固態(tài)廢物無害化處理技術(shù)研究

王江莉

（山西大成至遠(yuǎn)環(huán)保科技有限公司，山西 晉中 030600）

石油、天然氣為當(dāng)前除了煤炭之外的主要能源，在開采過程中由于需要完成鉆進(jìn)作業(yè)，會產(chǎn)生大量的鉆井伴隨所產(chǎn)生的固態(tài)和液體的廢物，主要包括有廢泥漿和巖屑。這些固態(tài)和液態(tài)的廢物具有極高的污染特性，且其成分也相對復(fù)雜并具有較大的毒性；若處理不當(dāng)會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，包括對突水、地表水以及地下水的污染[1]。本文針對石油、天然氣等鉆井過程中所產(chǎn)生的固態(tài)和液態(tài)的廢物進(jìn)行無害化處理，減小其對環(huán)境造成的污染。

1 固態(tài)廢物的特征

天然氣、石油鉆井過程中所產(chǎn)生的固態(tài)廢物包括有鉆井廢泥漿、巖屑和其他固態(tài)廢物。

天然氣和石油等在鉆井過程中一般采用鉆井泥漿，該物質(zhì)的主要作用是對天然氣、石油的鉆井進(jìn)行穩(wěn)定、固定，并對鉆井中的底層壓力進(jìn)行平衡的同時將巖屑攜帶出來。鉆井泥漿根據(jù)不同的分類可分為多種類型，本文所研究的鉆井泥漿為聚磺鉆井泥漿，其是將水、固態(tài)材料、油類以及化學(xué)處理劑按照一定的比例配置而成[2]。

巖屑為伴隨鉆井過程中所攜帶出來的物質(zhì)，鑒于其主要附著于鉆井泥漿上，因此，還需對其進(jìn)行特殊處理后才能夠排放至自然環(huán)境中。對于不同類型的鉆井，對應(yīng)所產(chǎn)生的巖屑的量也存在較大差異。

其他固態(tài)廢物主要包括有鉆進(jìn)過程中對設(shè)備清理、維護(hù)以及搬運過程中所產(chǎn)生的工業(yè)固態(tài)廢物、易耗物品等。

上述三類固態(tài)廢物在鉆井過程中所產(chǎn)生的具體數(shù)量如表1 所示。

表1 不同鉆井固體廢物產(chǎn)生量m3

為保證對固態(tài)廢物的處理效果，需掌握上述3 個鉆井所產(chǎn)生的固態(tài)廢物的各項污染物含量的指標(biāo)，如表2 所示。

表2 石油、天然氣鉆井固態(tài)廢物的各項污染物含量

2 固態(tài)廢物的預(yù)處理

由于鉆井所產(chǎn)生的固態(tài)廢物的化學(xué)成分相對復(fù)雜、顏色較深且穩(wěn)定性較差，為保證最終的處理效果，需對其進(jìn)行預(yù)處理，即對固態(tài)廢物進(jìn)行更深層次的固態(tài)[3]。對其固化處理的主要原理為采用相應(yīng)的化學(xué)添加劑對其進(jìn)行脫水處理，使其將固態(tài)廢物轉(zhuǎn)變液溶態(tài)水合物后，經(jīng)過靜置一段時間后，得到硬化的狀態(tài)。固態(tài)廢物經(jīng)固化處理后的最終產(chǎn)物為不可逆轉(zhuǎn)的常態(tài)固化土，具有一定的圈閉包裹性，從而限制了廢泥漿的流動，從而避免了污染被擴(kuò)散的問題。

對于預(yù)處理的固化操作而言，重點在于選擇高效的固化劑，并采取合理的工藝流程完成固化操作。

2.1 固化劑的確定

在選擇固化劑時需根據(jù)固態(tài)廢物的特征，綜合考慮其膠凝、促凝、膠結(jié)、硬化等作用進(jìn)行選擇。目前廣泛應(yīng)用的固化劑類型包括有石灰水泥類固化劑、礦渣硅酸鹽類固化劑以及高聚物類固化劑及DH 處理劑[4]。本節(jié)將對上述4 類固化劑的固化效果進(jìn)行對比，最終確定最佳的固化劑類型。

取200 mL 固態(tài)廢物4 個，并在其中分別加入石灰水泥類固化劑、礦渣硅酸鹽類固化劑以及高聚物類固化劑及DH 處理劑40 g，對不同固化劑對應(yīng)的固化效果進(jìn)行對比，對比結(jié)果如第278 頁表3 所示。

表3 不同固化劑對固態(tài)廢物的固化效果

對應(yīng)的添加不同固化劑后固態(tài)廢物的浸出液各項指標(biāo)的檢測結(jié)果如表4 所示。

表4 不同固化劑對應(yīng)的固態(tài)廢物浸出液指標(biāo)

如表4 所示，4 類固化劑對應(yīng)的浸出液各項指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，其中以DH 處理劑為固化時對應(yīng)的浸出液的各項指標(biāo)最好[5]。但是，DH 處理劑的成本比水泥、粉煤灰的成本高很多。因此，綜合考慮最終確定采用水泥或水泥+粉煤灰為固化劑對固態(tài)廢物進(jìn)行預(yù)處理。

2.2 固化劑添加量的確定

在上述研究基礎(chǔ)上，本節(jié)以水泥為固化劑對添加不同量的固態(tài)廢物的固化效果和浸出液的各項指標(biāo)的進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表5、表6 所示。

表5 不同固化劑添加量對固態(tài)廢物的固化效果

如表5 所示，隨著固化劑添加量的增加對應(yīng)所形成固化物的抗壓強(qiáng)度增加。具體分析可知，當(dāng)添加固化劑的量為40 g 和60 g 時對應(yīng)的固化物的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)很高了?？紤]固化劑添加量增加不利于現(xiàn)場施工。因此，確定最佳固化劑的添加量為60 g。

如表6 所示，隨著固化劑添加量的增加對應(yīng)固態(tài)廢物浸出液的各項指標(biāo)均在降低；同樣，當(dāng)固化劑添加量為80 g 和60 g 時對應(yīng)的浸出液的各項指標(biāo)相差非常小。因此，綜合考慮將固化劑的添加量確定為60 g。

表6 不同固化劑添加量對應(yīng)浸出液的各項指標(biāo)對比

2.3 固態(tài)廢物處理流程

根據(jù)上述實驗得出待處理固態(tài)廢物對應(yīng)的最佳固化預(yù)處理工藝參數(shù)，并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行固化預(yù)處理后，將其固化凝固5 d～7 d 后，對形成的土壤固化物進(jìn)行處置。結(jié)合當(dāng)期的自然條件采用水泥封蓋與覆土還耕的方法對土壤固化物進(jìn)行處置，具體的示意圖如圖1 所示。

圖1 水泥封蓋+覆土還耕的處置示意圖

3 結(jié)語

固態(tài)廢物為工業(yè)生產(chǎn)中不可避免的廢棄物，以石油、天然氣鉆井為伴隨產(chǎn)生的固態(tài)廢物為例，其具有較大的毒性，且對所在區(qū)域的土壤、地表水和地下水具有較強(qiáng)的污染特性。在當(dāng)前國家大力號召保護(hù)環(huán)境的形式下，采取合理有效的處理措施十分重要。本文重點研究了固態(tài)廢物的預(yù)處理工藝參數(shù)和最終的處置流程，并總結(jié)如下：

1）適用于石油、天然氣固態(tài)廢物的最佳預(yù)處理固化劑為水泥或水泥+粉煤灰，最佳添加量應(yīng)為200 g固態(tài)廢物中添加60 g 固化劑；

2）對最終形成的土壤固化物采用水泥封蓋與覆土還耕的方法進(jìn)行處置。