含油污泥处理后残渣制砖的工艺研究及环境风险评价

发布时间：2020-08-27 20:46

【摘要】：含油污泥包括原油开采过程中产生的落地油泥、运输贮存过程中沉降在罐底的污油和炼油厂污水处理过程中的污泥。目前含油污泥生物处理技术不够成熟,化学处理技术效率低、成本高,因属于危险固体废弃物不能直接填埋处理,符合环境要求的污油泥最终处置方式为焚烧,但是对于企业而言处理费用过高,导致炼油厂堆存的含油污泥达到上亿吨,长期堆积会致使环境条件变差,对周围人群产生危害,所以当前对于含油污泥的资源回收综合处置是石油化工行业的热点课题。含油污泥经过化学热洗工艺处理后,剩余的泥饼残渣经鉴定属于一般工业固废类。本课题通过对含油污泥残渣的理化特性分析,发现残渣中含油率小于2%、含水率为17.2~22.7%、有机物热值约为364~785kJ/kg,且残渣中Cu、Pb、Cr、Ni、Zn、Cd含量均远低于《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》限值,各项指标都满足国家标准的要求,为其作为制砖掺料的可行性提供理论依据。本文实验以污泥残渣和Q_3黄土为主体材料,粉煤灰、煤粉和烧结砖助剂为辅助掺料,经搅拌、陈化、压制、干燥和烧制等流程制得烧结砖。根据砖体的基本性能和力学性能检测结果可知,当污泥残渣掺量40%后,会产生轻微泛霜现象。污泥残渣掺量≥60%时砖坯产生裂纹,尺寸偏差在-2.0以内,砖体的抗压强度MU10,平均吸水率20%,烧结砖外观质量显著下降。设计正交实验分析污泥残渣掺量、成型压力和烧成温度对砖体抗压强度及吸水率两个主要指标的影响显著性发现,污泥残渣掺量对烧结砖力学性能的影响显著性远大于其他两个因素。污泥残渣配比为S30时砖体力学性能合格,可以用于井场、道路的铺设。通过分析不同烧结工艺参数对砖体力学性能的影响得出,同样的配比下成型压力增加、砖体抗压强度加强、吸水率降低,体积密度不受影响;当烧成温度的升高时,吸水率降低、砖体密度增加,而抗压强度呈现先上升后下降的趋势。在相同烧制条件下,砖体抗压强度和密度随污泥残渣掺入量的增加而减少、吸水率则随之增加。在保证砖体抗压强度和吸水率满足标准的前提下,为遵循污泥残渣减量化处理原则,最终确定最佳工艺参数为污泥残渣掺量30%、烧成温度1050℃、成型压力20 MPa。得到成品抗压强度为11.45MPa,吸水率为17.71%。在烧结砖性能指标合格的前提下,对烧结前的砖坯和烧结后的两组砖样进行浸出试验。在pH=4.5的浸提剂中连续浸出64天后对Cu、Pb、Cr、Ni、Zn、Cd六种浸出浓度进行测定,发现烧结砖经过高温焙烧后,对重金属固化效果较好,有效降低了重金属释放量,使用时不会造成环境的二次污染。研究结果表明,将含油污泥处理后的残渣用于烧结砖的制备,既能做到低成本处理,又消纳了厂区内堆积的污泥残渣,降低了石油企业的环保的负担,同时在烧结过程中重金属等有害物质被固定于砖体中,有效实现了污泥残渣的减量化、无害化及资源化利用,具有良好的经济、环境和社会效益。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

含油污泥,处理工艺流程,热解

图 1.1 含油污泥热解处理工艺流程Figure 1.1 pyrolysis process of oily sludge热解法处理油泥技术已在国外得到应用与发展和广泛使用，联邦德国于 1983 年在巴伐利亚州的 Ebenhausen 建立了第一座热解厂，美国 RLC Tchnologies 公司的技术也较为成熟，其中有代表性是利用锅炉废气的余热对含油污泥进行干燥的专利和挪威石油公司的热处理方法[11]。国内对含油污泥热解处理也进行了大量的研究和实验，典型热解过程包括：干燥脱气、轻质油挥发析出、重质油热解析出、半焦炭化和矿物质分解[12]。2018年丁安军等人研发的可移动式热处理装置应用对尼日利亚邦尼含油污泥的热解处理，实验结果发现对含油污泥的处理效果显著，而且处理后泥饼中平均含油量为 12mg/L，处理后的残渣被用作当地的市政道路铺设[13]。（2）焦化法焦化法处理含油污泥实质就是对油泥中的烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃、胶质及沥青质等的一种利用高温进行裂解和缩合的处理方式，其反应实质是烃的热转化过程[14]。其反应过程大致如下：

含油污泥,反应过程,热解

图 1.1 含油污泥热解处理工艺流程Figure 1.1 pyrolysis process of oily sludge热解法处理油泥技术已在国外得到应用与发展和广泛使用，联邦德国于 1983 年在利亚州的 Ebenhausen 建立了第一座热解厂，美国 RLC Tchnologies 公司的技术也较熟，其中有代表性是利用锅炉废气的余热对含油污泥进行干燥的专利和挪威石油公热处理方法[11]。国内对含油污泥热解处理也进行了大量的研究和实验，典型热解过括：干燥脱气、轻质油挥发析出、重质油热解析出、半焦炭化和矿物质分解[12]。2018安军等人研发的可移动式热处理装置应用对尼日利亚邦尼含油污泥的热解处理，实果发现对含油污泥的处理效果显著，而且处理后泥饼中平均含油量为 12mg/L，处的残渣被用作当地的市政道路铺设[13]。（2）焦化法焦化法处理含油污泥实质就是对油泥中的烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃、胶质及沥等的一种利用高温进行裂解和缩合的处理方式，其反应实质是烃的热转化过程[14]。应过程大致如下：

含油污泥,溶剂萃取,处理工艺流程

固相的含油污泥中传质到液相的萃取剂内的过程[22]。首先选择与石油结构相同的溶剂萃取剂，经搅拌和离心后，含油污泥中的原油被萃取剂提取出来回收利用，通过蒸馏讲萃取剂混合物中回收出来重复利用[23]，在萃取油类的同时还可以去除含油污泥中有污染物[8]。ávila Chávez、Marco Antonio 等人应用超临界流体萃取技术处理原油罐罐含油污泥，选择乙烷作为萃取剂，处理效果显著[24]。赵欢等人以汽油为萃取剂，使用声强化萃取法对含油污泥进行处理，得出了最佳的萃取工艺参数，在此条件下原油回率达到了 83.7%[25]，该方法优于单溶剂萃取和蒸馏法，但还没有应用实例。萃取技术主要难点在于研发出一种经济高效的萃取剂，能够更大程度地将原油回利用，多级分离萃取和超临界流体萃取是当下研究的热点。国外将萃取技术用于处理油厂的含油污水，大部分萃取后的污泥渣都能达到 BDAT 的要求。含油污泥需要多次取处理，第一次主要将污泥中的原油萃取回收，第二次萃取芳香烃类物质，第三次对次萃取剂进行萃取，整个萃取过程形成一个闭环，萃取后残留物可以用于固化或填埋理[26]。溶剂萃取法与物化处理法相比虽危险性小，但是萃取剂费用高、时间长、处理较小，在实际应用时考虑到处理成本较高和处理量较低，我国炼油厂实际生产中并未取溶剂萃取法。

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