調(diào)理吸附穩(wěn)定法處理低含油沉積物＊

王田麗 桂召龍 韓 霞 李瑤瑤

(中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司)

0 引 言

原油生產(chǎn)過(guò)程中，原油沉降及采出水凈化處理等環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生富含礦物油的沉積物，主要由沙粒、泥土、沉積絮體、原油、微生物等混合形成。根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》(2016版)，該沉積物屬于危險(xiǎn)廢物，若不合理處置，對(duì)環(huán)境危害較大。

針對(duì)含油沉積物的處理，主要處理工藝為化學(xué)清洗、熱解析、熱脫附、生物修復(fù)等[1]。勝利油田孤島某污水池底部部分沉積物，屬于低含油、低含水污泥，由于處理工期緊，采用以上處理工藝存在一定局限性。綜合考慮各類(lèi)技術(shù)的特點(diǎn)、能耗及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用調(diào)理吸附穩(wěn)定工藝對(duì)污水池部分低含油、低含水沉積物進(jìn)行處理。

1 沉積物性質(zhì)及處理要求

孤島某污水池底部沉積物含油量為4%～30%，含水量為40%～80%，隨沉積深度增加，含水量和含油量均呈增加趨勢(shì)，而表層至―0.5 m范圍內(nèi)的沉積物含油量<5%、含水量<60%，屬于低含油、低含水污泥，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表層往下0.5 m范圍內(nèi)沉積物浸出液檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，重金屬含量均在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，主要超標(biāo)物質(zhì)為COD、石油類(lèi)、氨氮等，超標(biāo)主要原因是沉積物中礦物油含量超標(biāo)。

依據(jù)沉積物性質(zhì)分析結(jié)果，沉積物處理的重點(diǎn)是降低礦物油含量。項(xiàng)目執(zhí)行SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開(kāi)采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》，要求處理后的沉積物固相中含油量低于2%，處理后含油污泥可用于鋪設(shè)井場(chǎng)的材料等。

表1 不同深度沉積物含水量和含油量分析結(jié)果

表2 表層以下0.5 m范圍內(nèi)沉積物浸出液檢測(cè)結(jié)果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。

2 處理技術(shù)的選擇

由表1數(shù)據(jù)得知，污水池底泥含油量隨沉積深度不同呈現(xiàn)差異化。參照 HJ 607—2011《廢礦物油回收利用污染控制技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，含油量>5%污泥處理時(shí)需要考慮礦物油的回收，因此含油量大于5%的高含油污泥一般采取熱解或清洗等處理方法，回收其中的礦物油，或采取焚燒處理方式，利用其熱值。而含油量小于5%的低含油污泥一般采取固化、生物修復(fù)等方法，固定或分解礦物油，達(dá)到降低污染的目的。

孤島某污水池上層沉積物含油量<5%，不適合采取清洗、焚燒處理工藝；沉積物含有較多石子等雜質(zhì)，顆粒粒徑大，不適合調(diào)剖處理工藝；項(xiàng)目要求處理后的沉積物固相中含油量低于2%，不宜采用處理成本高的熱解等深度除油工藝。不同處理技術(shù)的適應(yīng)性選擇見(jiàn)表3。

從沉積物性質(zhì)出發(fā)，比較適合采用穩(wěn)定化和生物修復(fù)的處理方式，但綜合考慮項(xiàng)目處理工期的要求，最終選擇采用處理量大、處理效率高的穩(wěn)定化處理技術(shù)。

表3 不同處理技術(shù)的適應(yīng)性選擇

3 調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑

項(xiàng)目采用的穩(wěn)定化處理技術(shù)是通過(guò)投加調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑，通過(guò)物理化學(xué)作用，將沉積物中的有機(jī)物、重金屬等污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。藥劑主要成分包括分散劑、吸附劑、支撐劑、增效劑等，其中分散劑為氧化鈣、氫氧化鈣、氧化鎂或氫氧化鎂等，吸附劑為粉煤灰、硅藻土等，支撐劑為工業(yè)水泥等，增效劑為硅酸鈉等。分散劑作用是提高含油污泥的松散性，增加含油污泥孔隙度，利于藥劑接觸到有機(jī)物，提高對(duì)有機(jī)物的吸附效率。吸附劑為比表面積大的多孔介質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸附性，其中的活性組分SiO2、Al2O3、Fe2O3等在一定堿性條件下溶出，起到電中和、吸附架橋作用，將有機(jī)物吸附于形成的網(wǎng)鏈中，強(qiáng)化吸附效果。支撐劑及增效劑主要起到改變含油污泥顆粒結(jié)構(gòu)，膠結(jié)和填充骨架空隙，提升有害物質(zhì)的吸附固定強(qiáng)度的作用[2-6]。

在含油沉積物處理過(guò)程中，藥劑與含油沉積物中的原油組分充分接觸，通過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，將原油組分包裹在骨架結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。

調(diào)理吸附穩(wěn)定的效果主要與藥劑的投加量和后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間相關(guān)，針對(duì)孤島某污水池底部沉積物，進(jìn)行了藥劑投加量和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，確定最佳藥劑加量和后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3.1 投加量的優(yōu)化

室溫(20℃)下，取10份含油量為4%～5%，含水量為50%的孤島某污水池底部沉積物200 g于500 mL燒杯中，加入調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑，加入量為沉積物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%，20%，攪拌混合均勻后平鋪于濾紙上，置于室內(nèi)放置3 d，3 d后取樣檢測(cè)其含油量。理論上加大調(diào)理吸附穩(wěn)定劑的加量可以提高處理對(duì)象的穩(wěn)定效果，但藥劑中含有堿性物質(zhì)，會(huì)使處理后沉積物的pH值偏高，若pH值過(guò)高，作為鋪設(shè)井場(chǎng)的材料時(shí)會(huì)增加浸出液pH值超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。由于處理對(duì)象中含油量一定，一定量藥劑即可實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的吸附和固定，過(guò)多的藥劑造成浪費(fèi)，且會(huì)導(dǎo)致處理后產(chǎn)物增量顯著。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)孤島某污水池沉積物，投加質(zhì)量比10%的藥劑，即可將沉積物中的含油量穩(wěn)定處理至<2%，達(dá)到指標(biāo)要求。此時(shí)浸出液pH值為9.8，低于GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》pH值<10的指標(biāo)，不會(huì)影響處理沉積物后續(xù)應(yīng)用過(guò)程pH值指標(biāo)的控制。

沉積物含油量與藥劑加量的關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

圖1 沉積物含油量與藥劑加量的關(guān)系曲線

3.2 養(yǎng)護(hù)時(shí)間的優(yōu)化

室溫(20℃)下，取10份含油量為4%～5%，含水量為50%的孤島某污水池底部沉積物200 g于500 mL燒杯中，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑，攪拌混合均勻后平鋪于濾紙上，置于室內(nèi)分別1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 d，檢測(cè)養(yǎng)護(hù)后的含油量。藥劑與沉積物混合后，會(huì)發(fā)生吸附、水化、凝膠等一系列反應(yīng)，通過(guò)一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，可提高吸附穩(wěn)定強(qiáng)度。針對(duì)孤島某污水池沉積物，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3 d基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，3 d后含油量基本不變，說(shuō)明有機(jī)組分的吸附固定已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，剩余時(shí)間主要是水分的蒸發(fā)過(guò)程。

沉積物含油量、含水量與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。

圖2 沉積物含油量、含水量與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系曲線

4 處理工藝

調(diào)理吸附穩(wěn)定處理工藝分為三段，第一段為預(yù)處理段，將沉積物進(jìn)行破碎篩分，剔除石塊等垃圾；第二段為調(diào)理吸附穩(wěn)定段，投加調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑；第三段為強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)段，穩(wěn)定吸附固定效果。

調(diào)理吸附穩(wěn)定處理工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 調(diào)理吸附穩(wěn)定處理工藝流程

預(yù)處理段通過(guò)抓斗機(jī)將污水池內(nèi)沉積物輸送至篩分機(jī)，去除塑料布、樹(shù)枝、石塊等雜物，防止后續(xù)處理過(guò)程對(duì)攪拌機(jī)械的傷害。同時(shí)通過(guò)預(yù)處理還可以實(shí)現(xiàn)大塊沉積物的均勻分散，提高后續(xù)藥劑混合效率。

預(yù)處理后的沉積物通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入調(diào)理吸附穩(wěn)定段。為強(qiáng)化藥劑與沉積物的作用效果，調(diào)理吸附穩(wěn)定段采用逐級(jí)加藥的方式，設(shè)置三級(jí)混合工藝，混合設(shè)備為雙臥軸攪拌設(shè)備。預(yù)處理后沉積物首先進(jìn)入一級(jí)混合，藥劑加量為總藥劑加量的50%，混合停留3 min后進(jìn)入二級(jí)混合，二級(jí)混合藥劑加量為總藥劑加量的30%，混合停留3 min后進(jìn)入三級(jí)混合，三級(jí)混合藥劑加量為總藥劑加量的20%，混合停留3 min。混合設(shè)備電腦控制，自動(dòng)計(jì)量計(jì)時(shí)，自動(dòng)添加藥劑，自動(dòng)卸料。

加藥處理后的沉積物自然堆放至防滲處理后的場(chǎng)地，堆放養(yǎng)護(hù)至少3 d，堆放過(guò)程每天用帶破碎篩分鏟斗的挖掘機(jī)進(jìn)行翻堆、破碎，進(jìn)一步增強(qiáng)混合吸附穩(wěn)定效果。養(yǎng)護(hù)過(guò)程如遇雨天，需要將處理后的沉積物用防雨布覆蓋，做好防雨措施。

調(diào)理吸附穩(wěn)定處理主要設(shè)備及參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 主要處理設(shè)備及參數(shù)

5 處理效果分析

2017年10—11月應(yīng)用調(diào)理吸附穩(wěn)定處理工藝，處理了孤島某污水池底表層至以下0.5 m范圍內(nèi)沉積物約8×103m3，處理用時(shí)40 d。實(shí)施過(guò)程中，調(diào)理吸附穩(wěn)定劑投加量為沉積物質(zhì)量的10%，強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥3 d，養(yǎng)護(hù)期間均為晴天，氣候干燥。

處理前沉積物平均含水54.9%，處理后平均含水42.1%，綜合含水量降低和藥劑的引入，處理后沉積物總增重為-48 kg/t，純固相增重100 kg/t，增容率約為15%。處理后沉積物含水量降低主要是因?yàn)檎{(diào)理分散處理過(guò)程，藥劑將結(jié)合緊密的沉積物結(jié)構(gòu)打散，呈多孔、滲透性強(qiáng)狀態(tài)，易于水分脫除，且養(yǎng)護(hù)期間氣候干燥，沉積物干燥效果較好，導(dǎo)致沉積物總質(zhì)量降低。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中，委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤取樣檢測(cè)，含油量檢測(cè)曲線見(jiàn)圖4。

圖4 處理后沉積物含油量檢測(cè)曲線

處理后沉積物含油量檢測(cè)結(jié)果均<2%，達(dá)到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開(kāi)采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》。處理后沉積物浸出液部分指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 處理后沉積物浸出液部分指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

*GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

處理后沉積物浸出液的氨氮、pH值及石油類(lèi)指標(biāo)均達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，COD指標(biāo)雖未達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)100 mg/L的要求，但與原始值843.7 mg/L相比，COD去除率約80%，后期沉積物做成路基土等，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)COD值會(huì)進(jìn)一步降低。

6 經(jīng)濟(jì)效益

處理成本主要包括藥劑費(fèi)、檢測(cè)費(fèi)、設(shè)備租賃費(fèi)、人工成本、防護(hù)膜等材料費(fèi)等，綜合處理成本約580元/t。

7 結(jié) 論

在含油沉積物中加入調(diào)理吸附穩(wěn)定藥劑，通過(guò)吸附、分散、固定等協(xié)同作用，可將沉積物中的有機(jī)物等污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、不易遷移的狀態(tài)。針對(duì)含油量<5%、含水量<60%的低含油、低含水含油污泥，調(diào)理吸附穩(wěn)定技術(shù)可實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模、快速處理，處理后固相中含油量<2%，達(dá)到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開(kāi)采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》的指標(biāo)要求。

應(yīng)用該技術(shù)40 d內(nèi)處理孤島某污水池底沉積物約8×103m3，藥劑投加量為沉積物質(zhì)量的10%，強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥3 d，處理后沉積物含油量<2%，結(jié)果達(dá)到SY/T 7301—2016《陸上石油天然氣開(kāi)采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》，浸出液的氨氮、pH值及石油類(lèi)指標(biāo)均達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，COD去除率80%。