基于生物酶復配劑的含油污泥處理室內實驗

魏彥林　楊志剛　呂　雷　南蓓蓓　王梓民

陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院

基于生物酶復配劑的含油污泥處理室內實驗

魏彥林楊志剛呂雷南蓓蓓王梓民

陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院

針對延長油田含油污泥的特點，采用生物酶復配乳化劑對含油污泥中的原油進行回收處理，并研究了固水比、藥劑用量、處理溫度、攪拌時間和循環利用次數對含油污泥中原油回收率的影響，確定了最佳處理條件。當含油污泥固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時間為20 min時，原油的回收率可達99%以上，且處理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于鋪設油田井場和通井路，對油田含油污泥的資源化利用具有重要意義。

延長油田；復配劑；含油污泥；原油；回收率；實驗

延長石油作為資源型企業，在中國石油工業的發展中發揮了巨大的作用，但隨著油田開發規模的加大，環境污染問題越來越突出，每年產生的各類含油污泥達15×104t以上。自20世紀70年代初期，國內外大量的研究人員就開始進行含油污泥處理的研究工作，先后開發出了多種含油污泥處理方法及工藝，如焚燒法、溶劑萃取法、調質-機械分離法、熱解法、生物處理法、固化法等［1-2］。由于原油開采方式、含油廢水處理工藝等的不同，排出含油污泥物性各異，不同石化企業含油污泥的性質差別較大，目前還沒有對各種含油污泥均能高效處理的方法。生物酶是一種以蛋白質為基質的非活性催化劑，它可以加快反應速率，降低污泥處理體系的反應溫度，具有快速、高效、環保等優點。近年來，在石油開采領域如解堵驅油、壓裂、完井、石油污水、含油污染物降解、油罐清洗中應用越來越廣泛［3］。實驗擬采用生物酶復配乳化劑處理延長油田含油污泥，并分別考察固水比、藥劑用量、處理溫度、攪拌時間和循環利用次數對含油污泥原油回收率的影響，以確定生物酶復配乳化劑處理含油污泥的最佳實驗條件。

1　實驗部分

1.1實驗材料

主要試劑：生物酶復配乳化劑（生物酶1.0%+表面活性劑10%+適量溶劑復配），四氯化碳（分析純），石油醚（分析純）。

主要儀器：JLBG-129紅外分光測油儀（吉林市吉光科技有限責任公司），HH-S8數顯恒溫水浴鍋（常州普天儀器制造有限公司），JJ-1精密增力電動攪拌器（常州國華電器有限公司）。

1.2實驗步驟

首先稱取一定質量的含油污泥樣品于400 mL的高腳燒杯中，按一定的固水比（干油泥樣與水的質量比）加水稀釋，攪拌均勻并調整pH值；然后在一定的溫度條件下加入不同質量濃度的生物酶復配乳化劑，并以100 r/min的速度攪拌一定時間后置于恒溫水浴鍋中靜置10 min；最后收集上層的浮油、中層的水溶液以及下層的泥砂，進行含油量的測試。

1.3分析方法

以含油率為主要分析評價指標，含油率參照國家環境保護標準《水質石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法（HJ 637—2012）》進行測定。

2　結果與討論

2.1含油污泥成分分析

2.1.1含油污泥組成

含油污泥來源不同，其性質和成分差異較大，實驗用含油污泥樣品取自延長油田吳起某井場落地原油和下寺灣聯合站油罐底泥，經檢測重金屬含量均低于農用污泥中污染物控制標準（GB 4284—1984），污泥主要污染物為原油，其油、水、泥組分含量如表1所示。

表1　含油污泥中油、水、泥各組分含量

2.1.2含油污泥中油品性質

按照國家標準《原油試驗法（GB/T2538—1988）》、石油天然氣行業標準《巖石可溶有機物和原油族組分柱層析分析方法（SY/T 5119—1995）》和《原油中蠟、膠質、瀝青質含量測定法（SY/T7550—2000）》對油品性質進行分析，結果如表2所示。

表2 油品性質分析

由表2可以看出，從兩種含油污泥中所分離出的原油性質與采出原油性質相似，油品性質沒有明顯變化，只是原油的重質成分略有增加，但不影響其正常利用。因此對于含油量高的含油污泥應進行資源化回收處理［4］。

2.2原油回收率的影響因素

2.2.1固水比對原油回收率的影響

將含油污泥分別按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶5和1∶6的固水比加水稀釋，考察固水比對原油回收率的影響，結果如圖1所示。

圖1　固水比對含油污泥中原油回收率的影響

由圖1可以看出，含油污泥中原油回收率隨著水加量的增加而增大，這是因為向油泥中加水（稀釋）后可以促進生物酶復配乳化劑的迅速溶解，使其分散均勻，全面發揮破乳作用，從而有利于油珠聚并，油、泥、水分離；但固水比超過1∶3后，過量的水會降低復配藥劑濃度，從而影響其破乳效果，原油回收率開始有下降的趨勢。綜合考慮原油回收率和減輕后續污水處理場的壓力，實驗選取固水比為1∶3。

2.2.2藥劑用量對原油回收率的影響

含油污泥按照1∶3的固水比加水稀釋后，考察藥劑用量對原油回收率的影響，結果如圖2所示。

圖2　藥劑用量對含油污泥中原油回收率的影響

由圖2可以看出，當體系不加藥劑時，含油污泥中原油回收率只有50%～55%左右；隨著藥劑用量的增加，原油回收率逐漸升高，但當藥劑用量大于5 g/kg后，原油回收率有所降低。這是因為生物酶復配乳化劑可吸附到油-水界面，以協同作用破壞原有的油-水界面保護層，此時油水界面張力隨著藥劑濃度的增加而迅速下降，從而使分散相相互靠近并聚結變大，最終實現油水分離；但當復配乳化劑濃度過高時，油-水界面的吸附趨于過飽和，藥劑會在油-水相聚集成團形成膠束，反而使界面張力上升，脫水效果變差，原油回收率降低［5-6］。從圖2可以看出藥劑的最佳用量為5 g/kg。

2.2.3處理溫度對原油回收率的影響

處理溫度（25、40、50、60和75℃）對原油回收率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著處理溫度的升高，含油污泥中原油回收率迅速增加，但超過50℃后，原油回收率隨溫度變化趨于平緩且有下降趨勢。這主要是因為溫度升高，原油的黏度降低，流動性增大，油水密度差變大，脫出的油以小油珠形式不斷上浮；同時，溫度升高，潤濕角變小，有利于原油從泥砂表面剝落。但溫度過高（＞50℃）時，會破壞復配藥劑體系中生物酶的空間結構，使活性降低；且在較高溫度體系下能耗也較高，油泥中的低碳有機物易揮發，造成環境污染［7］。因此，從處理效果、環境和經濟方面考慮，取40℃為最佳處理溫度。

2.2.4攪拌時間對原油回收率的影響

攪拌時間（5、10、20、30和40 min）對原油回收率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，攪拌時間越長，含油污泥的回收率越高。這是因為攪拌時間越長，油、水、泥砂與復配藥劑接觸越充分，破乳、潤濕效果越好，泥砂中的原油就越容易洗脫出。在最佳處理條件下，當攪拌混合時間為20 min時，原油的回收率可以達到99%以上。

圖3　處理溫度對含油污泥中原油回收率的影響

圖4　攪拌時間對含油污泥中原油回收率的影響

2.2.5藥劑循環利用次數對原油回收率的影響

在固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時間為20 min的條件下，復配藥劑重復利用次數對原油回收率的影響如圖5所示。由圖5可知，生物酶復配乳化劑在重復利用3次后原油的回收率仍可達80%以上，這說明該藥劑在處理含油污泥過程中消耗較少，重復利用率高，有利于節約污泥處理成本。

2.2.6含油污泥處理前后對比

參照國家環境保護標準，對最佳處理條件下的含油污泥進行檢測。結果表明，兩種含油污泥經處理后其石油烴含量由處理前的248.5 g/kg和587.3 g/ kg分別降低到12.5 g/kg和16.9 g/kg，可用于鋪設油田井場和通井路。

圖5　藥劑循環利用次數對含油污泥中原油回收率的影響

從處理前后的含油污泥外觀可以看出，處理前的含油污泥是一種較穩定的乳狀液體系，外觀呈深褐色至黑色，黏度大，含油量較高；而處理后的泥樣，油泥質地從結塊狀態變得松散，顏色也由原來的黑褐色變為褐色，含油量明顯降低，且減量化效果明顯。

3　結論

采用生物酶復配乳化劑處理含油污泥效果明顯，當固水比為1∶3、藥劑用量為5 g/kg、處理溫度為40℃和攪拌混合時間為20 min時，含油污泥的原油回收率可達99%以上，且處理后污泥中的含油量低于20 g/kg，可用于鋪設油田井場和通井路。該方法簡單易行，不需要高端的設備和復雜的工藝，在相對較低的溫度條件下即可達到較好的處理效果，對油田含油污泥的資源化利用具有重要意義。

［1］于海燕，閆光緒，郭紹輝.油田含油污泥處理技術［J］.化工進展，2007，26（7）：1 007-1 011.

［2］劉洋.含油污泥的處理方法［J］.油氣田地面工程，2012，31（2）：73.

［3］劉徐慧，陳馥，馬寧.生物酶在油氣田生產中的應用［J］.精細石油化工進展，2007，8（12）：48-50.

［4］陳國福.薩北地區油井采出污泥利用技術研究［D］.大慶：大慶石油學院，2002：20.

［5］任卓琳，牟英華，崔付義.原油破乳劑機理與發展趨勢［J］.油氣田地面工程，2005，24（7）：16-17.

［6］Zheng C Z，Wang M M， Wang Y L，et al.Optimization of biosurfactant-mediated oil extraction from oil sludge［J］.Bioresource Technology，2012（110）：338-342.

［7］康萬利，蔚新燕，張柏桐，等.吉林油田含油污泥的破乳—潤濕處理［J］.油田化學，2010，27（4）：443-445.

（029）88899445、weiyl1016@163.com

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.7.006

基金論文：陜西省科技統籌創新工程計劃項目“石油生產中含油污泥處理技術研究與示范”（2012KTZB03-02）。

魏彥林：博士，工程師，2012年畢業于陜西師范大學化學化工學院，主要從事油氣田化學與環境保護方面研究工作。

2015-02-27