唐宇 聶世軍 楊春興（大港油田公司原油運銷公司，天津300280）

大港油田污泥固化制作免燒磚工藝簡述及前景分析

唐宇 聶世軍 楊春興（大港油田公司原油運銷公司，天津300280）

利用油田污泥固化制作生態(tài)建材是近年來含油污泥處理的研究方向。根據(jù)大港油田含油污泥的特性，在經(jīng)泥漿二期無害化處理后的污泥中摻入適量的水泥、固化劑以及填料等將其固化制成免燒磚，不僅可以解決固廢物堆放難題，保護(hù)油田生態(tài)環(huán)境，而且還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

含油污泥；固化處理；環(huán)境保護(hù)；免燒磚

1 前言

目前我國對生態(tài)建材的研究、開發(fā)已形成趨勢，利用固體廢棄物生產(chǎn)生態(tài)建材的研究已經(jīng)成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點。油田在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生污泥是不可避免的。油氣田在生產(chǎn)中的污泥主要來自于：油井產(chǎn)出液攜帶的泥砂；鉆井過程中鉆井液中的污泥及廢棄泥漿；洗井、修井等作業(yè)過程中污水中的污泥；壓裂、酸化作業(yè)過程中污水中的污泥；漏油或滲油產(chǎn)生的地面污泥。

油田污泥的特點為含油量、含鹽量以及含水率高，成分復(fù)雜并含有有害重金屬。管理不當(dāng)會對當(dāng)?shù)赝寥篮偷叵滤壬鷳B(tài)環(huán)境造成較為嚴(yán)重的石油污染，因此造成油田居民的生活環(huán)境安全得不到保障，因此尋找一種經(jīng)濟(jì)實用的方法對含油污泥進(jìn)行無害化處理和殘油回收，不僅是對油田居民健康負(fù)責(zé)，也對油田生產(chǎn)和保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

利用油田污泥、普通硅酸鹽水泥和固化劑生產(chǎn)污泥固化免燒磚，不但能夠變廢為寶，而且可以解決油田污泥占用土地、污染環(huán)境的問題，符合當(dāng)今社會生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約的主題。

2 國內(nèi)外含油污泥處理方法簡介

目前國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的含油污泥無害化處理和綜合利用主要有以下方法：

（1）萃取法。采取萃取法分離油后，再進(jìn)行固化鋪路、填埋、外排復(fù)耕等技術(shù)進(jìn)行無害化處理。

（2）生物法。采用生物法除去污油等可生化性的污染元素后，進(jìn)行堆肥復(fù)耕處理。

（3）焚燒法處理。直接將含油污泥焚燒，焚燒后的渣可用于鋪路或建筑材料的輔料，直接利用。

（4）固化制建材（路面磚）或鋪路法。將含油污泥與其他固體廢棄物、粘土、改性劑、水泥等膠凝材料混合壓制成建材制品（磚）。

（5）混合燃料法。將含油污泥與其他燃料（煤）進(jìn)行合理摻和后，作為燃料使用，目前勝利油田的油泥沙已成功采用此法用于鍋爐原料。

（6）地層回灌。選擇廢棄的高孔隙度安全地層，將含油污泥回注地層。

3 大港油田含油污泥特性及處理現(xiàn)狀

3.1 大港油田污泥特性

3.1.1 大港油田公司含油污泥（包括油砂）產(chǎn)出狀況

在油田采油、集輸生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的油泥油砂，其中有采油井產(chǎn)出液攜帶的泥沙，落地原油回收形成的油泥等。大港油田含油污泥（包括油砂）年產(chǎn)量約10640方。大港油田各采油廠含有泥沙及落地含油污泥生產(chǎn)量見表1。

表1 大港油田各單位年產(chǎn)生的含油泥砂產(chǎn)出狀況

3.1.2 大港油田鉆井廢棄泥漿成分指標(biāo)

表2 大港油田鉆井廢棄泥漿污泥成分表

從檢測結(jié)果分析，鉆井廢棄污泥中主要超標(biāo)物質(zhì)為：石油類、Ba2+、Cr3+、Pb2+，不能直接排放，必須進(jìn)行無害化處理。

3.2 大港油田污泥處理現(xiàn)狀

針對大港油田固體廢物的現(xiàn)狀和國家對環(huán)保要求，合理且安全管理和處理油田固體廢棄物，油田公司于2008年先后建設(shè)投產(chǎn)了年處理能力3000方的油泥砂凈化處理裝置和年處理能力16萬方的廢棄鉆井泥漿存放池。應(yīng)用“物理+熱化學(xué)”洗滌技術(shù)凈化含油泥砂，處理后的泥砂含油小于3%，達(dá)到了農(nóng)用污泥礦物油控制標(biāo)準(zhǔn)。在建的廢棄鉆井液與井下作業(yè)廢液無害化治理工程的設(shè)計處理規(guī)模與油田實際生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，設(shè)計總處理規(guī)模為640 m3/d，日運行8h，廢棄鉆井液與井下作業(yè)廢液處理量80 m3/h，污水處理量60 m3/h，固化處理20 m3/h。

泥漿二期工程在對整個廢棄鉆井液與井下作業(yè)廢液處理過程中，產(chǎn)生的泥餅處理后的固體物浸出液經(jīng)檢測優(yōu)于國家一級綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，油田對無害化泥餅的處理有以下幾種方法：

（1）送垃圾填埋場和垃圾一起填埋；（2）用作灘土；（3）深度加工進(jìn)行制磚。

本文則是針對用無害化泥餅通過固化工藝制作免燒磚技術(shù)的前瞻性研究。

4 無害化泥餅固化制磚技術(shù)

4.1 含油污泥固化機(jī)理簡介

固化技術(shù)是在含油污泥中加入一定組分的固化劑，使其發(fā)生一些穩(wěn)定的、不可逆的物理化學(xué)反應(yīng)，固化其中的部分水分和有毒物質(zhì)，并使其具有一定強(qiáng)度，以便堆放、儲存和后續(xù)處理。理想的固化產(chǎn)物應(yīng)該具有良好的機(jī)械性能和抗浸透、抗浸出、抗干濕、抗凍、抗融等特性。固化劑的作用是將含油污泥中的有害物質(zhì)（污油、有害氣體）固定或封閉在惰性物質(zhì)中，大幅度降低有害物質(zhì)的滲透性和溶出率。固化劑分為有機(jī)固化劑和無機(jī)固化劑。有機(jī)固化劑包括脲醛樹脂、聚酯、環(huán)氧乙烷、丙烯酰胺凝膠體、聚丁二烯等。

目前使用較多的是以水硬材料為主體的無機(jī)固化劑，如波特蘭水泥、波特蘭水泥混合物、磷石膏、河沙等，其最大特點為費用低、固化效果好。根據(jù)水硬材料凝結(jié)機(jī)理，水化初期水硬材料中的C3S，C2S水化成低硅鈣比的水化硅酸鈣(CSH)，以凝聚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為主，膠結(jié)能力較差，水化后期CSH不斷增多，以晶體結(jié)構(gòu)為主，貫穿于整個漿體，分子間形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵連接，水硬材料的強(qiáng)度由此產(chǎn)生。同時油田污泥的主要成分碳酸鈣也與水硬材料中的C3A反應(yīng)生成水化碳鋁酸鈣，使膠結(jié)材料進(jìn)一步增加。

水化過程中將消耗較多的OH-、Ca2+，除油田污泥可以提供一部分外，主要是固化劑的加入滿足了生成CSH凝膠對兩種離子濃度的需求，同時固化劑中的石膏還與水硬材料中的鋁相反應(yīng)，生成針刺狀鈣礬石晶體，由于鈣礬石晶體的體積膨脹，可以填充油田污泥中的較大孔隙，并與水化硅酸鈣一起形成空間結(jié)構(gòu)，使固化材料的孔隙分布趨于細(xì)化，從而奠定了固化材料的強(qiáng)度基礎(chǔ)。

4.2 污泥無害化處理制磚流程

由于大港油田現(xiàn)今免燒磚生產(chǎn)條件和產(chǎn)量的限制，不能將所產(chǎn)生的廢棄泥漿、泥砂全部用于生產(chǎn)免燒磚，因此為了防止油泥油砂中的有害成分，保證生態(tài)安全，消除如重金屬離子、有機(jī)物、油類等對土壤和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，必須對含油泥沙泥漿進(jìn)行無害化處理并將其合理放置，使其達(dá)到國家一級綜合排放指標(biāo)。制磚流程如圖1所示：

圖1

無害化流程闡述：

（1）分析廢棄泥漿的成分，制定無害化處理配方，配制無害化藥劑。

（2）將泥漿存放池中沉積下來的含砂率較高的含油泥沙，送至油泥砂處理廠進(jìn)行處理。

（3）將含砂率較低的污泥運送至除油泥漿池中進(jìn)行除油處理，然后經(jīng)提升泵提升至絮凝氧化罐攪拌進(jìn)行絮凝氧化反應(yīng)后，經(jīng)過真空陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行固液分離，形成無害化泥餅。

（4）分析泥餅的化學(xué)組成成分，并以此為依據(jù)配置與之相適應(yīng)的固化添加劑，稱量，混合攪拌，在模中成型，養(yǎng)護(hù)若干天得固化坯體。

（5）測試坯體的28天抗壓強(qiáng)度，鑒定成品是否合格。

（6）按設(shè)計配方制作固化坯體，由相關(guān)部門對坯體進(jìn)行毒性測試和放射性測試并出具數(shù)據(jù)報告。

4.3 免燒磚制作流程及磚質(zhì)量指標(biāo)（僅供參考）

4.3.1 免燒磚制作工藝流程

圖2

圖2是免燒磚制作工藝的通用流程圖，具體的配比可根據(jù)泥漿二期泥餅含水率和化學(xué)組成來確定原料、填料、水泥和固化劑的配比。根據(jù)各大油田對污泥制造生態(tài)建材的研究結(jié)果，配比范圍為污泥（含水>70%）20%～40%，填料20%～35%，水泥10%～20%，固化劑2%～6%，外加劑0.5%～1%。

4.3.2 免燒磚對材料的要求

（1）水泥：采用32.5以上的普通硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥（GB175—1999）和礦渣硅酸鹽水泥（GB1596—91），一般夏天生產(chǎn)時使用礦渣硅酸鹽水泥。不宜用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。

（2）骨料填充料：常用骨料填充料為爐渣、粉煤灰、砂碎石或卵石（5mm<粒徑<8mm）、工業(yè)廢渣、輕集料如粘土陶粒和火山渣等。

考慮到環(huán)保和成本問題，應(yīng)當(dāng)最大化利用油田固體廢棄物作為骨料和填充料，如現(xiàn)油泥砂凈化處理廠的砂、大港電廠火力發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰等工業(yè)廢渣和建筑垃圾，各種廢渣也可配合使用，只需將其進(jìn)行簡單的破碎處理，達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。

其技術(shù)要求如下：各廢渣的燒失量不大于20%，SO3≤2%，各廢渣的砂化粒度為0.3～1.3mm，0.1mm以下微粉含量≤20%時可代砂使用；各廢渣的碎石粒度為3～15mm，含泥量≤3%時可代替碎石使用。

4.3.3 免燒磚應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量指標(biāo)

（1）規(guī)格：（實心磚）240mm×115mm×53mm，（盲孔磚、多孔磚）240mm×115mm×90mm

（2）重量：2.2～3.0公斤/塊（由于原料不同，重量會有所差別）

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度10～20MPa/cm，抗折強(qiáng)度2.0～2.2MPa

抗凍性—將磚置于-20℃環(huán)境凍4小時。15～20℃水中融4小時，反復(fù)15次后，強(qiáng)度損失率應(yīng)小于20%，重量損失率應(yīng)小于5%，外觀完好，無剝落現(xiàn)象。磚的干重量1500～1600kg/m3，吸水率11%～12%，軟化系數(shù)0.9～0.97,60天收縮值<0.4mm/m。

4.3.4 毒性測試

按照固體廢棄物毒性浸出方法（GB 5086.2-1997）中所述步驟對養(yǎng)護(hù)天數(shù)為7天的磚坯體進(jìn)行毒性測試，浸出液中有一種或一種以上的污染物濃度超過GB 5086.3-1996《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》所規(guī)定的閾值，則該免燒磚被確定具有浸出毒性，質(zhì)量不合格而不能被投入正常使用。

5 應(yīng)用前景分析

5.1 社會效益分析

對于大港油田巨大的含油污泥產(chǎn)量，每年因此而產(chǎn)生的存放、排污等費用數(shù)額不菲，這也成為了油田創(chuàng)效益的死角。那么，只有將固化處理后的油田污泥應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)、建筑業(yè)等方面，才能從根本上解決污染問題。其中主要的利用方向是建筑材料的研究，即以油田污泥為主要原材料，采用一定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)建筑材料，或生態(tài)建筑材料，如油田污泥新型路面或墻體材料，適用于鋪路、筑壩等多種用途。一方面變廢為寶，資源再利用，為社會創(chuàng)造財富；另一方面防止污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是一項符合國家產(chǎn)業(yè)化政策的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

泥漿二期預(yù)計日泥餅產(chǎn)量160方，以日產(chǎn)20000磚計算，生產(chǎn)定員10人，日單價75元。

以重量為2.5公斤/塊磚為例:

（添加劑可根據(jù)原材料選定，可用可不用，其余未注明成分分別是無害化處理后的干化污泥和水，根據(jù)實際情況還可摻入砂）

從表3可以看出，每塊磚的綜合成本0.2元（本數(shù)據(jù)僅供參考），根據(jù)各地原材料不同，成本會有所差異，每年按300個工作日計算，可年產(chǎn)標(biāo)磚600萬塊。假如市場售價為0.3元每塊，年收益如下：

表3 2.5公斤/塊磚成本分析

每塊磚綜合成本0.2元市場銷售價0.3元年產(chǎn)值等于0.3（元/塊）×600（萬塊）=180（萬元）年利潤等于（0.3-0.2元/塊）×600（萬塊）=60（萬元）

根據(jù)以上計算，再扣除管理、銷售費用和不可預(yù)見的支出5萬元，可得利潤55萬。

綜上所述，如果合理配置生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)定員和材料配比，在生產(chǎn)經(jīng)營期間，有一定的盈利能力，可以為油田創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)收益。

6 結(jié)論

油田污泥固化制磚技術(shù)不僅能解決固體廢棄物的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)固體廢棄物的資源化再利用，而且還能創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景可觀。