成果介紹：含油污泥多元無害化處理試驗(yàn)研究
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作者：張林
目前，我國石油石化行業(yè)平均每年產(chǎn)生80萬t罐底泥、池底泥。含油污泥中含有大量苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒物質(zhì)。如果不加以處理直接排放，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且造成資源的浪費(fèi)。
目前，國外比較成熟的含油污泥處理方法主要有萃取法、離心分離法、干燥焚燒法、生物處理法等方法。其中，生物處理法是目前處理效果及經(jīng)濟(jì)效益良好的一種處理手段，通過篩選菌種對含油污泥進(jìn)行高效降解，其難點(diǎn)是菌種的培育。
針對含油污泥物性復(fù)雜的特點(diǎn)，筆者提出一種新方法——含油污泥的多元無害化處理技術(shù)，該處理方法綜合多種單一含油污泥處理方法，充分做到污泥處理的減量化、資源化、無害化。該方法既回收了污泥殘油，又使殘留的污泥得到了生態(tài)處理和利用，杜絕了焚燒、坑埋等處理方法的二次污染。
1設(shè)計(jì)方案
1.1化學(xué)前處理
1.1.1 含油污泥成分分析
根據(jù)油田含油污泥組成復(fù)雜的特點(diǎn)，對不同組分的分析采用不同的方法，含油量分析采用淋浸法，含水量分析采用蒸餾法。根據(jù)以上的方法簡單測量勝利油田孤東采油廠含油污泥的油、水、泥沙的比例分別為50. 1%、2%和47. 9%
為了更好地回收污泥中的原油，利用芳烴化合物色一質(zhì)譜圖測量了污泥中原油中烴類化合物的組成，如表1所示。
由表1中可以看出，含油污泥中的原油輕質(zhì)烷烴的比例較大，有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
1.1.2含油污泥的化學(xué)前處理
含油污泥的化學(xué)前處理就是利用汽油或其他有機(jī)溶劑在添加部分表面活性劑的基礎(chǔ)上對含油泥砂反復(fù)進(jìn)行沖洗，直到清洗到泥砂達(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，然后將泥砂和有機(jī)溶劑進(jìn)行分離。將含有原油的有機(jī)溶劑進(jìn)行加熱蒸餾，提取原油的同時(shí)回收有機(jī)溶劑重新利用。進(jìn)行含油污泥化學(xué)前處理的目的是回收多數(shù)的原油，降低含油量，方便下步含油污泥的處理。
由于化學(xué)前處理過程中加有表面活性劑，為了達(dá)到最佳的處理效果，實(shí)驗(yàn)過程中測定了化學(xué)前處理的最適宜溫度和最適宜pH，如圖1所示。
由圖1可以看出，隨著溫度的升高，經(jīng)化學(xué)前處理后污泥殘余量急劇下降，當(dāng)溫度超過50qC時(shí)，下降趨勢明顯減緩，最佳處理溫度約為65℃；污泥殘余量隨pH增加呈現(xiàn)出先增后減再增趨勢，最適宜處理pH在9附近。
在含有污泥的化學(xué)前處理過程中，砂水質(zhì)量比的大小對其處理效果也有明顯影響。試驗(yàn)中，取油泥5.4 kg，均分為9份，選取9組不同砂水質(zhì)量比，分別為1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1: 10,補(bǔ)水量均為400 mL，采用淋浸萃取法測定處理后污泥含油量，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可以看出，隨著砂水質(zhì)量比的逐漸增大，處理后原油殘存量越大，即砂水質(zhì)量比越小，處理效果越好，最佳砂水質(zhì)量比為1：9。其內(nèi)在原因?yàn)榛瘜W(xué)用水量越大，淋浸萃取過程中有利于泥砂與原油分層。
根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，含油污泥經(jīng)化學(xué)前處理后，含油量在3. 6010—4%之間，不符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。化學(xué)前處理室內(nèi)處理效果對比如圖3所示。
1.2 生物處理
生物處理方法就是通過人工篩選細(xì)菌，利用細(xì)菌的代謝活動，分散剝離或者降解泥砂中的原油，從而實(shí)現(xiàn)含油污泥處理的技術(shù)。
1.2.1 菌種篩選
為了能在短時(shí)間內(nèi)篩選出高效降解石油污染物菌種，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，從一開始就從長期被原油污染的土壤進(jìn)行篩選，然后用原油培養(yǎng)基進(jìn)行馴化優(yōu)化，不斷增強(qiáng)其降解石油污染物性能。具體采用的篩選過程如圖4所示。
1.2.2菌種復(fù)篩
菌種復(fù)篩即選取對目標(biāo)物質(zhì)有較高降解率的菌株進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。為了強(qiáng)化所分離菌株對石油污染物的降解能力，對所篩選出的單一菌株進(jìn)行以某種石油烴類為唯一碳源的降解性能研究。由于菌種降解石油具有選擇性，則首先需要對上述所篩菌株進(jìn)行進(jìn)一步馴化與優(yōu)化。
經(jīng)過菌種篩選、分離和純化，共篩選出降解原油的細(xì)菌89株。通過比較培養(yǎng)體系前后原油含量的變化，復(fù)篩得出17株原油降解率在50%以上的單一菌種，可用于降解性能實(shí)驗(yàn)研究，其中13株菌種7d原油降解比較明顯，降解率達(dá)到65%以上；其中的6株菌種7d原油降解率超過80010。如表2所示。
1.2.3含油污泥生物處理室內(nèi)試驗(yàn)
測定微生物的數(shù)量有多種不同的方法，本實(shí)驗(yàn)中采用比濁法測定。由于細(xì)菌懸液的濃度與光密度（OD值）成正比，因此可利用分光光度計(jì)測定菌懸液的光密度來推知菌液的濃度。
將篩選出的2株單一菌種H和F由斜面接入各自的葡萄糖發(fā)酵培養(yǎng)基中，搖床培養(yǎng)24 h，按10%的接種量接種到無機(jī)鹽培養(yǎng)基，在30℃、160 r/min條件下?lián)u床培養(yǎng)，將經(jīng)過室內(nèi)化學(xué)前處理的低含油污泥放在圖5所示的簡易實(shí)驗(yàn)裝置中，進(jìn)行含油污泥生物處理對比實(shí)驗(yàn)。每隔10 h取樣1次，用721可見分光光度計(jì)測定菌體量OD600。。值，UV -2100測定吸光度A，獲得菌株生長與石油降解率的關(guān)系。其OD600值和降解率與時(shí)間的關(guān)系分別如圖6所示。
由圖6可以看出，菌株H和菌株F的生長規(guī)律類似，在死亡期之前他們的生長趨勢和對石油的降解過程是同步的，表明該菌能利用石油生長并對石油有較好的降解作用。在最初的20 h，菌株處于適應(yīng)期，生長極其緩慢，對石油降解也較弱；在20~50 h期間，菌株處于對數(shù)生長期，菌株利用石油合成自身生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，菌體量增加較快，對石油降解作用加強(qiáng)；50~ 60 h菌株的生長和對石油的降解均達(dá)到最佳狀態(tài)，處于最穩(wěn)定生長階段；然后在接下來的時(shí)間里OD值幾乎不變，說明菌種經(jīng)歷減數(shù)增長期后開始進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段。在60 h之后，菌株開始進(jìn)入衰退狀態(tài)，對石油的降解極其緩慢，此時(shí)培養(yǎng)時(shí)間的增加對石油的降解效果影響不明顯。
綜上所述，在60 h內(nèi)達(dá)到如此高的降解效果（70%以上），說明菌種對石油的降解能力非常強(qiáng)。另外在降解過程中，2株菌在后幾天降解過程中出現(xiàn)了明顯的菌膠團(tuán)，呈現(xiàn)出乳白色的小團(tuán)粒，使得周圍液體反倒變得較為澄清，這也是其OD600。。值下降的原因之一。
1.2.4含油污泥多元無害化處理現(xiàn)場試驗(yàn)
在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成功以后，利用孤東采油廠現(xiàn)場油泥（主要有高含油、低含油和落地油泥）進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7中可以看出，生物處理對于初始含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的污泥處理效果最好，在較短的周期內(nèi)即達(dá)到了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。而對于地含油污泥及落地油泥，相應(yīng)處理周期較長。
1.3 含油污泥生化處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析
含油污泥生化處理經(jīng)濟(jì)分析如表3所示。
假定每噸含油污泥中的含油量為45%，則經(jīng)過生化處理后可以回收其中95%的原油，當(dāng)前的油價(jià)為3700元／t，則回收的原油可以收入1631.7元，扣除含油污泥生化處理技術(shù)的成本107元，總計(jì)處理每噸含油污泥的收入是1524.7元。
1.4含油污泥調(diào)剖回注
污泥調(diào)剖是利用采出水中的含油污泥與地層有良好配伍性，以含油污泥為基本原料，采用化學(xué)處理方法，加入適量的添加劑，懸浮其中的固體顆粒，延長懸浮時(shí)間，增加注入深度，有效地提高封堵強(qiáng)度，并使油組份分散均勻，形成均一、穩(wěn)定的乳狀液，從而進(jìn)行調(diào)剖的方法。經(jīng)過化學(xué)前處理的含油污泥達(dá)不到排放國家標(biāo)準(zhǔn)，尤其是初始含油量較低的污泥進(jìn)行生物處理周期較長，成本相對較高。應(yīng)用于油田調(diào)剖，不僅解決了含油污泥處理問題，同時(shí)經(jīng)過化學(xué)前處理的污泥，由于含油量明顯下降，與油田注水井周圍地層的含油量相當(dāng)，因此進(jìn)行調(diào)剖時(shí)地層有更好的配伍性，調(diào)剖效果相對于常規(guī)調(diào)剖方法有明顯的提高。
2結(jié)論
(1)通過試驗(yàn)研究對比確定了化學(xué)前處理最佳處理溫度及pH分別為65℃和9，砂水質(zhì)量比越小，處理效果越好，最佳砂水質(zhì)量比在1：9附近取得。
(2)通過測定菌體量OD600 nm值，得出生物處理中，在最初的20 h，菌株處于適應(yīng)期，生長極其緩慢，對石油降解也較弱；在20—50 h期間，菌株處于對數(shù)生長期，菌株利用石油合成自身生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，菌體量增加較快，對石油降解作用加強(qiáng)；50~ 60 h菌株的生長和對石油的降解均達(dá)到最佳狀態(tài)，最優(yōu)降解速率約為70%。
- 經(jīng)濟(jì)性分析對比表明，生化處理含油污泥具有很好的經(jīng)濟(jì)可行性。
3摘要：
提出了一種新型含油污泥處理技術(shù)。通過實(shí)驗(yàn)確定了化學(xué)前處理最佳處理溫度及pH，砂水比[m（砂）：（水）]越小，處理效果越好，最佳砂水比為1:9;生物處理中最佳降解速率出現(xiàn)在50—60 h處，最大降解速率約為70%；處理后污泥作為調(diào)剖劑回注或進(jìn)行燒結(jié)處理，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的減量化、資源化及無害化處理。
