多梯度耦合技术处理辽河油田污油泥及污泥处理综合再利用试验研究

刘荣香

禹涵（上海）环保科技有限公司

摘要：污油泥是原油开采、油田集输等过程中产生的污染物，它的成分较为复杂，处理困难。本试验针对辽河油田污油泥，以资源化、减量化和无害化为原则，采用多梯度耦合污油泥处理技术对其进行处理，利用电磁场、声波等多种物化作用，实现污油泥的高效破碎与溶解，油水泥三项分离，油回收，水回系统循环利用，达标污泥在经消污干化技术后进行免烧成型固化制砖，最终实现资源化利用。

关键词：污油泥；多梯度耦合；处理技术；综合再利用。

辽河油田含油污泥主要分为落地油泥、清罐油泥和浮渣底泥三类^[4]，其中落地油泥约占17%、清罐油泥约占22%、浮渣底泥约占61%，另有多年积存的上述三种油泥混合储存而大幅增加处理难度的混合油泥。本研究就辽河油田XX采油厂现有落地油泥和部分污泥混合物进行处理，主要含有油泥、石块、木头及塑料等有机物（塑料包裹油泥状态）。污泥油泥的成分组成见下表。为实现污油泥资源化综合利用，本研究选用多梯度耦合处理技术，将油泥浆化后，利用超大功率功率超声处理，促使油-水-泥三项高效分离并回收。

一、多梯度耦合污油泥处理技术工艺原理

1、工艺原理

多梯度耦合处理技术是在超声波的技术上进行优化，其原理是电磁感应、分子震动、惯性离心等多种作用在空间和时间上的优化耦合，利用超声波一系列的力学、热学、电磁学和化学的各种效应，使具有不同密度、不同粒径及不同重量的成分相互分离，各组分再按照相同的物性而发生集聚，实现处理对象各成分的高效分离。

2、主要作用

多梯度耦合污油泥处理技术是利用大功率超声波促进油泥分离，含油污泥的超声脱油过程主要利用超声的四种作用^[8]如下：

（1）裂解和热作用

在超声波作用下，在流体与固体的分界面处，由于粒子振动速度的巨大差异，导致边界摩擦，产生热量造成局部加热，甚至局部高温，降低原油粘度，提高渗流速度，当储油层在高强度长时间超声波作用下，由于原油分子间具有较大的加速度，形成分子间相对运动，惯性力的作用使得分子链断裂，大分子被粉碎，从而降低了原油的粘度，提高了渗透速率。

（2）空化作用

在超声波的一定频率作用下会使液体中原有的或者新生的气泡产生共振，在波的稀疏阶段气泡迅速膨胀，在波的压缩阶段气泡迅速破灭，气泡内部温度可达几千摄氏度，压力达到几千甚至几万大气压，破灭过程中产生的加速度是重力加速度的几十倍，产生局部高温高压，促进氧化还原反应，高分子物质的解聚，使胶结的沥青质分子键断裂从而降低原油粘度，起到易于流动的效果。

（3）海绵效应

超声波对污泥能够产生一种海绵效应，使水分更易从波面传播产生的通道通过，从而使污泥颗粒团聚，粒径增大，当颗粒粒径达到一定程度，就会做热运动相互碰撞、黏结、最终沉淀。

（4）机械效应

机械效应是超声波的主要效应之一，超声波的机械作用可加速颗粒运动，使物质的物性发生变化。主要作用表现在：促成液体的乳化、胶体的液化和固体的均匀分散。

二、 综合再利用工艺流程

1、综合利用工艺流程总体构成

采用模块化处理模式：

（1）采用物料综合破碎-精细筛分（塑料有机物分捡）；

（2）多梯度耦合污油泥处理模块（原油回收）;

（3）消污干化免烧成型固化模块（739污泥固化成型）。

2、工艺流程设计概况

根据现场考察情况，具体工艺流程如下：将油泥浆液通过泥浆泵打入污油泥浆化系统撬浆化成5%的含固浆液进行搅拌，形成均质浆液，进入耦合撬进行处理，经过不同物质间深度分离后，进入离心机进行分离，泥、水、油进入不同的系统利用，泥进入到种殖土培养或免烧成型制砖工艺系统。

第一步：使用抓钩机将污油泥池内物料导入物料综合破碎-精细筛分模块进行破碎分类，主要完成大块物料的破碎，自动分选金属物质和有机物（塑料等软质物料）的人工筛捡。因污油泥中含有油所以需要将破碎后泥浆和砂、粗骨料的进行浆化筛选。采用旋流装置系统将粉碎后的物料在旋流池进行初步浆化，旋流池内安装多梯度耦合处理器，促使油泥分离，旋流器将污泥分为细物料泥浆和粗物料砂石分别进入相应多梯度耦合污油泥处理系统和消污干化免烧成型固化系统。

第二步：破碎后物料进入多梯度耦合污油泥处理系统进行物料浆化，制成含固5%的泥浆，泥浆采用多梯度耦合处理技术，处理后经过油、水、泥分离，水回系统循环利用，油回收，根据含油情况将泥变为种殖土培养或免烧成型制砖。

第三步：将破碎后从中筛检出的有机物进行集中堆放，采用低温热解气体免排放技术实现减量化、无害化处理。

第四步：经多梯度耦合处理的固相物，在经消污干化技术（去除有机污染物）后进行免烧成型固化制砖，最终实现资源化利用。

3、制砖生产生产方法、技术参数

多梯度耦合达标污泥和旋流器粗骨料通过加入739干化剂消污干化、固化成型、环保养护环节，使其与消污干化剂发生化学反应，成为一种不溶于水的盐类和螯合物，废弃物中的液相物一部分反应成固相物，一部分通过晾晒蒸发后，加入固化材料后形成化学晶种最终达到无害化处理。其优点是整个生产过程中只消耗电能，零排放，使固体废料形成各种形状的固体，循环再利用。经测试，制作的免烧砖可满足JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》建材标准，抗压强度达到15-17MPa。

三、 试验结果分析

1、处理后回收油及处理后干泥试验结果

从 2019 年 8月 11 日 6 时至 8 月 17 日 6 时为期 7 天的连续运行试验，处理后回收油、干泥。污油泥经过多梯度耦合技术处理后，原油中水及机杂含量低于5%，干泥含油率均不大于2%，含水率低于50%。优于国家颁布的《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》SY/T7301-2016的泥含油量2％以下的标准。

2、节约成本估算

该处理方法经济效益优势显著，可节约的直接成本包括原油回收、油泥处理费及危废处置税等，社会效益方面可节约企业税负成本及二次环保相关费用。

原油回收：按年产原油泥10000吨，含油率10%，原油回收率达90%以上，原油价格3000元/吨估算，可回收原油900吨/年，回收原油价值270万元/年。

油泥处理：按10000吨/年待处理油泥，处理后污油泥减量90%以上，处置费每吨2000元、危废处置税额每吨1000元估算，企业每年最终结余及资源化价值可达870万元。

结论：

1、针对辽河油田XX采油厂现有污油泥特性，采用综合利用工艺即物料综合破碎-精细筛分、多梯度耦合污油泥处理及免烧成型固化制砖工艺，可最大限度减少或杜绝二次污染，同时达标污泥进行资源化利用，减少了废物排放。

2、试验结果表明：含油污泥经过多梯度耦合技术处理后，原油中水及机杂含量低于5%，干泥含油率均不大于2%，含水率低于50%。优于国家颁布的《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》SY/T7301-2016的泥含油量2％以下的标准。制作的免烧砖可满足JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》建材标准，抗压强度达到15-17MPa。

3、该处理技术经济效益和社会效益显著。按年产原油泥10000吨，含油率10%估算，处理后原油回收率达90%以上，污油泥可以减量90%以上，可每年为企业节省直接成本870万元。既降低了油田含油污泥的环境危害，也减少了能源的浪费。

4、多梯度耦合污油泥处理技术无需添加药剂，没有二次污染，处理效率高，且撬装设备移动方便，可以快速转场运行。符合“资源化、减量化、无害化”原则，值得推广和应用，前景可观。

参考文献

[1]生态环境部.国家危险废物名录:部令第15号[S].北京：环境保护部,2021.

[2]谢祎敏等，我国含油污泥资源化处理技术发展研究[J],轻工科技,2018,34(2),82-84..

[3]张佳靓. 油田含油污泥超声波处理技术研究进展[J]. 城市建筑, 2014(11):375-376.

[4] Jubenville D B. Continuous apparatus for separating hydrocarbon from earth particles and sand:U.S. Patent 4,358,373[P].1982-11-9

[5]王文祥,韩萍芳,吕效平.油田含油污泥超声脱油的研究[J].环境工程学报,2007,1(12):133-136.

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