到破坏，同时由于烃类物质有黏稠特性，它会影响土壤的结构，堵塞土壤的通气孔道而降低土壤的疏松程度，对植物的生长和微生物的代谢产生影响[9]。含油污泥中污油分解产生的小分子的物质能够渗透进入植物的组织内部破坏植物的正常生理机制。产生的高分子物质容易在植物表面形成一层黏膜，阻碍植物气孔，影响植物的蒸腾作用、水分吸收、呼吸作用和光合作用，甚至导致植物的根系腐烂[10]。此外，石油类物质还可能通过影响土壤酶的活性，从而干扰植物生长，进而导致区域类的植被受到破坏，生态环境受到影响。

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1.2.2.3 水体污染 含油污泥中的大量有机物流入水体后，在微生物的作用下，会消耗大量的氧气，使水体严重缺氧，而分解产生的大量含氮、磷、硫等有机物，容易造成水体的富营养化，从而破坏水生生态系统。含油污泥污水含量较高，污水渗入地下使地下水中COD、BOD超标[11]，严重污染地下水资源。此外，污水中的放射性物质和重金属物质在生物体内逐步富集，破坏生态平衡，严重威胁人类健康。

2 含油污泥的处理方法

目前含油污泥的主要处理方法可分为物理法、化学法、生物法和综合处理法，下文将对该处理方法进行简要介绍。

2.1 物理法

2.1.1 萃取技术 含油污泥的萃取处理通常是采用特定的有机溶剂作为油泥萃取剂，利用泥沙、油和水在该有机溶剂的溶解度差异来进行各组分的分离。萃取技术的主要优点是工艺非常简单，萃取剂可以重复再生进行利用，污泥中的油实现了再回收利用，经过处理后的污泥可达到排放标准。缺点是萃取剂价格昂贵，循环使用存在部分损失，投资成本较高[12]。

赵瑞玉等[13]利用自主研发的萃取剂ZZEG处理新疆油田含油污泥，研究了萃取剂、萃取温度、萃取剂与含油污泥质量比、萃取液放置时间等因素对除油率的影响，萃取处理后的污泥含油量低于3 000 mg/kg，取得较理想的效果。该技术为油田含油污泥的资源化、无害化处理提供可行的方法。

2.1.2 机械分离技术 机械分离的实质就是通过机械方法使污泥中的油、水、泥三相分离，进而进行分开处理。目前，机械分离技术主要有调质-机械脱水、离心回收、压力驱动电脱水、冻融法等技术[3]。

调质-机械脱水技术实质是向含油污泥中加入一定调质剂，调整样品中的无机颗粒性状，破坏含油污泥中胶体颗粒的稳定性，克服含油污泥黏度高、过滤比阻大，脱水困难等问题，在调质基础上进一步机械分离。该技术的主要优点是工艺简单、投资小，缺点是目前还未开发出普遍适用的调质处理剂，对不同的含油污泥，处理药剂需要进行筛选，工作量大。

离心回收技术的实质在于破坏含油污泥的稳态体系，达到分离油水泥的目的。该技术的主要优点在于处理方法安全环保，缺点是设备投资较大，运行成本较高。

压力驱动电脱水实质是在外加电场的作用下，含油污泥中水和固体交界处双电层中带负电的固体颗粒向阳极运动，而双电层中扩散层的反离子则向再携带油分和水分后向阴极运动，引起水相的带电粒子的电泳现象，再结合压滤技术实现含油污泥脱水。压力驱动电脱水法具有脱水效率高、方便快捷等优点，但不足是能耗较高，限制了该技术的应用。

冻融法是在冷冻的环境中，使得含油污泥体系颗粒电位层结构被破坏，污泥中原始的小颗粒成为晶核，其他颗粒在晶核表面逐渐聚集长大，再进行升温融化后固相颗粒析出的方法。由于污泥体系中油、水、泥三相融点不同，其析出顺序也不相同，进而达到分离目的。该技术是一种方便快捷的处理技术，其优点是处理时间短，处理效率高，缺点是冷冻耗能高。

2.1.3 超声波技术 超声波处理含油污泥主要是利用超声波具有的机械分散、声空化、微扰和热效应等作用来破坏含油污泥的稳态结构，实现含油污泥油、水、泥三相分离，进一步对含油污泥进行处理的目的。

超声波处理含油污泥的原理主要源于三种作用：（1）空化作用，超声波的空化作用不仅可将污泥中的乳化油体系分离，空化核破裂时产生的强烈冲击更可将污泥中的污油包裹的泥样撕碎，促进油水泥三相分离。（2）机械作用，超声波是一种机械能量的传播，它在传播过程中会产生线性的、交变的振动作用，由于超声波在液体中传播时质点加速度非常大，污泥在超声波的作用下，污泥中的液体物质会产生快速、激烈的运动，进而加速污泥三相分离。（3）热作用，超声波在液体介质中进行传播，超声波的振动作用而使液体的温度升高的效应[14]。此外，超声波产生的强烈的振动冲击形成的局部高温也可能导致污泥温度体系的破坏，促进污泥的三相分离。同其它技术相比，超声波处理具有作用效率高、处理速度快、处理效果好等优点，缺点是超声波处理后的污泥容易二次乳化，影响污泥的处理效果。

2.1.4 微波技术 微波的加热原理是微波进入物质后与物质中的极性分子发生相互作用。物质中的极性分子吸收微波的能量后分子间发生大量有效碰撞，产生大量的热量，从而使物质获得能量升温，这种升温方式较均匀[15]。此外，微波处理能够诱导污油中的高分子有机物发生裂解。微波处理技术在工艺上具有设备操作简单、经济可行、节能环保和处理彻底等优点[16]。研究表明，采用微波热解处理技术是实现含油污泥无害化和资源化的有效途径之一。

2.1.5 填埋处理 填埋处理是利用坑洼地带填埋污泥。填埋既可处置污泥，又可覆盖土地，保护环境，填埋处理后的污泥在环境中会逐渐被微生物分解。填埋技术具有成熟、投资少、工艺简单、处理费用低、处理量大等优点，可较好的实现地表的无害化。填埋处理的缺点是并没有对污泥实现无害化处理，污泥中残留的大量细菌和病毒容易造成生物感染，污泥中的大量有机物造成土壤板结，污泥中的重金属、放射性等物质造成水土严重污染。这种方法潜在的危害极大，会给子孙后代带来无穷的后患，不符合目前提出的“资源友好型、环境友好型”社会理念，该处理方法势必会淘汰。

2.2 化学法

2.2.1 焚烧技术 焚烧工艺目前被世界各国认为是处理含油污泥的最佳实用技术之一，在欧美等发达国家，该技术工艺较为成熟，含油污泥的处理速度快、能源利用率高、处理能力大等突出优点[17]。一些发达国家如德国、法国等多采用焚烧的方式处理含油污泥，焚烧产生的热能用于发电，产生的固体废弃物质用于修路或填埋等方式处理。我国的绝大多数的炼油厂也采用焚烧的方式处理含油污泥，这类含油污泥主要是有机物含量较高的罐底含油污泥。含油污泥的焚烧处理装置也不相同，如长岭石化厂、荆门石化厂等企业采用顺流式回转焚烧炉的方式，而燕山石化则采用流化床焚烧炉处理含油污泥。

该技术存在的主要不足在于污泥焚烧处理过程难以控制，对于不同含油污泥，焚烧设备也要求作出相应参数的调整和改变。焚烧处理需要消耗大量的助燃物质，而助燃成本较高，焚烧增加其处理成本。含油污泥焚烧时产生大量的二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体及粉尘，为达到国家的排放标准，避免引起环境污染，焚烧处理需要巨大投资的气体洗涤和除尘设备。因此，焚烧法大规模处理含油污泥的技术现在还受到一定限制。目前，国内外虽然有成型的设备和相应的处理技术，但是焚烧处理的方式的应用并不广泛，已经投入的设备也存在大量的闲置[18]。

2.2.2 裂解技术 裂解也称热裂解，是指通过热能将一种物质转变为几种物质的化学过程。裂解是一种改型的含油污泥高温处理的方法，该技术近年来在国内外取得了一定的发展和应用。含油污泥中的有机物特别是大分子物质在隔绝氧气的条件下分解成若干小分子物质，再通过冷凝等方法将小分子物质进行凝析的处理过程。在含油污泥裂解过程中，可在不同含氧和氮气混合条件下，裂解合成轻组分物质。

Retech/Tetral[19]将裂解分为两个阶段，第一阶段是通过压滤、离心等技术尽可能多的脱掉污泥中的水；第二阶段是将脱水后的含油污泥在旋转窑内加热含油污泥至500℃～600℃，同时使用氮气进行吹扫，对含油污泥的热解气进行油水分离，达到对污泥进行处理的目的。裂解技术具有设备相对简单，无需高温高压的条件，且其投资成本、运行成本较焚烧处理低等优势。此外，裂解产生的有机物以液态或气体的形式回收，含油污泥中的有机组分回收率高。含油污泥中的重金属和放射性物质富集在污泥中，便于进行进一步的处理。处理过程产生的二氧化硫、氮氧化物、有机氯化物等有毒有害气体的量较少，气体也较容易处理。

2.2.3 化学热洗 化学热洗主要是利用热化学溶剂（如热碱水）对污泥进行反复洗涤，达到分离出含油污泥中有机物的目的。该技术是美国环保局处理含油污泥的优先方式，目前主要用于落地原油的处理。有文献报道，化学热洗的温度一般控制在70℃左右，液固比为2:1，洗涤时间为20 min，能够将含油量为30%落地污油洗至残油率1%以下。另外，混合碱可由廉价的无机碱和无机盐组成，也可选用廉价的洗衣粉等。由于该方法能量消耗低，费用不高，是我国目前研究较多、较普遍采用的含油污泥的处理方法。

郭富泰等[20]开发了一种集清洗药剂、高速搅拌、臭氧气浮、杂物去除和油水砂分离等多种工艺于一体的新型化学清洗处理技术，并将该技术实现了连续工业化应用。应用该技术处理后的含油污泥原油回收率高达90%以上，而处理后的污泥泥沙含油降低到4%以下。该项技术在大庆油田进行了推广和应用，取得了良好的经济效益。

2.2.4 固化技术 固化处理是通过物理和化学相结合的方法将含油污泥固化或包在惰性固化基材中的一种无害化处理方法。污泥固化一般采用浓缩-稳定-调节-脱水-压缩的工艺方法。含油污泥加入固化剂后通过水化合反应形成化合产物将污泥中的固体物质和有机物胶结、包裹形成整体性较好的固化体，便于进一步处理，也使其性质更加稳定。经过固化处理后的污泥具有良好的抗渗透性、机械强度、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融等特性，含油污泥的固化产物可用于直接填埋或用于建筑材料[21]。

根据文献报道，固化法是一种成熟、有效的处理有害物的方法，该方法具有处理工艺简单、施工方便、处理费用低等优点。屈撑囤等[22]研究了以水泥作为固化剂对中原油田文一污的含油污泥进行固化处理的技术。当固化块中水泥与污泥的质量比为2.0:1.0时，固化产物的抗压强度高达16 MPa，添加适量的外加剂后，其强度可以达到20 MPa。固化后的浸出液的COD、油含量及重金属等方面均符合相关环保要求。刘敏等[23]研究不同的促凝剂及比例对固化的时间、固化强度的影响，结果表明对含油污泥的固化，石灰与石膏的固化效果明显好于草酸。以石灰与石膏为促凝剂，在污泥:水泥:促凝剂=2:1:0.01时，污泥的固化物可达到国家污水综合的排放标准。

2.3 生物法

生物处理法通过向污泥中添加微生物菌种，对污泥进行稀释、曝氧、混合、投加营养物质、控制温度及pH值等措施提高自然生物降解速度，从而达到去除含油污泥中污染物的目的。生物处理法的原理是通过微生物的代谢作用，将污泥中的有机物转变为无害的无机物质（CO2和H2O）的过程。生物处理技术主要有生物反应器法、堆肥法和地耕法三种，其相对处理速度为生物反应器法＞堆肥法＞地耕法。

2.3.1 堆肥处理 堆肥法是传统堆肥和生物处理的结合，将污泥与调理剂混合堆成堆或入窖，依靠自然界广泛存在的多种微生物进行有机物降解的过程。堆肥处理的目的是在人工控制的条件下，为微生物的生长和繁殖提供一个良好的环境，利用各类微生物的各种活动，将含油污泥中的有机物进行降解和转化，堆肥法处理周期较长。含油污泥中的有机物分解的主要途径有两条：生物降解和非生物损失（包括水解、光解、挥发、络合和螯合等）。在这两条途径中，对含油污泥的处理起着主要作用的是生物降解作用。

2.3.2 地耕法 地耕法即“土地耕作法”，利用土地耕作法处理油田含油污泥，是对于污泥中原油渗入地面60 cm深度的原油将污泥土壤挖出并在地表进行处理。其实质还是通过土壤中微生物的代谢作用对含油污泥中的有机物进行生物降解，达到处理含油污泥的方法。

土地耕作法处理污泥的优点是能将石油烃类等有机污染物转化为无害的土壤成分。由于该方法净化过程处理过程缓慢，在短期内不能完全净化，而且随着土地对污泥的重复使用，会使烃类在土壤中积累。此外，重复使用土地还会导致高分子蜡、沥青质、胶质等难生物降解的有机物和重金属物质的积累[24]。

闫毓霞[25]研究胜利油田滨一污水站长期堆放的含油污泥利用工程措施来强化石油降解活性处理含油污泥。应用有机肥料、调理剂和适时翻耕浇水等措施和方法处理油含量为126 g/kg含油污泥。230 d后，含油污泥中的油含量下降42.8%，污泥的持水量明显增加，其生物毒性明显降低。

2.3.3 生物反应器法 生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统。生物反应器法处理含油污泥是利用设计制造的工程设备或仪器，将污泥进行生物处理的技术。该处理方法的实质还是利用微生物的代谢，处理含油污泥中的有机物组分。由于生物反应器可人为进行控制和检测，该方法相对处理速度较地耕法和堆肥法快、处理效率高。

生物处理法具有节能、无需化学药剂、条件温和等优点，但是存在的不足主要是处理周期长，不能回收原油，不适合大量污泥处理等。该技术在处理污泥上具有较好的推广性和应用性，相信随着科技发展和对环境保护的重视，该技术研究和应用会越来越多。

2.4 综合处理法

含油污泥的综合处理法主要有含油污泥回注调剖技术。它是利用采出水中的含油污泥与地层有良好配伍性，以含油污泥为基本原料，采用化学处理方法，加入适量的添加剂，悬浮其中的固体颗粒、延长悬浮时间、增加注入深度，有效地提高封堵强度，并使油组分分散均匀，形成均一、稳定的乳状液，将污泥回注地层的一种方法。

污泥回注调剖的机理[26-31]是由含油污泥配成乳化悬浮液调剖剂，应用于油田注水井调剖，在地层到达一定深度后，受地层水冲释及地层岩石的吸附作用，乳化悬浮体系分解，其中的泥质吸附胶沥质和蜡质，并通过它们粘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，增加了注入水渗流阻力，迫使注入水改变渗流方向，提高了注入水波及体积。通过优化施工工艺，可使含油污泥只封堵住高渗透地带，而不污染中、低渗透层。

由于含油污泥产于地层，这一特征使它与地层有良好配伍性，因此以含油污泥为基本原料，采用化学处理方法，加入适量的悬浮剂、分散剂等添加剂就可将含油污泥调配成黏稠的微米级的O/W型乳化悬浮液，用于孔隙型油藏深度调驱。由于乳化悬浮液的粒径是微米级的，其直径远小于地层大孔道的直径，故而可以比较容易地穿透近井眼层带的渗滤面，进入地层的深部。

该项技术的主要特点是：（1）不仅较好地解决了长期以来含油污泥外排造成的环境污染问题，而且也为油田的综合治理提供了一项切实可行的新技术。（2）形成的含油污泥调剖剂价格低廉。（3）该调剖剂不受油层温度、矿化度等因素的影响，应用范围广，推广价值高。污泥回注工艺技术是处理油田伴生污泥的一种经济有效的手段，与其他处理方法相比具有无可比拟的优点,排出的污泥不需进行浓缩处理，可直接回注，由于是注入地层深处对环境不会造成任何污染。此外，该项工艺实施简单，施工费用仅为常规化学药剂调剖费用的10%～20%，消除了污泥外排的瓶颈。

罗跃等[32]对低固相含油污泥进行适当的化学处理后，在室内考察评价污泥封堵性能，填砂管模型模拟实验结果表明，污泥注入模型后，岩心渗透率明显降低，封堵率在94%以上，突破压力在7.0 MPa以上，具有良好的封堵效果。董盼得[33]在室内又进行了污泥高效分散剂筛选评价，在现场对临南污泥将进行回注，平均日注污泥成本仅5.3元/立方米，具有良好的工业应用价值。孙健[34]研究表面污泥做调剖剂具有良好的抗盐、抗高温、耐冲刷能力，在江汉油田进行含油污泥矿场实验，取得良好的社会效益和经济效益。

3 结语

含油污泥主要来源于石油开采、集输和炼油过程中产生，含油污泥组成复杂、处理困难，其处理和再生利用一直是油田化学领域研究的突出问题之一。含油污泥的处理方法较多，每种处理方法均有各自的优缺点和适应性，没有一种方法能够处理所有的含油污泥。对含油污泥进行分级处理和对处理方法进行分级是今后研究的主要方向。

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Research status of oily sludge treatment technology

YANG Hao，LIU Lei
（Production Optimization，China Oilfield Services Limited，Shenzhen Guangdong 518067，China）

Oily sludge was a multi-phase dispersion which rich in mineral oil,its complex composition mixed with clay particles,organic matter,flocs,microorganisms and their metabolites and minerals.Oily sludge was derived from oil production,gathering and refinery processes,and oily sludge mainly affects the petrochemical industry and the environment.The main treatment methods of oily sludge in domestic and foreign oilfield include extraction,mechanical separation,ultrasonic,microwave landfill,incineration,cracking,chemical hot washing,curing,composting and profile control.Each treatment method has its own advantages,disadvantages and adaptability.Graded sludge treatment and classification of treatment methods was the main direction of future research.

oily sludge；extraction method；incineration method；composting method；profile co-ntrol technology

TE992.3

A

1673-5285（2017）11-0006-07

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.002

2017-10-30

杨豪，男（1982-），湖北襄阳人，2007年毕业于西南石油大学石油工程专业，从事油田开发生产、钻完井方向的研究和管理工作，邮箱：yanghao5@cosl.com.cn。