天然氣凈化廠污泥處理工藝分析與改造

田偉杰，陳 星，王 菁

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

在油氣田開發和生產過程中不可避免的會產生一定量的污泥，這種污泥的物理化學性質十分復雜，一般含有大量的老化原油、蠟質、瀝青質、膠體和固體懸浮物、鹽類、酸性氣體、腐蝕產物以及機械雜質等，同時在污泥處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑、阻垢劑等物化劑，極難分離，對此，國內外有著自己的污泥處理技術。

凈化廠污泥利用自然風干的方法，干化周期較長，干化污泥含水率高，礦化度高, 有機質含量高, 機械雜質含量高, 而且含有一定量無機鹽類以及重金屬離子等污染物，污泥干化效果差，焚燒效率低。

通過與國內外污泥處理技術的比較，結合凈化廠污泥自身的特性，提出了幾種污泥處理技術方案，并優選出了適合于本廠的污泥處理工藝。

1 凈化廠污泥處理系統簡介

1.1 污泥來源及組成分析

1.1.1 污泥來源 在油氣開發、開采和加工、生產過程中會產生“含油污泥”，它是一種含油廢物，如不加以處理必將造成環境污染，這些污泥在氣田污水處理過程中沉積，年度檢修時，從罐底或池底等地方將污泥清理出來。污泥顏色介于“黃色-黑色”之間，含油率一般小于5 %。含油污泥在干化過程中形成的油膜，嚴重影響污泥的干化效果。

污泥主要有以下幾個來源：

（1）甲醇回收過程中所產生的污泥。從集氣站運到凈化廠的含油含醇污水、含油不含醇污水經過紊凝沉降后產生的污泥。

（2）生活污水中的污泥。這些污泥主要來自生活中污水沉降污泥，通常不含油。

（3）生產過程中所產生的污泥。這些污泥主要是來自天然氣處理過程中，脫硫、脫水裝置污水，場地沖洗污水以及分析化驗污水沉淀后的污泥，一般含有少量的油。

（4）檢修過程中產生的含油污泥。這些污泥主要來自檢修過程中，檢修污水、原料氣過濾器和原料氣分離器排污沉淀后的污泥，一般來講這些污泥含油。

1.1.2 污泥特點 凈化廠的濕污泥含水率達95 %～99 %，流動性能較好，礦化度較高，污泥中的水分一般含有70 %的游離水，20 %的毛細水，10 %的顆粒吸附水和內部結合水。由于在含油濕污泥中存在粘土、沙子、瀝青質、膠體、固體懸浮物、鹽類等乳化劑的存在，會形成乳狀液（W/O 或O/W），對脫水有很大的阻礙作用。

1.1.3 污泥組成分析 油氣田污泥的組成極其復雜，是一種極其穩定的懸浮乳狀體系。對污泥組分分析試驗，分析結果（見表1、表2）。

為了對含油含醇污泥中重金屬元素的分布、含量以及是否含油放射性核素有待進一步的認識，特委托了國土資源部西部礦產資源檢測中心，對污泥灰分（高溫煅燒殘留物）做了原子發射光譜半定量分析，分析結果（見表3）。

表1 自然干化污泥組分分析

表2 污泥焚燒后殘渣中無機組分分析

表3 污泥灰分元素分析結果統計表（mg/kg）

從以上數據可以得出：干化污泥含水率高、礦化度高、有機物質含量高、機械雜質含量高，而且含有一定量的無機鹽類以及重金屬離子Cu、Cr、Ni、As、B、Pb、Zn等重金屬離子，但這些成分均沒有超過農用污泥污染物控制標準。

1.2 凈化廠污泥處理工藝

污泥處理的主要任務就是濃縮污泥，降低污泥中的游離水含量，減少污泥的體積，向減量化、穩定化、無害化方向發展。

目前，本凈化廠每年處理污泥約500 m3，對污泥進行集中處理，采用自然干化焚燒工藝：即利用風吹、日曬和濾板，進行自然風干；將風干后污泥人工拉到污泥焚燒窯，通入天然氣進行焚燒處理，焚燒后的污泥灰燼拉到靖邊垃圾站。

采用該工藝存在干化周期較長，干化效果差，焚燒效率低，天然氣能耗大等問題。因此，需要對現有污泥干化焚燒工藝進行改造，尋求一條適合于本凈化廠的污泥處理方式。簡單的思路是：從污泥脫水工藝和污泥干化工藝兩方面進行改進。

2 污泥處理技術改進

2.1 污泥脫水方法分析

2.1.1 自然脫水 污泥的自然干化是一種簡便經濟的脫水方法，但容易形成二次污染。污泥干化的主要構筑物是干化場，干化場可分為自然濾層干化場與人工濾層干化場兩種，主要依靠滲透、蒸發與撇除。其中影響干化場脫水的因素有：（1）氣候條件，如當地的降雨量、蒸發量、相對濕度、風速和年冰凍期；（2）污泥性質，如消化污泥中產生的氣泡、污泥比阻等。

2.1.2 機械脫水 一般大中型污水處理廠均采用機械脫水。機械脫水的基本原理都是以過濾介質兩側的壓力差作為推動力，使污泥中的水分被強制通過過濾介質，形成濾液排出，而固體顆粒被截留在過濾介質上成為脫水后的濾餅，從而實現污泥脫水的目的。主要包括滾壓脫水、板框壓濾脫水、離心式脫水三種方式：

（1）滾壓脫水采用滾壓式壓濾機，去除的主要是毛細水、吸附水，這部分水分依靠濃縮是不可能除去的。

（2）板框壓濾機脫水原理與滾壓脫水原理相同。

（3）離心脫水原理。在離心機高速旋轉的狀態下，利用千倍于重力的離心力使氣固液分離，其脫水效率與效果遠遠強于自然沉降脫水。

2.2 污泥脫水工藝改進

2.2.1 改善自然干化條件 自然干化對外界環境的依賴度較高，受氣候和污泥性質的影響較大。可以通過加強自然循環和通風、改變污泥性質等方面改善污泥脫水效果。

（1）加強自然循環和通風。用自然干化的方法對污泥進行脫水，外部條件對污泥的脫水效率起著重要作用，由于受降雨量、蒸發量、風速和溫度等方面的影響，結合靖邊天氣，可以通過在污泥干化池邊加入風扇等通風設備，改變其外部條件，加強空氣與污泥的對流換熱，增大污泥的蒸發量，從而提高污泥脫水率。此法簡單，脫水效果欠佳。

（2）添加藥劑，改變污泥性質。氣田污泥由于含油等特點，不易進行自然干化。可以通過向污泥中添加物化劑的方法，例如破乳劑、脫水劑、混凝劑等藥劑，改變含油含醇污泥特性，從而達到加強脫水的目的。對于不同種類和不同組分的污泥，選取不同的脫水劑、破乳劑、混凝劑等以及它們添加的先后順序和添加量。這種方法只需選取合適的藥劑，便可以起到明顯地作用效果。其缺點用量大，成本高，且可能具有一定的毒性，對后續的污水處理增加難度。

2.2.2 采用機械脫水技術 油氣田污泥成分復雜，綜合影響因素較多，處理難度較大，要想建立一套完整的污泥處理工藝，機械脫水技術是一項很好的選擇，常用的機械脫水設備有滾壓式脫水機、板框壓濾式脫水機、離心脫水機等。用機械脫水時，常與藥劑脫水方法相結合對污泥進行預處理，對預處理后污泥再進行機械脫水。采用機械脫水，可將污泥的含水率降到60%～80%，不僅自動化程度高，處理量較大，脫水效果好，脫水效率高，而且經過機械脫水的污泥能很好的滿足干化或資源化利用等的要求。

2.3 污泥干化工藝改進

2.3.1 廢煙氣技術 采用廢煙氣對污泥進行干化處理技術，可以實現污泥的無害化處理，避免在污泥焚燒過程中產生二噁英等有毒有害氣體。廢煙氣具有很高的溫度，在日常處理中將廢煙氣直接排放到大氣中，會造成熱值的浪費。本凈化廠擁有大量的煙氣，特別是酸氣焚燒爐產生的煙氣，這種煙氣溫度高達400 ℃～450 ℃，具有可觀的熱值，利用價值非常高。而且可通過調節煙氣溫度和流量控制污泥的濕含量，能很好地滿足污泥無害化的要求。

采用廢煙氣對污泥進行干化可以就地取材，降低能源消耗，干燥時間短，干化效果好，干化后的污泥具有可觀的熱值，是一種典型的以廢制廢方法。

2.3.2 污泥摻煤技術 污泥在焚燒過程中，需要源源不斷地通入天然氣，天然氣利用率低，如果在濕污泥中摻煤，只需要通入少量天然氣引燃，便能充分燃燒。亦可以將這些污泥型煤拉到熱電廠、垃圾焚燒電廠和水泥廠等地方作為燃料，變廢為寶，達到污泥的資源化利用。其中摻煤量是影響污泥干化效率的主要因素，是主要的技術問題。

這種處理方法投資低，處理較徹底，減少了天然氣的浪費，節約了能源。但固化和混合強度較大，當燃燒不完全時，會產生一氧化碳等有毒有害氣體，危害人類健康，造成環境污染。

2.4 污泥處理工藝改造方案及其工藝流程

結合本凈化廠污泥特性，本著以最有效的方式進行污泥的減量化、資源化、無害化處理。綜合考慮，選擇機械脫水與廢煙氣干化技術對污泥進行處理。污泥脫水采用LWS350 系列臥螺離心機，污泥干化采用旋轉閃蒸干化系統，此系統主要由雙螺旋進料器、旋轉閃蒸干燥器、脈沖布袋除塵器、引風機、鼓風機以及管路、閥門和控制系統等組成。

濕含量為95 %～99 %（wt）的污泥經LWS350 系列臥螺離心機脫水到70 %～80 %后進入雙螺旋進料器內, 并在螺旋葉片連續均勻的推動下，進入旋轉閃蒸干化機內；而自酸氣焚燒爐的高溫煙氣通過引風機將煙氣引出，通過換熱盤管在旋轉閃蒸干化機干化室中與污泥換熱。進入旋轉閃蒸干化機的污泥濕物料，在旋轉閃蒸干燥機旋轉和換熱盤管的共同作用下, 濕物料被迅速干燥。干燥合格后的物料進入脈沖布袋除塵器, 經脈沖布袋除塵器收集下來的干化產品拉到靖邊垃圾場，而除凈尾氣通過引風機并經過光解氧化器凈化后排空，煙氣則利用酸氣焚燒爐煙囪抽力將其抽回并排至大氣。

3 結論

（1）國外油氣田污泥處理工藝有：高溫裂解工藝、機械脫水工藝、生物處理工藝和電化學處理技術等，技術較為成熟。國內油氣田污泥處理工藝：污泥萃取工藝、固化燃燒工藝、化學反應-旋流分離工藝、生物處理工藝和焚燒處理工藝。

（2）本凈化廠污泥來自于氣田生產和生活過程中產生污泥，干化含水率70 %～80 %，有機物含量3.5 %～9.0 %，碳酸鹽含量2.0 %～5.5 %，殘渣含量9 %～22 %，含有少量污染物（不超過農用污泥污染物控制標準）。

（3）本凈化廠污泥處理量不大（約500 m3），由于成分復雜和含有油份等原因。使得自然風干的方法干化周期較長，干化污泥含水率高，焚燒不完全，有機質含量較高, 機械雜質含量較高、含有一定量的污染物。

（4）根據本凈化廠自身的特點，分別從優化污泥脫水和優化污泥干化兩方面對現有工藝進行改進。污泥脫水工藝改進方案有改善自然干化條件和采用機械脫水；優化污泥干化工藝有廢煙氣技術和污泥摻煤技術。

（5）針對本凈化廠污泥處理技術脫水不充分，干化不完全，能耗較大等現象，改變現有污泥處理工藝，采用機械脫水與廢煙氣干化相結合的污泥處理技術方案，即用LWS350 臥螺離心機進行脫水和旋轉閃蒸干化系統進行污泥處理，并給出相應的工藝流程及流程框圖。對該技術進行經濟性評價后，證明該技術能節約大量的成本，具有可觀的經濟價值。如采用污泥干化焚燒工藝，每年的燃料費用就有169 萬元。而采用機械脫水與廢煙氣干化相結合的污泥處理技術，每年的能耗費用僅為6.6 萬元，雖然設備投入成本較高，但工程建成后，能夠實現對固體廢棄物的無害化處理，為本凈化廠節約大量費用，環保效益顯著。

［1］ 王守仁，王增長，宋秀蘭，等著.污泥處理技術發展［J］.水資源保護，2010，26（1）：111-115.

［2］ 周高華，方善如，等.含油污泥脫水設備與技術［J］.化工機械，2003，30（5）：54-59.

［3］ 李凡修，辛焰，陳武，等.含油污泥脫水性能試驗［J］.環境污染與防治，2001，23（3）：13-14.