熱解吸還原土的資源化利用研究進展

譚 林，譚 鴻，楊發(fā)疆

（中國石化西北油田分公司油田工程服務中心，新疆 輪臺 841600）

油田在進行開采作業(yè)過程中不可避免的產生含油污泥，污染物主要包括揮發(fā)性有機物 (VOCs) 及半揮發(fā)性有機物( SVOCs)，不及時處置會對大氣和土壤造成污染，不符合可持續(xù)發(fā)展要求，故需對含油污泥進行處理。污油泥的處理技術包括熱化學清洗技術、超熱蒸汽干化技術、水熱處理技術和熱解吸技術等[1]，目前塔河油田主要采用熱解吸技術對含油污泥進行處理，處理后的土壤含油率可降至2%，符合DB65/T3997-2017《油氣田含油污泥綜合利用污染控制要求》，對環(huán)境造成的危害較小。

無害化處理和資源化利用是處置含油污泥的兩種不同方式，資源化利用更符合可持續(xù)發(fā)展需求，不僅能降低對環(huán)境的污染，更能創(chuàng)造經濟價值，因此將熱解吸處理后的還原土資源化利用是亟待解決的環(huán)保難題。

1 熱解吸處理技術

1.1 熱解吸處理流程

熱解吸技術采用高溫氣化原理，在高溫、無氧的條件下使得污油泥中的有機污染物蒸發(fā)，通過噴淋、靜置處理，實現(xiàn)油、水的分離，混合氣體進行燃燒處理實現(xiàn)無害化，而經熱相分離處理的土壤稱為還原土。

如圖1 所示，受浸泥土經破碎篩分機破碎后，通過上料橇輸送至熱相分離單位，通過天然氣燃燒的高溫煙氣對其進行間接加熱，使得其中油和水氣化，從土壤中分離，混合氣進入噴淋單元進行急冷。油水冷凝后進入油水分離系統(tǒng)進行分離，不凝氣進入熱脫附系統(tǒng)中作為輔助燃料燃燒。油水分離系統(tǒng)中，油品密度為0.86，接近于柴油，被回收利用；水經過冷卻降溫后循環(huán)進行噴淋使用；對熱分離單元處理后的固相（還原土） 進行噴淋降溫抑塵，通過皮帶運輸?shù)酱鎯^(qū)。

圖1 熱解吸處理流程

1.2 還原土的浸出液毒性

朱維等對熱解吸處理后的還原土進行抽樣檢測，結果表明，經熱解吸處理后的固體物浸出液浸出毒性低于GB5085.3-2007《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》 的限值，說明熱解吸處理技術緩解了含油污染物對環(huán)境的影響，還原土中有害成分具有一定穩(wěn)定性[2]。由此可見，熱解吸處理后的還原土資源化應用具有可行性。

1.3 還原土的含油率

對塔河油田內熱解吸處理后的還原土進行檢測，發(fā)現(xiàn)還原土中含油率為0.09%～0.33%，而GB/T25031-2010《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質》、CJ/T309-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農用泥質》、GB/T 23486-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》、GB4284-2018《農用污泥污染物控制標準》中規(guī)定礦物油的濃度限值均為0.3%，因此可以采用摻混稀釋的辦法將還原土的石油烴含量降至標準要求，探討還原土資源化利用的可行性。

2 還原土的綜合利用方式

2.1 直接回填

高溫熱脫附單元處理后的土壤，顆粒較小，質地松散不易聚結成塊，易揚塵，所以需噴淋補水后再填埋。這種處理方式簡單直接，對生態(tài)環(huán)境無害，但這僅是對還原土的無害化處置，未能創(chuàng)造經濟價值。

2.2 植被種植

因高溫加熱會對土壤造成有機質降解、土壤結構和礦物質改變、植物營養(yǎng)素和元素改變等影響，熱解后的土壤直接用于農業(yè)耕種的效果不甚理想，而將還原土以一定比例與當?shù)氐乇硗梁头柿匣旌虾蠓N植植被是一條可行線路。

王曉東等根據(jù)長慶油田地處黃土高原，降水少的特點，選擇采用比較普遍的多花黑麥草、抗旱性強的沙棘以及當?shù)胤浅Ｆ毡榈谋葑魑餅榭疾鞂ο?，考察它們的移栽成活率。結果顯示，當?shù)氐谋葑顬檫m應還原土種植，且三種植物成活率都在60%以上；同時得出還原土、當?shù)氐乇硗?、農家有機肥土壤最佳配比為5∶3∶2（體積比）的結論[3]。

本文實驗，將還原土以50%，80%的比例摻入地表土中，種植楊樹，觀察最終成活數(shù)量，結果表明，摻混比例為50%的土壤種植的楊樹成活率高達90%以上。后期如果要尋找一個最佳的配比，就需要擴大種植基數(shù)，另外再增加多種植被類型，比如棉花，冰草等。

2.3 固化處理

固化處理技術是利用固化材料產生一系列物理化學作用，將熱解吸處理后還原土中的有害成分封閉在穩(wěn)定的固化體中，然后加工成路基材料、燒結磚和免燒磚等各類資源化產品。

2.3.1 固井材料

蔡浩等人進行了廢渣基固化劑固化實驗和摻渣水泥漿體系性能的研究，探討了熱解吸還原土資源化利用的可行性。在固化實驗研究中，實驗人員將熱解吸處理后的油基鉆屑殘渣（簡稱“熱解油基鉆屑”） 與粉煤灰、活性增強材料以及PC32.5 水泥混合，在水固比為0.13，溫度為(20±2) ℃，濕度為（90±2） %的條件下，制成原材料，養(yǎng)護至一定齡期后對其進行一系列材料實驗分析：無側限抗壓強度、水穩(wěn)性實驗、凍融循環(huán)實驗、固化體浸出液的制備和微觀結構分析。實驗表明：隨著固化劑摻量和養(yǎng)護齡期的增加，固化體的無側限抗壓強度增大，標準養(yǎng)護28 天后，以自制固化劑（CS） 固化熱解油基鉆屑抗壓強度性能優(yōu)于水泥，且摻CS 固化體生成了大量C-S-H 凝膠和少量AFt，具有較高的水穩(wěn)性和抗凍性，同時抑制熱解油基鉆屑中污染物的浸出[4]。

姚曉等探究熱解油基鉆屑替代部分油井水泥制備固井用水泥漿的實驗結果顯示，熱解油基鉆屑可部分（30%～60%） 替代油井水泥，可就地用于非產層段油層套管及油井技術套管或油層套管固井，既能實現(xiàn)熱解油基鉆屑得資源化利用，又能降低固井材料成本[5]。

2.3.2 燒結磚

周伯均等人的發(fā)明專利中提到，將頁巖和煤矸石粉碎成粒徑小于或等于1.0rnn 的頁巖粉和煤矸石，將頁巖粉、煤矸石粉、油基鉆屑殘渣和粉煤灰混合攪拌均勻得固相混合料，再向固相混合料中加入水混合攪拌均勻得半干狀混合料，將半干狀混合料輸送至真空擠壓磚機中真空擠壓成型，并切制成磚坯，經干燥、焙燒、冷卻而成;所述半干狀混合料中各組份的重量百分比為:頁巖粉27%～65%、煤矸石粉6%～9%、油基鉆屑殘渣9%～45%、粉煤灰2%～6%、 水11%～19%。本發(fā)明制得的燒結磚的出窯抗壓強度為10.4～19.0MPa，能夠滿足GB5101-201《燒結普通磚》中MU10MU20型號建筑用磚相應的強度要求。各實施例燒結磚的凍融后抗壓強度損失率均低于2%,并在水中長期（半年） 浸泡無軟化和質量損失現(xiàn)象，可應用于建筑用磚。并且所制得的燒結磚浸出液中的重金屬濃度及相關指標遠低于 《GB5085.7-2007 危險廢物鑒別標準通則》和《GB8978-1996 污水綜合排放標準》，不會對環(huán)境造成二次污染，實現(xiàn)了對頁巖氣油基鉆屑殘渣的無害化和資源化綜合利用[6]。

3 結語

針對熱解吸處理后的還原土性質進行分析，探討了還原土資源化利用的處置方式——種植植被和固化處理的可行性。文中提到的實驗，結果表明種植和制磚都是可行的，但還未大規(guī)模投入使用。文中提到的種植非農作物，僅以成活率作為判斷評價標準，沒有對作物的果實、根、莖、葉等植物有機體的有機烴毒性殘留及對食物鏈中人畜機體影響方面做深入研究，無法確定還原土種植對生態(tài)環(huán)境徹底無害，后期需針對此問題開展相關研究。