超聲波技術處理含油污泥

　　1、含油污泥的來源及危害

　　含油污泥主要源自石油鉆采、儲存、運輸、中轉(zhuǎn)、煉制及含油污水處理等工藝。油田含油污泥的主要成分是水、石油類、污泥中的泥土和其他成分。

　　含油污泥具有成分復雜、難于脫穩(wěn)脫膠、易于產(chǎn)生異味和處理過程中需要進行防爆處置等，其含有的石油進入水體或土壤，將會對周邊生態(tài)、微生態(tài)系統(tǒng)和土壤植被生態(tài)造成嚴重的危害，隨著《土壤污染防治行動計劃》和《土壤法》的相繼出臺實施，提出了嚴格強化未污染土壤保護，必須對含油污泥進行無害化處置，最大限度地減少對周邊生態(tài)環(huán)境的影響已是大勢所迫。

　　2、含油污泥的處置技術現(xiàn)狀

　　綜合目前的污泥處置技術可知，含油污泥處理技術可分為：化學處理法(加熱堿性洗法、化學清洗法、溶劑萃取法和化學破乳-脫水法等)、調(diào)質(zhì)-機械分離法、回注調(diào)剖技術、熱處理技術(干化焚燒、熱解法、焦化法等)、生物法(地耕法、堆肥法、生物反應器技術和植物修復技等)及其它新衍生出的處理方法(如電動力學處理技術、超聲波法、冷凍融融處理技術、毛細吸入技術等)等，但每種方法都有各自的適用范圍、技術優(yōu)缺點和經(jīng)濟性等。

　　為滿足日益嚴格的環(huán)保監(jiān)管要求，目前對于含油污泥的處置多是采用多種處理工藝相組合，分別利用各自工藝在不同方面的技術優(yōu)勢進行有機組合，進而實現(xiàn)污泥的合理高效處置。其中超聲波輔助處理作為新型的污泥預處理技術，充分利用對污泥能夠產(chǎn)生海綿效應、局部發(fā)熱等作用提高污泥脫水能力，降低污泥的粘性。

　　3、超聲波污泥處置技術的原理及進展

　　3.1 超聲波技術處理含油污泥的機理

　　超聲波是指頻率從20kHz~10MHz范圍內(nèi)的聲波，該波段的聲波具有頻率高、方向性恒定、穿透力強、能量集中等特點。超聲波污泥處理作為新型的污泥處理技術，主要是用來強化污泥中石油類的分離，其作用原理主要為超聲波的振動和聲空化功能。

　　(1)超聲波的機械振動，超聲波使得在其中的液體物質(zhì)高速高頻振動，形成極強的湍流。利用污油、固體無機物質(zhì)和水的密度不同，在強大湍流作用下，分離出來的石油小顆粒在振動作用下互相高速碰撞，可以克服污油小顆粒之間的界面張力，凝聚成較大的油滴。

　　(2)超聲波的聲空化，由于超聲波振動后三相密度不同的物質(zhì)會發(fā)生相對位移，會在石油和污泥的界面處發(fā)生空化(產(chǎn)生氣泡)，這種空化可以達到分離石油和固體無機物的效果。此外，高溫高壓還可以降低固體無機物與污油之間的粘附力。

　　3.2 超聲波處理含油污泥技術

　　超聲波技術對含油污泥的影響是多方面的，由于含油污泥來源有所不同，性質(zhì)差異也比較大，其主要影響因素為超聲波處理的頻率、強度、作用時間、反應溫度及污泥的中值粒徑等技術參數(shù)。

　　相關研究結(jié)果表明：合理選取處理溫度是十分必要的，處理溫度較低時，導致油粘度高，粘附力強，不易于分離;而處理系統(tǒng)溫度過高時，將導致超聲波空化強度減弱，影響反應的效果。因此過高或過低的反應溫度均不利于含油污泥的污油、污泥分離和污油的去除等[1];XUNing等進行了含油污泥的超聲預處理研究，研究結(jié)果表明：其最佳工藝反應條件為超聲頻率為28kHz，系統(tǒng)反應溫度為40℃，反應時間為20～30min，最優(yōu)條件下，含油污泥干基油含量由0.130g/g降低至0.055g/g，除油效率較未采用超聲處理技術提高了55.6%。

　　4、超聲波耦合混凝沉淀技術含油污泥現(xiàn)場試驗研究

　　4.1 現(xiàn)場試驗工藝及試驗目標

　　現(xiàn)場試驗所采用的整體工藝：“機械調(diào)質(zhì)→超聲波脫穩(wěn)裝置→混凝沉淀→離心分離→焚燒”。而本次研究所涉及的僅為該整體處理工藝中的超聲波脫穩(wěn)預處理段工藝，作為整個處理工藝的關鍵段，決定著油、水和泥三相分離的效果。設計試驗目標確定為：處理后的污泥含油量≤2%、含水率≤10%，經(jīng)處理后的含油污泥達到國家污泥處理的標準限值，可用做建材原料、土地填埋等綜合利用，可徹底實現(xiàn)含油污泥的無害化處置。現(xiàn)場試驗選在北方某海上石油鉆采污泥處置廠內(nèi)開展，設計試驗能力為5.0m3/d。

　　4.2參數(shù)優(yōu)化及預處理效果研究

　　為了研究含油污泥處理效果，以油田落地油泥為基礎，進行了現(xiàn)場試驗，確定了污泥無害化處理系統(tǒng)運行參數(shù)，并對污泥無害化處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行效果進行了研究。

　　4.2.1 溫度對于超聲波處理鉆采油泥效果的影響

　　在前期室內(nèi)實驗的基礎上，初步確定了超聲波除油的最佳運行參數(shù)為：頻率40kHz、強度3.0kW，作用時間20min，現(xiàn)場試驗研究了不同溫度下超聲波脫穩(wěn)技術對于含油污泥處理的效果，其效果詳見見表1。

　　從表1可看出，油泥中單元出口油含量隨著反應溫度的升高而降低，55℃時超聲輻照可使超聲出口油泥中油含量降到最小值，而繼續(xù)提高溫度對于油泥處理效果改善不明顯。為此確定50℃為超聲污泥預處理的最佳溫度。

　　4.2.2 強度對于超聲波處理鉆采油泥效果的影響

　　在超聲波預處理含油污泥過程中，隨著超聲波強度、輸出功率的不同，產(chǎn)生的機械振動作用和空化作用效果也不同。因此，在室內(nèi)實驗基礎上，研究了不同功率條件下鉆采含油油泥處理效果見表2。

　　由表2可分析，隨著超聲功率的逐步提高，油泥中出口單元油含量出現(xiàn)先降后反而上升的趨勢。分析其原因主要是超聲聲強增高，空化強度增強，而超聲波在弱空化效應下除油較高。因此確定油泥處理系統(tǒng)最佳超聲功率是3kW。

　　5、結(jié)論

　　通過超聲波預處理工藝處理含油污泥，可實現(xiàn)污油與污泥、污水的三相分離，有效降低污泥中的油含量。通過現(xiàn)場試驗，確定了系統(tǒng)運行最佳參數(shù)為：在現(xiàn)場試驗5.0t/d的處理能力下，最佳運行參數(shù)確定為：運行功率3.0kW，時間為20～25min，溫度為50℃，破乳劑投加量為10mg/L的條件下，設備穩(wěn)定運行，處理效果最佳。經(jīng)超聲波除油預處理后的污泥經(jīng)離心分離可以確保脫水后的油泥中含油量低于2%，符合國家固體廢棄物排放標準。(來源：中海油能源發(fā)展股份有限公司安全環(huán)保分公司)