含油污泥(以下简称油泥)是石油勘探、开采、炼制、加工、储存、运输等过程中产生的主要固体废弃物之一。据估计，每生产200 t原油将会产生约1 t油泥[1]1017-1020。根据近年来全球原油生产量估计，每年有2 000万t油泥产生。油泥中含有多种多环芳烃(PAHs)、重金属等有毒有害物质，属于危险废弃物[2]。油泥处置不当会引发环境污染、生态破坏，危及人类健康。油泥中含有30%(质量分数，下同)～80%的碳氢化合物，具有很高的资源化利用价值。其中，油泥中水/油/固体颗粒三相分离是油泥资源化处置工程化应用的发展趋势[1]1021-1022。油泥中水/油/固体颗粒具有不同的密度，可以通过离心设备产生的强大离心力实现三相分离。然而，油泥在形成过程中会受到剪切力作用，并且油泥中存在沥青、胶质、有机酸等天然乳化剂，这使得油与水形成十分稳定的油包水(W/O)型乳化液[3-4]，给油泥机械脱水以及后续的进一步加工炼制带来了很大困难。

随着油田勘探开发程度的不断加深，泥质砂岩储层中越来越多的复杂隐蔽、非常规的低对比度油气层被发现，这类油气层是广义上的低阻油气层，其电阻率分布范围较广，但都与相邻水层的电阻率差别不大，具有较低的电阻增大率(小于2)。合理设计钻井液电阻率，改善测井的钻井液环境，获得适宜的正异常幅度自然电位，是利用自然电位测井资料识别复杂隐蔽低对比度油气层、剔除高阻水层的有效措施[6]。

氯丁橡胶沥青防水涂料的成分主要是氯丁橡胶和石油沥青两种材料。按其溶剂为有机溶剂或水的不同，可分为溶剂型和水乳型两种氯丁橡胶沥青防水涂料。其中，水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料最大的特点是其涂膜强度较高、延伸性能很好，并且能够充分适应建筑物基层的变化。这种新型防水涂料的耐热性能和柔韧性能良好，是一种比较安全的防水涂料，并且无毒，不会产生对人体有害的气体，目前这种防水涂料已经成为我国防水涂料的主要产品之一。这种新型防水涂料目前主要用于工业和民用建筑的屋面防水、墙身防水、地下室防水、楼面防水等工程，以提高结构的抗渗性和密闭性。

目前，针对油泥离心脱水性能的研究，主要是通过对影响离心分离的各因素进行控制变量实验，得到各因素对离心分离效率的影响[5]。然而，针对油泥离心脱水的研究，存在以下不足：(1)仅针对特定的油泥进行离心影响参数实验，由于不同油泥水分分布差异很大，仅针对某一样品的分析结果不具有代表性，得出的结论不具有通用性；(2)缺乏对不同油泥脱水性能的关键影响因素分析，对具有不同水分分布的油泥无法指明制约脱水率提高的关键因素。本研究着重讨论了影响不同水分分布油泥脱水性能提高的关键因素，系统评价了离心温度、离心转速、离心时间对油泥机械脱水的影响规律，以期为今后油泥资源化利用技术的实际应用提供支持。

1 材料与方法

1.1 实验样品

实验所用的3种油泥分别取自为浙江舟山地区原油储罐清罐底泥(记为ZS油泥)、纳海固体废弃物处置有限公司隔油池底泥(记为NS油泥)和舟山益民固体废弃物处置厂回收油船清舱油泥(YS油泥)。3种油泥的黏度及组成成分见表1。黏度利用AR-G2型流变仪在室温下测定；含水率采用蒸馏法测定；含油率采用索氏提取法测定，以甲苯为索提溶剂；含渣率通过差减法计算得到。

早期的电气自动化系统称为远程监控系统，是单纯模拟电路的系统，其本身与软件和电缆线无关。因其单独运行无法示警的特性，存在较大隐患不适用于大型系统只能作用于小型系统。因此，电气自动化技术发展出了总线监控系统，且该系统是总和自动化系统更适用于变电站。因其可通过改变电路设计优化系统，从而改变了传统方式中依赖人力监控的模式，能够在无人条件下进行监管，极大程度上节约了人力。电气自动化技术具有安全、全面的监控机制，通过计算机网络随时随地进行监控，同时保证了数据的真实准确避免了人工操作的误差。计算机全天化的工作机制极大地提高了工作效率。

 

表1 3种油泥的黏度及组成成分Table 1 Viscosity and composition of the 3 kinds of oily sludge

  

项目ZS油泥NS油泥YS油泥25 ℃黏度/(Pa·s)3.114.947.2 含水率/%33.520.216.3 含油率/%65.059.131.3 含渣率/%1.520.752.4

1.2 脱水率计算

2.1.3 离心温度的影响

（3）开封器、加封器接口软件的开发：该软件至少包含从电子铅封内读数据、向电子铅封内写数据、向计算机发数据、接受计算机数据等功能。

 

(1)

式中：ms和mc分别为油泥及离心后上层离心油中水分质量，g。

1.3 水滴粒径分布测量

油泥黏度高、不透光且含有固体颗粒，现有的光学粒度分析技术无法测量油泥中水滴的粒径分布。在实验中，基于差示扫描量热(DSC)法测量其粒径分布。实验在Mettler-Toledo DSC1型DSC仪中进行，采用氮气作为吹扫气，流量60 mL/min，制冷系统采用与DSC仪相连接的机械制冷机。升降温速率设定为5 ℃/min。结晶温度(Ti，℃)与水滴粒径(Li，μm)的经验式见式(2)。具体的测试原理及操作细节参见文献[6]。

 

(2)

1.4 单因素实验

离心时间影响实验：在25 ℃下，将3种油泥在3 000 r/min下分别离心5、10、15、20、25、30、35、40 min，离心后从上层离心油取样测定水分含量，并计算脱水率。

离心转速影响实验：在25 ℃下，将3种油泥在不同离心转速(1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500 r/min)下离心20 min，离心后从上层离心油取样测定水分含量，并计算脱水率。

2.1.2 离心转速的影响

1.5 正交实验

在单因素实验基础上，以离心时间、离心转速、离心温度为变量进行3因素4水平的正交实验。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

根据D. 41,1,13(内拉蒂：《规则集》第6卷)的记载，内拉蒂先将(特别)代理人购买一个物的权力与被代理人的委任联系起来，而后强调代理人的另一项基本要素：对该人以本人的名义取得并移转买来的物的占有，本人认可其正当性，且效果对本人发生，尽管在这个法言举的例子中，此人并未将物交付。

讲好课应该还包括好的表达。这就要求表达清晰、熟练连贯、有逻辑性，且干净利落，展现独到的语言风格和适宜的表达技巧，体现情感。习近平总书记在梁家河当知青时期，开会作报告，有社员形象地说，“近平讲话，能把人听憨了”，意思就是说听呆了、听傻了。原因主要有两点：一是广泛的阅读，理论功底扎实；二是深入浅出，非常生动。习近平总书记甚至连美国的社会制度、“驴象之争”、“水门事件”等都能绘声绘色地讲给农村的社员听。倘若对这些问题没有深入的理解、没有大量的案例分析做支撑、没有独到的表达技巧，是不可能得到社员们的真心喜欢的。

  

图1 3种油泥中水滴粒径分布Fig.1 Size distributions of water droplets in 3 kinds of oily sludge

2.2.1 极差分析

3种油泥离心时间—脱水率曲线见图2。由实验结果可知，油泥脱水率随离心时间增加而提高，不同油泥在相同离心条件下的脱水率差异很大，且不同油泥离心时间—脱水率曲线变化趋势也大有不同。对于ZS油泥，在3 000 r/min转速下的脱水率均未达到5%。ZS油泥中水滴基本为小颗粒(粒径<5 μm)，且粒径集中分布于3 μm附近(见图1)，3 000 r/min提供的离心力不足以使如此小尺度的水滴在油相中发生迁移[7]4921-4923，即使离心时间足够长，脱水率依然不高。对于YS油泥，离心时间从5 min增加至25 min，脱水率由4.5%上升至17.9%，随后，脱水率随时间增加幅度趋缓，在40 min可达25.4%。YS油泥中水滴粒径分布范围较广(见图1)，在3 000 r/min的离心转速下，YS中粒径较大的水滴在离心力的驱动下以一定速度向离心管底部移动，这部分水滴随着离心时间的延长迁移距离增加，而YS中粒径较小的水滴在此离心力作用下运动速度很小，在给定的离心时间内，无法从油相中分离。因此，YS油泥仅可以通过离心分离一部分的乳化水。对于NS油泥，水滴大多分布于10 μm以上，在3 000 r/min转速下，开始启动离心5 min，就可以脱除10.4%的水分，随着离心时间的增加，位于离心管上层的大颗粒(粒径>10 μm)水滴也逐步迁移至下层从油相中分离，最终实现85.9%的脱水率。

油泥离心脱水主要影响因素为离心时间、离心转速和离心温度，不同油泥在相同离心条件下的脱水率差异很大，这主要与油泥黏度和油泥中水滴的粒径分布有关[7]4920-4921，3种油泥中水滴粒径分布见图1。

  

图2 离心时间对不同油泥脱水率的影响Fig.2 Effect of centrifugal time on dewatering rate of different oily sludge

离心温度影响实验：将3种油泥分别置于不同温度的恒温水浴中(25、30、35、40、45、50、55、60、65、70 ℃)直至油泥恒温，恒温油泥在3 000 r/min下离心20 min，离心后从上层离心油取样测定水分含量，并计算脱水率。

3种油泥离心转速—脱水率曲线见图3。由实验结果可知，油泥脱水率随离心转速的升高而增加，不同油泥的离心转速—脱水率曲线差异很大。对于粒径分布单一且乳化严重(水滴粒径小)的ZS油泥，离心转速—脱水率曲线呈指数分布。在离心转速小于2 000 r/min的条件下，ZS油泥的脱水率均不足1%，说明低转速离心所产生的离心力无法将油包水的状态打破，而当转速提高到4 500 r/min时，小颗粒水滴开始沉降，脱水率增加到20.8%。对于NS油泥，在离心转速为1 000～2 500 r/min时，曲线呈指数分布，脱水率随离心转速升高而明显增加；离心转速由2 500 r/min升高至4 500 r/min时，NS油泥脱水率呈线性增加但增加速率较小。在离心转速为1 000～2 500 r/min时，YS脱水率主要由大颗粒水滴贡献，变化趋势与NS油泥相似，在2 500 r/min时脱水率达到13.7%；离心转速从2 500 r/min 升高到4 500 r/min时，小颗粒水滴逐渐从油相分离，变化趋势与ZS油泥相似，在4 500 r/min时脱水率达到36.5%。

  

图3 离心转速对不同油泥脱水率的影响Fig.3 Effect of centrifugal rotational speed on dewatering rate of different oily sludge

取实验样品30 g于120 mL离心管中，在设定离心时间、离心转速及离心温度条件下离心，离心实验均在Thermo Scientific ST40型离心机中进行，脱水率(Dw，%)计算公式如下：

离心参数的选择和优化是提高脱水率的关键。为探明影响不同油泥脱水性能的关键因素，进行了3因素4水平的正交实验，实验设计见表2，实验结果见表3。

  

图4 离心温度对不同油泥脱水率的影响Fig.4 Effect of centrifugal temperature on dewatering rate of different oily sludge

2.2 基于正交实验的油泥脱水性能关键影响因素分析

在离心转速和离心时间一定的情况下，离心温度是影响油泥脱水效果的主要因素之一。随着离心温度的升高，水滴的热运动加剧，会增加水滴颗粒间的碰撞，致使油水相界面破裂，聚并形成具有更大粒径的水滴[8]。同时加热可使油相黏度降低，有利于聚集的水滴沉降。离心温度—脱水率曲线见图4。随着离心温度的升高，NS油泥脱水率稳步提高，这是因为NS油泥中水滴粒径较大，温度升高，油泥黏度不再是制约脱水率提高的关键因素；YS油泥中含有52.4%的固体颗粒，且具有很高的黏度，因此YS油泥受离心温度影响很大，在25～70 ℃，离心温度—脱水率曲线几乎呈线性关系。从25 ℃升至60 ℃时，ZS脱水率随离心温度升高呈指数增加，这是因为ZS油泥中水滴粒径较小，在升温过程中，小颗粒水滴由于热运动发生碰撞的概率增大，且升温可以削弱油水界面膜强度，导致ZS油泥中一部分小水滴可以相互聚并形成大水滴，进而在离心中从油相中分离；当温度从60 ℃继续升高，ZS脱水率提高幅度减弱。

 

表2 正交实验因素水平设计Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

  

水平因素离心温度(A)/℃离心转速(B)/(r·min-1)离心时间(C)/min1251 50010 2352 50020 3453 50030 4554 50040

2.1.1 离心时间的影响

表3的实验结果显示，在相同的离心条件下，3种油泥的脱水率相差较大，对正交实验结果进行极差分析，得到表4。由表4可以看出：对于ZS油泥而言，对脱水性能影响大小的影响因素表现为离心转速>离心温度>离心时间；而对于NS油泥，对脱水率影响最明显的因素是离心时间，随后依次是离心温度和离心转速；对YS油泥脱水率影响顺序为离心温度>离心转速>离心时间。因此，对于不同粒径分布的水滴制约脱水率提高的关键因素不同。对于ZS油泥，提高脱水率需要提高离心转速，在离心温度45 ℃、离心转速4 500 r/min条件下离心20 min，脱水率最大。延长离心时间可以有效提高NS油泥的脱水率，实验结果显示，NS油泥脱水最佳条件为在55 ℃、1 500 r/min下离心40 min。YS油泥的含渣率高，黏度大，提高离心温度可以有效降低YS油泥的黏度致使脱水率大幅提高，在实验设计条件下，脱水率最大的操作条件为55 ℃、2 500 r/min下离心30 min。

2.2.2 方差分析

由表5可知：离心温度和离心时间对ZS油泥脱水率无显著影响，而离心转速对ZS油泥脱水率影响极显著；方差分析结果与极差分析结果一致，说明对于粒径微小的油泥，制约脱水率提高的关键因素是离心转速，这表明，为了提高油泥机械脱水效率，ZS油泥应经破乳预处理以提高水滴粒径。对于NS油泥，离心时间对脱水率影响极显著，说明保证油泥在离心机内有足够的停留时间可以显著提高NS油泥脱水率，离心温度和离心转速两个因素均对NS脱水率有明显影响，说明即使油泥水滴粒径较大，为了获得最佳的脱水效果，油泥仍需进行降黏预处理。YS油泥的方差分析表明，对于高黏度且粒径分布较广的油泥，制约脱水率提高的关键因素是离心温度和离心转速，离心温度和离心转速的提高可有效降低油泥的黏度及油泥中水滴的临界分离粒径。

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表3 正交实验结果Table 3 Results of the orthogonal experiment

  

实验序号ABCZS油泥脱水率/%NS油泥脱水率/%YS油泥脱水率/%11110.310.36.4 21221.230.212.1 313314.568.116.4 414428.182.424.4 52120.837.212.1 62211.215.318.1 723416.685.925.3 824329.175.226.2 93132.270.720.9 103244.285.928.6 1133113.220.229.8 1234230.855.833.9 134142.686.134.8 144234.173.747.7 1543215.258.543.5 1644130.126.242.6

 

表4 正交实验结果极差分析Table 4 Range analysis of orthogonal experiment results

  

项目ZS油泥脱水率/%ABCNS油泥脱水率/%ABCYS油泥脱水率/%ABCk111.021.4811.2047.7551.0818.0014.9318.5521.23 k211.922.6812.0053.4051.2845.4320.4323.6325.40 k312.6014.8812.4858.1558.1871.9328.3028.7527.80 k413.0029.5212.8861.1359.9085.0842.1535.8828.38 R1.9828.051.6813.388.8367.0827.2313.334.15

 

表5 正交实验结果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiment results

  

项目因素偏差平方和误差平方和F显著性1)离心温度8.91.7无 ZS油泥离心转速2 052.15.3389.2∗∗∗ 离心时间6.21.2无 离心温度410.110.6∗∗ NS油泥离心转速253.338.86.5∗ 离心时间10 606.4273.6∗∗∗ 离心温度1 676.264.4∗∗∗ YS油泥离心转速388.626.014.9∗∗ 离心时间46.31.8无

注：1) ***表示F≥29.5；**表示F≥9.28；*表示F≥5.39；无显著性表示F<5.39。

3 结 论

(1) 油泥脱水率随离心时间提高而提高，对于粒径>10 μm的大颗粒水滴，离心时间对脱水影响较大，对于粒径小于5 μm的小颗粒水滴，离心时间的延长无法有效提高脱水率。

(2) 油泥脱水率随离心转速提高而提高，且离心转速对脱水率的影响也主要决定于油泥中水滴的粒径分布。在低转速区脱水率主要由大颗粒水滴贡献，且油泥脱水率与离心转速呈指数关系；高转速区较小颗粒水滴开始沉降且油泥脱水率与离心转速呈指数关系，而高离心转速对大颗粒水滴影响不明显。

(3) 离心温度对脱水率的影响主要通过影响油泥黏度和增加水滴聚并实现。对于黏度大的油泥，脱水率与离心温度呈线性增加关系，对于粒径较小的水滴，离心温度从25 ℃提高至60 ℃可以显著提高水滴碰撞聚并概率，从而提高脱水率。

(4) 对于大颗粒水滴，离心时间对脱水率起到了关键性作用。对于黏度较大的油泥，脱水率的提高主要通过升高离心温度实现。而对于粒径较小的水滴，增加离心转速可以在一定程度上提高脱水率，需通过预处理破乳增加水滴粒径才能进一步提高离心脱水处理效果。

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