宋 涛，韦安培，李小龙，刘忠源，李宁辉
（中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 300452）
0 引言
为达到减少运输储存成本和后续设备运行负荷的目的，含油污泥在处理前，首先要进行脱水处理，使其体积减少后再进行最终处理，同时含油污泥的脱水处理还可以起到减少环境二次污染的目的，因此含油污泥的脱水技术十分关键。本文主要对目前常用的含油污泥脱水技术进行调研，总结了技术原理及其研究进展，以期为今后的含油污泥脱水技术研究提供参考。
1 含油污泥脱水技术概述
含油污泥脱水通常针对的是其中未与胶体颗粒结合的自由水，一般以重力或者离心力为主要作用原理进行脱水，而与胶体颗粒结合的水分则称为毛细结合水，一般通过改变毛细孔形状的方法进行分离，如自然干化、机械脱水等[1]。含油污泥脱水常用的方法主要包括物理法、化学法和联合脱水技术等。
1.1 物理脱水技术
物理法即使用物理手段对含油污泥进行脱水，但是物理法的脱水效率偏低，通常与化学法配合使用，具体脱水方法主要为机械法、微波法、超声法和冷冻/融化法等。
1.1.1 机械法
机械法目前已被广泛应用于实际生产中，是较为成熟的含油污泥脱水技术，主要脱水方式有三种：一是利用含油污泥中各组分密度不同进行离心分离的离心机，其应用较为广泛，污泥含固率较高，出泥含水率在75%～80%之间；二是通过施加外部压力以挤压的方式进行强制分离的压滤机，压滤机作为最早进入我国的机械脱水设备，应用最为广泛，脱水后含水率在65%～75%之间，呈泥饼状，刘伟[2]开展了新型板框压滤机的试验研究，发现其结构简单，对含油污泥适用性好，泥饼含水率在70%以下，但存在运行操作不便，易堵塞的问题；三是利用螺杆挤压原理进行含油污泥压缩和脱水的叠螺式脱水机，这是一种新型的含油污泥脱水设备，具有连续自清洁，不易堵塞的优点，出泥含水率在75%～80%之间[3]，目前该设备已得到了初步应用，海拉尔油田孙玉龙等[4]验证了撬装叠螺式脱水机对含油污泥的处理效果，脱水后泥饼含水率在71%～86%，成型装袋与之前相比更为容易，脱出污水明显更加清澈。
1.1.2 微波法
微波处理技术是通过微波热效应分离固化含油污泥，使含油污泥乳状液体系被破坏，从而实现脱水的一项技术。有研究显示，微波产生的辐射能对含油污泥中的油水乳化结构进行有效破坏，使其中的水分脱离出来，但目前微波技术主要应用于含油污泥的回收，并没有进行大范围的含油污泥脱水应用。Lin Fang[5]等研究发现，在微波作用下，活性污泥中絮凝物的细胞结构会遭到破坏，导致含水率降低。
1.1.3 冷冻/解冻法
热胀冷缩是物质的一种特性，且会因为其种类的不同呈现出不一样的效果，因此含油污泥中各相的热胀冷缩程度是不同的，冷冻/解冻脱水技术正是运用了这一点，通过冷冻后解冻的方式，破坏含油污泥原先的稳定结构，并使其中的水分分离出来[6]。冷冻/解冻法需要大量的能量才能使用，一般适用于较为寒冷的地区。Guohua Chen 等[7]通过实验研究发现该方法的主要影响因素为冷冻/解冻时的温度和时间。含油污泥在-40 ℃进行冷冻，低于20 ℃时进行解冻，可以实现最佳的脱水效果。
1.1.4 超声法
超声法对含油污泥的作用过程中可以产生机械振动、空化作用以及热效应，从而促进能量传递和相分离过程，实现含油污泥的脱水，该方法主要受超声时间和功率的影响。目前超声法还处在初步应用阶段，其脱水效率和成本还有待改善。宋占龙等[8]发现超声装置对于含油污泥的处理效率在引入微纳米气泡技术后有了明显的提高。
1.2 化学脱水技术
化学法指的是向经过物理处理的含油污泥中添加一种或几种化学药剂通过化学反应来实现含油污泥脱水的方法，由于化学法脱水技术及设备目前已经十分成熟，因此被大量应用在含油污泥的脱水处理中，目前使用最多的含油污泥脱水化学技术主要为絮凝剂和表面活性剂。
1.2.1 絮凝剂
絮凝剂经过大量的实际生产验证被认为是脱水效率高、使用成本低的一种药剂，其中应用最多的是无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂。无机絮凝剂主要包括石灰、聚氯化铝、氯化铁等，这类絮凝剂在反应过程中会水解形成利用电荷中和使污泥凝聚为絮凝物的羟基离子，并使泥饼的孔隙率得到改善。有机絮凝剂主要是高分子聚合物如阳离子聚合电解质等，通过加强与污泥颗粒的吸附与桥接实现含油污泥的脱水[9]。Buyukkamaci 等[10]对无机和有机絮凝剂的含油污泥脱水效果进行了比较，实验表明石灰等传统无机絮凝剂虽然能在一定程度上提高了含油污泥脱水效率，但是会增大含油污泥的体积，导致含油污泥最终处置难度增大，而有机絮凝剂对于污泥脱水效率的提高要好于无机絮凝剂，并且不会增大污泥体积。
有机絮凝剂通常情况下不具有降解性，对环境的二次污染风险较大，因此合成无污染的有机絮凝剂是当下许多学者重点关注的课题。Danfeng Wang[11]等将阳离子乙烯基单体接枝到壳聚糖上，合成了与传统的聚丙烯酰胺（PAM）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）相比絮凝脱水性能更好的有机絮凝剂，同时该絮凝剂还具有可生物降解，绿色环保的优点。
1.2.2 表面活性剂
表面活性剂是指含有亲水亲油基团的化学药剂，具有可解离、带电荷的特性，其结构中的亲水基和疏水基单分子排列在固液两相之间，可降低含油污泥的表/界面张力，提高含油污泥的脱水率。李雪[12]等研究发现两种典型表面活性剂在污泥处理中的投加量（所投物质的质量分数，下同）为2%～6%时，污泥含水率可从92%大幅减少到74%。当药剂投加量大于6%时，污泥含水率却不降反升。
传统的表面活性剂与有机絮凝剂相同，也存在对环境的二次污染问题，因此许多学者开始关注生物表面活性剂的研发与使用，大量实验表明生物表面活性剂对含油污泥的脱水效果更好，环境危害相对较小，应用前景广阔。Xuwei Long 等[13]合成了一种新型的生物表面活性剂鼠李糖脂，并开展了相应的脱水实验，结果证明该药剂在单糖或者二糖形式下都能使含水率在95%以上的含油污泥高效脱水。但是生物表面活性剂的合成成本过高，难以被大规模应用，因此如何实现此类药剂的量产是该领域今后的核心研究方向。
1.2.3 生物质材料
含油污泥调理过程中刚性结构或高孔隙率生物质材料的加入，可以建立起含油污泥体系中的骨架支撑，使得污泥固体的机械强度和可渗透性得到增强，其多孔结构能在高压条件下不被破坏，而这些微小的空隙结构可以为压滤过程中的水分提供向外输出的通道，大大提高脱水效率。吴彦[14]在用FeCl3调理污泥时加入了稻壳生物炭，实验证明60%污泥干固体质量的稻壳生物炭投加量和138.09 g/kg 的FeCl3投加量可使泥饼的含水率减少21.90%。在目前低碳环保的大背景下，生物质材料因其原料便宜，绿色无污染的优点，其应用前景十分广阔，但是目前相关技术仍处于初期研究阶段，实际应用比较少。
1.3 联合脱水技术
目前单独使用化学法或物理法进行含油污泥脱水的效果并不理想，而物理化学联合脱水技术可以在一定程度上减少单一脱水技术的局限性，进一步改善含油污泥的脱水效果，减少化学药剂的使用量，在降低成本的同时可以大大降低后续处理的难度，因此不少学者开始探究效率和成本都能得到一定优化的联合脱水技术。ZhangGuangming等[15]进行了超声-FeCl3、PAM联合脱水与单一超声脱水的对比实验，实验表明，超声-FeCl3、PAM 联合脱水可减少化学药剂40%～50%的用量，处理后的污泥含水率为72%。韩洪军等[16]验证了微波-PAM 联合脱水技术可在一定程度上提高含油污泥的脱水效果，证明了该方法可减少33%的PAM投加量。
2 结论
本文介绍了常用的含油污泥脱水技术，并对其作用原理和研究进展进行了阐述，发现目前的单一含油污泥脱水技术存在一定的局限性，物理脱水技术的处理成本偏高，并且有些技术，如微波法和超声法仍处于研究或初步应用阶段，传统化学脱水技术的处理成本虽然尚可，但是会对环境造成二次污染，而新型的绿色脱水药剂又无法实现量产，因此还需要加强对单一含油污泥脱水技术的研究，而未来应在进一步优化单一含油污泥脱水技术的基础上，开发效率更高、成本更低、绿色环保的新型含油污泥联合脱水技术，并将其应用到实际生产中。
