申请日2004.06.15
公开(公告)日2005.12.28
IPC分类号C02F11/02; C02F11/06
摘要
我国每年产生大约300万吨含油污泥。其中大部分没有被有效处理。含油污泥不仅占用大量的土地，还会改变土壤的理化性质，造成土壤质地板结、孔隙度变小;并对地表水、地下水和大气环境质量造成危害。风化油泥中所含的具有“三致”作用的多环芳烃类物质等对环境会造成长期的环境风险。本发明针对含油污泥的特征、周围环境等特点采用生物预处理、高级氧化和生物处理集成技术对油田含油污泥进行处理。首先借助生物预处理除去油泥中大部分饱和烃类，然后采用高级氧化技术去除油泥中残余有机质，改善含油污泥的可生化性，最后接种高效生物菌种处理使其达到排放标准。该集成技术解决了油气田含油污泥处理难题，具有较好的应用前景。
权利要求书
1、一种用于油田含油污泥处理的集成技术，其特征是按照生物预处理、化学氧化 和生物处理的顺序对油田含油污泥进行处理的一种组合工艺。
2、如权利要求1所述的方法，其特征是生物预处理过程中使用改进的生物泥浆反 应器，接种微生物或添加营养物;化学氧化使用Fenton氧化或O3氧化;生物处 理采用接种高效专用菌种的生物反应器技术对油田含油污泥进行处理的一种组 合工艺。
3、一种用于油田含油污泥处理的集成装置，其特征是该装置包括①用来除去油泥 中大部分饱和烃类的生物预处理设备单元、②用来提高油泥中残余有机物可生 化性的氧化处理设备单元、③用来去除油泥中剩余有机物的生物处理设备单元 以及将上述三个单元按序连接和控制的辅助设备和管路。
4、如权利要求3所述的用于油田含油污泥处理的集成装置，该装置的特点是可以 用卡车或拖车迁移的固定于一个或数个基板上的撬装式设备。
说明书
一种用于油田含油污泥处理的集成化工艺和装置
技术领域 本发明涉及的是处理油气田含油污泥并使之达标排放的方法与装置。
油气田钻井和石油加工过程中，要产生一部分含油污泥，其具体来源有以下 几个途径：1)油田生产过程中的污染：石油在开采过程中常会发生钻井和配套工 程运行过程中的落地油和含油泥浆的污染。这些污染物在自然界中的降解非常缓 慢，除了少数挥发以外，大部分会积累下来。这类污染的特点是污染强度大，污 染点分散，面积小。2)储存和运输过程中的污染：油类产品在运输和储运时常常 会发生小量泄漏问题。这类污染一般集中在运输路线附近和储油罐周围。这类污 染的特点是除了个别事故区域外，污染强度不是很大，大多数污染分散。3)石油 加工过程中的污染：这类污染主要集中在石油冶炼化工企业场地和周围。加工过程 产生的污染不仅包括生产过程中原料和产品跑、冒、滴、漏所造成的污染，还包 括生产过程中产生的废弃物不恰当处置所造成的污染。这类污染的特点是污染物 残油中难挥发，难降解成分含量高。4)污灌区域的石油污染：一些地区由于长 期直接接受含油废水的灌溉，污染物质在土壤中常年积累。这种污染比其他几种 污染浓度相对较低，但因为它污染区域面积大，因此造成的污染效应很明显。5) 事故性污染：事故性污染主要指由于一些突发性事故导致的石油污染。这部分污染 的特点是污染浓度较大，污染物质中挥发性成分较多，污染面积较小。
含油污泥成分非常复杂。其主要表征为1)成分复杂，有研究表明原油中含 有上千种物质，可以大致将其分为饱和烃、芳香烃、沥青质、胶质等组份，其中 相当一部分是生物难降解的有机物。2)由于其组成的特殊性，决定了含油污泥 很难用单一的方法处理达标。
含油污泥的危害主要表现在它的堆放需占用大量的土地。长期堆放还会改变 土壤的理化性质，造成土壤质地板结、孔隙度变小;并对一般的土壤微生物造成 危害;并会对地表水、地下水和大气环境质量造成危害。长期危害包括风化油泥 中所含的具有“三致”作用的多环芳烃类物质等。
背景技术目前国内外已经在含油污泥处理技术开发方面投入了很大的力量，也形 成了一些有效的技术，现将近年来国内外开发和使用的一些处理技术概述如下：
1.物化处理方法：
主要有填埋法;调质—机械分离法;化学固化法;化学氧化法;高温处理法(燃 烧、裂解等);萃取法;以及超临界提取等其它新方法。
有些方法如填埋法等由于不能彻底解决污染问题现已较少采用。总体来说物 化方法具有反应速度快、处理效果明显等优点，因此受到了广泛的应用。但物化 处理也有一些明显的缺点：有些方法不能完全去除污染物，由于多数物化处理方 法需要加入药剂，这就增加了二次污染的可能性;且总体运行费用偏高。
2.生物修复方法：
生物修复(bioremediation)指生物特别是微生物催化降解或去除有机污染 物，从而去除或消除环境污染的一个受控或自发进行的过程。生物修复主要是利 用天然的或接种的生物并通过工程措施为生物生长与繁殖提供必要的条件，从而 加速污染物的降解或去除。生物修复方法大体上可以分为两类：原位(in situ) 生物处理和异位(ex-situ)生物处理。生物反应器法属于异位生物处理技术的一 种，由于它可以很好地控制降解条件，因而处理速度快，效果好，是一种很有潜 力的处理技术。
由于受生物特性的限制，生物修复技术还存在许多局限性：1)微生物不能 降解污染环境中的所有污染物，污染物的难降解性、不溶解性及污染物土壤腐殖 质和泥土结合在一起常使生物修复难以进行。2)一些低渗透性土壤往往不宜 采用生物修复技术。3)特定的微生物只能够降解特定的化合物类型，化合物形态 一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解。4)微生物活性易受温度和其他环境条 件的影响。5)反应周期相对较长。
现有处理技术普遍存在的问题：
●不能满足国内常见含油污泥处理达标排放的要求;
●物化法固定投资和运行成本相对较高;
●生物处理法反应周期较长。
因此本发明针对现有处理技术存在的问题，旨在开发一种经济而又实用的含 油污泥的处理工艺与装置，以解决我国石油行业含油污泥的处理难题。
发明内容 为了使石油行业所产生的含油污泥经过处理后达到国家标准，本发明 人选取了处理难度较大的某油田开采过程中产生的含油污泥作为研究对象进行大 量的实验研究。研究结果表明，油泥中60%以上的有机物为饱和烃类，这部分烃类 可以通过在改进的生物泥浆反应器中进行生物处理得到高效去除，经过生物预处 理后残留的有机物在化学氧化作用下得到分解，发生部分矿化，剩余有机物的可 生化性也会由于物质结构的变化而得到显著改善，因此，通过化学氧化技术处理 后的含油污泥再经过接种高效酵母菌种进行处理，其中的有机物可以得到进一步 的去除，从而保证了被处理污泥的达标排放，这就是本发明的权利要求书第一项 的内容。
在研究中发现，进行生物处理的限制因素是原油的溶解度而不是氧，因此改 进的生物反应器取消了曝气装置，可以有效地降低处理成本;经化学氧化后接种 的高效酵母菌是我们从原油污染土壤中分离的菌种，是对多环芳烃有较好降解效 果的高效菌株，该菌株目前已保存在中国菌种保藏中心，保藏号为CGMCC 2.2540; 这些研究成果形成了本发明的权利要求书第二项的内容。
根据上述研究成果开发了一套用于处理含油污泥的包含生物反应器及相应的 固液分离设备单元、化学氧化设备单元与后续生物处理设备单元的集成化装置， 以解决目前我国油气田含油污泥达标排放的问题，这就是本发明的权利要求书第 三项的内容。
根据油气田含油污泥污染源具有点多、面广及周围环境条件复杂的特点，发明 人开发了一种可以用卡车或拖车迁移的固定于一个或数个基板上的撬装式设备， 以便该设备能够根据需要在不同地点循环使用。这就是本发明的权利要求书第四 项的内容。
本发明的主要技术方案如下：含油污泥首先在改进的生物泥浆反应器中进行生 物预处理，接种微生物由回流部分后续生物处理单元排放污泥完成。在pH值自然、 投加氮、磷的条件下(视污染土壤的土质情况决定，若土壤中富含氮磷可不必投 加)。油泥中大部分饱和烃类物质将得到去除。生物预处理后的油泥进入化学氧 化过程，许多化学氧化技术均可使用，化学氧化技术主要是根据现场使用条件、 设备制作成本以及具体情况确定。Fenton氧化的优点是设备费低，缺点是反应时 间长，反应器大。用Fenton氧化技术，根据污染情况处理条件可以适当调整，但 通常过氧化氢和二价铁的投加量分别为50-500mg/kg和20-200mg/kg，pH为3-5， 反应时间为0.5-4小时。O3氧化技术的优点是反应速度快，反应器紧凑，不用调节 pH，不用加药，缺点是设备(臭氧发生器)费高。使用O3氧化技术的大致条件如 下：臭氧投加量20-200mg/kg，pH为3-11(不必控制)，反应时间为2-20分钟。 经过氧化处理后的油泥进入后续的生物处理工艺。由于现场没有专业管理人员， 处理装置要求自动化程度高，而且油泥的排放和处理存在不连续性，考虑这些特 点，生物处理设备单元仍选择管理方便、实现自动化简单的改进的生物泥浆反应 器。该反应器效果稳定，无需曝气，可开可停，应用自如。再经过接种高效酵母 菌种，可以达到较好的处理效果。采用本发明的方法和装置，可以在较低的处理 成本下，使各种含油污泥达到国家排放要求，可以解决我国油气田含油污泥处理 问题。
附图说明 附图1显示本发明的实施方案实例之一，但本发明不局限于附图 1。含油污泥主要经过三个处理单元进行处理：①生物预处理反应器;处理后油 泥进入氧化反应器。②臭氧或Fenton化学氧化处理装置，主要用来强化被处理 液中残余可溶解性有机物的可生化性。③生物处理装置，通过接种一定量高效 酵母菌种，在水力停留时间为1～2d的条件下，有效地去除油泥中残余的有机 物。④泥水分离装置，用离心机或板框压滤机。
具体实施方式 在此对与本发明有关的实验结果进行说明，但本发明不限于该实 验结果。首先改进的生物反应器对含油污泥进行预处理，在温度25℃的条件下处 理效果见表1所示。预处理对含油污泥中饱和烃的去除有较好的效果，对含油污 泥的去除率达到46%。预处理后的含油污泥采用臭氧氧化进行氧化处理，结果见表 2所示。从表2的结果可以看出，氧化30min后，对油泥中油的去除率约为36.9%， BOD/TOC的值从0.06上升到了0.60。很明显，臭氧氧化不仅能去除废水中的有机 物，而且能显著提高废水中有机物的可生化性。不同氧化时间处理后的含油污泥 经过好氧生物处理结果如表3所示，随着氧化时间的延长，经过后续生物处理对 废水中剩余有机质的去除率逐渐增加。
综上所述，本发明集成生物预处理、高级氧化和生物处理等工艺与装置来解 决石油行业含油污泥处理问题，能够使之达到国家污水综合排放标准。
