唐宇 聂世军 杨春兴（大港油田公司原油运销公司，天津300280）

大港油田污泥固化制作免烧砖工艺简述及前景分析

唐宇 聂世军 杨春兴（大港油田公司原油运销公司，天津300280）

利用油田污泥固化制作生态建材是近年来含油污泥处理的研究方向。根据大港油田含油污泥的特性，在经泥浆二期无害化处理后的污泥中掺入适量的水泥、固化剂以及填料等将其固化制成免烧砖，不仅可以解决固废物堆放难题，保护油田生态环境，而且还具有一定的经济效益。

含油污泥；固化处理；环境保护；免烧砖

1 前言

目前我国对生态建材的研究、开发已形成趋势，利用固体废弃物生产生态建材的研究已经成为当今社会关注的热点。油田在生产过程中，产生污泥是不可避免的。油气田在生产中的污泥主要来自于：油井产出液携带的泥砂；钻井过程中钻井液中的污泥及废弃泥浆；洗井、修井等作业过程中污水中的污泥；压裂、酸化作业过程中污水中的污泥；漏油或渗油产生的地面污泥。

油田污泥的特点为含油量、含盐量以及含水率高，成分复杂并含有有害重金属。管理不当会对当地土壤和地下水等生态环境造成较为严重的石油污染，因此造成油田居民的生活环境安全得不到保障，因此寻找一种经济实用的方法对含油污泥进行无害化处理和残油回收，不仅是对油田居民健康负责，也对油田生产和保护周边生态环境具有重要意义。

利用油田污泥、普通硅酸盐水泥和固化剂生产污泥固化免烧砖，不但能够变废为宝，而且可以解决油田污泥占用土地、污染环境的问题，符合当今社会生态环境保护和资源节约的主题。

2 国内外含油污泥处理方法简介

目前国内外应用比较成熟的含油污泥无害化处理和综合利用主要有以下方法：

（1）萃取法。采取萃取法分离油后，再进行固化铺路、填埋、外排复耕等技术进行无害化处理。

（2）生物法。采用生物法除去污油等可生化性的污染元素后，进行堆肥复耕处理。

（3）焚烧法处理。直接将含油污泥焚烧，焚烧后的渣可用于铺路或建筑材料的辅料，直接利用。

（4）固化制建材（路面砖）或铺路法。将含油污泥与其他固体废弃物、粘土、改性剂、水泥等胶凝材料混合压制成建材制品（砖）。

（5）混合燃料法。将含油污泥与其他燃料（煤）进行合理掺和后，作为燃料使用，目前胜利油田的油泥沙已成功采用此法用于锅炉原料。

（6）地层回灌。选择废弃的高孔隙度安全地层，将含油污泥回注地层。

3 大港油田含油污泥特性及处理现状

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）产出状况

在油田采油、集输生产过程中会产生大量的油泥油砂，其中有采油井产出液携带的泥沙，落地原油回收形成的油泥等。大港油田含油污泥（包括油砂）年产量约10640方。大港油田各采油厂含有泥沙及落地含油污泥生产量见表1。

表1 大港油田各单位年产生的含油泥砂产出状况

3.1.2 大港油田钻井废弃泥浆成分指标

表2 大港油田钻井废弃泥浆污泥成分表

从检测结果分析，钻井废弃污泥中主要超标物质为：石油类、Ba2+、Cr3+、Pb2+，不能直接排放，必须进行无害化处理。

3.2 大港油田污泥处理现状

针对大港油田固体废物的现状和国家对环保要求，合理且安全管理和处理油田固体废弃物，油田公司于2008年先后建设投产了年处理能力3000方的油泥砂净化处理装置和年处理能力16万方的废弃钻井泥浆存放池。应用“物理+热化学”洗涤技术净化含油泥砂，处理后的泥砂含油小于3%，达到了农用污泥矿物油控制标准。在建的废弃钻井液与井下作业废液无害化治理工程的设计处理规模与油田实际生产规模相适应，设计总处理规模为640 m3/d，日运行8h，废弃钻井液与井下作业废液处理量80 m3/h，污水处理量60 m3/h，固化处理20 m3/h。

泥浆二期工程在对整个废弃钻井液与井下作业废液处理过程中，产生的泥饼处理后的固体物浸出液经检测优于国家一级综合排放标准，油田对无害化泥饼的处理有以下几种方法：

（1）送垃圾填埋场和垃圾一起填埋；（2）用作滩土；（3）深度加工进行制砖。

本文则是针对用无害化泥饼通过固化工艺制作免烧砖技术的前瞻性研究。

4 无害化泥饼固化制砖技术

4.1 含油污泥固化机理简介

固化技术是在含油污泥中加入一定组分的固化剂，使其发生一些稳定的、不可逆的物理化学反应，固化其中的部分水分和有毒物质，并使其具有一定强度，以便堆放、储存和后续处理。理想的固化产物应该具有良好的机械性能和抗浸透、抗浸出、抗干湿、抗冻、抗融等特性。固化剂的作用是将含油污泥中的有害物质（污油、有害气体）固定或封闭在惰性物质中，大幅度降低有害物质的渗透性和溶出率。固化剂分为有机固化剂和无机固化剂。有机固化剂包括脲醛树脂、聚酯、环氧乙烷、丙烯酰胺凝胶体、聚丁二烯等。

目前使用较多的是以水硬材料为主体的无机固化剂，如波特兰水泥、波特兰水泥混合物、磷石膏、河沙等，其最大特点为费用低、固化效果好。根据水硬材料凝结机理，水化初期水硬材料中的C3S，C2S水化成低硅钙比的水化硅酸钙(CSH)，以凝聚网状结构为主，胶结能力较差，水化后期CSH不断增多，以晶体结构为主，贯穿于整个浆体，分子间形成较强的化学键连接，水硬材料的强度由此产生。同时油田污泥的主要成分碳酸钙也与水硬材料中的C3A反应生成水化碳铝酸钙，使胶结材料进一步增加。

水化过程中将消耗较多的OH-、Ca2+，除油田污泥可以提供一部分外，主要是固化剂的加入满足了生成CSH凝胶对两种离子浓度的需求，同时固化剂中的石膏还与水硬材料中的铝相反应，生成针刺状钙矾石晶体，由于钙矾石晶体的体积膨胀，可以填充油田污泥中的较大孔隙，并与水化硅酸钙一起形成空间结构，使固化材料的孔隙分布趋于细化，从而奠定了固化材料的强度基础。

4.2 污泥无害化处理制砖流程

由于大港油田现今免烧砖生产条件和产量的限制，不能将所产生的废弃泥浆、泥砂全部用于生产免烧砖，因此为了防止油泥油砂中的有害成分，保证生态安全，消除如重金属离子、有机物、油类等对土壤和生态环境造成严重的危害，必须对含油泥沙泥浆进行无害化处理并将其合理放置，使其达到国家一级综合排放指标。制砖流程如图1所示：

图1

无害化流程阐述：

（1）分析废弃泥浆的成分，制定无害化处理配方，配制无害化药剂。

（2）将泥浆存放池中沉积下来的含砂率较高的含油泥沙，送至油泥砂处理厂进行处理。

（3）将含砂率较低的污泥运送至除油泥浆池中进行除油处理，然后经提升泵提升至絮凝氧化罐搅拌进行絮凝氧化反应后，经过真空陶瓷过滤机进行固液分离，形成无害化泥饼。

（4）分析泥饼的化学组成成分，并以此为依据配置与之相适应的固化添加剂，称量，混合搅拌，在模中成型，养护若干天得固化坯体。

（5）测试坯体的28天抗压强度，鉴定成品是否合格。

（6）按设计配方制作固化坯体，由相关部门对坯体进行毒性测试和放射性测试并出具数据报告。

4.3 免烧砖制作流程及砖质量指标（仅供参考）

4.3.1 免烧砖制作工艺流程

图2

图2是免烧砖制作工艺的通用流程图，具体的配比可根据泥浆二期泥饼含水率和化学组成来确定原料、填料、水泥和固化剂的配比。根据各大油田对污泥制造生态建材的研究结果，配比范围为污泥（含水>70%）20%～40%，填料20%～35%，水泥10%～20%，固化剂2%～6%，外加剂0.5%～1%。

4.3.2 免烧砖对材料的要求

（1）水泥：采用32.5以上的普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥（GB175—1999）和矿渣硅酸盐水泥（GB1596—91），一般夏天生产时使用矿渣硅酸盐水泥。不宜用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。

（2）骨料填充料：常用骨料填充料为炉渣、粉煤灰、砂碎石或卵石（5mm<粒径<8mm）、工业废渣、轻集料如粘土陶粒和火山渣等。

考虑到环保和成本问题，应当最大化利用油田固体废弃物作为骨料和填充料，如现油泥砂净化处理厂的砂、大港电厂火力发电产生的粉煤灰等工业废渣和建筑垃圾，各种废渣也可配合使用，只需将其进行简单的破碎处理，达到规定的技术指标。

其技术要求如下：各废渣的烧失量不大于20%，SO3≤2%，各废渣的砂化粒度为0.3～1.3mm，0.1mm以下微粉含量≤20%时可代砂使用；各废渣的碎石粒度为3～15mm，含泥量≤3%时可代替碎石使用。

4.3.3 免烧砖应达到的质量指标

（1）规格：（实心砖）240mm×115mm×53mm，（盲孔砖、多孔砖）240mm×115mm×90mm

（2）重量：2.2～3.0公斤/块（由于原料不同，重量会有所差别）

（3）主要技术指标：抗压强度10～20MPa/cm，抗折强度2.0～2.2MPa

抗冻性—将砖置于-20℃环境冻4小时。15～20℃水中融4小时，反复15次后，强度损失率应小于20%，重量损失率应小于5%，外观完好，无剥落现象。砖的干重量1500～1600kg/m3，吸水率11%～12%，软化系数0.9～0.97,60天收缩值<0.4mm/m。

4.3.4 毒性测试

按照固体废弃物毒性浸出方法（GB 5086.2-1997）中所述步骤对养护天数为7天的砖坯体进行毒性测试，浸出液中有一种或一种以上的污染物浓度超过GB 5086.3-1996《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》所规定的阈值，则该免烧砖被确定具有浸出毒性，质量不合格而不能被投入正常使用。

5 应用前景分析

5.1 社会效益分析

对于大港油田巨大的含油污泥产量，每年因此而产生的存放、排污等费用数额不菲，这也成为了油田创效益的死角。那么，只有将固化处理后的油田污泥应用于农林业、建筑业等方面，才能从根本上解决污染问题。其中主要的利用方向是建筑材料的研究，即以油田污泥为主要原材料，采用一定的生产工艺生产建筑材料，或生态建筑材料，如油田污泥新型路面或墙体材料，适用于铺路、筑坝等多种用途。一方面变废为宝，资源再利用，为社会创造财富；另一方面防止污染，保护生态环境，是一项符合国家产业化政策的可持续发展技术。

5.2 经济效益分析

泥浆二期预计日泥饼产量160方，以日产20000砖计算，生产定员10人，日单价75元。

以重量为2.5公斤/块砖为例:

（添加剂可根据原材料选定，可用可不用，其余未注明成分分别是无害化处理后的干化污泥和水，根据实际情况还可掺入砂）

从表3可以看出，每块砖的综合成本0.2元（本数据仅供参考），根据各地原材料不同，成本会有所差异，每年按300个工作日计算，可年产标砖600万块。假如市场售价为0.3元每块，年收益如下：

表3 2.5公斤/块砖成本分析

每块砖综合成本0.2元市场销售价0.3元年产值等于0.3（元/块）×600（万块）=180（万元）年利润等于（0.3-0.2元/块）×600（万块）=60（万元）

根据以上计算，再扣除管理、销售费用和不可预见的支出5万元，可得利润55万。

综上所述，如果合理配置生产设备、生产定员和材料配比，在生产经营期间，有一定的盈利能力，可以为油田创造一定的经济收益。

6 结论

油田污泥固化制砖技术不仅能解决固体废弃物的环境污染问题，实现固体废弃物的资源化再利用，而且还能创造较好的经济效益，应用前景可观。