油田含油污泥资源化处理技术及其应用

王茜茜 陈冶 刘志强 王瑜

摘要：石油工业含油污泥是石油产品中最重要的固体废物之一，是由各种石油烃类、水、重金属和固体颗粒组成的复杂乳状液，主要产生于石油工业的原油开采、生产、运输、储存和炼制过程中。石油加工过程中产生的污泥含有高浓度的石油烃类，在很多国家被列为危险废物，不恰当或者不充足的处理会对环境和人类健康造成严重威胁，因此石油加工过程中产生的污泥得到人们日益关注。

关键词：石油工业；含油污泥；资源化

1、含油污泥的处理标准

油气田含油污泥的处理标准，通常取决于处理后污泥的用途，一般来说，国内外对于这类污泥的最终处置都是筑路、填埋，为避免对填埋区土壤造成不良影响，各国都对含油污泥处理后的重金属含量、油含量等提出了严格要求，例如美国、法国对填埋处置的含油污泥要求其含油量≤2%（油的质量分数），对筑路处置的含油污泥要求其含油量≤5%（油的质量分数）。我国对于含油污泥的处理也制定了相关标准，如《危险废弃物填埋污染控制标准》（GB 18598—2001）等，但并没有针对含油污泥处理后的含油量制定量化指标，只在《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284—84）中对污泥中的矿物含油量作出了规定，为≤0.3%（由的质量分数）。对于含油污泥中的重金属含量，《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284—84）也作出了规定，如 ρ（Cu）为500mg/kg，ρ（As）为75mg/kg等，也对重金属排放量进行了规定。

2、含油污泥资源化处理技术

2.1 溶剂萃取法

将溶剂与含油废物以一定的比例混合，并确保其具有彻底的可混合性，其中的水、固体颗粒和含碳杂质不会被萃取出来，再通过蒸馏的方法将油从溶剂中分离出来。溶剂提取效果受很多因素影响，比如温度、压力、溶剂污泥比率、混合程度及溶剂本身的性质。采用混合加热来提高溶剂中污泥有机成分的溶解率，高温加快萃取过程，但蒸发会损失一些石油烃和溶剂；低温可以减少萃取过程的成本但可能导致回收油回收率降低。低压在蒸馏过程中是较适用的，因为低压使溶剂蒸发中蒸馏温度相应降低，同时低蒸馏温度不仅能减少加热费用，还能阻止溶剂热分解。萃取处理过程在较短时间内就能完成，有潜力处理大量的含油污泥。为了阻止溶剂蒸气的泄露，通常设计一个封闭持续的装置来保存蒸发的溶剂，但是循环过程中反复加热溶剂会增加运营成本。将溶剂萃取法工业化应用的主要障碍是萃取中需要大量的有机溶剂，经济成本较高，而且带来一系列环境问题。

2.2 表面活性剂法

表面活性剂是去除固体基质中有机污染物经济快速的一种方法，且有较强的处理能力。表面活性剂通常是一种两性分子化合物，由亲水体和疏水体组成，亲水体使得表面活性剂分子溶解于水相且增加石油烃的溶解度，而疏水体在界面聚集可减少表面或界面张力，从而提高了石油烃的流动性。研究表明利用反乳化剂混合物的表面活性剂(壬基苯酚乙氧基化物)来打破石油污泥的乳状液，超过80%的水可以从含油污泥中分离出来[7]。由于利用化学表面活性剂会产生环境毒性和对生物降解作用的抵抗力等问题，使得生物表面活性剂获得越来越多的关注，因其具有良好的环境兼容性、多样性、高表面活性、低毒性、高乳化性和高生物降解能力等优势。表面活性剂是提高采收率的一种既简单又相对快速高效的工艺，并且有潜力处理大量的含油污泥。尽管表面活性剂有成功的应用，但在选用表面活性剂用于油回收时仍需考虑以下几方面的因素，其中包括有效性、费用、生物可降解性、降解产物毒性和再循环能力，而限制表面活性剂大规模的商业应用因素是生产生物表面活性剂的费用。

2.3 冷冻/解冻法

反乳化作用是将含油污泥乳状液中水除去，实现油和水分离的过程。反乳化作用有两个机制，第一个机制是乳化剂中的水相在油相之前封冻，冰冻水体积膨胀导致凝聚和乳状液内部紊乱，当温度逐渐下降时油相也逐渐冰冻，在解冻过程中油相在界面张力的作用下聚集，同时油水混合物在重力作用下分层为两相；第二个机制是油相在水相之前开始封冻形成一种固体笼，将在冰冻过程中的水滴压缩，这些水滴在温度不断降低中会冰冻，冰冻水滴的体积膨胀会打破固体笼，产生细小的裂缝，没有结冰的水滴可以透过裂缝和彼此结合形成一张巨大的微通道网络，在解冻过程中网络通道与聚合的水滴一起融化并进行相转化，从而使不稳定的油水混合物通过重力作用分层为两相。冰冻/解冻方法是污泥脱水和含油污泥中油回收一种有前途的方法。然而，它的工业应用中存在冰冻时间和相关费用等问题，冰冻是相对慢速的过程，解冻过程需要大量能源。寒冷地区因有自然的冰冻条件，采用冰冻/解冻方法对含油污泥进行油回收有广泛的应用前景。

2.4 微波辐射法

微波能在电磁场中通过分子间相互作用穿透金属，还在持续的热效率下提速加热过程。微波辐射产生的热效应通过增加乳剂的温度实现油包水乳剂中反乳化作用，使其黏度下降从而加快乳剂中水滴的沉降速度。对于低介电损耗的材料，微波可在低能量吸收下穿透；对于高介电损耗的材料，微波能可在电场强度和介质损耗作用下被吸收；对于油包水乳状液(如含油污泥)，内部相是具有较高介电损耗的水，比油吸收更多的微波能，导致水的扩张和压制水油界面层变薄从而促进了水油的分离。微波辐射用于含油污泥反乳化的影响因素较多，如微波能、微波持续时间、表面活性剂、pH、含油污泥中的成分(如水油比率)。pH的增加导致分子亲水性增加，从而降低污泥油包水乳剂的稳定性。微波辐射可在媒介中快速提高分子能量，反应速率高并且加热过程短时间可完成。短的加热时间使微波辐射成为一种打破乳状液的节能并且容易控制的方法，同时大块媒介内直接加热过程中反应器外壁的低温可导致延伸的芳构化反应，可能导致轻芳香族化合物的产量增加，产物毒性低。由于需要特殊的设备和高操作费用，在含油污泥处理中工业化应用具有一定的局限性。

2.5 超声波处理

超声波处理是一种从固体颗粒中去除吸附材料的有效方法，能从高浓度悬浮液中分离固体和液体，并且降低油包水乳状液的稳定性。当超声波在待处理介质中传播时产生压实和稀释作用，压实循环通过在媒介中压实分子产生正压，稀释循环在分子压实过程中产生负压，负压导致微气泡产生和长大，当微气泡长成不稳定的尺寸时，它们会剧烈破灭并产生冲击波，这会导致几微秒之内产生高温度和高压力。这种空穴现象可提高乳剂系统的温度并降低黏度，增加液相的质量传递，并导致油包水乳状液的不稳定性。超声波处理含油污泥的油回收的影响因素有超声频率、超声处理功率和强度、乳剂中水含量、温度、处理时间、固体颗粒大小、初始热解烃浓度、盐度和有无表面活性剂。超声辐射是一种高效、无二次污染的绿色处理方法，可以在很短时间内处理含油污泥。目前该方法仅应用于实验室中的超声辐射系统，处理小容量含油污泥。受低超声强度、高设备投入及高维修费的影响,在处理含油污泥工业规模应用受到了一定的限制，但其在大规模清理油罐的应用有较大前景。

结语：含油污泥是一种严重的污染源，对含油污泥进行处理，不仅是环境保护的需求，也是资源循环利用的需求。目前，国内外对于含油污泥的处理已经有了多项技术，但各种技术手段普遍存在一定的局限性，进一步加强对相关技术的研究，实现经济效益、社会效益的双收，是值得我们思考的问题。

参考文献：

[1]任蕊,苏华,李丛妮,等.含油污泥资源化处理技术研究进展[J].应用化工,2021,50(4):5.

[2]邱煜凯,冯爱煊,李小龙,等.油田含油污泥无害化和资源化技术研究进展[J].山东化工,2022,51(12):3.

[3]马存祥.油田含油污泥处理工艺及资源化利用分析[J].石化技术,2021,028(010):47-48.

[4]蔡程.油田含油污泥处理工艺及资源化利用分析[J].中国资源综合利用,2022,40(10):73-75.