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）

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建材是近年來含油污泥處理的研究方向。根據大港油田含油污泥的特性，在經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，保護油田生態環境，而且還具有一定的經濟效益。

含油污泥；固化處理；環境保護；免燒磚

1 前言

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

油田污泥的特點為含油量、含鹽量以及含水率高，成分復雜并含有有害重金屬。管理不當會對當地土壤和地下水等生態環境造成較為嚴重的石油污染，因此造成油田居民的生活環境安全得不到保障，因此尋找一種經濟實用的方法對含油污泥進行無害化處理和殘油回收，不僅是對油田居民健康負責，也對油田生產和保護周邊生態環境具有重要意義。

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、污染環境的問題，符合當今社會生態環境保護和資源節約的主題。

2 國內外含油污泥處理方法簡介

目前國內外應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，再進行固化鋪路、填埋、外排復耕等技術進行無害化處理。

（2）生物法。采用生物法除去污油等可生化性的污染元素后，進行堆肥復耕處理。

（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）產出狀況

在油田采油、集輸生產過程中會產生大量的油泥油砂，其中有采油井產出液攜帶的泥沙，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量見表1。

表1 大港油田各單位年產生的含油泥砂產出狀況

3.1.2 大港油田鉆井廢棄泥漿成分指標

表2 大港油田鉆井廢棄泥漿污泥成分表

從檢測結果分析，鉆井廢棄污泥中主要超標物質為：石油類、Ba2+、Cr3+、Pb2+，不能直接排放，必須進行無害化處理。

3.2 大港油田污泥處理現狀

針對大港油田固體廢物的現狀和國家對環保要求，合理且安全管理和處理油田固體廢棄物，油田公司于2008年先后建設投產了年處理能力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。應用“物理+熱化學”洗滌技術凈化含油泥砂，處理后的泥砂含油小于3%，達到了農用污泥礦物油控制標準。在建的廢棄鉆井液與井下作業廢液無害化治理工程的設計處理規模與油田實際生產規模相適應，設計總處理規模為640 m3/d，日運行8h，廢棄鉆井液與井下作業廢液處理量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廢液處理過程中，產生的泥餅處理后的固體物浸出液經檢測優于國家一級綜合排放標準，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的前瞻性研究。

4 無害化泥餅固化制磚技術

4.1 含油污泥固化機理簡介

固化技術是在含油污泥中加入一定組分的固化劑，使其發生一些穩定的、不可逆的物理化學反應，固化其中的部分水分和有毒物質，并使其具有一定強度，以便堆放、儲存和后續處理。理想的固化產物應該具有良好的機械性能和抗浸透、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（污油、有害氣體）固定或封閉在惰性物質中，大幅度降低有害物質的滲透性和溶出率。固化劑分為有機固化劑和無機固化劑。有機固化劑包括脲醛樹脂、聚酯、環氧乙烷、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。根據水硬材料凝結機理，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)，以凝聚網狀結構為主，膠結能力較差，水化后期CSH不斷增多，以晶體結構為主，貫穿于整個漿體，分子間形成較強的化學鍵連接，水硬材料的強度由此產生。同時油田污泥的主要成分碳酸鈣也與水硬材料中的C3A反應生成水化碳鋁酸鈣，使膠結材料進一步增加。

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，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構，使固化材料的孔隙分布趨于細化，從而奠定了固化材料的強度基礎。

4.2 污泥無害化處理制磚流程

由于大港油田現今免燒磚生產條件和產量的限制，不能將所產生的廢棄泥漿、泥砂全部用于生產免燒磚，因此為了防止油泥油砂中的有害成分，保證生態安全，消除如重金屬離子、有機物、油類等對土壤和生態環境造成嚴重的危害，必須對含油泥沙泥漿進行無害化處理并將其合理放置，使其達到國家一級綜合排放指標。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行處理。

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

（4）分析泥餅的化學組成成分，并以此為依據配置與之相適應的固化添加劑，稱量，混合攪拌，在模中成型，養護若干天得固化坯體。

（5）測試坯體的28天抗壓強度，鑒定成品是否合格。

（6）按設計配方制作固化坯體，由相關部門對坯體進行毒性測試和放射性測試并出具數據報告。

4.3 免燒磚制作流程及磚質量指標（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，具體的配比可根據泥漿二期泥餅含水率和化學組成來確定原料、填料、水泥和固化劑的配比。根據各大油田對污泥制造生態建材的研究結果，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），一般夏天生產時使用礦渣硅酸鹽水泥。不宜用火山灰質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）、工業廢渣、輕集料如粘土陶粒和火山渣等。

考慮到環保和成本問題，應當最大化利用油田固體廢棄物作為骨料和填充料，如現油泥砂凈化處理廠的砂、大港電廠火力發電產生的粉煤灰等工業廢渣和建筑垃圾，各種廢渣也可配合使用，只需將其進行簡單的破碎處理，達到規定的技術指標。

其技術要求如下：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 免燒磚應達到的質量指標

（1）規格：（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）主要技術指標：抗壓強度10～20MPa/cm，抗折強度2.0～2.2MPa

抗凍性—將磚置于-20℃環境凍4小時。15～20℃水中融4小時，反復15次后，強度損失率應小于20%，重量損失率應小于5%，外觀完好，無剝落現象。磚的干重量1500～1600kg/m3，吸水率11%～12%，軟化系數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）中所述步驟對養護天數為7天的磚坯體進行毒性測試，浸出液中有一種或一種以上的污染物濃度超過GB 5086.3-1996《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》所規定的閾值，則該免燒磚被確定具有浸出毒性，質量不合格而不能被投入正常使用。

5 應用前景分析

5.1 社會效益分析

對于大港油田巨大的含油污泥產量，每年因此而產生的存放、排污等費用數額不菲，這也成為了油田創效益的死角。那么，只有將固化處理后的油田污泥應用于農林業、建筑業等方面，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，采用一定的生產工藝生產建筑材料，或生態建筑材料，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，為社會創造財富；另一方面防止污染，保護生態環境，是一項符合國家產業化政策的可持續發展技術。

5.2 經濟效益分析

泥漿二期預計日泥餅產量160方，以日產20000磚計算，生產定員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（本數據僅供參考），根據各地原材料不同，成本會有所差異，每年按300個工作日計算，可年產標磚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）

根據以上計算，再扣除管理、銷售費用和不可預見的支出5萬元，可得利潤55萬。

綜上所述，如果合理配置生產設備、生產定員和材料配比，在生產經營期間，有一定的盈利能力，可以為油田創造一定的經濟收益。

6 結論

油田污泥固化制磚技術不僅能解決固體廢棄物的環境污染問題，實現固體廢棄物的資源化再利用，而且還能創造較好的經濟效益，應用前景可觀。