含油污泥处理技术及发展综述

杨丽，付可，张静茹，李林彬，郭一樊，程远鹏

开发与应用

含油污泥处理技术及发展综述

杨丽，付可，张静茹，李林彬，郭一樊，程远鹏*

（长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100）

石油是我国现阶段能源结构的重要组成部分，有着不可替代的重要作用。在油田生产和运输的过程中，会产生大量对环境有害的物质，其中“含油污泥”便是最主要的污染物之一。随着油气田开发的逐步深入，含油污泥所带来的污染影响和环境之间的矛盾会越来越突出，含油污泥的高效、无害化处理刻不容缓。对物理、化学、生物三大类含油污泥处理技术方面进行阐述，并对未来相关处理技术的发展趋势作出了展望。

含油污泥；处理技术；物理法；化学法；生物法

我国每年油田产生含油污泥5×106t，炼油厂产生含油污泥3×105t，每年新增含油污泥处理市场空间50 亿元左右，同时历史遗留的含油污泥处理问题也占有很大一部分的市场空间[1]。含油污泥是石油生产加工过程中产生的主要污染物质之一，且成分复杂、毒性较高、污染程度大。随着新环保法和“绿水青山就是金山银山”的理念提出，我国对环保的整治力度正逐步加大，对含油污泥污染物的高效处理提出了更严格的要求。为了减少含油污泥对环境的污染和对人类健康的影响，含油污泥的高效处理方法已成为整个石油行业重点突破对象。以前的处理技术逐渐达不到国家环保要求，而且目前还尚未形成成熟的、经济效益高的处理工艺和技术。因此为解决新型污染物，开发新型处理技术刻不容缓。目前，国内外对含油污泥污染物的处理方法主要分为物理方法、化学方法和生物方法三大类，其中主要包含有热脱附技术、气相抽提技术、微波修复技术、热洗法、溶剂萃取法、植物修复技术和微生物修复技术。这些处理方法各有优势，也有其各自的局限性与缺点。本文分别对三大类处理技术进行综合阐述，为国内外含油污泥新型处理技术的开发和应用提供参考与理论支撑。

1 物理处理技术

1.1 热脱附技术

热脱附技术是指在真空或者通入载气的条件下，对含油污泥进行加热，使待处理的有机污染物汽化、挥发或裂解，达到从复杂基质中分离出来的目的，然后对分离出的目标污染物进行冷凝收集并进行一系列后期处理，实现废物资源的再利用［2］。按照不同的处理场所和方式，热脱附技术又可分为原位热脱附技术和异位热脱附技术。

原位热脱附技术是在不翻动挖掘土壤的条件下，通过对含油污泥进行直接加热或者间接加热的方式，将所需处理的污泥加热至目标温度，然后促使污泥中的有机物在高温条件下被分解或者汽化，最后将这些有机物分解、汽化所产生的气体收集起来进行处理。

国外的Haemers公司、Terra Therm公司、壳牌公司等已经大规模使用原位热脱附技术，而且在不断地积累经验和探索中。Haemers公司结合详细的土壤净化情况，研制出了一种轻型智能原位加热器，在一些大型建筑工程或者其他难以开展修复任务的土地上，完成了能够在不撤除毁坏现有建筑设备、不影响四周环境、不挖掘土壤的情况下进行含油污泥的修复，使原位热脱附技术更加的便捷高效。

原位热脱附过程的关键影响因素有加热温度、加热时间、升温速率、载气流量、土壤类型（导热性、含水率、土壤孔隙率、地下水位、水流速率、渗透性、土壤粒径分布等）［3］。通常情况下，土壤的加热温度和土壤渗透性与目标污染物的脱附效果成正比；而土壤的含水率对脱附效果则呈两极化影响，含水率过高则需要加热大量水，在此过程中消耗大量能量，含水率过低则会使土壤的导热效果下降，热损失较快。原位热脱附技术具有安全性高、适用性强、修复效率高等优点。原位热脱附更适合应用于有特殊要求的场地（存在地下水污染或者场地上建筑物因具有特殊的意义而不能拆迁或搬 离）[4]。但是原位热脱附技术相比其他修复技术所需要花费的时间较长，在加热过程中能源消耗较大，在修复过程中土壤的功能特性、生物群落和结构会受到不同程度的破坏。

异位热脱附是需要将含油污泥从原场地中挖掘出来，然后经过一系列的预处理操作后进入加热装置，污泥中污染物受热蒸发，蒸发气体进入废气处理设备进行处理，从而使待处理土壤得到净化。

朱瑞利[5]在实验中发现，加热温度为300 ℃、加热时间为1 h即可达到对目标污染物的有效去除，而在工程处理中，若要使修复后土壤与效果评估要求相符，则温度为350 ℃最佳。

异位热脱附技术处理污染物的效率较高，而且对土壤的整体破坏作用小，有利于地块的快速周转，适用于大型修复场地。但是其存在污染范围调查不准确、废气处理量较大等问题。

1.2 气相抽提技术

气相抽提技术的主要操作设备是抽提井，以抽气的形式在含油污泥中形成低压环境，降低有机污染物的饱和分压度，使污染物从复杂的环境中以挥发的形式分离，最后通过抽提井将污染物输送到处理器中进行处理。

姚佳斌[6]等通过实验发现，对气相抽提技术产生重要影响的有以下几个因素：有机物性质、含油污泥渗透率和含水率以及抽提气体流量。

马隽[7]的研究成果表明，含油污泥的空气渗透率是对挥发性有机物（VOCs）的去除时间及效率的主要影响因素；而且对含水率的要求也很高，因为含水率过高会堵塞缝隙，导致渗透率降低，过低会降低污泥对有机物的吸附能力，不利于去除VOCs，通常情况下最好保持含水率在15%～20%之间，这样的去除效果会更好。

土壤气相抽提技术对于土质较为松散的地区来说相对有优势，而且通过隋红[8]等研究发明的一套实现后期尾气无害化处理的装置，尾气吸收率达到99%，提高了资源回收率。但是气相抽提技术受到很多污泥性质的限制，缺乏普遍适用性。

1.3 微波修复技术

微波修复技术是指介电材料在微波的作用下其内部会发生一系列极化现象，内部介质的极化作用会产生与电场同相的电流，从而使材料内部发生功率耗散。正是这种因介质损耗而导致的功率耗散产生了热能[9]。微波加热具有以下优点：加热效率高，可以大大缩短含油污泥的加热时间；可以对所需要处理的污染土壤进行指定区域的加热，不用加热全部区域，减少了资源能量的损耗；处理过程容易控制，方便操作；热波修复技术的限制要求较少，可使用范围广；修复方式不会对周围环境造成其他影响，清洁无污染。

龙飞［10］在实验研究中发现，微波的处理功率、污泥的厚度以及污泥含水率和所需加热时间等因素对含油污泥的修复作用有显著影响。微波功率增高，提高了微波反应腔的微波场强，污泥加热功率提高，去除率升高；含水率过高时，会影响污泥吸收微波的效率，升温速率降低，导致去除效果不佳；污泥的厚度会影响微波的加热效率，厚度过大时，微波的加热效应会降低，此过程会造成微波能量的损失，最佳厚度在4 cm左右。

朱湖地[11]在实验过程中发现，微波修复技术对于小范围污染区域的修复具有高效、便捷的优势，它可以定点加热，而且对于土壤的结构和理化性质影响很小；但是当所需修复的区域面积过大或者含水率较高时，该项修复技术实施起来有一定的困难。因为在此过程中微波加热会消耗损失大量的微波能量，导致能源的损耗。

2 化学修复技术

2.1 热洗法

热洗法通常以一定比例的热水和化学药剂混合作为化学清洗剂，通过搅拌、加热，使化学清洗剂发挥作用[12]，从而破坏含油污泥的油相和油泥界面，使其黏度降低，实现含油污泥中有机物质的分离。

美国环保局最先采用热洗法处理含油污泥，我国后续也接连展开了对该方法的研究和探索。赵旖楠[13]等采用热洗法对西部某油田含油污泥进行了更为深入的研究，通过改变化学清洗剂浓度、反应温度、搅拌时间、搅拌强度等实验条件参数，得到了较好的处理结果。处理后的污泥含油率显著降低，达到了我国炼油厂回收利用的标准，并且具有较高的价值和收益。

LU[14]在应用热洗法对胜利油田含油污泥进行处理中，通过对多种清洗剂的初步筛选，发现Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂3种清洗剂效果较好。当混合清洗剂中Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂的比例为10∶1∶0.5，在清洗剂用量为1.1%、液固比为7∶1、温度为70 ℃、搅拌速度为400 r·min-1、清洗时间为60 min的条件下，最高油回收率可达98%。

热洗法的优点是简单便捷，油品浪费率低，可靠性强。缺点是需加入化学清洗剂，且化学清洗剂的筛选有一定难度，处理不当可能会对土壤造成再次污染。因此在应用热洗法时，没有对污染物进行固定或破坏，进行回填污染土壤时，工作人员应积极开展完善的检测工作，确定是否达到石油污染土壤修复的实际标准。鉴于化学清洗剂含有未被分解的污染物，工作人员完善处理工作后，才能将其进行排放[15]。

2.2 溶剂萃取法

溶剂萃取法是利用原油在萃取剂中溶解度较大的性质，用萃取液将含油污泥中的原油提取出来。因此，在选择萃取剂时，其性质应与原油的性质相近或相似，最大程度地提高原油的溶解度，这样才能从含油污泥中提取出更多的油类物质，从而达到原油的回收利用目的[16]。

ZHU[17]等采用疏水性离子液体处理含油污泥时，发现1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐（[Bmmim][PF6]）的加入改变了油和土壤之间的黏附力。研究表明，[Bmmim][PF6]可将溶剂消耗降低约60%。此外，[Bmmim][PF6]可以很容易地分离，而且与无辅助溶剂萃取法相比，强化溶剂萃取是一种很有前途的从含油污泥中回收油的方法。

梁宏宝[18]选择轻质油为萃取剂处理吉林油田某采油厂的含油污泥，通过进行两级循环萃取+萃取剂蒸馏回收工艺，从而获得含油污泥的最优萃取时间、搅拌速率、萃取温度等关键的数据参数，并且发现在萃取剂和含油污泥的混合比为2∶1时，萃取后的含油污泥的含油率极低，脱油率和萃取剂的回收率均达到了90%以上。该工艺可以实现对含油污泥的高效处理，其成本低，占地面积小，具有广泛的推广应用价值。

DAI[19]等采用叔胺（TA）和质子化叔胺（PTA）的混合工艺，实现了含油污泥的绿色有效萃取，其中PTA为TA的质子化状态。与仅使用TA相比，PTA的加入使原油回收率提高了3%～5%，回收原油中残留的固体较少。此外，PTA对污泥表面带正电离子的吸附提高了润湿性，原油重烷烃与PTA的相互作用促进了原油从污泥表面的剥离，增强了污泥的亲水性，更为重要的是TA的不完全回收恰好起到了再生混合物中PTA的作用，可以减少溶剂的 损失。

该项技术适用范围很广泛，萃取液能够反复循环使用，达到了环保的目的。缺陷是很难找到一种效率高、对环境无害、安全隐患小的萃取剂，而且萃取剂成本较高。

3 生物法

3.1 植物修复技术

植物修复技术主要是利用植物根部分泌出的各种有机物将含油污泥中的污染物直接分解或降解。环境因素是影响植物修复效率的主要因素，例如土壤的有机物含量、pH值、营养元素等。

要使植物修复率达到最大，就必须根据土地污染情况选择植物的种类，植株的耐受性要在特定污染物上体现出来，并且植物自身还能够正常生长。于一雷[20]等采用多种植物来修复原油污染土壤，实验结果表明，碱蓬能很大程度地降解污染物，在污染程度不同的土壤中都适用。丁正[21]等研究了3种典型植物对土壤修复效果的规律性和相关性。实验发现，石油烃（TPH）降解率随着茎鲜重和茎干重的增大而随之提高；同时，当降解菌数量越多时，降解率也会越高。

植物修复技术相对其他修复技术来说简单可行，降解效率大大提高而且消耗成本更低。利用植物技术修复土壤中的原油污染物，不仅可以恢复土壤的原有功能，也不会污染土壤及周边的环境，符合创造绿色环境这一发展理念。植物修复在污染修复领域有可观的优势，成本低且长期适用。但是植物修复也需要花费大量的时间来完成，所用周期较长[22]，这一点相比其他修复技术不占有优势。

3.2 微生物修复技术

微生物修复技术是利用微生物的新陈代谢，将含油污泥作为其生命活动的营养物质，并将含油污染物无害化的过程，从而达到降解含油污染物的目的。

微生物修复技术在国内外都有成功运用的范例。李先梅[23]等研究了某油田的石油污染土壤中生长的植物，发现该地区的植物在低浓度的石油污染土壤中能正常生长，黑麦草和紫花苜蓿的发芽率在较高浓度的石油污染土壤中受到了明显的抑制作用。王京秀[24]等开展了柳枝稷-固体菌剂联合修复的相关研究，通过一系列实验，最终确定了适合菌剂生长的最佳载体，并明确了适合菌群生长的最适温度、pH值和料水比。DHOTE[25]从罐底油泥中分离出了1种菌株，实验结果表明，该菌株能很好地去除含油污泥，对土壤的恢复效果较好。

该技术本质上就是生物的转化和降解作用，这一过程主要由胞内酶的催化作用完成[26]。微生物修复不会破坏土壤的原有结构，也不会改变其性能，不会对环境造成二次污染。而且微生物修复技术是目前应用范围最广、绿色环保、可最大程度修复石油污染土壤的技术。

4 结 论

1）物理修复技术总体上来说去除效率高、速度快，但是物理修复技术的修复成本相对较高，土壤的理化性质对去除效果影响较大，部分修复技术产生的废水废气需要进行二次处理。

2）化学修复技术操作简单、修复周期短、污染物去除较为彻底，但是在处理过程中可能会出现二次污染，使土壤的结构和性质受到破坏。

3）生物修复技术费用低、安全性高、不会产生二次污染，但是生物修复技术对所要处理的土壤的要求条件严格，适用范围小。

4）不同的处理工艺都有其优缺点，对含油污泥处理工艺的选择要综合考虑所需处理土壤的生物结构、理化性质、处理量、所需费用以及处理后排出的废水废气是否达标等因素。因此，在进行含油污泥处理时，应该根据实际情况将多种处理工艺相结合，不断优化技术方案，开发绿色、高效、经济的含油污泥处理新技术。

5）随着人们节约能源、保护环境意识的不断增强以及环保法规要求的日益严苛，减量化低碳排放、无害化绿色处理和资源化合理利用将成为今后含油污泥处理新技术的必然发展趋势。

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Review of Oily Sludge Treatment Technology and Its Development

（School of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

Petroleum is an important part of China’s current energy and plays an irreplaceable role. In the process of oil drilling, storage and transportation, a large number of substances harmful to the environment will be produced, among which "oily sludge" is one of the most important pollutants. With the gradual deepening of oil and gas field development, the contradiction between the pollution effect brought by oily sludge and the environment will be more and more prominent, and the efficient and harmless treatment of oily sludge is urgent. In this paper, the physical, chemical and biological treatment technologies were described, and the development trend of related treatment technologies in the future was prospected.

Oily sludge; Treatment technology; Physical method; Chemical method; Biological method

国家自然科学基金项目，阴离子双子表面活性剂黏弹流体提高非常规油藏采收率基础研究（项目编号：51774049）；石油石化污染控制与处理国家重点实验室开放课题项目，微生物燃料电池循环处理含油污泥污水基础研究（项目编号：PPC2017005）。

2021-11-01

杨丽（2000-），女，湖北省襄阳市人，研究方向：含油污泥的微生物原位修复。

程远鹏（1981-），男，博士，硕士生导师，研究方向：油气田地面工程安全与环保技术、油气集输设备及管道腐蚀与防腐技术等。

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A

1004-0935（2022）06-0769-05