含油污泥處理后殘渣用于燒結(jié)磚試驗

含油污泥處理后殘渣用于燒結(jié)磚試驗安家榮;茍金鑫;王詩航;岳韜【摘要】Measuringandanalyzingbyextractionandweightlossmethod,wehavefoundthatthereisalotoforganicingredientintheresidualoftreatedoilysludge.Byadjustingtheproportionoftheresidualandtheclaycontinuously,itwasprovedthattheresidualoftreatedoilysludgecouldbeusedasrawmaterialofthesinteredbrick,andtheproportionsofthesin-teredbrickwasdetermined,too.Theexperimentresultsshowthattheresidualoftreatedoilysludgeissuitableformakingsinteredbrick,andthebestproportionofclayshouldbemorethan40%andtheoilysludgeshouldbelessthan4%.Comparedwithcracking,whentheoleaginousnessis2%,brickmakingismoreeconomical.Usingtheresidualoftreatedoilysludgetomakesinteredbrickisarecyclingandharmlesswaytodealwithoilysludge,bywhichtoreducetheenvironmentalhazards.%采用萃取法和失重法對含油污泥處理后殘渣中油含量進行測定并分析，發(fā)現(xiàn)殘渣中還含有大量有機成分。將不同比例含油污泥處理后的殘渣和黏土制成磚胚進行燒結(jié)，找出其作為燒結(jié)磚原料的最佳配比。試驗結(jié)果表明，含油污泥殘渣適宜作為燒結(jié)磚原料，原料中黏土所占百分比應(yīng)大于40%，污泥含油量應(yīng)小于4%，對于含油量為2%的含油污泥殘渣制磚比裂解法更為經(jīng)濟可行。含油污泥處理后殘渣作為燒結(jié)磚的部分原料，為含油污泥找出了一種資源化、無害化的處理方法，減少了對環(huán)境的危害?！酒诳Q】《油氣田地面工程》【年(卷)，期】2016(035)011【總頁數(shù)】4頁(P9-12)【關(guān)鍵詞】含油污泥處理后殘渣;燒結(jié)磚;黏土含量;配比;資源化【作者】安家榮;茍金鑫;王詩航;岳韜【作者單位】中國石油大學(xué)華東儲運與建筑工程學(xué)院;中國石油大學(xué)華東儲運與建筑工程學(xué)院;中國石油大學(xué)華東儲運與建筑工程學(xué)院;中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦【正文語種】中文目前國內(nèi)夕卜對于含油污泥無害化處理及利用已進行了大量的研究［1］，處理方法大致可分為濃縮干化法、高溫處理法、溶劑萃取法、生物處理法和焚燒處理法。但單—的處理方法很難達到環(huán)境保護的規(guī)范要求，多種處理工藝相結(jié)合才能實現(xiàn)高效無害化處理效果?，F(xiàn)有工藝處理后會殘留2%的含油殘渣，對于殘渣的處理，目前無害化處理方案是焚燒。這種方法不但不經(jīng)濟，還會造成資源上的浪費，大慶油田采用〃預(yù)處理-清洗一離心法”處理后含油污泥含油量可降至2%。而之后的2%含油污泥殘渣處理仍是一項技術(shù)空缺。采用殘渣制磚技術(shù)，將含油污泥殘渣摻入制磚工藝流程，在確保磚樣品質(zhì)的情況下，又能實現(xiàn)含油污泥殘渣的有效資源化利用，并利用原來燒結(jié)磚的溫度場，不會帶來新的能耗。目前對于制磚工藝研究較多的是利用城鎮(zhèn)污泥制磚，與含油污泥處理后殘渣制磚有—定差別。1994年，張瓊玖、張曉東曾對廢鉆井泥漿進行了固化制磚試驗［2］，驗證了含油泥制磚的可行性。但其試驗參數(shù)設(shè)置較少，對制磚的影響因素規(guī)律性研究有所欠缺。本次試驗將驗證多種不同配比對磚強度的影響，找到燒結(jié)磚原料的最佳配比。采用溶劑萃取法和失重法［3］對含油污泥油含量做出測定。溶劑萃取法測得含油污泥殘渣含油量為3.707%，與試驗所用含油污泥處理后殘渣的理論含油量相差1.7%。這是因為企業(yè)處理后的含油污泥里不僅僅含油，還含有在處理過程中投加的許多化學(xué)藥劑，它們在萃取時也可部分溶于萃取劑，從而影響試驗結(jié)果。失重法測得含油污泥殘渣含油量為13.94%，與理論含油量相差更大。分析認為：①在高溫處理過程中，含油污泥中還有相當(dāng)大的有機組分會被燃燒掉，且所占比例較大，大多應(yīng)為含油污泥處理過程中加入的化學(xué)藥劑；②試驗前期設(shè)定使用105°C恒溫脫水，但因為含油污泥組分較復(fù)雜，其中的成分可能會影響到含油污泥中水的沸點，將導(dǎo)致在105C時無法對含油污泥進行徹底脫水，且105C并未脫去含油污泥中的結(jié)晶水，這都將導(dǎo)致測量結(jié)果偏大。通過萃取法和失重法對含油污泥處理后殘渣中油含量的測定分析，發(fā)現(xiàn)殘渣中還含有大量其他有機成分。2.1燒結(jié)磚原理普通燒結(jié)磚的主要原料為黏土，其成分主要為有層狀結(jié)構(gòu)的含水硅酸鹽和含水鋁硅酸鹽。黏土礦物使得黏土具有良好的可塑性，為黏土制作不同形狀的胚體提供了可能。常規(guī)燒結(jié)磚在制磚時會摻入一定比例的粉煤灰。在燒結(jié)時，內(nèi)部粉煤灰燃燒使得磚體更快地?zé)浮６臀勰嘀泻写罅康挠袡C質(zhì)，在焙燒含油污泥磚時，其內(nèi)部有機質(zhì)會代替粉煤灰的作用，使磚品更易燒透［4］。在燒結(jié)時，磚品在達到一定溫度后開始收縮。在300~500C之間，含油污泥磚品中的有機質(zhì)會燃燒分解并放熱；在500~800C之間，黏土礦物質(zhì)脫去結(jié)晶水，有機質(zhì)的氧化分解及結(jié)晶水的脫去使磚品內(nèi)部出現(xiàn)空隙，呈框架結(jié)構(gòu)；當(dāng)溫度繼續(xù)升高至850~900°C過程中，黏土礦物質(zhì)和其中雜質(zhì)會逐漸熔化，生成玻璃態(tài)液相，玻璃態(tài)液相填充磚體框架結(jié)構(gòu)，由液相表面張力的作用使未熔顆粒緊密黏結(jié)，從而使磚體強度增大，孔隙率下降，變得密實。2.2試驗材料來源試驗所用材料來自大慶油田，經(jīng)〃預(yù)處理一清洗一離心法”工藝處理后的殘渣含油量在2%左右。試驗所用黏土取自青島膠州市營房鎮(zhèn)磚瓦廠附近，土質(zhì)適宜制磚，且含雜質(zhì)較少。試驗所用油來自勝利油田陳南聯(lián)合站的脫水后稠油，該稠油凝點為20二2.3試驗方法試驗分三組，含油污泥油含量分別為2%、4%和6%，每組做4種磚樣，摻土量分別為0%、20%、40%和60%，共12種磚樣。按配比取含油污泥與黏土量，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌稀㈥惢?，用磚模制作磚胚并編號。將其置于通風(fēng)干燥處自然晾干10d。10d后磚胚表面發(fā)白，當(dāng)體積基本不收縮時，則可放入干燥箱內(nèi)恒溫50°C維持1d，再恒溫80C維持12h，最后恒溫105C維持6h。干燥后即可放入馬沸爐中按溫度要求進行燒制。2.4燒結(jié)溫度的選取依據(jù)燒結(jié)原理中三個溫度段及不斷的試驗探索，最終確定出圖1所示燒結(jié)溫度曲線。2.5燒結(jié)磚宏觀物理力學(xué)性質(zhì)燒結(jié)前后對比。燒結(jié)前含油污泥殘渣含量越高，磚胚顏色越深。隨含油污泥量增加，磚胚原料顆?；黠@，黏結(jié)性降低；隨含油量增加，磚胚原料混合性變差。燒結(jié)后黏土百分比越大，磚樣顏色越紅；含油污泥油含量越多，磚樣表面越粗糙，孔隙度越大。(2)燒失率。燒失率［5］就是在燒制過程中，有機質(zhì)燒失釋放出氣體，磚樣質(zhì)量的減小率。將燒失率測量結(jié)果繪制折線圖，如圖2、圖3所示。結(jié)果顯示，12種磚樣的燒失率大致分布在10%~20%之間。由圖2可知，黏土百分比增加，磚樣燒失率降低。主要原因是隨黏土含量增加，磚樣中含油污泥量相對減少，有機質(zhì)的量也相對減少，從而燒失率變小。圖3中，含油污泥油含量增加，磚樣燒失率上升，主要原因是隨含油量上升，磚樣中有機質(zhì)含量上升，從而使燒失率上升?？箟簭姸??？箟簭姸仁欠磻?yīng)磚體結(jié)構(gòu)強度的指標(biāo)，決定著燒結(jié)磚的等級劃分，進而決定了燒結(jié)磚的用途。根據(jù)抗壓強度，磚可以分為MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五個強度等級［6］。最低強度等級MU10對應(yīng)抗壓強度為10MPa。對12種燒結(jié)磚進行抗壓強度測試，并將結(jié)果數(shù)據(jù)繪制成折線圖，如圖4、圖5所示。結(jié)果顯示，純黏土磚的抗壓強度可達28.2606MPa，強度等級已接近MU30。摻含油污泥的磚樣抗壓強度基本在5-20MPa之間。由圖4可知，黏土百分比增加，抗壓強度增加。黏土含量在40%以后抗壓強度升長速率高于黏土含量40%之前，即黏土含量對抗壓強度影響較大。由圖5可知，含油量增加，磚樣抗壓強度下降。通過對比各磚樣抗壓強度與最低抗壓強度10MPa基準(zhǔn)線可以發(fā)現(xiàn)，含油量在6%時，磚樣基本不合格；當(dāng)含油量低于4%時，磚樣基本合格；當(dāng)摻土量大于20%時，除了含油量為6%的磚樣外，其他磚樣也都符合要求。所以制磚時黏土含量最好大于40%，以獲得更高的強度。通過對比，適宜燒結(jié)磚的含油污泥的含油量應(yīng)小于4%,黏土所占百分比應(yīng)大于40%。磚樣內(nèi)部對比。在抗壓強度檢測試驗后，通過觀察破損后的磚發(fā)現(xiàn)，摻黏土少的磚樣破損后大多呈粉末狀，內(nèi)部顏色呈黃白色；摻黏土多的磚樣破損后會壓裂成塊狀，粉末較少，顏色偏紅色。3.1含油污泥制磚與裂解法經(jīng)濟比較對含油污泥制磚與裂解回收法［7］進行經(jīng)濟比較。裂解回收試驗在對油泥裂解時，通過水冷回收凝液，并在裝置末端連接氣袋收集未凝氣。但結(jié)果并未收集到凝液，大部分未凝氣為空氣與二氧化碳，有機氣體成分較少，而在這部分有機氣體中，真正有回收效益的氣體含量更少［8］。未凝氣成分分析如圖6所示。裂解能耗［9］根據(jù)加熱含油污泥所需熱量來估計。將含油污泥成分簡化為只含泥沙、油和水，密度為常數(shù)。分別計算各組分由室溫加熱至600°C所需熱量，然后加和得到總熱量。經(jīng)計算，處理1kg含油污泥所需消耗熱量為1834.17kJ。每千克標(biāo)準(zhǔn)煤熱量按29308kJ計算，則裂解1t含油污泥需62.6kg標(biāo)準(zhǔn)煤。按裂解爐效率為70%,標(biāo)準(zhǔn)煤價格為700元/t計算，裂解1t含油污泥需花費62.6元。而裂解后沒有收集到液態(tài)油，且收集到的有價值氣體量非常少，能耗收益甚微。所以，當(dāng)含油污泥含油量在2%時，再使用裂解法對其處理回收是及不經(jīng)濟的。如果將含油污泥處理后殘渣用于制磚，則相當(dāng)于借助原來燒磚的窯溫，對含油污泥中的有害物質(zhì)進行高溫處理，企業(yè)僅需將含油污泥殘渣運至磚廠，沒有增加額外的處理成本。按含油污泥殘渣公路運價0.5元/tkm,則磚廠在企業(yè)125.2km范圍以內(nèi)，含油污泥制磚都是更經(jīng)濟的。如果125.2km內(nèi)沒有磚廠，那么制磚的優(yōu)勢便沒有那么明顯了，此時如果企業(yè)產(chǎn)生含油污泥量較大時，可綜合分析考慮就地建磚廠，或根據(jù)幾家企業(yè)的位置分布共建一所磚廠，解決含油污泥的處理問題。所以如果能實現(xiàn)含油污泥殘渣制磚，將會是含油污泥處理的一條有效途徑。3.2含油污泥制磚的環(huán)境評價用含油污泥處理后殘渣生產(chǎn)燒結(jié)磚，在低溫預(yù)熱段時會產(chǎn)生少量的二惡英等有害氣體。但二惡英具有低溫特性，當(dāng)溫度到達850C時，二惡英將被完全氧化分解，可以認為在此燒結(jié)過程中不會產(chǎn)生二惡英危害。而用含油污泥制磚的優(yōu)點確是顯而易見的，含油污泥制磚可以最大程度地實現(xiàn)其減容化、無害化和資源化利用，避免了含油污泥積存的問題，減少了含油污泥對環(huán)境的危害。(1)利用含油污泥處理后殘渣做為燒結(jié)磚的部分原料可行，但要掌握好配比。試驗結(jié)果表明：適宜燒結(jié)磚的含油污泥的含油量應(yīng)小于4%,黏土所占百分比應(yīng)大于40%。將含油污泥用于制磚，并不能為制磚行業(yè)帶來多大利益，但卻為含油污泥找到了一種資源化、無害化的處理方法。（2）在普通制磚過程中要摻入一定比例的煤粉，試驗結(jié)果表明，含油污泥中的含油不能完全取代煤粉，因為作為處理后的污泥，其中的含油量還是非常低的，在實際工業(yè)生產(chǎn)中還應(yīng)摻入適量煤粉。（3）目前實心磚的空心化和微孔化已成為綠色建材的發(fā)展需要，試驗結(jié)果表明，含油污泥中殘油基本無法起到成孔劑作用。因為處理后污泥中殘油含量并不高，實驗室燒結(jié)磚相比普通燒結(jié)磚更加密實，所以要實現(xiàn)磚胚的微孔化，還需找到更合適的成孔劑。（4）通過裂解試驗，并對裂解回收組分進行分析發(fā)現(xiàn)，含油量僅有2%的含油污泥殘渣采用裂解法處理極不經(jīng)濟。而含油污泥殘渣制磚既能做到低成本處理，又能實現(xiàn)污染物減容，降低石油企業(yè)和環(huán)境的負擔(dān)，是一條經(jīng)濟綠色的處理途徑?！鞠嚓P(guān)文獻】李君，羅亞田，丁颯.國內(nèi)外含油污泥的處理現(xiàn)狀分析[J].能源環(huán)境保護，2007,21（5）:12-14.張瓊玖，張曉東.廢鉆井泥漿固化制磚試驗[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報，1994,16（4）:73-77.姜勇，趙萍，董鐵有，等.含油污泥油含量測定方法[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008,33（2）:115-117.趙偉.城市污泥資源化處理制磚技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2005:21-31.徐揚，閻長虹，許寶田，等.城市河道淤泥資源化利用的燒結(jié)制磚試驗研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2013,35（增刊）：125-129.西安墻體材料研究設(shè)計院.燒結(jié)普通磚：GB/T5101