含油污泥及热解残渣在建筑领域中的应用概述

朱海林

新疆大学建筑工程学院

1 引言

在石油的开采、勘探和运输中会产生大量的含油污泥，据不完全统计全球含油污泥产量已超过300 万吨，全球年产量超过6000 万吨[1]。直接将含油污泥排入环境不仅会造成原油的浪费还会对环境造成严重的污染。由于含油污泥的构成与建材类似，固化后的含油污泥能作为一种新型的建材[2]。为资源化利用含油污泥，解决含油污泥对环境的污染问题具有重要的工程意义。本文对含油污泥在胶凝材料、混凝土、道路建设中的应用进行了综述。

2 含油污泥的种类及理化性质

在原油开采、勘探和运输过程中形成的含油污泥性质有很大区别。根据含油污泥的产生方法，含油污泥可分为清罐油污泥，浮渣油污泥和落地油污泥[3]，其组成成分如表1～3 所示。含油污泥的含水率与含油率较高，因此在对其资源化利用时必须将其进行无害化处理回收其中的油分。图4为油污泥进过高温热解处理后得到的油污泥热解残渣的电镜扫描图。由图4可知含油污泥的粒径较小，孔隙结构发达。李金灵[2]等人通过红外光谱分析得出残渣的热解碳表面存在不饱和的碳链与硅氧烷碳链等有机化合物，其中的固体成分与建筑材料的组成成分相似，高昌盛[3]等人对油污泥热解残渣进行XRD 试验可知，含油污泥固体的主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3等金属氧化物，这为含油污泥作为一种新的材料提供了依据。Rajab[4]等人发现热解炭具有丰富的孔隙结构和较强的吸附能力，并且含有少量重金属，可作为吸附剂和催化剂，并且在碱性条件下能增加热解碳的孔隙。这为油污泥热解残渣在道路工程中的应用奠定了基础。

表2 浮渣含油污泥的组成成分

表3 落地含油污泥的组成成分

图1 热解残渣FI-IR

图2 热解残渣XRD图

图3 含油污泥的SEM图

3 含油污泥及热解残渣在建筑中的应用

3.1 含油污泥及热解残渣在胶凝材料中的应用

基于含油污泥中含有钙、铝、铁、硅等氧化物的特点，已有研究学者将热解处理后的含油污泥代替或部分代替胶凝材料应用在混凝土中。Aboutabikh[5]等人将含油污泥经过热处理后代替了水泥砂浆中20%的水泥，结果表明，热解后的含油污泥代替部分水泥后不会对水泥砂浆的性质造成影响，含油污泥中的有害物质浸出量明显减少。Abousnina[6]等人将轻质油污染的含油污泥与硅酸岩水泥混合后发现含1%的含油污泥的硅酸盐水泥砂浆的强度最高，4%掺量的含油污泥能改善水泥砂浆的强度，含20%的含油污泥水泥砂浆仍然满足填埋和制砖要求。并且将浮渣含油污泥与碱性粉煤灰混合后，可作为水泥生产中的原材料或部分替代水泥制成胶凝材料。Abdul[7]等人发现，将含油污泥与水泥混合后可替代石灰石作为窑料,并且含油污泥与电弧炉渣混合后可替代38%的石灰石粉和72%的黏土制作水泥。综上所述，含油污泥作为一种生产水泥或部分代替水泥的新型建材，已初步应用于建筑业。

3.2 含油污泥在混凝土中的应用

基于含油污泥及热解残渣在胶凝材料中的应用基础上，已有学者将含油污泥在混凝土中的应用进行了大量研究。Almu⁃tairi[8]等人发现将水泥：含油污泥：粗集料的比为1：1.5：3的配比下能增加混凝土的吸水性。将含油污泥替代20%的细集料后不会降低混凝土的强度。Mneina[9]等人将混凝土中加入含油污泥时发现，含油污泥能降低混合料的干密度，提高混凝土的强度，并且能明显减少含油污泥中有毒物质的析出。Souza[10]等人发现将含油污泥替代30%的黏土后是一种良好的制砖材料，且能完全固化含油污泥中的重金属等有害物质。含油污泥作为制砖材料时明显降低了水的用量。可见含油污泥在建筑中得到了大量应用。

3.3 含油污泥在道路工程中的应用

含油污泥及热解残渣在建筑中的应用较为广泛但在道路工程中的应用较小，任雯[4]等人对油污泥热解残渣作为三、四级公路路基填料时其路基强度满足要求，重金属和放射性元素符合建筑材料标准。唐红[11]等人将油污泥固化修筑路基，并为油污泥作为路基填料提供了施工工艺，并将油污泥热解残渣作为路基填料时发现油污泥热解残渣的无侧限抗压强度、水稳定性与水泥的掺量呈正相关，并且含油污泥作为一种路基填料时，重金属的浸出满足环境排放标准。综上所述，含油污泥及热解残渣主要作为一种路基填料，在道路工程中得到了一定量的应用，但应用范围较小，若要扩展含油污泥及热解残渣在道路工程中的进一步应用，需要根据其不同的理化性质针对性地进行改性。

4 结束语

石油在开采、勘探、运输过程中会产生大量的含油污泥，因含油污泥及热解残渣的组成成分与建筑材料相似，在建筑领域有着广泛的应用前景。为了可持续发展，应将含油污泥在建筑领域重新进行资源化利用。

含油污泥及热解残渣在建筑领域中虽然得到了大量的应用，但由于含油污泥的性质受原油种类的影响较大，使得其应用范围较小。将含油污泥应用于建筑领域之前，应对含油污泥的组成成分，化学性质进行分析，根据其特点进行资源化利用，或者通过添加改性剂针对性地对含油污泥及热解残渣进行改性，扩大含油污泥在建筑领域的应用范围。