專利名稱：一種用于油田含油污泥處理的集成化工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是處理油氣田含油污泥并使之達(dá)標(biāo)排放的方法與裝置。
油氣田鉆井和石油加工過程中，要產(chǎn)生一部分含油污泥，其具體來源有以下幾個(gè)途徑1)油田生產(chǎn)過程中的污染石油在開采過程中常會(huì)發(fā)生鉆井和配套工程運(yùn)行過程中的落地油和含油泥漿的污染。這些污染物在自然界中的降解非常緩慢，除了少數(shù)揮發(fā)以外，大部分會(huì)積累下來。這類污染的特點(diǎn)是污染強(qiáng)度大，污染點(diǎn)分散，面積小。2)儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的污染油類產(chǎn)品在運(yùn)輸和儲(chǔ)運(yùn)時(shí)常常會(huì)發(fā)生小量泄漏問題。這類污染一般集中在運(yùn)輸路線附近和儲(chǔ)油罐周圍。這類污染的特點(diǎn)是除了個(gè)別事故區(qū)域外，污染強(qiáng)度不是很大，大多數(shù)污染分散。3)石油加工過程中的污染這類污染主要集中在石油冶煉化工企業(yè)場(chǎng)地和周圍。加工過程產(chǎn)生的污染不僅包括生產(chǎn)過程中原料和產(chǎn)品跑、冒、滴、漏所造成的污染，還包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物不恰當(dāng)處置所造成的污染。這類污染的特點(diǎn)是污染物殘油中難揮發(fā)，難降解成分含量高。4)污灌區(qū)域的石油污染一些地區(qū)由于長(zhǎng)期直接接受含油廢水的灌溉，污染物質(zhì)在土壤中常年積累。這種污染比其他幾種污染濃度相對(duì)較低，但因?yàn)樗廴緟^(qū)域面積大，因此造成的污染效應(yīng)很明顯。5)事故性污染事故性污染主要指由于一些突發(fā)性事故導(dǎo)致的石油污染。這部分污染的特點(diǎn)是污染濃度較大，污染物質(zhì)中揮發(fā)性成分較多，污染面積較小。
含油污泥成分非常復(fù)雜。其主要表征為1)成分復(fù)雜，有研究表明原油中含有上千種物質(zhì)，可以大致將其分為飽和烴、芳香烴、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等組份，其中相當(dāng)一部分是生物難降解的有機(jī)物。2)由于其組成的特殊性，決定了含油污泥很難用單一的方法處理達(dá)標(biāo)。
含油污泥的危害主要表現(xiàn)在它的堆放需占用大量的土地。長(zhǎng)期堆放還會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)，造成土壤質(zhì)地板結(jié)、孔隙度變小；并對(duì)一般的土壤微生物造成危害；并會(huì)對(duì)地表水、地下水和大氣環(huán)境質(zhì)量造成危害。長(zhǎng)期危害包括風(fēng)化油泥中所含的具有“三致”作用的多環(huán)芳烴類物質(zhì)等。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外已經(jīng)在含油污泥處理技術(shù)開發(fā)方面投入了很大的力量，也形成了一些有效的技術(shù)，現(xiàn)將近年來國內(nèi)外開發(fā)和使用的一些處理技術(shù)概述如下1.物化處理方法主要有填埋法；調(diào)質(zhì)—機(jī)械分離法；化學(xué)固化法；化學(xué)氧化法；高溫處理法(燃燒、裂解等)；萃取法；以及超臨界提取等其它新方法。
有些方法如填埋法等由于不能徹底解決污染問題現(xiàn)已較少采用?？傮w來說物化方法具有反應(yīng)速度快、處理效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了廣泛的應(yīng)用。但物化處理也有一些明顯的缺點(diǎn)有些方法不能完全去除污染物，由于多數(shù)物化處理方法需要加入藥劑，這就增加了二次污染的可能性；且總體運(yùn)行費(fèi)用偏高。
2.生物修復(fù)方法生物修復(fù)(bioremediation)指生物特別是微生物催化降解或去除有機(jī)污染物，從而去除或消除環(huán)境污染的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過程。生物修復(fù)主要是利用天然的或接種的生物并通過工程措施為生物生長(zhǎng)與繁殖提供必要的條件，從而加速污染物的降解或去除。生物修復(fù)方法大體上可以分為兩類原位(in situ)生物處理和異位(ex-situ)生物處理。生物反應(yīng)器法屬于異位生物處理技術(shù)的一種，由于它可以很好地控制降解條件，因而處理速度快，效果好，是一種很有潛力的處理技術(shù)。
由于受生物特性的限制，生物修復(fù)技術(shù)還存在許多局限性1)微生物不能降解污染環(huán)境中的所有污染物，污染物的難降解性、不溶解性及污染物土壤腐殖質(zhì)和泥土結(jié)合在一起常使生物修復(fù)難以進(jìn)行。2)一些低滲透性土壤往往不宜采用生物修復(fù)技術(shù)。3)特定的微生物只能夠降解特定的化合物類型，化合物形態(tài)一旦變化就難以被原有的微生物酶系降解。4)微生物活性易受溫度和其他環(huán)境條件的影響。5)反應(yīng)周期相對(duì)較長(zhǎng)。
現(xiàn)有處理技術(shù)普遍存在的問題●不能滿足國內(nèi)常見含油污泥處理達(dá)標(biāo)排放的要求；●物化法固定投資和運(yùn)行成本相對(duì)較高；●生物處理法反應(yīng)周期較長(zhǎng)。
因此本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)存在的問題，旨在開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)而又實(shí)用的含油污泥的處理工藝與裝置，以解決我國石油行業(yè)含油污泥的處理難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了使石油行業(yè)所產(chǎn)生的含油污泥經(jīng)過處理后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明人選取了處理難度較大的某油田開采過程中產(chǎn)生的含油污泥作為研究對(duì)象進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，油泥中60％以上的有機(jī)物為飽和烴類，這部分烴類可以通過在改進(jìn)的生物泥漿反應(yīng)器中進(jìn)行生物處理得到高效去除，經(jīng)過生物預(yù)處理后殘留的有機(jī)物在化學(xué)氧化作用下得到分解，發(fā)生部分礦化，剩余有機(jī)物的可生化性也會(huì)由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化而得到顯著改善，因此，通過化學(xué)氧化技術(shù)處理后的含油污泥再經(jīng)過接種高效酵母菌種進(jìn)行處理，其中的有機(jī)物可以得到進(jìn)一步的去除，從而保證了被處理污泥的達(dá)標(biāo)排放，這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第一項(xiàng)的內(nèi)容。
在研究中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行生物處理的限制因素是原油的溶解度而不是氧，因此改進(jìn)的生物反應(yīng)器取消了曝氣裝置，可以有效地降低處理成本；經(jīng)化學(xué)氧化后接種的高效酵母菌是我們從原油污染土壤中分離的菌種，是對(duì)多環(huán)芳烴有較好降解效果的高效菌株，該菌株目前已保存在中國菌種保藏中心，保藏號(hào)為CGMCC 2.2540；這些研究成果形成了本發(fā)明的權(quán)利要求書第二項(xiàng)的內(nèi)容。
根據(jù)上述研究成果開發(fā)了一套用于處理含油污泥的包含生物反應(yīng)器及相應(yīng)的固液分離設(shè)備單元、化學(xué)氧化設(shè)備單元與后續(xù)生物處理設(shè)備單元的集成化裝置，以解決目前我國油氣田含油污泥達(dá)標(biāo)排放的問題，這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第三項(xiàng)的內(nèi)容。
根據(jù)油氣田含油污泥污染源具有點(diǎn)多、面廣及周圍環(huán)境條件復(fù)雜的特點(diǎn)，發(fā)明人開發(fā)了一種可以用卡車或拖車遷移的固定于一個(gè)或數(shù)個(gè)基板上的撬裝式設(shè)備，以便該設(shè)備能夠根據(jù)需要在不同地點(diǎn)循環(huán)使用。這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第四項(xiàng)的內(nèi)容。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案如下含油污泥首先在改進(jìn)的生物泥漿反應(yīng)器中進(jìn)行生物預(yù)處理，接種微生物由回流部分后續(xù)生物處理單元排放污泥完成。在pH值自然、投加氮、磷的條件下(視污染土壤的土質(zhì)情況決定，若土壤中富含氮磷可不必投加)。油泥中大部分飽和烴類物質(zhì)將得到去除。生物預(yù)處理后的油泥進(jìn)入化學(xué)氧化過程，許多化學(xué)氧化技術(shù)均可使用，化學(xué)氧化技術(shù)主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件、設(shè)備制作成本以及具體情況確定。Fenton氧化的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)低，缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)器大。用Fenton氧化技術(shù)，根據(jù)污染情況處理?xiàng)l件可以適當(dāng)調(diào)整，但通常過氧化氫和二價(jià)鐵的投加量分別為50-500mg/kg和20-200mg/kg，pH為3-5，反應(yīng)時(shí)間為0.5-4小時(shí)。O3氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，反應(yīng)器緊湊，不用調(diào)節(jié)pH，不用加藥，缺點(diǎn)是設(shè)備(臭氧發(fā)生器)費(fèi)高。使用O3氧化技術(shù)的大致條件如下臭氧投加量20-200mg/kg，pH為3-11(不必控制)，反應(yīng)時(shí)間為2-20分鐘。經(jīng)過氧化處理后的油泥進(jìn)入后續(xù)的生物處理工藝。由于現(xiàn)場(chǎng)沒有專業(yè)管理人員，處理裝置要求自動(dòng)化程度高，而且油泥的排放和處理存在不連續(xù)性，考慮這些特點(diǎn)，生物處理設(shè)備單元仍選擇管理方便、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化簡(jiǎn)單的改進(jìn)的生物泥漿反應(yīng)器。該反應(yīng)器效果穩(wěn)定，無需曝氣，可開可停，應(yīng)用自如。再經(jīng)過接種高效酵母菌種，可以達(dá)到較好的處理效果。采用本發(fā)明的方法和裝置，可以在較低的處理成本下，使各種含油污泥達(dá)到國家排放要求，可以解決我國油氣田含油污泥處理問題。


附圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)例之一，但本發(fā)明不局限于附圖1。含油污泥主要經(jīng)過三個(gè)處理單元進(jìn)行處理①生物預(yù)處理反應(yīng)器；處理后油泥進(jìn)入氧化反應(yīng)器。②臭氧或Fenton化學(xué)氧化處理裝置，主要用來強(qiáng)化被處理液中殘余可溶解性有機(jī)物的可生化性。③生物處理裝置，通過接種一定量高效酵母菌種，在水力停留時(shí)間為1～2d的條件下，有效地去除油泥中殘余的有機(jī)物。④泥水分離裝置，用離心機(jī)或板框壓濾機(jī)。
具體實(shí)施例方式
在此對(duì)與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先改進(jìn)的生物反應(yīng)器對(duì)含油污泥進(jìn)行預(yù)處理，在溫度25℃的條件下處理效果見表1所示。預(yù)處理對(duì)含油污泥中飽和烴的去除有較好的效果，對(duì)含油污泥的去除率達(dá)到46％。預(yù)處理后的含油污泥采用臭氧氧化進(jìn)行氧化處理，結(jié)果見表2所示。從表2的結(jié)果可以看出，氧化30min后，對(duì)油泥中油的去除率約為36.9％，BOD/TOC的值從0.06上升到了0.60。很明顯，臭氧氧化不僅能去除廢水中的有機(jī)物，而且能顯著提高廢水中有機(jī)物的可生化性。不同氧化時(shí)間處理后的含油污泥經(jīng)過好氧生物處理結(jié)果如表3所示，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)過后續(xù)生物處理對(duì)廢水中剩余有機(jī)質(zhì)的去除率逐漸增加。
綜上所述，本發(fā)明集成生物預(yù)處理、高級(jí)氧化和生物處理等工藝與裝置來解決石油行業(yè)含油污泥處理問題，能夠使之達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。
表1生物預(yù)處理含油污泥的效果

表2臭氧氧化去除廢水中有機(jī)質(zhì)及強(qiáng)化其可生化性的效果

表3臭氧氧化后廢水的生物處理效果

權(quán)利要求
1.一種用于油田含油污泥處理的集成技術(shù)，其特征是按照生物預(yù)處理、化學(xué)氧化和生物處理的順序?qū)τ吞锖臀勰噙M(jìn)行處理的一種組合工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是生物預(yù)處理過程中使用改進(jìn)的生物泥漿反應(yīng)器，接種微生物或添加營養(yǎng)物；化學(xué)氧化使用Fenton氧化或O3氧化；生物處理采用接種高效專用菌種的生物反應(yīng)器技術(shù)對(duì)油田含油污泥進(jìn)行處理的一種組合工藝。
3.一種用于油田含油污泥處理的集成裝置，其特征是該裝置包括①用來除去油泥中大部分飽和烴類的生物預(yù)處理設(shè)備單元、②用來提高油泥中殘余有機(jī)物可生化性的氧化處理設(shè)備單元、③用來去除油泥中剩余有機(jī)物的生物處理設(shè)備單元以及將上述三個(gè)單元按序連接和控制的輔助設(shè)備和管路。
4.如權(quán)利要求3所述的用于油田含油污泥處理的集成裝置，該裝置的特點(diǎn)是可以用卡車或拖車遷移的固定于一個(gè)或數(shù)個(gè)基板上的撬裝式設(shè)備。
全文摘要
我國每年產(chǎn)生大約300萬噸含油污泥。其中大部分沒有被有效處理。含油污泥不僅占用大量的土地，還會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)，造成土壤質(zhì)地板結(jié)、孔隙度變??；并對(duì)地表水、地下水和大氣環(huán)境質(zhì)量造成危害。風(fēng)化油泥中所含的具有“三致”作用的多環(huán)芳烴類物質(zhì)等對(duì)環(huán)境會(huì)造成長(zhǎng)期的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明針對(duì)含油污泥的特征、周圍環(huán)境等特點(diǎn)采用生物預(yù)處理、高級(jí)氧化和生物處理集成技術(shù)對(duì)油田含油污泥進(jìn)行處理。首先借助生物預(yù)處理除去油泥中大部分飽和烴類，然后采用高級(jí)氧化技術(shù)去除油泥中殘余有機(jī)質(zhì)，改善含油污泥的可生化性，最后接種高效生物菌種處理使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。該集成技術(shù)解決了油氣田含油污泥處理難題，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F11/02GK1712367SQ200410047998
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者楊敏, 潘峰, 張昱, 白慶華, 張書軍, 張晶 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心