隨著油田開發陸續進入中高含水階段，采出液中的含水率不斷升高，包括化學驅在內的各種強化采油措施的相繼應用，又使采出液性質變得更為復雜。相應地面系統集中處理站在進行原油脫水時，脫水器、儲油罐、污油罐等底部會存在大量含油污泥；在進行污水處理時，沉降除油罐、過濾罐、曝氣罐、浮選池及回收水池（罐）底部也會存在著大量含油污泥。與此同時，外圍零散油田作為接替儲量近年來在不斷加大勘探、開發力度，但因產量有限，其采油方式除機械采油外，還有提撈采油，集油過程除管道輸送外，還有定期拉油方式，這就不可避免地將產生一部分混合泥土量更大的落地含油污泥。這些污泥成分復雜，屬于多相混合體系，一般由水包油（O/W）、油包水（W/O）乳狀液以及懸浮固體雜質組成，且乳化穩定性強，粘稠度較大，固相成分難以徹底沉降。

據統計，一個日處理20000m3的油田污水站每天可產生20m3左右的含油污泥。其中，在污水沉降除油段，除油罐的排泥通常有三種方式：一是穿孔管排泥，在罐底設穿孔管，定期排泥；二是水力排泥，在罐底設一個圓錐形的集泥斗或者若干個小集泥坑，用污泥泵將污泥抽出。為了增加污泥的流動性，在罐底周圍設一圈沖泥管，在沖泥管上安噴嘴或設孔口；三是人工排泥，清理時需要停產，不需要專門設施，只需在罐底留出較大的人孔，而且要在相對的罐壁兩側都有人孔，以便改善通風條件。在污水過濾段，污泥存在于濾料中，在反沖洗時隨反沖洗排水進入回收水罐，回收水罐積存污泥量不斷增多，若未及時排出，又會被回收到除油罐，久而久之會造成含油污泥老化，形成惡性循環。

含油污泥成分的復雜性決定了其處理技術的多樣性，國內外處理含油污泥的方法主要包括化學熱洗滌法、高溫熱解處理法、調質離心處理法、溶劑萃取法、生物法和微波法等，但各種方法的投資、處理效果和操作成本各異，自然都有一定的適應性和局限性。但總體來看，濃縮、調質、脫水、油水回收、干化及泥餅后續處置是各油田進行含油污泥處理的常規工序，因此，實現減量化處理目標仍是油田地面工程應用技術的主導方向，而降低污泥含水率則是減容的關鍵。

1 含油污泥組成及濃縮析水特性

含油污泥的主要組成為原油、泥質和水分，其中含油量因污泥來源的不同而各異，水分則大致分為游離水、毛細水、吸附水及內部水等幾種存在形式。分別對大慶油田某原油脫水站清淤污泥和污水處理站氣浮段產生污泥的組成特性與濃縮析水特性進行了分析。

1.1 含油污泥組成特性

從罐底清淤泥和氣浮浮渣泥樣品的基本組成特性分析結果，可以看出，含水率高，油、水、泥高強度乳化而形成一種多相體系則是不同類別含油污泥的基本特性，相比于氣浮浮渣泥，罐底清淤泥的水含量略低，但油含量高，前者油/泥比約為1:3，后者油/泥比約為5:1，且從DSC曲線分析可知，含油的析蠟特征溫度值高，油中蠟質含量占到35%以上，造成體系濃縮脫水后的流動性能差。堆存風干的含油污泥樣品外觀呈棕黑色，其中，無機鹽類的可能組分以碳酸鈣、氧化鐵及硅鋁酸鹽為主。

總之，對于油田不同來源的含油污泥，基本都是屬于老化原油、水分、蠟質、瀝青質、膠體、細菌、鹽類、刺激性酸性氣體的聚集體，同時還會有投加的各種油田化學助劑及其形成的絮狀體，以及設備、管道腐蝕產物及成垢垢質等成分。含油污泥的這種組成特性一方面會由于污泥中大膠體顆粒在脫水器、儲油罐、凈化污水罐中不斷沉積，使清罐周期縮短，清出的大量污泥含水率又高，積存壓力大，增加油田地面生產成本投入；另一方面，這類含油污泥的存在導致回注水中懸浮物含量嚴重超標，堵塞地層，造成油層吸水能力下降，注水壓力不斷攀升，且會使水井酸化增注措施的有效期縮短，增加措施處理費用和工作量。

1.2 含油污泥濃縮析水特性

在含水率高的同時，懸浮顆粒細小、不利于自然沉降分層是含油污泥的另一主要特點，其中懸浮顆粒的粒徑中值在100μm以內，根據Stokes理論，其自然沉降速度應處于中等范圍，析水分層能力一般。

在體積標定的玻璃沉降柱（φ80mm×450mm）內，45℃下開展不同含油污泥樣品的濃縮析水試驗，沉降析水率約在50～60%，表明對污泥先期進行就地集中沉降析水處理，可在一定程度上提高其整體濃縮、減量效果，同時有效減輕后續處置設施的運行負荷及下游大量污水的再回收與處置等一系列問題。但相比之下，罐底清淤泥的平均析水率更低，且析水率隨沉降時間變化在更短期內即趨于平衡，表現出更強的乳化穩定性。這是因為，一方面罐底清淤泥體系中的油/泥比大，另一方面，集輸系統投往罐中的相關油水處理劑沉淀或形成膠團而發生共淤積，均導致了分散相與連續相間的作用更為顯著，這也與前面所分析不同含油污泥樣品中懸浮粒子的粒度分布行為相吻合。

2 含油污泥調質破乳實驗

實現含油污泥的資源化、無害化和效益化，一直是油田地面工程及石油工業環境污染與防治的追求目標。由此陸續發展的各種含油污泥處理技術也都旨在通過破乳使污泥中的原油分離，并回收至脫水站原油凈化或外輸系統；污水就地回用或排入污水站水處理系統；固相泥質則堆存風干用于鋪路基或墊井場。

2.1 調質破乳原理

調質破乳就是通過加藥、升溫、攪拌調質，使含油污泥中粘度較大的吸附油發生脫附或破乳，從而促使油質從固相粒子表面分離。這種污泥化學調質緣于一系列新型高效高分子破乳劑及清洗劑的發展，破乳劑和清洗劑可以改變含油污泥顆粒的結構形態，破壞膠體粒子族（團）的穩定性，提高污泥的脫水性能。然而，化學助劑的選擇、泥水比、攪拌強度、反應溫度和時間仍是影響出油率的重要因素。

2.2 調質破乳實驗裝置及方法

調質破乳實驗裝置主要由下錐形調質罐（容積25L）、機械旋槳式攪拌系統（0～500r/min）、加藥系統、溫控系統（0～80℃）及刮板收油、污水取樣、泥質排污等部分構成。

實驗過程中，首先將沉降預分離后已知含水量、含油量的含油污泥通過加樣口倒入下錐形調質罐，至調質腔與集油腔隔板的高度；設置并啟動溫控系統加熱升溫，待溫度達到實驗溫度并恒定后，通過加藥-清洗泵投加一定量的破乳劑和清洗劑；設置攪拌強度、啟動攪拌器，攪拌、勻化，調質破乳過程開始，并同步開始計時；作用一定時間后，打開帶式刮板機，將上層浮油收至集油腔，再分別打開取樣閥門和排泥閥門，取污水和污泥樣品，分別測定水中含油、泥中含水及含油，計算脫水率和除油率，分析調質破乳效果；實驗結束后，利用加藥-清洗泵噴灑有機溶劑清洗調質罐，并通過排污管排污。

2.3 調質破乳實驗結果

實驗研究了濃縮析水預分離后，泥、油、水比例不同的脫水站罐底清淤泥和污水站氣浮浮渣泥兩種含油污泥（見下表）在不同藥劑用量、不同溫度、不同攪拌強度及不同作用時間下的調質破乳效果。

2.3.1 藥劑用量的影響

按照破乳劑和清洗劑2:1的摻混投加比例，分別選擇了總投加量為30mg/L、50 mg/L、70 mg/L、90 mg/L和120 mg/L的5種藥劑用量，在恒溫65℃、攪拌速度300r/min、作用時間40min的實驗條件下，從調質破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，破乳劑和清洗劑的共同調質，使得污泥體系的乳化穩定性明顯被破壞，尤其對于油/泥比例較大的脫水站罐底清淤泥，其油相發生大量的脫附而分離，且隨著藥劑用量的增大，脫水率和除油率均上升。同時，當藥劑投加量在50～90mg/L時，脫出水含油量急劇下降并趨于穩定。

2.3.2 處理溫度的影響

分別選擇50℃、55℃、60℃、65℃、70℃和75℃的處理溫度條件，在攪拌速度300r/min、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、作用時間40min的條件下，從調質破乳實驗后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，溫度對化學調質作用效果的影響顯著，與污泥中含油的析蠟特征參數相吻合，當處理溫度達到65℃以上時，兩類污泥的破乳脫水率分別能達到20%和35%以上，破乳除油率分別能達到60%和30%以上，且氣浮浮渣泥破乳分離污水中的含油量能控制在1000mg/L左右。

2.3.3 攪拌勻化速度的影響

依次設置50r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min和450 r/min的攪拌強度，在恒溫65℃、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、作用時間40min的實驗條件下，從調質破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征可以看出，對于等量的藥劑投加，攪拌勻化速度過低，在相同作用時間內的調質破乳效果不明顯，而攪拌勻化速度過高，則由于構建更充分的二次乳化條件而使體系的破乳過程受到抑制，導致污泥脫水率、除油率有所下降，特別是造成污水含油量大大增加，惡化破乳分離污水的水質。

2.3.4 調質作用時間的影響

在恒溫65℃、藥劑用量（破乳劑和清洗劑的摻混投加比例為2:1）70mg/L、攪拌速度300r/min的條件下，改變調質作用時間條件：20min、30min、40min、50min和60min，同理，可得調質破乳后污泥脫水率、除油率及水中含油變化特征，可以看出，作用時間延長，化學調質分離的效果不斷改善，實驗污泥脫水率、除油率及分離水含油量變化的拐點均在30min以上的區間。

總之，調質破乳過程對于提高不同類別含油污泥的脫水性能、實現不同類別含油污泥的減容、減量具有重要作用，針對模擬實驗所選污泥樣品，認為適合的藥劑用量（70mg/L）、65℃左右的溫度、適中的攪拌強度（300r/min）與30～60min的作用時間是污泥調質工藝過程的基本操作參數。

3 含油污泥減量化處理工藝

充分重視含油污泥的減容預處理，從而以調質破乳-機械脫水工藝為途徑，選擇物理化學法相結合的離心分離技術，進行含油污泥的減量化處理工藝設計。

3.1 處理工藝設計及流程描述

按照預處理減容、化學調質破乳、機械離心脫水的工序，設計含油污泥“三段式”減量化處理工藝。

其中，沉降池用于上游來含油污泥的析水減容，然后由提升泵將含油污泥泵入調質罐；調質罐用于減容預處理后污泥的加藥調質、攪拌勻化和破乳分離，在罐體入口處加藥，對污泥進行調質，增強油和泥的脫附，并罐體內部設攪拌裝置，可對罐內調質體系進行攪拌勻化；經調質后的污泥從罐體底部由螺桿泵輸送至板式換熱器升溫，然后經二次加藥充分混合，進入后續的離心分離單元進行機械離心脫水、減量；離心機優選臥螺式離心機，調質破乳后的污泥進臥螺機進料倉內，加速后由螺旋上的進料孔進入轉鼓內，在離心力的作用下，進入轉鼓內的污泥很快分成兩層：較重的固相沉積在轉鼓內壁上形成沉渣層，沉渣被螺旋推料器推送到轉鼓小端面，在錐形段進一步脫水，進而從轉鼓小端的出渣口被甩出轉鼓；而較輕的液相則形成內環分離液層，作為油水混合物外輸；工藝中板式換熱器通過蒸汽鍋爐進行熱源的供給。

3.2 處理工藝單體設備選擇

根據所設計“三段式”減量化處理工藝的流程及其描述，下表列出了該處理工藝的主要單體設備。

4 結論及認識

（1）油田含油污泥因來源不同而具有各異的組成特性，但基本都屬于老化原油、蠟質、瀝青質、膠體、細菌、鹽類及大量水分等的聚集體，懸浮粒子的粒徑中值小于100μm，自然沉降析水率不超過60%，乳化穩定性強。

（2）調質破乳在降低含油污泥的穩定性、提高其脫水性能、實現其減容、減量方面有著至關重要的作用。實驗結果表明，適合的藥劑用量（70mg/L）、65℃左右的溫度、適中的攪拌強度（300r/min）和半小時以上的作用時間是調質過程的基本工藝操作參數。

（3）基于預處理減容、化學調質破乳、機械離心脫水的工序，設計了含油污泥“三段式”減量化處理工藝，并綜合主體工藝結構及動力源、熱源等各方面，按照功能要求選擇了主要的單體設備。