高含水油泥（简称油泥）是指油田和炼厂含油污水储存、处理中产生的未经脱水处理的浮渣、底泥和生化污泥〔1-3〕，含水率一般高达85%以上。油泥的成分十分复杂，既有重质原油，又有石油开采、储运、炼制和污水处理过程中加入的表面活性剂、黏土矿物和无机盐等，是水包油（O/W）和油包水（W/O）型复杂乳化体系〔4〕。油泥颗粒细小，呈絮凝体状，且其密度差小（油、水密度接近）、含水率高、持水力强，泥、油、水相互包裹在一起，又充分乳化，黏度较大，难以沉降〔5〕。另外，油泥的比阻和可压缩性系数比一般污泥大，为难过滤性污泥〔6〕，很难实现油-水-泥的三相分离〔7〕。油泥数量大〔8〕，储存、运输〔9〕和处理处置费用高〔10〕，不仅给企业带来沉重的负担，而且污染风险高。油泥脱水减量处理是缓解上述问题的必要措施，而调质脱稳则是提高脱水效率的关键〔11〕。
1 高含水油泥概述
1.1 来源及数量
1.2 性质、特点和脱水难点
高含水油泥为黑色或黑褐色黏稠，有一定油味并散发着恶臭气味，常温下长期放置不分层，稳定性强、流动性差、呈半固态的膏状/絮状物。其特点主要有：（1）有机成分复杂多变。既有石油组分，又有原油开采、输运储存、脱水、炼制和污水处理等过程中加入的表面活性剂〔13〕，且不同类型的油泥成分不一样，同一种类型不同批次也不一样，如含聚合物油泥〔14〕。（2）乳化严重，稳定性强。油泥中胶质、沥青质和石油酸是水-油两亲性天然乳化剂，强化了油水界面的稳定性〔15〕；加入的表面活性剂大多为亲水型，也增加了脱水难度。（3）比阻高。油泥比阻高达8.9×1014 m/kg〔16〕，难过滤脱水。（4）黏度高。如辽河油田某含油污水处理厂初沉池含水率为85%的污泥，常温黏度达到122 mPa·s〔17〕，如果存储时间长，轻质组分挥发，重质组分比例升高，油泥的黏度还会增大〔18〕。油泥的上述特点决定了油泥的处理难点是难破乳脱稳脱水〔19〕。
1.3 调质脱稳的必要性
2 物理法调质脱稳预处理主要技术
在含油污水处理过程中，油、水、泥在絮凝剂作用下形成小颗粒凝聚体，并通过有机聚合物的助凝作用，结合为胶状絮凝团，状态极为稳定。因此，油泥的稳定性源于絮凝团结构的稳定性，只有破坏絮凝团结构，才能实现脱水处理〔15〕。油泥调质处理即是实现油泥絮体破裂脱稳的操作，技术主要有物理法、化学法和物化法等。其中，物理法因不改变油泥性质、不产生二次污染而得到广泛应用，主要有掺混、机械破碎、超声破碎、加热或加入助滤剂等。
2.1 掺混
掺混是向某一类型的油泥中掺入一定比例其他类型的油泥或含油污水进行调质，实现脱稳的方法。大庆石化公司炼油厂采用剩余活性污泥和罐底油泥（含水率93.5%~96.24%）进行掺混，当按体积比3:1掺混时，沉降效果最好，产生的渣层薄、水层厚，油泥含水率可由95%左右下降到约70%，减量率约为84%〔23〕。对于含油率高的油泥，脱油处理后掺混效果更佳。阎松等〔24〕首先对罐底泥采用复配化学药剂进行破乳脱油处理，然后在破乳处理后的罐底泥（含水率86.84%）中掺入一定量的浮渣（含水率52.37%），再加入油泥脱水离心分离的污水，搅拌后进行离心处理，结果表明，当罐底泥与浮渣质量比为4:1，搅拌时间为9 min，离心转速为3 000 r/min，离心时间为20 min时，脱水率可达92.17%。
掺混法简单易行，不同类型的油泥掺混调质可降低脱水的处置成本；缺点是增加了油泥的复杂性。活性污泥为非危险废物，用活性污泥调质罐底泥会增加危废的质量，且不利于后续处理。
2.2 机械破碎
机械破碎是采用机械搅拌的方式将油泥破碎成小的粒径，实现脱稳的方法。冯少华〔25〕采用高速搅拌装置，在500 r/min的条件下对油泥（浮渣）进行搅拌，结果表明，胶体/絮体结构在搅拌4 min时开始解体，且分离的水分加快了浮渣继续液化的速度。10 min后，浮渣基本变为液态。实验表明，搅拌破碎有助于提高油泥的脱水率。
该方法的优点是成本低、无二次污染；缺点是机械力只能将大絮凝团打散，而由铝盐形成的凝聚体基本不会被破坏，浮渣中的油仍然与各种矿物紧密结合，因此结构破坏性差〔25〕。
2.3 超声破碎
超声破碎是利用超声波的机械振动和热处理破坏油泥结构，使油和水位移、聚结并分离的方法。近年来，超声辅助脱水在许多领域都得到了应用〔26〕。超声可以降低油泥乳化液的稳定性，起到辅助破乳脱水的作用〔27〕。辽河油田某采油污水处理厂采用超声耦合破乳工艺调质脱稳处理浮渣底泥（除油破乳为备选项，当含油率≥5%时启用），经处理，浮渣底泥含水率可降至75%以下，含油率也可控制在2%以下。工艺流程见图 1。张微尘〔28〕研究发现，用超声波处理含水率为95.02%和82.92%的油泥，可以明显改善其在250 ℃和150 ℃条件下的脱水速率；在相同条件下，经超声波处理的油泥脱水后的含水率低于未经超声波处理的油泥。超声处理最佳工艺参数为辐照时间10 min，辐照频率18 kHz〔25〕。
图1
2.4 加热
2.5 加助滤剂
助滤剂调质是通过均匀混入适宜的助滤剂对油泥进行调质脱稳，来改善油泥的脱水过滤性能〔37〕。助滤剂包括CaO/石灰、烟煤、焦粉、固体废弃物等。S. Jeyaseelan等〔38〕采用石灰对油泥进行调质处理，结果表明，当石灰质量分数为6%~10%时，油泥的过滤性能最好。李凡修等〔39〕通过投加100 mg/L CaO调质江汉油田某站油泥，使絮凝效率提高到80%以上，并且调质处理后的油泥过滤速度快，形成的泥饼干燥，含水率低。CaO调质原理是CaO可生成Ca（OH）2沉淀物，通过网捕卷扫强化絮凝，还可与无机絮凝剂的水解产物反应生成具有较大吸附面积的铝酸钙，吸附胶体颗粒，从而提高絮凝效率〔39〕。此外，生石灰具有吸水作用，可增强脱水效果，进一步降低油泥的含水率〔40〕。孙承智等〔41〕采用烟煤调质处理含水率为97.1%的辽河石化公司浓缩污泥，结果表明，在煤粒度为0.25~0.42 mm，过滤压力为0.4 MPa，煤添加量为32 g/L，空气吹脱时间为10 min的条件下，压滤后的滤饼含水率降至48.2%。其他助滤剂还有焦粉〔42〕、膨润土、硅藻土、飞灰〔6〕、廉价易得的固废〔11〕等。
2.6 冷冻/融化
2.7 萃取
2.8 磁分离
磁分离调质是借助磁场力的作用，对油泥中不同磁性的有机物进行分离，从而实现油、水和泥分离的一种调质脱稳技术。吴巍等〔48〕采用磁分离-板框脱水组合工艺处理某炼油厂“三泥”，该工艺在污泥搅拌池中引入隔油池出水，将“三泥”进行稀释，稀释后的泥水混合物进入磁分离净水机内进行固液分离。磁分离处理后，清水通过分离器的清水槽排出，固相（污泥）则通过泵抽入压滤机进一步压滤。经处理，滤饼含水率可降至60%。
该工艺产生的滤液清澈，泥水分离速度快，石油类和COD去除率高，且工艺简单、占地小、投资少、运行维护简便、处理效率高〔48〕。对于该技术应重点关注磁粉回收和污染物去除。
3 物理法技术比较
综上，物理法中的各技术均能实现油泥的调质脱稳，各技术对比如表 1所示。
表1 高含水油泥物理法调质脱稳技术对比
| 技术 | 处理效果 | 优点 | 缺点 | 成本 | 适合的油泥类型 |
| 掺混 | 较好 | 简单，投资省 | 增加了油泥的数量和复杂性，不利于后续处理 | 低 | 含油率差别较大的油泥 |
| 机械破碎 | 差 | 投资省，无二次污染 | 只是将大絮团打散，絮体没完全破坏，结构破坏性差〔25〕 | 低 | 浮渣 |
| 超声破碎 | 较好 | 效率高，时间短，无需化学药剂，不产生二次污染〔29〕 | 超声强度不当会导致脱稳效果差或加重乳化，投资大，维护费用高，规模化应用未见报道〔25, 29〕 | 高 | 不限 |
| 加热 | 好 | 速度快，无二次污染，能效高〔31, 35-36〕 | 设备投资大，尚未实现商业化 | 高 | 浮渣、底泥 |
| 加助滤剂 | 差 | 工艺简单，投资省，可以废制废〔11〕 | 改善程度有限，增加危废量，后续处理处置费用增加〔11, 19, 41, 44〕 | 低 | 分类实施 |
| 冷冻/融化 | 好 | 脱水效果显著，前景好〔29〕 | 投资大，时间长〔29〕 | 高 | 不限 |
| 萃取 | 好 | 可回收油，速度快〔29〕 | 工艺复杂，投资高，溶剂回收难度大〔29〕，安全风险高 | 高 | 含油率高的油泥 |
| 磁分离 | 较好 | 滤液清澈，速度快，石油类和COD去除率高，工艺简单〔48〕 | 磁粉损失，回收油品质差 | 高 | 含油率高的油泥 |
4 结语
调质脱稳预处理是提高油泥脱水效率的关键。物理法是常用的一类方法，主要有掺混、机械破碎、超声破碎、加热、助滤剂调质、冷冻/融化、萃取、磁分离等，这些方法均有各自的优缺点和适应性。因此，选择物理法对高含水油泥进行调质脱稳处理应根据油泥的性质、特点、后续处理工艺等确定具体的处理方法；不同类型的油泥要分开储存、分质处理；因地制宜选择适宜技术实施调质脱稳处理，尽量不增加油泥的质量，不加剧油泥成分的复杂性；要与资源回收相结合，既要实现高含水油泥的脱水减量，也要实现矿物油的有效回收和分离污水的净化。单一物理法调质效果稍差，可采用多种方法组合以提高效率，如采用化学法、物化法与物理法耦合。因此，未来发展方向是多种工艺组合，并优选高效处理设备。
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津公网安备 12010602120337号
