楊麗，付可，張靜茹，李林彬，郭一樊，程遠(yuǎn)鵬

開發(fā)與應(yīng)用

含油污泥處理技術(shù)及發(fā)展綜述

楊麗，付可，張靜茹，李林彬，郭一樊，程遠(yuǎn)鵬*

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

石油是我國現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，有著不可替代的重要作用。在油田生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)倪^程中，會(huì)產(chǎn)生大量對環(huán)境有害的物質(zhì)，其中“含油污泥”便是最主要的污染物之一。隨著油氣田開發(fā)的逐步深入，含油污泥所帶來的污染影響和環(huán)境之間的矛盾會(huì)越來越突出，含油污泥的高效、無害化處理刻不容緩。對物理、化學(xué)、生物三大類含油污泥處理技術(shù)方面進(jìn)行闡述，并對未來相關(guān)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢作出了展望。

含油污泥；處理技術(shù)；物理法；化學(xué)法；生物法

我國每年油田產(chǎn)生含油污泥5×106t，煉油廠產(chǎn)生含油污泥3×105t，每年新增含油污泥處理市場空間50 億元左右，同時(shí)歷史遺留的含油污泥處理問題也占有很大一部分的市場空間[1]。含油污泥是石油生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的主要污染物質(zhì)之一，且成分復(fù)雜、毒性較高、污染程度大。隨著新環(huán)保法和“綠水青山就是金山銀山”的理念提出，我國對環(huán)保的整治力度正逐步加大，對含油污泥污染物的高效處理提出了更嚴(yán)格的要求。為了減少含油污泥對環(huán)境的污染和對人類健康的影響，含油污泥的高效處理方法已成為整個(gè)石油行業(yè)重點(diǎn)突破對象。以前的處理技術(shù)逐漸達(dá)不到國家環(huán)保要求，而且目前還尚未形成成熟的、經(jīng)濟(jì)效益高的處理工藝和技術(shù)。因此為解決新型污染物，開發(fā)新型處理技術(shù)刻不容緩。目前，國內(nèi)外對含油污泥污染物的處理方法主要分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類，其中主要包含有熱脫附技術(shù)、氣相抽提技術(shù)、微波修復(fù)技術(shù)、熱洗法、溶劑萃取法、植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。這些處理方法各有優(yōu)勢，也有其各自的局限性與缺點(diǎn)。本文分別對三大類處理技術(shù)進(jìn)行綜合闡述，為國內(nèi)外含油污泥新型處理技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用提供參考與理論支撐。

1 物理處理技術(shù)

1.1 熱脫附技術(shù)

熱脫附技術(shù)是指在真空或者通入載氣的條件下，對含油污泥進(jìn)行加熱，使待處理的有機(jī)污染物汽化、揮發(fā)或裂解，達(dá)到從復(fù)雜基質(zhì)中分離出來的目的，然后對分離出的目標(biāo)污染物進(jìn)行冷凝收集并進(jìn)行一系列后期處理，實(shí)現(xiàn)廢物資源的再利用［2］。按照不同的處理場所和方式，熱脫附技術(shù)又可分為原位熱脫附技術(shù)和異位熱脫附技術(shù)。

原位熱脫附技術(shù)是在不翻動(dòng)挖掘土壤的條件下，通過對含油污泥進(jìn)行直接加熱或者間接加熱的方式，將所需處理的污泥加熱至目標(biāo)溫度，然后促使污泥中的有機(jī)物在高溫條件下被分解或者汽化，最后將這些有機(jī)物分解、汽化所產(chǎn)生的氣體收集起來進(jìn)行處理。

國外的Haemers公司、Terra Therm公司、殼牌公司等已經(jīng)大規(guī)模使用原位熱脫附技術(shù)，而且在不斷地積累經(jīng)驗(yàn)和探索中。Haemers公司結(jié)合詳細(xì)的土壤凈化情況，研制出了一種輕型智能原位加熱器，在一些大型建筑工程或者其他難以開展修復(fù)任務(wù)的土地上，完成了能夠在不撤除毀壞現(xiàn)有建筑設(shè)備、不影響四周環(huán)境、不挖掘土壤的情況下進(jìn)行含油污泥的修復(fù)，使原位熱脫附技術(shù)更加的便捷高效。

原位熱脫附過程的關(guān)鍵影響因素有加熱溫度、加熱時(shí)間、升溫速率、載氣流量、土壤類型（導(dǎo)熱性、含水率、土壤孔隙率、地下水位、水流速率、滲透性、土壤粒徑分布等）［3］。通常情況下，土壤的加熱溫度和土壤滲透性與目標(biāo)污染物的脫附效果成正比；而土壤的含水率對脫附效果則呈兩極化影響，含水率過高則需要加熱大量水，在此過程中消耗大量能量，含水率過低則會(huì)使土壤的導(dǎo)熱效果下降，熱損失較快。原位熱脫附技術(shù)具有安全性高、適用性強(qiáng)、修復(fù)效率高等優(yōu)點(diǎn)。原位熱脫附更適合應(yīng)用于有特殊要求的場地（存在地下水污染或者場地上建筑物因具有特殊的意義而不能拆遷或搬 離）[4]。但是原位熱脫附技術(shù)相比其他修復(fù)技術(shù)所需要花費(fèi)的時(shí)間較長，在加熱過程中能源消耗較大，在修復(fù)過程中土壤的功能特性、生物群落和結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同程度的破壞。

異位熱脫附是需要將含油污泥從原場地中挖掘出來，然后經(jīng)過一系列的預(yù)處理操作后進(jìn)入加熱裝置，污泥中污染物受熱蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體進(jìn)入廢氣處理設(shè)備進(jìn)行處理，從而使待處理土壤得到凈化。

朱瑞利[5]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加熱溫度為300 ℃、加熱時(shí)間為1 h即可達(dá)到對目標(biāo)污染物的有效去除，而在工程處理中，若要使修復(fù)后土壤與效果評估要求相符，則溫度為350 ℃最佳。

異位熱脫附技術(shù)處理污染物的效率較高，而且對土壤的整體破壞作用小，有利于地塊的快速周轉(zhuǎn)，適用于大型修復(fù)場地。但是其存在污染范圍調(diào)查不準(zhǔn)確、廢氣處理量較大等問題。

1.2 氣相抽提技術(shù)

氣相抽提技術(shù)的主要操作設(shè)備是抽提井，以抽氣的形式在含油污泥中形成低壓環(huán)境，降低有機(jī)污染物的飽和分壓度，使污染物從復(fù)雜的環(huán)境中以揮發(fā)的形式分離，最后通過抽提井將污染物輸送到處理器中進(jìn)行處理。

姚佳斌[6]等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對氣相抽提技術(shù)產(chǎn)生重要影響的有以下幾個(gè)因素：有機(jī)物性質(zhì)、含油污泥滲透率和含水率以及抽提氣體流量。

馬雋[7]的研究成果表明，含油污泥的空氣滲透率是對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的去除時(shí)間及效率的主要影響因素；而且對含水率的要求也很高，因?yàn)楹蔬^高會(huì)堵塞縫隙，導(dǎo)致滲透率降低，過低會(huì)降低污泥對有機(jī)物的吸附能力，不利于去除VOCs，通常情況下最好保持含水率在15%～20%之間，這樣的去除效果會(huì)更好。

土壤氣相抽提技術(shù)對于土質(zhì)較為松散的地區(qū)來說相對有優(yōu)勢，而且通過隋紅[8]等研究發(fā)明的一套實(shí)現(xiàn)后期尾氣無害化處理的裝置，尾氣吸收率達(dá)到99%，提高了資源回收率。但是氣相抽提技術(shù)受到很多污泥性質(zhì)的限制，缺乏普遍適用性。

1.3 微波修復(fù)技術(shù)

微波修復(fù)技術(shù)是指介電材料在微波的作用下其內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列極化現(xiàn)象，內(nèi)部介質(zhì)的極化作用會(huì)產(chǎn)生與電場同相的電流，從而使材料內(nèi)部發(fā)生功率耗散。正是這種因介質(zhì)損耗而導(dǎo)致的功率耗散產(chǎn)生了熱能[9]。微波加熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：加熱效率高，可以大大縮短含油污泥的加熱時(shí)間；可以對所需要處理的污染土壤進(jìn)行指定區(qū)域的加熱，不用加熱全部區(qū)域，減少了資源能量的損耗；處理過程容易控制，方便操作；熱波修復(fù)技術(shù)的限制要求較少，可使用范圍廣；修復(fù)方式不會(huì)對周圍環(huán)境造成其他影響，清潔無污染。

龍飛［10］在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，微波的處理功率、污泥的厚度以及污泥含水率和所需加熱時(shí)間等因素對含油污泥的修復(fù)作用有顯著影響。微波功率增高，提高了微波反應(yīng)腔的微波場強(qiáng)，污泥加熱功率提高，去除率升高；含水率過高時(shí)，會(huì)影響污泥吸收微波的效率，升溫速率降低，導(dǎo)致去除效果不佳；污泥的厚度會(huì)影響微波的加熱效率，厚度過大時(shí)，微波的加熱效應(yīng)會(huì)降低，此過程會(huì)造成微波能量的損失，最佳厚度在4 cm左右。

朱湖地[11]在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，微波修復(fù)技術(shù)對于小范圍污染區(qū)域的修復(fù)具有高效、便捷的優(yōu)勢，它可以定點(diǎn)加熱，而且對于土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)影響很小；但是當(dāng)所需修復(fù)的區(qū)域面積過大或者含水率較高時(shí)，該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)實(shí)施起來有一定的困難。因?yàn)樵诖诉^程中微波加熱會(huì)消耗損失大量的微波能量，導(dǎo)致能源的損耗。

2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.1 熱洗法

熱洗法通常以一定比例的熱水和化學(xué)藥劑混合作為化學(xué)清洗劑，通過攪拌、加熱，使化學(xué)清洗劑發(fā)揮作用[12]，從而破壞含油污泥的油相和油泥界面，使其黏度降低，實(shí)現(xiàn)含油污泥中有機(jī)物質(zhì)的分離。

美國環(huán)保局最先采用熱洗法處理含油污泥，我國后續(xù)也接連展開了對該方法的研究和探索。趙旖楠[13]等采用熱洗法對西部某油田含油污泥進(jìn)行了更為深入的研究，通過改變化學(xué)清洗劑濃度、反應(yīng)溫度、攪拌時(shí)間、攪拌強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)條件參數(shù)，得到了較好的處理結(jié)果。處理后的污泥含油率顯著降低，達(dá)到了我國煉油廠回收利用的標(biāo)準(zhǔn)，并且具有較高的價(jià)值和收益。

LU[14]在應(yīng)用熱洗法對勝利油田含油污泥進(jìn)行處理中，通過對多種清洗劑的初步篩選，發(fā)現(xiàn)Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂3種清洗劑效果較好。當(dāng)混合清洗劑中Na2SiO3、SP169、鼠李糖脂的比例為10∶1∶0.5，在清洗劑用量為1.1%、液固比為7∶1、溫度為70 ℃、攪拌速度為400 r·min-1、清洗時(shí)間為60 min的條件下，最高油回收率可達(dá)98%。

熱洗法的優(yōu)點(diǎn)是簡單便捷，油品浪費(fèi)率低，可靠性強(qiáng)。缺點(diǎn)是需加入化學(xué)清洗劑，且化學(xué)清洗劑的篩選有一定難度，處理不當(dāng)可能會(huì)對土壤造成再次污染。因此在應(yīng)用熱洗法時(shí)，沒有對污染物進(jìn)行固定或破壞，進(jìn)行回填污染土壤時(shí)，工作人員應(yīng)積極開展完善的檢測工作，確定是否達(dá)到石油污染土壤修復(fù)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。鑒于化學(xué)清洗劑含有未被分解的污染物，工作人員完善處理工作后，才能將其進(jìn)行排放[15]。

2.2 溶劑萃取法

溶劑萃取法是利用原油在萃取劑中溶解度較大的性質(zhì)，用萃取液將含油污泥中的原油提取出來。因此，在選擇萃取劑時(shí)，其性質(zhì)應(yīng)與原油的性質(zhì)相近或相似，最大程度地提高原油的溶解度，這樣才能從含油污泥中提取出更多的油類物質(zhì)，從而達(dá)到原油的回收利用目的[16]。

ZHU[17]等采用疏水性離子液體處理含油污泥時(shí)，發(fā)現(xiàn)1-丁基-2,3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Bmmim][PF6]）的加入改變了油和土壤之間的黏附力。研究表明，[Bmmim][PF6]可將溶劑消耗降低約60%。此外，[Bmmim][PF6]可以很容易地分離，而且與無輔助溶劑萃取法相比，強(qiáng)化溶劑萃取是一種很有前途的從含油污泥中回收油的方法。

梁宏寶[18]選擇輕質(zhì)油為萃取劑處理吉林油田某采油廠的含油污泥，通過進(jìn)行兩級循環(huán)萃取+萃取劑蒸餾回收工藝，從而獲得含油污泥的最優(yōu)萃取時(shí)間、攪拌速率、萃取溫度等關(guān)鍵的數(shù)據(jù)參數(shù)，并且發(fā)現(xiàn)在萃取劑和含油污泥的混合比為2∶1時(shí)，萃取后的含油污泥的含油率極低，脫油率和萃取劑的回收率均達(dá)到了90%以上。該工藝可以實(shí)現(xiàn)對含油污泥的高效處理，其成本低，占地面積小，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

DAI[19]等采用叔胺（TA）和質(zhì)子化叔胺（PTA）的混合工藝，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的綠色有效萃取，其中PTA為TA的質(zhì)子化狀態(tài)。與僅使用TA相比，PTA的加入使原油回收率提高了3%～5%，回收原油中殘留的固體較少。此外，PTA對污泥表面帶正電離子的吸附提高了潤濕性，原油重烷烴與PTA的相互作用促進(jìn)了原油從污泥表面的剝離，增強(qiáng)了污泥的親水性，更為重要的是TA的不完全回收恰好起到了再生混合物中PTA的作用，可以減少溶劑的 損失。

該項(xiàng)技術(shù)適用范圍很廣泛，萃取液能夠反復(fù)循環(huán)使用，達(dá)到了環(huán)保的目的。缺陷是很難找到一種效率高、對環(huán)境無害、安全隱患小的萃取劑，而且萃取劑成本較高。

3 生物法

3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物根部分泌出的各種有機(jī)物將含油污泥中的污染物直接分解或降解。環(huán)境因素是影響植物修復(fù)效率的主要因素，例如土壤的有機(jī)物含量、pH值、營養(yǎng)元素等。

要使植物修復(fù)率達(dá)到最大，就必須根據(jù)土地污染情況選擇植物的種類，植株的耐受性要在特定污染物上體現(xiàn)出來，并且植物自身還能夠正常生長。于一雷[20]等采用多種植物來修復(fù)原油污染土壤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿蓬能很大程度地降解污染物，在污染程度不同的土壤中都適用。丁正[21]等研究了3種典型植物對土壤修復(fù)效果的規(guī)律性和相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石油烴（TPH）降解率隨著莖鮮重和莖干重的增大而隨之提高；同時(shí)，當(dāng)降解菌數(shù)量越多時(shí)，降解率也會(huì)越高。

植物修復(fù)技術(shù)相對其他修復(fù)技術(shù)來說簡單可行，降解效率大大提高而且消耗成本更低。利用植物技術(shù)修復(fù)土壤中的原油污染物，不僅可以恢復(fù)土壤的原有功能，也不會(huì)污染土壤及周邊的環(huán)境，符合創(chuàng)造綠色環(huán)境這一發(fā)展理念。植物修復(fù)在污染修復(fù)領(lǐng)域有可觀的優(yōu)勢，成本低且長期適用。但是植物修復(fù)也需要花費(fèi)大量的時(shí)間來完成，所用周期較長[22]，這一點(diǎn)相比其他修復(fù)技術(shù)不占有優(yōu)勢。

3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物的新陳代謝，將含油污泥作為其生命活動(dòng)的營養(yǎng)物質(zhì)，并將含油污染物無害化的過程，從而達(dá)到降解含油污染物的目的。

微生物修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)外都有成功運(yùn)用的范例。李先梅[23]等研究了某油田的石油污染土壤中生長的植物，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的植物在低濃度的石油污染土壤中能正常生長，黑麥草和紫花苜蓿的發(fā)芽率在較高濃度的石油污染土壤中受到了明顯的抑制作用。王京秀[24]等開展了柳枝稷-固體菌劑聯(lián)合修復(fù)的相關(guān)研究，通過一系列實(shí)驗(yàn)，最終確定了適合菌劑生長的最佳載體，并明確了適合菌群生長的最適溫度、pH值和料水比。DHOTE[25]從罐底油泥中分離出了1種菌株，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該菌株能很好地去除含油污泥，對土壤的恢復(fù)效果較好。

該技術(shù)本質(zhì)上就是生物的轉(zhuǎn)化和降解作用，這一過程主要由胞內(nèi)酶的催化作用完成[26]。微生物修復(fù)不會(huì)破壞土壤的原有結(jié)構(gòu)，也不會(huì)改變其性能，不會(huì)對環(huán)境造成二次污染。而且微生物修復(fù)技術(shù)是目前應(yīng)用范圍最廣、綠色環(huán)保、可最大程度修復(fù)石油污染土壤的技術(shù)。

4 結(jié) 論

1）物理修復(fù)技術(shù)總體上來說去除效率高、速度快，但是物理修復(fù)技術(shù)的修復(fù)成本相對較高，土壤的理化性質(zhì)對去除效果影響較大，部分修復(fù)技術(shù)產(chǎn)生的廢水廢氣需要進(jìn)行二次處理。

2）化學(xué)修復(fù)技術(shù)操作簡單、修復(fù)周期短、污染物去除較為徹底，但是在處理過程中可能會(huì)出現(xiàn)二次污染，使土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)受到破壞。

3）生物修復(fù)技術(shù)費(fèi)用低、安全性高、不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但是生物修復(fù)技術(shù)對所要處理的土壤的要求條件嚴(yán)格，適用范圍小。

4）不同的處理工藝都有其優(yōu)缺點(diǎn)，對含油污泥處理工藝的選擇要綜合考慮所需處理土壤的生物結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、處理量、所需費(fèi)用以及處理后排出的廢水廢氣是否達(dá)標(biāo)等因素。因此，在進(jìn)行含油污泥處理時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況將多種處理工藝相結(jié)合，不斷優(yōu)化技術(shù)方案，開發(fā)綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的含油污泥處理新技術(shù)。

5）隨著人們節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)以及環(huán)保法規(guī)要求的日益嚴(yán)苛，減量化低碳排放、無害化綠色處理和資源化合理利用將成為今后含油污泥處理新技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。

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Review of Oily Sludge Treatment Technology and Its Development

（School of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

Petroleum is an important part of China’s current energy and plays an irreplaceable role. In the process of oil drilling, storage and transportation, a large number of substances harmful to the environment will be produced, among which "oily sludge" is one of the most important pollutants. With the gradual deepening of oil and gas field development, the contradiction between the pollution effect brought by oily sludge and the environment will be more and more prominent, and the efficient and harmless treatment of oily sludge is urgent. In this paper, the physical, chemical and biological treatment technologies were described, and the development trend of related treatment technologies in the future was prospected.

Oily sludge; Treatment technology; Physical method; Chemical method; Biological method

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，陰離子雙子表面活性劑黏彈流體提高非常規(guī)油藏采收率基礎(chǔ)研究（項(xiàng)目編號：51774049）；石油石化污染控制與處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目，微生物燃料電池循環(huán)處理含油污泥污水基礎(chǔ)研究（項(xiàng)目編號：PPC2017005）。

2021-11-01

楊麗（2000-），女，湖北省襄陽市人，研究方向：含油污泥的微生物原位修復(fù)。

程遠(yuǎn)鵬（1981-），男，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：油氣田地面工程安全與環(huán)保技術(shù)、油氣集輸設(shè)備及管道腐蝕與防腐技術(shù)等。

X741

A

1004-0935（2022）06-0769-05