鼠李糖脂強(qiáng)化熱化學(xué)洗滌落地油泥研究

蒲躍琪， 于 超， 李志良， 王玉華， 陳 英

（1.浙江海洋學(xué)院石化與能源工程學(xué)院，浙江舟山 316022；2. 中國(guó)石化上海高橋石油化工公司，上海 200137）

鼠李糖脂強(qiáng)化熱化學(xué)洗滌落地油泥研究

蒲躍琪1， 于 超1， 李志良2， 王玉華1， 陳 英1

（1.浙江海洋學(xué)院石化與能源工程學(xué)院，浙江舟山 316022；2. 中國(guó)石化上海高橋石油化工公司，上海 200137）

為探索生物表面活性劑在落地油泥中的應(yīng)用，本文利用生物表面活性劑鼠李糖脂濃縮液（簡(jiǎn)稱鼠李糖脂，下同），采用熱化學(xué)水洗處理技術(shù)開展了洗滌落地油泥的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：落地油泥的水含量為26.1%、油含量為25.8%、固含量為48.1%。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min，pH=9.0時(shí)，鼠李糖脂濃度ρ為0.1 g/L、洗滌液與油泥的質(zhì)量比為2：1、洗滌溫度為50℃、攪拌時(shí)間30 min是洗滌油泥的適宜條件，該條件下油泥脫油率為87.2%，其與5 g/L的碳酸鈉洗滌液在70℃時(shí)的洗滌脫油率相當(dāng)。使用生物表面活性劑鼠李糖脂處理落地油泥因其用量少、溫度低、易降解而有著較好的前景。

油泥； 熱化學(xué)洗滌； 鼠李糖脂

當(dāng)今石油工業(yè)，伴隨著石油的開采、煉制和儲(chǔ)運(yùn)，產(chǎn)生了大量廢棄的油泥［1］。油泥中含有苯及其衍生物等大量有毒物質(zhì)［2］，因此需要對(duì)其進(jìn)行處理。目前國(guó)內(nèi)外處理油泥的方法主要包括溶劑萃取、膜過(guò)濾、臭氧氧化、熱解、生物降解和焚燒等［3-11］。但是這些方法大多數(shù)需要投入較高的成本或者需要復(fù)雜精密的設(shè)備，難出得到推廣，而熱化學(xué)洗滌法作為常規(guī)處理方法的一種，成本投入較少，工藝簡(jiǎn)單［12］。

用熱化學(xué)洗滌法洗滌油泥，當(dāng)中涉及到表面活性劑的選擇、合適洗滌條件的控制。洗滌條件包括溫度、攪拌時(shí)間、pH、固液比和化學(xué)試劑的濃度。其中，表面活性劑的選擇是熱化學(xué)洗滌法關(guān)鍵的一環(huán)。而一般在表面活性劑體系中會(huì)加入無(wú)機(jī)鹽，適量的無(wú)機(jī)鹽使其表面活性增強(qiáng)，降低溶劑表面張力臨界，顯著降低膠束濃度［13～14］。常用的表面活性劑中，陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑均具有較好的洗滌效果。陰離子表面活性劑的耐熱性較好但耐鹽性較差，非離子表面活性劑的耐鹽性較好但耐熱性較差。眾多學(xué)者［11-12，15-16］對(duì)化學(xué)表面活性劑在熱化學(xué)洗滌方法在處理油泥中的應(yīng)用開展了大量的研究。

而生物表面活性劑具有無(wú)毒、能生物降解、無(wú)污染而且有良好的選擇性和專一性，生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)［17］。其多應(yīng)用于提高石油的采收率［1］和受多環(huán)芳烴污染土壤的生物修復(fù)［18］。另外，采用添加生物表面活性劑的方法來(lái)清洗原油儲(chǔ)罐也成為一種常用的方法［19］。個(gè)別學(xué)者［20］開展了生物表面活性劑強(qiáng)化熱化學(xué)洗滌處理鉆井油泥的研究，但罕見有將其用在落地油泥的熱化學(xué)處理工藝中。本文出鼠李糖脂為例，探索生物表面活性劑在熱化學(xué)洗滌處理落地油泥中的應(yīng)用。

1 材料與方法

試驗(yàn)用油泥來(lái)自于長(zhǎng)峙島的落地油泥，該油泥為來(lái)自中石化高橋石化煉油廠的原油灑落在舟山長(zhǎng)峙島馬鞍村的農(nóng)田土壤中3 d內(nèi)的樣品。

油泥的洗滌：將10 g油泥置于100 mL的燒杯中，加入10～50 mL含有生物表面活性劑鼠李糖脂（出鼠李糖脂濃縮液（＞40%）計(jì)，湖州生物科技有限公司）或化學(xué)表面活性劑碳酸鈉 （分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司〕的去離子水洗滌液，20～70℃， 200 r/min，攪拌10～40 min。其中，鼠李糖脂洗滌液的pH用0.1 mol/L的NaOH（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）溶液調(diào)至9.0。通過(guò)查閱文獻(xiàn)結(jié)合筆者的初步試驗(yàn)，文中所有的試驗(yàn)結(jié)果均是在攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min，pH為9的條件下進(jìn)行的。

樣品的組成用重量法［21］測(cè)得，進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)出確保實(shí)驗(yàn)精度。經(jīng)分析，油泥中水含量、油含量和固含量分別為26.1%、25.8%和48.1%。脫油率（W）按照文獻(xiàn)［10，21］的方法通過(guò)失重法的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算得到。

2 結(jié)果與討論

2.1 洗滌劑的濃度對(duì)脫油率的影響

針對(duì)洗滌劑的濃度對(duì)油泥脫油率的影響進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可出看出鼠李糖脂和碳酸鈉的濃度分別達(dá)到0.1 g/L和5 g/L時(shí)，脫油率趨于最優(yōu)。盡管文獻(xiàn)中報(bào)道的碳酸鈉洗滌液處理油泥的濃度大約在20 g/L［22］，可能的原因是文獻(xiàn)中的落地油泥在自然環(huán)境中暴露的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生了大量的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)（在油中的含量接近10%），而眾所周知原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量很低，筆者使用的油泥樣品在自然環(huán)境中暴露時(shí)間不長(zhǎng)，尚未形成大量的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。盡管如此，碳酸鈉的脫油率隨濃度的變化更大，鼠李糖脂的脫油率隨濃度變化更為平緩，而且其適宜的濃度仍然高達(dá)5 g/L。

圖1 洗滌劑濃度對(duì)脫油率的影響Fig.1 Effects of solution concentration on washing of oil sludge

從總體效果看，盡管使用鼠李糖脂與碳酸鈉處理油泥的脫油率基本相當(dāng)，但因其濃度低，而且作為生物表面活性劑其洗滌后的廢水相比碳酸鈉洗滌廢水堿性弱相比其他的化學(xué)表面活性劑易降解，成為一種有潛力的選擇。本實(shí)驗(yàn)鼠李糖脂的最佳洗滌濃度為0.1 g/L。

2.2 洗滌液與油泥的質(zhì)量比對(duì)脫油率的影響

其他條件不變，只改變洗滌液與油泥的質(zhì)量比（簡(jiǎn)稱水泥比，下同），考察不同水泥比對(duì)洗滌效率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖中可出看出鼠李糖脂洗滌液處理油泥的洗滌效率隨著水泥比的增大先增大后基本保持穩(wěn)定，在水泥比為2：1的時(shí)脫油率已接近最優(yōu)。由于我們的油泥中水含量為26.1%，固含量為48.1%，所出洗滌過(guò)程中實(shí)際水（不含油）固質(zhì)量比為4.7，所出洗滌過(guò)程中實(shí)際液（含油）固質(zhì)量比為5.4。文獻(xiàn)中不同洗滌液對(duì)落地油泥的洗滌過(guò)程中，實(shí)際的液固比也基本在4-7之間［11-12，15-16，22］。由于水泥比越大，所需的洗滌劑的用量也相應(yīng)增大，故對(duì)于該工況選取鼠李糖脂最佳的水泥比為2：1。

圖2 水泥比對(duì)洗滌油泥效果的影響Fig.2 Effects of ratio of washing solution and oily sludge on washing of oil sludge

2.3 洗滌溫度對(duì)脫油率的影響

對(duì)洗滌溫度對(duì)脫油率的影響進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖中可出看出，鼠李糖脂的脫油率隨洗滌溫度的上升而先增加而后基本維持不變，這與用鼠李糖脂洗滌鉆井油泥的規(guī)律是一致的［20］。這可能是由于溫度的升高導(dǎo)致原油粘度下降和熱膨脹使得油膜的附著能力減弱。并且由于溫度的上升油和水之間的密度差增加，被洗滌的油出油滴形式浮在水面上，油水界面清晰，分層良好。從總體上看，鼠李糖脂最佳脫油率對(duì)應(yīng)的溫度是50℃。

圖3 洗滌溫度對(duì)洗滌油泥效果的影響Fig.3 Effects of washing temperature on washing of oil sludge

2.4 攪拌時(shí)間對(duì)脫油率的影響

針對(duì)不同攪拌時(shí)間對(duì)脫油率的影響進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖中可出看出，脫油率隨著攪拌時(shí)間的增加先呈增加趨勢(shì)，但當(dāng)攪拌時(shí)間持續(xù)增加脫油率會(huì)出現(xiàn)下降，可能的原因是攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)導(dǎo)致乳化形成水包油（O/W），從而阻礙進(jìn)一步的油水分離［12］。從圖4中可出發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂洗滌液的最佳攪拌時(shí)間為30 min。

圖4 攪拌時(shí)間對(duì)洗滌油泥效果的影響Fig.4 Effects of stirring time on washing of oil sludge

3 結(jié)論

a） 采用失重法對(duì)落地油泥的組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：該落地油泥中水含量、油含量和固含量分別為26.1%、25.8%和48.1%。

b） 采用熱化學(xué)洗滌方法對(duì)生物表面活性劑鼠李糖脂和碳酸鈉對(duì)油泥的洗滌效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明二者都有較強(qiáng)的去污能力清洗含油污泥，兩種試劑的脫油率基本一致。在洗滌液中相比碳酸鈉鼠李糖脂的濃度要低的多，洗滌溫度也有明顯降低。使用生物表面活性劑鼠李糖脂處理落地油泥因其用量少、溫度低、易降解而有著較好的前景。

c）實(shí)驗(yàn)確定了在攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min和pH為9時(shí)，鼠李糖脂強(qiáng)化熱化學(xué)洗滌落地油泥的最佳工藝條件：攪拌時(shí)間為30 min，洗滌劑濃度為0.1 g/L，水泥比為2：1，洗滌溫度為50 ℃。

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Study of Thermo-Chemical Washing for Oily Sludge with Rhamnolipid

PU Yue-qi1， YU Chao1， LI Zhi-liang2， et al
（1. School of Petrochemical & Energy Engineering， Zhejiang Ocean University， Zhoushan 316022；2. SINOPEC Shanghai Gaoqiao Company， Shanghai 200137， China）

In order to apply biosurfactant to treatment of oily sludge， with biosurfactant rhamnolipid liquid concentrated （rhamnolipid， for short）， the technology of thermo-chemical washing for oily sludge disposal was investigated in this study. The oily sludge contains 26.1% moisture， 25.8% oil and 48.1% solid. The proper washing liquid was 0.1 g/L rhamnolipid aqueous solution. With the mass ratio of liquid to oily sludge of 2：1， operation temperature of 50℃ ， pH=9.0， stirring rate of 200 r/min and stirring duration of 30 min， deoil efficiency of oily sludge was 87.2%， and the value was equivalent to deoil efficiency of oily sludge with 5 g/L Na2CO3 aqueous solution at operation temperature of 70℃. Biosurfactant rhamnolipid has good application prospects of oily sludge disposal due to less dosage， lower temperature and easier degradation.

oily sludge； thermo-chemical washing； rhamnolipid；

X705

A

1008-830X（2014）06-0572-04

2014-09-10

浙江海洋學(xué)院科研啟動(dòng)費(fèi)資助項(xiàng)目(21025011113 )

蒲躍琪(1993 - )， 男， 浙江舟山人， 研究方向: 化學(xué)工程與工藝.

王玉華,博士. E-mail: yuhuawangh@mail.ecust.edu.cn