1 前言

煉油廠含油污泥主要由含油污水處理氣浮分離所產生的浮渣和池底油泥所組成，年產生量往往達數萬噸，其含水率高達96%～99%，需經重力沉降濃縮和機械脫水，才能有效地減少污泥體積（如污泥含水率從98%降到75%時，體積可降到原來的8%）。

含油污泥為黑臭粘稠的漿液，由于性質特殊，其脫水特性和一般市政污水處理廠的污泥大不相同，但目前大多數煉油廠仍沿用與市政污泥基本相同的脫水流程（收集——重力濃縮——化學調質——機械脫水）。故在重力沉降、污泥調質及機械脫水等過程中存在種種問題，特別是脫水水質差，往往為乳狀黑濁液，當其返回污水處理系統后，則會影響污水處理的正常運行。

污水處理過程的實質是污染物的相轉移，而污泥處理尤其是含油污泥的處理是污水處理過程中十分重要、較為困難、又很費錢的環節。

由于臥螺沉降式離心機具有設備緊湊，占地面積小，調節劑耗量少，處理效率高等優點而逐漸被廣泛采用。顯然，含油污泥要取得好的離心脫水效果，應在合理的能耗和成本的前提下，達到離心液水質好，泥餅的含水率低的結果。為解決含油污泥普遍存在離心脫水難的問題，實現工業離心脫水液的COD濃度小于2000mg/L的目標，本文對煉油廠含油污泥的離心脫水技術進行了研究。

2 離心脫水原理

污泥離心脫水的動力是離心力，由于在離心機中可以做到離心力比重力大數千倍甚至更多，且控制方便，故離心脫水工藝可高效穩定地運行。

污泥粒子與水相之間存在密度差是含油污泥離心分離的前提，要提高和保證離心分離效果，應從增大污泥粒子粒徑和密度，減少粘度，提高離心因數著手。

3 含油污泥的微觀研究

污泥脫水過程實際上是污泥的懸浮粒子群和水的相對運動，因此有必要對含油污泥有關離心脫水的特性進行微觀研究。

采集污水池底油泥和氣浮池表層浮渣A樣品，用20%甘油溶液現場固定后，在顯微鏡下觀察發現：

（1）所有污泥粒子粒徑均在3μm以上，所含的液態油為5～30μm的分散油珠。

（2）浮渣A中的粒子多為黑色無定形，大多粘連成片，直徑大于50μm的占90%以上，而油珠夾帶其中，并以“泥包油”為主。

（3）80%的池底油泥粒子的直徑在3～10μm，大多外層被薄薄的一層透明油膜包裹，屬“油包泥”，說明是親油的焦粉等。直徑在10～50μm間的粒子外層無油膜，只有少數呈無定形且粘連。兩種污泥的懸浮粒子粒徑分布見下表：

對煉油廠3種主要含油污泥及其中的總固形物組成分析結果見下表：

其它成分包括焦粉、其它不溶于石油醚的有機物和揮發性物質等。

由上表可知，含油污泥中的總固形物主要是由有機物組成的，無機固體（灰分）含量低：以無機鋁鹽為絮凝劑所產生的浮渣A的灰分含量為38.4%，池底油泥為24.6%，而以有機絮凝劑所產生的浮渣O的灰分含量只有16.1%。含油污泥中的有機質，除“油”以外，還有瀝青質、膠質和結晶石蠟等有機物。

通過上述對含油污泥的微觀研究，對提高其離心脫水效果的對策而言，有如下啟示：

（1）污泥脫水前必須進行調質，作用是使高度分散的污泥顆粒、油珠或乳化油間進行電中和、網聯架橋，從而使污泥顆粒間發生凝聚，變成大顆粒以至大塊凝聚體，從而改善其固液分離性能。含油污泥主要成分是有機物，其粒子質輕、常溫下呈固體或半固體而易變形，是導致其脫水難的根本原因。故對其進行兩相分離的調質時，還應該考慮提高粒子密度、增加它與水的密度差。

（2）因含油污泥的粒子較大，在選用絮凝劑時，不要求它有較強的電中和功能，而希望它有較好的架橋和卷掃作用，故宜選用陽離子度不高的有機絮凝劑。

（3）含油污泥粒子通過投加絮凝劑網聯結合而成的凝聚體，結構往往不很緊密，應根據分離要求通過試驗確定其離心因數。

4 化學調質技術的實驗室探索

污泥的調質是通過一定手段調整其固體粒子群的性狀及排列狀態，使之適合于不同脫水條件的預處理操作。顯然，污泥調質能顯著改善污泥的泥水效果，提高機械脫水性能。

污泥調質方法主要有物理法和化學法，前者采用投加助劑或加熱等手段實現對污泥的改性，而后者在大多數情況下是選擇投加絮凝劑。含油污泥調質方法的選擇和確定，除考慮含油污泥的性質和特點外，還取決于脫水泥餅如何處理或利用。本課題主要對含油污泥的水、固兩相分離的化學調質和離心脫水技術進行探索。

4.1 試驗方法

在裝有100mL含油污泥濃縮液的具塞量筒中，加入絮凝劑后上下顛倒10次，在劑和泥充分混合后倒入200mL離心試管中，在DL-5型微電腦離心機上進行模擬離心脫水，通過試驗確定離心轉速為1980r/min，離心時間為在1980r/min下穩定60s，測定離心液的透光率（在波長680nm下）和COD濃度來評定效果。

4.2 絮凝劑的篩選

篩選試驗主要以浮渣A為對象，同時為保證所選出絮凝劑的“廣譜”性，在絮凝劑耐油篩選試驗時采用浮渣O為試驗對象，試驗采用新鮮原料污泥（保存2～3d），均在試驗前取于現場排泥泵出口。試驗時采取措施使污泥的密度大于1g/cm3。用優選法確定各種絮凝劑的較佳用量。

由于絮凝效果和污泥性質有關，為此，從收集的32種國產絮凝劑中，通過初選、精選、耐油性試驗和適應范圍試驗，篩選出6種高效、易溶、適應性寬、成本合理的絮凝劑：陽性CPAM-2，陽性CJX-103，陽性XHY-C，陰性HPAM-2，陰性T-1150，陽性PAC。

（1）采用HPAM-2、CPAM-2、XHY-C、CJX-103、T-1150這5種絮凝劑，離心液的COD濃度都能達到500mg/L以下。

（2）使用這5種絮凝劑時，經陽離子型絮凝劑處理所得的離心液清亮，透光率在84%以上；用陰離子絮凝劑處理的離心液略呈乳白色，透光率在66%左右，但兩者的COD濃度無明顯差別。另外，這5種絮凝劑的電荷極性對含油污泥的調質效果基本沒有影響，其中的陽離子絮凝劑的陽離子度都在中等或中等以下。陰離子型藥劑的成本較低。

（3）屬強陽離子型的無機聚合鋁PAC絮凝劑不適用于含油污泥調質。

4.3 不同含油污泥化學調質后的離心脫水效果

采用CPAM-2作為絮凝劑，分別對不同含油污泥進行離心脫水試驗，結果見下表：

上表中試驗結果表明，加入一定量的CPAM-2絮凝劑后：

（1）密度大于1g/cm3的1號池底油泥可直接離心脫水。

（2）1號浮渣A密度略大于1g/cm3，就可順利進行離心脫水，但密度小于1g/cm3的2號浮渣A無法進行離心脫水。

（3）在1號浮渣A中混入等體積的活性污泥后，密度大于1g/cm3，離心脫水效果明顯變好，絮凝劑投加量只需原來的1/10就可以做到泥餅密實、離心液清澈透明（透光率達88.5%），COD濃度只有324mg/L。據分析，加入活性污泥后，一方面，由于混合污泥整體密度增加，離心脫水可以順利進行；另一方面，因活性污泥中含有大量微生物，其細胞外的莢膜類似于高分子絮凝劑的電位隧道，具有負的Zeta電位，其本身就是很好的陰離子生物絮凝劑，故使絮凝劑用量明顯降低。

（4）密度小、含油率較高的1號浮渣O，無法進行水、固兩相分離的離心脫水。

5 粉焦調質助劑的應用研究

Jonathan Zall等曾用飛灰等作為含油污泥的調質助劑，使易變形的半固體粒子形成剛性污泥骨架，從而顯著改善含油污泥機械脫水性能。由于鎮海煉油化工股份有限公司的泥餅出路是去焦化裝置，故考慮用粉焦作為助劑來改善含油污泥的離心脫水效果。粉焦價廉易得，是焦化裝置副產品，密度大（＞1.26g/cm3），粒子堅硬，且與含油污泥有很好的吸附和親和性，適合作含油污泥的調質助劑。

5.1 可行性和條件試驗

5.1.1 質量要求

作為污泥調質助劑，要求調合操作方便，調合污泥性質穩定。雖然粉焦對含油污泥的吸附和親和性能好，但當其粒徑過大時仍會發生沉降；當其干燥時，因其中的空隙充滿空氣，則不易和污泥調合。通過對原粉焦產品的性質測定和調合試驗，確定作為助劑粉焦的質量要求為：含水率20%～30%，粒度80～200目。

5.1.2 粉焦投加量的確定和投加后對絮凝劑用量的影響

粉焦的投加量關系到該調質技術的可行性和經濟性。分別用3號浮渣A（含水92.3%、含油2.39%、密度0.996g/cm3）和2號浮渣O（含水86.1%、含油4.98%、密度0.989g/cm3）為試驗泥樣，用CPAM-2作為絮凝劑，分別投加不同比例的粉焦（粉焦含水20%）和絮凝劑，進行離心脫水試驗。結果見下表所示：

試驗表明，在不投加粉焦，只投加200μg/g絮凝劑時，離心后不能分層或泥渣層在上，水層在下，無法實現離心分離。上表表明，粉焦能顯著改善含油污泥（3號浮渣A）離心脫水效果，并能減少絮凝劑用量。隨粉焦投加量的增加，離心液水質也略有提高，并可減少絮凝劑用量30%以上，這是由于它能吸附和親合污泥微粒，減少總粒子數所致。如果污泥（2號浮渣O）含油率過高，所需粉焦量增加，因而粉焦調質只適用于含油率不高的污泥。一般粉焦投加量控制在1.5%～2.0%，絮凝劑用量可減少30%～50%。

5.2 粉焦調合攪拌設計參數的確定

為含油污泥和粉焦調合尋找工業應用混合攪拌的設計參數，在六聯攪拌器上通過試驗比較，選定浮渣和粉焦調合的攪拌轉速為300r/min。分別攪拌1～15min后，用CPAM-2調質并進行離心脫水，考察離心效果（離心液水質），結果見下表：

試驗表明，在攪拌時間大于等于5min時，粉焦能和含油污泥充分混合并取得好的離心脫水效果。據此條件以及攪拌槳葉和水體間的尺寸等數據，經計算得到粉焦調合所需的攪拌速度梯度G和GT值（即速度梯度G和反應時間T的乘積，無量綱）如下：

G=2.88×10²/s

GT=（5.18～8.64）×10⁴

5.3 離心參數的確定

在實驗室考察不同離心速度、時間對分離水質的影響，試驗方法同前。

在3000r/min高速下，離心液水質隨離心時間的增加迅速變差，這是因為離心力過大使絮體不斷解離，導致水質下降；而在1020r/min低速時，水質隨時間的增加慢慢變好，但效果并不理想；而在1980r/min下15～250s內效果較好且穩定。故適宜的離心速度應取1980r/min。據此計算出相應的離心分離因數α=588，已知工業用臥螺離心機的轉鼓直徑，則其適宜轉速應為n=1500r/min左右。由于實驗室僅能模擬離心機的分離作用，其余離心參數只能在工業試驗中考察。

6 工業應用試驗和效益分析

6.1 工業應用試驗

污泥調質采用CPAM-2絮凝劑，加劑量均為200μg/g，必要時投加粉焦，粉焦投加量為污泥質量的1.5%，用專門設計的粉焦攪拌罐混合后，混合泥料進入LWD430型國產臥螺離心機，該機轉速、進泥量、差轉速等參數可以在不停機情況實現無級控制，直至離心液水質較好。

在原料污泥含水率變化較大（91.2%至97.8%）的不利條件下，通過控制適當的離心參數（離心機轉速不大于1600r/min，和實驗室模擬試驗結果基本吻合），只要含油污泥的密度大于1.0008g/cm3時，通過化學調質就能順利進行離心脫水；當其密度基本為1g/cm3時，離心效果受到影響；而當其密度小于1g/cm3時，離心液呈黑濁漿狀，甚至在泥餅出料處排出污水。

通過用粉焦調質后，離心脫水效果明顯改善，離心液COD濃度達到1880mg/L以下，實現了工業離心脫水液的COD濃度小于2000mg/L的預期目標。

因此，粉焦作為輕質含油污泥的調質助劑技術上是可行的，能從根本上改善和保證含油污泥的離心脫水效果。

6.2 效益分析

采用投加調質助劑粉焦的技術，只需增加相應的攪拌設備，就能使含油污泥離心脫水工藝長周期穩定運行，解決了含油污泥脫水難的問題。另一方面，粉焦是煉油廠的副產品，價格十分低廉，經適當加工，就可以作為一種含油污泥調質助劑商品，據估算，每噸升值在200元以上，還有一定的社會效益。含有粉焦的泥餅，熱值增加（粉焦熱值為36.2kJ/g，高于一般煤），有利于泥餅的焚燒，在送焦化裝置后，轉化為價格較高的焦炭產品。

投加調質助劑粉焦技術只適用于含油率低的浮渣，據多次測定，浮渣A的密度均在0.998g/cm3以上，故粉焦投加量在1.5%～2.0%間就能滿足要求。

以年產生32kt以浮渣為主的含油污泥離心脫水工藝為例，年需調質助劑粉焦640t，每年所增加的成本為40.9萬元，經濟增益為57.7萬元，年凈經濟收益16.8萬元。

需要指出的是，為避免粉焦在運輸、加工和使用過程中對環境衛生的不利影響，必須考慮相應設施的自動化和密閉操作。

7 結論和建議

7.1 結論

（1）以浮渣為主的煉油廠含油污泥含有大量的瀝青質、膠質、石蠟等“油固體”，是含油污泥脫水難的主要原因。

（2）由于含油污泥粒子的特殊性質，宜采用有機高分子絮凝劑，而絮凝劑的電荷極性對其影響不大。同時要考慮絮凝劑的廣譜性、易溶性和經濟性。

（3）浮渣在混入等體積的剩余活性污泥后，能顯著改善離心脫水效果，并節約90%左右的絮凝劑。

（4）對密度低、含油率小于3%的輕質浮渣，用含水率為20%～30%、粒徑80目以上（粒徑不大于0.175mm）的粉焦作為污泥調質助劑，可根本解決含油污泥的脫水難題，達到“水清、泥干”的效果，并有利于泥餅的回收利用，明顯減少絮凝劑用量，增加泥餅熱值。該技術有一定的經濟效益、環境效益和社會效益。

（5）對以水固兩相分離為目標的含油污泥的離心脫水，是要使大部分有機物（包括油）進入泥餅，其離心分離因數宜低（α=588左右），相當于工業臥螺式離心機轉速在1260～1600r/min。

7.2 建議

（1）重視含油污泥的調質技術，特別是對高含油污泥調質和三相分離脫水技術的研究。

本文僅對含油較低的以浮渣A為主的含油污泥的兩相分離的離心脫水技術進行了探索。由于含油污水氣浮處理工藝中有機絮凝劑的推廣應用，將使含油污泥中數量較多的浮渣含油率成倍增加，因此，建議開展對高含油污泥的“油—無機固體—水”三相分離的調質技術進行研究，開發如調理劑、破乳劑或乳化劑、固體增濕劑等產品和相應的調質技術和設備。

（2）穩定進入離心機泥料的性質。由于含油污泥的特殊性質，其離心機械脫水的前一工序——重力沉降濃縮一般分為三層（上層是含油較高的油渣、中層是污水、下層是密度較大的污泥）。如設計不當，往往使進入離心機前的污料含水率和粘度變化大，導致離心工藝參數的頻繁調整。必須根據所處理含油污泥的重力沉降特性，改進重力濃縮工藝，以確保離心脫水效果的穩定性。