含油污泥脱水设备与技术周高华Ξ　方善如 张剑鸣　李　瑜 (四川大学) (重庆江北机械有限责任公司)摘　要　分析了含油污泥的性质,介绍了国内外含油污泥处理技术与脱水设备的现状,并比较各方法及设备的优缺点。

提出了含油污泥脱水设备与技术的发展趋势和几点建议。

关键词　含油污泥　浓缩　脱水设备　油2水2泥分离中图分类号　TQ05118 文献标识码　A 文章编号　025426094(2003)0520306206 石油开采、、石油化工、油品贮运、船舶航运、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程均会产生含油废水,特别是石油开采、石油炼制行业排出大量的含油污水、含油污泥,据报道,仅中原油田含油污水总量为12×104m3/d、含油污泥总量为(0.9～1.44)×104m3/d[1]。

含油污泥主要产生于油田和炼油厂,如在原油脱水中,脱水罐、贮油罐和污油罐等底部存在大量含油污泥;在油田、炼油厂的污水处理场的隔油池、浮选池、曝气池等也存在大量含油污泥。

这些污泥的成分十分复杂,一般由水包油(O/W)、油包水(W/O)以及悬浮固体组成,且充分乳化,粘度较大,难以沉降[2]。

为了充分利用污水资源,稳定污水处理(特别是石油采出水处理后回注,可以有效地保持油区地层压力),保护生态环境。

近年来,含油污水、含油污泥的处理备受关注,由此推动了含油污水处理、含油污泥脱水、除油设备及相关的处理技术的发展。

1　含油污泥及其处理工艺含油污泥颗粒细小,呈絮凝体状,密度差小(油、水密度接近)、含水率高(一般在96%左右)、持水力强,且泥、油、水相互包裹在一起,又充分乳化,粘度较大,难以沉降。

含油污泥稳定性差,容易腐败和产生恶臭[3,4],污染空气环境。

Zall Jonathan等人[3]曾分别研究过一般城市污水厂的污泥和含油污泥的过滤脱水性能。

如测定了含油3%、含总悬浮固体4%的含油污泥(浮渣)和含总悬浮固体1%～2%的一般污泥的比阻和可压缩性系数,证实含油污泥的比阻比一般污泥的大40倍,其可压缩性系数大20倍,见表1。

表1　含油污泥和一般污泥可过滤性比较污泥名称含油污泥一般污泥比阻/Gm・kg-1100025可压缩性系数150.75 另据文献[5]介绍,含油13.1%、含泥16.8%、含水70.1%的含油污泥的比阻为8.9×1014m/kg。

由此可知,含油污泥属难过滤性污泥,特别是不易实现油2水2泥的三相分离。

目前,含油污泥处理的主要工艺有以下几种:a.浓缩—化学调节—脱水;b.浓缩—消化—化学调节—脱水;c.浓缩—消化—化学调节—脱水—压制;d.浓缩—化学调节—脱水—焚烧;e.浓缩—消化—化学调节—脱水—焚烧;f.浓缩—化学调节—脱水—熔融。

可以看出,浓缩、化学调节和脱水3个处理单元是含油污泥处理系统必须的环节[4]。

2　污泥的浓缩处理无论是从脱水罐、贮油罐、污油罐等底部排出的含油污泥,还是从污水处理场的隔油池、浮选池、曝气池等排出的含油污泥(浮渣),其含水率一般都在96%左右,体积很大,对污泥的处理、利用和运输造成很大困难。

污泥浓缩的目的就是通过污泥增稠来降低污泥的含水率和减少污泥的体积,根据计Ξ周高华,男,1968年9月生,在职硕士生。

四川省成都市,610065。

算,污泥含水率从99%降至96%时,其体积减少为原来的1/4。

这样对机械脱水,可减少混凝剂的投加量及脱水设备数量,提高脱水效率[4]。

据文献[4]介绍,污泥中游离水占70%,毛细水占20%,颗粒结合水和内部接合水占10%。

污泥浓缩主要去除游离水。

污泥浓缩处理主要有以下的方法。

2.1　重力浓缩法[1,4,6,7]重力浓缩法是依靠污泥中固体物质的重力作用进行沉降与压密,属于自由沉降过程。

其装置如污泥浓缩池等。

2.2　气浮浓缩法[4,8]气浮浓缩法根据溶气气浮原理,通过压力溶气罐溶入过量空气,然后突然减压释放出大量微小气泡,,使其密度减小而强制上浮,污泥在表层获得浓缩。

加压溶气气浮法适用于相对密度接近于1的活性污泥。

其装置如气浮池等。

2.3　离心浓缩法[4,9]离心浓缩法是利用污泥中固、液间的密度差,在离心力场或负压力场作用下,固相颗粒受外力作用迅速沉降的原理进行沉降的。

其设备如离心机、旋流器等。

2.4　转筒浓缩过滤转筒浓缩过滤装置主要由絮凝反应器、转筒、上筒、滤网、机架、集水槽、传动装置和喷水器等组成。

待处理污泥通过入口与絮凝剂一起进入絮凝反应器,由絮凝反应器电机带动搅拌器旋转,使待处理污泥在絮凝剂的作用下得以充分凝聚,然后通过进料管进入转筒,转筒外有滤网(一定时间喷水器对滤网进行冲洗,以免滤网堵塞),中心轴上有螺旋叶片,由驱动电机带动转筒旋转(转速在一定范围内可调),使得污泥在前进的过程中得以逐渐浓缩,其间的滤液从滤液出口流出,经浓缩后的污泥最终从浓缩液出口排出。

与重力浓缩比较,具有以下优点:浓缩时间短,浓缩效率高;浓缩效果稳定可靠,能够得到比较稳定的污泥浓度;适用浓度范围大等。

3　含油污泥的脱水处理含油污泥机械脱水前需进行预处理。

污泥脱水过程实际上是污泥的悬浮粒子群和水的相对运动,而污泥的预处理则是通过一定手段调整固体粒子群的性状和排列状态,使之适合不同的脱水条件[4]。

3.1　含油污泥的预处理污泥的预处理主要为了改善污泥的脱水性能,提高脱水设备的生产能力。

污泥的预处理方法有化学调节法、淘洗调节法等[4,10],主要采用化学调节法,即调质[3,4,6,10]。

化学调节法就是向污泥中投加混凝剂、助凝剂,使污泥中的悬浮微粒凝聚并顺利进行脱水。

但对于含油污泥要实现油2水2固的三相分离,还必须投加表面活性剂、破乳剂、p H调节剂等使其中粘度大的吸附油解吸和破乳,使吸附油从污泥固体表面脱附及油2水脱附分离[3～5,8,11,12]。

含油污泥化学调节法的选择依据是:a.含油污泥的性质及特点;b.使用的脱水机械的性能;c.滤饼的后续处理方法[3～5,7,13]。

据文献[10,11,14,15]报道,首先向含油污泥中投加硅藻土、石灰、飞灰等微细固体粉末作为调节剂,使易变形的含油污泥粒子形成有刚性的污泥骨架,使污泥呈毛细结构,改善滤饼透气性,且增加固液相间的密度差,改善脱水性能;也可采用部分滤饼回流到含油污泥中作为调节剂。

其次,投加絮凝剂和破乳剂(或表面活性剂)。

絮凝剂分有机和无机两大类。

无机絮凝剂以Al2(SO4)3、PAC的絮凝效果最好,据有关研究表明,铁铝复盐聚合物混凝剂比单盐的铁或铝聚合物处理含油污泥效果更好;有机絮凝剂以阳离子聚丙酰胺(PAM)的絮凝效果最佳。

但经无机絮凝剂处理的含油污泥的过滤性能优于有机絮凝剂处理的含油污泥,且脱水后含水率较低[2,4,12,14,16～20]。

有关试验表明[14],有机、无机絮凝剂复合使用可减少用量,絮凝效率大大提高,经复合絮凝剂处理后,可大大改善污泥的脱水过滤性能,降低滤饼含水率,在投加药剂量相当的前提下比单独使用效果好,见表2。

表2　有机、无机絮凝剂复合处理含油污泥效果无机絮凝剂有机絮凝剂絮凝效果%滤饼含水率/% 2000mg/L[Al2(SO4)3]10mg/L[CPAM2]70.250.1 2000mg/L[PAC]10mg/L[CPAM2]7149.9 2000mg/L[Al2(SO4)3]50.859.715mg/L[CPAM2] 5.563.2含油污泥的化学调节法必须在测试含油污泥性质的基础上进行[4,10]。

对含油量不小于10%的,宜用亲水性表面活性剂,分离后水和固体在下层,油在上层;对含油量不大于4%的,宜用亲油性表面活性剂,分离后含油固体在下层,水在上层。

水层中均含有可溶性油和微乳化油。

3.2　含油污泥脱水处理要使含油污泥的机械脱水效果好,应根据具体情况选用污泥脱水机械和脱水系统,包括污泥物料性质的测试、脱水机械及其参数的选择等。

机械脱水的一种方式是以过滤介质(多孔性材料)两面的压力差作为推动力,使污泥中的水分强制通过过滤介质(称为滤液),固体颗粒被截留在介质上(称为滤饼),从而达到脱水的目的。

造成压力差推动力的方法主要有:依靠污泥自身厚度的静压力(如污泥干化场的渗透脱水);在过滤介质的一面造成负压(如真空吸滤脱水);加压污泥把水分压过过滤介质(如压滤脱水);利用固液间的密度差,通过离心力使固液分离(如离心沉降脱水)。

目前,应用的含油污泥脱水处理主要有下面几种[2～5,8]。

3.211　真空过滤真空过滤是用多孔过滤介质截留悬浮物中的固体颗粒,在介质表面形成滤饼,滤饼一经形成就成为后进入悬浮液的过滤介质。

真空过滤机虽然设计简单、使用范围广,受力情况简单,能连续生产,但其真空推动力较低,过滤速率不高,滤渣含湿量较高,对含油污水通过浮选工艺产生的浮渣不能正常使用,且介质易被油污染,介质用清水清洗再生造成二次污染及增加单位处理成本。

真空过滤的主要设备有转鼓真空过滤机、水平带式真空过滤机等。

其脱水流程如图1所示。

图1　真空过滤机脱水流程图1———鼓风机; 2———真空泵; 3———空气平衡罐; 4———气液分离器;5———真空过滤机3.212　加压过滤脱水污泥加压过滤脱水是通过在过滤介质两面加压,使污泥水分压过介质。

压滤机构造简单,过滤推动力大,脱水效果好,滤饼含湿量低(可达50%[5]),但设备笨重,操作劳动强度大,不能连续生产、效率较低。

同样存在介质易被油污染、清水清洗再生造成二次污染及增加单位处理成本的问题。

主要设备有板框压滤机、厢式压滤机。

其脱水流程如图2所示。

图2　压滤机脱水流程图3.213　滚压脱水污泥滚压脱水的主要设备是带式压榨过滤机。

带式压榨过滤机把压力加在滤带上,用滤带的压力或张力使污泥脱水,而不需要真空或加压设备。

进行污泥脱水时,首先将加了絮凝剂的污泥送入混合筒进行充分混合以促进絮凝,然后进入重力脱水段,依靠重力脱掉污泥中的游离水,使污泥失去流动性便于挤压(加长重力脱水段,可提高重力脱水效率)。

经重力脱水后进入“锲形”压榨段,经施压脱水,滤液穿过滤带进入排水系统,滤饼经刮刀剥落,沾在滤带上的污泥经冲洗水冲洗随滤液排走。

据文献[3]介绍,带式压榨过滤机处理污泥效果好(如用对含油污泥投加飞灰100kg/m3,4%FeCl3溶液33L/m3,絮凝剂100～150μg/g的化学调节法,其脱水效果见表3),能连续生产,但必须加大药剂量使污泥充分絮凝后完全沉降,且污泥含渣率在3%以上,否则难以处理。

表3　带式压榨过滤机处理含油污泥效果项目泥饼相/%液相/%油相/%固12 1.545.8水6884.811.7油2013.742.7带式压榨过滤机对通过浮选工艺产生的浮渣不能正常使用,且同样存在滤带易被油污染、清水清洗再生造成二次污染及增加单位处理成本的问题。