阎 松, 邵鲁华， 蔡凌云， 郭 铁， 苏振生

(1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；2.中国石油抚顺石化分公司石油三厂，辽宁抚顺 113004)



油田脱油油泥离心处理的研究

阎 松1, 邵鲁华1， 蔡凌云1， 郭 铁1， 苏振生2

(1.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001；2.中国石油抚顺石化分公司石油三厂，辽宁抚顺 113004)

采用药剂法对除油后的罐底泥泥渣与浮渣油泥进行离心处理，以脱水率为指标，确定达到最佳分离效果时的操作条件。结果表明，离心转速为3 000 r/min，离心时间为20 min，离心助剂加入体积为10 mL，离心前搅拌时间为9 min，处理量为4 g，药剂法处理后的泥渣与浮渣油泥的最佳质量比为4∶1，在此最佳工艺条件下，脱水率可达92.17%。另外，研究表明离心前的预处理(搅拌)有助于提高油泥的脱水率。

含油污泥； 罐底泥； 浮渣泥； 离心； 脱水率

石化行业的原油储罐，每隔5年左右需清罐一次，即使经过二次蒸罐拔油处理，底层含油污泥的量至少仍占其储存容量的1%以上，再加上浮渣泥与落地泥，数量十分可观，而这种污泥中含有大量的苯系物、酚类等恶臭有毒物质，不能直接排放，处理不当还会造成二次污染[1-2]。因为其巨大的危害，20世纪90年代以后，一些发达国家除了对含油污泥实行严格的法规，还深入研究了其处理处置技术。总体来讲，含油污泥的生物处理技术处理周期长，工艺条件苛刻，物化处理技术简单，国内外学者研究较多，目前各油田对含油污泥初步处理采用药剂法较多[3]。药剂法能回收油泥中的油，但药剂法处理后含水率高的油泥已成为该方法的遗留问题[4-5]。本实验主要研究药剂法除油后的罐底泥泥渣与浮渣油泥混合，离心处理制成泥饼的优化条件，以脱水率为指标，确定达到最佳分离效果时的操作条件。

1 实验部分

1.1 实验原料及试剂

实验原料：某油田罐底泥和该油田污水处理厂的浮渣油泥，采样时间2012年8月和2013年4月，油泥理化性质如表1所示。

表1 某油田罐底泥和浮渣油泥

实验试剂：十二烷基苯磺酸钠，分析纯，抚顺洗化厂；碳酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；聚丙烯酰胺，北京环保公司。

1.2 实验设备

电热恒温鼓风干燥箱，郑州长城科工贸有限公司；电子天平，德国赛多利斯艾科勒集团公司；恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；离心机，上海利鑫坚离心机有限公司。

1.3 实验步骤

预处理是将罐底泥用复配化学药剂进行处理，静止分层回收浮油，得到处理后的泥渣与含有药剂的废水。具体方法如下：按照配方向罐底泥中依次投加十二烷基苯磺酸钠(4 g/L)，碳酸钠(1 g/L)，聚丙烯酰胺(30 mg/L)，其中药剂体积比为1∶2∶1，药剂与污泥液固质量比为6∶1。50 ℃水浴条件下，搅拌20 min，自然静置分层，除浮油，得到处理后的罐底泥的泥层(泥渣)与废水层(离心助剂)。以罐底泥的泥渣为实验对象。

将泥渣掺入一定量的浮渣油泥，适当搅拌后，离心处理，处理后的水可作为油田回注水，残渣可用于制煤。离心处理中考察以下影响因素[6]：离心时间、离心速度、泥渣和浮渣油泥质量比、处理量和离心助剂用量。其中，离心助剂为化学药剂法处理后的含有药剂的废水(废水中含有十二烷基苯磺酸钠、碳酸钠、聚丙烯酰胺)，加入离心助剂目的是加速含油污泥的破乳分层[7-8]。其中，含水率的测定方法如下：(1)取小坩埚若干个，放入温度为105 ℃的烘箱中，烘干1 h后取出，放入干燥器中降至室温称重(ma)。(2)分别称取5 g左右处理后的泥渣或浮渣泥(mb)放入小坩埚中，放入105 ℃的烘箱中，烘干4 h后取出，放入干燥器中降至室温后称重(mc)。

计算含油污泥的含水率公式如下：

(1)

式中，ma为坩埚质量，g；mb为未处理污泥样品质量，g；mc为烘干后污泥样品和坩埚质量，g。

混合泥脱水率ξ计算公式如下：

(2)

式中，m0为坩埚质量，g；m1为处理后的泥渣质量，g；m2为浮渣泥质量，g；m3为离心后混合泥与坩埚总质量，g；W1为处理后的泥渣含水率，%；W2为浮渣泥含水率，%。

具体实验流程如图1所示。

图1 离心处理流程图

Fig.1 Centrifugal process flow chart

2 结果与讨论

2.1 离心时间的考察

浮渣油泥和处理过的含油污泥泥渣各称取 2.5 g，混合后加入5 mL离心助剂，为使离心助剂和含油污泥混合充分，连续搅拌5 min后，倒入离心管中，离心转速 3 500 r/min，污泥离心时间分别为10、15、20、25、30 min，在不同的离心时间下处理含油污泥，做出离心时间-脱水率曲线，分析得出最佳离心时间，结果见图2。调质-离心技术能够提高含油污泥的脱水率，这是因为污泥颗粒上的水滴的附着力小于其做圆周运动的向心力，离心因此起到了泥水分离的作用。一般来说，离心时间越长，油、水、泥三相在离心力的作用下分离的越充分，如图2所示，离心时间从10 min延长到20 min，脱水率从50.72%增加到78.00%，离心时间为20 min 时脱水量达到峰值(脱水率78.00%)，达到峰值后脱水率随离心时间延长增加并不明显[9]。因此，最佳离心时间为20 min。

图2 离心时间对混合泥脱水率的影响

Fig.2 The impact of time of centrifugation on mixed mud dehydration rate

2.2 离心转速的考察

设定离心转速分别为2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 r/min，在不同转速下处理含油污泥，结果见图3。由图3可知，离心转速由2 000 r/min增加到3 000 r/min时，脱水率从49.86%增加到83.33%，根据Stock公式，即v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，当离心速度(ε=ω2×r)增大时沉降速度v也随之增加，从而使分离效果增强。随离心速度增加，脱水率达到最大值后基本保持不变。综合考虑，某油田污泥在实验室小试时，最佳离心转速为3 000 r/min。

图3 离心转速对混合泥脱水率的影响

Fig.3 The impact of centrifugal speed on mixed mud dehydration rate

2.3 离心助剂加入量的考察

对两次取样的某油泥进行测定，密度分别为0.75 g/cm3和1.2 g/cm3，自然状态下的含油污泥状态稳定, 类似于胶体物质。药剂法处理时油泥中加入的复配药剂中含有絮凝剂，离心分离出来的水层就含有絮凝剂，实验将其作为分离的助剂加入离心油泥中，目的是促进油泥絮凝固体的形成，利于离心分离，同时可以节约药剂用量。离心助剂的加入体积分别为4、6、8、10、12 mL，实验结果见图4。

图4 离心助剂加入量对混合泥脱水率的影响

Fig.4 The impact of the reagent water quantity on mixed mud dehydration rate

由图4可知，离心助剂加入量从4 mL增加到8 mL时，脱水率从46.42% 增加到86.04%，这是因为，离心助剂量增加，对污泥颗粒的絮凝作用增强，污泥颗粒粒径增大。根据Stock公式，即：v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，可知污泥颗粒粒径增大，沉降分离效果提高。离心助剂加入体积由8 mL增加到12 mL，脱水率的增加幅度在2%～3%，考虑到投入离心助剂量的增加同时增加能耗，因此，最佳离心助剂加入量为10 mL。

2.4 前处理对离心的影响

离心前的搅拌处理属于调质[10]，在不同的搅拌时间3、5、7、9、11 min时，测定含油污泥脱水率，作出搅拌时间-脱水率曲线，结果见图5。由图5可知，搅拌前处理能够提高含油污泥的脱水率，搅拌3 min时，含油污泥脱水率仅为40.52%，搅拌时间延长到5 min以上，脱水率能提高30%～40%，而且离心前处理搅拌时间越长，搅拌越充分，药剂与油泥接触越彻底，污泥颗粒的絮凝作用越强，从而使污泥颗粒粒径增大。另外，搅拌可以加速含油污泥表面泥沙的脱落，有利于油滴从含油污泥中分离，实验证明含油率为10.08%的罐底油泥和浮渣油泥经离心处理后含油率为5.24%。综合考虑，离心前的搅拌处理时间为9 min。

图5 搅拌时间对混合泥脱水率的影响

Fig.5 The impact of stirring time on mixed mud dehydration rate

2.5 处理量的考察

浮渣泥和处理过的含油污泥泥渣按质量比1∶1混合，然后分别取2、4、6、8、10 g混合后的污泥处理，实验结果见图6。由图6可知，对于小型实验用的离心机(分离因数1 960)来说，处理量在2～4 g时，脱水率在88.11%～87.54%；但当处理量由4 g增加到10 g，脱水率迅速降低至49.93%。由此可见，进行工程试验时，为了获得较好的脱水效果，需要进行处理能力的考察。另外，离心机的处理量增大也会增加电力消耗。综合考虑，对应小型实验用的离心机来说，处理量选为4 g。

图6 处理量对混合泥脱水率的影响

Fig.6 The impact of handling capacity on mixed mud dehydration rate

2.6 泥渣与浮渣泥配比对脱水率的影响

处理后油泥与浮渣泥不同质量比的脱水率结果见图7。

图7 处理后泥渣与浮渣泥的配比对混合泥脱水率的影响

Fig.7 The impact of ratio of sludge processed and mud scum on mixed mud dehydration rate

由图7可知，加入离心助剂处理后随泥渣的比例增加，脱水率随之增加，这是因为处理后泥渣中还

有一定量的药剂。实验不考察浮渣泥的脱油率，因为相对罐底泥来说，浮渣泥含油率较低，脱水后的污泥将制作型煤，留有一定量的油可以提高煤的热值。因此，综合考虑，药剂法处理后的泥渣与浮渣泥质量比为4∶1，此时脱水率达到92.17%。

3 结论

处理后的罐底泥泥渣含水率86.84%，浮渣泥含水率52.37%。将处理后的罐底泥泥渣掺入一定量的浮渣泥，离心助剂采用药剂法分离出来的上层液，适当进行搅拌后，离心处理，离心最佳工艺条件：加入离心助剂量为10 mL，预处理搅拌时间为9 min，离心处理量为4 g，罐底泥处理后泥渣与浮渣泥质量比为4∶1，离心时间为20 min，离心转速为3 000 r/min。在此最佳工艺条件下，脱水率可达92.17%。

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(编辑 宋官龙)

Centrifugal Treatment of De-Oiled Sludge of Oilfield

Yan Song1, Shao Luhua1, Cai Lingyun1, Guo Tie1, Su Zhensheng2

(1.LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001,China; 2.RefineryNo.3,PetroChinaFushunPetrochemicalCompany,FushunLiaoning113004,China)

The treatment conditions of centrifugal de-oiled sludge are investigated. As a result, the optimum operation conditions are obtained. The dehydration rate can reach 92.17% when de-oiled sludge are first stirred for 9 min before centrifugation, then centrifuged at 3 000 r/min centrifugal for 20 min speed, under conditions of 10 mL centrifugal additive, 4 g handling capacity and 4∶1 of the de-oiled sludge and scum mud. In addition, it is demonstrated that stirring before centrifuging is helpful to improve the dehydration rate of oily sludge.

Oily sludge; Tank bottom sludge; Scum mud; Centrifugation; Dehydration rate

1006-396X(2015)04-0027-04

2014-11-17

2015-03-17

国家自然科学基金青年基金资助项目“油田脱油油泥离心处理的研究”(20903054)；辽宁石油化工大学2012年大学生创新创业训练计划立项项目(2012019)。

阎松(1978-)，男，硕士，实验师，从事绿色化学与催化研究；E-mail:yansong5859@sina.com。

TE992.4； X74

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.006