閻 松, 邵魯華， 蔡凌云， 郭 鐵， 蘇振生

(1.遼寧石油化工大學，遼寧撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司石油三廠，遼寧撫順 113004)

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油田脫油油泥離心處理的研究

閻 松1, 邵魯華1， 蔡凌云1， 郭 鐵1， 蘇振生2

(1.遼寧石油化工大學，遼寧撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司石油三廠，遼寧撫順 113004)

采用藥劑法對除油后的罐底泥泥渣與浮渣油泥進行離心處理，以脫水率為指標，確定達到最佳分離效果時的操作條件。結果表明，離心轉速為3 000 r/min，離心時間為20 min，離心助劑加入體積為10 mL，離心前攪拌時間為9 min，處理量為4 g，藥劑法處理后的泥渣與浮渣油泥的最佳質量比為4∶1，在此最佳工藝條件下，脫水率可達92.17%。另外，研究表明離心前的預處理(攪拌)有助于提高油泥的脫水率。

含油污泥； 罐底泥； 浮渣泥； 離心； 脫水率

石化行業(yè)的原油儲罐，每隔5年左右需清罐一次，即使經(jīng)過二次蒸罐拔油處理，底層含油污泥的量至少仍占其儲存容量的1%以上，再加上浮渣泥與落地泥，數(shù)量十分可觀，而這種污泥中含有大量的苯系物、酚類等惡臭有毒物質，不能直接排放，處理不當還會造成二次污染[1-2]。因為其巨大的危害，20世紀90年代以后，一些發(fā)達國家除了對含油污泥實行嚴格的法規(guī)，還深入研究了其處理處置技術?？傮w來講，含油污泥的生物處理技術處理周期長，工藝條件苛刻，物化處理技術簡單，國內外學者研究較多，目前各油田對含油污泥初步處理采用藥劑法較多[3]。藥劑法能回收油泥中的油，但藥劑法處理后含水率高的油泥已成為該方法的遺留問題[4-5]。本實驗主要研究藥劑法除油后的罐底泥泥渣與浮渣油泥混合，離心處理制成泥餅的優(yōu)化條件，以脫水率為指標，確定達到最佳分離效果時的操作條件。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及試劑

實驗原料：某油田罐底泥和該油田污水處理廠的浮渣油泥，采樣時間2012年8月和2013年4月，油泥理化性質如表1所示。

表1 某油田罐底泥和浮渣油泥

實驗試劑：十二烷基苯磺酸鈉，分析純，撫順洗化廠；碳酸鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；聚丙烯酰胺，北京環(huán)保公司。

1.2 實驗設備

電熱恒溫鼓風干燥箱，鄭州長城科工貿有限公司；電子天平，德國賽多利斯艾科勒集團公司；恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司；離心機，上海利鑫堅離心機有限公司。

1.3 實驗步驟

預處理是將罐底泥用復配化學藥劑進行處理，靜止分層回收浮油，得到處理后的泥渣與含有藥劑的廢水。具體方法如下：按照配方向罐底泥中依次投加十二烷基苯磺酸鈉(4 g/L)，碳酸鈉(1 g/L)，聚丙烯酰胺(30 mg/L)，其中藥劑體積比為1∶2∶1，藥劑與污泥液固質量比為6∶1。50 ℃水浴條件下，攪拌20 min，自然靜置分層，除浮油，得到處理后的罐底泥的泥層(泥渣)與廢水層(離心助劑)。以罐底泥的泥渣為實驗對象。

將泥渣摻入一定量的浮渣油泥，適當攪拌后，離心處理，處理后的水可作為油田回注水，殘渣可用于制煤。離心處理中考察以下影響因素[6]：離心時間、離心速度、泥渣和浮渣油泥質量比、處理量和離心助劑用量。其中，離心助劑為化學藥劑法處理后的含有藥劑的廢水(廢水中含有十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉、聚丙烯酰胺)，加入離心助劑目的是加速含油污泥的破乳分層[7-8]。其中，含水率的測定方法如下：(1)取小坩堝若干個，放入溫度為105 ℃的烘箱中，烘干1 h后取出，放入干燥器中降至室溫稱重(ma)。(2)分別稱取5 g左右處理后的泥渣或浮渣泥(mb)放入小坩堝中，放入105 ℃的烘箱中，烘干4 h后取出，放入干燥器中降至室溫后稱重(mc)。

計算含油污泥的含水率公式如下：

(1)

式中，ma為坩堝質量，g；mb為未處理污泥樣品質量，g；mc為烘干后污泥樣品和坩堝質量，g。

混合泥脫水率ξ計算公式如下：

(2)

式中，m0為坩堝質量，g；m1為處理后的泥渣質量，g；m2為浮渣泥質量，g；m3為離心后混合泥與坩堝總質量，g；W1為處理后的泥渣含水率，%；W2為浮渣泥含水率，%。

具體實驗流程如圖1所示。

圖1 離心處理流程圖

Fig.1 Centrifugal process flow chart

2 結果與討論

2.1 離心時間的考察

浮渣油泥和處理過的含油污泥泥渣各稱取 2.5 g，混合后加入5 mL離心助劑，為使離心助劑和含油污泥混合充分，連續(xù)攪拌5 min后，倒入離心管中，離心轉速 3 500 r/min，污泥離心時間分別為10、15、20、25、30 min，在不同的離心時間下處理含油污泥，做出離心時間-脫水率曲線，分析得出最佳離心時間，結果見圖2。調質-離心技術能夠提高含油污泥的脫水率，這是因為污泥顆粒上的水滴的附著力小于其做圓周運動的向心力，離心因此起到了泥水分離的作用。一般來說，離心時間越長，油、水、泥三相在離心力的作用下分離的越充分，如圖2所示，離心時間從10 min延長到20 min，脫水率從50.72%增加到78.00%，離心時間為20 min 時脫水量達到峰值(脫水率78.00%)，達到峰值后脫水率隨離心時間延長增加并不明顯[9]。因此，最佳離心時間為20 min。

圖2 離心時間對混合泥脫水率的影響

Fig.2 The impact of time of centrifugation on mixed mud dehydration rate

2.2 離心轉速的考察

設定離心轉速分別為2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 r/min，在不同轉速下處理含油污泥，結果見圖3。由圖3可知，離心轉速由2 000 r/min增加到3 000 r/min時，脫水率從49.86%增加到83.33%，根據(jù)Stock公式，即v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，當離心速度(ε=ω2×r)增大時沉降速度v也隨之增加，從而使分離效果增強。隨離心速度增加，脫水率達到最大值后基本保持不變。綜合考慮，某油田污泥在實驗室小試時，最佳離心轉速為3 000 r/min。

圖3 離心轉速對混合泥脫水率的影響

Fig.3 The impact of centrifugal speed on mixed mud dehydration rate

2.3 離心助劑加入量的考察

對兩次取樣的某油泥進行測定，密度分別為0.75 g/cm3和1.2 g/cm3，自然狀態(tài)下的含油污泥狀態(tài)穩(wěn)定, 類似于膠體物質。藥劑法處理時油泥中加入的復配藥劑中含有絮凝劑，離心分離出來的水層就含有絮凝劑，實驗將其作為分離的助劑加入離心油泥中，目的是促進油泥絮凝固體的形成，利于離心分離，同時可以節(jié)約藥劑用量。離心助劑的加入體積分別為4、6、8、10、12 mL，實驗結果見圖4。

圖4 離心助劑加入量對混合泥脫水率的影響

Fig.4 The impact of the reagent water quantity on mixed mud dehydration rate

由圖4可知，離心助劑加入量從4 mL增加到8 mL時，脫水率從46.42% 增加到86.04%，這是因為，離心助劑量增加，對污泥顆粒的絮凝作用增強，污泥顆粒粒徑增大。根據(jù)Stock公式，即：v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，可知污泥顆粒粒徑增大，沉降分離效果提高。離心助劑加入體積由8 mL增加到12 mL，脫水率的增加幅度在2%～3%，考慮到投入離心助劑量的增加同時增加能耗，因此，最佳離心助劑加入量為10 mL。

2.4 前處理對離心的影響

離心前的攪拌處理屬于調質[10]，在不同的攪拌時間3、5、7、9、11 min時，測定含油污泥脫水率，作出攪拌時間-脫水率曲線，結果見圖5。由圖5可知，攪拌前處理能夠提高含油污泥的脫水率，攪拌3 min時，含油污泥脫水率僅為40.52%，攪拌時間延長到5 min以上，脫水率能提高30%～40%，而且離心前處理攪拌時間越長，攪拌越充分，藥劑與油泥接觸越徹底，污泥顆粒的絮凝作用越強，從而使污泥顆粒粒徑增大。另外，攪拌可以加速含油污泥表面泥沙的脫落，有利于油滴從含油污泥中分離，實驗證明含油率為10.08%的罐底油泥和浮渣油泥經(jīng)離心處理后含油率為5.24%。綜合考慮，離心前的攪拌處理時間為9 min。

圖5 攪拌時間對混合泥脫水率的影響

Fig.5 The impact of stirring time on mixed mud dehydration rate

2.5 處理量的考察

浮渣泥和處理過的含油污泥泥渣按質量比1∶1混合，然后分別取2、4、6、8、10 g混合后的污泥處理，實驗結果見圖6。由圖6可知，對于小型實驗用的離心機(分離因數(shù)1 960)來說，處理量在2～4 g時，脫水率在88.11%～87.54%；但當處理量由4 g增加到10 g，脫水率迅速降低至49.93%。由此可見，進行工程試驗時，為了獲得較好的脫水效果，需要進行處理能力的考察。另外，離心機的處理量增大也會增加電力消耗。綜合考慮，對應小型實驗用的離心機來說，處理量選為4 g。

圖6 處理量對混合泥脫水率的影響

Fig.6 The impact of handling capacity on mixed mud dehydration rate

2.6 泥渣與浮渣泥配比對脫水率的影響

處理后油泥與浮渣泥不同質量比的脫水率結果見圖7。

圖7 處理后泥渣與浮渣泥的配比對混合泥脫水率的影響

Fig.7 The impact of ratio of sludge processed and mud scum on mixed mud dehydration rate

由圖7可知，加入離心助劑處理后隨泥渣的比例增加，脫水率隨之增加，這是因為處理后泥渣中還

有一定量的藥劑。實驗不考察浮渣泥的脫油率，因為相對罐底泥來說，浮渣泥含油率較低，脫水后的污泥將制作型煤，留有一定量的油可以提高煤的熱值。因此，綜合考慮，藥劑法處理后的泥渣與浮渣泥質量比為4∶1，此時脫水率達到92.17%。

3 結論

處理后的罐底泥泥渣含水率86.84%，浮渣泥含水率52.37%。將處理后的罐底泥泥渣摻入一定量的浮渣泥，離心助劑采用藥劑法分離出來的上層液，適當進行攪拌后，離心處理，離心最佳工藝條件：加入離心助劑量為10 mL，預處理攪拌時間為9 min，離心處理量為4 g，罐底泥處理后泥渣與浮渣泥質量比為4∶1，離心時間為20 min，離心轉速為3 000 r/min。在此最佳工藝條件下，脫水率可達92.17%。

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(編輯 宋官龍)

Centrifugal Treatment of De-Oiled Sludge of Oilfield

Yan Song1, Shao Luhua1, Cai Lingyun1, Guo Tie1, Su Zhensheng2

(1.LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001,China; 2.RefineryNo.3,PetroChinaFushunPetrochemicalCompany,FushunLiaoning113004,China)

The treatment conditions of centrifugal de-oiled sludge are investigated. As a result, the optimum operation conditions are obtained. The dehydration rate can reach 92.17% when de-oiled sludge are first stirred for 9 min before centrifugation, then centrifuged at 3 000 r/min centrifugal for 20 min speed, under conditions of 10 mL centrifugal additive, 4 g handling capacity and 4∶1 of the de-oiled sludge and scum mud. In addition, it is demonstrated that stirring before centrifuging is helpful to improve the dehydration rate of oily sludge.

Oily sludge; Tank bottom sludge; Scum mud; Centrifugation; Dehydration rate

1006-396X(2015)04-0027-04

2014-11-17

2015-03-17

國家自然科學基金青年基金資助項目“油田脫油油泥離心處理的研究”(20903054)；遼寧石油化工大學2012年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目(2012019)。

閻松(1978-)，男，碩士，實驗師，從事綠色化學與催化研究；E-mail:yansong5859@sina.com。

TE992.4； X74

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.006