含硫氣田采氣污泥無害化處理技術研究

文_ 王海洋 中石化天然氣工程項目管理部

川東北某氣田是國內發現的最大的整裝海相氣田，具有儲量豐度高、硫化氫及二氧化碳含量高、地層壓力高和氣藏埋藏深“三高一深”的特點。氣田主體的集輸工藝采用全濕氣加熱保溫混輸工藝。井口天然氣先進入集氣站，經加熱、節流、計量后外輸，采用“加熱保溫＋注緩蝕劑”工藝經集氣支線進入集氣干線，然后輸送至集氣總站分水，生產污水輸送至污水站處理后回注地層，含硫天然氣則管輸至天然氣凈化廠進行凈化。

氣田投產以來產生了大量的采氣污泥，不及時處理會對工藝裝置運行安全造成危害，也會對污水處理指標造成影響。清理淤泥會占用大量的場地，同時也會對環境造成污染。目前國內外處理采氣污泥的一般方法有∶焚燒法、生物處理法、溶劑萃取法、化學破乳法、固液分離法等，需要從中篩選出一種技術成熟、處置工藝簡單、既環保經濟又可資源利用的無害化處理方式，來消除污泥的危害。

1 采氣污泥現狀調查

1.1 污泥的來源與危害

采氣污泥主要指高壓氣流攜帶的少量井底巖屑、粉塵、單質硫顆粒物；壓力變化導致單質硫顆粒析出，在集氣站容器、設備、管線中沉積物以及工藝要求添加溶硫劑后的反應產物；集輸管道在清管批處理過程中，清管球將管線內壁硫化鐵粉末、緩蝕劑涂膜帶入管線末端的堆積物；在污水站污水處理時添加的復合堿、除硫劑、殺菌劑、緩蝕阻垢劑、混凝劑、絮凝劑等藥劑的反應產物。這些固體物質混合后成分復雜，伴有惡臭等刺激性氣味，主要來源于天然氣開采、天然氣集輸、采氣污水處理過程。

污泥的局部堆積會造成在管線節流處、變徑處、排污管線、閥門和計量儀表處堵塞，造成設備損壞，影響工藝生產安全和準確計量；在分離器內沉積，降低了設備分離效果；在集輸管道內留存，加速管道腐蝕；在污水處理流程中沉積，增加了水質處理成本，影響回注水水質達標，罐體清污頻率高，安全環保風險大。

1.2 污泥產生量

自主體區塊2009年10月投產以來，從天然氣開采、集輸、污水處理過程共清理出污泥514t，年均產生量129t，折算平均1口井年產污泥3.65t，到周邊區塊全部投產后，預計今后每年將產生污泥183t。

1.3 污泥處理現狀

污水處理站原設計有專門的污泥處理設施，用板框壓濾機壓濾后，裝車集中處理。但是由于緩蝕劑涂膜批處理工藝的特殊要求，造成污泥含油量較高，板框壓濾機的濾布非常容易堵塞，泥餅中水分含量高，泥餅壓濾效果差，污泥處理設施已停止使用。為了減緩污泥對水處理裝置的影響，對污水處理系統進行了改造，增加了3個污水預處理沉降池和一個污油回收裝置，將大部分污泥和油污通過沉降留在污水池中，以減少對后續處理裝置運行的影響。同時，定期組織對污水處理系統進行清淤，提升水處理裝置的運行效率，提高水處理指標。

從污水處理系統中清出的采氣污泥，采用臨時存放在預制的鋼制敞口罐內用防滲布密封的措施，防止溶解的硫化氫氣體逸出，但是占用了較大的場地空間，又對安全環保生產造成影響。

2 采氣污泥無害化處理方案研究

2.1 方案設計

2.1.1 基本思路

符合國家環境保護法律法規的相關要求，消除或減小采氣污泥對環境的影響；研究采用目前國內成熟、實用的處理工藝，穩定可靠地達到治理目標要求；探索廢物利用，避免二次污染；技術路線簡單可靠，操作管理方便，投資少、運行費用低。

2.1.2 方案選擇

通過調研和成熟經驗借鑒，確定先將污泥進行預處理，然后送水泥廠窯爐焚燒，再作為水泥的添加輔料制成水泥。這一技術較為成熟，且已經過地方環保部門的環評審批。按照這一思路，開展了技術研究試驗。

2.2 實驗室分析

2.2.1 現場取樣分析

從污泥存儲罐中采集了污泥樣品進行化驗分析。分析結果如下（見表1）。

表1 污泥成分指標

從分析結果來看，采氣污泥成分復雜，主要含有硫化氫、硫醇、二硫化碳、硫化鈉等多種物質，氣味刺激伴有惡臭，人短暫接觸有不適感。

2.2.2 預處理試驗

（1）堿液抽提

用2%NaOH溶液至少兩次洗滌、沉降，分離上清液，該步驟主要分離污泥中硫化氫、硫化鈉及其他亞硫酸鹽等。洗滌液采用絮凝、沉降和氧化進行無害化處理。

（2）溶劑萃取

用95%乙醇對污泥攪拌分離，溶劑回收利用，殘留物另作他用。該步驟主要處理污泥中硫醇，硫醇和硫酚都有強烈的臭味，硫醇在空氣中的濃度達到500億分之一時，即可聞到臭味。所以必須采用有機溶劑對其抽提，盡量減少其含量。

（3）催化氧化

經上述處理后的污泥中仍含有少量S2-、R-SH等物質，必須對污泥進行氧化，使低價硫氧化成單質硫或SO42-，從而降低其氣味和危害性。氧化過程是一個較慢的反應，需要添加催化劑進行催化反應。

（4）吸附吸收

催化氧化后的污泥仍會殘留S2-、R-SH，盡管濃度可能在百萬分之幾，仍然會產生刺激難聞的氣味，需要加入吸附劑對殘留氣味進行吸附。經此處理后的污泥在較近距離（20cm左右）已感覺不到令人惡心刺激的氣味，可以進入固化處理階段。

2.2.3 深度處理試驗

（1）固化處理

將固化材料加入預處理后的污泥中，機械固化后待轉運處理。

（2）高溫焚燒

污泥經固化處理后，進入粉碎系統破碎成粉末，再與一定比例的原煤（優質高熱值、低含硫煤）混合后進入成球系統形成顆粒物，然后進入高溫箱式電爐在1100～1300℃焚燒，出渣達到了水泥輔料要求。

（3）建筑材料

經上述工藝處理后的污泥焚燒渣可作為制作水泥的輔料使用。處理后樣品指標檢測（見表2）。

表2 處理后污泥成分指標

（4）污泥處理效果比對

圖1 污泥處理前后對比照片

圖1為實驗室處理前后污泥對比圖，從試驗的結果看，此方法技術上可行，處置措施合理、數據指標符合規范要求，經濟投入上也較少，廢物能夠循環利用，并且安全環保無害。

（5）廢液處理

處理1kg污泥樣品同時產生新的廢液450ml，對廢液采用深度氧化，使其中有機成分氧化降解，有機胺轉化為氨或無機銨鹽。涉及到的化學反應如下∶

S2-+2H2O2=SO2+2H2O

R-SH+2H2O2=RH+SO2+2H2O

R-NH2+KMnO4→NH3+CO2+H2O+MnO2

處理后的水樣COD（Cr）低于100mg/L，無色無臭，透明，pH值為中性。

2.3 污泥無害化處置工藝流程及參數確定

通過試驗分析，確定了處理工藝和處理劑最佳用量。

2.3.1 無害化處置工藝流程

通過實驗室小試和中試，確定采氣污泥無害化治理流程如圖2。

圖2 無害化處置工藝流程圖

2.3.2 無害化處置步驟

（1）堿液抽提

在攪拌罐中，加入污泥，充分混勻，使堿液與泥漿充分接觸，保證污泥中的S2-充分溶解于水中，然后靜置沉降，分離上清液，分離液另外存放處理，此步驟至少重復2～3次。

（2）溶劑萃取

第一次加入質量比10∶2的95%工業乙醇，在攪拌罐中，充分攪拌，沉降分離溶劑加入反應釜中蒸餾回收溶劑，殘留物作他用。第二次按質量比10∶1.5加入乙醇。第三次加入質量比10：1的乙醇，乙醇中加入助溶劑。

（3）催化氧化

在處理后的污泥中加入0.56‰的催化劑，在攪拌情況下再緩慢加入過硫酸鉀，由于氧化過程是一個較劇烈的放熱過程，此時應監控反應溫度t≤60℃。

（4）吸附吸收

當溫度降至室溫后，加入活性碳及0.5%鋅鹽，充分混勻，放置1h后繼續攪拌混合，至無明顯惡臭氣味止。

（5）固化處理

其中污泥與固化材料按比例（1：0.3）充分攪拌，使其松散不結塊。

2.3.3 燒結工藝流程

經前期處理得到的固廢粉粒進入粉碎系統粉碎，再與一定比例的原煤（優質高熱值、低含硫煤）混合后進入成球系統形成顆粒物，最后進入水泥廠窯爐進行焚燒，出渣作為水泥廠生產水泥的輔料使用。燒結制水泥工藝路線圖（圖3）。

圖3 固化物燒結工藝路線圖

2.4 技術經濟分析評價

2.4.1 經濟效益分析

表3 藥劑費用清單

從表3可以看出處理1方污泥需要的藥劑費用約7520元，與委托危廢處理單位相比，費用有了較大幅度降低，同時污泥還可廢物利用，具有一定的經濟效益。

2.4.2 綜合效益分析

根治污染，變廢為寶，達標治理，資源化利用，符合國家產業政策和建設生態氣田的開發戰略。

3 結論

將污泥先進行除臭、固化等預處理，降低了污染性和危害性，然后送水泥廠窯爐焚燒，出渣作為水泥的添加輔料制成水泥，工藝技術、經濟上可行，能從根本上解決固廢污染問題，并能使廢物得到綜合利用，為解決氣田采氣污泥處理提供了一條資源化利用途徑，長遠來看具有較好的經濟效益、社會效益、環境效益。