论文含油泥砂处理工艺方案设计.doc

本 科 毕 业 论 文题 目：含油泥砂处理工艺方案研究 学生姓名：陈发坤学 号：08042102专业班级：过程装备与控制工程08-1班指导教师：金有海教授 王振波教授 2012年6月19日摘 要含油泥砂是油田、炼化企业生产过程中产生的一种富含矿物油的黑色粘稠状固体废弃物，它来源广泛、种类繁多、成分复杂、危害性大。目前，国内外对含油泥砂的处理方案很多，但是这些方案都存在着诸多弊端，很多方案尚处于试验理论阶段未得到实践运用。总之，对含油泥砂的处理还没有真正找到一种被公认的、普遍适用的方案。因此，在能源越来越短促、环保要求越来越高的今天，如何处理含油泥砂依然是困扰着每个油田、炼厂的难题。本文对含油泥砂的基本性质进行了概括，并对当前国内外含油泥砂的主要处理工艺方案进行了总结、对比。最后综合研究，本着经济高效、绿色环保的理念，设计出了固化焚烧法，基本上对含油泥砂实现了减量化、资源化、无害化处理。关键词：含油泥砂；基本性质；工艺方案；固化焚烧法 ABSTRACTOil-sands is a black sticky solid waste which produced in the production process of oil fields or oil refineries. They have wide resources, complex compositions and great harm. At present, whether domestic or abroad, there are many process schemes about how to deal with the oil-sands, but they all have some disadvantages and many of them are still at the experimental stage without practice. In short, we have not really found a recognized, universally applicable process scheme for oil-sands. Therefore, nowadays, with the increasingly short of energy and the increasingly high demands of environmental protection, how to deal with oil-sands is still a problem which puzzled each oil fields and oil refineries. This article summarizes the basic nature of the oil-sands and the major process scheme in the current domestic and international oil-sands treatment fields, and compares their advantages and disadvantages. At last, through comprehensive study, obeying the concept of economic efficiency and green environmental protection, I designed the curing incineration, it basically realizes the oil-sands reduction, recycling and safe disposal.Keywords： oil-sands; basic properties; process scheme; curing incineration目录第1章 前言11.1 研究背景11.2 研究目的与意义21.3 研究内容2第2章 含油泥砂基本性质32.1 含油泥砂的定义32.2 含油泥砂的来源32.2.1 原油开采过程产生的含油泥砂32.2.2 油田集输中转过程产生的含油泥砂32.2.3 炼油厂污水处理过程产生的含油泥砂32.3 含油泥砂的特点42.4 含油泥砂的危害4第3章含油泥砂处理工艺方案研究进展63.1 含油泥砂处理方法63.1.1 热水洗法63.1.2 热化学法73.1.3 离心处理法83.1.4 溶剂萃取法93.1.5 生物法113.1.6 热处理法133.1.7 填埋法183.1.8 固化处理法183.1.9 电动力学处理法203.1.10 超声波法203.1.11 冷冻熔融法233.2 含油泥砂处理方法优缺点对比243.3 含油泥砂处理技术中存在的一些问题25第4章 含油泥砂处理工艺方案设计264.1 固化焚烧法的提出依据264.2 固化焚烧法的工艺方案设计274.2.1 燃煤的加工284.2.2 燃煤的利用284.2.3 废气、废渣的处理294.3 固化焚烧法的主要设备选型304.3.1 离心式脱水机304.3.2 粉碎机304.3.3 搅拌机314.3.4 投料机314.3.5 蜂窝煤机314.3.6 输送机324.4 固化焚烧法的应用前景分析32第5章 结论34致谢35参考文献36第1章 前言1.1 研究背景随着工业的发展，物质文明的进步，能源、环保已经成为21世纪最主要的议题。2008年世界环境日的主题为“转变传统观念，推行低碳经济”。未来世界对烃类需求的不断上涨，未来能源的巨大缺口在很大程度上要依靠从含油泥砂等工业废弃物再回收利用来弥补。含油污泥是指原油或者成品油混入泥土或者其它介质，不能够直接回收利用而可能造成环境污染的多种形态的混合物，具有含水率高、含油量大以及含有多种大量的有害物质的特点，属高危险污染物。我国己将石油污泥列入国家危险废物目录中，国家清洁生产促进法和固体废物环境污染防治法也要求必须对其进行无害化处理。国家新修订的中华人民共和国固体废物污染环境防治法对含油污泥等危险固体废物防治提出了更加严格的要求，污泥的资源化利用已被列为国家建设节约型社会的重要工作内容。按照新的法规、标准，许多企业对含油污泥的处理处置很难达到要求；一些企业含油污泥堆存填埋数量巨大，遗留环境污染隐患突出，同时根据新的排污收费标准及计算方法，含油污泥按危险废物1000元/吨的收费，企业排污成本负担加重。随着天然资源的短缺和固体废物排量的激增，许多国家把固体废物作为“资源”积极开展综合利用，固体废物已逐渐成为可开发的“再生资源”。因此，系统性开展油泥治理工艺研究，寻找妥善的处置措施，将对油田的可持续发展及保护油区生态环境具有重要意义。国外很早就开始了含油泥砂处理技术的研究，目前许多处理技术已经较成熟，并进入了应用阶段。如由Paul A.Ruehl等人1发明了一种综合利用油泥的方法：将油泥与水泥生料混合，搅拌均匀，磨成粉末后送入回转窑制取水泥熟料。在烧结过程中，油类物质得到蒸发和完全燃烧。含有二氧化碳和氧化铝的泥土经过锻燃后变成水泥熟料；由Andritz公司开发的Andritz-CPF脱水处理设备已在日本、美国、法国获得应用；热水洗涤法(也称热脱附法)已经被美国环保局定为处理含油污泥优先采用的方法等等。我国对于含油污泥的处理还处于研究阶段，和国外的技术水平存在着一定的差距，但我国目前也在积极推进各种含油污泥处理技术，保护油田环境。如河北省辛集市的贾茂郎等人2采用含明矾、食盐溶液在加热(7090)条件下，将油泥分散和初级分离，经初级分离的原油又经离心分离后得到进一步净化。采用本方法分离出的原油含水0.5%以下，含杂质1%以下可供炼油厂使用。现在全国各油田在生产过程中都有大量的含油泥砂产生，据统计仅胜利油田每年的含油泥砂产生量就在11万吨左右，含油泥砂的排放已成为危害当地环境质量的重要因素。一方面是油田含油泥砂的大量排放污染环境，另一方面是国家环保部门开始对含油泥砂排放征收高额的排污费(1000元/吨)，所以无论从环境保护考虑还是从企业的经济利益考虑，含油泥砂的治理都已成为当务之急，解决问题的关键是能找到一种环境友好和经济有效的处理方法。为此中国石化集团公司和中国石油天然气集团公司的多个油田和一些科研单位都对含油泥砂的治理做了大量研究工作，取得了一定进展，提出了许多含油泥砂无害化处理和资源化处理的方法，但由于许多方法不具备简单易行、经济实用和普遍适用性，难于广泛推广应用。基于此，本文将研究含油泥砂的各种处理方案，综合对比各种处理方案的优缺点，力争找到一种经济高效、绿色环保、普遍适用的处理方案。1.2 研究目的与意义含油泥砂虽然对环境危害较大，但同时也是宝贵的二次资源，含有大量的可燃物质。在污水处理系统中污泥含油量约为2%10%；在除砂器、原油处理的压力容器和大罐中所排出的污泥含油量为25%30%；炼油厂排出的污泥中含油量更高达30%35%。因此在对含油泥砂进行无害化处理的过程中，也应该考虑将其资源化，“变废为宝”，综合利用。目前含油泥砂处理方案很多，但是，研究表明这些处理方法普遍存在着原油回收率低、不能满足现行环保要求、处理成本很高、二次污染、操作复杂不具备工业化生产条件等缺陷。另外，鉴于含油泥砂成分复杂，各个油田、炼厂情况不一样：含油泥砂组成成分不一样，含油量高低不一样，堆放时间不一样，其处理方法也不一样。因此，想要很好的处理含油泥砂依然是困扰每个油田、炼厂的难题。本文将主要调查研究各种处理方案的优缺点，力争可以找到一种既经济高效、简单易行，又绿色环保的处理方案。1.3 研究内容目前，含油泥砂的处理方法很多，各有优缺点。本文主要研究内容有如下几部分：（1）研究含油泥砂的来源及基本性质。（2）研究含油泥砂的处理方案及各种处理方案优缺点对比。（3）按照简单易行、经济高效、绿色环保的理念，从多种方案中找出最优方案。第2章 含油泥砂基本性质2.1 含油泥砂的定义含油泥砂是油田生产过程中产生的一种富含矿物油的固体废物，外观呈黑色粘稠状，主要成分为原油、泥沙和少量的水，随矿场堆积时间的变化其成分有所改变。含油泥砂数量巨大，含有一定量的苯系物、酚类等对人体以及周围动植物有害的有机物，因此必须对其进行无害化处理。含油泥砂已经成为油田生产开发过程中的重要污染物来源，也是制约油田环境质量提高的一个关键因素。2.2 含油泥砂的来源原油开采、油田集输中转、炼油厂污水处理是产生含油泥砂的三个主要过程。2.2.1 原油开采过程产生的含油泥砂原油开采过程中产生的含油泥砂主要来源于地面处理系统：在油田开发特别是油井采油生产和井下作业施工过程中，部分原油放喷或被油管、抽油杆、泵及其它井下工具携带至地面或井场，这些原油渗入地面土壤，形成的油泥称为落地油泥；污水处理过程中产生的含油泥砂；再加上污水净化处理中投加的净水剂形成的絮体、设备及管道腐蚀产物和垢物、细菌(尸体)等组成了含油泥砂。此种含油泥砂一般具有含油量高、粘度大、颗粒细、脱水难等特点，它不仅影响外输原油质量，还导致注水水质和外排污水难以达标 。2.2.2 油田集输中转过程产生的含油泥砂主要来源于接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池底泥、炼厂含油水处理设施、轻烃加工厂、天然气净化装置清除出来的油沙、油泥，钻井、作业、管线穿孔而产生的落地原油及含油泥砂。油品储罐在储存油品时，油品中的少量机械杂质、沙粒、泥土、重金属盐类以及石蜡和沥青质等重油性组分沉积在油罐底部，形成罐底油泥。2.2.3 炼油厂污水处理过程产生的含油泥砂炼油厂污水处理场的含油泥砂主要来源于隔油池底泥、浮选池浮渣、原油罐底泥等，俗称“三泥”。这些含油泥砂组成各异，通常含油率在10%50%之间，含水率在40%90%之间，同时伴有一定量的固体。2.3 含油泥砂的特点含油泥砂的主要特点是：1) 含水多、体积大。含油泥砂的水合性和带电性形成了稳定的分散状态。一层或几层水附于颗粒表面，阻碍颗粒相互结合。同时泥沙颗粒一般都带负电，所以含油泥砂大部分颗粒相互排斥。这样就会造成含油泥砂含水多、体积大，占据大量的土地资源。大量未经过处理的含油泥砂已成为油田和炼油厂的沉重负担。2) 成分复杂，处理难度大。一般由水包油（O/W）、油包水（W/O）及悬浮固体组成，是一种较稳定的悬浮乳状液体系。污泥中含有大量老化原油、蜡质、沥青质、胶体、细菌、盐类、酸性气体等，还有投加的各种药剂及形成的絮状体、设备及管道腐蚀产物和垢物等成分。污泥颗粒细小，呈絮凝体状，密度差小(油、水密度接近)、含水率高(一般在40% 90%之间)、持水力强，且充分乳化，粘度较大难以沉降，并且稳定性差，容易腐败和产生恶臭，污染空气，在生产及环保中产生极大的危害性。含油污泥中水一般可分为四种：游离水、絮体水、毛细水、粒子水。存在于污泥絮体空隙之间的游离水，借助污泥固体的重力沉降可部分分离出来；絮体水藏于絮体网络内部，只有靠外力改变絮状结构才能部分分离；毛细水粘附于单个粒子之间，必须施加更大外力，使毛细孔发生变形才能部分去除，粒子水是化学结合水，需要通过化学作用或高温处理，改变污泥固体的化学结构和水分子状态，才能将其去除。污泥中含油一般分为浮油、乳化油、溶解油等，这是使含油污泥粘度大，难于脱水处理的主要原因。特别是在三次采油过程中大量使用各种化学药剂，更增加了处理的难度。3) 有害成分多，危害性大。4) 含有大量的可燃物质。在污水处理系统中污泥含油量约为2%10%；在除砂器、原油处理的压力容器和大罐中所排出的污泥含油量为25%30%；炼油厂排出的污泥中含油量更高达30%35%。在资源如此短缺的今天，如此之高的含油量足以让每个国家为之垂涎。2.4 含油泥砂的危害含油污泥的主要污染物是石油。石油是一种古有烃类和少量其它有机物的复杂混合物，典型样品的烃类组分包括200300种不同的烃，分属烷烃、环烷烃和芳香烃；非烃类组分包括环烷酸、酚、杂环氮和硫化物等。含油污泥中的石油在雨水浸泡下流入农田，进入土壤后会影响土壤的通透性。它们粘着于土壤颗粒表面上，改变了土壤性质，破坏了土壤结构及土壤微生物的生存环境。其富含的反应基能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用，从而使土壤有效氮、磷的含量减少。低分子烃能穿透到植物组织内部破坏正常生理机制。高分子虽然难以穿透到植物内部组织，但易于在植物表面形成一层粘膜，阻碍植物气孔，影响植物蒸腾、水分吸收、呼吸和光合作用，甚至引起根系的腐烂。石油类物质还可能通过影响土壤酶的活性，从而干扰作物生长。石油类物质流入河流，使水中溶解氧得不到补充。同时，石油本身被微生物降解时，要消耗大量氧气，使水体严重缺氧，水生生态系统遭受破坏。石油类物质对人体的影响也是不容忽视的，石油中的芳香烃类物质对人体的毒性较大，尤其是双环和三环为代表的多环芳烃毒性更大。到目前为止，总共发现了2000多种、四大类可疑致癌化学物质，其中第一类就是以多环芳烃(PAH)为主的有机化合物，在各国的有机污染物控制名单中，这一类物质均被列为优先控制污染物。起致癌作用的多环芳烃可以通过水生生物的食物链富集进入人体，石油进入人体后，能溶解细胞膜，干扰酶系统，引起肾和肝等内脏发生病变并诱发癌症。据报道，水中鱼、贝类对有害物质的富集浓度可达到相应水相浓度的200300倍。含油污泥露天堆放后，石油类物质的轻质组分易挥发，进入大气循环。这些污染物随着大气运动。从一个小的区域，进入更大的空间，伴随着大气循环、地表水循环、地下水循环污染地表径流、深层地下水、土壤、空气。最终污染扩散至更大的区域。含油污泥对石油工业发展也具有危害性：含油污泥的存在使回注水中悬浮物含量严重超标堵塞地层造成油层吸水能力下降注水压力不断升高同时使水井增注措施(主要是酸化)有效期下降，增加了处理费用和工作量。为确保注水水质，防止悬浮物在系统中恶性循环，每天被迫外排大量的污水既造成了水资源浪费又污染了环境。由于大颗粒在沉降罐、净化污水罐、污水池中不断沉积使清罐周期缩短，由投产初期的3年左右缩短到半年左右。清出的大量污泥无处堆放，既污染环境又增加了成本投入。最后，含油泥砂含水多，体积大，如果得不到妥善处理，任意摆放，对土地资源也是一种莫大的浪费。总之，含油污泥产生如果不采取合理的措施进行处理，不仅严重影响原油开采行人员的生命健康，而且含油污泥体积庞大，不但占用耕地，还会对周围土壤、水体、空气都造成污染，伴有恶臭气体产生，污泥含有大量的病原菌、寄生虫(卵)、铜、锌、铬、汞等重金属，盐类以及多氯联苯英、放射性核素等难降解的有毒有害物质。因此，无论是从环境保护还是从回收能源的角度考虑，都应该对含油污泥进行无害清洁化处理。第3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展含油泥砂的来源不同，组成成分不同，含油量高低不同，其处理方法也不一样。现在，比较热门的几种处理方法有：热水洗法、热化学法、离心处理法、溶剂萃取法、生物法（包括地耕法、堆肥法、生物反应器法）、热处理法（包括焚烧法、热解法、焦化法）、填埋法、固化处理法、电动力学处理法、超声波法等。每种处理方法都有各自的优缺点，下面就分别介绍一下这几种处理方法的运用及各自的优缺点。3.1 含油泥砂处理方法3.1.1 热水洗法含油泥砂经长时间放置其表面原油已陈化成膜，很难把油直接洗涤下来，需先经过表面预处理。通过加入预处理剂（表面活性剂）使其表面的油活化，再通过加入筛选的含表面活性剂的热溶液反复洗涤，经离心后实现油、砂分离。含油泥砂的热水洗技术主要是通过在热水中加入一定量的碱（NaOH或Na2CO3）以及少量的表面活性剂（改变含油泥砂表面的润湿性，使得砂粒表面更加亲水）反复对和含油泥砂进行冲洗处理，然后再利用气浮设施实施固液分离。该方法是美国环保局处理含油泥砂优先采用的方法，目前主要用于落地污泥的处理。通过实验研究发现，一般洗涤温度应该控制在70，固液比在1：2左右最为适宜，洗涤时间20min。在此条件下含油泥砂的洗油效率最高，能将含油量为30%落地油泥洗至残油率1%以下3。洗液中NaOH或者NaCO量的多少对于最终的洗油效率有很大的影响。沥青质原油从含油泥砂中分离出来后会浮到碱液中，而泥砂会沉到罐底。新疆油田4通过跟踪检索国内外油泥治理的最新科研成果，从理论可行的角度上初步筛选了一部分可能的助溶剂类化学品，并对其进行大量的复配实验研究。针对取自油田不同区域的污泥试样，经过反复试验评价，取得初步成果。并于2004年在九区建成l套规模为25m/d的热洗处理装置一直运行至今，对含油量为32%的落地油(含大量的粘土和砂等)，采用热水洗涤工艺可将油泥中的油、水、砂三相分离，回收其大部分油品，实现资源化。经热化学洗涤可回收泥中85%左右的原油，但处理后剩余干泥的含油量一般3%5%左右，高于农用污泥中污染物控制标准(GB42841984)的含油标准(3000 mg/kg)。该法适用于含油量较高、乳化较轻的落地原油和油砂的回收处理工艺中的预处理，管理简单，运行成本相对较低。热水洗法工艺流程图如下图3-1所示：图3-1 热水洗法工艺流程图优点：操作简单，洗油效率高；无需大型设备，所用原料普通，因此成本小（碱可用廉价的无机碱或者洗衣粉）。缺点：对于含油量较低的含油泥砂处理效果不好，可能对环境产生二次污染。3.1.2 热化学法含油污泥由于含有泥砂、原油、各种化学处理剂、污水等多种复杂成分，形成了稳定胶态体系，外观为固态或半液态。热化学法的具体原理是通过向含油污泥中加入一定比例的热水及化学药剂，通过高速搅拌的破碎作用以及化学药剂和臭氧溶解气协同的乳化及氧化作用，把原油从泥砂表面洗涤剥离下来，达到清洗目的，然后再经过破乳、絮凝、气浮、沉降、旋流等工艺和相关设备将污泥分离成油、水、泥砂三相。原油回收进储罐；清洗水循环利用；泥砂排出，经自然脱水后用于修路或回填场地。清洗过程是一个可逆过程，分散和悬浮于水溶液中的原油也有可能从水中重新沉积于污泥表面。因此，一种优良的清洗剂应具有两种基本作用，一是降低原油与污泥表面的结合力，具有使原油脱离污泥的能力；二是具有防止原油再沉积的能力。具体工艺流程见图3-2：图3-2 热化学法工艺流程图含油污泥首先进入杂物清除器，将其中的杂物拣出；分拣后的含油污泥与热水和化学药剂等按一定比例连续加入清洗器中，通过控制泥砂和水的加入速度来控制清洗时间，利用高速搅拌、热水、药剂等的物理化学作用，把原油从泥砂表面洗涤剥离下来；清洗后的油砂水混合物进入液固分离器中，泥砂定时在液固分离器底端排出后进入干化场脱水，上部的油、水及少量泥砂进入三相分离器中进行油水砂三相的进一步分离；进一步分离后的油相进入原油储罐，水相经过旋流分离除砂后，再经加热炉加热到清洗温度后进入清洗器循环使用，少量泥砂在油水砂分离器底部定期排出进入干化场脱水。大庆油田5利用该法处理含油泥砂收到了良好的效果，经过实践生产得出如下结论：（1） 含油污泥化学清洗的最佳工艺参数为：温度70 80，清洗时间20 25min，加药浓度300400ppm，油泥与水的比例1：91：10。增加臭氧气浮工艺可以将泥砂含油量降低1%以上。室内实验和工业化装置检测取得的数据基本一致。（2） 该化学清洗处理技术实现了连续工业生产，处理后泥砂含油率降至4%以下，原油回收率达90%以上，较好地解决了大庆油田含油污泥的污染问题，取得了很好的经济效益。优点：处理效果较好，处理后的含油泥砂含油量很低。缺点：热处理装置价格昂贵，处理费用较高，处理过程易产生二次污染。3.1.3 离心处理法该方法是通过在含油泥砂中加入一定量的水以及一定比例的有机高分子絮凝剂或者无机混凝剂，在增温的措施下实施原油的回收。该技术的一般操作流程为：待处理的含油泥砂加水稀释搅拌加温匀化加试剂（混凝剂或者絮凝剂）离心分离污泥固化填埋。在离心分离过程中，离心转速越高，离心时间越长，污泥的含水率就越低；温度越高，油泥匀化越好，污泥的分离效果就越好。温度、试剂类型是决定含油泥砂分离好坏的关键因素。药剂的效果受含油泥砂的性能影响很大，油乳化越严重，处理效果越差，温度越高，处理效果越好。不过，对于含油量较小的含油泥砂，用离心法回收原油成本太高。按照目前的技术水平及油价，黄松芝等人6经过计算，认为只有当含油量大于20%的时候，含油泥砂用离心处理法才有经济价值。离心处理法工艺流程图如下图3-3所示：图3-3 离心处理法工艺流程图优点：处理速度较快，对于含油量较高的含油泥砂处理效果较好。缺点：不适于含油量较小的含油泥砂，用离心法回收原油成本太高，没有经济价值。3.1.4 溶剂萃取法含油泥砂有机溶剂萃取法主要是利用物质的“相似相溶原理”来实现油砂沥青的回收。利用有机溶剂萃取含油泥砂中的原油，然后进行蒸馏以达到分离的目的。这种方法是用有机溶剂与含油泥砂相接触，将溶解的沥青油与石英砂分离，萃取剂可以循环使用。在此工艺中，来自油田污水处理系统的含油污泥，经过浮选处理后，污泥可被分为三部分：回收水、尾泥、浮渣。处理后回收水中的悬浮物含量得到降低，其中的有机物含量很低，可回收到污水处理系统进行重新利用；尾泥主要由大颗粒的无机物质组成，其中有机物含量很低，可以压滤成饼后做填埋处理；分离出来的浮渣则集中了绝大部分的原油、有机物以及大部分的轻质悬浮物，另外还有部分水。浮渣接着进入萃取装置中进行处理，萃取分离出可直接利用的原油及有机物，而余下的泥水则返回到浮选装置继续处理。溶剂萃取工艺中的超临界流体萃取技术，是去除含油污泥中的油和其它有机物的有效手段。超临界流体溶剂有丙烷、三乙胺、重整油和临界液态CO等7。为了降低成本，美国开发了溶剂萃取氧化处理含油污泥的专利技术8： 第一步萃取采用粘度低、碳原子少(最佳24)的丙烯、环丙烷、丁烷等轻质烃为溶剂；萃取后残留泥中仍含一些聚核芳烃等有机物，需用相对分子质量较高的烃进行第二步萃取，而该专利技术则用湿法氧化工艺代替。氧化剂用空气、氧气和硝酸盐等(HNO3最佳)，污泥中保持一定水份，以促进氧化反应。在温度200375、压力0.1MPa的条件下，经一段时间后，有机物被氧化为CO和HO，残渣可符合直接填埋的要求。浮选是一种有效的固液分离方法，特别对于那些密度小于水的颗粒，以及非常细小的颗粒，更具有特别的优越性。浮选过程实质上是一个气固吸附与固液分离的综合过程。在这个过程中，微小气泡与在水中呈悬浮状态的颗粒相粘附，形成水气固三相混和体系，颗粒粘附上气泡后，其密度小于水而产生上浮作用，从而使呈悬浮状的污染物质得以从水中分离出去，形成浮渣。这部分物质大都为无机物；另一部分为密度接近或小于水的小颗粒物质，这其中包含了绝大部分的污油，是污染控制和资源回收的对象。浮选可以很好的完成这两部分的分离。浮选工艺的关键在于气体分散器的设计，确保气泡的最佳尺寸和分布均匀。气体分散器是采用专门设计的喷射，为气体进入液相提供了最有效的质量传递，从而最大程度地分离了污泥中的杂质和污油。从浮选装量出来的浮渣，经污泥泵加压后进入萃取器，同时， 萃取剂也经加压后进入其中，两种流体在萃取器中混合传质并分离为两相：一相为萃余的泥、水相，它们返回到浮选装置再处理；另一相为萃取出的污油溶于萃取剂中的溶液，它们接着进入分离罐，在分离罐中，经一个减压过程萃取剂以气态形式分离出来，经冷却成为液体收集于萃取剂瓶中循环使用，在冷却过程中其热量也可作能源储备。而从分离间中出来的原油，含水率小于0.25% (体积比)，可供炼厂炼油使用。渣泥的萃取一般是采用多次循环，第一次循环是以烃类化合物作为溶剂，利用丙烷的一次循环将大部分的油移走；第二次循环是利用重溶剂如汽油重整产品来移走芳香烃；第三次循环是使用轻的碳氢物移走剩余的二次循环溶剂，从萃取器出来的含重金属的渣泥被固化处理。这种分离处理工艺能够解决油田含油污泥的环境污染问题，并为其它有机物含量高的污泥处理提供了一条可借鉴之路，将有机污染物质转变为可利用的资源，从而消除了污染，是油田环境保护的有效措施之一。但此方法存在的问题是流程长、工艺复杂、处理费用高，还有待于进一步改进。目前，该方法适用于理论及实验室阶段。萃取分离的流程如图3-4所示。图3-4 含油泥砂萃取分离流程图优点：对油砂的质量要求不高，可以是含油最高的湿油砂，也可以是含量小或者干油砂。相对于水洗法而言，其适用性更广，而且洗油的效率更高。缺点：流程长，工艺复杂，处理费用高。3.1.5 生物法（1）地耕法地耕法常用于处理含油土壤， 也可用于处理含油污泥。采用地耕法处理含油废弃物，一般都要投加肥料以平衡土壤中的C、N、P比，并调节土壤湿度及pH值以优化烃类生物降解条件，要翻耕土壤使之充氧并使烃类在土壤中混合均匀。该处理法大致作法是：将含油污泥撒在预处理的场地上铺成1015cm薄层，用耕犁将其与土壤混合，放置干燥约一周左右，加入肥料，然后用圆盘犁耙入土壤中，靠土壤中的自有微生物把有机物、油分散成终态产物：CO和水。美国、英国、荷兰、瑞士等国广泛采用该法。土地耕作法是一种缓慢处理过程，其主要影响因素是土壤中的氧含量、营养物质、湿度、PH值、温度、土壤结构等。需要深入研究的是开发能够完全降解含油污泥中各种组分的微生物，设计出一种有助于特殊微生物发挥其预期作用的废物处理系统。另外，对于含多种有害成份的含油污泥，该种方法受到了极大的限制。地耕法处理含油污泥最大优点在于，它是通过天然过程将石油烃转化为无害的土壤成份的，运行费用低。但地耕法净化过程缓慢，不适用于冬季较长的地区，且会在农田中产生生物难以降解的烃类(主要是高分子蜡及沥青质)。胜利油田9应用地耕工艺处理油泥，经90天的处理后，饱和烃80%被降解，芳烃60%被降解，剩余物质大部分是胶质和沥青质。该方法缺点是冬季效果不明显、占地面积大，培养时间长，对湿度、温度等要求严格。优点：通过天然过程将石油烃转化为无害的土壤成份，运行费用低。缺点：净化过程缓慢， 不适用于冬季较长的地区；油资源也没有得到回收利用；并且会在农田中产生生物难以降解的烃类。（2）堆肥法堆肥法是将含油废弃物与适当的材料相混合并成堆放置，使天然微生物降解石油烃类的过程。堆肥法能保持微生物代谢过程中产生的热量，有利于石油烃类的生物降解；所采用的松散材料(锯木屑、碎稻草等)能增加持水性、透气性，可有效地加快含油废弃物中烃类物质生物降解速度。堆肥法适用于较高烃类含量的含油污泥及冬季较长的地区。堆肥法有四种堆制方法：堤形堆肥法、静态堆肥法、封闭堆肥法和容器堆肥法。堆肥法是一种有效的生物处理方法，含油污泥中烃类的半衰期约2周。对于不同的含油废弃物而言，堆肥法处理时间随烃类组分的不同而有所不同。处理后的含油废弃物可填埋或施用农田。堆肥法处理含油泥砂过程缓慢，需要历时41天才能将97%的石油烃生物降解10，同样油资源也没有得到回收利用。余冬梅等11采用堆肥法对油泥进行生物处理研究。通过添加稻草和有机肥，使其比例为油泥：稻草：有机肥100：2：2.5，并测定堆肥过程中生物毒性和石油组分的变化。实验结果表明，115天后，油泥的毒性显著降低，EC50值从1.77士4.28 mg/ml升高至2.76士0.3 8 mg/ml，TPH含量从123士1g/kg降至71.7士0.7 g/kg，饱和烃的降解率达到58.4%，芳烃的降解率达到19.6%，非烃(沥青和胶质)的降解率达15.8%。此外，温度对微生物降解作用的影响也很重要，堆肥过程中的温度始终要高于环境温度，高温有助于嗜热菌落的生长。优点：通过天然过程将石油烃转化为无害的土壤成份，运行费用低，适用于较高烃类含量的含油污泥及冬季较长的地区。缺点：净化过程缓慢；油资源也没有得到回收利用；并且会在农田中产生生物难以降解的烃类。（3） 生物反应器法生物反应器是一种将含油泥砂稀释于营养介质中使之成为泥浆状的容器。由于生物反应器能人为的控制充氧、温度、营养物质等操作条件，烃类物质的生物降解速度较其他生物处理过程更快。加入已驯化的高效烃类氧化菌，可加快烃类的生物降解速度。据文献报道，当固体负荷为5%时，生物降解半衰期为5天。生物反应器法处理后的废弃物：液体部分可排入处置井（坑、池）或另作他用；固体部分可施用于田地。此法也可用于石油行业废弃物的预处理以减少烃类含量，然后再进行其他处理。自1992年美国Gulf Coast炼油厂12建成污泥生物处理示范装置以来，生物处理装置已商业化，并被广泛应用。Valero炼油厂1995年建成了设计能力为2.0kt/a的污泥生物处理装置。陈书林等13对江苏油田不同井站油罐和三相分离器的油泥、油砂，在预制床上采用多级分段法堆置处理技术进行生物修复，通过加入油水分离处理剂、氧化菌剂、复合菌剂、肥料、堆腐材料和HO，控制混合物的水分和PH值，当油泥、油砂中原油总量为8.21×103.88×10mg/kg时，经2个月的运行，石油总量的去除率可达66.1%88.2%，其中烷烃去除率30%，环烷烃去除率可达98%，芳香烃去除率可达86.7%。生物反应器法工艺流程图如下图3-5所示：图3-5 生物反应器法工艺流程图优点：处理速度快，不会产生二次污染。缺点：生物反应器价格昂贵，很难培养合适的菌种。3.1.6 热处理法热处理技术（包括焚烧、热解、焦化）就是在高温条件下对物料进行分解，实现快速、显著地减容，并对有用成分加以充分利用。与物化法和生物法相比，热处理法的优势在于处理周期短、占地面积小、可实现最大程度的减容（80%90%），而且适用范围更广。（1） 焚烧法焚烧法是最为直接简单的一种固体废弃物热化学处理方法。由于含油泥砂具有一定的水分含量，对于含油泥砂焚烧前应经过泥砂脱水，处理过程为：将含油泥砂放入污泥浓缩罐，同时适当加温（约60），并投加絮凝剂（PAC或有机阳离子絮凝剂），经搅拌、重力沉降、分层切水，再经过设备脱水、干燥等工艺，将泥饼送至焚烧炉进行焚烧，温度为800850，经30min焚烧完毕，再对剩余灰渣作进一步处理。焚烧产生的热能可以用来产生蒸汽或者电能，也可用于供暖或生产的需要。焚烧的好处是把炉渣和灰分中的可分解性物质降低到最低限度。但另一方面，如果含油泥砂中含有聚氯乙烯之类的废物，则烟气中的氯化氢会对大气造成污染，因此一定要用更为复杂的气体净化装置消除有害气体。同时由于废弃物焚烧的飞灰中可能会产生令全球关注的有害物质二噁英。二噁英的生成量通常很少，但一旦形成，就非常稳定，它有很长时间的物理、化学、生物学降解期、另外，飞灰中含有铅、汞、砷等重金属，因此焚烧飞灰通常要经过特殊处理。目前国内焚烧炉类型主要有：方箱式、固定床式、流化床式、耙式炉或回转窑等炉型。目前，我国绝大部分炼油厂都建有污泥焚烧装置，采用焚烧处理最多的废物是污水处理厂含油污泥。如湖北荆门石化厂、湖南长岭石化厂采用的顺流式回转焚烧炉；燕山石化采用的流化床焚烧炉。焚烧后产生的灰渣可用于建筑材料的加工：Mansurov等14将含油污泥处理后用作道路建设材料。将含油污泥加热后，石油中的轻质组分挥发，剩余的重质组分(主要是沥青质)粘附在固体残渣上。将冷却后的固体残渣(40%50%)与沙子(27%35%)及粉末状石灰石(20%25%)混合，然后加入热的液态沥青(3%5%)，混合15min后即可得沥青混凝土建筑材料。童辉等15通过实验利用中原油田含油污泥烧结制作建筑材料。油田污泥经洗盐，除油及压滤脱水处理后。与粘土按一定的重量比(污泥占30%左右)混合均匀，污泥粒度小于60日，成型压力为20MPa。1110烧结2h，可制成抗压强度为491MPa的烧结试样。此实验为油田污泥的有效利用提供了理论依据。焚烧法工艺流程图如下图3-6所示：图3-6 焚烧法工艺流程图优点：对污泥处理彻底，减量率可达95% 左右，污泥中的有机物被完全氧化，重金属( 除汞外) 几乎全被截留在灰渣中；可以杀死一切病原体，并且有机物在燃烧过程中都会最大程度地被分解；此外，焚烧还可解决污泥的恶臭问题。缺点：采用焚烧法处理无法回收含油泥砂中大量的原油，造成能源浪费，另外，焚烧法费用昂贵，同时要消耗助燃剂，为了使燃烧产生的气体达到环保要求，需要采用投资巨大的除尘与气体洗涤设备。而且焚烧过程中控制条件要求非常高，如果控制不好产生的大量气体排放到空气中会形成二次污染，需要进一步添加净化装置。（2） 热解法热解技术是一种比较新的回收技术，此方法上世纪90年代初在国外迅速发展并获得了应用。热解法是将含油泥砂在绝氧条件下加热到5001000，将含油泥砂中的有机物以气态的形式脱离出来，再进行冷却、回收的过程。其过程主要是将含油污泥在绝氧条件下高温加热，原油轻组分与水分受热首先蒸发出来，不能蒸发的原油重组分通过热分解作用转化为轻组分，再以气态形式从土壤蒸发出来，从而实现原油与泥砂分离的目的。这一过程产生的气相