環保型清洗劑處理含油污泥研究

陳世寧 陳典章 梅光軍 程 潛 嚴 崢 劉 彩

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院；2.污泥處理技術及裝備湖北省工程實驗室)

0 引 言

石油在開采、煉制、儲運以及廢水處理過程中會產生大量含油污泥(簡稱油泥)，其組分復雜，除含有石油外，還含有酚類、苯系物、蒽、芘、二噁英、多氯聯苯等有毒有害物質，不僅占用土地資源，而且污染環境[1]，被列入《國家危險廢物目錄》(2016年)中的含油廢物類[1-2]。

目前國內外油泥處理技術主要有填埋處理、生物處理[3]、固化處理、調剖處理、溶劑萃取法、化學熱洗法、熱解處理等。化學熱洗法[4-5]是在一定溫度條件下，利用具有破乳功能的化學清洗劑反復洗滌油泥使其破乳，再通過分離技術將油、水、泥三相分離。根據油泥的特殊性質，本實驗選用化學熱洗+浮選分離技術處理油泥。

1 實 驗

1.1 樣 品

油泥樣品來自江漢油田潛江某采油廠，其含水量29.7%，含固量49.1%，含油量21.2%(其中膠質瀝青質含量高，處理難度大)。樣品油泥經600℃灼燒后利用X射線衍射儀對殘渣進行礦物組分分析，主要成分是石英、方解石、赤鐵礦和云母等。

1.2 儀器及試劑

主要儀器與試劑：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀、真空過濾機、旋轉蒸發器、變頻掛槽浮選機、索氏提取器、烷基糖苷(APG-0810)、聚乙二醇(PEG-4000)、四氯化碳、硅酸鈉。

1.3 操作流程

稱取20 g的油泥至250 mL燒杯中，按一定的固液比加入油泥清洗藥劑與油泥均勻混合，將燒杯放在恒溫磁力攪拌器中以設定溫度充分攪拌，靜置刮去上層浮油后將燒杯里的油泥置于掛槽浮選機200 mL浮選槽中，開啟浮選裝置，設置好浮選攪拌速度、充氣量，浮選一段時間后，回收上層浮油，槽底的泥水經抽濾干燥后測定泥砂殘油量。

1.4 分析方法

含水率采用烘干法進行測定；參照CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》[6]中礦物油的測定，采用索氏提取器提取含油污泥中的油相，然后將剩余的殘渣烘干稱重，得到含固率，含油率由減量法得到。

實驗根據除油率的高低來判定含油污泥的處理效果，除油率D(%)的計算公式為：

(1)

式中：D為油泥的除油率，%；Y1為處理前的油泥含油量，g；Y2為處理之后的油泥含油量，g。

2 結果與討論

2.1 清洗藥劑篩選

在藥劑篩選中，選擇一種環境友好型化學清洗劑應用于含油污泥的處理具有重要意義[7-8]。烷基糖苷(APG-0810)的表面張力極低，去污能力強，且泡沫豐富細膩、配伍性好、對人體無傷害、生物降解徹底、環保無污染[9]；PEG-4000具有增溶效果[10]，且無毒、無刺激性、穩定性高；硅酸鈉懸浮和分散污垢能力好，同時其水溶液呈堿性，可以和油泥中的酸性物質反應，增強油、泥之間的分離效果[11]。

設定初始實驗條件為熱洗溫度70℃、熱洗時間20 min、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時間15 min。APG-0810、PEG-4000和Na2SiO3按照不同的藥劑組分含量配制成濃度為0.01 g/mL的油泥清洗劑投加，測定油泥的脫油效果，結果見表1。

表1 油泥復配清洗藥劑的除油效果

由表1可知，單一藥劑的清洗效果APG-0810

2.2 油泥清洗的工藝參數優化

2.2.1 清洗劑濃度對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變清洗劑濃度，得到除油率隨清洗劑濃度的變化曲線，結果見圖1。

圖1 藥劑濃度對除油率的影響

由圖1可以看出，隨著清洗劑濃度的增加，油泥的除油率最初增加迅速，當藥劑濃度超過0.01 g/mL時，除油效率提升緩慢，考慮處理成本，實驗藥劑濃度選用0.01 g/mL。

2.2.2 熱洗溫度對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變熱洗溫度，得到除油率隨熱洗溫度的變化曲線，結果見圖2。

圖2 熱洗溫度對除油率的影響

由圖2可以看出，溫度為25～60℃時，除油率有大幅度的提高，當溫度達到70℃后，曲線逐漸趨于平緩，考慮到溫度越高能耗越大，實驗熱洗溫度選用70℃。

2.2.3 熱洗時間對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變熱洗時間，得到除油率隨熱洗時間的變化曲線，結果見圖3。

圖3 熱洗時間對除油率的影響

由圖3可以看出，隨著時間的增加，油泥的除油率也隨之提高，熱洗20 min后除油率基本趨于穩定，所以實驗選取熱洗時間為20 min。

2.2.4 清洗液pH值對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變清洗液pH值，得到除油率隨清洗液pH值的變化曲線，結果見圖4。

圖4 清洗液pH值對除油率的影響

由圖4可以看出，在酸性條件下，油泥的除油效果不佳，當pH值>7時，除油率隨pH值的增大迅速上升，在pH值為9～11時達到很好的效果，但pH值過大會造成水的后處理過程復雜化。由于硅酸鈉溶于水后為溶液提供堿度，能夠使溶液pH值維持在9.5或者更高，所以實驗中不需要添加其他堿性物質。

2.2.5 固液比對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變固液比，得到除油率隨固液比的變化曲線，結果見圖5。

圖5 固液比對除油率的影響

由圖5可以看出，固液比在1∶6之后的除油率基本不發生變化，為避免加入過多的清洗液，實驗選用固液比為1∶6較為合適。

2.2.6 浮選攪拌速度對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變浮選攪拌速度，得到除油率隨浮選攪拌速度的變化曲線，結果見圖6。

圖6 浮選攪拌速度對除油率的影響

由圖6可以看出，浮選攪拌速度低于1 000 r/min時，除油率隨攪拌速度的增加而提高，當攪拌速度大于1 000 r/min時，除油率呈現下降趨勢，所以實驗浮選攪拌速度選用1 000 r/min。

2.2.7 浮選充氣量對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變浮選充氣量，得到除油率隨浮選充氣量的變化曲線，結果見圖7。

圖7 充氣量對除油率的影響

由圖7可以看出，在低充氣量的條件下，油泥可以很好地分離，隨著充氣量的增大，浮油層變得不穩定，導致除油率降低，所以實驗選用較低充氣量0.2 L/min較為適宜。

2.2.8 浮選時間對油泥清洗效果的影響

按照設定的初始條件，改變浮選時間，得到除油率隨浮選時間的變化曲線，結果見圖8。

圖8 浮選時間對除油率的影響

由圖8可以看出，油泥除油率與浮選時間成正比關系，當浮選時間在15 min以后時，除油率提升緩慢，實驗浮選時間選用15 min為宜。

2.3 油泥復配清洗劑洗滌效果評價

在2.2節確定的最佳實驗條件下，考察了各種油泥清洗劑在不同的藥劑濃度下的除油率，得到除油率隨藥劑濃度的變化曲線，結果見圖9。

圖9 各種清洗藥劑濃度對除油率的影響

由圖9可以看出，復配清洗劑的除油效果明顯優于常用傳統清洗劑，其中復配清洗劑>吐溫-80>十二烷基苯磺酸鈉>十二烷基硫酸鈉，各種油泥清洗劑除油效果與藥劑濃度成正比，藥劑濃度在0.008～0.01 g/mL時除油率趨于最大。

2.4 油泥清洗流程優化

在其他清洗條件不變的情況下對一次清洗過后的泥砂再次清洗，清洗效果見表2。

表2 清洗次數對油泥的除油效果 %

由表2可以看出，適當增加清洗次數能很好地提高除油率，經過三次清洗，油泥除油率達到93.4%，油泥殘油量降為1.74%，達到HJ 607—2011《廢礦物油回收利用污染控制技術規范》要求。

2.5 洗滌前后原油紅外表征

用四氯化碳萃取樣品，經旋轉蒸發器揮發溶劑得到原油，風干穩定后進行紅外光譜測定。油泥清洗前后的原油紅外光譜見圖10。

A—清洗后原油；B—清洗前原油圖10 清洗前后原油的紅外光譜

由圖10可以看出，經復配油泥清洗劑洗滌后，原油的主要紅外吸收峰位置沒有發生較大變化，判斷認為原油的主要成分沒有改變，處理后得到的原油具有較高的回收利用價值。

3 結 論

本文提供了一種環境友好型油泥化學清洗劑復配方案為APG-0810、PEG-4000、Na2SiO3之比為1∶3∶6(質量比)；采用化學熱處理與浮選結合的方法處理油泥，在熱洗溫度70℃、pH值為9、固液比為1∶6、浮選攪拌速度1 000 r/min、浮選充氣量為0.2 L/min、浮選時間15 min的條件下，對含油污泥進行3次清洗，除油率達到93.4%，處理后的泥砂殘油含量降為1.74%，除油效果優于常用傳統油泥清洗劑，回收得到的原油具有較高利用價值。