含油污泥是石油勘探、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。油泥中含有30%～80%的碳氢化合物(PHCs),回收油泥中的原油将会产生一定的经济效益和环境效益。油泥离心相分离技术具有能耗低,污染小,操作简单等优点,适合油泥资源化处理的工业化应用。含油污泥中含有水、油及固体颗粒,油泥在形成过程中受到剪切力作用发生乳化,使水呈颗粒状分散到主体油相中形成十分稳定的油包水(W/O)型原油乳化液,给油泥的离心脱水带来了很大困难。本文研究的主要目的是提高含油污泥中油-水分离效率,围绕油泥中水分分布特性,水滴在离心场中的分离规律,以及高效离心预处理技术展开研究,进行了以下工作：首先,开展了含油污泥理化特性分析研究。结果表明,油泥中含有多种重金属和多环芳烃；不同来源的油泥水、油、固体颗粒三组分差异较大,这主要与油泥的生成条件有关；通过显微观测,可以确定油泥中各组分的相对含量、形态结构、存在条件以及各成分的粒径大小；油泥热值与其碳含量呈正比,且H/C约为2；根据油泥油相色谱模拟蒸馏结果可知,油泥中含有高比例的重质组分。采用差示扫描量热技术(DSC)建立了含油污泥水分综合表征方法,首次实现了对油-水分离“指纹特征”——水滴粒径分布的测量。应用DSC表征方法对三种不同来源的油泥进行了测量分析,结果显示,-60℃到室温程序升温过程中,结晶水的融化吸热峰可用于计算油泥的含水量。并且由-23.5℃度附近的盐-水共晶熔融峰,可以判断油泥中的含盐量。此外,提出了油泥乳化水滴粒径分布计算经验公式,可以根据0℃到-60℃之间的水滴结晶温度计算水滴粒径。这是首次将DSC测量技术应用到表征油泥水滴粒径分布上。这一表征方法为油泥油-水分离模型的建立和分离技术的研究提供了基础。对影响油泥中油-水离心分离的参数进行了分析,并通过正交实验探明了提高油-水分离效果的关键因素。对于高粘度、粒径分布广的油泥,制约脱水率提高的关键因素是温度和离心转速。升温可以有效降低油泥的粘度而转速的提高可以降低油泥中水滴的临界分离粒径。对于水滴粒径小于5μm的油泥乳化液,制约脱水率提高的关键因素是离心转速,为了提高油泥机械脱水的效率,油泥需经破乳预处理提高水滴粒径。保证油泥在离心机内有足够的停留时间可以显著提高水滴粒径大于10μm的油泥的脱水率。应用纳维-斯托克斯沉降方程,建立了基于蒙特卡洛随机统计的油泥乳化水分离模型。实现了对不同离心工况下水滴分离效果的预测。模型计算与实验结果均显示,随着离心转速的提高,油泥脱水率显著提高。当转速由2000rpm提高至10000rpm时,脱水率由28%提高至99%,同时,水滴临界分离粒径也由2000 rpm时的14 μm提高至10000 rpm时的3μm。此外,基于蒙特卡洛随机统计的油泥乳化水分离模型还可以对不同粘度油泥在不同离心工况下的脱水率及临界分离粒径进行预测,计算结果与实验值吻合良好。分离模型可以为不同油泥脱水工况选择提供定量指导。采用了超声波、掺混轻质油、添加微乳液等预处理技术优化油泥油-水离心分离特性,并提出多途径耦合的降粘破乳预处理工艺。研究发现,25 kHz和30 kHz超声波可以直接脱除26.3 wt%和28.1 wt%的水分,但会导致残留水滴的粒径减小。虽然35 kHz和40kHz超声对油泥直接脱水影响不大,但可以大幅度增加油泥乳化水的水滴粒径。超声改变油-水分离特性的作用机理可以由超声共振效应和超声空化效应解释。掺混轻质油可以有效降低油泥的粘度并显著提高脱水率。微乳液具有超低的界面张力,可以对油包水结构实现有效破乳。为了促进含油污泥资源化利用的工程化应用,提高回收油品质并减少二次污染,开发了含油污泥两级分离系统集成工艺,并选用典型的油泥样品在实验室条件下进行了工艺优化实验。结果表明,在高含固预处理一级分离中添加20%的煤油,可脱除粒径在15.1μm以上的固体颗粒。一级分离产物经7%微乳液化学调质后进行二级离心分离,得到的回收油中含水和固体颗粒重量比小于3%。该分离系统将应用于日处理100t的油泥资源化处理集成技术示范工程。