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            我國含油污泥處理處置技術研究現狀分析 含油污泥中含有大量可回收利用的石油資源,對含油污泥的資源化利用是處理處置含油污泥領域的重要發展方向

            放大字體  縮小字體 發布日期:2020-08-25  瀏覽次數:276
            核心提示:我國含油污泥處理處置技術研究現狀分析 含油污泥中含有大量可回收利用的石油資源,對含油污泥的資源化利用是處理處置含油污泥領域的重要發展方向
            中國給水排水2022年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會(第十三屆)邀請函暨征稿啟事

             中國給水排水2022年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會(第十三屆)邀請函暨征稿啟事
             



            我國含油污泥處理處置技術研究現狀分析   

            來源 : 環境邦

            含油污泥是混入了原油、各種成品油和渣油等重質油的污泥,一般產生于石油開采、煉制、儲運及含油污水的處置過程,含油污泥成分復雜,主要含有石油、污泥和水等,一般含水率約40% ~ 90% ,含重質油約 10% ~ 50% 。

            重質油是含油污泥中難以處理的部分。第二屆國際重質原油和瀝青砂會議( 委內瑞拉,1982) 定義重質油為: 在原始油層溫度下脫氣原油粘度為( 100 ~ 1000) × 10 Pa·s 或者在 15. 6 ℃及 0. 1 MPa 下密度為 934 ~ 1000 kg /m3 的原油。重質油成分復雜,對其按不同的族類進行分類和分離可以得到飽和烴、芳香烴、樹脂和瀝青質。據統計,現階段我國的石油化工行業每年約產生 300 萬 t 含油污泥,其中,勝利油田、大慶油田和遼河油田每年共產生的含油污泥可達 200 萬 t[1]。

            含油污泥是危險廢物,若得不到有效處理處置,將會帶來一定負面影響,表現在三個方面: ( 1) 含油污泥中石油類組分的揮發會導致周圍區域環境空氣中總烴濃度超標; ( 2) 未得到及時處理的含油污泥會污染地表水,甚至會造成地下水污染,使水中的 COD 和石油類物質嚴重超標; ( 3) 含油污泥中含有大量烴、酚、蒽和苯環化合物等有毒有害的有機物,某些物質具有致癌、致畸、致突變作用,因此,含油污泥已被列入《國家危險廢物名錄》。

            對含油污泥進行處理處置,可以減小其對環境的危害,還可以充分利用其中的石油資源。本文從含油污泥處理的一般邏輯出發,綜述了含油污泥的來源及危害、國內外含油污泥處理標準、現階段國內各大油田含油污泥處置技術和新興含油污泥處理處置技術,完整清晰地介紹含油污泥處理技術的發展現狀。

            1 含油污泥處理標準

            對含油污泥進行處理處置,首先要建立含油污泥排放限值標準。然而,在國際上,由于各地區地質和地理條件存在差異,以及各地區土壤對石油類有機物耐受程度有所不同,因此,目前對處理后含油污泥中總石油烴( TPH) 或含油量限值沒有統一國際標準。目前制定了含油污泥或石油烴污染土壤標準的國家有美國、沙特、加拿大、澳大利亞和新西蘭等 13 個國家或地區。

            美國大多數州均采用 1% TPH 或更低的濃度限值,其中較為嚴格的標準為夏威夷州和新墨西哥州的 0. 5% TPH,而密蘇里州的濃度限值則為較寬松的 5. 5% TPH。對于不同性質的土壤,或處理后用途不同的含油污泥,則又有不同標準,如科羅拉多州對敏感土壤和非敏感土壤分別提出要求,其 TPH 土壤限值分別為 0. 1% TPH 和 1% TPH,而蒙大拿州和馬薩諸塞州針對填埋 和 填 埋 土 壤 回 用 提 出 相 應 標 準,分 別 為 5% TPH 和 0. 5% TPH[2]。

            英國和歐盟均采用總有機碳( TOC) 作為污染土壤控制指標,其他國家或地區對含油污泥或石油烴污染土壤則采用 TPH或石油烴餾分作為控制指標。

            我國的《國家危險廢物名錄》《危險廢物鑒別標準》、GB18598 - 2001《危險廢物填埋污染控制標準》和 GB184842001 《危險廢物焚燒污染控制標準》等法律法規,均將含油污泥歸為危險固體廢物,但沒有對其含油量提出量化指標,僅《農用污泥中污染物控制標準》( GB 4284 - 1984) 限定了礦物油含量不得高于 3000 mg /kg。我國國內目前尚無含油污泥處理處置標準的統一要求,因此各大油田各自制定了相應標準,如遼河油田、勝利油田等規定,含油污泥清洗站處理工藝的控制指標為處理后污泥中含油量≤3%[3]。黑龍江省環保局制訂并發布了黑龍江省地方標準 DB 23 /T 1413 - 2010《油田含油污泥綜合利用污染物控制標準》,該標準對于用于墊井場、通井路及農用的處理后油田含油污泥建立了共 11 項污染控制指標,其中石油類含量≤2%[4]。

            2 現階段國內各大油田含油污泥處理處置技術

            本文以國內具有代表性的各大油田為例,介紹其含油污泥處理處置方面所用技術,綜合展現現階段我國含油污泥處理技術。

            2. 1 大慶油田

            大慶油田開發了適合大慶油田含油污泥處理的熱化學清洗工藝,輔以高效離心分離方式,形成了預處理、調質 - 離心處理的工藝流程。該工藝包括含油污泥流化與預處理裝置、調質裝置和離心處理裝置。采用流化預處理、調質 - 離心處理工藝的大慶油田第一座“杏北油田含油污泥處理站”于 2009 年 5 月建成并投入使用。該站處理規模為 10 m3 /h,經檢測,處理后含油污泥平均含油量為 1. 48% ,達到黑龍江省 DB 23 /T 1413 - 2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》規定的含油量≤2% 的要求,處理后的污泥用來鋪墊井場和道路。在“杏北油田含油污泥處理站”現場試驗較為成熟的基礎上,大慶油田依靠此技術陸續建成了“北一區含油污泥處理站”、“杏 V -Ⅱ含油污泥處理站”、“宋芳屯油田含油污泥處理站”,污泥處理總規模達 40 m3 /h。自 4 座污泥處理站投產運行以來,截至 2012 年 5 月,已經處理含油污泥 86555 m3 ( 含水 30% ) ,回收原油 25966 t,產生直接經濟效益 7919.63 萬元( 油價按照 3050 元/t 計) ,節約排污費 8655. 5 萬元,創經濟效益 1. 6575 億元[4]。

            大慶油田有限責任公司第七采油廠( 簡稱采油七廠) 自 2009 年始,先后應用了 5 套含油污泥污泥處理裝置,其中包括“污泥濃縮罐 + 兩級旋流 + 離心機”裝置、“污泥濃縮罐 + 疊螺機”裝置和“含油污泥預處理 + 調質裝置 + 離心機”裝置。各工藝效益評價表如表 1 所示[5]。

            表 1 含油污泥處理裝置效益評價表

            從表 1 所列各種工藝的投資和運行費用中對比可以看出,在運行費用上,“污泥濃縮 + 疊螺機”裝置的脫水工藝投資最少,處理費用較低。其中,采用該種處理工藝的 2#聯合站和 3#聯合站分別于 2012 年 9 月和 2013 年投入使用。2#聯合站處理能力為 10 m3 /h,前端工藝為“一級沉降 + 速沉器 + 精細過濾"工藝,污水處理規模為 5000 m3 /d,目前污水處理量為 3500 m3 / d,處理后的污泥平均含水率為 60.9% ,平均含油率為 3.2% 。3 #聯合站處理能力為 10 m3 /h,前端工藝為“一級沉降 + 懸浮污泥 + 二級過濾”工藝,污水處理規模為 5000 m3 /d,目前污水處理量為 5100 m3 /d,處理后的污泥平均含水率為 58. 6% ,平均含油率為 3. 1%[5]。

            2. 2 華北油田

            華北油田針對落地油泥和罐底泥的處理,華北油田岔一聯合站通過綜合比較各種處理技術,最終采用“預處理 - 化學熱洗 - 離心脫水”工藝,裝置年處理量為 6000 t /a,工程于 2014 年 5 月投產。處理過程回收部分污油,離心脫水后的污水可循環利用,無法利用的污水排入污水處理系統。處理后的殘渣實測含油率為 1. 21% ,達到 HJ 607 - 2011《廢礦物油回收利用污染控制技術規范》要求。含油污泥處理成本主要為藥劑費、水費、電費、燃氣費和人工費等,綜合核算處理油泥成 本 約 140 元/t[6]。

            2. 3 新疆油田

            新疆油田于 2004 年在九區建成一套規模為 25 m3 /d 的熱洗處理裝置并一直運行至今,對含油量為 32% 的落地油( 含大量的粘土和砂等) 采用熱化學洗滌工藝,可實現含油污泥中油、 水、泥三者分離,回收其中大部分油品,實現含油污泥的資源化。經熱化學洗滌可回收含油污泥中 85% 左右的原油,但處理后剩余干泥的含油量一般為 3% ~ 5% ,高于《農用污泥中污染物控制標準》( GB 4284 - 1984) 的含油標準( 3000 mg /kg) 。該法適用于含油量較高、乳化較輕的落地原油和油砂回收處理工藝中的預處理,管理簡單,運行成本相對較低[7]。

            新疆油田對烏爾禾油田 69 區稠油污水處理站排放的含油污泥進行“回轉爐”熱解的處理工藝中試。該工藝在隔絕氧氣條件下,通過熱解的方式,將含油污泥中重質組分轉化為輕質組分,而且在回收含油污泥中揮發性有機物和半揮發性有機物時,具有較高能量回收率。此外,該工藝的低溫還原性環境可使大多數金屬元素固定在固體產物中,同時防止二噁英的生成,減少大氣污染。該工藝中,脫水污泥( 或干化污泥) 在回轉式干燥熱解爐中 500 ~ 600 ℃條件下密閉反應,產生的油氣可回收利用,剩余殘渣可達標排放。烏爾禾油田 69 區稠油污水處理站所在地土壤為中性和堿性,處理規模為 10 t /d[7]。 2006 年,采用了“熱洗 + 助溶劑”技術的克拉瑪依博達油泥無害化處理廠建成,處理規模達 200 m3 /d。該廠優化設計了多級逆流洗滌、分段脫水、洗滌液充分回收利用等工藝過程,通過均質流化、曝氣氣浮、自動收油排泥等工藝手段,協同化學藥劑的作用使含油污泥中的乳化油破乳,達到使油品與污泥中無機固態物之間破解吸附并聚結上浮的目的。該廠處理后污泥中礦物油含量檢測值為 632 ~ 2277 mg /kg,達到了《農用污泥中污染物控制標準》( GB 4284 - 1984) 中的控制標準[8]。

            2. 4 中原油田

            中原油田從 1996 年開始進行水處理污泥調剖劑的研究與應用,在 1996 ~ 2003 年中共對 60164 m3 水處理污泥進行了 151口井的調剖,成功率為 98% ,有效率為 83. 2% 。油田試驗表明,注水井的啟動壓力和注入壓力有所上升,表觀注入洗漱降低,注入剖面明顯改善,注入井服務周期延長。增產原油 28381 t,經濟效益達 3069.55 × 104 元,投入產出比為 1∶8. 6。水處理污泥在調剖中的應用減輕了環境的污染,并使其變廢為寶[9]。

            3 國內外含油污泥處理處置技術發展

            含油污泥處理處置技術發展至今,已形成了多種新方法,包括超聲波處理技術、超臨界水氧化技術等,部分已投入使用。

            3. 1 超聲波處理技術

            超聲波處理技術是利用超聲波空化作用,破壞含油污泥的結構,使含油污泥中的污油從固體顆粒表面脫附,達到使含油污泥中油和泥沙分離的目的。超聲空化產生的微射流速度可·78· SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY 2018 年第 47 卷第 23 期 達 400 km/h,污泥在沖擊波作用下分解為顆粒狀,從污泥顆粒表面脫離。王新強等[10]研究了不同空化狀態下超聲波對含油污泥的除油效果的影響,發現弱空化條件比強空化條件的除油效果較好; 同時還研究了超聲波處理技術中多種因素對除油效果的影響,發現影響因素排序為: 超聲頻率 > 超聲功率 > 處理溫度 > 處理時間。李帥[11]在超聲波預處理 - 厭氧產甲烷的課題中,在預處理階段用超聲波技術實現油和泥的分離,并通過其空化作用,打碎石油烴的碳鏈,生成短鏈小分子物質,有利于下一階段的厭氧發酵處理。研究表明,超聲預處理能夠明顯提高厭氧反應器產甲烷的效率。

            3. 2 超臨界水氧化技術

            超臨界水氧化技術 ( Supercritical Water Oxidation,簡 稱SCWO) 是利用水在超臨界狀態( 374 ℃,22. 1 MPa 以上) 下所具有的特殊性質,使有機物在超臨界水中迅速徹底分解的一種技術。SCWO 對污染物降解徹底,且其過程中的熱能可回收利用,正得到越來越多科學工作者的重視。崔寶臣等[12]研究了超臨界水氧化后流出液的 COD 去除效果和可生化降解性以及氣體產物組成的變化規律,結果表明,COD 去除效果隨氧化溫度的升高而提升,處理后流出液的可生化降解性也隨著溫度的升高而得到明顯改善,在 450 ℃下氧化反應 10min 可使 COD 去除率達到 92% ,尾氣中除含 2. 64% 的 CO 外不含其它有害氣體成分,處理后的殘渣中基本不含有機物,主要為無機礦物成分,達到無害化處理要求。徐雪松[13]在研究中發現,在超臨界反應體系中,若存在 HCHO 或 NaHCO3 時,體系對有機物的去除率有明顯提升: 在初始反應條件下,體系對含油污泥 COD 的去除率可達 95% ,在向體系中添加少量 HCHO 后,去 除 率 可 提 至98% ,反應殘液的 COD 小于 15 mg /L。

            3. 3 微波處理技術

            微波輻射存在熱效應、電效應、磁效應和化學效應。微波輻射會破壞含油污泥中油水界面的 Zeta 電位,微波形成的磁場還能使非極性的油分子磁化,使含油污泥更容易破乳脫水。微波熱效應的特點是加熱速度快,反應靈敏,加熱均勻,效率高,選擇性好。利用微波的這一特性,可對含油污泥進行干化和脫水,使污泥中的油水乳狀液破乳分離,實現油、水、渣三者的資源化。潘志娟[14]在研究含油污泥微波熱解特性時發現,在對含油污泥進行離心處理前,先對其進行微波處理可有效對含油污泥樣品進行脫水。研究中還發現,微波熱解過程比管式爐熱解過程進行得更完全,反應產生的氣體品質更高,且液體產物中苯類有毒物質少,能有效減少二次污染的可能。謝水祥等[15]發 現,由微波處理技術得到的不凝氣體中,很大一部分都可以燃燒,各階段 C1 ~ C5 小分子氣體及氫氣含量均在 90% 以上,具有回收再利用價值。

            3. 4 含油污泥資源化

            近年來,在探究如何實現含油污泥有效資源化利用的過程中,眾多學者研究發現,煤和含油污泥混合燃燒的方法,是達到這一目的的有效途徑。煤與含油污泥混合燃燒時,混合試樣的著火溫度與煤單獨燃燒時的著火溫度低,有利用在對煤進行使用時,降低工藝所需能量,實現含油污泥的資源化利用: 顧利鋒等[16]測定了混合試樣的 TG 曲線和 DTG 曲線,用 TG - DTG 法[17]研究了混合試樣的燃燒特性參數,發現試樣的著火溫度從390 ℃降至280 ℃,燃盡溫度從 740 ℃降至704 ℃ ; 唐子君等[18]研究了混合試樣的 DTG 曲線和 DSC 曲線,發現當含油污泥的摻比為 25% 時,混合試樣的綜合燃燒性能最好; 吉樹鵬等[19]研究發現,當在煤中摻入 40% 的含油污泥時,混合試樣的揮發分初析溫度從 410 ℃降至 200 ℃,著火溫度從 510 ℃降至 275 ℃,燃盡溫度從 900 ℃降至 605 ℃,燃盡時間從 60min 降至 41min,F今對含油污泥摻煤燃燒方法的研究成果顯示出了較好的應用前景。

            污泥型煤在燃燒過程中會產生刺鼻性氣味,這會成為制約污泥型煤進行實際應用的重要因素,而國內現今對這部分廢氣的研究卻少見于文獻。筆者采用 Gasmat MX - 4000 型多組分煙氣分析儀對此部分廢氣進行了研究,發現廢氣中含有大量的CO 和 NO,各種摻混配比的污泥燃燒產生的廢氣中,CO 的含量大約在 0.1% 左右,NO 濃度在 3 ~ 40 ppmv 不等,廢氣中還含有CH4、HNCO 和 HCN 等有機有毒氣體。筆者擬在后續研究中,在污泥型煤中摻入吸附劑等添加劑,優化污泥型煤的燃燒效果及去除廢氣中的有毒有害氣體。

            4 問題與展望

            含油污泥大部分處理處置方法仍存在著較多的不足之處,如二次污染嚴重、成本較高、整體利用率低及綜合性不高等,F階段主要的含油污泥處理處置技術優缺點如表 2 所示。

            表 2 含油污泥處理技術綜合比較

            ( 1) 含油污泥中含有大量可回收利用的石油資源,對含油污泥的資源化利用是處理處置含油污泥領域的重要發展方向。含油污泥摻煤燃燒資源化利用技術是今后的發展重點之一,關鍵在于燃燒過程中減少有毒氣體排放,如添加廢氣吸附劑等,以實現工業化、產業化利用。

            ( 2) 含油污泥的光催化技術也是一個重要的發展趨勢。在含油污泥中添加光催化材料,可將含油污泥中的長鏈重油轉化為短鏈小分子物質,便于后續處理,較為理想的處理環境如新疆沙漠地區,不僅有長時間光照,還有較高溫度,如同時添加合適的熱敏性氧化劑,有助于提高含油污泥的光催化協同氧化處理效果。( 3) 在積極探究、開發新技術的同時,還應將多種新技術相結合,把新技術與已有技術結合起來,探尋一條適合我國處理含油污泥的經濟、有效的路徑。

             
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            德國深度水處理技術應用介紹  主講人:     楊帆, 德國亞琛工業大學經濟工程專業,獲碩士學位,工程方向主修水處理 題目: 新時代中國水安全保障的應對策略  直播時間 8月12日下午 14-16點   主講人:侯立安 院士,環境工程專家。2006年畢業于防化研究院,獲博士學位。兼任教育部高等學校環境科學與工程類專業
            題目 :ThermylisTM – 一種城市污水污泥無風險處置的最佳解決方案     主講人:  史平     蘇伊士水務工程污泥領域技術負責人    直播時間:2020年7月31日 (周五)下午 題目:中國污泥堆肥25年     直播時間 : 7月24日周五下午 14-16:30分   內容提綱:  堆肥技術在中國污泥處理領域的實踐回顧、典型案例分析與思考。  主講人 :王濤,研究員,研究生導
            直播時間:8月3日14:00-16:00 (包括答問) 直播題目:威立雅先進的污泥焚燒解決方案 報告內容:威立雅公司介紹、威立雅的污泥焚燒技術以及與其他國內污泥焚燒工藝的一些對比。 演講人:宮曼麗博士 宜水環境章衛軍:應對極端氣候不確定性的韌性城市建設
            題目:學之于水,不學之于禹也---河道設計的國際視野和綜合途徑      直播時間 2020年7月28日 14-16點  主講人: 吳昊   WADI設計創始人,荷蘭注冊景觀設計師 國際水利與環境工程 任南琪 院士 : 樹立海綿城市理念,打好黑臭水體治理攻堅戰|劉政:提質增效核心技術第四代排水系統——清污分流
            直播題目:環境工程規劃與設計中的生態學思考   直播時間7月16日下午14-16日   主講人:魏俊,正高級工程師,現任中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司生態環境工程院副院長 賀凱:日本下水道發展,污染控制策略及相關前沿水污染控制技術     報告人賀凱本科,碩士,博士分別畢業于南開大學(2009年),清華大學(2012年),和京都大學(2016年)環境工程專業。博士畢業后
            直播主題: 《城市綜合管廊建設發展現狀及未來發展趨勢》直播時間:7月8號下午 14-16點   主講人:油新華   油新華,博士,教授級高工,F任中國建筑股份有限公司技術中心副總工程師,中國市政工程協 報告題目:  海綿城市原理下的城市水系統的構建思路和實例解剖  M.Sc. Chiyan Peng  理學碩士 彭赤焰先生 簡介     德國漢諾威水協的漢諾威水有限公司 總經理 主要負責中國業務,i
            貝德光:城市污水處理廠應對新冠肺炎疫情處理處置對策及思考——以南寧為例 尹海龍,同濟大學環境科學與工程學院教授,博士生導師。主要從事城市水環境治理、水環境系統工程、城市面源污染控制等方面的研究,先后主持國家自然科學基金、水體污染控制與治理科技重大專項課題、子課題和省市級項
            同濟大學環境科學與工程學院 教授、博士生導師  李光明:系統視角的城市水質控制理念與技術 中國市政工程西南設計研究總院第五設計研究院副院長、總工 周艷莉:“幸福河湖”背景下的水環境綜合治理| 中國建筑西南設計研究院景觀設計院副總工 譚春:TOD城市公園水系統海綿城市及生態構建設計策略研究
            孫躍平 博士:非開挖修復技術的分類及在我國的適應性分析    孫躍平 博士 為 上海市領軍人才,上海市突出貢獻專家協會環境專委會副秘書長,上海市排水行業協會理事。高級工程師,亞太地區注冊工程師(APE 霍槐槐:SediMag磁混凝沉淀技術在普通高效沉淀池改造中的應用
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