含油污泥处置研究新进展

http://www.water.hc360.com2020年01月16日10:24 来源:《化学环保》T|T

    慧聪水工业网 油基钻屑是采用油基泥浆在进行钻井作业中产生的一种含油污泥,已被列入2016年版《国家危险废物名录》(废物类别:HW08)。无论是海上钻井平台还是内陆油气田,均远离人群居住地,油基钻屑最初被直接丢弃,直到上20世纪70~80年代,人们才逐步意识到它对当地生态环境造成的破坏。自此,各个国家和地区开始制定相应的排放标准,且日趋严苛。我国质量技术监督局于2008年颁布了《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》,规定:渤海区域不得排放任何含油钻井废弃物,其他一级、二级和三级海域的排放标准分别为含油率不得超过1%、3%和8%,且Hg和Cd的含量分别不得超过1mg/kg和3mg/kg。2015年我国正式实施新环保法,对油基钻屑这类危险废弃物的管控和安全处理处置提出了更高的要求,具体实施细则规定:在产生、储存、运输和处理的整个过程中,含油污泥均不得落地。迫于环保压力,各类新旧技术纷纷涌现,研究用于油基钻屑的处理处置。

    在现有文献中,一般将处理技术和处置技术放在一起讨论,但它们有本质区别:处理是指弱化或去除油基钻屑中的污染物,而处置则是为油基钻屑寻找最终归宿。据此,本文通过细化分类,系统综述了现有各种处置技术和处理技术,包括技术原理、优缺点及应用前景,并展望了未来发展方向。

    1、油基钻屑处置技术

    最初的油基钻屑被直接丢弃,这种简单粗暴的方法也可视为一种处置技术。随着人们认识的深入,处理技术才逐渐出现,因此对油基钻屑而言,是“先有处置技术,后有处理技术”。随着环保法规的逐步加强,大多数的处置技术已不被推荐用于直接处置,而仅作为油基钻屑预处理后剩余残渣的最终处置方法。由于海上钻井平台和内陆油田地理环境的显著差异,下文将分此两种情况进行讨论。

    1.1海上钻井平台油基钻屑的处置技术

    1.1.1弃海

    若油基钻屑不经过任何预处理,直接丢弃到海洋中,会对海洋生态环境造成极难恢复的破坏,此种处置方法现已被禁止。但如果通过预处理后达到了相关排放标准,剩余残渣则可以弃海。这是一种操作简单、成本低的海上处置技术。ALMEIDA等从环境、经济、安全和技术4个方面综合分析了弃海、回注、运回内陆微波热解、运回内陆集中处置4种处置技术,认为弃海仍然是目前适用的技术。虽然该技术会造成一定的环境污染,但在法律允许的海域经预处理达标后弃海,仍然是目前海上平台油基钻屑处置技术。

    1.1.2回注

    回注是将油基钻屑注入到海底安全地层或已完成开采的废井中。该技术可实现油基钻屑的大批量处理,其关键在于选择回注工艺和安全地层,需保证既不泄露、又不影响平台的继续开采。2001年康菲石油公司与中海油合作,在渤海蓬莱19-3油田实现了国内第一次油基钻屑的回注,有效处置了4800m3的油基钻屑和720m3的油泥。相比弃海,回注无需预处理除油,但增加了研磨和调制工序,需高压回注设备,且储存地层有泄露风险,适用性在ALMEIDA等分析的4种技术中仅排在末位。

    1.1.3运回内陆

    对于不具备弃海和回注条件的海上平台,将油基钻屑运回内陆是唯一的选择,其最终处置方式与内陆油田油基钻屑一样,但多了从海上运输回内陆的工序,因此费用要高于采用同样处置技术的内陆油基钻屑。在ALMEIDA等分析的4种技术中,运回内陆后微波热脱附和运回内陆后在危废厂集中处置的适用性分别排在第二、第三位,介于弃海和回注之间。

    1.2内陆油田油基钻屑的处置技术

    1.2.1土地耕种

    该方法与海上钻井平台的弃海法对应,是将油基钻屑直接或调制后分撒在荒地、耕地上,利用土壤中原有的微生物菌群自然分解其中的有机物,另一种类似方法是利用湿地微生物降解油基钻屑。该方法环境风险极大,油基钻屑中的有机物、重金属和碱性盐均会分散到土壤中,进一步造成水体和大气污染。有机物中的沥青、蜡质等大分子物质经过很长时间均不能降解完全,分解周期可长达几年。即便如此,该方法无需刻意培养微生物,操作简单,成本低廉,在国外部分地区仍有应用。但我国土地资源紧缺,湿地宝贵,在国内是被禁止的处置技术。

    1.2.2填埋

    填埋与海上钻井平台的回注法对应,是将油基钻屑掩埋到地下的一种处置方法。最初的内陆油田油基钻屑不经处理直接填埋,发展到后来经固化后填埋,近年来则一般作为油基钻屑预处理除油后残渣的最终处置。油基钻屑的填埋要求残渣含油率不超过3%,填埋深度应介于地表1.5m以下和地下水水平面1.5m以上。该方法操作简单、成本低廉,处理量大,是目前内陆油田应用广的处置技术。

    1.2.3资源化利用

    油基钻屑属于固体废物,无论采用何种技术处理,其中的固体颗粒都不会消失,需为其寻找最终归宿。一类是将其返回大自然,如前所述的弃海、回注、土地耕种和填埋;另一类则是将其资源化利用,这是目前最推崇的处置技术,也是近年来的研究热点。资源化利用技术主要是利用油基钻屑中的SiO2、BaSO4等无机组分作为建筑材料,包括铺路基材、水泥熟料、免烧陶粒、免烧砖、轻骨料和烧结陶瓷等。它们的资源化成本依次增加,同时产品的附加值也随之提高。建材利用的关键是要因地制宜,根据当地的地理环境和实际需求选择利用方式,既要保证材料性能,又要满足环保要求。近期,波兰的HEJNA等则将油基钻屑制作成生物复合材料ε-聚己内酯的富硅改良剂,为其高值化利用提供了一种新思路。

    2油基钻屑处理技术

    根据油基钻屑中污染物(主要是有机污染物)处理后的归趋,本文将油基钻屑处理技术归纳为限制技术(仅控制污染物扩散迁移)、分离技术(仅分离去除污染物)和降解技术(分解污染物)三大类。

    2.1限制技术

    前文已述的回注和填埋均可归属于该类技术,但回注和填埋是将油基钻屑直接处置,而不仅是处理技术。此外,稳化/固化法也属于限制技术,且仅为处理技术,固化产物需通过填埋或资源化利用进行最终处置。稳化是通过化学、物理的方法将有毒有害的物质转变为低溶解度、低迁移率和低毒性的物质,而固化则是在废物中加入固化剂,使之转变成为不可流动的固体或者紧密固体的过程,二者一般通常同时发生。采用的固化剂主要包括水泥、粉煤灰、高碳灰、生石灰和其他自制固化剂,一般为二元及以上的混合固化剂。稳化/固化法的根本是抑制有机物、重金属和氯离子等污染物的迁移。若直接固化油基钻屑原样,因其含油率高,会导致固化体内的水合晶体间断,随着时间推移有龟裂的可能,加大了二次污染风险;若固化对象为除油后的钻屑残渣,则该风险可大幅降低,但又增加了预处理工序。

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