文章简介
含油污泥无害化与资源化技术概述
  

含油污泥无害化与资源化技术概述

高鹏1 马蒸钊1 谢江浩1 田相友1 孙培1* 冯爱煊1

1中海石油环保服务 (天津)有限公司,天津300452

[摘要]含油污泥成分复杂,具有很大的安全环保风险,需要进行无害化处置和资源化利用。本研究详细介绍了含油污泥无害化处置技术、资源化利用技术以及当前技术研究热点方向同时,处理技术的发展方向进行了探讨,为处理工艺的改进、优化和效率的提高提供参考。

[关键词]:含油污泥;减量化;无害化;资源化

Overview of harmless and resource utilization technologies for oily sludge

GAO Pengai1 MA Zhengzhao1 XIE Jianghao1 TIAN Xiangyou1 SUN Pei1* FENG Aixuan1

[Abstract]: Oily sludge has complex components and poses significant safety and environmental risks, requiring harmless disposal and resource utilization. This study provides a detailed introduction to the harmless disposal technology, resource utilization technology, and current research hotspots of oily sludge. At the same time, the development direction of treatment technology was discussed, providing reference for the improvement, optimization, and efficiency improvement of treatment processes.

[Keywords]: oily sludge; Reduction; Harmless treatment; Resource utilization

含油污泥是石油行业的最重要的污染源之一,主要是在石油勘探、钻井、生产、集输、炼化、储存等一系列过程中产生的一种含油的HW08类危险废物,其成分比较复杂,主要包括高分子有机物、老化油、细菌、化学药剂以及盐类等物质,具有重质油组分高、含油量高、聚合物高、乳化严重、重金属含量高、含水率高以及处理难度大等特点[1]。因此,含油污泥若未进行有效处置,会严重污染地下水和土壤,破坏生态环境,危害人体健康[2]。随着十四五绿色低碳发展理念的提出以及日益严格的环境保护制度和要求的逐步完善,对含油污泥进行技术攻关,实现含油污泥无害化处置、资源化利用成为各大石油、环境院所和石油生产企业亟需解决的重大课题。

1.含油污泥概述

1.1含油污泥来源

含油污泥主要来源于石油化工行业,根据环节不同具体又可分为开采、集输和炼化。对于石油开采过程主要涉及废弃油基钻井液、落地油泥以及在二开、三开钻井过程中含油废水处置而产生的油泥。废弃油基钻井液含有大量的化学药剂、聚合物,重金属,含油量高,乳化严重,一般运输至危废处置厂进行处置。落地油泥主要是在开采和运输等过程中洒落到地面,同时与土壤混合而形成的油泥,含水率较低。对于石油集输主要是原油在运输、贮存等过程使用的工具,如运输罐、贮存罐底部形成老化油泥,该类型油泥含有大量重组分油,包括沥青、胶质以及石蜡等等,成分复杂,处理难度很高。对于石油炼化主要涉及“三泥”:浮油浮渣、含油污水处理产生污泥以及隔油池底部污泥,含固量高、乳化严重。

1.2含油污泥特点

(1)重金属含量高。含油污泥中含有大量重金属元素,主要包括锌、铅、铜、镍、铬、砷以及汞等。

(2)难降解有机污染物含量高。主要包括多环芳烃、酚类、蒽、芘、苯系物(苯、二甲苯、乙苯和甲苯等)以及萘等。

(3)化学药剂种类多。主要包括杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂、絮凝剂、加重剂、增稠剂以及消泡剂等。

(4)重组分烃类。主要包括胶质、沥青、石蜡、饱和酚以及芳香芬等。

1.3含油污泥危害

含油污泥组分复杂,含有大量有毒有害物质,如果不加以无害化、资源化处置直接排放到自然界,会对大气、土壤、水和生物造成巨大的伤害。

(1)对大气的毒害:含油污泥长期暴露在环境中会会发出大量轻质组分污染大气,造成空气中的总烃类严重超标,对自然界各类生物都造成伤害。

(2)对土壤的毒害:首先,大量的含油污泥堆积势必会占用更多的土地面积,甚至影响耕地面积;其次,含油污泥中的有害物质,如重金属、难降解有机物、烃类物质以及各类化学药剂会进入土壤,破坏土壤原有的理化性质,造成土壤板结,营养物质流失,对土壤中微生物带来严重灾难。

(3)对水体的毒害:含油污泥中易挥发的烃类挥发到大气中,随着降雨会迁移到河流、湖泊等水体中,造成河流、湖泊等水体CODBOD以及总烃类等指标严重超标,破坏水体的自然生态系统。含油污泥中有毒有害物质进入土壤后也会随时间渗透到地下水,污染地下水质,对自然界生物造成严重影响。

(4)对人类的毒害:含油污泥对大气、土壤和水体的毒害,间接也影响人类的生产、生活,阻碍人类的发展和生存。特别地,含油污泥中各类难降解污染物,如多环芳烃、苯系物、酚类以及重金属,如铅、铬和汞具有致癌、致畸和致突变的作用,严重影响人类的身体健康。

2.含油污泥处理技术

随着石油开采量持续增加,含油污泥产生量也在逐年增加,关于含油污泥的处理也成为国际和国内关注的重点。国外对含油污泥处理技术的研究相对较早,从上世纪80年代开始,到90年代已经初步形成处理技术体系,而我国对于含油污泥处置技术的研究相对较晚,但截止目前也以形成较为完善的体系,大概分为三类技术体系:减量化处理技术、无害化处置技术和资源化利用技术。

2.1减量化处理技术

含油污泥减量化处理技术主要分为两大类:源头减量化技术和过程减量化技术,源头减量化技术目前较为成熟的是预氧化降污泥技术,其主要原理是在含油污泥处理前加入特定氧化剂,将其中的一些离子转化为具有净水作用的离子,降低含油污泥容量。源头减量化技术也在持续发展,现在新研发的技术如复合碱-污泥会用技术和生物源头减量也是目前研究的热点。过程减量化主要还是以脱水浓缩工艺为主,例如重力浓缩、机械浓缩、加压过滤、蒸发等。无论源头减量化还是过程减量化都只能在一定程度上降低含油污泥的产生量,无法实现对原油的资源化回收[3]

2.2无害化处置技术

含油污泥无害化处置技术主要包括固化技术、焚烧技术、生物技术、填埋技术以及氧化技术。

2.2.1固化技术

含油污泥固化技术主要原理是将固化剂投加到含油污泥后将其中的有毒有害物质(主要成分为PHCs和重金属)封装到固化产物里,其效果主要决定于固化剂的种类和作用。秦明等人通过实验确定了最佳的固化处理剂以及固化处理助剂,同时采用正交试验确定了最佳配方:14 %水泥 +3 %HB(固化添加剂)+2 %Shim(固化添加剂)+4 %石灰,固化后的废弃泥浆有害成分得到降低,具有较高的抗压强度[4]。刘俊等人对大牛地气田钻井废弃泥浆进行固化处理研究,结果表明:主凝剂、复合助凝剂、吸附剂、调节剂最佳比例为4%、17%、35%、1%,同时固化物浸出液也达到了国家污水排放一级标准要求[5]。固化技术的优点为处理效率高、操作简单、成本较低,可以将含油污泥的有机污染物和重金属离子永久封存,有较好的稳定性;缺点为只是简单将有机污染物和重金属离子封存,并没有转化为无害物质,具有潜在的隐患,同时固化占地面积大,也不能回用原油[6]

2.2.2焚烧技术

含油污泥焚烧技术主要原理是将含油污泥与助燃物料调配后采用焚烧的方式完成含油污泥的处置,其主要效果主要取决于含油污泥的热值、调配以及燃烧的温度。焚烧技术的优点为可以彻底去除含油污泥中的有机污染物,实现污泥的大量减容;其主要缺点为由于焚烧过程中需要进行预处理(降低水分)和调配(助燃物料)导致综合处置成本偏高,同时含油污泥焚烧后的产物炉渣和飞灰,仍为危废,需要进一步高成本处置,也没有实现对原油的资源化利用[7]

2.2.3生物技术

生物技术实际就是利用土壤中或外投加的微生物来降解含油污泥中的有机污染物,同时去除重金属离子,目前主要常用的技术包括生物地耕技术、生物强化技术、生物破乳技术、生物堆肥技术。

1)生物地耕技术

生物地耕技术主要是将含油污泥与土壤充分混匀后,投加适量的营养元素(NPK)以及调节适宜的温度,促使土壤中的微生物降解有机污染物,从而达到无害化处置。主要优点是处置成本较低,整个降解过程不会产生二次污染;主要缺点为土壤中本土微生物对重组分油(沥青、石蜡)降解能力较差,造成处置周期较长[8]

2)生物强化技术

生物强化技术主要原理是将高效微生物菌剂投加到含油污泥中,利用微生物菌剂降解含油污泥中的高分子有机污染物。生物强化的主要优点是运行成本较低,整体设备维护工作量较少;主要缺点是受当地环境气候影响较大,不适用于寒冷地区,同时占地面积较大[9]

3)生物破乳技术

生物破乳技术主要原理是通过不断筛选出原油破乳优势菌,将优势菌培养扩大,投加到含油污泥中,破乳菌可以替代化学破乳剂使油水快速分离。生物破乳的优点为生物破乳剂可以在短时间内快速降解,不会产生二次污染;主要缺点是工艺复杂,还处于实验研究阶段[10]

4)生物堆肥技术

生物堆肥技术主要原理是将含油污泥与锯末、秸秆等有机质混合,再投加石油烃降解菌,并成堆放置,此技术适用于高含油的污泥。唐兴玲等人对新疆某炼油厂含油污泥进行60天的现场堆肥实验,结果表明:利用高效石油降解菌和土著微生物,辅以营养剂可以降解含油污泥中82.3%的石油类有机污染物[11]。平罗怡曼等人综述了微生物堆肥效果的影响因素,包括石油降解菌菌种类型、接种量、含油污泥组分、温度、营养物质的投加量、pH、水分以及含氧量等因素[12]。生物堆肥技术具有处理量大,石油烃降解速度快等优点,但是需要较大的堆肥场地,相对于其他非生物技术处置周期仍太长[13]

2.2.4氧化技术

氧化技术主要原理是利用特定的氧化剂将含油污泥中的高分子有机污染物氧化成二氧化碳和水,从而达到含油污泥的无害化处置目的。氧化技术的主要优点是能够较快且彻底去除含油污泥的有机污染物,效率较高;主要缺点是需要消耗大量氧化剂,成本较高,同时容易产生二次污染,对含油污泥中重金属离子的去除效果较低[14]

2.3资源利用技术

含油污泥的资源化利用技术主要包括溶剂萃取技术、超声波处理技术、调剖回注技术、热解技术、机械分离技术等,每一种技术都有各自的优点和缺点。

2.3.1溶剂萃取技术

溶剂萃取技术主要是利用“相似相溶”原理,采用合适的萃取剂将含油污泥中的原油萃取出来,然后利用萃取剂和原油沸点不同进行蒸馏,将原油回收利用,此技术的关键点是选用合适的萃取剂。溶剂萃取技术的主要优点是可以彻底将含油污泥中的原油进行分离回收,应用范围广,原油回收率高,但是由于需要使用大量的萃取剂,成本较高,同时容易产生二次污染,具有环保风险[15]

2.3.2超声波处理技术

超声波处理技术的主要原理是利用超声波强烈的机械振动和空化作用来降低油和水、油和泥之间的粘性,从而快速实现三相分离。超声波处理技术具备应用范围广,不受含油污泥种类限制,操作简单,不需要添加任何化学药剂等优点,但是也具有处置成本较高,处理量较小,超声参数如时间、强度难以控制,无法去除重金属等缺陷[16]

2.3.3调剖回注技术

调剖回注技术主要是向含油污泥加入各类分散、增稠剂等各类调剖剂,使含油污泥达到采出地层的回注要求,从而达到增油降水的目的。其主要优点是实现含油污泥的资源化利用,同时达到了石油开采过程中增油降水的效果;主要缺点是不同回注的井体系不一样,含油污泥要实现适应看的调配难度较大,需要研发不同种类的调剖剂以满足现场生产使用[17]

2.3.4热解技术

热解技术主要是采用在无氧气的条件下,通过加热到不同温度,将含油污泥中的各个组分分别析出,从而实现各组分分别资源化利用的目的。热解技术又可以分为微波热解和高温热解。匡少平等人对含油污泥进行热解实验研究,结果表明热解技术可以将含油污泥减量化,最高可达80%。王静等人将几种用作绿植化的污泥与含油污泥热解残渣的组成、性质等进行分析对比,发现其性质组成具有很大的相似性,所以其他污泥的绿植化方法对含油污泥热解残渣的绿植化处理具有一定的参考价值[18]。热解技术的主要优点是可以实现含油污泥的各组分彻底分离,回收率高,同时也可以固化重金属;主要缺点是工艺复杂,设备要求高,操作相对复杂,同时也容易产生二次污染[19]


1 不同含油污泥处理技术对比

序号

技术类型

优点

缺点

1

减量化处理技术

源头减量化技术

实现含油污泥的减量化,便于后续处理

无法实现对原油的资源化回收

过程减量化技术

2

无害化处置技术

固化技术

处理效率高、操作简单、成本较低,稳定性好

固化占地面积大,无法回用原油

焚烧技术

彻底去除含油污泥中的有机污染物,实现污泥的大量减容

综合处置成本偏高,焚烧后的产物炉渣和飞灰仍为危废

生物技术

生物地耕技术

处置成本较低,整个降解过程不会产生二次污染

对重组分油(沥青、石蜡)降解能力较差,处置周期较长

生物强化技术

运行成本较低,整体设备维护工作量较少

受当地环境气候影响较大,不适用于寒冷地区,占地面积较大

生物破乳技术

可以在短时间内快速降解石油烃,不会产生二次污染

工艺复杂,还处于实验研究阶段

生物堆肥技术

处理量大,石油烃降解速度快

需要较大的堆肥场地,相对于其他非生物技术处置周期仍太长

氧化技术

较快且彻底去除含油污泥的有机污染物,效率较高

消耗大量氧化剂,成本较高,二次污染,重金属去除效果较低

3

资源化利用技术

溶剂萃取技术

彻底将含油污泥中的原油进行分离回收,应用范围广,原油回收率高

成本较高,二次污染,具有环保风险

超声波处理技术

应用范围广,不受含油污泥种类限制,操作简单,不需要添加任何化学药剂

处置成本较高,处理量较小,超声参数如时间、强度难以控制,无法去除重金属

调剖回注技术

资源化利用,具有增油降水的效果

不同回注的井体系不一样,调配难度较大,需要研发不同种类的调剖剂

热解技术

含油污泥的各组分彻底分离,回收率高,固化重金属

工艺复杂,设备要求高,操作相对复杂,同时也容易产生二次污染


3.含油污泥处置新技术

目前,随着各大科研院所和石油生产企业对含油污泥不断深入研究,一些含油污泥处置新技术、新方法也在不断诞生,例如超临界氧化技术、膜分离技术、植物修复技术、电动力学技术。

1超临界氧化技术

超临界氧化技术主要是以超临界水为反应介质,同时加入特定催化剂(空气或氧气),在高温高压条件下超临界水产生羟基自由基降解有机高分子污染物。该技术适用范围较广,不易产生二次污染,具有良好的应用前景[20]

2)膜分离技术

膜分离技术主要原理是利用膜的选择透过性对含油污泥进行分离和提纯,但是目前该技术最大的难点是如何利用膜破除含油污泥的乳化状态以及膜的寿命,同时膜分离回收和分离后产生的残渣问题仍需进一步解决,尽管如此,膜分离技术仍具有很大的应用价值[21]

3)植物处理技术

植物处理技术主要是将含油污泥与土壤相混合,同时辅以营养元素,利用植物的生长和根际微生物降解高分子有机污染物,同时吸附去除重金属离子,从而达到无害化处置的目标,植物处理技术关键是寻找高降解率和高吸附率的植物和根际微生物。该技术处置成本较低,操作简单,没有二次污染,但周期相对较长,处理后的植物处置也是后续面临的难题,同时该技术使用范围较窄,只适用于石油烃较低的含油污泥[22]

4)电动力学技术

电动力学技术主要原理是在直流电电场下,利用电泳、电迁移以及电渗析等作用下,将含油污泥中带正电荷的物质迁移并富集在阴极,将带负电荷的物质的物质迁移并富集在阳极,以此方式实现含油污泥的三相分离[23]。该技术目前仍处于科研阶段。主要优点是无二次污染,可以实现原油的回收,缺点是工艺复杂,需要调节的参数较多,处置成本也较高,主要适用于含水量较低且重金属含量较高的含油污泥。

4.结论

含油污泥处理技术由减量化到无害化,由无害化再到资源化,每一种处理技术都是在不断进步和发展,但这并不代表先出现的处理技术就应该淘汰,每一种处理技术都有各自的优势和劣势,在含油污泥实际处理过程中,石油企业应根据含油污泥的实际特性,选择合适的工艺或进行工艺组合,制定分级、分段处置方案,最终实现含油污泥的无害化处置和资源化利用。

参考文献

[1]方柳亚,齐锁平,邓龙斌,樊治海,白小亮,宫淑毓,赵冰,范晓东,蔡克.含油污泥处理技术研究进展[J].石油管材与仪器,2023,9(02):1-7.DOI:10.19459/j.cnki.61-1500/te.2023.02.000.

[2]李虎山,徐小伟,莫文龙.油泥资源化利用与无害化处理技术研究进展[J].现代化工,2022,42(06):69-72+77.DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.06.015.

[3]丁明山,刘京煊,孙楠,袁长忠,汪卫东,李晓栋,王志坚.退役井场老化油污土壤的生物强化修复技术[J].环境工程,2022,40(05):159-165.DOI:10.13205/j.hjgc.202205023.

[4]奉明,王兵,张鹏飞,胥锋,李自强.低密度深井钻井废弃泥浆固化技术研究[J].广州化工,2009,37(02):128-130+139.

[5]刘俊,张俊.气田钻井废弃泥浆固化技术[J].环境工程,2009,27(02):91-93.

[6]全翠,贾翔雨,高宁博. 油田含油污泥处理及资源化技术研究进展[C]//中国环境科学学会环境工程分会.中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分会场论文集(二).中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分会场论文集(二),2021:316-324.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.022087.

[7]李洪言,李家龙,林名桢,刘飞,李雷,张昕,代晓东.“碳中和”背景下2020年全球能源供需分析[J].天然气与石油,2021,39(06):132-143.

[8]刁志龙,唐娜,张笑,蹇川,高焕方.石油烃污染土壤生物修复技术研究[J].环境影响评价,2021,43(02):80-83.DOI:10.14068/j.ceia.2021.02.018.

[9]王邦俊,海龙.落地油泥焚烧残渣作路面底基层材料研究[J].硅酸盐通报,2020,39(10):3386-3390.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2020.10.043.

[10]王茹.油田含油污泥污染与国内外处理、处置技术[J].化工管理,2020(20):189-190.

[11]陶兴玲,唐柳,余维初,胡传炯,何恕,江涛.炼油厂含油污泥的生物堆肥试验[J].长江大学学报(自然科学版),2019,16(02):104-107+10.DOI:10.16772/j.cnki.1673-1409.2019.02.022.

[12]平罗怡曼,鱼涛,陈景辉,屈撑囤,李金灵,卢聪.含油污泥微生物处理技术研究[J].石油化工应用,2022,41(12):1-6+18.

[13]李骏.油田含油污泥处理工艺技术研究与应用[J].石化技术,2017,24(10):239.

[14]范洪鹏.油泥砂固化焚烧资源化处理工艺及其评价[J].现代农业科技,2011(21):290-291.

[15]马英,杜建伟,项赟,温勇.铝灰渣中回收氧化铝的研究现状和进展[J].轻金属,2017(02):29-33.DOI:10.13662/j.cnki.qjs.2017.02.007.

[16]朱文英,唐景春,王斐,林大明.油田含油污泥污染与国内外处理、处置技术[J].石油化工应用,2012,31(08):1-5+12.

[17]张玉增,王洋,王振军.含油污泥回注技术开辟环保新思路[J].油气田环境保护,2009,19(S1):58-60+87.

[18]王静,鱼涛,屈撑囤,张科良,卢聪,郭志强,张帆.含油污泥热解残渣绿植化可行性分析[J].油气田环境保护,2023,33(02):23-26.

[19]姜勇,赵东风,董铁有,赵朝成.含油污泥焦化液相油收率影响因素研究[J].环境工程学报,2007(07):115-118.

[20]任武,李伟,姚薇,谭文锋.超临界水氧化技术用于处理油田含油污泥[J].石油和化工设备,2021,24(04):97-99+102.

[21]李小龙,纵瑞耘,宿辉,李琦.含油污泥处理技术研究进展[J].山东化工,2017,46(05):61-62.DOI:10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2017.05.023.

[22]王玉华,陈传帅,孟娟,韩芸英,李爱民,王栋.含油污泥处置技术的新发展及其应用现状[J].安全与环境工程,2018,25(03):103-110.DOI:10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2018.03.017.

[23]王磊. 含油污泥掺烧微藻生物质燃烧特性及重金属迁移转化特性研究[D].中国石油大学(华东),2018.DOI:10.27644/d.cnki.gsydu.2018.001696.



订阅方式:
①在线订阅(推荐):www.sdchem.net.cn
②邮局订阅:邮发代号24-109

投稿方式:
①在线投稿(推荐):www.sdchem.net.cn
  作者只需要简单注册获得用户名和密码后,就可随时进行投稿、查稿,全程跟踪稿件的发表过程,使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿:sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
  若“在线投稿”不成功,可使用邮箱投稿,投稿邮件主题:第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项:
  ①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”;
  ②作者简介包括:姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向;
  ③论文末应附“参考文献”,执行国标GB/T7714-2005标准,“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符;
  ④注明作者的联系方式,包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编,以便联系并邮寄杂志。
    
联系电话:0531-86399196     传真:0531-86399186
欢迎投稿   答复快捷   发表迅速
                                                                                  山东化工稿件修改细则
传真:0531-86399780  QQ:1462476675  微信号:sdhg-bjb
采编部电话:0531-86399196(24小时服务热线)  Email: sdhg@sdchem.net  sdhgtg@163.com
备案号:鲁ICP备2021036540号-5