含油污泥资源化处理工艺优化研究(2009.11.28)

基于自适应粒子群算法的含油污泥资源化处理工艺优化研究0 引言在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中会产生含油固体废物,被称之为含油污泥。

污泥中一般含油率约10%～50% ,含水率约40%～90%。

含油污泥是一种量大而面广的污染源，具有油含量高、重质油组分高等特点。

目前，在我国石油化工行业中,平均每年产生80万吨罐底泥、池底泥[1],其中胜利油田每年产生含油污泥在10万吨以上,大港油田每年产生含油污泥约15万吨,河南油田每年产生5×104m3含油污泥[2]。

油泥含有大量的病原菌、寄生虫(卵)、铜、锌、铬、汞等重金属、盐类以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物质。

因此，含油污泥的大量产生, 对环境的潜在影响愈来愈大, 所产污泥已被列入《国家危险废弃物目录》中的含油废物类。

由于含油污泥属于危险废物，随意排放或简单堆放都会对地下水、地表水、大气和周围植被等环境因素造成污染，各国都对其实施严格的环境管理。

因此，国内外很多油田和环保公司都积极开发研究含油污泥处理技术并应用推广，对含油污泥进行无害化处理。

《国家清洁生产促进法》要求必须对含油污泥进行无害化处理。

油田由于收集、处理难度大，处理工艺复杂，中国石油各油田目前基本没有实现无害化和资源化处理，现阶段的处理方式以简易填埋与简易焚烧为主，或采用脱水后堆放干化的方法。

这些方法不但占用大量耕地，而且对周围土壤、水体、空气都将造成污染。

若不及时加以有效处理,不仅严重污染环境,而且也会造成资源的浪费。

因此，随着环境保护要求的不断提高和含油污泥处理技术研究的不断深入, 资源化处理已成为含油污泥处理技术发展的主要目标，也是困扰石油行业的一大难题。

1 含油污泥的性质分析1.1 含油污泥的组成分析准确测定含油污泥的组成是含油污泥处理的关键，对不同的组分通常采用不同的分析方法。

实验中的含油污泥样品取自中国三个大型油田A、B与C, 1号与3号样品为A油田的罐底泥与落地油泥, 2号样品为B油田联合站的污水污泥、3号与4 号样品为C油田不同矿物油含量的罐底泥。

以空气干燥基(50 ℃,干燥24 h)为分析基准。

含油污泥及其组成性质的分析见表1。

其中,含油污泥三组分测定方法为:水分含量采用《煤的工业分析方法》测定,矿物油含量用索氏抽提法测定(抽提剂三氯甲烷) ,矿物质由减量得到;矿物油(索氏抽提分离得到)的元素组成由元素分析仪与测硫仪测定,氧由减量得到;四组分组成(饱和分、芳香分、胶质与沥青质)依据《岩石可溶有机物和原油族组分柱层析分析方法》测定;矿物质(索氏抽提残渣)由X射线衍射光谱仪测定。

氧弹量热仪测定热值。

1.2 含油污泥原油组分分析芳烃化合物色-质谱图测量污泥中原油烃类化合物的组成，结果见表2。

由表2 看出，含油污泥中有害芳烃的含量较高，如果焚烧或者填埋处理，仍会对环境造成一定不良影响。

由于含油污泥中的原油轻质烷烃的含量较高，如果回收利用，具有很高的经济价值。

2 含油污泥的处理标准含油污泥的处理标准，一般由污泥处理后的去向所决定。

目前，国内外对含油污泥的处理方法很多，国内外最主要的终端处置方式是填埋和筑路。

为避免含油污泥的填埋对土壤产生不良影响，各国对填埋和筑路污泥的油含量、农用污泥的重金属含量等提出了严格的要求。

由于土壤对油类有机物的接受程度不同，目前国内外对填埋污泥的油含量、重金属含量的规定也不相同，详见表1、表2。

针对固体废物，我国相继出台和制定了《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598—2001）和《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484—2001）等标准。

在上述标准中，将含油污泥归类为危险固体废物，但并没有对含油污泥的油含量提出量化指标，仅在《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284—84）中，对污泥中的矿物油含量给予了明确规定，要求土壤中矿物油最高允许含量不得超过3000mg/kg（≤0.3％）。

3 国内外含油污泥处理工艺比较分析3.1国外含油污泥处理工艺国外对含油污泥治理技术的研究开展的较早，尤其是美国、加拿大、丹麦、荷兰等欧美国家，工艺技术比较成熟。

根据调查，国外处理含油污泥的工艺主要有三类。

3.1.1 高温裂解工艺高温裂解技术是指含油污泥在绝氧的条件下加热到一定温度（一般为450℃左右，甚至更高），使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来，并冷凝回收。

该工艺对含油污泥处理的比较彻底，处理后的高温污泥含油可达0.01％（100 mg/kg），可以直接填埋或抛洒，工艺流程见图1。

主要工艺过程：含油污泥经振动筛处理后，去除砖瓦石块等大颗粒杂质，经传送带输送至密闭的旋转处理器，在旋转处理器中污泥被加热至450～500℃进行油泥分离，挥发出的油气通过循环水冷凝回收，处理后的高温污泥经淋水降温后达标排放。

上世纪九十年代初，该工艺在国外尤其是欧洲迅速发展并获得应用，其主要优点是对污泥中的油（烃类物质）回收率较高，处理后的污泥可以达到直接填埋的要求。

缺点是热消耗大，投资较高。

其中，丹麦的RUGSGO 公司业绩比较突出，其技术已经在壳牌、BP 等大石油公司成功应用。

随着各国对含油污泥处置指标的进一步严格，该工艺作为一种处置彻底、速度快的污泥处理方法，将成为含油污泥处理的重要方式之一。

3.1.2 机械脱水工艺机械脱水工艺是将经过各种预处理工艺（调质、筛分、分选、倾析等技术）处理后的均质液态含油污泥送入高速离心机进行油、水、泥的三相分离，分离出的油回收进入脱水站或炼油厂，水则进入污水处理厂或循环使用，分离出的固体污泥还要做进一步的处理，满足不同地区（企业）的需要。

荷兰G-force CE bv 公司和德国HILLER 公司的调质-机械脱水技术，加拿大MG 公司的APEX （Aqueous Petroleum Effluent Extraction，水溶性石油提取）技术，以及新加坡CLEANSEAS 公司的机械脱水+热解吸技术，西班牙Tradebe 集团的HSPU （ Homogenization and high Solid contentProcessor Unit，匀化及高含固处理装置）+离心技术等都属于这种工艺，区别在于污泥预处理工艺和高速分离后分离出的固体污泥的后续处理工艺不同。

其核心技术都是高速离心三相分离工艺。

其中应用较广、技术比较成熟的是荷兰G-force CE bv 公司的调质-机械脱水技术和加拿大MG 公司的APEX 技术。

3.1.2.1 荷兰G-force CE bv 公司的调质-机械脱水技术该工艺处理污泥的总体思路是先进行污泥流化和预处理，再经过调质后进行离心分离。

具体的工艺过程可分为六步：第一步分选调质（加热、加药、搅拌等）；第二步用筛子去除较大的杂质和浮渣；第三步用两相倾析器去除90％的细小固体；第四步用三相净油离心机进行油、水和固体的分离；第五步用三相水浓缩离心机分离出可以达标排放的水；第六步对分离出的固体进行微生物修复处理，使含油量满足要求。

其主要工作原理见图2。

该工艺、设备按照欧洲安全环保标准设计制造，达到1 级防爆标准。

设备撬装化，占地面积小，便于现场安装，操作简单，自动化程度高。

3.1.2.2 加拿大MG 公司的APEX 技术APEX 是一种利用专用化学配方从含油污泥中将烃类物质分离出来的技术。

该工艺处理含油污泥通常分两个阶段：第一阶段包括混合过程和用来撇除大部分油份的自由沉降过程，通过专用药剂、水和含油污泥的混合，使油、水、固在分离罐中完成主要的三相分离；第二阶段采用加热和机械高速离心的方法进一步将水、油、细微固体颗粒更好的分离，以满足要求。

处理后的污泥含油可低于1％，符合美国环保局的排放标准。

主要工艺流程见图３。

该技术设备紧凑，占地面积小，处理效率高，可移动，进料范围宽，无污染物排放。

其技术优势主要有两个：一是专用的化学药剂，能够使油从固体表面脱附，同时不再沉降和乳化，安全无毒并可以降解；二是专用的APEX 设备，组件较小但处理能力大，效率高。

处理后的污泥含油量可满足低于1％的要求。

缺点是前置预处理工艺适应性较差。

该工艺已经成功应用到美国、罗马尼亚、巴拿马、墨西哥、加拿大等多个国家的含油污泥处理项目。

此外，西班牙的HSPU+离心技术也属于这类工艺，主要在英国和土耳其等国应用过。

3.1.3 生物处理工艺生物处理工艺主要有地耕法、堆肥法和生物反应器法等，主要是利用微生物的新陈代谢作用，将石油烃类降解，最终转化为CO2 和H2O。

比较有代表性的工艺是：先将含油污泥和生物处理所需要的消耗性物质充分搅拌，然后堆放成行，用曝气车定期进行翻搅，使其充分反应。

该过程的分离周期一般为4～6 个月，经过生物处理后的含油污泥可根据情况用作农用污泥或填埋场的垃圾覆盖土等。

该工艺的优点是不需要加入化学药剂，绿色环保，而且处理的比较彻底。

但地耕法、堆肥法需要大面积土地，生物反应器法仍有废渣排出。

而且生物处理法不能处理含油量高的污泥，同时对环境和条件要求较高，如营养物含量及比例、氧气含量、pH 值、湿度和温度等。

因此，更适合作为含油污泥的深度处理或者少量污泥的处理。

除此之外，还有电化学处理技术。

主要原理是利用大地电场和低电压、低电流技术，在有机物和无机物之间引入氧化还原反应，将土壤中的复杂的碳氢化合物分解为CO2 和H2O，并通过电动力去除重金属、小颗粒物质和水，最终达到消除污染的目的。

该技术的要点为通过破坏分子的尺寸进行液化（氧化还原反应），利用电化学原理使油迁移并利用电渗析原理去除水，可有效去除污泥中的有机污染物。

3.2 国内含油污泥处理工艺我国在油田环境保护方面起步较晚，含油污泥的处理没有得到足够的重视，没有形成成熟的配套含油污泥处理技术，与国外差距较大。

但随着国家环保形势的发展，各油田企业已经意识到含油污泥无害化处理势在必行。

经过近几年的探索、研究和引进消化，使我国的含油污泥处理技术有了相应发展，在降低含油污泥对环境的影响方面发挥了一定作用。

3.2.1 国内部分油田的污泥处理技术大庆、辽河、大港等国内一些油田较早在含油污泥的处理方面进行了有益的尝试，虽说不够成熟，但对含油污泥的减量化、无害化还是起到了一定作用。

大庆油田早在1997 年就建成了一座专门的含油污泥处理站，处理工艺见图４。

主要工艺过程为：含油污泥收集后，存放在处理站的存放池内，用机械送入搅拌池，加水液化，过滤，再由螺杆泵送入预处理器，完成加热匀化，最后进入高速离心机进行油、水、泥三相分离。

但由于预处理（加温匀化）部分存在问题，影响了离心机的运行，效果一直不好，处理量也很有限。

辽河油田建成了数座污泥处理站，但工艺比较单一，设施简陋，冬季停运，夏季运行，处理效果一般。

主要处理过程为：将污泥从存储池人工转移至沉淀池（化油池），进行泥液分离，水循环利用，污油回收，池底的污泥定期清理，通过传送带进入旋流分离器，处理后的污泥垫井场或铺路。