CN111303890B - 一种固体废弃物处理用固化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固体废弃物处理用固化剂，包括以下质量份数的组份：高钙粉煤灰60份‑90份；脱硫石膏6份‑14份；火山灰5份‑9份；膨润土1份‑5份；氯化钙1份‑5份；硫酸钠1份‑3份。本发明提供的固体废弃物处理用固化剂具备强有力的吸水性，应用于实际中可以低成本、便捷以及高效的达到油田岩屑固化的作用；不仅有效的将固废进行了资源化利用，而且还解决了各大企业固废处理难的问题；本发明的固化剂能够实现泥浆快速固化，可以减少大容量泥浆储存池；种植吸复重金属植被、完成植被生长实验，尤其可以被用在在抗干旱、重度盐碱地修复等方面；既保护了生态平衡，改善了人居环境，又为政府实现可持续发展目标起到了有效的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理领域，具体涉及水基钻井废弃岩屑。
背景技术
2015年新《环保法》实施以后，钻井水基固液废弃物处理被提上日程，油田开始试验钻井水基固液废弃物不落地处理技术，政府部门也在制订相关管理办法，引导钻井水基固液废弃物处理减量、减排、无害化和资源利用，促进油田清洁生产。泥浆不落地处理与循环利用技术现场随钻收集钻井废弃泥浆和岩屑，把分离出来的废弃泥浆再生处理，回用于钻井，实现泥浆循环利用，前期各钻井企业均采用的是传统的水泥固化方法，最后产生的是建筑垃圾，污染环境且无处堆放，不能被彻底治理。
但是现有技术在处理废弃岩屑时遇到岩屑盐碱性偏高，COD值(化学需氧量)偏高，固化速率低，岩屑长时间曝光污染环境，现有水泥固化处置的岩屑可塑性差，很难二次固化。
发明内容
针对现有技术中岩屑盐碱性偏高，COD值(化学需氧量)偏高，固化速率低，岩屑长时间曝光污染环境，现有水泥固化处置的岩屑可塑性差，很难二次固化的技术问题，本发明提供了一种固体废弃物处理用固化剂及使用方法，把分离出来的岩屑等废弃物，添加针对性开发出来的固体废弃物处理用固化剂，就地实现无害化和资源化，在石油固废处理领域具有广泛的适用性。
为达到上述目的，本发明提供了一种固体废弃物处理用固化剂，包括以下质量份数的组份：高钙粉煤灰60份-90份；脱硫石膏6份-14份；火山灰5份-9份；膨润土1份-5份；氯化钙1份-5份；硫酸钠1份-3份。
本发明包括以下质量份数的组份：高钙粉煤灰70份-80份；脱硫石膏8份-12份；火山灰6份-8份；膨润土2份-4份；氯化钙2份-4份；硫酸钠2份。
本发明包括以下质量份数的组份：高钙粉煤灰75份；脱硫石膏10份；火山灰7份；膨润土3份；氯化钙3份；硫酸钠2份。
本发明中，膨润土为纳米级膨润土。
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量所用各物料；(2)将精确称量的物料输送至密封混合机；(3)在密封混合机中搅拌；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
本发明中，密封混合机中搅拌2h-3h。
本发明中，密封混合机中混合搅拌1.5h。
本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法，称取物料后加入物料后加入10％水分后进行混合。
进一步，本发明提供上述固化剂用于制备水基钻井废弃岩屑改良土壤中应用，水基钻井废弃岩屑改良土壤是在水基钻井废弃岩屑中加入固化剂形成，具体包括如下步骤：(1)将废弃岩屑注入水池中搅拌均匀；(2)先步骤(1)的水池中加入固化剂；(3)将加入固化剂后的废弃岩屑搅拌；(4)搅拌后的混合物稍加干燥即可获得固化产物。
本发明中，回填的材料中还含有粉煤灰、渣。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
(1)本发明提供的固体废弃物处理用固化剂具备强有力的吸水性，在应用于实际中可以低成本、便捷以及高效的达到油田岩屑固化的作用；经过固化后的混合物强度低易碎且拥有很强的可塑性可二次固化；可有效控制平衡酸碱的能力可直接降低COD至国家环境标准，让有害物不在有害；固体废弃物处理用固化剂不仅有效的将固废进行了资源化利用，而且还解决了各大企业固废处理难的问题；泥浆固化后是无色、无味、不燃、不含甲醛等挥发物无污染的环保材料。
(2)本发明提供的固体废弃物处理用固化剂能够实现泥浆快速固化，可以减少大容量泥浆储存池；能够实现特稀泥浆高效固化，特别是压滤机无法处理的含水高达80％以上的稀薄泥浆，能够高效固化；实现了泥浆不落地处理，泥浆不落地随即固化处理、转运到指定地点；无需动力电源条件，满足于远郊野外没有电源条件下，在挖掘机等机械搅拌配合下进行泥浆固化，有效实现节能和环保作用。
(3)本发明提供的固化剂为形成废气物及土壤修复一体化解决方案提供最主要的实现条件。通过应用固化剂，解决处理后的钻井废弃物符合《油气田钻井固体废弃物综合利用污染控制要求》(DB 65/T 3997—2017)标准要求，处理后合格的钻井废弃物可以用于土地修复、矿坑回填、种植吸复重金属植被、完成植被生长实验、主要体现在抗干旱、重度盐碱地修复等。实现了废弃物高效资源化利用，有效消除钻井作业对环境造成的污染隐患，同时可实现钻井废弃物的资源化利用，处理后的钻井废弃物可以用于油田修建简易公路及铺垫井场，既保护了生态平衡，改善了人居环境，又为政府实现可持续发展目标起到了有效的促进作用。
附图说明
图1显示为高钙粉煤灰重量和脱硫石膏重量对种植成活率响应面曲线图。
图2显示为高钙粉煤灰重量和火山灰重量对种植成活率响应面曲线图。
图3显示为高钙粉煤灰重量和膨润土重量对种植成活率响应面曲线图。
图4显示为高钙粉煤灰重量和氯化钙重量对种植成活率响应面曲线图。
图5显示为高钙粉煤灰重量和硫酸钠重量对种植成活率响应面曲线图。
图6显示为脱硫石膏重量和火山灰重量对种植成活率响应面曲线图。
图7显示为脱硫石膏重量和膨润土重量对种植成活率响应面曲线图。
图8显示为脱硫石膏重量和氯化钙重量对种植成活率响应面曲线图。
图9显示为脱硫石膏重量和硫酸钠重量对种植成活率响应面曲线图。
图10显示为火山灰重量和膨润土重量对种植成活率响应面曲线图。
图11显示为火山灰重量和氯化钙重量对种植成活率响应面曲线图。
图12显示为火山灰重量和硫酸钠重量对种植成活率响应面曲线图。
图13显示为膨润土重量和氯化钙重量对种植成活率响应面曲线图。
图14显示为膨润土重量和硫酸钠重量对种植成活率响应面曲线图。
图15显示为氯化钙重量和硫酸钠重量对种植成活率响应面曲线图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图15和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，但不限于下述实施例。
本发明中，下述实施例中高钙粉煤灰、脱硫石膏、火山灰、膨润土、氯化钙、硫酸钠都属于本领域技术人员通过市场购买选用或者定制，不限制本发明的实施。
实施例一：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量所用各物料；(2)将精确称量的物料输送至密封混合机；(3)在密封混合机中搅拌；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
本发明中，密封混合机中搅拌2h-3h。
本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法，称取物料后加入物料后加入10％水分后进行混合。
实施例二：本发明固体废弃物处理用固化剂使用方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂使用方法，包括如下步骤：(1)将废弃岩屑注入水池中搅拌均匀；(2)先步骤(1)的水池中加入固体废弃物处理用固化剂；(3)将加入固体废弃物处理用固化剂后的废弃岩屑搅拌；(4)搅拌后的混合物稍加干燥即可获得固化产物。
实施例三：本发明固体废弃物处理用固化剂
本发明提供了一种固体废弃物处理用固化剂，包括以下组份：高钙粉煤灰75吨；脱硫石膏10吨；火山灰7吨；膨润土3吨；氯化钙3吨；硫酸钠2吨。
本发明中，膨润土为纳米级膨润土。
实施例四：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量高钙粉煤灰60吨；脱硫石膏6吨；火山灰5吨；膨润土1吨；氯化钙1吨；硫酸钠1吨；(2)将精确称量的物料输送至密封混合机；(3)在密封混合机中搅拌；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
本发明中，密封混合机中混合搅拌1.5h。
本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法，称取物料后加入物料后加入10％水分后进行混合。
实施例五：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供了一种固体废弃物处理用固化剂，包括以下组份：高钙粉煤灰75吨；脱硫石膏10吨；火山灰7吨；膨润土3吨；氯化钙3吨；硫酸钠2吨。
本发明中，膨润土为纳米级膨润土。
实施例六：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量高钙粉煤灰90吨；脱硫石膏14吨；火山灰9吨；膨润土5吨；氯化钙5吨；硫酸钠3吨，称取物料后加入物料后加入总质量10％水分后进行混合；(2)将精确称量的物料输送至密封混合机；(3)在密封混合机中搅拌；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
本发明中，密封混合机中混合搅拌2h。
本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法。
实施例七：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量高钙粉煤灰70吨；脱硫石膏8吨；火山灰6吨；膨润土2吨；氯化钙2吨；硫酸钠2吨，称取物料后加入物料后加入总质量10％水分后进行混合；(2)将精确称量的物料输送至密封混合机；(3)在密封混合机中搅拌3h；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
本发明中，密封混合机中混合搅拌。
实施例八：本发明固体废弃物处理用固化剂的制备方法
本发明提供的固体废弃物处理用固化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)精确称量高钙粉煤灰80吨；脱硫石膏12吨；火山灰8吨；膨润土4吨；氯化钙4吨；硫酸钠2吨，称取物料后加入物料后加入总质量10％水分后进行混合；混合后送至密封混合机，在密封混合机中搅拌3h，形成固体废弃物处理用固化剂成品打包备用。
实施例九：本发明固体废弃物处理用固化剂的配方优化试验
采用Box－Behnken试验设计，分别采用实施例一的制备方法制备固体废弃物处理用固化剂，探究高钙粉煤灰，脱硫石膏，火山灰，膨润土对种植成活率的影响，并建立配方中各成分因素与种植成活率的响应面数学模型，响应面试验因素与水平表见表1，Box-bohnken试验设计与结果见表2。
表1：响应面试验因素水平表
| 组成 | 单位 | 最小值 | 最大值 |
| 高钙粉煤灰 | 吨 | 60 | 90 |
| 脱硫石膏 | 吨 | 6 | 14 |
| 火山灰 | 吨 | 5 | 9 |
| 膨润土 | 吨 | 1 | 5 |
| 氯化钙 | 吨 | 1 | 5 |
| 硫酸钠 | 吨 | 1 | 3 |
| 种植成活率 | ％ | 74 | 98 |
表2：Box-bohnken实验设计结果
通过DesignExpert8.0.6对表2的实验数据进行拟合，得到分别采用实施例一的制备方法制备固体废弃物处理用固化剂时获得对应的修复后的土壤种植植物成活率试验结果，得出采用实施例一制备方法，探究高钙粉煤灰，脱硫石膏，火山灰，膨润土对种植成活率的影响模型，模型中各因素交互作用的响应面参见附图1至附图15。
由Box－Behnken试验优化出本发明配方中的最佳配方参数是实施例三中所用到配方，即使用高钙粉煤灰75吨；脱硫石膏10吨；火山灰7吨；膨润土3吨；氯化钙3吨；硫酸钠2吨。得到土壤种植成活率最佳，利用这种固体废弃物处理用固化剂修复后的土壤种植植物成活率都在95分以上。
实施例十：本发明固体废弃物处理用固化剂的应用试验
采用本发明固化剂制备水基钻井废弃岩屑改良土壤和其他配方的固化剂改良的土壤、正常良好土壤和没有经过固化剂处理的水基钻井废弃岩屑，用于治理后的回填坑作，采用相同的区域的待回填坑和相同的浇灌种植条件，进行栽培试验，试验结果为各个回填坑统计获得的种植梭梭草成活率数据，试验条件及成活率数据如下表所示。
表3：不同治理方法治理后采坑种植后绿化率
梭梭草作为一种极易成活的植物，只要水肥适当，土壤条件良好其本身的成活率很高，尤其在新疆这种干旱地区耐干旱能力很强，是良好的制备恢复植物，用这种植物试验不同的固化剂处理的水基钻井废弃岩屑，处理后作为土壤回填采挖坑，能为以后该地区制备获得相对准确的数据，正常情况下采用良好的土壤回填，植被恢复不用担心，本实施试验也证明梭梭草成活率在水肥合适时能得到百分之百，但是按照目前回填方法采用没有经过处理的水基钻井废弃岩屑回填却无法种植，这种岩屑水分吸收能力差，植被无法获得其所需的生活条件，只能实现回填不能实现植被恢复，采用本发明的配方和本发明配方试验时其他比例的配方时，能够得出，不同的固化剂种植成活率相差明显，配方为高钙粉煤灰75吨、脱硫石膏10吨、火山灰7吨、膨润土3吨、氯化钙3吨、硫酸钠2吨成活率远高于其他配方，处于本发明配方范围边界的配方其成活率只能达到百分之七十多，而寻求合适配方试验时其他范围在本发明配方范围之外的固化剂则种植成活率明显降低，有的甚至接近没有处理的废气岩屑。从本实施例编号为7、8、9的配方试验中即可得出，本发明选择的配方范围具有突出的优势。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种固体废弃物处理固化剂在水基钻井废弃岩屑改良土壤中的应用，其特征在于，所述固体废弃物处理固化剂由以下质量份数的组份组成，高钙粉煤灰75份，脱硫石膏10份，火山灰7份，纳米级膨润土3份；氯化钙3份和硫酸钠2份；该固化剂的制备方法包括如下步骤：(1)精确称量所用各物料；(2)将精确称量的物料，加入10％水分后输送至密封混合机搅拌2h-3h；(3)在密封混合机中搅拌；(4)形成固体废弃物处理用固化剂成品包装备用。
2.根据权利要求1所述的固体废弃物处理固化剂在水基钻井废弃岩屑改良土壤中的应用，其特征在于，所述固体废弃物处理固化剂的制备方法中，密封混合机中混合搅拌1.5h。
3.根据权利要求1所述的固体废弃物处理固化剂在水基钻井废弃岩屑改良土壤中的应用，其特征在于，所述应用方法包括如下步骤：(1)将废弃岩屑注入水池中搅拌均匀；(2)先步骤(1)的水池中加入固体废弃物处理用固化剂；(3)将加入固体废弃物处理用固化剂后的废弃岩屑搅拌；(4)搅拌后的混合物稍加干燥即可获得固化产物。
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