含油污泥及熱解殘渣在建筑領域中的應用概述

朱海林

新疆大學建筑工程學院

1 引言

在石油的開采、勘探和運輸中會產生大量的含油污泥，據不完全統計全球含油污泥產量已超過300 萬噸，全球年產量超過6000 萬噸[1]。直接將含油污泥排入環境不僅會造成原油的浪費還會對環境造成嚴重的污染。由于含油污泥的構成與建材類似，固化后的含油污泥能作為一種新型的建材[2]。為資源化利用含油污泥，解決含油污泥對環境的污染問題具有重要的工程意義。本文對含油污泥在膠凝材料、混凝土、道路建設中的應用進行了綜述。

2 含油污泥的種類及理化性質

在原油開采、勘探和運輸過程中形成的含油污泥性質有很大區別。根據含油污泥的產生方法，含油污泥可分為清罐油污泥，浮渣油污泥和落地油污泥[3]，其組成成分如表1～3 所示。含油污泥的含水率與含油率較高，因此在對其資源化利用時必須將其進行無害化處理回收其中的油分。圖4為油污泥進過高溫熱解處理后得到的油污泥熱解殘渣的電鏡掃描圖。由圖4可知含油污泥的粒徑較小，孔隙結構發達。李金靈[2]等人通過紅外光譜分析得出殘渣的熱解碳表面存在不飽和的碳鏈與硅氧烷碳鏈等有機化合物，其中的固體成分與建筑材料的組成成分相似，高昌盛[3]等人對油污泥熱解殘渣進行XRD 試驗可知，含油污泥固體的主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3等金屬氧化物，這為含油污泥作為一種新的材料提供了依據。Rajab[4]等人發現熱解炭具有豐富的孔隙結構和較強的吸附能力，并且含有少量重金屬，可作為吸附劑和催化劑，并且在堿性條件下能增加熱解碳的孔隙。這為油污泥熱解殘渣在道路工程中的應用奠定了基礎。

表2 浮渣含油污泥的組成成分

表3 落地含油污泥的組成成分

圖1 熱解殘渣FI-IR

圖2 熱解殘渣XRD圖

圖3 含油污泥的SEM圖

3 含油污泥及熱解殘渣在建筑中的應用

3.1 含油污泥及熱解殘渣在膠凝材料中的應用

基于含油污泥中含有鈣、鋁、鐵、硅等氧化物的特點，已有研究學者將熱解處理后的含油污泥代替或部分代替膠凝材料應用在混凝土中。Aboutabikh[5]等人將含油污泥經過熱處理后代替了水泥砂漿中20%的水泥，結果表明，熱解后的含油污泥代替部分水泥后不會對水泥砂漿的性質造成影響，含油污泥中的有害物質浸出量明顯減少。Abousnina[6]等人將輕質油污染的含油污泥與硅酸巖水泥混合后發現含1%的含油污泥的硅酸鹽水泥砂漿的強度最高，4%摻量的含油污泥能改善水泥砂漿的強度，含20%的含油污泥水泥砂漿仍然滿足填埋和制磚要求。并且將浮渣含油污泥與堿性粉煤灰混合后，可作為水泥生產中的原材料或部分替代水泥制成膠凝材料。Abdul[7]等人發現，將含油污泥與水泥混合后可替代石灰石作為窯料,并且含油污泥與電弧爐渣混合后可替代38%的石灰石粉和72%的黏土制作水泥。綜上所述，含油污泥作為一種生產水泥或部分代替水泥的新型建材，已初步應用于建筑業。

3.2 含油污泥在混凝土中的應用

基于含油污泥及熱解殘渣在膠凝材料中的應用基礎上，已有學者將含油污泥在混凝土中的應用進行了大量研究。Almu?tairi[8]等人發現將水泥：含油污泥：粗集料的比為1：1.5：3的配比下能增加混凝土的吸水性。將含油污泥替代20%的細集料后不會降低混凝土的強度。Mneina[9]等人將混凝土中加入含油污泥時發現，含油污泥能降低混合料的干密度，提高混凝土的強度，并且能明顯減少含油污泥中有毒物質的析出。Souza[10]等人發現將含油污泥替代30%的黏土后是一種良好的制磚材料，且能完全固化含油污泥中的重金屬等有害物質。含油污泥作為制磚材料時明顯降低了水的用量。可見含油污泥在建筑中得到了大量應用。

3.3 含油污泥在道路工程中的應用

含油污泥及熱解殘渣在建筑中的應用較為廣泛但在道路工程中的應用較小，任雯[4]等人對油污泥熱解殘渣作為三、四級公路路基填料時其路基強度滿足要求，重金屬和放射性元素符合建筑材料標準。唐紅[11]等人將油污泥固化修筑路基，并為油污泥作為路基填料提供了施工工藝，并將油污泥熱解殘渣作為路基填料時發現油污泥熱解殘渣的無側限抗壓強度、水穩定性與水泥的摻量呈正相關，并且含油污泥作為一種路基填料時，重金屬的浸出滿足環境排放標準。綜上所述，含油污泥及熱解殘渣主要作為一種路基填料，在道路工程中得到了一定量的應用，但應用范圍較小，若要擴展含油污泥及熱解殘渣在道路工程中的進一步應用，需要根據其不同的理化性質針對性地進行改性。

4 結束語

石油在開采、勘探、運輸過程中會產生大量的含油污泥，因含油污泥及熱解殘渣的組成成分與建筑材料相似，在建筑領域有著廣泛的應用前景。為了可持續發展，應將含油污泥在建筑領域重新進行資源化利用。

含油污泥及熱解殘渣在建筑領域中雖然得到了大量的應用，但由于含油污泥的性質受原油種類的影響較大，使得其應用范圍較小。將含油污泥應用于建筑領域之前，應對含油污泥的組成成分，化學性質進行分析，根據其特點進行資源化利用，或者通過添加改性劑針對性地對含油污泥及熱解殘渣進行改性，擴大含油污泥在建筑領域的應用范圍。