含油污泥脫水技術(shù)及裝備的研究進展

水處理網(wǎng)訊:摘 要：油泥治理是有機溶劑污染土壤修復(fù)領(lǐng)域的重要課題。脫水是油泥治理中的關(guān)鍵技術(shù)，對作業(yè)量和除費成本影響較大。本文從藥劑、工藝、裝備三方面對脫水研究方面的成果進行總結(jié)，以期提供進一步研究的方向和建議。

關(guān)鍵詞：含油污泥；脫水；氧化

含油污泥貫穿于整個石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。每年我國新產(chǎn)生的含油污泥有 80 萬 t，含油污泥中大量的芳香族有機物可能會對土壤、地下水等產(chǎn)生難以降解的污染，進而影響作業(yè)區(qū)周邊居民的健康。

隨著國家“土十條”“水十條”的相繼頒布，石化產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)的油泥治理需要更徹底、更環(huán)保的處理方式。但含油污泥的治理對環(huán)保技術(shù)人員來說，挑戰(zhàn)一直都在。脫水技術(shù)是油泥治理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一方面可以降低作業(yè)量，另一方面可以減少諸如熱處理過程中的能源消耗，從而降低處理成本。含油污泥中的水分形態(tài)分為表面吸附水、間隙水、毛細結(jié)合水和內(nèi)部結(jié)合水四大類 。實施脫水時，表面吸附水需要加入絮凝劑以破壞表面張力；間隙水由于是游離的，利用重力和離心就能分離；約占污泥總量15%~25% 的毛細結(jié)合水與污泥顆粒的結(jié)合力強，需要較高的機械力和能量才能脫除；內(nèi)部結(jié)合水大量存在于生物胞體內(nèi)，需要采用加熱或生物分解的方式脫除。

1 脫水藥劑

油泥是復(fù)雜的混合物，分析含油污泥的組分是脫水的前期工作。劉清云等 采用正戊烷、正庚烷和甲苯，對長慶油泥進行了戊烷、庚烷和甲苯三級提取分析。元素分析結(jié)果表明，戊烷和庚烷提取液中主要是輕質(zhì)烷烴和蠟狀固體，二者都是原油的重要組分，可以通過 90# 石油醚熱洗回收處理。紅外光譜表征結(jié)果表明，甲苯提取物主要是富羧基瀝青質(zhì)，酸值接近 360mg·g-1。為破壞瀝青質(zhì)很強的分子間作用力，作者認為加入 Fe3+、Al3+ 等金屬陽離子生成金屬螯合物，可減少束縛水，加入兩性高分子絮凝劑形成高分子交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能使內(nèi)包結(jié)構(gòu)中的水分子游離，加強脫水效果。中試實驗中，加入氧化鈣將長期存放的污泥 pH 調(diào)節(jié)到 6.0~6.5，可以增加氫氧根的數(shù)目，減弱絮凝效應(yīng)，促進脫水。最終，油泥含水率可降低至 33.6%，體積縮小 20 倍。

聚丙烯酰胺（PAM）是目前報道的廣泛用于含油污泥脫水的表面活性劑。黃田等在脫水干燥的實驗中先加入 2%（w）的脫水劑，然后分 2 次加入陽離子型 PAM 進行快速和慢速攪拌，處理后含水率降低了 20%。脫水后，干化實驗中加入 5% 的氧化鈣混合煤粉可以用作燃料。鄭凌晨等在高含水油泥中加入 3% 的脫穩(wěn)劑后，含水率降低 22%，之后按照 0.5g·kg-1 的投加量加入陽離子型 PAM，含水率降低約 3%。脫水油泥與煤的混合比例為 1∶5時，混合物熱值達到原煤的 90%，可以作為煤的替代燃料，實現(xiàn)資源的二次利用。杜國勇等以 3%的固體酸和強電解質(zhì)為脫穩(wěn)劑，按照 400mg·L-1 的濃度加入非離子型 PAM，此工藝下，含水率可低于55%。在中試放大實驗中，脫水后的污泥經(jīng) 0.178mm篩網(wǎng)過濾后，濾渣與煤按照 1∶2 混合后可制備可燃性燃料。韓卓等 [6] 在脫水藥劑的小試中發(fā)現(xiàn)，單因素試驗中脫水率較高的絮凝劑和表面活性劑分別是1500 萬分子量的 PAM 和非離子型脂肪醇聚氧乙烯醚。正交復(fù)配試驗結(jié)果表明，當(dāng)非離子型脂肪醇聚氧乙烯醚的加入量為 1.5mL·kg-1，生石灰投加量為1%，聚丙烯酰胺投加量為 0.05% 時，真空抽濾脫水率達到 60%。此外，復(fù)配藥劑也有相關(guān)報道。閻松等把十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉和 PAM 作為復(fù)配藥劑，對含油污泥進行離心前預(yù)處理，處理后的水層和油層分開進行離心，并在離心前進行攪拌。當(dāng)轉(zhuǎn)速為 3000r·min-1、時間 20min、油泥和助劑的固液比為 2∶5(g/mL) 時，最高脫水率為 92.17%。

2 脫水工藝

芬頓及類芬頓氧化工藝是目前報道最多的脫水工藝。孫根行等探究了酸性條件下提高芬頓氧化法脫水率的方法。小試實驗結(jié)果表明，當(dāng) pH 為 4、雙氧水濃度為 2g·L-1、雙氧水與二價鐵的質(zhì)量比為 4∶1、溫度 35℃、反應(yīng) 1h、氧化鈣濃度 7g·L-1、轉(zhuǎn)速為 3000r·min-1、時間為 5min 時，得到的泥餅含水率低于 75%，石油類含量低于 2%。雙氧水用量的增加有利于降低離心上清液的石油類含量及濁度等指標(biāo)。該方法的主要原理是羥基自由基氧化分解胞外聚合物，破壞了由胞外聚合物作為鏈橋形成的絮凝體，使得團狀胞外聚合物膠團變?yōu)榻z狀。苑宏英等在比較了多種氧化劑對污泥的脫水性能后認為，氧化性強并不一定有利于脫水，而是在氧化的同時增加具有絮凝作用的金屬陽離子，從而降低出料污泥的比阻，金屬陽離子能夠與污泥表面大量的負電荷和胞外聚合物形成鏈橋，加速沉降 。在光照 - 芬頓氧化的實驗中，Tokumura M等認為，除羥基自由基的氧化作用外，鐵離子可加速污泥絮凝集團的瓦解。在后期的氧化過程中，鐵離子被嵌入活化的絮凝集團，有利于后續(xù)處理中內(nèi)部結(jié)合水的脫除。微波是一種可快速加熱的儀器，陳小英等研究了微波與芬頓氧化結(jié)合的工藝條件，認為微波能夠加速污泥中富電子集團顆粒的運動，增加相互碰撞的頻率，進而改變絮凝體的穩(wěn)定性，提高胞外聚合物的濃度。胞外聚合物也被認為是導(dǎo)致污泥難脫水的重要原因。芬頓試劑在后續(xù)的氧化過程中可以充分氧化胞外聚合物，對釋放出的胞外聚合物進行破解和重組，形成絮凝體，同時 Fe2+ 產(chǎn)生正負電荷顆粒中和的聚集效應(yīng)，從而加速聚沉脫水。

3 脫水裝備

過濾是脫水的傳統(tǒng)方法，對含油污泥粒徑及含油率進行分析，有利于過濾工段的實施。毛飛燕等采用改進的 DSC 檢測方法 [19]，對油泥中水滴的粒徑進行了測試分析，按照單因素實驗法和正交試驗優(yōu)化法，對高黏度、水滴粒徑分布廣的含油污泥的離心工藝進行了探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度和轉(zhuǎn)速是決定脫水率的關(guān)鍵因素。對粒徑小于 5μm 的油泥，轉(zhuǎn)速的影響較大；粒徑大于 10μm 的油泥，40min 的總時間才能達到 85% 的脫水率。劉會娥課題組利用自制的小型壓濾裝置，對壓濾過程中的影響因素進行討論。含油率和固體物粒徑是影響濾餅比阻的關(guān)鍵因素。含油率為 20.97%、平均粒徑為 289μm 的油泥無需加入助濾劑，壓差為 0.2MPa 時就能順利進行壓濾；含油率為 45.41%、平均粒徑 45.36μm 的油泥在相同壓差下無法壓濾，需要加入 15% 干基油泥的助濾劑，含水率才能降到 60%。絮凝劑陽離子 PAM 和聚合氯化鋁均能降低比阻，利于壓濾，但聚合氯化鋁的使用會造成濾液發(fā)黃、渾濁的問題。將 1% 的陽離子 PAM 和 0.3% 的助濾劑復(fù)配，壓濾時間 3min 即可滿足成型和運輸需要。

離心機是研究較廣泛的設(shè)備。戴賞菊等 提出基于離心脫水機的技術(shù)改進路線，主要增加了污泥濃縮罐、污泥調(diào)理系統(tǒng)和污泥輸送系統(tǒng)。通過增加濃縮罐解決對周圍環(huán)境的污染，采用加熱的方式破壞絮凝體，加入 PAM 和 PAC 改變膠體的穩(wěn)定性，增加隔離墻和輸送帶解決出料對室內(nèi)空氣的污染等，改進了原技術(shù)路線，項目的運行效果良好。李旭升等指出，離心前把預(yù)處理污泥和絮凝劑一起加進離心機，可以加速輸送過程中絮凝體的破壞，從而精簡流程、降低成本。含油污泥和不含油污泥在運行中的脫水效果也不一樣。劉俊起等 指出， 3年多的運行結(jié)果表明，非含油污泥經(jīng)離心脫水后的干污泥含水率小于 80％，含油污泥的干污泥含水率小于 85％。三泥單獨離心脫水時，會出現(xiàn)濾液顏色發(fā)黑、伴有油類懸浮物的情況。于振民等指出，浮渣、油泥和剩余污泥按比例加入，不會造成濾液COD 偏高、濾液渾濁的情況，原因是不同種類污泥的排放規(guī)律不同，若在儲泥罐中隨機混合，很難找準(zhǔn)離心機對應(yīng)的參數(shù)，應(yīng)該單獨儲存不同種類污泥，在前期確立離心脫水參數(shù)的前提下，按比例混合。

李強報道了一種用于罐底油泥脫水干化的移動車載離心脫水機組，最大的優(yōu)點是占地面積小、方便移動、自動化性能強。實際應(yīng)用中，只需在平整地面上提供動力電源、自來水管即可快速作業(yè)。

在調(diào)整好絮凝劑濃度、轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速的前提下，出料含水率小于 65%。李健光 [27] 報道了疊螺式污水脫水機在油泥、浮渣和活性污泥脫水中的應(yīng)用。結(jié)果表明，處理油泥時，PAM 需要稀釋后再加入，出料含水率低于 55%；浮渣中投加 1mg·L-1 的 PAM，出料脫水率約 68%；活性污泥中投加 1mg·L-1 的PAM，外加助凝劑，出料含水率約 80%。各種污泥脫水后的濾液 COD 均低于 500mg·L-1，石油烴濃度小于 50mg·L-1，達到污水廠的水質(zhì)要求。類似的研究 也提到，活性污泥與油泥按 3∶1 混合，加入 0.15% 的固體 PAM 攪拌后，水層厚、渣層薄，絮凝效果良好。之后采用三相臥螺離心脫水機離心，含水率由 95% 降到 70%。脫水后的油泥餅經(jīng)高溫蒸汽二次加熱后，含水率進一步降低到 25%。相對于離心脫水機，壓濾機應(yīng)用得較少，但也有報道。孫建成設(shè)計了一種撬裝移動式油泥砂脫水成套裝置，主要脫水部分是面積 40m2 的廂式壓濾機，其它組成分別是高效混拌器、加藥系統(tǒng)、分離收集系統(tǒng)及自控配電系統(tǒng)。在加入的助濾劑小于 5%、絮凝劑小于 0.005% 時，依靠調(diào)整壓濾時間，最低含水率達到 60.18%，平均含水率由 95% 降低到 80%，節(jié)約成本 100 元·m-3。

4 結(jié)論和建議

目前應(yīng)用于污泥脫水的表面活性劑大多是廣用型試劑，適用于多個領(lǐng)域，基于污泥組分和性質(zhì)的表面活性劑卻未見報道，因此研究開發(fā)含油污泥專用表面活性劑是未來試劑開發(fā)可以考慮的方向。工藝處理主要集中在芬頓及類芬頓的氧化改性上，其它氧化劑的相關(guān)工藝報道很少，建議進行系統(tǒng)研究。脫水裝備的研發(fā)難度較大，研發(fā)周期長，研發(fā)成本高，需要有關(guān)部門集中資源和力量進行技術(shù)攻關(guān)。

原標(biāo)題:含油污泥脫水技術(shù)及裝備的研究進展