车城油田剩余污泥资源化技术室内试验

郭栋 卫青松 窦勤光 李秉军 李明（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

车城油田剩余污泥资源化技术室内试验

郭栋 卫青松 窦勤光 李秉军 李明（中国石油华北油田分公司第五采油厂）

以车城油田脱水后剩余污泥为研究对象，进行了含水率、含油率、灰分、热值、全硫量以及重金属含量等物化性质分析，开展了萃取法回收油品、与农用土壤混用种植草本植物、制作建筑用砖以及制作辅助燃料等试验，取得了良好的试验效果，为油田剩余污泥或含油污泥资源化利用提供了可靠借鉴，具有广阔的推广应用前景。

含油污泥；剩余污泥；资源化；减量

冀中南部车城油田属于低渗透油田，采出水处理采用活性污泥法的微生物处理+超滤膜过滤工艺（图1）。为保障回注水质达标、维持微生物的正常生长及预防膜通量下降，需定期排出微生物反应池内的剩余污泥[1]，每月约300 m3，剩余污泥经叠螺机减量化处理后运输至制定地点存放。由于含有烃类，已被列入《国家危险废物名录》中的含油废物类，存在安全及环保隐患[2]。为此，开展了剩余污泥资源化技术室内试验，为油田剩余污泥资源化利用提供借鉴[3]。

图1 车城油田剩余污泥减量化处理工艺流程

1 剩余污泥物化性质分析

1.1 含水率测定

采用质量法测定剩余污泥含水率，依据LY/T 1213—1999《森林土壤含水量的测定》方法，经测定剩余污泥含水率为80.75%。

1.2 含油率测定

以正己烷为萃取剂采用质量法对污泥含油率进行测定，经测定剩余污泥含油率为16.99%。

1.3 灰分分析

实验依据依据GB/T 7702.15—2008《煤质颗粒活性炭试方法灰分的测定》分析样品中的灰分含量。经测定剩余污泥的灰分含量为3.32%，处于较低灰分水平。

1.4 热值分析

依据GB/T 213—2008《煤的发热量测定方法》，采用氧弹法分析，将污泥在阴凉处通风干燥，然后碾碎，对粉末进行水分和热值检测；根据污泥的原含水率，计算湿污泥的热值。经测定，污泥的热值为6495 J/g。

1.5 全硫量和pH分析

考虑到相对含硫量较高、酸性或碱性的剩余污泥将在后续资源化利用中，可能对设备造成腐蚀，并容易产生硫的二次污染，开展了全硫量和pH分析。

依据GB/T 2286—2008《焦炭全硫含量的测定方法》，将试样和艾氏剂混合，在一定温度下灼烧，使其生成硫酸盐，然后用水浸取，将硫酸根离子转化为硫酸钡沉淀，再根据硫酸钡的质量计算试样中的全硫含量。经测定，剩余污泥全硫量为1.17%。参照煤中硫的分级方法，车城油田剩余污泥的含硫量处于低硫污泥水平。

依据LY/T 1239—1999《森林土壤pH值的测定》方法，剩余污泥pH值为8.96，呈现弱碱性。

1.6 含油污泥元素分析

剩余污泥分离出来的油品可以进行资源再利用，油品中的碳、氢、氮的含量对油品的加工过程产生巨大的影响；为此，对剩余污泥元素进行分析（表1）。

表1 含油污泥元素分析

1.7 重金属含量测定

因剩余污泥中含有一定量具有生物危害性的重金属元素，经测定才能进一步考虑是否可作为农肥或其他资源再次利用，实验采用原子吸收光谱法测定重金属Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量。

具体步骤如下：首先秤取一定质量的污泥，按照1∶1的体积比加入HNO3进行消解，冷却后定容待测。同时使用Hg、As、Pb、Cd、Cr的标准储备液绘制标准曲线，制定各元素测定的回归方程和检出限（表2），各重金属元素含量如表3所示。

表2 各元素的回归方程、相关系数及检出限

表3 各金属元素的含量

根据中华人民共和国《农用污泥中污染物控制标准》，Hg、As、Pb、Cd、Cr的含量控制标准分别不高于5、75、300、5、600 mg/kg。结果表明，处理后的含油污泥中的重金属含量符合农用污泥回用标准。

2 剩余污泥资源化技术室内试验

2.1 萃取法回收剩余污泥油品

萃取剂选用常用的120#溶剂油、200#溶剂油，将剩余污泥与萃取剂加入搅拌器中搅拌一定时间后静止分层，将上层萃取相和下层萃余相分离，下层萃余相放入烘箱中烘干，用质量法测出溶剂的萃取率；对上层萃取相进行蒸馏回收溶剂，具体试验流程如图2所示。按萃取剂与污泥比2∶1的比例萃取，室温下萃取3次，溶剂回收的蒸馏温度最高控制在200℃。实验结果见表4。结果表明，两种萃取剂均达到较高的除油率，但随着萃取剂放置时间增长，回收率降低明显；因此，及时通过蒸馏作用将萃取剂回收循环利用，可进一步降低回收费用。

图2 溶剂萃取法含油污泥处理过程

表4 萃取剂除油和回收率

2.2 与农用土壤混用

剩余污泥的重金属含量经检测符合中华人民共和国《农用污泥中污染物控制标准》，可对其进行土壤掺混使用性试验。首先将剩余污泥在自然条件下进行风干72 h，将其研磨成粉末状后，与普通农田土壤按1∶200、1∶150、1∶100的质量比例进行混合，并播种三种普遍用于土壤监测的草种（黑麦草、双穗、李氏禾），与原生土壤草本植物生长情况进行对比（图3），结果显示，双穗和李氏禾在四种土壤条件下，均能够正常生长，且双穗草在1∶200的条件下草株更密集，黑麦草则在1∶100和1∶150的土壤配比条件下，表现出较差得生长性，而在原生土壤和1∶200的条件下，则生长正常。因此，使用剩余污泥掺杂的土壤，可实现草本植物的正常生长，并在特定情况下，可发挥一定肥效，促进草本植物生长。

图3 掺杂土壤性草本生长试验（从左至右，依次为原生土壤、1∶100、1∶150、1∶200）

2.3 制作建筑用砖

油田污泥再利用的途径之一是通过添加固结材料、稳定性骨料，激发并利用油田污泥的潜在活性，使其成为具有硅酸盐凝胶性质的建筑材料，用于厂区场地的道路建设等用途。

本试验目的是考察剩余污泥经物化-机械分离处理后，利用其制作油田建筑用砖的可行性。建筑用砖基本配方如表5所示。

表5 建筑用砖基本配方

按照设计好的配方将基体的各种原料分别混合均匀，擦拭干净模具的表面，装入基本浆后，在振动台上振动至浆体密实，抹平基体表面，自然空气中3～28 d脱模，进行抗压强度测试。

按照JC/T 446—2000《混凝土路面砖》标准规定测定抗压强度，测试结果如表6所示。

表6 养护时间和固化剂用量对污泥砖强度的影响

根据JC/T 446—2000《混凝土路面砖》标准规定的抗压强度值是3 MPa，测试结果显示，剩余污泥与建筑固化剂按合适的配比制作路面砖，可达到指标要求的强度。

2.4 制作辅助燃料

试验以原煤为基础，加入剩余污泥制备混合燃料，研究剩余污泥用作辅助燃料的可行性，将剩余污泥以不同比例掺入工业用原煤中，分别测定热值指标（表7）。试验测试的剩余污泥与煤参混的比例自1∶1至5∶1的所有混煤，参混后测试都可点火，参混后的燃烧值与标准煤相比，燃烧值下降。针对试验的污泥与原煤，污泥与煤的参混比例确定在1∶3以上较适宜。混煤由于加入了含油的剩余污泥，在一定程度上利用了油泥的热值，又降低了混煤的经济成本，但燃烧排放气体仍需进一步监测和处理后方可达标排放。

表7 剩余污泥、原煤与混煤的热值测定结果

3 结论

1）采用120#溶剂油和200#溶剂油作为萃取剂，除油率可达97.8%和98.3%，放置2 h后，萃取剂回收率分别为55.6%和38.5%。

2）剩余污泥满足《农用污泥中污染物控制标准》，按照1∶200、1∶150和1∶100比例与原土壤混合，种植的黑麦草、双穗和李氏禾可正常生长。

3）按照剩余污泥65%、固化剂+助剂35%的比例制备的建筑用砖，满足JC/T446—2000《混凝土路面砖》标准规定的抗压强度。

4）按照剩余污泥和标准煤掺混比例1∶1～1∶5进行试验，均可点火成功，按1∶5混合热值最高达8878 J/g。

5）车城油田剩余污泥资源化技术试验为油田剩余污泥资源化利用提供了可靠借鉴，具有广阔的应用前景。

[1]郭栋，王桂林，雷创，等.微生物+膜过滤组合技术在特低渗透油田污水处理中的应用[J].石油石化节能，2014，4（12）：25-26.

[2]贺伟东，徐福帅，胡鹏飞.国内含油污泥泥质利用技术研究现状[J].油气田环境保护，2014，24（3）：57-59.

[3]王万福，何银华，谢陈鑫，等.含油污泥资源化技术综述[J].油气田环境保护，2006，16（3）：47-49.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.002

2016-01-06

（编辑 李发荣）

郭栋，工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京）（石油工程专业），从事注水管理工作，E-mail：cy5_guod@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市束鹿大街华北油田公司第五采油厂工程技术研究所，052360。