含油汙泥脫水技術及裝備的研究進展

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北極星水處理網訊:摘 要：油泥治理是有機溶劑汙染土壤修復領域的重要課題。脫水是油泥治理中的關鍵技術，對作業量和除費成本影響較大。本文從藥劑、工藝、裝備三方面對脫水研究方面的成果進行總結，以期提供進一步研究的方向和建議。

關鍵詞：含油汙泥；脫水；氧化

含油汙泥貫穿於整個石油產品的生產過程。每年我國新產生的含油汙泥有 80 萬 t，含油汙泥中大量的芳香族有機物可能會對土壤、地下水等產生難以降解的汙染，進而影響作業區周邊居民的健康。

隨著國家「土十條」「水十條」的相繼頒布，石化產業相關企業的油泥治理需要更徹底、更環保的處理方式。但含油汙泥的治理對環保技術人員來說，挑戰一直都在。脫水技術是油泥治理中的關鍵環節，一方面可以降低作業量，另一方面可以減少諸如熱處理過程中的能源消耗，從而降低處理成本。含油汙泥中的水分形態分為表面吸附水、間隙水、毛細結合水和內部結合水四大類 。實施脫水時，表面吸附水需要加入絮凝劑以破壞表面張力；間隙水由於是游離的，利用重力和離心就能分離；約佔汙泥總量15%~25% 的毛細結合水與汙泥顆粒的結合力強，需要較高的機械力和能量才能脫除；內部結合水大量存在於生物胞體內，需要採用加熱或生物分解的方式脫除。

1 脫水藥劑

油泥是複雜的混合物，分析含油汙泥的組分是脫水的前期工作。劉清雲等 採用正戊烷、正庚烷和甲苯，對長慶油泥進行了戊烷、庚烷和甲苯三級提取分析。元素分析結果表明，戊烷和庚烷提取液中主要是輕質烷烴和蠟狀固體，二者都是原油的重要組分，可以通過 90# 石油醚熱洗回收處理。紅外光譜表徵結果表明，甲苯提取物主要是富羧基瀝青質，酸值接近 360mg·g-1。為破壞瀝青質很強的分子間作用力，作者認為加入 Fe3+、Al3+ 等金屬陽離子生成金屬螯合物，可減少束縛水，加入兩性高分子絮凝劑形成高分子交聯網狀結構，能使內包結構中的水分子游離，加強脫水效果。中試實驗中，加入氧化鈣將長期存放的汙泥 pH 調節到 6.0~6.5，可以增加氫氧根的數目，減弱絮凝效應，促進脫水。最終，油泥含水率可降低至 33.6%，體積縮小 20 倍。

聚丙烯醯胺（PAM）是目前報導的廣泛用於含油汙泥脫水的表面活性劑。黃田等在脫水乾燥的實驗中先加入 2%（w）的脫水劑，然後分 2 次加入陽離子型 PAM 進行快速和慢速攪拌，處理後含水率降低了 20%。脫水後，幹化實驗中加入 5% 的氧化鈣混合煤粉可以用作燃料。鄭凌晨等在高含水油泥中加入 3% 的脫穩劑後，含水率降低 22%，之後按照 0.5g·kg-1 的投加量加入陽離子型 PAM，含水率降低約 3%。脫水油泥與煤的混合比例為 1∶5時，混合物熱值達到原煤的 90%，可以作為煤的替代燃料，實現資源的二次利用。杜國勇等以 3%的固體酸和強電解質為脫穩劑，按照 400mg·L-1 的濃度加入非離子型 PAM，此工藝下，含水率可低於55%。在中試放大實驗中，脫水後的汙泥經 0.178mm篩網過濾後，濾渣與煤按照 1∶2 混合後可製備可燃性燃料。韓卓等 [6] 在脫水藥劑的小試中發現，單因素試驗中脫水率較高的絮凝劑和表面活性劑分別是1500 萬分子量的 PAM 和非離子型脂肪醇聚氧乙烯醚。正交復配試驗結果表明，當非離子型脂肪醇聚氧乙烯醚的加入量為 1.5mL·kg-1，生石灰投加量為1%，聚丙烯醯胺投加量為 0.05% 時，真空抽濾脫水率達到 60%。此外，復配藥劑也有相關報導。閻松等把十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉和 PAM 作為復配藥劑，對含油汙泥進行離心前預處理，處理後的水層和油層分開進行離心，並在離心前進行攪拌。當轉速為 3000r·min-1、時間 20min、油泥和助劑的固液比為 2∶5(g/mL) 時，最高脫水率為 92.17%。

2 脫水工藝

芬頓及類芬頓氧化工藝是目前報導最多的脫水工藝。孫根行等探究了酸性條件下提高芬頓氧化法脫水率的方法。小試實驗結果表明，當 pH 為 4、雙氧水濃度為 2g·L-1、雙氧水與二價鐵的質量比為 4∶1、溫度 35℃、反應 1h、氧化鈣濃度 7g·L-1、轉速為 3000r·min-1、時間為 5min 時，得到的泥餅含水率低於 75%，石油類含量低於 2%。雙氧水用量的增加有利於降低離心上清液的石油類含量及濁度等指標。該方法的主要原理是羥基自由基氧化分解胞外聚合物，破壞了由胞外聚合物作為鏈橋形成的絮凝體，使得團狀胞外聚合物膠團變為絲狀。苑宏英等在比較了多種氧化劑對汙泥的脫水性能後認為，氧化性強並不一定有利於脫水，而是在氧化的同時增加具有絮凝作用的金屬陽離子，從而降低出料汙泥的比阻，金屬陽離子能夠與汙泥表面大量的負電荷和胞外聚合物形成鏈橋，加速沉降 。在光照 - 芬頓氧化的實驗中，Tokumura M等認為，除羥基自由基的氧化作用外，鐵離子可加速汙泥絮凝集團的瓦解。在後期的氧化過程中，鐵離子被嵌入活化的絮凝集團，有利於後續處理中內部結合水的脫除。微波是一種可快速加熱的儀器，陳小英等研究了微波與芬頓氧化結合的工藝條件，認為微波能夠加速汙泥中富電子集團顆粒的運動，增加相互碰撞的頻率，進而改變絮凝體的穩定性，提高胞外聚合物的濃度。胞外聚合物也被認為是導致汙泥難脫水的重要原因。芬頓試劑在後續的氧化過程中可以充分氧化胞外聚合物，對釋放出的胞外聚合物進行破解和重組，形成絮凝體，同時 Fe2+ 產生正負電荷顆粒中和的聚集效應，從而加速聚沉脫水。

3 脫水裝備

過濾是脫水的傳統方法，對含油汙泥粒徑及含油率進行分析，有利於過濾工段的實施。毛飛燕等採用改進的 DSC 檢測方法 [19]，對油泥中水滴的粒徑進行了測試分析，按照單因素實驗法和正交試驗優化法，對高黏度、水滴粒徑分布廣的含油汙泥的離心工藝進行了探究，結果發現，溫度和轉速是決定脫水率的關鍵因素。對粒徑小於 5μm 的油泥，轉速的影響較大；粒徑大於 10μm 的油泥，40min 的總時間才能達到 85% 的脫水率。劉會娥課題組利用自製的小型壓濾裝置，對壓濾過程中的影響因素進行討論。含油率和固體物粒徑是影響濾餅比阻的關鍵因素。含油率為 20.97%、平均粒徑為 289μm 的油泥無需加入助濾劑，壓差為 0.2MPa 時就能順利進行壓濾；含油率為 45.41%、平均粒徑 45.36μm 的油泥在相同壓差下無法壓濾，需要加入 15% 幹基油泥的助濾劑，含水率才能降到 60%。絮凝劑陽離子 PAM 和聚合氯化鋁均能降低比阻，利於壓濾，但聚合氯化鋁的使用會造成濾液發黃、渾濁的問題。將 1% 的陽離子 PAM 和 0.3% 的助濾劑復配，壓濾時間 3min 即可滿足成型和運輸需要。

離心機是研究較廣泛的設備。戴賞菊等 提出基於離心脫水機的技術改進路線，主要增加了汙泥濃縮罐、汙泥調理系統和汙泥輸送系統。通過增加濃縮罐解決對周圍環境的汙染，採用加熱的方式破壞絮凝體，加入 PAM 和 PAC 改變膠體的穩定性，增加隔離牆和輸送帶解決出料對室內空氣的汙染等，改進了原技術路線，項目的運行效果良好。李旭升等指出，離心前把預處理汙泥和絮凝劑一起加進離心機，可以加速輸送過程中絮凝體的破壞，從而精簡流程、降低成本。含油汙泥和不含油汙泥在運行中的脫水效果也不一樣。劉俊起等 指出， 3年多的運行結果表明，非含油汙泥經離心脫水後的幹汙泥含水率小於 80％，含油汙泥的幹汙泥含水率小於 85％。三泥單獨離心脫水時，會出現濾液顏色發黑、伴有油類懸浮物的情況。于振民等指出，浮渣、油泥和剩餘汙泥按比例加入，不會造成濾液COD 偏高、濾液渾濁的情況，原因是不同種類汙泥的排放規律不同，若在儲泥罐中隨機混合，很難找準離心機對應的參數，應該單獨儲存不同種類汙泥，在前期確立離心脫水參數的前提下，按比例混合。

李強報導了一種用於罐底油泥脫水幹化的移動車載離心脫水機組，最大的優點是佔地面積小、方便移動、自動化性能強。實際應用中，只需在平整地面上提供動力電源、自來水管即可快速作業。

在調整好絮凝劑濃度、轉速、差轉速的前提下，出料含水率小於 65%。李健光 [27] 報導了疊螺式汙水脫水機在油泥、浮渣和活性汙泥脫水中的應用。結果表明，處理油泥時，PAM 需要稀釋後再加入，出料含水率低於 55%；浮渣中投加 1mg·L-1 的 PAM，出料脫水率約 68%；活性汙泥中投加 1mg·L-1 的PAM，外加助凝劑，出料含水率約 80%。各種汙泥脫水後的濾液 COD 均低於 500mg·L-1，石油烴濃度小於 50mg·L-1，達到汙水廠的水質要求。類似的研究 也提到，活性汙泥與油泥按 3∶1 混合，加入 0.15% 的固體 PAM 攪拌後，水層厚、渣層薄，絮凝效果良好。之後採用三相臥螺離心脫水機離心，含水率由 95% 降到 70%。脫水後的油泥餅經高溫蒸汽二次加熱後，含水率進一步降低到 25%。相對於離心脫水機，壓濾機應用得較少，但也有報導。孫建成設計了一種撬裝移動式油泥砂脫水成套裝置，主要脫水部分是面積 40m2 的廂式壓濾機，其它組成分別是高效混拌器、加藥系統、分離收集系統及自控配電系統。在加入的助濾劑小於 5%、絮凝劑小於 0.005% 時，依靠調整壓濾時間，最低含水率達到 60.18%，平均含水率由 95% 降低到 80%，節約成本 100 元·m-3。

4 結論和建議

目前應用於汙泥脫水的表面活性劑大多是廣用型試劑，適用於多個領域，基於汙泥組分和性質的表面活性劑卻未見報導，因此研究開發含油汙泥專用表面活性劑是未來試劑開發可以考慮的方向。工藝處理主要集中在芬頓及類芬頓的氧化改性上，其它氧化劑的相關工藝報導很少，建議進行系統研究。脫水裝備的研發難度較大，研發周期長，研發成本高，需要有關部門集中資源和力量進行技術攻關。

原標題:含油汙泥脫水技術及裝備的研究進展

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