１ 含油污泥脫水方法

１．１ 化學法脫水化學法脫水是指向含油污泥中添加化學藥劑進行高效脫水的方法，此種方法不需要使用大量的機械設備以及復雜的工藝就能夠達到脫水效果。目前化學法對含油污泥進行脫水的工藝和設備已經十分成熟，被廣泛地應用于含油污泥的預處理。綜合目前的研究現狀，采用化學法進行脫水時，常見的手段包括添加絮凝劑、表面活性劑和其它藥劑。可以通過調節藥劑的濃度、處理時間、固液比、處理溫度、沉降時間等，進一步改善脫水率。工業應用時，通常將上述方法進行篩選與組合來獲得效率更好的脫水方案。

１．１．１ 添加絮凝劑脫水在眾多預處理過程中，絮凝劑是成本低、效率高的污泥調節劑，已被廣泛應用于含油污泥的脫水，其中工業上使用最多的絮凝劑為無機絮凝劑和有機合成高分子絮凝劑。陽離子聚丙烯酰胺作為一種線性高分子量的有機絮凝劑，含有—ＣＯＮＨ２等活性基團。能夠通過氫鍵作用力以及范德華力促進與污泥顆粒的吸附與橋接。無機絮凝劑（例如：聚氯化鋁和氯化鐵）在水解過程中會水解為羥基化合物，羥基離子能夠通過電荷中和將污泥凝聚為絮凝物并改善泥餅的孔隙率。 研究了不同絮凝劑（有機合成高分子絮凝劑為陽離子聚丙烯酰胺；無機絮凝劑為聚氯化鋁和氯化鐵）對污水污泥處理后其物理化學性質和脫水性能的影響。實驗結果表明，絮凝劑能夠改變污泥的絮凝形態、比表面積和分型維數，其中有機絮凝劑使絮凝物的粒徑更大、比表面積更小、分型維數更小。選取６種工業上被廣泛應用的絮凝劑（ＰＡＣ、ＰＡＳ、ＣａＯ、ＳＣ?３、ＳＣ?４、ＰＡＭ）對含油含醇污泥進行脫水處理，研究發現５００ ｍｇ／Ｌ的ＰＡＣ與４０ ｍｇ／Ｌ的ＳＣ?３進行復配，含水率可以降低至８０％以下，與單一絮凝劑相比，將絮凝劑進行復配能夠有效縮短作用時間和增強脫水效果。有機合成高分子絮凝劑常常不具有生物降解性，會對環境造成二次污染，合成綠色環保的改性天然高分子絮凝劑得到了許多研究者的關注。 將陽離子乙烯基單體ＤＭＤＡＡＣ接枝到殼聚糖上，合成了一種綠色、易降解的殼聚糖絮凝劑（ｃｈｉｔｏｓａｎ?ｇ?ＰＤＭＤＡＡＣ），其具有表面不連續、多孔的結構特點，與聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）、陽離子聚丙烯酰胺（ＣＰＡＭ）相比，有更強的絮凝效果和脫水性能。在應用中發現此絮凝劑在投加量為２０ ｍｇ／Ｌ、ｐＨ為４ ～７、４０ °C的 條件下，脫水性能最佳。研究結果表明，絮凝劑的脫水性能隨投加量的增加，先提高后趨于平穩或略有下降，投加量過少會由于電荷不足很難電中和，而投加量過多會使污泥膠體中和后剩余的正電荷重新產生靜電排斥導致脫水能力略有下降。適當的氫離子能夠中和帶負電的污泥膠體，酸性條件有利于污泥脫水。高溫能夠通過增強污泥膠體顆粒、聚合物大分子的運動來提高脫水效率。將甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨接枝到 淀 粉 上，合 成 了 水 溶 性 共 聚 物 絮 凝 劑ＳＴＣ?ｇ?ＰＤＭＣ，研究結果發現，采用ＳＴＣ?ｇ?ＰＤＭＣ能夠通過電荷中和、吸附以及橋接作用提高污泥的脫水性能，與傳統絮凝劑ＰＡＭ相比，ＳＴＣ?ｇ?ＰＤＭＣ具有藥劑添加量少、更易溶于水、絮凝效果和脫水能力強的優勢。

１．１．２ 添加表面活性劑脫水表面活性劑分子是由疏水基團以及親水基團共同組成的兩親性化合物。親水基團能夠使得表面活性劑分子溶于水相中，并增加石油烴的溶解度。疏水基團能夠將表面活性劑分子聚集于界面處，降低表面張力以及界面張力，增強石油烴的遷移率。因此，表面活性劑具有處理含油污泥的巨大潛力，也被廣泛地應用于含油污泥的脫水過程中。 用表面活性劑（ＳＡＳ１１６Ｂ、ＳＡＳ１３５ＳＣ、ＣＣ２４３９和Ｃｈｉｍｅｃ ４３０９）對百濟煉油廠的含油污泥進行處理，考察表面活性劑用量以及溫度對含油污泥的影響。實驗結果發現，在６０ °C和２．５％ ＳＡＳ１３５ＳＣ的 條件下處理含油污泥，含油污泥除油率為９７． ５％，固體分離率為２９．６％，除水率為９８％。破乳劑的復配能夠有效提高脫水率，選用Ｔ系列和Ｗｄｐ系列等８種破乳劑，并從中篩選出效果較好的５種破乳劑分別進行１∶１復配，結果發現Ｔ１０２和Ｔ１０４脫水效果最好，在最佳條件下脫水率能達到９８．３％，進行復配的破乳劑比單劑脫水效果能提高１１％ ～２８％。將破乳劑進行復配可以很好地降低破乳劑的使用量從而減少處理成本。將絮凝劑與破乳劑進行復配也能夠提高含油污泥處理效率，添加十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉和聚丙烯酰胺，以固液比１∶６先對罐底油泥進行化學處理，再添加浮渣油泥進行離心處理。研究結果發現，離心前添加藥劑能夠有效提高油泥的脫水率，在最佳條件下脫水率可達９２．１７％。研究還發現當含油污泥處理量從４ ｇ變為１０ ｇ時，脫水率由８７．５４％降至４９．９３％。含油污泥的處理量對脫水率有很大的影響，因此當實驗室階段發現有效化學方案時，應當對實驗規模進行放大以證實方法的工業有效性。有機溶劑以及醇類的添加能夠有效降低含油污泥的含水率。 采用１２０＃溶劑油和Ｐ９９３５聚醚破乳劑對高粘度含油污泥進行降粘、破乳和離心，通過工藝的組合能夠提高含油污泥的采油質量和脫水效率。以壬基酚乙氧基化物（ｎ＝９，１１，１３）表面活性劑為主配制了破乳劑體系，它由１０％溶液［由表面活性劑以及醇（異丙基和丁基）組成］、４％的無機酸溶液（Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌ和Ｈ３ＰＯ４）和８６％有機溶劑（苯和甲苯體積比為１∶１的混合物）構成。將其與含油污泥以液固比為２∶１混合，６ ｈ后８００ ｒ／ｍｉｎ離心５ ｍｉｎ。實驗結果表明，由表面活性劑ＮＰ?１３（５００ ｍｇ／Ｌ）、異丙基醇和硫酸組成的破乳劑體系的破乳效果最好，能夠有效地脫出油泥中８０％以上的水。通常表面活性劑具有毒性和無法生物降解的缺點，處理后的含油污泥會對環境造成進一步的污染。鼠李糖脂是新一代的陰離子生物表面活性劑，有很高的界面活性、生物降解性以及生物相容性。首次用鼠李糖脂對含油污泥進行脫水處理，結果發現，鼠李糖脂能夠對含水率為９６％ ～９９％的高含水含油污泥進行有效脫水，并且溫度對鼠李糖脂的影響不大，增加了鼠李糖脂的應用前景。由于生物表面活性劑成本高，有研究者便開始嘗試研究使用植物基表面活性劑。研究用陽離子植物基表面活性劑棕櫚基酯季銨鹽（ＰＢＥ）對含油污泥進行處理，結果發現，ＰＢＥ濃度為１００ｍｇ／Ｌ時，含油污泥的最佳除油率和最佳失重率為８３．７５％和８１．３１％，證明ＰＢＥ對含油污泥有較好的脫水效果。

１．１．３ 添加其它藥劑氧化處理也能夠提高含油污泥脫水率，用Ｆｅ（II）活化的過硫酸鹽氧化（Ｆｅ２＋／Ｓ２Ｏ２－８）來提高含油污泥的脫水性，研究表明在０．１ ｍｍｏｌ?Ｆｅ２＋／ｇ?ＶＳＳ和０．０８ ｍｍｏｌ?Ｓ２Ｏ２－８／ｇ?ＶＳＳ下，毛細管抽吸時間（ｓ）在１ ｍｉｎ內減少了大約３６．１％，并且脫水能力得到了明顯增強。 Ｆｅ（II）活化的過硫酸鹽氧化能夠破壞水?油／凝膠狀結構，釋放ＥＰＳ和細胞中的結合水，使含油污泥的脫水性大大提高。此方法在不增加ＳＯ２排放的同時，能夠減少ＣＯ２的產生，具有綠色環保的特點。但是，此方法與應用于城市污泥相比而言，含油污泥的脫水能力仍十分有限，可以與其它技術相結合進行聯合脫水來提高脫水率。在室溫下通過添加１ ｍｏｌ／Ｌ的硫酸控制含油污泥的ｐＨ，發現當ｐＨ為４．０、沉降時間為１２０ ｍｉｎ，脫水率可達７７％。石油加工過程中經常添加絮凝劑，過程中產生的含油污泥中含有大量絮凝物，體系中間隙水較多，在較低ｐＨ條件下能夠破壞絮凝物的化學鍵，從而提高脫水效率和沉降效率。在使用鼠李糖脂進行脫水時，酸化處理可以提高鼠李糖脂的脫水能力，也可以明顯降低鼠李糖脂的添加量。但是ｐＨ過低也會損壞機械設備，因此在工業應用時，ｐＨ不可過低。為了降低環境風險問題，目前有研究者考慮采用生物質對含油污泥進行處理。 用杏殼、核桃殼、稻殼和木屑四種生物質對含油污泥進行脫水處理，結果發現，杏殼和核桃殼能使含水率從９５％降至６０％以下。 也用同樣的生物質對含油污泥進行脫水發現相似的結論。經過生物質脫水后的含油污泥，由于生物質的存在，能夠提高后續熱解處理中的采油率及殘余物的熱值。

１．２ 物理法脫水物理法對含油污泥進行脫水有時效率并不高，通常與化學法配合在一起使用以提高脫水率。物理法脫水主要包括：機械法、微波法、超聲法和冷凍／融化法等。

１．２．１ 機械法脫水機械法脫水主要包括離心機脫水、壓濾機脫水和疊螺式脫水機脫水，目前已經被廣泛地應用于工業脫水。離心機處理含油污泥主要是利用含油污泥中水、油、固體雜質各個組分的密度不同，利用大型離心設備產生的離心力將三相分離。對三種不同含水率的含油污泥進行離心脫水處理，考察離心時間、離心轉速、離心溫度等對其脫水的影響，結果表明，離心溫度和離心轉速對高粘度的油泥脫水影響大。對于水滴粒徑＜５ μｍ的含油污泥，離心轉速對其脫水影響大。對于水滴粒徑＞１０ μｍ的含油污泥，延長離心時間可以明顯使脫水率提高。壓濾機主要包括帶式壓濾機和板框壓濾機。壓濾機是利用外加壓力進行擠壓，使含油污泥中水分被強制分離，留下泥餅，以實現脫水。帶式壓濾機和板框壓濾機最早被使用，但有操作維護復雜、密封性差、有刺鼻氣味的缺點。對比臥式螺旋卸料沉降離心機與帶式壓濾機發現，臥式螺旋卸料沉降離心機的設備投資雖然較高，但是它具有運行成本低、操作以及維護簡便的優勢，從長期發展來看具有更大的優勢。但是，也指出，臥螺離心機在能耗、噪音和更換成本等方面也較帶式壓濾機表現出劣勢，在兩者選擇上一定要具體分析。發現使用全自動板框壓濾機，能將含水率在８５％ ～９１％的含油污泥脫水至４０％左右，但對含油率＞３０％的污泥很難壓成餅狀。疊螺式脫水機脫水是一種新型的固液分離方法。 對比國外廣泛使用的機械脫水方法，發現疊螺式脫水機在螺旋軸旋轉的作用下，能夠實現連續的自清潔過程，避免了傳統的堵塞現象，不需要額外的高壓沖洗水，最終對伊拉克油田含油污泥采取疊螺式脫水機進行脫水。此脫水方法現已在眾多化工行業中得到了初步的應用。

１．２．２ 微波法脫水微波是一種相對新穎的脫水方法，能夠在縮短處理時間和減少藥劑的同時，提高脫水性能。含油污泥中水是極性分子，在電磁場的作用下，水的分布狀態由雜亂無章轉變為依照電場極性進行規律的排列。電磁場反復變化，水的分布狀態也一直變，這會導致分子因為相互摩擦而產熱，體系溫度升高。與常規加熱相比，微波具有高加熱速率，在相同時間內具有更快的破乳速度，能脫除更多的水。微波的傳熱和傳質方向相同，可從污泥的內部開始加熱，因此內部會產生較高的蒸氣壓，將水蒸氣推向污泥外部，從而增強污泥的脫水率。微波對含油污泥進行脫水時分三個階段：預熱升溫階段、高速干燥階段和分散干燥階段。高速干燥階段中，水分吸收微波輻射能量蒸發為水蒸氣，脫水速率快。隨著含油污泥中含水率的降低進入分散干燥階段，微波絕大多數的能量用于加熱固體成分，使得含油污泥揮發分減少，灰分增加。溶劑的添加會改變微波處理時的脫水效率。含油污泥與活性污泥除了油含量的不同外，其它性質十分相似，因此脫水方面也有相似性。指出，微波作用能夠破壞活性污泥中絮凝物的細胞結構從而降低含水率；還指出如果微波時間過大，高頻電磁場對帶負電物質的強烈作用增強，破壞了微生物細胞壁，釋放出過多的細胞內聚合物，使得污泥粘度增大，脫水率下降。在工業應用時，使用連續式微波裝置有更好的效果。用微波對污泥進行了連續實驗和間歇實驗，結果發現在短時間內（３０ ～６０ ｓ）連續實驗和間歇實驗都有良好的脫水性能。微波法對含油污泥脫水的影響主要依靠調節微波功率以及微波時間。在微波脫水時，適當提高微波功率和微波時間可以提高脫水率，但存在最佳值，超過這一值，脫水能力會呈現無明顯變化甚至下降的趨勢。使用微波脫水，若脫水程度過大會增大回收油的難度，因為大量的水分蒸發會使得一些油分附著在其表面，這些油分會在高溫條件下燒焦。含油污泥的質量和形狀也會影響脫水率。質量過大的含油污泥脫水率會顯著降低，條形的含油污泥脫水率大于圓形的。油泥的形狀會影響含油污泥與微波設備之間的接觸方式，形狀的改變可能會增大液滴的凝聚，從而降低含水率。因此，微波處理時還應當注意含油污泥的脫水程度、質量、形狀，確保水分能很好地脫除的同時，保證含油污泥處理的后續步驟。雖然目前發現微波法能有效地對含油污泥進行脫水，但在微波設備的設計上仍需要突破，例如在微波設備的諧振腔體內部，安裝物料傳送裝置會引起微波電磁場發生改變，導致加熱不均，作用效果下降。為此，將傳送裝置安裝在微波設備腔體外部，以防止影響微波電磁場。目前，微波溫度由于控制不好會產生局部過熱現象產生焦炭，損害設備，裝置成本投資較大，在工業上仍沒有被廣泛使用。

１．２．３ 超聲法脫水近些年來，超聲也被應用于脫水領域。超聲具有機械振動、空化作用以及熱效應的特點。超聲所引起的機械振動與水、油和污泥固體顆粒密度相關，由于它們密度不同，它們的振動速度也有所不同，同類的分子相互碰撞會相互結合。隨著聚集物質體積質量的增大，密度大于水的固體顆粒沉降，密度小于水的油相浮在水面有利于浮選分離。超聲引起的空化作用能夠產生強大的射流和高溫高壓，能夠迅速分離油、水和固體顆粒。空化作用增強了吸附分子的解吸作用。它的效果取決于形成氣泡的大小，氣泡越大，積攢的能量就越大，效果越強。超聲的熱效應表現為油水固邊界摩擦，溫度升高，使得界面膜破裂，利于含油污泥中油水固的分離。含油污泥也能吸收能量轉化為熱能，降低體系的粘度，從而利于脫水。超聲作用也能夠通過改變含油污泥的帶電狀態和破壞含油污泥中的絮狀結構，破壞其穩定性，加速固液分離。超聲法脫水主要可以通過超聲時間和超聲功率來調節。適當提高超聲功率，能產生更強烈的振動從而提高脫水率，但是超聲功率不宜太高，超聲強度高會導致氣蝕反而乳化，大水滴又被分解為小水滴，并且高頻超聲波較低頻超聲波更難產生空化現象。超聲強度應當低于空化閾值，在實驗前確定出空化閾值能夠很好地控制超聲強度。超聲溫度也會影響固液分離效果，低溫下雖然空化效應最大，但高溫有利于分子運動和空化核數目增加，因此，超聲溫度也不可過低或過高。 指出４０ °C為最佳固液分離溫度。發現，利用超聲處理含油污泥時添加黏土，能夠通過增加碰撞物聚集的變化來提高含油污泥的脫水率。ＮａＣｌ的添加也可以加強空化氣泡的破裂，增強超聲作用。目前工業應用超聲處理大規模的含油污泥時，存在超聲時間長、超聲能量密度不足并且不均、單獨使用效率不高的問題。為確保設備中每塊區域中超聲作用的均勻性，提出，使用多個超聲處理區域以及采用從設備底部反射的超聲波能量來增強超聲作用強度。由于常規超聲裝置在脫水過程中需要消耗大量能耗才能達到良好的脫水效果，采取將微納米氣泡技術引入超聲裝置的方法提高處理效率。雖然目前對常規的超聲設備已有一些改善，但目前仍處于起步階段，今后仍需要在超聲設備的設計上進行進一步的研究，并考慮將超聲技術與其它技術相結合以提高脫水效率、降低處理成本。