城市建筑┃研究•探讨┃URBANISMANDARCHITECTURE┃RESEARCH•DISCUSSION 375 油田含油污泥超声波处理技术研究进展 AdvanceonUltrasonicTreatingTechniqueforOilySludgeinOilfield ■张佳靓■ZhangJialiang [摘要]国内外含油污泥的主要处理方法有调质—脱水 法、萃取法、生物处理法、微波处理法、超声波处理法等。 超声技术具有效能高、易操作、占地面积小等优点，本文 综述了国内外油田含油污泥超声处理技术的研究和应用现 状。 [关键词]油田含油污泥超声波处理 [Abstract]Themaintreatmentmethodsofoilsludgeinthe worldincludesludgequalityadjustmentandmechanicaldew- atering,extractionmethod,biologicaltreatment,microwave treatment,ultrasonictreatmentandsoon.Ultrasonictechnolo- gyhastheadvantagesoflowenergyconsumption,higheff- iciency,shortreactiontime,simplefacilities,andsmallocc- upationarea.Thispaperreviewstheultrasonictreatmentte- chnologyresearchandtheapplicationsofoilfieldoilysludge incurrent,whichbasedonthephysicalandchemicalprope- rtiesofoilsludgeandtreatmentstatus. [Keywords]oilfield,oilysludge,ultrasonictreating 前言 含油污泥是原油或成品油混入泥土或其他介 质，其中的油份不能直接回收而可能造成污染的多 种形态的混合物，是石油化工工业的主要污染物之 一。油田含油污泥的种类按其产生的情况可分为以 下几种：（1）各类除油设备、立式沉降罐、储罐及 回收水池等设施清理或排放的油田集输污泥，一般 含油量为10%～30%；（2）污油回收站产生的含油污 泥，一般含油量在5%～20%；（3）油水井测试、作 业产生的落地油泥；（4）基建施工、管道穿孔产生 的落地油泥，油含量不确定。随着全球经济的飞速 发展，使得对石油的需求量增加，含油污泥的产生 量也随着石油产量的增加而不断增大。含油污泥不 加处理或处理不当，不仅造成石油资源的浪费,也 会严重地污染环境。 以往国内油田及各石油加工企业处理含油污泥 的方法多采用直接掩埋法，该法不仅占用大量土地 资源，而且短时间内无法消耗分解掉油泥中的原油 及化学药剂。有害成分一旦渗漏到地下水中，将会 造成更大范围的污染。目前，国内外处理油田含油 污泥的方法一般有：调质—脱水法、萃取法、固化 法、高温处理法（包括干化焚烧、化学热洗、热解 析、热解等）、低温冷处理法、生物处理法（包括地 耕法、堆肥法、生物反应器法）、微波处理法、超声 波处理法、调剖法等。 超声技术因具有能耗低、效率高、反应时间短、 设施简单、占地面积小等优点，而被广泛应用于工 业、农业、医学、生物学、化学化工等各领域。本 文将通过文献分析法，对近几年来国内外针对油田 含油污泥超声波处理技术的理论研究和实践进行分 析。 一、超声波处理污泥的作用机理 超声波是指频率从20kHz到10MHz范围内的声 波，具有频率高、方向性恒定、穿透力强、能量集 中的特点。超声波在低频范围内（20～100kHz）尤 其适合处理污泥。 超声波处理技术是近年来新兴的污泥处理技 术，对污泥的作用主要归因于超声波的空化效应。 由于空化效应仅在几ns至几μs的短时间之内即可 完成，气泡内的气体受压后急剧升温，在其周期性 震荡特别是崩溃过程中，会产生很强的流体剪切力， 气泡中温度和压力分别激增为极大的瞬态高温和高 压，而整个溶液的温度大约维持在室温。这种极端 的瞬态高温和高压条件使气泡内气体和液体界面的 介质裂解，从而破坏污泥的絮凝结构而释放出有机 物质，并可破坏穴气泡内的化合物，同时产生高活 性的自由基（OH - 和H + 等），自由基的存在又可促进 化合物的分解，最终改善污泥沉降性能和脱水性能。 超声波对污泥还会产生其他一些作用，如局部 发热、界面破稳、扰动，这些作用不仅能使污泥中 的生物细胞破壁，从而有效地破碎污泥细胞，提高 污泥的溶解性能，还可以将其内部结合水释放成容 易去除的自由水，加速固液分离过程，改善污泥的 沉降性能和脱水性能，且对环境几乎无任何负面影 响。另外，超声波对絮凝有促进作用。当超声波通 过有微小絮体颗粒的流体介质时，其中的颗粒开始 与介质一起振动，但由于大小不同的粒子具有不同 的振动速度，颗粒将相互碰撞、黏合，体积和质量 均增大。当粒子变大到不能随超声振动时，只能做 无规则运动，继续碰撞、黏合、变大，最终沉淀。 二、含油污泥超声波处理技术现状 超声波频率及作用时间的不同，对污泥沉降性 能和脱水性能产生影响的程度也不同。相关研究表 明，低强度、短时间超声波处理可改善脱水性能， 能够使污泥含水率降至85%以下，同时减少25%～ 50%的絮凝剂用量。但超声波功率过大，处理时间太 长，可能会改变污泥的内部结构，增加污泥粘度， 不仅不会改善污泥的脱水性能，反而会使污泥脱水 性能变差。同时，超声波会破坏菌胶团，使污泥溶 解性化学需氧量升高，缩短后续生化处理时间。溶 解性化学需氧量的变化量与超声波声强、操作时间、 温度成正比。 超声波技术处理含油污泥，不但可以单独使用 来去除或者回收油类物质，还可与其他污泥处理技 术联合使用，在充分发挥超声波的化学效应的同时， 还发生协同效应，加快有机物的降解速率和处理程 度。 1.超声波技术 含油污泥中的石油类物质对环境的危害十分严 重，挥发性组分进入大气会使大气总烃浓度超标， 石油进入水体或土壤，又会对水生态系统、微生物 及土壤植物生态系统造成危害，进而威胁到人类的 生命安全。同时，《国家清洁生产促进法》和《固体 废弃物环境污染防治法》要求，必须对含油污泥进 行无害化处理，妥善处理含油污泥迫在眉睫。许多 学者针对含油污泥超声波的除油效果进行了研究。 Xu Ning 等进行了含油污泥超声除油的研究。 研究结果显示，超声除油最优条件为超声频率 28 kHz、超声清洗温度 40℃。最优条件下，含油污 泥干基油含量由0.130 g/g 降低到0.055 g/g，较未 用超声处理技术除油率提高了55.6%。研究中发现， 硅酸钠的加入会降低超声处理含油污泥的除油率。 王文祥等针对油田含油污泥超声脱油进行了研 究。研究选取胜利油田滨一污水站的含油污泥，先 加入一定量的清洗液，在搅拌作用下调理预热到一 定温度后，进行超声辐照。然后将预处理后的含油 污泥置于曝气池中，浮选去除污油，最后沉淀分离 清洗液，清洗液可回收循环使用。实验分别从超声 强度、超声辐照时间、预热温度、清洗液用量 4 个 影响因素考察了超声处理含油污泥的脱油效果，结 果显示，在超声输出电压 175V、超声辐照时间 15 min、预热温度 55℃、清洗液与含油污泥质量投 加比为 8:1 的最优条件下，可将含油污泥干基油含 量由0.35 g/g 降低到0.14 g/g。同时，研究中也发 现，清洗液在循环使用 5 次之后，对含油污泥的脱 油效率没有影响，也证明超声脱油技术没有二次污 染的隐患。 王新强等人也对超声处理含油污泥的除油效果 进行了研究。实验选用某油田选油站原油脱水罐底 泥，采用槽式超声反应器分别就超声空化状态的选 择和超声波处理含油污泥的方法进行了研究。研究 中发现超声波在弱空化的状态下处理含油污泥的除 油效果最显著。该项研究又通过正交试验的方法确 定了影响超声处理含油污泥的主要影响因素，影响 超声除油效果的因素的排序为超声频率

　　超声功率

　　J9九游会 九游会平台

　　作用温度

　　作用时间。又通过单因素分析实验找到最 优的超声处理条件。在频率为40 kHz、功率为50 W、 作用温度为50℃、作用时间为20 min 时处理效果最 好，除油率可达到90%以上。 杨志刚等利用槽式超声反应器对陕北某油田含 油污泥进行了超声除油的实验。实验首先通过正交 试验讨论了各因素对超声除油效果的影响程度，确 定了超声频率、超声功率、作用时间及温度影响最 大，然后对影响最大的因素进行了条件筛选实验， 最终确定最佳工艺为超声频率为 40 kHz、超声功率 为50 W、作用时间为20 min、温度为50℃，此时超 城市建筑┃研究•探讨┃URBANISM AND ARCHITECTURE┃RESEARCH•DISCUSSION 376 声除油率达到 90%以上。另外，实验中还发现，低 pH 值及高密度阳离子聚电解质的加入更有利于含油 污泥的超声除油。 2. 溶剂萃取-超声联用技术 为进一步提高含油污泥的除油效果，科研人员 尝试采用溶剂萃取-超声联用技术处理含油污泥，不 仅提高了超声除油效率，同时也得到了显著的除油 效果。但萃取剂在回收循环过程中仍有部分遗失， 处理成本高。此项技术发展的关键是要开发出性价 比高的萃取剂。萃取后泥渣需做进一步处置。 早在 20 世纪 80 年代，美国就发明了应用超声 波处理水及土壤中的油类或碳水化合物等有机物质 的技术。Davis 等人发明了采用溶剂和低频声波分 离油泥的方法。这种方法是将油泥与溶剂混合后形 成泥浆，混合比例根据土壤的性质而定。溶剂可选 用轻质原油、有机溶剂或煤油等。泥浆靠重力流入 振动筛，粒径大于 1/4 英寸的大颗粒被截留后送至 轧碎机，轧碎后与筛下物混合进入低频声波振荡器。 溶剂通过管线注入声波振荡器底部并向上流动，使 土壤颗粒中的油在低频声能和溶剂的作用下溶解在 溶剂中，从而使油土分离。通过调整溶剂的流速， 既可保持泥沙的下沉，又可保持较高的处理效率。 通过该方法处理后的土壤含油0.2%～0.4%，低于排 放标准。 赵欢等研究了超声萃取法处理含油污泥的影响 因素。实验选取汽油为萃取剂，分别考察了萃取剂 用量、调整剂种类及用量、萃取温度、萃取时间、 超声温度、超声功率等对含油污泥处理效果的影响， 并确定了最佳工艺条件。其中，调整剂的加入可以 有效缓解萃取分层之后相界面不明显的问题。实验 结果显示，选用采油废水为调整剂，按照物料配比 v（萃取剂）:v（调整剂）:v（含油污泥）=4:4:1 进行投加，在萃取温度为40℃、萃取时间为15 min、 超声频率为 40 kHz、超声功率 150 W 的条件下，含 油污泥除油效果最佳，油品回收率可达到83.7%。 孟玉花等进行了超声溶剂萃取法处理含油污泥 的研究。研究中选取新疆克拉玛依油田含油量为 30%、含水率为 4%的含油污泥为研究对象，先后在 超声条件下通过有机溶剂萃取和表面活性剂水洗的 方法对其进行处理，并优化了萃取条件和水洗条件。 该工艺首先在以石油醚为萃取剂的条件下超声萃取 回收污泥中的部分原油，然后选取十二烷基苯磺酸 钠与 OP-10 的混合液为表面活性剂水洗液，对经石 油醚处理后的污泥进行二次超声萃取。第一步最优 工艺条件为超声强度 320 W、处理温度 55℃、处理 时间 5 min、溶剂比 7.5 L/g，此条件下，石油醚萃 取后污泥含油量降至6%。第二步最优工艺条件为超 声强度320W、处理温度55℃、处理时间11 min、溶 剂比为 15.0 L/g、pH=5，在此条件下，水洗后的污 泥含油率降低至0.6%。 3. 化学热洗-超声联用技术 化学热洗是在化学试剂的存在下，将含油污泥 加水稀释后再加热，从而使含油污泥脱油的一种方 法。科研人员尝试将化学热洗与超声波技术联合使 用脱除含油污泥中的油类物质，取得了较好的成果。 杜杰等人应用热化学洗涤-超声波分离技术针 对长庆油田含油污泥的特点进行了除油实验。该工 艺的具体流程是，选择适宜的溶剂对含油污泥进行 热洗涤，使固体物质与油分离，油回收，固体物质 采用超声波分离工艺进行再次除油。现场运行后显 示的处理效果，经洗涤工艺处理后排放的废渣含油 5%～10%，经超声波废渣处理器处理后排放废渣含油 2%，含油污泥的含油率从处理前的 48.9%降到处理 后的 2.0%，除油率达到 95.9%，达到较好的除油效 果。韩萍芳等人也发明了一种油田或炼油厂含油污 泥的处理工艺。该工艺选用低频大功率的超声清洗 仪对含油污泥进行热洗，包括预热调理、超声辐照、 曝气浮选、重力沉降四个处理单元。该工艺不添加 任何药剂，且清洗液可循环使用，无二次污染。 4. 其他超声处理联用技术 含油污泥处理工艺多种多样，每种方法都有各 自适用的范围和优缺点，因此，将各种工艺有机的 结合是处理含油污泥的发展方向之一。研究人员还 尝试了其他超声处理联用技术，也收到了良好的除 油效果。 贺磊等对破乳剂辅助超声波回收含油污泥中污 油进行了研究。研究考察了预处理搅拌速度、破乳 剂用量、温度、超声振荡时间等因素对该工艺处理 含油污泥污油回收率的影响。实验中先对含油污泥 进行混合热碱溶液搅拌预处理，静置过滤后得到的 混合液加入计量好的破乳剂进行超声处理，待分层 后回收上层污油。该项研究确定了破乳剂辅助超声 工艺的最优条件，即在预处理机械搅拌速度为 120 min -1 、超声发生器水温 60℃、超声振荡时间 15 min、破乳剂用量为 50μg/g 条件下，污油回收 率可达到 95.6%。另外，研究中还发现，污油的放 置时间和放置温度也会对污油回收率产生一定影 响。 Ju Zhang 等对超声联合冷冻/解冻技术处理含 油污泥进行了研究。研究中分别考察了单一技术及 联合技术的处理效果，结果显示，超声联合冷冻/ 解冻技术的处理效果要优于两种技术单独处理的效 果。同时，实验针对超声强度、超声处理时间、含 油污泥与加入水的比例、生物表面活性剂及盐的浓 度等影响因素进行单因素影响实验。研究结果表明， 当生物表面活性剂浓度低于 100 mg/L、盐浓度低于 1%时，有助于油的回收。实验确定的最优工艺条件 为，超声强度 66 W，超声处理时间为 10 min，含油 污泥与水的比例为 1:2，此时，油的回收率可达到 80%。 王誉霖等对超声波预处理-生物降解复合工艺 处理含油污泥的效果进行了研究。研究中发现，超 声波辐照时间及辐照强度是影响最终处理效果的主 要因素。经超声波预处理过的含油污泥可大幅度提 高含油污泥的 COD 去除率及除油率。其中，当辐照 时间为30 min 时，含油污泥的COD 去除率及除油率 较未经辐照的污泥相比，分别提高了 85.7%和 66.7%；辐照强度为200 V 时，含油污泥的除油率达 到最大值 60%，而 COD 去除率则随着辐照强度的增 大而继续增大，最高增至70%。 三、 结语 超声波技术对油田含油污泥的影响是多方面 的，综合考虑污泥类型、脱水效果、除油效果及释 放溶解性化学需氧量对后续处理的影响，是确定超 声波处理的时间及功率等参数的重要依据。 随着国内油田的大规模开发、含油污泥产量的 增加，急需高效、节能的含油污泥处理方法。超声 波技术具有能耗低、效率高、反应时间短、设施简 单、占地面积小等优点，必将广泛应用于我国的含 油污泥处理中，是大有前途的处理方法，值得推广 和应用。在我国，利用超声波处理含油污泥技术已 在大港等油田获得了实际应用，并获得了较好的效 果。但该技术的技术参数等一些关键问题还未得到 一致性结论，仍有待深入研究。 参考文献 [1]邹丽萍,易大专.含油污泥处理技术研究进展[J]. 油气田地面工程,2011(9). 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