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助剂强化罐底油泥的压滤脱水性能 * 李增强 1 刘会娥 2 陈爽 2 沈国平 2 祝威 3 桂召龙 3 李毅 3 1． 中石化胜利油田分公司胜利采油厂， 山东 东营 257051;2． 中国石油大学 华东 化学工程学院， 山东 青岛 266555; 3． 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司， 山东 东营 257068 摘要 采用实验室压滤装置对胜利油田某联合站罐底清罐油泥进行压滤脱水研究， 采用单独添加助滤剂 G、 絮凝剂 PAM 或 PAC 均可改善过滤效果， 提高滤速， 降低过滤比阻。但仅使用助滤剂 G 时滤速的提高尚不够理想， 单独使用 絮凝剂 PAM 或 PAC 时， 滤饼含水率偏高， 滤饼不易从滤布上剥离; 絮凝剂 PAM 0. 1 与助滤剂 G 3. 0 复配， 滤饼比 阻由空白样的 18. 7 1012m/kg 降低到 0. 05 1012m/kg， 3 min 即可使滤饼含水率降到 74. 16 ， 滤液澄清， 滤饼成形 性好， 较仅添加絮凝剂 PAM 时， 更容易从滤布上剥离。 关键词 罐底油泥;压滤脱水;助滤剂;絮凝剂 IMPROVEMENT ON DEWATERING PERANCE OF OILY SLUDGE FROM OIL TANK THROUGH ADDING AGENTS Li Zengqiang1Liu Huie2Chen Shuang2Shen Guoping2Zhu Wei3Gui Zhaolong3Li Yi3 1． Shengli Oil Production Plant，Sinopec Shengli Oilfield Company，Dongying 257051，China; 2． College of Chemical Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266555，China; 3． Survey and Design Institute Co． ，Ltd，Shengli Oilfield Company，Dongying 257068，China AbstractDewatering perance of sludge from oil tank of Shengli Oil Production Plant was studied through pressure filtration experiments．Filter aid G， flocculants PAM and PAC were used independently to improve the dewatering perance． All of the three kinds of agents could increase the filtration rate and decrease the specific resistance． However the filtration rate was still not high enough with only filter aid G added，and the water content of filter cake was not low enough with only PAM or PAC added． When 0. 1 PAM together with 3. 0 filter aid G added into the oily sludge，the specific resistance decreased from the 18. 7 1012m/kg of the blank samples to 0. 05 1012m/kg． And the water content of filter cake lowered to 74. 16 in 3 min with the filtrate being clear and the ability of filter cake being ideal． The filter cake could be peeled off the filter media much more easily than only PAM added． Keywordssludge from oil tank;dewatering through pressure filtration;filter aid;flocculants * 中央高校基本科研业务费专项资金 10CX04015A 。 0引言 在石油开采、 储运及加工过程中， 常产生一些含 油量较高的含油污泥。例如石油开采过程， 含油污泥 产生量为原油产量的 0. 5 ～ 1 ［1］， 按照 2009 年我 国原油产量 1. 89 108t/a 估算， 一年有近百万吨油 泥产生。含油污泥组成成分极其复杂， 乳化严重， 含 有大量老化原油、 固体悬浮物、 生产过程中投加的大 量凝聚剂、 缓蚀剂等。这些油泥若不经处理， 随处堆 放或直接填埋， 将占用大量场地， 并对地下水、 生态环 境等造成二次污染。 油田和炼油厂的油品储罐清罐所产生的罐底油 泥中含有大量的水 ［2］， 为了方便罐底油泥的进一步 处理， 需要首先对含油污泥进行脱水减量化处理， 而 这些油泥的乳化性较强使其很难脱水， 往往需要投加 一定的助剂来改善其脱水性能 ［3- 4］。在本研究小组的 前期的工作中， 已通过投加助滤剂实现了罐底油泥的 快速脱水 ［2］， 但助滤剂的投加量仍然偏高， 且前期所 用助滤剂呈弱碱性， 对油泥的后续处理存在一定的腐 蚀问题。本文旨在寻求无毒、 无腐蚀问题且投资较低 的助剂， 在 较 低的 添 加量 下 实 现 罐 底 油 泥 的 高 效 脱水。 42 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 1实验 1. 1实验原理 本研究采用的实验室压滤装置参见文献［ 2］ 。 实验采用恒压过滤的方法， 依据污泥脱水过滤的基本 方程式 1 ［5］， 测定过滤过程中滤液体积随时间的变 化数据。 θ V μωr 2PA2 V μRf PA 1 式中V 滤液体积， m 3; p 过滤压差， Pa; θ 过滤时间， s; A 过滤面积， m2; μ 滤液黏度， Pa s; Rf 过滤介质阻抗， m － 2; ω 单位体积滤液在过滤介质上所截留滤 饼的干固体质量， kg/m3; r 污泥比阻，m/kg。 其中比阻 r 表示滤饼结构特性对过滤速率的影 响， 其值的大小表示压滤操作的难易程度。根据滤液 体积随过滤时间的变化数据， 利用式 1 可得到油泥 的比阻， 并可根据滤液体积与时间的关系判断滤速的 高低。实验中以基本无滤液滴落， 过滤压力不能继续 维持恒定为过滤的终点。 1. 2实验物料 实验所用物料为胜利油田某联合站储油罐清罐 所得罐底油泥。在 105℃ 下将油泥烘干至恒重， 测得 该油泥的含水率为 95. 02 ， 将烘干后的油泥经索氏 提取， 测得其干基含油率为 72. 19 ， 干基含砂率为 27. 81 。对油泥中的砂质进行粒度分析， 见图 1， 得 出砂的平均粒径为100. 8 μm， 分布在 1 ～ 1 000 μm的 较宽范围内， 但小于100 μm的细颗粒较多， 含量在 70 左右。 图 1含油污泥中砂的粒度分布 实验中选取一种助滤剂 G 自行开发 以改善油 泥的过滤性能， 该助滤剂来源于一种固体废弃物， 成 本低， 无毒、 无味、 无腐蚀性， 为微细颗粒集合体， 其平 均粒径为422. 5 μm。粒度稍大于含油污泥中的砂， 在过滤中可起到骨架支撑作用， 从而提高过滤速率和 固体颗粒的截留量。实验中还以阳离子聚丙烯酰胺 PAM 分 子 量 800 万 ～ 1 600 万 和 聚 合 氯 化 铝 PAC 为絮凝剂， 研究了絮凝剂的作用效果， 并对助 滤剂和絮凝剂复配时的效果进行了初步评价。 2研究结果与讨论 取含油污泥 600 g， 不添加任何助剂的情况下， 在 0. 3 MPa压 力 下 进 行 恒 压 过 滤，滤 液 清 澈，压 滤 240 min后所得 滤 饼 含 水 率 仍 为 83. 84 。依 据 式 1 得到滤饼比阻为 1. 87 1013m/kg。实验结果可 以看出， 该含油污泥直接压滤滤速慢、 过滤比阻高且 最终滤饼含水率仍偏高。本文通过投加助滤剂及絮 凝剂等助剂改善其压滤脱水性能。 2. 1助滤剂 G 的助滤效果 实验中添加不同比例的助滤剂 G， 在0. 3 MPa下 进行恒压过滤， 分析得出不同助滤剂投加量时的过滤 比阻。实验结果如图 2 所示。从图 2 可看出 助滤剂 G 的投加可大大降低过滤比阻， 当投加助滤剂 G 的 量占滤浆总量的 1. 5 时， 滤饼比阻从原始的 18. 7 1012m/kg降低到 7. 30 1012m/kg， 且完成过滤所需 时间从原始的240 min降低到60 min以内; 而当投加 2. 0 的助滤剂 G 时， 滤饼比阻进一步下降到 3. 20 1012m/kg， 完成过滤所需时间为20 min， 滤速有明显 提高。从图 2 可观察到， 随着助滤剂 G 的添加量增 加， 过滤的比阻逐渐降低， 但当投入量超过 2. 0 后， 比阻的下降趋于平缓。每次过滤结束后测定滤饼含 水率， 数据见表 1， 可见在助滤剂投加量大于 2. 0 时， 含 水 率 可 降 到 70 左 右， 滤 饼 较 空 白 样 更 加 坚实。 图 2助滤剂 G 投入量与比阻关系 52 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 表 1助滤剂 G 不同投加量时滤饼最终含水率 投加比例 / 滤饼含水率 / 083. 84 1. 572. 05 272. 12 2. 570. 03 368. 33 3. 568. 94 2. 2絮凝剂 PAM 的作用效果 含油污泥中添加助滤剂 G 之后， 可加快滤速， 坚 实滤饼。但 是 滤 速 仍 不 够 高， 由 此 需 添 加 絮 凝 剂 PAM， 进一步提高滤速。 在实验条件不变的情况下， 取含油污泥600 g， 添加 絮凝剂 PAM 0. 15， 使用相同的搅拌速度， 不同的搅拌 时间和静置时间下考察絮凝效果并进行过滤实验。 结果发现， 搅拌时间及静置时间对絮凝剂 PAM 的作用影响明显。搅拌时间越长， 或静置时间越长， 絮凝效果越好， 油泥形成的絮团就越大越稀松。絮凝 充分的油泥进行压滤时， 过滤时间可大大降低， 如搅 拌10 min时， 仅需10 min即可完成过滤， 滤饼比阻由 空白样的 18. 7 1012m/kg下降到 1. 5 1012m/kg， 参 见表 2。 表 2搅拌和絮凝时间对压滤速度的影响 絮凝方法过滤时间 /min比阻 / 1012m kg － 1 空白样24018. 7 不断搅拌 5 min165 13. 2 搅拌 5 min， 静置 55 min607. 3 搅拌 5 min， 静置 235 min302. 9 不断搅拌 10 min101. 5 根据上述研究结果， 取不同的 PAM 添加量， 恒定 速度搅拌10 min， 待絮凝充分后， 在实验相同的条件 下进行压滤， 分析滤饼含水率， 并得出滤饼压滤比阻， 见表 3。由表 3 可见， 在 PAM 添加量超过 0. 10 时， 滤饼比阻可下降一个数量级， 继续增大其添加量， 滤 饼比阻变化不大。从滤饼的含水率来看， 压滤结束 时， 滤饼含水率均在 80 左右， 观察滤饼状态， 发现 其孔隙较多， 成形性不够理想， 不易从滤布上剥离。 表 3PAM 投加量对含油污泥过滤效果的影响 PAM 投加比例 /滤饼含水率 / 比阻 / 1012m kg － 1 083. 8418. 7 0. 0777. 2514. 7 0. 1081. 160. 8 0. 1580. 821. 5 0. 2082. 221. 2 0. 2582. 321. 5 0. 3080. 960. 5 2. 3聚合氯化铝 PAC 的作用效果 取600 g含油污泥， 加入不同比例的 PAC 充分搅 拌絮凝， 在0. 3 MPa 压 差 下 进 行 压 滤， 滤 饼 比 阻 与 PAC 投加量之间的关系见图 3， 可看出 PAC 的添加同 样可使滤饼比阻有明显下降， 但效果较 PAM 稍差， 效 果最好的添加比例为 0. 33 ， 此时过滤比阻为 3. 5 1012m/kg， 过滤完成需约20 min， 滤速较空白样有明显 提高， 滤饼含水率为 80. 71 。PAC 投加量继续增大 时， 滤饼比阻反而有所上升。投加 PAC 时滤液发黄， 并且随着加药量的增加， 滤液的浑浊度也随之增加。 图 3PAC 投加比例与过滤比阻的关系 2. 4助滤剂和絮凝剂的复配效果 絮凝剂在使含油污泥絮凝沉降的同时， 有一部分 水被絮团携带而不易脱除， 导致最终滤饼含水率较 高， 难于从滤布上剥离。为加强压滤效果， 本文将助 滤剂 G 和絮凝剂进行复配， 一方面利用絮凝剂的作用 使污泥易于形成絮团， 与水分离， 加快滤速， 另一方面 利用助滤剂骨架作用， 使滤饼易于从滤布上剥离。 取含油污泥 600 g， 按照单剂较优的投加比例， 取 PAM 0. 1 与助滤剂 G 3. 0 复配， PAC 0. 33 与助 滤剂 G 3. 0 复配， 在过滤压差0. 3 MPa下压滤脱水， 测定滤饼比阻及压滤结束时的含水率。 PAM 与助滤剂 G 复配时， 过滤可在 3min 左右结 束， 最终滤饼含水率为 74. 16 ， 滤速较仅添加助滤 剂 G 或 PAM 均 进 一 步 提 高， 滤 饼 比 阻 为 0. 05 1012m/kg， 较单独添加助滤剂 G 或 PAM 有明显下 降， 实验结果见表 4。观察滤饼， 发现滤饼规则坚实， 较单独添加絮凝剂 PAM 时， 更容易从滤布上剥离。 从表 4 可以看出 PAC 与助滤剂 G 复配13 min可 完成过滤， 滤后滤饼含水率降至 78. 32 ， 滤饼比阻 为 0. 1 1012m/kg， 较单独添加助滤剂 G 或 PAC 又 进一步改善， 但滤液微黑， 整体效果没有 PAM 与助滤 剂 G 的复配好。 62 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 表 4复配实验数据 絮凝剂絮凝剂比例 /助滤剂 G 比例 /r/ 1012m kg － 1 过滤时间 /min滤饼含水率 / 实验现象 0018. 724083. 84滤液澄清， 滤饼成形性尚可 PAM0. 103. 00. 05374. 16滤液澄清， 滤饼成形性好 PAC0. 333. 00. 11378. 32滤液微黑， 滤饼成形性好 3结论 1含油污泥中投加适量助滤剂 G 可改善过滤效 果， 提高滤速， 降低过滤比阻， 并使过滤完成后的滤饼 含水率较空白样降低， 助滤剂 G 最佳投加量为 2 。 2含油污泥中投加絮凝剂 PAM 可有效提高滤 速， 降低过滤比阻。PAM 投加量超过 0. 1 ， 滤饼比 阻可下降一个数量级之多， 但压滤结束时滤饼含水率 均在 80 左右， 成形性不理想， 不易从滤布上剥离。 3含油污泥中投加 0. 33 的絮凝剂 PAC 亦可 使比阻由空白样的 18. 7 1012m/kg下降到 3. 5 1012m/kg， 滤速也有明显提高， 过滤完成时滤饼含水 率为 80. 71 。但投加 PAC 时滤液发黄， 随着加药量 的增加， 滤液的浑浊度也随之增加。 4PAM 0. 1 与助滤剂 G 3. 0 复配， 可有效改 善压滤效果， 3 min即可使滤饼含水率降至 74. 16 ， 滤液澄清， 滤饼成形性好， 较仅添加絮凝剂 PAM 时， 更容易从滤布上剥离。 参考文献 ［1］周陵生， 姜秀民， 刘建国， 等． 胜利油田含油污泥的燃烧特性分 析［J］． 上海交通大学学报， 2010， 44 1 80- 84． ［2］刘会娥， 沈国平， 陈爽， 等． 油罐底泥的脱水性能实验［J］． 环境 工程， 2009， 27 6 ，18- 21． ［3］Hwa T J，Jeyaseelan S． Conditioning of oily sludge with alum［J］． Environmental Monitoring and Assesment，1997，44 263- 273． ［4］BuyukkamaciN， KucukselekE．Improvementofdewatering capacity of a petrochemical sludge ［J］．Journal of Hazardous Materials，2007，144323- 327． ［5］谈天恩， 麦本熙， 丁惠华． 化工原理 ［M］． 二版． 北京 化学工业 出版社， 1994． 作者通信处刘会娥266555青岛市经济技术开发区长江西路 66 号中国石油大学化学工程学院 E- mailliu_huie 126． com 2010 － 09 － 29 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 14 页 性以及完整性， 进而影响微生物的生长、 繁殖， 从而提 高微生物对脉冲磁的敏感度， 提高脉冲磁场对微生物 的杀灭效果。 4结论 1 利用扫频脉冲磁场对电厂循环冷却水中的异 养菌进行灭活实验表明， 灭活率随着作用时间和水温 的升高而升高， 并对频率和电压有选择性。 2 实验发现， 某些固定频率抑制循环水中异养 菌生长， 但某些固定频率刺激异养菌生长。循环冷却 水中的异养菌是一大类细菌的总称， 不同种类细菌的 致死频率和电压均不相同， 只有选择合适的脉冲扫频 范围和电压才能达到使水中异养菌灭活目的。 3 当扫频范围 100 ～ 1 000 Hz， 步进频率50 Hz， 脉冲间隔时间10 ms， 单次作用时间15 s， 输出电压 3 V， 温度为45 ℃ 时， 循环冷却水中的异养菌数总数 从 1. 84 106个 /mL 下降到 6. 9 104个 /mL， 灭活率 达 78. 8 。 参考文献 ［1］Jaouhari C Gabrielle． Magnetic water treatment［J］． Wat Re， 2001， 35 13 3249- 3259． ［2］周蔚红， 张钧． 电磁脉冲灭菌研究［ J］ ． 微波学报， 2000， 16 3 320- 321． ［3］梁文艳， 曲久辉． 脉冲变频电磁场对水中藻类的抑制及去除效 能［J］． 环境科学， 2004， 25 4 38- 42． ［4］崔凤磊． 高频电场磁化水垢、 杀菌方面的研究［J］． 工业水处 理． 1997， 17 6 20- 21． ［5］刘涛， 马海乐． 脉冲电磁场的杀菌实验研究［J］． 南开大学学 报， 2006， 39 4 54． ［6］卢家暄， 连宾． 高压脉冲电场杀菌机理及影响因素分析［J］． 安 徽农业科学， 2007， 35 2 7601- 7603． ［7］张喜海， 张长利． 高强度脉冲电场灭菌关键因素的分析［J］． 东 北农业大学学报， 2005， 36 6 825- 827． ［8］武红梅， 刘智安， 王玮， 等． 电厂循环冷却水中异养菌的检测与 分析［J］． 能源工程， 2010 4 49． ［9］赵春旺， 王克勋， 刘前． 有限长螺线管磁场的数值计算与分析 ［J］． 工科物理， 1997 4 16- 17． ［ 10］刘普和． 物理因子的生物效应［M］． 北京 科学出版社， 1992． 作者通信处武红梅010051呼和浩特市内蒙古工业大学能源与 动力工程学院 E- mailwhm0622 yahoo． cn 2011 － 01 － 24 收稿 72 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期