调理吸附稳定法处理低含油沉积物＊

王田丽 桂召龙 韩 霞 李瑶瑶

(中石化节能环保工程科技有限公司)

0 引 言

原油生产过程中，原油沉降及采出水净化处理等环节，会产生富含矿物油的沉积物，主要由沙粒、泥土、沉积絮体、原油、微生物等混合形成。根据《国家危险废物名录》(2016版)，该沉积物属于危险废物，若不合理处置，对环境危害较大。

针对含油沉积物的处理，主要处理工艺为化学清洗、热解析、热脱附、生物修复等[1]。胜利油田孤岛某污水池底部部分沉积物，属于低含油、低含水污泥，由于处理工期紧，采用以上处理工艺存在一定局限性。综合考虑各类技术的特点、能耗及现场实际情况，采用调理吸附稳定工艺对污水池部分低含油、低含水沉积物进行处理。

1 沉积物性质及处理要求

孤岛某污水池底部沉积物含油量为4%～30%，含水量为40%～80%，随沉积深度增加，含水量和含油量均呈增加趋势，而表层至―0.5 m范围内的沉积物含油量<5%、含水量<60%，属于低含油、低含水污泥，具体数据见表1。

表层往下0.5 m范围内沉积物浸出液检测结果见表2，重金属含量均在控制指标范围内，主要超标物质为COD、石油类、氨氮等，超标主要原因是沉积物中矿物油含量超标。

依据沉积物性质分析结果，沉积物处理的重点是降低矿物油含量。项目执行SY/T 7301—2016《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》，要求处理后的沉积物固相中含油量低于2%，处理后含油污泥可用于铺设井场的材料等。

表1 不同深度沉积物含水量和含油量分析结果

表2 表层以下0.5 m范围内沉积物浸出液检测结果

*GB 8978—1996《污水综合排放标准》。

2 处理技术的选择

由表1数据得知，污水池底泥含油量随沉积深度不同呈现差异化。参照 HJ 607—2011《废矿物油回收利用污染控制技术规范》规定，含油量>5%污泥处理时需要考虑矿物油的回收，因此含油量大于5%的高含油污泥一般采取热解或清洗等处理方法，回收其中的矿物油，或采取焚烧处理方式，利用其热值。而含油量小于5%的低含油污泥一般采取固化、生物修复等方法，固定或分解矿物油，达到降低污染的目的。

孤岛某污水池上层沉积物含油量<5%，不适合采取清洗、焚烧处理工艺；沉积物含有较多石子等杂质，颗粒粒径大，不适合调剖处理工艺；项目要求处理后的沉积物固相中含油量低于2%，不宜采用处理成本高的热解等深度除油工艺。不同处理技术的适应性选择见表3。

从沉积物性质出发，比较适合采用稳定化和生物修复的处理方式，但综合考虑项目处理工期的要求，最终选择采用处理量大、处理效率高的稳定化处理技术。

表3 不同处理技术的适应性选择

3 调理吸附稳定药剂

项目采用的稳定化处理技术是通过投加调理吸附稳定药剂，通过物理化学作用，将沉积物中的有机物、重金属等污染物转化为不易溶解、不易迁移的状态。药剂主要成分包括分散剂、吸附剂、支撑剂、增效剂等，其中分散剂为氧化钙、氢氧化钙、氧化镁或氢氧化镁等，吸附剂为粉煤灰、硅藻土等，支撑剂为工业水泥等，增效剂为硅酸钠等。分散剂作用是提高含油污泥的松散性，增加含油污泥孔隙度，利于药剂接触到有机物，提高对有机物的吸附效率。吸附剂为比表面积大的多孔介质，具有较强的吸附性，其中的活性组分SiO2、Al2O3、Fe2O3等在一定碱性条件下溶出，起到电中和、吸附架桥作用，将有机物吸附于形成的网链中，强化吸附效果。支撑剂及增效剂主要起到改变含油污泥颗粒结构，胶结和填充骨架空隙，提升有害物质的吸附固定强度的作用[2-6]。

在含油沉积物处理过程中，药剂与含油沉积物中的原油组分充分接触，通过复杂的物理化学过程，将原油组分包裹在骨架结构中，转化为不易溶解、不易迁移的状态。

调理吸附稳定的效果主要与药剂的投加量和后期养护时间相关，针对孤岛某污水池底部沉积物，进行了药剂投加量和养护时间的室内评价实验，确定最佳药剂加量和后期养护时间。

3.1 投加量的优化

室温(20℃)下，取10份含油量为4%～5%，含水量为50%的孤岛某污水池底部沉积物200 g于500 mL烧杯中，加入调理吸附稳定药剂，加入量为沉积物质量分数的2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%，20%，搅拌混合均匀后平铺于滤纸上，置于室内放置3 d，3 d后取样检测其含油量。理论上加大调理吸附稳定剂的加量可以提高处理对象的稳定效果，但药剂中含有碱性物质，会使处理后沉积物的pH值偏高，若pH值过高，作为铺设井场的材料时会增加浸出液pH值超标的风险。由于处理对象中含油量一定，一定量药剂即可实现对原油的吸附和固定，过多的药剂造成浪费，且会导致处理后产物增量显著。室内实验表明，针对孤岛某污水池沉积物，投加质量比10%的药剂，即可将沉积物中的含油量稳定处理至<2%，达到指标要求。此时浸出液pH值为9.8，低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》pH值<10的指标，不会影响处理沉积物后续应用过程pH值指标的控制。

沉积物含油量与药剂加量的关系曲线见图1。

图1 沉积物含油量与药剂加量的关系曲线

3.2 养护时间的优化

室温(20℃)下，取10份含油量为4%～5%，含水量为50%的孤岛某污水池底部沉积物200 g于500 mL烧杯中，分别加入质量分数10%的调理吸附稳定药剂，搅拌混合均匀后平铺于滤纸上，置于室内分别1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 d，检测养护后的含油量。药剂与沉积物混合后，会发生吸附、水化、凝胶等一系列反应，通过一定时间的养护，可提高吸附稳定强度。针对孤岛某污水池沉积物，养护时间3 d基本达到稳定状态，3 d后含油量基本不变，说明有机组分的吸附固定已达到稳定状态，剩余时间主要是水分的蒸发过程。

沉积物含油量、含水量与养护时间的关系曲线见图2。

图2 沉积物含油量、含水量与养护时间的关系曲线

4 处理工艺

调理吸附稳定处理工艺分为三段，第一段为预处理段，将沉积物进行破碎筛分，剔除石块等垃圾；第二段为调理吸附稳定段，投加调理吸附稳定药剂；第三段为强化养护段，稳定吸附固定效果。

调理吸附稳定处理工艺流程见图3。

图3 调理吸附稳定处理工艺流程

预处理段通过抓斗机将污水池内沉积物输送至筛分机，去除塑料布、树枝、石块等杂物，防止后续处理过程对搅拌机械的伤害。同时通过预处理还可以实现大块沉积物的均匀分散，提高后续药剂混合效率。

预处理后的沉积物通过皮带输送机进入调理吸附稳定段。为强化药剂与沉积物的作用效果，调理吸附稳定段采用逐级加药的方式，设置三级混合工艺，混合设备为双卧轴搅拌设备。预处理后沉积物首先进入一级混合，药剂加量为总药剂加量的50%，混合停留3 min后进入二级混合，二级混合药剂加量为总药剂加量的30%，混合停留3 min后进入三级混合，三级混合药剂加量为总药剂加量的20%，混合停留3 min。混合设备电脑控制，自动计量计时，自动添加药剂，自动卸料。

加药处理后的沉积物自然堆放至防渗处理后的场地，堆放养护至少3 d，堆放过程每天用带破碎筛分铲斗的挖掘机进行翻堆、破碎，进一步增强混合吸附稳定效果。养护过程如遇雨天，需要将处理后的沉积物用防雨布覆盖，做好防雨措施。

调理吸附稳定处理主要设备及参数见表4。

表4 主要处理设备及参数

5 处理效果分析

2017年10—11月应用调理吸附稳定处理工艺，处理了孤岛某污水池底表层至以下0.5 m范围内沉积物约8×103m3，处理用时40 d。实施过程中，调理吸附稳定剂投加量为沉积物质量的10%，强化养护时间≥3 d，养护期间均为晴天，气候干燥。

处理前沉积物平均含水54.9%，处理后平均含水42.1%，综合含水量降低和药剂的引入，处理后沉积物总增重为-48 kg/t，纯固相增重100 kg/t，增容率约为15%。处理后沉积物含水量降低主要是因为调理分散处理过程，药剂将结合紧密的沉积物结构打散，呈多孔、渗透性强状态，易于水分脱除，且养护期间气候干燥，沉积物干燥效果较好，导致沉积物总质量降低。

在现场实施过程中，委托第三方检测机构现场跟踪取样检测，含油量检测曲线见图4。

图4 处理后沉积物含油量检测曲线

处理后沉积物含油量检测结果均<2%，达到SY/T 7301—2016《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》。处理后沉积物浸出液部分指标检测结果见表5。

表5 处理后沉积物浸出液部分指标检测结果

*GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。

处理后沉积物浸出液的氨氮、pH值及石油类指标均达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》要求，COD指标虽未达到一级标准100 mg/L的要求，但与原始值843.7 mg/L相比，COD去除率约80%，后期沉积物做成路基土等，经过养护COD值会进一步降低。

6 经济效益

处理成本主要包括药剂费、检测费、设备租赁费、人工成本、防护膜等材料费等，综合处理成本约580元/t。

7 结 论

在含油沉积物中加入调理吸附稳定药剂，通过吸附、分散、固定等协同作用，可将沉积物中的有机物等污染物转化为不易溶解、不易迁移的状态。针对含油量<5%、含水量<60%的低含油、低含水含油污泥，调理吸附稳定技术可实现其大规模、快速处理，处理后固相中含油量<2%，达到SY/T 7301—2016《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》的指标要求。

应用该技术40 d内处理孤岛某污水池底沉积物约8×103m3，药剂投加量为沉积物质量的10%，强化养护时间≥3 d，处理后沉积物含油量<2%，结果达到SY/T 7301—2016《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》，浸出液的氨氮、pH值及石油类指标均达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》要求，COD去除率80%。