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超声波技术处理含油污泥

发布时间:2021-10-13 9:47:30  中国污水处理工程网

  1、含油污泥的来源及危害

  含油污泥主要源自石油钻采、储存、运输、中转、炼制及含油污水处理等工艺。油田含油污泥的主要成分是水、石油类、污泥中的泥土和其他成分。

  含油污泥具有成分复杂、难于脱稳脱胶、易于产生异味和处理过程中需要进行防爆处置等,其含有的石油进入水体或土壤,将会对周边生态、微生态系统和土壤植被生态造成严重的危害,随着《土壤污染防治行动计划》和《土壤法》的相继出台实施,提出了严格强化未污染土壤保护,必须对含油污泥进行无害化处置,最大限度地减少对周边生态环境的影响已是大势所迫。

  2、含油污泥的处置技术现状

  综合目前的污泥处置技术可知,含油污泥处理技术可分为:化学处理法(加热碱性洗法、化学清洗法、溶剂萃取法和化学破乳-脱水法等)、调质-机械分离法、回注调剖技术、热处理技术(干化焚烧、热解法、焦化法等)、生物法(地耕法、堆肥法、生物反应器技术和植物修复技等)及其它新衍生出的处理方法(如电动力学处理技术、超声波法、冷冻融融处理技术、毛细吸入技术等)等,但每种方法都有各自的适用范围、技术优缺点和经济性等。

  为满足日益严格的环保监管要求,目前对于含油污泥的处置多是采用多种处理工艺相组合,分别利用各自工艺在不同方面的技术优势进行有机组合,进而实现污泥的合理高效处置。其中超声波辅助处理作为新型的污泥预处理技术,充分利用对污泥能够产生海绵效应、局部发热等作用提高污泥脱水能力,降低污泥的粘性。

  3、超声波污泥处置技术的原理及进展

  3.1 超声波技术处理含油污泥的机理

  超声波是指频率从20kHz~10MHz范围内的声波,该波段的声波具有频率高、方向性恒定、穿透力强、能量集中等特点。超声波污泥处理作为新型的污泥处理技术,主要是用来强化污泥中石油类的分离,其作用原理主要为超声波的振动和声空化功能。

  (1)超声波的机械振动,超声波使得在其中的液体物质高速高频振动,形成极强的湍流。利用污油、固体无机物质和水的密度不同,在强大湍流作用下,分离出来的石油小颗粒在振动作用下互相高速碰撞,可以克服污油小颗粒之间的界面张力,凝聚成较大的油滴。

  (2)超声波的声空化,由于超声波振动后三相密度不同的物质会发生相对位移,会在石油和污泥的界面处发生空化(产生气泡),这种空化可以达到分离石油和固体无机物的效果。此外,高温高压还可以降低固体无机物与污油之间的粘附力。

  3.2 超声波处理含油污泥技术

  超声波技术对含油污泥的影响是多方面的,由于含油污泥来源有所不同,性质差异也比较大,其主要影响因素为超声波处理的频率、强度、作用时间、反应温度及污泥的中值粒径等技术参数。

  相关研究结果表明:合理选取处理温度是十分必要的,处理温度较低时,导致油粘度高,粘附力强,不易于分离;而处理系统温度过高时,将导致超声波空化强度减弱,影响反应的效果。因此过高或过低的反应温度均不利于含油污泥的污油、污泥分离和污油的去除等[1];XUNing等进行了含油污泥的超声预处理研究,研究结果表明:其最佳工艺反应条件为超声频率为28kHz,系统反应温度为40℃,反应时间为20~30min,最优条件下,含油污泥干基油含量由0.130g/g降低至0.055g/g,除油效率较未采用超声处理技术提高了55.6%。

  4、超声波耦合混凝沉淀技术含油污泥现场试验研究

  4.1 现场试验工艺及试验目标

  现场试验所采用的整体工艺:“机械调质→超声波脱稳装置→混凝沉淀→离心分离→焚烧”。而本次研究所涉及的仅为该整体处理工艺中的超声波脱稳预处理段工艺,作为整个处理工艺的关键段,决定着油、水和泥三相分离的效果。设计试验目标确定为:处理后的污泥含油量≤2%、含水率≤10%,经处理后的含油污泥达到国家污泥处理的标准限值,可用做建材原料、土地填埋等综合利用,可彻底实现含油污泥的无害化处置。现场试验选在北方某海上石油钻采污泥处置厂内开展,设计试验能力为5.0m3/d。

  4.2参数优化及预处理效果研究

  为了研究含油污泥处理效果,以油田落地油泥为基础,进行了现场试验,确定了污泥无害化处理系统运行参数,并对污泥无害化处理系统稳定运行效果进行了研究。

  4.2.1 温度对于超声波处理钻采油泥效果的影响

  在前期室内实验的基础上,初步确定了超声波除油的最佳运行参数为:频率40kHz、强度3.0kW,作用时间20min,现场试验研究了不同温度下超声波脱稳技术对于含油污泥处理的效果,其效果详见见表1。

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  从表1可看出,油泥中单元出口油含量随着反应温度的升高而降低,55℃时超声辐照可使超声出口油泥中油含量降到最小值,而继续提高温度对于油泥处理效果改善不明显。为此确定50℃为超声污泥预处理的最佳温度。

  4.2.2 强度对于超声波处理钻采油泥效果的影响

  在超声波预处理含油污泥过程中,随着超声波强度、输出功率的不同,产生的机械振动作用和空化作用效果也不同。因此,在室内实验基础上,研究了不同功率条件下钻采含油油泥处理效果见表2。

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  由表2可分析,随着超声功率的逐步提高,油泥中出口单元油含量出现先降后反而上升的趋势。分析其原因主要是超声声强增高,空化强度增强,而超声波在弱空化效应下除油较高。因此确定油泥处理系统最佳超声功率是3kW。

  5、结论

  通过超声波预处理工艺处理含油污泥,可实现污油与污泥、污水的三相分离,有效降低污泥中的油含量。通过现场试验,确定了系统运行最佳参数为:在现场试验5.0t/d的处理能力下,最佳运行参数确定为:运行功率3.0kW,时间为20~25min,温度为50℃,破乳剂投加量为10mg/L的条件下,设备稳定运行,处理效果最佳。经超声波除油预处理后的污泥经离心分离可以确保脱水后的油泥中含油量低于2%,符合国家固体废弃物排放标准。(来源:中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司)

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