含油污泥資源化處理技術研究進展

任蕊，蘇華，李叢妮，孫群寧，彭逸峰，楊東元

(陜西省石油化工研究設計院，陜西 西安 710054)

含油污泥產生于油田、煉廠的污水處理場，是在石油開采、運輸、煉制、脫水脫鹽及含油污水處理過程中產生的含油固體廢物。其重要來源于隔油池底、曝氣池、浮選池、脫水罐、污油罐、儲油罐等底部，貫穿于原油處理、儲運、含油污水處理等生產過程中，每年都產生大量的油泥[1-2]。含油污泥除了含有泥沙、乳化油等固體雜質外，還含有大量的化學添加劑(如絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑等)，若不及時處理，將污染土壤和地表水中的COD、BOD和石油類濃度超標，破壞生態環境。隨著國家對環保要求日趨嚴格，含油污泥已被國家列為危險固體廢棄物(HW08)，減量化、無害化、資源化處理已成為油泥處理技術發展趨勢，迫在眉睫。

1 含油污泥的種類及現狀

含油污泥伴隨著原油采、煉、集、輸各個環節，按其來源主要可分為來源為原油、半成品油及成品油集輸過程中所形成的罐底油泥，煉油廠污水處理系統隔油池底泥、生化污泥及氣浮裝置浮渣所形成的“三泥”及在原油開采過程中形成的落地油泥三大類。含油污泥中一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%，根據不完全統計僅我國年產含油污泥就達900萬t以上，我國石油石化行業中，石油勘探開發作業的含油污泥中含油率一般在8%～55%之間，含水率在45%～92%之間，根據調研普查，我國大慶油田、勝利油田、大港油田、河南油田每年產生含油污泥分為約有1.5萬t、15萬t、20萬t、8萬t以上。我國延長油田產生的油泥主要涉及煉化、油田及管輸三大板塊。伴隨原油的采、集、輸、煉各個環節。主要為油田、煉化及管輸公司各類原油、成品油儲罐罐底油泥、污水處理廠三泥及落地油泥三大類，2013年油氣產量已經達到了1 240萬t，原油加工量達到1 200萬t以上，在石油生產、煉制過程中產生的各類含油污泥如大罐沉降污泥、污水處理過程產生的含油污泥、石油突發事件產生的含油污泥、廢棄的活性污泥等也隨之增加。

表1 我國主要油田石公司含油污泥年產值情況

這些含油污泥具有組成復雜、來源廣泛、數量巨大，且含有大量對環境有毒有害的成份，處理難度大等特點[3-4]。

圖1 延長石油集團含油污泥主要來源及數量

2 國內外含油污泥處理方法研究

含油污泥的種類較多、性質也較為復雜，相對應的處理工藝技術和設備裝置也呈現多元化。目前，含油污泥最普遍、最常用的處理工藝技術有以下幾種：①機械分離法；②焚燒法；③熱解析法；④萃取法；⑤綜合利用法。由于諸多方法存在著一些弊端而使際實應用受限，在國內未有效地普及應用。所以，探究出一種能將油泥資源化利用又可徹底處理油泥污染的高效實用的處理方法，必然有廣大的市場需求。

2.1 機械分離法

機械分離法是利用破乳劑改變含油污泥顆粒的結構，借助重力、氣浮等作用采用三相離心機對預處理后的污泥進行油、水、泥三相的分離，以滿足污泥達標排放或再生利用要求，處理后原油回收率可達95%以上。機械分離法在國內外已經是相當成熟的技術，國外也研制出大量的高分子復合絮凝劑以滿足系列新型高效溶劑萃取處理技術的應用，在含油污泥化學調質方面取得了突出的成績。

德國OMW公司、ESSO公司及國內長慶油田公司就是使用的機械分離技術。向油泥里加入有機絮凝劑，攪拌加熱至50～85℃，采用三相臥式螺旋離心機將含油污泥分為三相，在三相離心系統內進行含油污泥處理，該技術的核心就是可調葉輪技術，根據不同的油水密度差進行調節，加入溶劑對油泥中的原油進行萃取分離后，最后再采用立式疊片分離機進行精煉油相，以達到油泥處理指標。

機械離心機分離優點在于能利用離心力的作用將物料比重差增大，實現了比重差較小的物料分離技術。該方法的技術難點是選用適用的離心分離設備，根據現場的使用量進行相應的的選配，缺陷是使用的量較小，操控難度大。該方法只能作為含油污泥的預處理方法，不能滿足對廢棄物填埋要求，需要后續輔以深度處理，才能實現污泥更徹底的處置。

2.2 焚燒法

焚燒法是利用助燃劑將油泥中的有害物質(一定熱值的有機成分)深度氧化來處置污泥[5]。德國、法國的石化企業多采用焚燒的方式，污泥先經過調制、脫水、濃縮干燥后形成泥餅，在焚燒爐進行焚燒。焚燒過程中產生的熱能用于發電、供熱。灰渣用于修路，含油污泥燃燒工藝有直接焚燒法和加乳化劑燃燒法。直接焚燒法是采用焚燒爐(回轉爐、多段爐)將脫水或風干后的污泥，直接進行燃燒，達到無害化。加乳化劑燃燒法是將含油污泥在表面活性劑溶液中與聚合物混合、乳化后加入爐中燃燒。該法主要針對含油量高(>35%)的污泥處理，受爐中火焰的影響大，穩定性要求高、技術難度大。

目前，國內焚燒爐按焚燒室分類可分為:單室焚燒爐和多室焚燒爐。按爐型分類可分為固定爐排爐、耙式爐、回轉窯、機械爐排爐、流化床焚燒爐等爐型。我國大多數煉油廠采用焚燒處理污水處理場的含油污泥。據普查分析，我國諸多油田公司、煉油廠及石化公司處理含油污泥采用的也是不同形式的焚燒爐。譬如：新疆油田的焚燒裝置采用的是機械爐排爐、長嶺石油化工廠采用的是順流式回轉焚燒爐、燕山石化公司煉油廠采用的流化床焚燒爐，各種焚燒爐處理油泥的效果均良好，滿足國家標準要求。

焚燒處理法優點是有機物能夠迅速、徹底碳化，大幅度減少可燃性廢物的體積，擬制有害的重金屬離子溶出，徹底消除有害細菌和病毒，破壞毒性有機物，另外，處理污泥速度快，可就地焚燒，并能回收燃燒產生的熱能。焚燒處理法是目前處理固體廢物最深度、徹底的主流方法工藝，長期以來一直備受國內外大多數油田及煉油廠歡迎并采用。

但該方法對污泥預處理脫水要求高(要求污泥含水率<40%)，存在一定的缺點：①易造成二次污染(飛灰、煙氣和爐渣)，為了減少二次污染，需要另外配置控制污染的設備，增大設備成本；②投資和運行費用較高；③計劃實施困難大；④污泥中的有用成分未得到充分的利用。

2.3 熱解法

圖2 熱解法處理含油污泥工藝

另外，國外諸多大型油田公司利用鍋爐排放的熱廢氣干燥處理含油泥餅的熱解吸工藝技術。譬如挪威石油公司開發一種名叫的TERMTEch熱解法工藝，即在反應器中(裝有密鋼葉片轉子)，將污泥加熱至400 ℃左右，通入蒸汽使烴類裂化分離并冷凝回收。該技術是從泥餅中回收油，泥渣(烴含量小于500 mg/L)達到填埋要求，可直接填埋處理。該工藝技術含量較高，對反應條件要求苛刻，處理費用較高，操作也較為復雜，尚須進一步完善。

2.4 萃取法

萃取是一種用以處理泥沙多顆粒小含油10%～20%的含油污泥的有效技術。該工藝根據“相似相溶”原理，利用液體中各組分在萃取劑中溶解度的差異實現分離的方法。其主要技術工藝是將含油污泥與萃取劑混合，利用相間傳質作用將油萃取至萃取劑中，再利用密度差作用力將萃取相與萃余相分層，從而實現含油污水的凈化。后續可采用蒸餾分離萃取劑和油，同時可循環使用萃取劑。超臨界流體萃取技術(SFE)簡稱超臨界萃取，是一種將超臨界流體作為萃取劑，把一種成分(萃取物)從混合物(基質)中分離出來的技術。也是一種前沿性、創新性的含油污泥萃取技術。最常用的超臨界流體有二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷、丙烷等[8-12]。

1991年，美國環保局已將煉油廠廢物溶劑萃取技術評定為最佳實用性工藝。與污泥焚燒處理技術比較，溶劑萃取工藝具有溶劑可循環回收利用，大大降低處理費用，經濟效益高等優勢。與其他方法相比，萃取法的優勢有：①工藝簡單、選擇性高；②易連續化和遠程操作；③改善環境；④節約能耗；⑤脫油率可達90%以上。與此同時，該技術也存在一些缺點，譬如萃取劑價格昂貴。溶劑比大萃取效果好，但對萃取設備的負荷變大，能耗增大。由于成本高，該項油泥處理技術還未充分得到煉廠含油污泥實際應用中，因此，制備出性能優異且價格廉價的萃取劑將成為萃取法處理含油污泥技術未來發展的關鍵思路。

2.5 各種處理方法比較

在上述的幾種含油污泥處理工藝中，機械離心法分離具有適應性強，可回收大部分油等優點。但是對于不同的煉廠產生的含油污泥，需要選用適用的離心分離設備。一般具有一次投資大，需要配備大量工作人員，征用土地，并辦理安全、環保等手續，長期運行費用低，適合規模化連續作業，對于產生油泥有一定量的要求，否則運行成本高。該處理方法只適合于作為含油污泥的預處理，要實現污泥的資源化、無害化處理，就必須輔加后續相關的深度處理技術工藝。

焚燒法處理含油污泥的優點是碳化效率高，可最大限度地減少污泥體積。另外，焚燒法處理污泥周期短、速度快，減少長期儲存和遠距離運輸，可以就地焚燒。備受國內外大多數油田及煉油廠歡迎。缺點是運行成本較高，計劃實施較困難，在焚燒過程中易產生二次污染，污泥中的有用成分未得到充分的利用。產生大量飛灰、爐渣和煙氣。

含油污泥的熱解法處理技術是在絕氧條件下將烴類及有機物解吸，使烴類回收利用。但熱解法處理工藝的缺點是在高溫處理技術含量較高，反應條件苛刻，處理費用較高，操作復雜。目前，在國內外煉油廠采用這種熱解法處理含油污泥工藝的較少，大多數還處于實驗研究階段。

萃取法處理含油污泥效率高，可將絕大多數石油類物質回收再利用。但該工藝再處理含油污泥中的輕質烴組分和重質的聚合芳烴涉及到蒸餾等一系列技術，至少需要進行兩步萃取技術，每一步的萃取劑也不同，所以實際操作起來也是比較復雜。而且目前萃取劑的價格比較昂貴，大大增加了運行成本。因此，該項技術還處于實驗室研究階段，那萃取劑的性能好壞以及價格高低將成為萃取法處理含油污泥未來發展的關鍵點。

表2 含油污泥處理方法對比

綜上所述，含油污泥的分離措施眾多，每種方法都有其自身的優缺點和使用范圍。許多先進的含油污泥處理技術在國外已有成功的案例，并已取得了突出的成果[13]。借鑒國外已有的先進案例，我國延長石油集團主要圍繞困擾石化行業安全生產的油泥危廢利用這一重大課題，以煤化工清潔生產的先進設備進行石化行業危廢處置，跨行業、跨系統耦合實現了油泥的減量化、資源化及無害化處置并實現經濟產出。建成一套工業示范化裝置。目前已于集團內延安煉油廠﹑永坪煉油廠﹑榆林煉油廠﹑延安石化廠達到油泥處置協議。僅延長石油每年可節省近一億元油泥處理費用(年產20萬t油泥，噸處理成本0.045萬元)，回收其中原油資源近5萬t，節約氣化煤炭資源3 000 t，總計效益近3億元。該項油泥分離與資源化利用技術于2014年被陜西省科技廳與陜西省環保廳聯合鑒定為國內領先水平[14]。雖然國內含油污泥技術也取得了一些進展，但是由于受我國的各方面條件不成熟的影響，導致以上諸多高效的技術在我國未能得到實質性的應用。因此，我國只有借鑒其精華,開發出適用于我國實際情況的污泥處理技術。

3 含油油泥化學分離技術

化學分離技術處理含油污泥就是采用化學藥劑對含油污泥進行化學反應處理，以提高除油脫水效率的一種方法。含油污泥的化學分離的關鍵在于含油污泥的原油回收和脫水。目前，國內外對含油污泥的化學分離技術主要包括以下幾種：表面活性劑洗脫技術、破乳劑脫水技術、化學混凝技術以及綜合利用等技術，且每一種化學分離技術處理含油污泥都有各自優缺點，具體分析對比見表3。

表3 含油油泥化學分離技術對比

通過調研國內外含油污泥處理技術現狀、專利等知識產權情況，其分析結果為：國內現有機械設備工藝處理的專利13項，化學處理的基本處于論文發表，調剖也有現場試驗的情況，但都沒有解決實質的問題，主要表現在油泥量大，不能充分發揮整體在節能環保方面的作用，作為化學處理、機械設備處理、調剖的三位一體技術國內還沒有見到報道。

4 展望

含油污泥的處理技術諸多，無論那一種處理技術都有它的優點、缺點以及其適用場所和范圍，建議今后含油污泥處理方法從以下幾方面考慮：

(1)對油泥的來源、組成、數量及性質進行全面、詳實的普查及對油泥的物性、成分、環境危害性等進行系統、細致的分析研究，所得到的油泥普查與分析數據為后續油泥資源化工藝研究、方案論證、評價分析、工程化設計及工業化應用提供理論指導、數據支持及決策依據。

(2)機械離心技術具有適應性強，可回收大部分油等優點，前期具有一次投資大，需要配備大量工作人員，征用土地，并辦理安全、環保等手續，長期運行費用低，適合規模化連續作業，對于產生油泥有一定量的要求，否則運行成本高；處理后的殘渣不能得到資源化利用，存放存在環保隱患。按照我國環保相關政策對廢棄物填埋的嚴格要求，該處理方法只適合于作為含油污泥的預處理，要實現無害化處理污泥，就必須輔以后續的深度處理方法。作為水煤漿的添加劑使用具有很好的創新意義。

(3)化學處理是油泥處理中經常應用的一種方法，具有一次投資小，不需要設備投資，也不需要場地等各種手續，完全可以利用現有設備進行作業，產生的廢水、油可以利用現有系統接受，適合油泥量不大的場合；缺陷是投資是長期性，藥劑的研制是根據油泥特性進行研制和應用。

(4)物理和化學的處理辦法等各種技術優缺點共存，可以相互結合使用，減量化不是目的，需要更好的資源化利用技術進行配套，在減量化的過程中實現性價比的最優化。

建議根據各自的實際情況確定具體方案，通過優化方案，將減量、資源化利用提高到一個很好的經濟與社會效益上來，指導未來的工作。