含油污泥热化学清洗-离心工艺参数优化实验研究

宫文凯 王福国 杨雷 王飞 马超 刘博语 崔谦 刘速

1大庆油田水务公司

2青海油田勘探事业部

油田在生产过程中产生大量的落地含油污泥、罐底泥[1-2]，对环境危害极大。为了有效处理这些含油污泥，减少对环境的污染，某油田已建成投产10 座含油污泥处理站，主要采用预处理、热化学清洗调质-离心处理工艺[3]，使堆积及产生的含油污泥得到了有效处理，同时回收了大部分污油[4]，取得了一定的社会效益及经济效益。但是随着含油污泥的成分日趋复杂，特别是聚合物和大量化学药剂的添加，增加了油泥分离的难度[5-6]，造成了现有热化学清洗-离心工艺的不适应，原有的药剂和工艺参数不匹配，实际处理量远低于设计处理量，处理后的含油污泥指标不能稳定达标[7]。

本文以该油田含油污泥为实验对象，选用不同种类的热洗药剂，开展含油污泥热化学清洗-离心工艺参数优化实验，确定最佳运行参数[8-9]，为下一步的含油污泥处理站优化运行参数提供技术依据。

1 实验原料性质

表1 不同采油厂的含油污泥对比Tab.1 Comparison of oily sludge from different oil production plants

2 实验

2.1 试剂与仪器

HH-S26S 数显恒温水浴锅，江苏省金坛市大地自动化仪器厂；721 光栅分光光度计，上海浦东物理光学仪器厂；202 型恒温干燥箱，上海胜启仪器仪表有限公司；FA-N/JA-N 电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司。

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 热洗药剂筛选

目前常用的热化学清洗药剂主要分为阴离子、阳离子、非离子以及两性表面活性剂。在上述四类表面活性剂中选择了8 种效果较好的药剂进行筛选实验。

取50 g 含油率为24.08%的样品放入1 000 mL的烧杯中，按照泥水比1∶4、清洗药剂500 mg/L，在烧杯中加入200 mL 清水、0.13 mL 清洗剂，在80 ℃水浴中搅拌30 min，沉降30 min，除去上层浮油，将下层污泥倒入到离心桶中，在1 200 r/min 转速下离心10 min，倒掉上层清液，然后测定脱水后的油泥残油率。

实验用的热洗药剂OP、FJ-18、FJ-15 是非离子型表面活性剂，BS是两性表面活性剂，HY、AX是阴离子表面活性剂，PC-WL、Thg 是阳离子表面活性剂。

实验结果表明，OP 和BS 两种药剂清洗效果相对较好，离心脱水后油泥残油率分别达到1.83%和2.11%，OP药剂的清洗效果最好（表2）。

表2 不同种类热洗药剂的筛选Tab.2 Screening of different kinds of thermal washing agents

2.2.2 药剂投加浓度的确定

茅台酒厂的科研机构经历了从无到有、从小到大的过程。从因陋就简到拥有多种现代化科研设备、科研手段和相当规模的科研机构，茅台在许多项目研究上都取得重大突破，研究硕果累累。

选用OP 清洗剂进行药剂投加浓度实验，在药剂投加浓度分别为200、500、800、1 000 mg/L 时进行热洗离心实验，依据不同药剂投加浓度离心脱水后油泥的残油率，确定OP 药剂的最佳投加浓度（图1）。

图1 OP清洗剂不同投药浓度的热洗残油率Fig.1 Residual oil rate of thermal washing with different dosing concentration of OP cleaning agent

通过对实验数据的分析得出结论：当药剂投加浓度由200 mg/L 提高至500 mg/L 时，残油率可由3.25%降至1.92%，下降速度较快，继续增加投药量，含油率下降趋势不明显，综合考虑药剂成本和处理效果，确定最佳投加浓度为500 mg/L。

2.2.3 热洗温度的确定

保持其他参数不变，热洗温度分别为50、60、65、70、75、80 ℃时进行实验，依据残油率，选出最佳热洗温度（图2）。

图2 不同热洗温度对应的残油率Fig.2 Residual oil rates corresponding to different thermal washing temperatures

实验结果表明，当热洗温度升高至65 ℃时，热洗效果有明显提高，继续升温后，热洗效果提升不明显，同时会增加耗能，造成运行成本升高。确定最佳热洗温度为65 ℃，对应残油率1.93%。

2.2.4 泥水比确定

保持其他参数不变，调整泥水比分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 进行实验，依据脱水后污泥残油率，确定最佳的泥水比（图3）。

图3 不同泥水比对应的残油率Fig.3 Residual oil rates corresponding to different mud water ratios

实验结果表明，当热洗泥水比为1∶4 时，热洗效果有明显提高，继续提高水量后，热洗效果提升不明显，同时会增加运行成本。因此，确定最佳泥水比为1∶4。

2.2.5 复配药剂配比的确定

保持其他参数不变，热洗药剂配比OP∶BS 为5∶1、4∶2、3∶3 时进行复配药剂的热洗实验，依据离心脱水后油泥残油率，确定最佳的药剂复配比例（图4）。

图4 复配药剂不同配比对应的残油率Fig.4 Residual oil rates corresponding to different proportions of compound chemicals

实验结果表明，最佳的复配比例为OP∶BS=5∶1时，油泥残油率达到1.43%，优于单独投加OP 清洗剂时残油率为1.83%的清洗效果，由此可见，复配后的药剂较单一药剂处理效果更好。主要原因是复配的药剂中OP 清洗剂具有的高表面活性可以改变含油污泥液-固界面性质，增强清洗效果。其油泥分离作用不仅可有效去除污泥含油，还可充分地分离被油所包裹的泥砂，起到净化油层的作用。BS 清洗剂能够降低界面膜黏弹性，增强界面流动性以促进油珠聚并，两者复配的协同作用大大增强，清洗效果提升明显。

2.2.6 离心转数的确定

保持其他参数不变，分别在离心转速为2 000、2 100、2 200、2 300、2 400 r/min 下进行实验，离心10 min后，倒掉上层清液，检测对应的油泥残油率（图5）。

图5 不同离心转数对应的残油率Fig.5 Residual oil rates corresponding to different centrifugal revolutions

实验结果表明，随着离心转速的升高，残油率呈下降趋势，离心转数为2 200 r/min时，残油率最佳，为1.87%，继续增加离心转数，残油率变化不大。

2.2.7 药剂成本

复配热洗药剂成本为111.8元/t，投加量及成本见表3。

表3 热洗药剂成本Tab.3 Cost of thermal washing agents

3 结论

（1）含油污泥处理热化学清洗-离心工艺最佳运行参数为：泥水比1∶4，热洗温度65 ℃，最佳药剂为OP和BS复配药剂，复配比例为OP∶BS=5∶1，OP 药剂投加浓度为500 mg/L，BS 药剂投加浓度为100 mg/L，最佳离心转数为2 200 r/min，药剂成本为111.8元/t，为含油污泥处理站优化运行参数提供技术依据。

（2）目前热洗药剂投加最多的仍是化学药剂，在自然界中较难降解，可能会造成二次污染，生物表面活性清洗剂[10]具有绿色、无污染等优势，如何高效应用将是未来的重点研究方向。